ฉันจะวัดความจุประตูได้อย่างไร

มีวิธีที่มีประสิทธิภาพในการวัดความจุประตูของมอสเฟตกำลังโดยตรงเช่น IRF530N หรือไม่?

วิธีที่วงจรทำงานของฉันจะบ่งบอกว่าค่าความจุเกตที่มีประสิทธิภาพอาจเป็นสองเท่าหรือมากกว่าของค่าที่เสนอในแผ่นข้อมูลซึ่งจะทำให้เสถียรภาพของแอมป์สหกรณ์ของฉันลดลงด้วยการลดความถี่ของ op-amp +เสา$R_O$$C_{iss}$

นี่คือวงจรวงจรไฟฟ้าในกรณีที่ช่วยได้ แต่ฉันแค่สนใจในกรณีทั่วไปของอุปกรณ์ทดสอบที่ฉันสามารถต่อสายได้ให้เปิดกระแสไฟ TO-220 MOSFET ตามอำเภอใจและคำนวณค่าความจุที่มีประสิทธิภาพจากการติดตามขอบเขตหรือบางอย่าง เช่นนั้น.

มีวิธีปฏิบัติจริงหรือไม่ที่จะทำการวัดค่าความจุอินพุต MOSFET ที่เป็นประโยชน์บนม้านั่ง?

รายงานผล

ทั้งคำตอบให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ เมื่อมองย้อนกลับไปฉันคิดว่าคำตอบสั้น ๆ สำหรับคำถามตรงของฉันคือ: "ฉันจะวัดความจุของประตูได้อย่างไรที่หลาย ๆ ชุดของเกทและแรงดันไฟฟ้าไหล! " :)

ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเข้าใจที่ลึกซึ้งสำหรับฉัน: MOSFET ไม่ได้มีความจุเดียว ฉันคิดว่าคุณต้องการชาร์ตอย่างน้อยสองแห่งเพื่อเริ่มต้นการอธิบายช่วงที่เหมาะสมและมีเงื่อนไขอย่างน้อยหนึ่งข้อที่ความจุสามารถเป็นวิธีได้มากกว่าค่าเสนอไว้$C_{iss}$

เกี่ยวกับวงจรของฉันฉันทำการปรับปรุงบางอย่างโดยการเปลี่ยนจาก IRF530N กับ IRFZ24N มีน้อยกว่าครึ่งหนึ่งที่ยกมาค่า แต่ในขณะที่เอาชนะความไม่มั่นคงครั้งแรกการทดสอบต่อไปนี้จะเปิดใช้งานแสดงความผันผวนเต็มออกที่กระแสสูงขึ้น$C_{iss}$

ข้อสรุปของฉันคือฉันต้องเพิ่มระยะคนขับระหว่าง op-amp และ MOSFET นำเสนอความต้านทานที่มีประสิทธิภาพต่ำมากต่อความจุอินพุต MOSFET และขับขั้วมันสร้างความถี่ที่ดีขึ้นผ่าน 0dB ของ op-amp ไม่ได้กล่าวถึงในโพสต์ต้นฉบับคือฉันต้องการความเร็วที่ค่อนข้างดีพูดขั้นตอนที่ 1 ของการตอบสนองดังนั้นการใช้การชดเชยแบบหนักไปที่แอมป์สหกรณ์เพื่อให้เกิดความมั่นคงไม่ใช่ตัวเลือกที่เหมาะสม มันจะเสียสละแบนด์วิดท์มากเกินไป

คำตอบนี้ไม่ได้อยู่ที่วิธีการวัด FET เพราะไม่มีคุณค่าที่แท้จริงในการทำว่า เนื่องจากความจุเป็นพารามิเตอร์ FET ที่สำคัญผู้ผลิตจึงให้ข้อมูลความจุในแผ่นข้อมูลทุกแผ่นที่มีความแน่นอนในเกือบทุกสถานการณ์ (หากคุณพบแผ่นข้อมูลที่ไม่ได้ให้ข้อมูลเต็มรูปแบบเกี่ยวกับความจุแล้วอย่าใช้ส่วนนั้น) ให้ข้อมูลในแผ่นข้อมูลการพยายามวัดความจุประตูด้วยตัวคุณเองเป็นบิตเช่นพยายามถ่ายภาพโยเซมิตี ในขณะที่แอนเซลอดัมส์อยู่ที่นั่นเพื่อส่งรูปภาพที่เขาถ่ายให้คุณ$C_{\text{iss}}$

