Làm thế nào tôi có thể đo điện dung cổng?

Có cách nào hiệu quả để đo trực tiếp điện dung cổng của MOSFET điện, như IRF530N không?

Cách thức hoạt động của mạch của tôi sẽ chỉ ra rằng điện dung cổng hiệu quả có thể gấp đôi hoặc nhiều hơn giá trị được trích dẫn trong biểu dữ liệu, điều này sẽ làm giảm sự ổn định op-amp của tôi bằng cách hạ thấp tần số của op-amp + cực.$R_O$$C_{iss}$

Đây là sơ đồ mạch trong trường hợp đó là một sự trợ giúp, nhưng tôi thực sự chỉ quan tâm đến trường hợp chung của một thiết bị thử nghiệm mà tôi có thể nối dây, bật một MOS-TO-220 tùy ý trong đó và tính toán điện dung hiệu quả từ một dấu vết phạm vi hoặc một cái gì đó như thế

Có cách nào thực tế để thực hiện một phép đo hữu ích về điện dung đầu vào MOSFET trên băng ghế không?

Báo cáo kết quả

Cả hai câu trả lời cung cấp những hiểu biết quan trọng. Nhìn lại, tôi nghĩ rằng câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi trực tiếp của tôi sẽ là: "Làm thế nào để tôi đo điện dung cổng? Tại nhiều kết hợp khác nhau của điện áp cổng và cống! " :)

Điều này thể hiện cái nhìn sâu sắc lớn đối với tôi: Một MOSFET không có một điện dung duy nhất . Tôi nghĩ rằng bạn cần ít nhất hai biểu đồ để làm cho một sự khởi đầu khá ít mô tả phạm vi, và có ít nhất một điều kiện nơi dung có thể cách hơn so với trích dẫn giá trị.$C_{iss}$

Về mạch của tôi, tôi đã thực hiện một số cải tiến bằng cách chuyển đổi IRF530N với IRFZ24N có ít hơn một nửa giá trị được trích dẫn . Nhưng trong khi điều đó đã vượt qua sự mất ổn định đầu tiên, các thử nghiệm sau đây mà nó kích hoạt cho thấy dao động toàn phần ở dòng điện cao hơn.$C_{iss}$

Kết luận của tôi là tôi cần thêm một giai đoạn trình điều khiển giữa op-amp và MOSFET, thể hiện mức kháng hiệu quả rất thấp đối với điện dung đầu vào MOSFET và điều khiển cực mà nó tạo ra vượt quá tần số 0dB của op-amp. Không được đề cập trong bài viết gốc là tôi yêu cầu tốc độ khá tốt, giả sử phản hồi bước 1, vì vậy áp dụng bù trừ nặng cho op-amp để đạt được sự ổn định không phải là một lựa chọn khả thi; nó chỉ đơn giản là hy sinh quá nhiều băng thông.

Câu trả lời này không đề cập đến làm thế nào để đo FET , vì không có giá trị thực sự trong việc đó. Vì điện dung là một tham số FET quan trọng như vậy, các nhà sản xuất cung cấp dữ liệu điện dung trên mỗi biểu dữ liệu rõ ràng trong hầu hết mọi tình huống. (Nếu bạn tìm thấy một biểu dữ liệu không cung cấp dữ liệu đầy đủ về điện dung, thì đừng sử dụng phần đó.) Với dữ liệu trong biểu dữ liệu, cố gắng tự đo điện dung cổng giống như cố gắng chụp ảnh Yosemite trong khi Ansel Adams ở đó để đưa cho bạn bức ảnh mà anh ta đã chụp.$C_{\text{iss}}$

Điều đáng giá là hiểu được các đặc điểm của , ý nghĩa của chúng và cách chúng được tác động bởi cấu trúc liên kết mạch.$C_{\text{iss}}$

Sự thật về , mà bạn đã biết$C_{\text{iss}}$

• = C gs + C $C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$
• gần như là một giá trị không đổi, chủ yếu không phụ thuộc vào điện áp hoạt động.$C_{\text{gs}}$
• không liên quan và không liên quan đến hiệu ứng Miller.$C_{\text{gs}}$
• phụ thuộc rất nhiều vào V DS và có thể dễ dàng thay đổi theo một độ lớn trong toàn dải điện áp hoạt động.$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$
• là nguyên nhân ký sinh của hiệu ứng Miller.$C_{\text{gd}}$

Giải thích những sự thật tưởng chừng đơn giản nhưng tinh tế này có thể khó hiểu và khó hiểu.

Hoang dã và không được chứng minh Claims Về - Đối với Nóng lòng chờ đợi$C_{\text{iss}}$

Giá trị hiệu quả của , về cách biểu hiện, phụ thuộc vào cấu trúc liên kết mạch, hoặc cách thức và những gì FET được kết nối với.$C_{\text{iss}}$

• Khi FET được kết nối trong mạch có trở kháng trong nguồn, nhưng không có trở kháng trong cống, có nghĩa là cống được kết nối với điện áp lý tưởng về cơ bản, được giảm thiểu. C gs sẽ hầu như biến mất, giá trị của nó được chia cho độ dẫn điện FET g fs . Đây lá C gd chi phối giá trị rõ ràng của C iss . Bạn có hoài nghi về tuyên bố này? Tốt, nhưng đừng lo lắng nó sẽ được hiển thị là đúng sau này.$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

• Khi FET được kết nối trong mạch có trở kháng trong cống và trở kháng bằng 0 trong nguồn, được tối đa hóa. Giá trị đầy đủ của C gs sẽ rõ ràng, cộng với C gd sẽ được nhân với g fs (và trở kháng cống). Do đó, C gd sẽ thống trị C iss (một lần nữa), nhưng lần này, tùy thuộc vào bản chất của trở kháng trong mạch thoát nước, có thể lớn đến mức không thể tin được. Xin chào cao nguyên Miller!$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

