Почему кривая заряда затвора (плато Миллера) MOSFET зависит от Vds?

10

Я не понимаю, почему кривая заряда затвора (точно: часть плато Миллера) MOSFET зависит от напряжения сток-исток Vds.

Например, таблица характеристик IRFZ44 показывает на странице 4 (рис. 6) кривые заряда затвора для различных значений Vds.

Почему плато Миллера длиннее для больших Vds? Разве плато не зависит от ЦГД? Но Cgd (= Crss) становится меньше для больших Vds (см. FIg.5 в таблице данных). Разве плато Миллера не должно стать короче?

Xenu
источник
Вкратце, МОП-транзистор работает на электрическом поле между затвором и каналом. Это поле на конце стока, конечно, является функцией напряжения стока.
Олин Латроп
@OlinLathrop Xenu знает о воротах к канальным эффектам, иначе он не спросил бы о явном конфликте трендов между его моделью (что согласуется с рисунком 5) и рисунком 6.
заполнитель
Для дальнейшей ментальной модели происходящего давайте начнем с условия, когда Vds = 0 и Vgs> Vth. Канал хорошо установлен и однороден по толщине. При увеличении Vds канал должен сужаться, чтобы поддерживать боковое (вдоль канала) поле. В какой-то момент канал отрывается и отводит назад от стока, это можно рассматривать как уменьшение «пластины» канала конденсатора MOS, так что емкость уменьшается (незначительно). Надежды, которые немного помогают. Это не DIBL, так как это эффект короткого канала.
заполнитель

Ответы:

18

"Почему Плато Миллера длиннее для больших ?"Vds

Короткий ответ: ширина плато Миллера масштабируется с областью под кривой для . Но почему? Cgd

Что показывает Плато Миллера?

Эффект Миллера существует потому, что существует эффективная емкость между стоком и затвором полевого транзистора ( ), так называемая емкость Миллера. Кривая на рисунке 6 в таблице данных генерируется путем включения полевого транзистора с постоянным током в затвор, в то время как сток был поднят через цепь ограничения тока до некоторого напряжения . После того, как напряжение на затворе поднимается выше порога и ток стока достигает его предела (установленного схемой ограничения тока), начинает падать, смещая заряд на через затвор. В то время как падает до нуля вольт, от , V дд V DS С Б - г V дц V дд V G C GdCgdVddVdsCgdVdsVddVGзастрял из-за тока смещения из ... это плато Миллера. Cgd

Плато Миллера показывает величину заряда в по ширине. Для данного FET ширина Плато Миллера является функцией напряжения, пройденного при его включении. На рисунке показано, как выровнен с чтобы прояснить это. V ds V G V dsCgdVdsVGVds

введите описание изображения здесь

Кривая заряда затвора для IRFZ44 показывает три пролета ; Span1 от 0 до 11 В, Span2 от 0 до 28 В и Span3 от 0 до 44 В. Теперь некоторые вещи должны быть понятны: Vds

  • V ds V dsVds Span3> Span2> Span1 ВД.С.ВД.С.
  • ВД.С. Span3 включает в себя Span2 и Span1.
  • V dsСГ.Д. заряд больше для большего промежутка. ВД.С.
  • Плато Миллера будет шире с большим зарядом . СГ.Д.
  • Больше значит больше.

Эти выводы кажутся вам слишком волнистыми и жирными? Хорошо, тогда как насчет этого?

Почему Плато Миллера становится шире для - количественный взглядВД.С.

Начнем с уравнения для заряда на конденсаторе:

Q = CV с дифференциальной формой dQ = C dV

Теперь не является константой, а является некоторой функцией . Глядя на кривую на рисунке 5 таблицы данных IRFZ44 для , мы хотим получить некоторое уравнение, которое не является бесконечностью в нуле и экспоненциально падает (ish). Я не буду вдаваться в подробности о том, как это было сделано. Просто выберите очень простые формы, которые кажутся подходящими, и попробуйте подогнать их под данные. Таким образом, не на основе физики устройства, а просто довольно неплохо сочетается с довольно небольшими усилиями. Иногда это все, что требуется. V ds C gd V dsСГ.Д.ВД.С.СГ.Д.ВД.С.

C gdoСГ.Д. =СГДОКсВД.С.+1

где = 1056 пФ = 0,41 - произвольный коэффициент масштабирования
k cСГДО
Кс

Проверяя эту приспособленную модель в техническом описании, мы видим:

ВД.С.СГ.Д.(данные)СГ.Д.(Модель)1V750пF+749пF8V250пF247пF25V88пF94пF

Итак, после включения выражения модели в дифференциальную форму уравнения заряда и интегрирования обеих сторон мы получим: СГ.Д.

Q = =СГДОжурнал(КсВД.С.+1)Кс1056 пф журнал(0,41 ВД.С.+1)0,41 

График Q показывает, что он всегда увеличивается при больших изменениях . ВД.С.

введите описание изображения здесь

Единственный способ, которым это не было бы верно, был бы, если бы стал отрицательным для некоторых значений , который физически не реализуем. Итак, больше значит больше.СГ.Д.ВД.С.

gsills
источник
Хороший ответ, +1
Брайан Бетчер
@gsills, предположим, что сток подключен через резистор к Vdd. После того, как напряжение затвора превышает пороговое значение и ток стока достигает его предела (установленного резистором), почему Vds начинает падать? Vds = Vdd - Id * R Так как I постоянен, должен ли Vds быть постоянным?
anhnha
3

Как только МОП-транзистор начинает проводить, в канале появляются несущие, которых раньше не было, и емкость затвора к каналу возрастает, а не уменьшается. Обратите внимание, что все емкости, измеренные на рисунке 5, имеют V GS = 0.

Поскольку величина тока в канале для данного V GS в некоторой степени зависит от V DS , то же относится и к увеличению эффективной емкости.

Положение второго «колена» на кривой представляет собой точку, в которой ток канала перестает увеличиваться для данного V DS .

Дэйв Твид
источник
0

Большее напряжение стока означает больше заряда на Cgd. Это так просто. Ток через Cgd определяет скорость изменения напряжения на Cgd. Этот ток является Ig, который ограничен источником, поэтому требуется больше времени для разрядки большего заряда.

user128457
источник