Беспокойный мосфет

[anli]

Ковыряясь с хулиганской попыткой реализации идеи Игоря Семынина [1], наткнулся на вот такую непонятную штуку. Итак, на картинке у нас всего лишь истоковый повторитель, нагруженный на генератор тока, который также на мосфете. На входе 20KHz. Семейство графиков - для разных смещений на затворе нижнего мосфета. - 3.6V, 3.8V, 4.0V (графики, соответственно, синий, зелёный и красный). Начальный ток мосфетов вы можете прикинуть по току в начале графика.

Порнография, понятно, в токе через мосфеты (нижние графики). При умеренном токе покоя также изламывается и выходное напряжение - на средних графиках синяя синусоида, которая стала совсем не синусоидой.

При уменьшении частоты (скажем, до 200Hz) или закорачивании затворных резисторов порнография сильно уменьшается, но не исчезает полностью! даже на 20Hz зубцы ещё есть, хоть и небольшие (меньше процента).

Думаю, что-то с моделями от IR. Кто-нибудь понимает содержание моделей IRF-ов? Просто я сильно сомневаюсь, что это всё имеет отношение к реальности. Модель присоединил.

[1] https://forum.vegalab.ru/showthread.php/10880

[Alex]

Со стандартными моделями МС7, МС9 - все нормально (модуляция есть, но это как положено ).

МС8 - аналогично:

[anli]

МС8 - аналогично

Точно так, как для латералов.

[Tramper]

Попробовал с моделями HUF76639, аналогичная картина (пост 1) появляется на частотах выше 50 кгц. До этого синус нормальный. Ток источника 65 ма (МС9.0.6.1).

[Костя Мусатов]

Андрей. Ввел эту схему, получил то же самое. Но только не Амперы, а милиамперы. Что-то с моделями. Хотя раньше они у меня работали.
Ой нет, это я забыл номинал резистора в истоке.
Заменил нижний транзистор на источник тока. Все стало нормально

---------- Добавлено в 17:10 ---------- Предыдущее сообщение в 16:53 ----------

Взял, заменил сложную модель IRFP140N на простой транзистор, чья модель встроена в эту сложную модель

.MODEL MM NMOS LEVEL=1 IS=1e-32
+VTO=3.55056 LAMBDA=0 KP=29.1392
+CGSO=1.23323e-05 CGDO=1.00023e-11

Все стало чисто. Получается, что симуляция обратной емкости, сделанная на остальных элементах, сделана порогово, а не плавно.

Еще взял Фаировскую модель

* FQA33N10 100V N-CHANNEL DMOSFET ELECTRICAL PARAMETERS
*------------------------------------------------------------------------------------
.SUBCKT  FQA33N10  20  10  30
Rg      10   1    1
M1      2    1    3    3    DMOS    L=1u   W=1u
.MODEL DMOS NMOS (VTO={3.88*{-0.00063*TEMP+1.01575}}  KP={26.6*{-0.000082*TEMP+1.00205}}
+ THETA=0.056  VMAX=0.92E5  LEVEL=3) 
Cgs     1    3    1088p
Rd      20   4    24m      TC=0.0087
Dds     3    4    DDS
.MODEL     DDS    D(BV={100*{0.001*TEMP+0.975}}  M=0.5    CJO=258p    VJ=0.8)
Dbody   3    20   DBODY
.MODEL   DBODY    D(IS=2.5E-12   N=1.0   RS=3.6m   EG=1.14   TT=80n)
Ra      4    2    8m       TC=0.0087
Rs      3    5    0.8m    
Ls      5    30   2.6n
M2      1    8    6    6   INTER
E2      8    6    4    1    2
.MODEL   INTER    NMOS(VTO=0     KP=10     LEVEL=1)
Cgdmax  7    4    2075p
Rcgd    7    4    10meg
Dgd     6    4    DGD
Rdgd    4    6    10meg
.MODEL     DGD    D(M=0.76     CJO=2075p     VJ=0.45)
M3      7    9    1    1   INTER
E3      9    1    4    1   -2
.ENDS FQA33N10
*------------------------------------------------------------------------------------
* FAIRCHILD PUCHON S.KOREA     CASE: TO-3P      PID: FQA33N10
* MAY-11-2001 CREATION

С ней все гораздо предсказуемее. Хотя пороговость так же присутствует.

