Краткий ответ
В этой схеме Vth (напряжение на затворе, при котором MOSFET только что включен) имеет решающее значение. Vth должно быть существенно ниже, чем Vh-Vl = 5 В - 3,3 В = 1,7 В.
BSS138 имеет Vth 0,8 / 1,3 / 1,5 мин / типичный / макс.
Таким образом, хотя условно это было бы «достаточно хорошо» здесь, как 1,7> 1,5, эта маржа неудобно мала.
К сожалению, выбранный вами вариант еще хуже, чем BSS138.
FQN1N60C имеет Vth 2 / - / 4 В. То есть, в лучшем случае Vth 2V, оно выше требуемого 1,7 В, и может иметь Vth до 4 В, что значительно больше 1,7 В в этом приложении. ,
Приемлемым (просто) TO92 MOSFET на складе Digikey является Zetex / Diodes Inc ZVNL110a .
Это Vth 0,75 / - / 1,5 Вольт. Это примерно так же, как BSS138.
Longer:
BSS138 является, по сути, ломом барахла. У этого есть свое место, но это простирается вне его безопасных возможностей в этой цепи. К сожалению, выбранная вами альтернатива, FQN1N60C, еще хуже.
Ваше повышение напряжения LV до напряжения, эквивалентного HV, преодолевает высокое Vth значение FQN1N60C.
Причина, по которой ваша оригинальная схема работает плохо, в том, что FQN1N60C - очень прискорбный образец искусства MOSFET, и причина, по которой ваша исправленная схема работает хорошо, также потому, что FQN1N60C - очень прискорбный образец искусства MOSFET. MOSFET с низким Vth будет работать правильно в исходной схеме и не работает в пересмотренной.
Это связано с тем, что в исходной схеме FQN1N60C Vth слишком высоко для доступного Vth и не включается должным образом. МОП-транзистор с достаточно низким Vth будет правильно включаться при доступном напряжении. В исправленной схеме вы обеспечили FQN1N60C достаточным напряжением затвора в рабочем состоянии, но не настолько, чтобы он работал непреднамеренно. Если бы вы использовали MOSFET с низким Vth, он был бы включен доступным напряжением судьбы, когда он должен был быть выключен, и цепь разорвалась бы.
Схема является чрезвычайно умной, НО ее ум зависит от того, имеет ли МОП-транзистор достаточное напряжение затвора, чтобы управлять им, когда TX_LV низкое, но недостаточно напряжения, чтобы возбудить его, когда TC_LV высок. Обычно LV = T_LV , когда TX_LV высок, так что МОП - транзистор не видит не напряжения затвора. Увеличивая LV до HV, вы обеспечиваете напряжение на затворе (HV-LV), когда TX_LV высокое. Так как HV-LV = 5-3,3 = 1,7 В, FQN1N60C не дает ложного срабатывания, так как практическое значение Vth> 1,7 В.
Ниже приведена исходная схема переключения уровня.
BSS138 - это N-канальный MOSFET - поэтому он проводит, когда его затвор положительный по отношению к источнику, обычно его сток выше, чем его источник, а внутренний диод блокируется, когда Vds равно + ve, и проводит, когда Vds отрицателен ,
Нормальная работа
При высоких значениях TXLV и TXHV, затвор находится в LV (первоначально 3V3, источник в TX_LV = 3,3, поэтому Vgs = 0, поэтому FET выключен.
Источник в TX_LV тянется туда R3.
Отправьте логику 0 слева направо.
Потяните TX_LV низко. Источник = 0 В, затвор = 3 В 3. Итак, Vgs = 3V3. Поскольку это> Vth BSS138 включен. Поскольку source = 0V и FET включен, TX_HV также будет понижен до минимума. Это было просто :-).
Отправьте логику 0 справа налево.
Потяните TX_HV низко. Слив = 0. Ворота 3V3 через жесткое соединение.
Источник = 3V3 (но см. Ниже) Итак: Vgs = 0. FET выключен. Vds = - 3V3.
НО BSS138 имеет внутренний диод от S до D. Теперь этот диод будет проводить ток, опуская TX_LV до падения диода выше TX_HV.
Тоже легко.
СЕЙЧАС замените BSS138 на FQN1N60C.
Vth МОП-транзистора составляет> до >> 1,7 В между 5 В и 3 В 3.
Теперь при отправке логики 0 ВЛЕВО ВПРАВО источник заземления дает Vgs = 3V3 = <4V в худшем случае. Если истинное значение Vth где-то около 1,7 В, схема будет работать.
Повышение LV до 5V работает как сейчас Vgs = 5V.
НО, когда TX_LV высокий, по-прежнему 5-3,3 = 1,7 В диск к MOSFET, даже если он должен быть 0 В, и был раньше.
Если вы замените MOSFET с Vth <1,7 В, он всегда будет включен. то есть более качественный MOSFET работает хуже (или не работает вообще). «Лечение» состоит в том, чтобы сначала использовать MOSFET с Vth <до << 1.7V.