Як я можу виміряти ємність воріт?

Чи є ефективний спосіб безпосередньо виміряти ємність воріт потужності MOSFET, як, наприклад, IRF530N?

Те, як поводиться моя схема, вказуватиме на те, що ефективна ємність воріт, можливо, вдвічі або більше від значення, наведеного в аркуші даних, що могло б скинути мою стійкість підсилювача, знизивши частоту підсилювача $R_O$ + полюс.$C_{iss}$

Ось схема схеми на випадок, що це допомога, але мене дійсно просто цікавить загальний випадок тестового приладдя, який я можу підключити, пропустити туди довільну MOSFET TO-220 і обчислити ефективну ємність із сліду сфери чи щось так як це.

Чи є практичний спосіб зробити корисне вимірювання вхідної ємності MOSFET на лавці?

Звіт про результати

Обидві відповіді дали ключову думку. Зрештою, я думаю, що короткою відповіддю на моє пряме запитання було б: "Як я вимірюю ємність воріт? При багатьох різних комбінаціях напруги воріт і зливу! " :)

Що являє собою велике розуміння для мене: MOSFET не має єдиної ємності. Я думаю, що вам потрібно принаймні дві діаграми, щоб гідно почати описувати діапазони, і є хоча б одна умова, коли ємність може бути набагато більше, ніж цитується$C_{iss}$ .

Щодо моєї схеми, я вніс деякі вдосконалення, вимкнувши IRF530N із IRFZ24N, що має менше половини вказаного значення . Але хоча це подолало першу нестабільність, наступні тести, які він включив, показали повне коливання при більш високих струмах.$C_{iss}$

Мій висновок полягає в тому, що мені потрібно додати етап драйвера між підсилювачем та MOSFET, представляючи дуже низький ефективний опір вхідній ємності MOSFET і керуючи полюсом, який він створює набагато більше 0dB частоти підсилювача. У початковому дописі не згадується те, що мені потрібна досить пристойна швидкість, скажімо, крокова відповідь на 1 мкс, тому застосування компенсації великої руки до підсилювача для досягнення стабільності не є можливим варіантом; просто було б пожертвувати занадто великою пропускною здатністю.

Відповідь на це питання не розглядається , як виміряти FET $C_{\text{iss}}$ , тому що немає ніякої реальної цінності в робити це. Оскільки ємність є таким важливим параметром FET, виробники надають дані про ємність на кожному аркуші даних, який є остаточним майже в будь-якій ситуації. (Якщо ви знайдете таблицю даних, яка не дає повних даних про ємність, то не використовуйте цю частину.) Враховуючи дані в аркуші, намагатися самостійно виміряти ємність воріт трохи схоже на спробу сфотографувати Йосеміті в той час, як Ансель Адамс є, щоб передати вам той знімок, який він зробив.

Що варто це зрозуміти характеристики $C_{\text{iss}}$ , що вони означають, і як вони здійснюються за топології схеми.

Факти про , які ви вже знаєте$C_{\text{iss}}$

• = C gs + C $C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$
• - майже постійне значення, здебільшого незалежне від робочих напруг.$C_{\text{gs}}$
• не пов’язаний з ефектом Міллера і не пов'язаний з ним.$C_{\text{gs}}$
• сильно обернено залежить від V ds і може легко змінюватися на порядок в усьому діапазоні робочої напруги.$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$
• - паразитна причина ефекту Міллера.$C_{\text{gd}}$

Інтерпретація цих, здавалося б, простих, але тонких фактів може бути хитрою і заплутаною.

Дикі та Необґрунтовані претензії по приводу - Для нетерплячих$C_{\text{iss}}$

Ефективне значення , як це проявляється, залежить від топології схеми, або як і те , що польовий транзистор підключений.$C_{\text{iss}}$

• Коли польовий транзистор з'єднаний в контурі з опором в джерелі, але без повного опору в каналізації, а це означає , що слив з'єднаний з по суті ідеального напруги, зведена до мінімуму. C gs практично зникне, його значення поділиться на транскодуктивність FET g fs . Це залишає C gd домінувати над видимим значенням C is . Ви скептично ставитесь до цієї претензії? Добре, але не хвилюйтесь, що це буде показано правдою пізніше.$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