[sia_2]

Порнография, понятно, в токе через мосфеты (нижние графики). При умеренном токе покоя также изламывается и выходное напряжение - на средних графиках синяя синусоида, которая стала совсем не синусоидой.

При уменьшении частоты (скажем, до 200Hz) или закорачивании затворных резисторов порнография сильно уменьшается, но не исчезает полностью! даже на 20Hz зубцы ещё есть, хоть и небольшие (меньше процента).

Думаю, что-то с моделями от IR. Кто-нибудь понимает содержание моделей IRF-ов? Просто я сильно сомневаюсь, что это всё имеет отношение к реальности. Модель присоединил.

Модель IRF как раз не врет, в реалии все то же самое, только не так резко выражено (ибо хорошие модели делаются с учетом "худшего случая").
Физическая причина - DMOS есть не что иное, как каскод из низковольтного МОП с дикими емкостями/модуляцией проводимости и "вертикального" p-n переходного JFET транзистора с напряжением отсечки от ~5 до ~25 вольт в зависимости от типа (причем бОльшие напряжения характерны для P-МОП). Поэтому при напряжениях сток-исток этого хозяйства, меньших напряжения отсечки p-n переходной части, у реальных DMOS в отношении линейности и проходных емкостей "все плохо" - каскод не работает, миллер "зашкаливает". На эти грабли много кто наступал, напр. MadOptic.
Стандартные SPICE/MicroCap MOSFET модели предназначены для МОП в составе микросхем, они горизонтальные, там этих эффектов нет, соответственно, и в модели их не вводят.

[Костя Мусатов]

Физическая причина - DMOS есть не что иное, как каскод из низковольтного МОП с дикими емкостями/модуляцией проводимости и "вертикального" p-n переходного JFET транзистора с напряжением отсечки от ~5 до ~20 вольт в зависимости от типа.

А что же помешало так и сделать модель из MOS и JFET?

[sia_2]

А что же помешало так и сделать модель из MOS и JFET?

Есть такие модели. Почему они не "канонизированы" - я задавал вопрос, ответы были из разряда "второй транзистор как MOП, а не JFET вызывает меньше вопросов от пользователей". А так - "кто во что горазд". Макромоделей можно придумать мно-ого.

Offтопик:
Поймите, у изготовителей компонентов - бизнес, а не наука в чистом виде. Причем бизнес этот - хотя и большой, но не особо прибыльный. И они, чтобы не "вылететь в трубу", ведут дела в соответствии с экономическими/маркетинговыми, а не "техническими" соображениями. Поэтому подарков для "особо продвинутых пользователей", если их мало, никто делать не будет. Дали хоть какие-то модели - и на том спасибо. Кому надо более точные/более "физичные" - пусть делает сам или заказывает за деньги.

[CS-A]

вот тут, например, есть электрическая схема модели с подключаемыми кондерами:

[anli]

Сергей (aka sia_2), увы, прав. Схема и осциллограмма. Жёлтый график - напряжение на выходе. Синий - на резисторе в истоке.

Offтопик:
deemon, оказывается, про пятна на солнце я погорячился

[CS-A]

Схема и осциллограмма.

Почти как в симуляторе.

[anli]

Почти как в симуляторе.

Да я бы сказал, точно так, как в симуляторе

[SashaNetrusov]

anli,
Т.к. на НЧ форма тока улучшается, то эффект связан чисто с ёмкостями. Проходной в частности. Хорошо бы ещё ток затвора посмотреть...

[anli]

то эффект связан чисто с ёмкостями

В этом не сомневаюсь

Хорошо бы ещё ток затвора посмотреть

Так как симулятор оказался прав, можно предположить, что и тут он правильно показывает. Там точно такая же порнография.

[SashaNetrusov]

Там точно такая же порнография.

Нелинейная проходная ёмкость создаёт нелинейный ток затвора, который создайт нелинейное падение напряжение на затворном резисторе, которое вычитается из напряжения смещения и далее перемножается на нелинейную крутизну и получаем порнографический вых ток...

[deemon]

Так как симулятор оказался прав, можно предположить, что и тут он правильно показывает. Там точно такая же порнография.

