Как я могу измерить емкость затвора?

Существует ли эффективный способ прямого измерения емкости затвора мощного полевого транзистора, как, например, IRF530N?

То, как работает моя схема, может указывать на то, что эффективная емкость затвора, возможно, в два или более раз выше значения, указанного в техническом описании, что может снизить стабильность моего операционного усилителя путем снижения частоты операционного усилителя $R_O$ + $C_{iss}$ полюс.

Вот схема схемы на случай, если это поможет, но меня действительно просто интересует общий случай тестового прибора, который я могу подключить, вставить туда произвольный МОП-транзистор TO-220 и рассчитать эффективную емкость по трассе прицела или что-то в этом роде. как это.

Есть ли практический способ сделать полезное измерение входной емкости MOSFET на стенде?

Отчет о результатах

Оба ответа предоставили ключевые идеи. Оглядываясь назад, я думаю, что кратким ответом на мой прямой вопрос будет: «Как мне измерить емкость затвора? При разных комбинациях напряжения затвора и стока! » :)

Что представляет собой большую проницательность для меня: МОП-транзистор не имеет единой емкости. Я думаю , что вам нужно , по крайней мере две диаграммы , чтобы сделать достойный старт в описании диапазонов, и есть по крайней мере одно условие , где емкость может быть путь больше , чем цитируемого значение.$C_{iss}$

Что касается моей схемы, я сделал некоторые улучшения путем переключения вне IRF530N с IRFZ24N , имеющей менее половины цитируемого значением. Но хотя это преодолело первую нестабильность, последующие тесты показали полное колебание при более высоких токах.$C_{iss}$

Мой вывод заключается в том, что мне нужно добавить управляющий каскад между операционным усилителем и MOSFET, представляя очень низкое эффективное сопротивление входной емкости MOSFET и управляя полюсом, который он создает намного выше частоты операционного усилителя 0 дБ. В первоначальном посте не упоминалось, что мне требуется довольно приличная скорость, скажем, шаговый отклик в 1 мкс, поэтому применение жесткой компенсации к операционному усилителю для достижения стабильности не является приемлемым вариантом; это просто пожертвовало бы слишком большой пропускной способностью.

Этот ответ не касается того, как измерить FET , потому что в этом нет никакой реальной ценности. Поскольку емкость является таким важным параметром полевого транзистора, производители предоставляют данные по емкости в каждой таблице данных, которая является определяющей почти в каждой ситуации. (Если вы найдете таблицу, которая не предоставляет полные данные о емкости, не используйте эту часть.) Учитывая данные в таблице, попытка измерить емкость затвора самостоятельно - это все равно, что попытаться сфотографировать Йосемити. в то время как Ансель Адамс там, чтобы вручить вам эту фотографию, которую он сделал.$C_{\text{iss}}$

Стоит понять характеристики , что они означают и как на них влияет топология схемы.$C_{\text{iss}}$

Факты о , что вы уже знаете$C_{\text{iss}}$

• = C gs + C $C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$
• является почти постоянной величиной, в основном не зависящей от рабочих напряжений.$C_{\text{gs}}$
• не связан и не связан с эффектом Миллера.$C_{\text{gs}}$
• сильно обратно зависит от V ds и может легко меняться на порядок во всем диапазоне рабочих напряжений.$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$
• является паразитарной причиной эффекта Миллера.$C_{\text{gd}}$

Интерпретация этих, казалось бы, простых, но тонких фактов может быть хитрой и запутанной.

Дикие и необоснованные претензии в отношении - для нетерпеливых$C_{\text{iss}}$

Эффективное значение , как это проявляется, зависит от топологии схемы, или как и то , что полевой транзистор подключен.$C_{\text{iss}}$

• Когда полевой транзистор подключен в цепи с полным сопротивлением в источнике, но без сопротивления в стоке, а это означает, что сток подключен к практически идеальному напряжению, минимизируется. C gs практически исчезнет, ​​а его значение будет разделено на FET-пропускную способность g fs . Это оставляет C gd доминировать над кажущимся значением C iss . Вы скептически относитесь к этой претензии? Хорошо, но не волнуйтесь, позже будет показано, что это правда.$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

• Когда полевой транзистор подключен в цепи с импедансом в стоке и нулевым импедансом в источнике, максимизируется. Полное значение C gs будет очевидным, плюс C gd будет умножено на g fs (и импеданс стока). Таким образом, C gd будет доминировать над C iss (снова), но на этот раз, в зависимости от природы сопротивления в цепи стока, может быть невероятно массивным. Привет плато Миллера!$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

Конечно, второе утверждение описывает наиболее распространенный вариант использования жестко переключаемых полевых транзисторов и о чем говорит Дейв Твид в своем ответе. Это настолько распространенный вариант использования, что производители повсеместно публикуют его графики Gate Charge вместе со схемами, используемыми для его тестирования и оценки. В конечном итоге это наихудший из возможных максимальных значений для .$C_{\text{iss}}$

Хорошая новость для вас заключается в том, что если вы точно нарисовали свою схему, вам не нужно беспокоиться о плато Миллера , потому что у вас есть случай первой заявки с минимальным значением .$C_{\text{iss}}$

Некоторые количественные детали

Давайте выведем уравнение для полевого транзистора, подключенного как в вашей схеме. Используя модель переменного тока с малым сигналом для MOSFET, такую ​​как 6-элементная модель Sze:$C_{\text{iss}}$

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь я отбросил элементы для , C bs (объемная емкость) и R ds (сток до источника), потому что они здесь не нужны и просто усложняют ситуацию. Найти для Z г :$C_{\text{ds}}$$C_{\text{bs}}$$R_{\text{ds}}$$Z_g$

=гфсRсмысл+$\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 посмотрим на ответ. Я буду использовать здесь диаграмму Николса, потому что она покажет отклик разомкнутого и замкнутого контура одновременно.

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

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

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

Емкость затвора полевого МОП-транзистора - более сложная тема, чем многие понимают. Это очень сильно зависит от условий эксплуатации устройства. Это имеет смысл - емкость, о которой мы говорим, имеет сам затвор как одну пластину, которая является фиксированной физической структурой, но другая «пластина» - это не только соседние структуры истока, стока и подложки, но и текущие носители заряда в канале исток-сток, и их концентрация значительно варьируется.

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

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

Итак, чтобы полностью охарактеризовать емкость нагрузки, которую видит ваш операционный усилитель, вам необходимо протестировать MOSFET, как показано на рисунке 13, с подходящими напряжениями смещения на затворе и стоке.

Вы можете заземлить источник, подключить сток к требуемому напряжению смещения (с большим конденсатором - может быть, 1 мкФ, керамика) через сток-исток) и непосредственно измерить емкость затвора с помощью счетчика с питанием от батареи или моста LCR. В спецификации Vishay указано около 0,7 нФ при 30 В и 1 нФ при 2 В Vds (для Ciss).

Если у вас нет C-метра, то на затвор через подходящий резистор (возможно, 1 кОм) можно подать прямоугольную волну с достаточно малым значением (возможно, 0,5 вольт), и вы можете наблюдать время зарядки / разрядки до 1 / e с помощью прицел (датчик x10), затем вычтите емкость датчика прицела.