Por que a curva de carga de portão (platô de Miller) dos MOSFETs depende de Vds?

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Não entendo por que a curva de carga do portão (exatamente: a parte do platô de Miller) dos MOSFETs depende da tensão da fonte de drenagem Vds.

Como exemplo, a folha de dados do IRFZ44 mostra na página 4 (Fig. 6) as curvas de carga do portão para diferentes valores de Vds.

Por que o platô de Miller é mais longo para Vds maiores? O platô não é dependente do Cgd? Mas o Cgd (= Crss) fica menor para Vds maiores (consulte FIg.5 na folha de dados). O platô de Miller não deveria ficar mais curto?

Xenu
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Resumidamente, o MOSFET trabalha no campo elétrico entre o portão e o canal. Este campo na extremidade de drenagem do canal é obviamente uma função da tensão de drenagem.
amigos estão dizendo
@OlinLathrop Xenu está ciente da porta para canalizar efeitos, caso contrário, ele não teria perguntado sobre o aparente conflito nas tendências entre seu modelo (que concorda com a Figura 5) e a Figura 6.
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Para um modelo mental adicional do que está acontecendo, vamos começar na condição de quando Vds = 0 e Vgs> Vth. O canal é bem estabelecido e uniforme em espessura. À medida que aumentamos Vds, o canal precisa diminuir para suportar o campo lateral (ao longo do canal). Em algum momento, o canal se desloca e se afasta do dreno, isso pode ser visto como a "placa" do canal do capacitor MOS ficando menor, de modo que a capacitância diminui (levemente). Espero que ajude um pouco. Não é DIBL, pois é um efeito de canal curto.
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Respostas:

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"Por que o Miller Plateau é mais longo para maior ?"Vds

A resposta curta é que a largura do Miller Plateau é escalada com a área abaixo da curva para . Mas por que? Cgd

O que mostra o Miller Plateau?

O efeito Miller existe porque existe capacitância efetiva entre o dreno e a porta do FET ( ), a chamada capacitância de Miller. A curva da Figura 6 na folha de dados é gerada ligando o FET com uma corrente constante no portão, enquanto o dreno foi puxado por um circuito limitador de corrente para alguma tensão . Depois que a tensão do portão ultrapassa o limite e a corrente de drenagem atinge seu limite (definido pelo circuito limitador de corrente), começa a cair, deslocando a carga em através do gate. Enquanto cai para zero volts, de , V dd V ds C gd V ds V dd V G C gdCgdVddVdsCgdVdsVddVGestá preso pela corrente de deslocamento de ... que é o Platô de Miller. Cgd

O Miller Plateau mostra a quantidade de carga em por sua largura. Para um determinado FET, a largura do Miller Plateau é uma função da tensão percorrida por medida que é ligada. A figura mostra alinhado com para deixar isso claro. V ds V G V dsCgdVdsVGVds

insira a descrição da imagem aqui

A curva de carga do gate para o IRFZ44 mostra três extensões de ; O Span1 é de 0V a 11V, o Span2 é de 0V a 28V e o Span3 é de 0V a 44V. Agora, algumas coisas devem ficar claras: Vds

  • V ds V dsVds Span3> Span2> Span1 VdsVds
  • Vds Span3 inclui Span2 e Span1.
  • V dsCgd cobrança em é maior por um período maior de . Vds
  • O Miller Plateau será mais amplo com mais cobranças em . Cgd
  • Mais é mais.

Essas conclusões parecem muito onduladas e oleosas para você? Ok, então e quanto a isso?

Por que o Miller Plateau se torna mais amplo para o mais alto - Um olhar quantitativoVds

Comece com a equação de carga em um capacitor:

Q = CV com uma forma diferencial dQ = C dV

Agora não é uma constante, mas alguma função de . Observando a curva na Figura 5 da folha de dados do IRFZ44 para , queremos uma equação que não seja infinita com zero e caia exponencialmente (ish). Não vou entrar em detalhes aqui sobre como isso foi feito. Basta escolher formulários muito simples que pareçam corresponder e tentar ajustá-los aos dados. Portanto, não se baseia na física do dispositivo, mas apenas combina muito bem com pouco esforço. Às vezes é tudo o que é necessário. CgdVdsCgdVds

Cgd =CgdokcVds+1

onde = 1056 pF = 0,41 - um coeficiente de escala arbitrário
Cgdo
kc

Verificando este modelo ajustado na folha de dados, vemos:

VdsCgd(data)Cgd(model)1V750pF749pF8V250pF247pF25V88pF94pF

Então, depois de conectar a expressão do modelo na forma diferencial da equação de carga e integrar os dois lados, obtemos: Cgd

Q = = 1056 pF log(0,41 V ds +1)Cgdolog(kcVds+1)kc1056 pF log(0.41 Vds+1)0.41 

Um gráfico de Q mostra que ele sempre aumenta para alterações maiores de . Vds

insira a descrição da imagem aqui

A única maneira de isso não ser verdade seria se se tornasse negativo para alguns valores de , que não são fisicamente realizáveis. Então, mais é mais. V dsCgdVds

gsills
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Resposta agradável, +1
Bryan Boettcher
@gsills, suponha que o dreno seja puxado através de um resistor para Vdd. Depois que a tensão do portão ultrapassa o limiar e a corrente de drenagem atinge seu limite (definido pelo resistor), por que o Vds começa a cair? Vds = Vdd - Id * R Como eu sou constante, o Vds também deve ser constante?
precisa saber é
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Uma vez que o MOSFET começa a conduzir, há portadores no canal onde não havia antes, e a capacitância porta a canal aumenta, não diminui. Observe que as capacitâncias medidas na Figura 5 estão em V GS = 0.

Como a magnitude da corrente do canal para um determinado V GS é um pouco dependente do V DS , o mesmo ocorre com o aumento da capacitância efetiva.

A posição do segundo "joelho" na curva representa o ponto em que a corrente do canal para de aumentar para um dado V DS .

Dave Tweed
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Maior tensão de drenagem significa mais carga no Cgd. É simples assim. A corrente através de Cgd determina a taxa de mudança de tensão em Cgd. Esta corrente é Ig, que é limitada pela fonte, portanto leva mais tempo para descarregar mais carga.

user128457
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