สิ่งที่คุ้มค่าคือการทำความเข้าใจกับลักษณะของ , สิ่งที่พวกเขาหมายถึงและวิธีที่พวกเขาได้รับผลกระทบจากโครงสร้างวงจร$C_{\text{iss}}$

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับที่คุณรู้อยู่แล้ว$C_{\text{iss}}$

• = C gs + C $C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$
• เกือบจะเป็นค่าคงที่ส่วนใหญ่เป็นอิสระจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน$C_{\text{gs}}$
• ไม่เกี่ยวข้องและไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับผลกระทบของ Miller$C_{\text{gs}}$
• ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ตรงกันข้ามอย่างมากกับ V dsและสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายตามลำดับของขนาดตลอดช่วงแรงดันไฟฟ้า$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$
• เป็นสาเหตุของปรสิตของผลมิลเลอร์$C_{\text{gd}}$

การตีความข้อเท็จจริงเหล่านี้ดูเหมือนง่าย แต่ข้อเท็จจริงที่ละเอียดอ่อนอาจเป็นเรื่องยุ่งยากและสับสน

ป่าและพร้อมเพรียงเรียกร้องเกี่ยวกับ - สำหรับใจร้อน$C_{\text{iss}}$

ค่าที่มีประสิทธิภาพของของวิธีการที่จะปรากฏขึ้นอยู่กับโครงสร้างวงจรหรือวิธีการและสิ่งที่เป็น FET เชื่อมต่อกับ$C_{\text{iss}}$

• เมื่อ FET เชื่อมต่อในวงจรที่มีอิมพีแดนซ์ในแหล่งกำเนิด แต่ไม่มีอิมพีแดนซ์ในท่อระบายน้ำหมายความว่าท่อระบายน้ำนั้นเชื่อมต่อกับแรงดันในอุดมคติโดยพื้นฐานแล้วจะลดลง C GSแทบจะหายไปค่าของมันถูกหารด้วย FET transconductance กรัม FS นี้ใบC GDครองมูลค่าที่ชัดเจนของซีไอเอสเอ คุณไม่เชื่อเรื่องการอ้างสิทธิ์นี้หรือไม่? ดี แต่ไม่ต้องกังวลมันจะแสดงเป็นจริงในภายหลัง$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

• เมื่อ FET เชื่อมต่อในวงจรที่มีอิมพีแดนซ์ในท่อระบายน้ำและความต้านทานเป็นศูนย์ในแหล่งที่มาจะถูกขยายให้ใหญ่สุด มูลค่าทั้งหมดของC gsจะปรากฏชัดขึ้นและC gdจะถูกคูณด้วยg fs (และความต้านทานต่อการระบายน้ำ) ดังนั้นC gdจะครองC iss (อีกครั้ง) แต่คราวนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิมพีแดนซ์ในวงจรท่อระบายน้ำอาจมีขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ สวัสดีมิลเลอร์ที่ราบสูง!$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

แน่นอนการอ้างสิทธิ์ครั้งที่สองอธิบายกรณีการใช้งานที่พบบ่อยที่สุดสำหรับ FET ที่เปลี่ยนยากและเป็นสิ่งที่ Dave Tweed พูดถึงในคำตอบของเขา มันเป็นกรณีการใช้งานทั่วไปที่ผู้ผลิตทั่วโลกตีพิมพ์แผนภูมิ Gate Charge ของมันรวมถึงวงจรที่ใช้ในการทดสอบและประเมินผล มันสิ้นสุดขึ้นเป็นกรณีที่เป็นไปได้สูงสุดที่เลวร้ายที่สุดสำหรับ iss$C_{\text{iss}}$