Но , он же величину модуляции тока "раздул" на порядок А так ведь понятно , что надо бы в исток хотя бы один ом поставить - будет поприличнее .... хотя , все эти ключевые мосфеты - они не для звука , конечно

[anli]

Нелинейная проходная ёмкость создаёт нелинейный ток затвора, который создайт нелинейное падение напряжение на затворном резисторе, которое вычитается из напряжения смещения и далее перемножается на нелинейную крутизну и получаем порнографический вых ток...

Я думаю, это слишком упрощённая трактовка. Нелинейности ёмкостей на графике довольно плавные. А поведение уж слишком импульсное получается. Как будто гистерезис какой-то есть.

---------- Добавлено в 00:15 ---------- Предыдущее сообщение в 00:03 ----------

Offтопик:

хотя , все эти ключевые мосфеты - они не для звука , конечно

Не для звука. Для музыки

Но , он же величину модуляции тока "раздул" на порядок

Я просто не сажал мосфеты на радиатор, а в состоянии сквозного тока они, понятно, быстро раскаляются, так что я смещение на нижнем затворе по ходу дела уменьшал, так как у меня БП защищался (там что-то около 500mA, кажется). Но - да, преувеличение тоже есть, что соответствует общей тенденции моделей, о которой чуть выше сказал Сергей Агеев - что они представляют худший (в каком-то смысле) случай.

Кстати, интересная штука. Посмотрел каскад с общим истоком, в нагрузке резистор - всё зашибись. С общим стоком, в нагрузке опять резистор - ток затвора (но не стока) имеет тот же импульсный характер.

[deemon]

А поведение уж слишком импульсное получается. Как будто гистерезис какой-то есть.

Не , не гистерезис , а просто есть порог напряжения стока , ниже которого поведение полевика резко ухудшается ..... меня вот только одна вещь тут смущает - нарастающий участок тока канала при падающем напряжении стока . Такое может быть , теоретически , только если в цепи затвора будет заметное сопротивление , чтобы при резко спадающем участке синуса затвор заметно "просел" из-за влияния Миллера , а потом , когда скорость спада уменьшилась , и "вынос" заряда через Миллеровскую ёмкость ослаб - ёмкость затвора уже должна начать снова заряжаться через резистор в цепи затвора , вот тут кагбы и может сформироваться этот восходящий участок , по идее - причём , тут надо ещё одно условие - чтобы крутизна была достаточно большой , и эффект от роста напряжения затвора превзошёл эффект от всё ещё продолжающегося спада напряжения стока . Интересно , а если в затвор поставить не 56 ом , а 10 ом , или вообще его закоротить - этот эффект исчезает , или нет ?

[anli]

Интересно , а если в затвор поставить не 56 ом , а 10 ом , или вообще его закоротить - этот эффект исчезает , или нет ?

Уменьшается значительно, но не исчезает полностью. Но это, понятно, при нулевом выходном сопротивлении источника.

Так что Костя Мусатов очень прав, когда советует на затворное сопротивление намотать проволоку

Кстати, преувеличение симулятора ещё меньше, так как в первом сообщении 200 ом в затворе, а не 56, как в железе.

[Серый Мыш]

Я в симуляции ВК от Никитина а потом и всех остальных видел деградацию частотных свойств мосфетов при напруге сток-исток <=3В . Эквивалентно насыщению биполяров? Глубокая ООС тут вызывает как минимум сквозные токи - Резисторы у Никитина по .47 видели? выход - диодный лимитер ?
кстати у дарлингтонов граница начала входа в насыщение тож есть , и 3 Вольта в остатке - магическое число для меня.

---------- Добавлено в 08:20 ---------- Предыдущее сообщение в 08:18 ----------

советует на затворное сопротивление намотать проволоку

не надо забывать выходное сопротивление УН, когда сравниваешь проволоку и резистор в 10 Ом

[ZugDuk]

Я в симуляции ВК от Никитина а потом и всех остальных видел деградацию частотных свойств мосфетов при напруге сток-исток <=3В .

кстати у дарлингтонов граница начала входа в насыщение тож есть , и 3 Вольта в остатке - магическое число для меня.

А горизонталки как себя ведут в этом отношении ? Например 2SK1058 ?