Как ограничивается ток в этой схеме с общим стоком?

То, что вы наблюдаете, очень хорошо описывается путем расчета падений напряжения на различных компонентах, а затем просмотра результатов на графиках, которые вы предоставили.

Три ключевых фактора:

• Каково значение Rdson полевого транзистора в рабочей точке, которую вы наблюдаете, каково последующее падение Vds и какое влияние это оказывает.

• Каково падение на R1 при наблюдаемом токе, каково результирующее Vs и на что это влияет?

• Соответствуют ли «типичные» параметры таблицы технических данных тому, что вы ожидаете увидеть в устойчивом состоянии вашего приложения?
  Подсказка: Угадай.

Вы стали жертвой ряда вещей, которые усиливают доверие Мерфи. Полевой транзистор имеет ужасно высокий Rdson - точное значение неизвестно, но если 1 Ом, как это может быть, тогда у вас есть дополнительное сопротивление, борющееся с протеканием тока.
Как сказал W5Vo — результаты «типичны» — и затем они добавляют к графикам мелкий шрифт ласки, чтобы определить типичный.

Смотрите оранжевые коробки.
Ширина импульса «ласки» 20 мкс предназначена для того, чтобы матрица минимально нагревалась и снова охлаждалась между импульсами. В некоторых случаях Rdson может быть двойным с некоторыми полевыми транзисторами при полной установившейся температуре. В вашем случае на рис. 4 показан Rdson с температурой кристалла.

Вы показали рис. 1 при 25 °C.
Теперь посмотрите на рис. 2 при 150 °C. Примерно при 2 В Vds (более высокое Rdson из-за более горячего кристалла) и 3,3 В Vgs рабочая точка находится выше доступных графиков. Вы можете вернуться к графику только с более высоким Vgs или более низким Vds (поэтому более низкий ток). Это при 150 ° C. Ваша реальность лежит между двумя кривыми и зависит в основном от вашего Rdson, который зависит от эффективного теплового Rja, который зависит от вашего радиатора.

Обратите внимание на Vds на рис.3. **50 Вольт** !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
На рис. 1 показана температура 25°C. Если температура окружающей среды составляет 25°C, а у вас 1,7 А при 1 Ом = 1,7 Вт, температура кристалла будет сильно зависеть от радиатора. Бесконечный спуск - Tjc = 2,5°C/Вт - повышение примерно на 4°C. Круто!
На открытом воздухе без стока Tja = 62 C/W - повышение примерно на 100 C+ - и Rdson повысится, так что рассеивание повысится так ... . Не прикасайтесь к FET-боту перчаткой!

При 1,7 А Ids V_R1 = 1,7 А.
V1 = 5 В, поэтому Vgs = 3,3 В.

Пересчитать, промыть, повторить.
Асимптота может быть о том, что вы видите.

Ток через МОП-транзистор определяется напряжением затвор-исток, а не напряжением затвор-земля.

При токе 1,7 А через полевой транзистор на резисторе R1 будет 1,7 вольт, в результате чего напряжение затвор-исток будет на 1,7 вольт меньше, чем напряжение V1.

Для тока 3 А Vgs должно быть ~ 3,4 В.

...

Так почему я не могу получить 3А из этой цепи?

Для нарисованной схемы напишите уравнение для напряжения затвор-исток:

Для$I_D = 3 \mathrm A$, уравнение

Но вы оговорили, что

Так, при максимальном напряжении на затворе и$I_D = 3 \mathrm A$, у нас есть

Другими словами, противоречие.

Таким образом, с$V_G = 5\mathrm V$, ток должен быть меньше $3\mathrm A$.

Подозреваю, что проблема во включенном сопротивлении транзистора. Согласно техническому описанию, RDson может приближаться к 1 Ом при довольно нормальных обстоятельствах. Это ограничивает вас до 2,5 А (5 В / 2 Ом). Если температура повысится (а это произойдет даже при наличии радиатора), RDson еще больше поднимется. 5V может быть недостаточно для V2. Бьюсь об заклад, вы получите лучшие результаты с питанием 10 В.

Проблема заключается в том, что, поскольку сопротивление сток-исток (Rds) изменяется обратно пропорционально напряжению затвор-исток (Vgs), как только Vgs увеличивается до точки, где Rds начинает падать и пропускает ток питания через транзистор, этот ток также протекает через резистор внешнего источника.

Затем этот ток вызывает падение напряжения на резисторе истока, что увеличивает напряжение на истоке, вызывая некоторое уменьшение наклона Vgs, ограничивая изменение тока через транзистор по мере увеличения напряжения истока затвора.

Это показано графически ниже, где красная кривая показывает независимое увеличение напряжения затвора от 0 до 5 вольт, Vg, зеленая кривая показывает изменение Vgs из-за изменения напряжения на R1 при изменении тока через R1, а желтая кривая показывает изменение тока через R1 при изменении Vg и Vgs.

Файл LTspice находится здесь , если вы хотите поиграть со схемой.

Ответ Рассела невероятен. Я просто пытаюсь добавить свои 2 копейки. Поиск с "усилитель с общим истоком". Одна из ссылок: Из Википедии "Усилитель с общим истоком"