ข่าวดีที่นี่สำหรับคุณก็คือว่าถ้าคุณได้วาดแผนผังของคุณได้อย่างถูกต้องคุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับที่ราบสูงมิลเลอร์เพราะคุณมีกรณีของการเรียกร้องครั้งแรกกับน้อยที่สุด iss$C_{\text{iss}}$

รายละเอียดเชิงปริมาณบางส่วน

ลองหาสมการของสำหรับ FET ที่เชื่อมต่อเหมือนในวงจรของคุณ การใช้แบบจำลองสัญญาณ AC ขนาดเล็กสำหรับ MOSFET เช่นรุ่นองค์ประกอบ 6 ของ Sze:$C_{\text{iss}}$

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ที่นี่ฉันได้ทิ้งองค์ประกอบสำหรับ , C bs (ความจุจำนวนมาก) และ R ds (ระบายไปสู่การรั่วไหลของแหล่งที่มา) เพราะพวกเขาไม่ต้องการที่นี่และเพียงแค่ทำให้สิ่งที่ซับซ้อน ค้นหาZ g :$C_{\text{ds}}$$C_{\text{bs}}$$R_{\text{ds}}$$Z_g$

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

ตอนนี้คำที่เป็นเศษส่วนที่สองไม่ได้ทำอะไรเลยจนกระทั่งความถี่สูงกว่า 100 MHz ดังนั้นเราจะถือว่ามันเป็นเอกภาพ นั่นจะทำให้เทอมที่เป็นเศษส่วนแรกคือคำที่รวมกันซึ่งเป็นอิมพีแดนซ์แบบ capacitive แล้วจัดเรียงเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ตรงกับโทโพโลยี:$C_{\text{iss}}$

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

ลองดูการตอบสนอง ฉันจะใช้แผนภูมินิโคลส์ที่นี่เพราะนั่นจะแสดงการตอบกลับแบบเปิดและวงปิดพร้อมกัน

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

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

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

ความจุของเกตของ MOSFET เป็นหัวข้อที่ซับซ้อนกว่าที่ผู้คนจำนวนมากตระหนัก มันขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งานของอุปกรณ์เป็นอย่างมาก สิ่งนี้สมเหตุสมผล - ความจุที่เรากำลังพูดถึงนั้นมีเกทเป็นจานเดียวซึ่งเป็นโครงสร้างทางกายภาพที่คงที่ แต่ "เพลท" อีกอันไม่ได้เป็นเพียงแค่แหล่งที่มาระบายออกและโครงสร้างของสารตั้งต้นในบริเวณใกล้เคียง ในช่องสัญญาณจากแหล่งระบายและความเข้มข้นจะแตกต่างกันมาก

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

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

ดังนั้นเพื่อระบุลักษณะของความจุโหลดที่ opamp ของคุณเห็นอย่างสมบูรณ์คุณจะต้องทดสอบ MOSFET ในลักษณะที่แสดงในรูปที่ 13 ด้วยแรงดันไบอัสที่เหมาะสมบนเกตและท่อระบายน้ำ

คุณสามารถต่อสายดินเชื่อมต่อท่อระบายน้ำกับแรงดันไบอัสที่ต้องการ (ด้วยตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ - อาจเป็นเซรามิก 1uF) ข้ามแหล่งระบายน้ำทิ้ง) และวัดความจุประตูโดยตรงด้วยเครื่องวัดแบตเตอรี่หรือสะพาน LCR แผ่นข้อมูล Vishay บอกว่าประมาณ 0.7nF ที่ 30V และ 1nF ที่ 2V Vds (สำหรับ Ciss)

หากคุณไม่มีมิเตอร์ C ค่าคลื่นสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ (อาจ 0.5 โวลต์) สามารถนำไปใช้กับประตูผ่านตัวต้านทานที่เหมาะสม (อาจจะ 1K) และคุณสามารถสังเกตค่าใช้จ่าย / การปล่อยครั้งที่ 1 / e scope (x10 probe) จากนั้นลบความจุของ probe scope