Что вызывает это колено в падении напряжения стока моего MOSFET?

Наклон напряжения на стоке зависит от емкости затвор-сток Cgd. В случае спада транзистор должен разрядить Cgd. В дополнение к току нагрузки для резистора он также должен потреблять ток, протекающий через Cgd.

Важно иметь в виду, что Cgd — это не просто конденсатор, а нелинейная емкость, зависящая от рабочей точки. В режиме насыщения канал на стороне стока транзистора отсутствует, а Cgd возникает из-за перекрывающейся емкости между затвором и стоком. В линейной области канал простирается в сторону стока, а Cgd больше, потому что теперь между затвором и стоком присутствует большая емкость затвор-канал.

При переходе транзистора между областью насыщения и линейной областью изменяется значение Cgd и, следовательно, наклон напряжения стока.

Использование LTspice Cgd можно проверить с помощью моделирования «Рабочая точка постоянного тока». Результаты можно просмотреть с помощью «View/Spice Error Log».

Для Vgs 3,92 В Cgd составляет около 1,3 нпФ, потому что Vds высокое.

   Name:          m1
Model:      irf2805s
Id:          1.70e-02
Vgs:         3.92e+00
Vds:         6.60e+00
Vth:         3.90e+00
Gm:          1.70e+00
Gds:         0.00e+00
Cgs:         6.00e-09
Cgd:         1.29e-09
Cbody:       1.16e-09

Для Vgs 4 В Cgd намного больше, около 6,5 нФ из-за более низкого Vds.

Name:          m1
Model:      irf2805s
Id:          5.00e-02
Vgs:         4.00e+00
Vds:         6.16e-03
Vth:         3.90e+00
Gm:          5.15e-01
Gds:         7.98e+00
Cgs:         6.00e-09
Cgd:         6.52e-09
Cbody:       3.19e-09

Изменение Cgd (обозначено как Crss) для различных смещений можно увидеть на графике ниже, взятом из таблицы данных.

IRF2805 — это VDMOS-транзистор, который показывает другое поведение для Cgd. Из интернета :

Дискретный вертикальный МОП-транзистор с двойной диффузией (VDMOS), обычно используемый в импульсных источниках питания на уровне платы, имеет поведение, которое качественно отличается от описанных выше монолитных моделей МОП-транзистора. В частности, (i) корпусной диод VDMOS-транзистора подключается к внешним клеммам иначе, чем диод подложки монолитного MOSFET, и (ii) нелинейность емкости затвор-сток (Cgd) не может быть смоделирована с помощью простой градуированной емкости монолитных моделей MOSFET. В VDMOS-транзисторе Cgd резко изменяется около нуля, напряжение затвор-сток (Vgd). Когда Vgd отрицательное, Cgd физически основан на конденсаторе с затвором в качестве одного электрода и стоком на задней стороне кристалла в качестве другого электрода. Эта емкость довольно мала из-за толщины непроводящего кристалла. Но когда Vgd положительный, кристалл является проводящим, а Cgd физически основан на конденсаторе толщиной с оксид затвора. Традиционно для дублирования поведения мощного полевого МОП-транзистора использовались сложные подсхемы. Было написано новое встроенное устройство Spice, которое инкапсулирует это поведение в интересах скорости вычислений, надежности конвергенции и простоты написания моделей. Модель постоянного тока аналогична монолитному полевому МОП-транзистору уровня 1, за исключением того, что длина и ширина по умолчанию равны единице, так что крутизна может быть указана напрямую без масштабирования. Модель переменного тока выглядит следующим образом. Емкость затвор-исток принимается постоянной. Опытным путем было установлено, что это хорошее приближение для мощных полевых МОП-транзисторов, если напряжение затвор-исток не является отрицательным. Емкость затвор-сток имеет следующий эмпирически найденный вид:

Для положительного Vgd Cgd изменяется как гиперболический тангенс Vgd. Для отрицательного Vdg Cgd изменяется как арктангенс Vgd. Параметры модели a, Cgdmax и Cgdmax параметризуют емкость стока затвора. Емкость исток-сток обеспечивается градуированной емкостью внутреннего диода, подключенного к электродам стока истока, вне сопротивлений истока и стока.

В файле модели можно найти следующие значения

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

ОБНОВЛЕНИЕ: Марио получил правильный ответ выше, поэтому оставим его только для исторического интереса. Такое поведение, похоже, связано с тем, что это VDMOS (как и многие мощные MOSFET, которые я собираю), что может объяснить, почему многие из общих ресурсов MOSFET (которые, как правило, сосредоточены на монолитных MOSFET) не упоминают это явление.

Хорошо, как раз когда я уже собирался отказаться от понимания этого, паутина предоставила мне кусочек:

Это из Указания по применению IXYS AN-401 , стр. 3.

За этим нет объяснения физики устройства, но на данный момент я достаточно доволен этим. Эта кривая хорошо объясняет перегиб, который я вижу.

Мои попытки объяснить это себе динамикой слоя инверсии каналов закончились недоумением. Я не вижу четкой точки перегиба в том, как я понимаю, как это выглядит, когда$V_{GS}$знак равно$V_{DS}$. (Это мои лучшие выводы, а не что-то официальное, что я где-то читал.) Обратите внимание, что я использовал$V_{GD}$здесь ($V_{GS} - V_{DS}$), несколько нетрадиционно, зная, что$V_{GD}=0$было то, что я искал :)

Если у кого-то есть ссылка или он достаточно хорошо знает физику, чтобы объяснить приведенную выше кривую, я был бы очень признателен. Я дам печенье с правильным ответом всем, кто сможет :)

У меня вопрос: почему наклон должен быть линейным?

Фактически, в течение 150 нс плато Миллера сопротивление канала MOSFET падает с почти бесконечности до очень малого значения. Даже если оно падает линейно, выходное напряжение делителя, образованного R=100 Ом и R DS MOSFET, не является линейным.

При этом наблюдается нелинейная зависимость R DS от заряда затвора; вы не можете найти его в таблицах данных, но мы знаем, что он нелинейный.

Поэтому такое поведение естественно.

На мой взгляд, у вас действительно хорошая тестовая установка, однако не очень хорошо управлять мощным MOSFET от источника 50 Ом в реальной силовой цепи.