• Коли польовий транзистор з'єднаний в контурі з опором в каналізацію, і нульовим опором в джерелі, максимизируется. Повне значення C gs буде очевидним, плюс C gd буде помножено на g fs (і імпеданс зливу). Таким чином , С Г.Д. буде домінувати C ISS (знову ж ), але на цей раз, в залежності від характеру імпедансу в ланцюзі стоку, може бути неймовірно масивні. Привіт плато Міллера!$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

Звичайно, друга претензія описує найпоширеніший випадок використання для жорстких комутаційних БНТ, і це те, про що говорить Дейв Твід у своїй відповіді. Це настільки поширений випадок використання, що виробники універсально публікують схеми зарядки Gate разом із схемами, які використовуються для його тестування та оцінки. Він закінчує тим , що найгірший можливий максимальний випадок для .$C_{\text{iss}}$

Хороша новина для вас, що якщо ви точно звернули ваш схематичний, вам не доведеться турбуватися про плато Міллера , тому що ви маєте справу першої претензії з мінімальною .$C_{\text{iss}}$

Деякі кількісні деталі

Виведемо рівняння для польового транзистора підключений як у вашій схемі. Використання невеликої сигнальної моделі змінного струму для MOSFET, такого як 6-елементна модель Sze:$C_{\text{iss}}$

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Тут я відкинув елементи для , C bs (об'ємна ємність) і R ds (стік для витоку джерела), тому що вони тут не потрібні і просто ускладнюють речі. Знайдіть для Z g :$C_{\text{ds}}$$C_{\text{bs}}$$R_{\text{ds}}$$Z_g$

=gfsRсенс+$\frac{V_g}{I_g}$$\frac{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}{s \left(C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}\right)}$ $\frac{\frac{s C_{\text{gs}} R_{\text{sense}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}+1}{\frac{\text{Cgs} s C_{\text{gd}} R_{\text{sense}}}{C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}}+1}$

$C_{\text{iss}}$

$C_{\text{iss_eff}}$$\frac{C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}$$\frac{C_{\text{gs}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}+C_{\text{gd}}$

$C_{\text{gs}}$$g{\text{fs}}$$R_{\text{sense}}$$C_{\text{gd}}$$R_{\text{sense}}$$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$

$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{iss_eff}}$$35^{\circ }$

$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss_eff}}$

Давайте розглянемо відповідь. Тут я буду використовувати діаграму Ніколса, тому що вона відображатиме відповідь відкритого циклу та закритого циклу одночасно.

$V_{\text{ds}}$$35^{\circ }$

$V_{\text{ds}}$$-3^{\circ }$

$C_{\text{iss_eff}}$$75^{\circ }$

Ємність воріт MOSFET - це більш складна тема, ніж багато людей усвідомлюють. Це дуже сильно залежить від умов роботи пристрою. Це має сенс - ємність, про яку ми говоримо, має сам затвор як одну плиту, яка є фіксованою фізичною структурою, а інша "плита" - це не лише джерела, зливні та підкладкові структури поблизу, але також носії заряду, що протікають в каналі джерела-зливу, і їх концентрація значно змінюється.

$\frac{\Delta charge}{\Delta voltage}$

$C_{ISS}$$V_{GS}$

Отже, щоб повністю охарактеризувати ємність навантаження, яку бачить ваш opamp, вам потрібно протестувати MOSFET способом, показаним на малюнку 13, з відповідними напругами зсуву на воротах і зливі.

Ви можете заземлити джерело, підключити зливу до потрібної напруги зсуву (за допомогою великого конденсатора - можливо, 1uF керамічний) поперек джерела зливу) і безпосередньо виміряти ємність затвора за допомогою лічильника, що працює від акумулятора або моста LCR. Лист даних Vishay говорить про 0,7 nF при 30 В і 1 nF при 2 V Vds (для Ciss).

Якщо у вас немає метр С, досить низьке значення (можливо 0,5 вольт) квадратної хвилі можна застосувати до затвора через відповідний резистор (можливо, 1 К), і ви можете спостерігати час заряду / розряду до 1 / е за допомогою області (x10 зонд), потім відняти ємність зонду області.