Tất nhiên, yêu cầu thứ hai mô tả trường hợp sử dụng phổ biến nhất đối với các FET chuyển đổi cứng và là những gì Dave Tweed nói trong câu trả lời của mình. Đây là trường hợp sử dụng phổ biến đến nỗi các nhà sản xuất phổ biến các biểu đồ Gate Charge của nó, cùng với các mạch được sử dụng để kiểm tra và đánh giá nó. Nó kết thúc là trường hợp tối đa tồi tệ nhất có thể cho .$C_{\text{iss}}$

Tin tốt ở đây cho bạn là nếu bạn đã rút ra một cách chính xác sơ đồ của bạn, bạn không cần phải lo lắng về cao nguyên Miller , bởi vì bạn có trường hợp yêu cầu bồi thường đầu tiên với tối thiểu .$C_{\text{iss}}$

Một số chi tiết định lượng

Chúng ta hãy lấy một phương trình của cho một FET kết nối như trong mạch của bạn. Sử dụng mô hình AC tín hiệu nhỏ cho MOSFET, chẳng hạn như mô hình 6 phần tử của Sze:$C_{\text{iss}}$

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Ở đây tôi đã loại bỏ các yếu tố cho , C bs (điện dung số lượng lớn) và R ds (thoát khỏi rò rỉ nguồn), vì chúng không cần thiết ở đây và chỉ làm phức tạp mọi thứ. Tìm cho Z g :$C_{\text{ds}}$$C_{\text{bs}}$$R_{\text{ds}}$$Z_g$

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

Bây giờ, thuật ngữ phân đoạn thứ hai không làm gì cả cho đến khi tần số cao hơn 100 MHz, vì vậy chúng tôi sẽ chỉ coi đó là sự thống nhất. Điều đó sẽ để lại thuật ngữ phân số đầu tiên, thuật ngữ tích hợp, là trở kháng điện dung. Sau đó, sắp xếp lại để có được hiệu quả phù hợp với cấu trúc liên kết:$C_{\text{iss}}$

= C gd ( g fs R giác + 1 ) + C $C_{\text{iss_eff}}$ hoặcC$\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}}$

Lưu ý rằng ở đây được chia cho g fs (và cảm giác R ), do đó bị che khuất bởi độ dẫn điện và C gd được thêm vào không thay đổi. Ngoài ra, nếu R có ý nghĩa = 0, C iss = C gs + C 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}}$

Đối với IRF530N ở = 25V, C gs = 900pF, C gd = 20pF, g fs = 20S: C iss_eff = 63pF. LM358 với 63pF tải kết thúc với khoảng 35 ∘ giai đoạn lề ... không dao động, nhưng ringy khá.$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{iss_eff}}$$35^{\circ }$

Nhưng, nếu giảm xuống 3V, C gd sẽ tăng lên ~ 200pF (Hình 5 trong biểu dữ liệu) và C iss_eff tăng lên 243pF. Và khi sử dụng LM58 OpAmp, với trở kháng đầu ra vòng hở ~ 2kOhms ở tần số chéo, điều đó hóa ra là một vấn đề.$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss_eff}}$

Hãy nhìn vào câu trả lời. Tôi sẽ sử dụng biểu đồ Nichols ở đây vì điều đó sẽ hiển thị đồng thời vòng lặp mở và phản hồi vòng kín.

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

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

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

Điện dung cổng của MOSFET là một chủ đề phức tạp hơn nhiều người nhận ra. Nó phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt động của thiết bị. Điều này có ý nghĩa - điện dung mà chúng ta đang nói đến có cổng chính là một tấm, là một cấu trúc vật lý cố định, nhưng "tấm" khác không chỉ là các cấu trúc nguồn, cống và chất nền gần đó, mà còn là các hạt mang điện chạy qua trong kênh nguồn-cống, và nồng độ của chúng thay đổi đáng kể.

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

$C_{ISS}$$V_{GS}$= 0V, do đó, nó tương ứng với độ dốc ở góc dưới bên trái của biểu đồ. Nhưng lưu ý cách đồ thị flattens ra gần điện áp ngưỡng - dốc giảm này cho thấy một nhiều hơn hiệu quả điện dung (khoảng 10 ×) tại điểm đó hoạt động. Và hơn nữa, đây chính xác là điểm mà mạch điều chỉnh hiện tại của bạn đang hoạt động.

Vì vậy, để mô tả đầy đủ điện dung tải mà opamp của bạn đang nhìn thấy, bạn cần kiểm tra MOSFET theo cách như trong Hình 13, với điện áp phân cực phù hợp trên cổng và cống.

Bạn có thể nối đất nguồn, kết nối cống với điện áp phân cực mong muốn (với tụ điện lớn - có thể là gốm 1uF) qua nguồn thoát) và đo trực tiếp điện dung cổng bằng đồng hồ đo pin hoặc cầu LCR. Bảng dữ liệu Vishay cho biết khoảng 0,7nF ở 30V và 1nF ở 2V Vds (đối với Ciss).

Nếu bạn không có máy đo C, sóng vuông có giá trị nhỏ (có thể là 0,5 volt) có thể được áp dụng cho cổng thông qua một điện trở phù hợp (có thể là 1K) và bạn có thể quan sát thời gian sạc / xả đến 1 / e với a phạm vi (đầu dò x10), sau đó trừ điện dung của đầu dò phạm vi.