Perché la curva di carica del gate (plateau di Miller) dei MOSFET dipende da Vds?

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Non capisco perché la curva di carica del gate (esattamente: la parte del plateau di Miller) dei MOSFET dipende dalla tensione di drain Vds.

Ad esempio, il foglio dati dell'IRFZ44 mostra a pagina 4 (Fig. 6) le curve di carica del gate per valori Vds diversi.

Perché l'altopiano di Miller è più lungo per i Vds più grandi? L'altopiano non dipende da Cgd? Ma Cgd (= Crss) diventa più piccolo per Vds più grandi (vedi FIg.5 nel foglio dati). L'altopiano di Miller non dovrebbe essere più corto?

mosfet

— Xenu
fonte

In breve, il MOSFET funziona sul campo elettrico tra il cancello e il canale. Questo campo all'estremità di drain del canale è ovviamente una funzione della tensione di drain.

— Olin Lathrop,

@OlinLathrop Xenu è a conoscenza del gate per incanalare gli effetti, altrimenti non avrebbe chiesto l'apparente conflitto di tendenze tra il suo modello (che concorda con la Fig 5) e la Fig 6.

— segnaposto

Per un ulteriore modello mentale di ciò che sta accadendo, partiamo dalla condizione in cui Vds = 0 e Vgs> Vth. Il canale è ben definito e di spessore uniforme. Quando aumentiamo Vds, il canale deve rastremarsi per supportare il campo laterale (lungo il canale). Ad un certo punto il canale si stacca e si allontana dallo scarico, questo può essere visto come la "piastra" del canale del condensatore MOS che si riduce, quindi la capacità diminuisce (leggermente). Speranze che aiutino un po '. Non è DIBL in quanto si tratta di un effetto di canale breve.

— segnaposto

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"Perché il Plater Miller è più lungo per più grande ?" $V_{\text{ds}}$

La risposta breve è che la larghezza del Plateau Miller si ridimensiona con l'area sotto la curva per . Ma perché? $C_{\text{gd}}$

Cosa mostra il Miller Plateau?

L'effetto Miller esiste perché esiste un'efficace capacità tra drain e gate del FET ( ), la cosiddetta capacità Miller. La curva di Figura 6 nel foglio dati è generata accendendo il FET con una corrente costante nel gate, mentre lo drain è stato tirato su attraverso un circuito limitatore di corrente ad una certa tensione . Dopo che la tensione del gate supera la soglia e la corrente di drain raggiunge il limite (impostato dal circuito di limitazione della corrente), inizia a scendere, spostando la carica su attraverso il gate. Mentre scende a zero volt, da , $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {dd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $V_ {\text {dd}}$ $V_G$ è bloccato dalla corrente di spostamento di ... quello è il Plateau Miller. $C_ {\text {gd}}$

Il Plateau Miller mostra la quantità di carica in per la sua larghezza. Per un dato FET la larghezza del Plater Miller è una funzione della tensione attraversata da quando si accende. La figura mostra allineato con per chiarire questo punto. $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $V_G$ $V_ {\text {ds}}$

inserisci qui la descrizione dell'immagine

La curva di carica del gate per IRFZ44 mostra tre span di ; Span1 è da 0 V a 11 V, Span2 è da 0 V a 28 V e Span3 è da 0 V a 44 V. Ora, alcune cose dovrebbero essere chiare: $V_{\text{ds}}$

$V_{\text{ds}}$ Span3> Span2> Span1 $V_{\text{ds}}$ $V_{\text{ds}}$
$V_{\text{ds}}$ Span3 include Span2 e Span1.
$C_{\text{gd}}$ addebito è maggiore per un intervallo . $V_{\text{ds}}$
Miller Plateau sarà più ampio con più . $C_{\text{gd}}$
Di più è di più.

Queste conclusioni ti sembrano troppo ondulate e ti sembrano oleose? Ok, allora che ne dici di questo?

Perché il Plater Miller diventa più ampio per superiore - Uno sguardo quantitativo $V_{\text{ds}}$

Inizia con l'equazione per la carica su un condensatore:

Q = CV con una forma differenziale dQ = C dV

Ora non è una costante, ma alcune funzioni di . Osservando la curva nella Figura 5 del foglio dati IRFZ44 per , vogliamo un'equazione che non è infinito a zero e cade esponenzialmente (ish). Non entrerò nei dettagli qui su come è stato fatto. Basta scegliere moduli molto semplici che sembrano corrispondere e provare ad adattarli ai dati. Quindi, non basato sulla fisica del dispositivo, ma si abbina abbastanza bene con un piccolo sforzo. A volte è tutto ciò che serve. $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$ $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$

$C_{\text{gd}}$ = $\frac{C_{\text{gdo}}}{k_c \text{V}_{\text{ds}}+1}$

dove = 1056 pF = 0.41 - un coefficiente di ridimensionamento arbitrario
$C_{\text{gdo}}$
$k_c$

Controllando questo modello montato sulla scheda tecnica vediamo:

\begin{array}{ccc} V_{ds} & C_{gd} (data) & C_{gd} (model) \\ 1V & 750 p F & 749 p F \\ 8V & 250 p F & 247 p F \\ 25V & 88 p F & 94 p F \end{array}

$\begin{array}{ccc} V_{\text{ds}} & C_{\text{gd}}\text{(data)} & C_{\text{gd}}\text{(model)} \\ \text{1V} & 750pF & 749pF \\ \text{8V} & 250pF & 247pF \\ \text{25V} & 88pF & 94pF \end{array}$

Quindi, dopo aver collegato l' espressione del modello nella forma differenziale dell'equazione di carica e aver integrato entrambi i lati otteniamo: $C_{\text{gd}}$

Q = = $\frac{C_{\text{gdo}} \log \left(k_c V_{\text{ds}}+1\right)}{k_c}$ $\frac{\text{1056 pF } \log \left(\text{0.41 } V_{\text{ds}}+1\right)}{\text{0.41 }}$

Un diagramma di Q mostra che aumenta sempre per modifiche più grandi di . $V_{\text{ds}}$

inserisci qui la descrizione dell'immagine

L'unico modo in cui ciò non sarebbe vero sarebbe se diventasse negativo per alcuni valori di , che non è fisicamente realizzabile. Quindi, di più è di più. $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$

— gsills
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Bella risposta, +1

— Bryan Boettcher,

@gsills, supponiamo che il drain sia tirato su attraverso una resistenza a Vdd. Dopo che la tensione del gate supera la soglia e la corrente di drain raggiunge il limite (impostato dalla resistenza), perché Vds inizia a scendere? Vds = Vdd - Id * R Poiché io sono costante, anche Vds dovrebbe essere costante?

— anhnha

3

Una volta che il MOSFET inizia a condurre, ci sono portatori nel canale dove prima non c'era nessuno, e la capacità gate-to-channel sale, non giù. Si noti che le capacità misurate in Figura 5 sono tutte a V _GS = 0.

Poiché l'ampiezza della corrente del canale per un dato V _GS dipende in qualche modo da V _DS , lo stesso vale per l'aumento della capacità effettiva.

La posizione del secondo "ginocchio" nella curva rappresenta il punto in cui la corrente del canale smette di aumentare per un dato V _DS .

— Dave Tweed
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0

Una maggiore tensione di scarico significa una maggiore carica su Cgd. È così semplice La corrente attraverso Cgd determina la velocità di variazione della tensione su Cgd. Questa corrente è Ig, che è limitata dalla sorgente, quindi ci vuole più tempo per scaricare più carica.

— user128457
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