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

[Серый Мыш]

Например 2SK1058

к сожалению ни моделей ни экземпляров ни интереса ( не знаю почему , мож цены не нравятся ), но в даташите у них напряжение насыщения вроде очень даже высокое... на 6 Амперах теряем 5 Вольт, выше лучше забыть...

[anli]

не надо забывать выходное сопротивление УН

Я ж прямым текстом об этом и написал:

Но это, понятно, при нулевом выходном сопротивлении источника.

Но польза от индуктивности и при ненулевом выходном сопротивлении драйвера всё равно никуда не девается, согласись.

[SashaNetrusov]

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

Когдато ещё в студенчестве имел дело с СВЧ биполярами, так напряжение насыщения на НЧ и на СВЧ совсем разные вещи. Поднимается чуть ли не до 10В. Усилительные свойства транзистора полностью деградируют. Как модели этот факт, интересно, отражают?

[sia_2]

Когдато ещё в студенчестве имел дело с СВЧ биполярами, так напряжение насыщения на НЧ и на СВЧ совсем разные вещи. Поднимается чуть ли не до 10В. Усилительные свойства транзистора полностью деградируют. Как модели этот факт, интересно, отражают?

Хорошие модели - отражают. А разница статического и динамического напряжений насыщения - присуща всем биполярным транзисторам, особенно наглядна она у высоковольтных. Причина - модуляция проводимости высокоомного коллекторного слоя при инжекции в него неосновных носителей из базы. Накопление носителей, снижающих его сопротивление, занимает определенное время, и это время намного больше, чем 1/(2*Pi*Ft). Точно такой же эффект есть и у диодов - динамическое прямое напряжение выше статического. При накоплении заряда эффективная емкость p-n перехода резко растет (эту составляющую называют диффузионной емкостью, как результат диффузии носителей заряда), что для транзистора соответствует резкому росту емкости коллектор-база.

[deemon]

А разница статического и динамического напряжений насыщения - присуща всем бипоярным транзисторам, особенно наглядна она у высоковольтных. Причина - модуляция проводимости высокоомного коллекторного слоя при инжекции в него неосновных носителей из базы. Накопление носителей, снижающих его сопротивление, занимает определенное время, и это время намного больше, чем 1/(2*Pi*Ft). Точно такой же эффект есть и у диодов - динамическое прямое напряжение выше статического. При накоплении заряда эффективная емкость p-n перехода резко растет (эту составляющую называют диффузионной емкостью, как результат диффузии носителей заряда), что для транзистора соответствует резкому росту емкости коллектор-база.

Кстати , мне всегда было непонятно , почему этот эффект особенно выражен именно у мощных ВЧ и СВЧ биполяров , хотя они как раз не особенно высоковольтные ? Скажем , такой пример - КТ970 . Максимальное пиковое напряжение у него - 70-75 вольт , то есть он далеко не высоковольтный .... но вот , если я делаю на нём линейный каскад , например на 100 мгц в классе АВ , то я могу получить с транзистора 50 ватт - дальше резко растут искажения , а если я хочу получить с него максимум - то довожу его до полного насыщения , и получаю с него же , в этой же схеме - 100 ватт . То есть , у таких транзисторов насыщение фактически начинается с половины максимальной мощности каскада Причём , что интересно , начало насыщения зависит от частоты - то есть , если делать такой же каскад на 60 мгц , то можно линейно его качать до 60 ватт , примерно , а на 200 мгц уже и 40 ватт линейной мощности - получить не так просто .
Для НЧ такое поведение было бы явно "плохим" , а для ВЧ - вполне нормально .... но почему оно так - до сих пор не понимаю Может быть , там уже работает какой-то "скин-эффект" , уменьшающий эффективную площадь перехода с ростом частоты , тут уж трудно сказать точно .....

[sia_2]

Кстати , мне всегда было непонятно , почему этот эффект особенно выражен именно у мощных ВЧ и СВЧ биполяров , хотя они как раз не особенно высоковольтные ? .

У ВЧ/СВЧ транзисторов для снижения постоянной времени RбCэ стараются сокращать ширину эмиттеров, соответственно доля "активной" части площади структуры получается меньше, чем у "низкочастотных" (с относительно широкими эмиттерами). Отсюда и бОльшее сопротивление. В хороших конструкциях транзисторов выполняют дополнительное локальное легирование области коллекторного слоя (лежащей непосредственно под эмиттером) для снижения его сопротивления, но на советских серийных ВЧ/СВЧ транзисторах этот прием не применялся.
Частотная зависимость связана с инерционностью накопления заряда, модулирующего проводимость коллекторных областей, больше время (ниже частота) - меньше сопротивление (но ценой резкого роста эффективной емкости коллектор-база).

[SashaNetrusov]

Частотные свойства транзисторов в моделях конденсаторами имитируются. Пусть и нелинейными. Что, по моему ,весьма слабо реальные процессы описывает. Всякие там зависимости активной области от частоты , модуляция проводимости, толщины слоя и прочее...

[Tramper]

про параметр level в моделях МОП PSpice

Offтопик:
Для учета различных эффектов в МОП-транзисторе применяется 6 уровней моделей. Схема замещения транзистора для всех уровней остается одной и той же, изменяются только системы уравнений, описывающих транзистор. Уровень модели задается параметром LEVEL.
Модель первого уровня LEVEL=1 применяется в грубых расчетах, когда не требуется высокая точность. Ее основные достоинства и недостатки:
· наименьшее время вычислений;
· не учитывается зависимость подвижности носителей от электрического поля;
· не учитывается подпорогоый режим;
· не учитывается зависимость порогового напряжения от параметров L, W, Vds;
· все емкости рассчитываются упрощенно;
· не учитывается неоднородность легирования.
Модель LEVEL=2 основана на более точных теоретических построениях, однако ряд ее параметров трудно оценить по экспериментальным данным. Модель достаточно сложна и требует больших затрат на моделирование.
Полуэмпирическая модель LEVEL=3 требует меньших вычислительных затрат и ее рекомендуется использовать для расчета МОП-транзисторов с коротким каналом (1-3 мкм).
Для уровня LEVEL=4 используется модель BSIM1 – короткоканальная модель МОП-транзистора. По сравнению с моделью первого уровня учитываются следующие эффекты:
· зависимость подвижности носителей от вертикального поля;
· насыщение скорости носителей;
· зависимость порогового напряжения от напряжения стока;
· распределение заряда обедненной области между стоком и истоком;
· неоднородное легирование для транзисторов, изготовленных с применением ионной имплантации;
· модуляция длины канала;
· подпороговая проводимость;
· зависимость всех параметров от геометрии транзистора.
Модели LEVEL=5 и LEVEL=6 (BSIM3) более точно описывают субмикронные МОП-транзисторы и непрерывно модифицируются.

[pplefi]

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.

Большое спасибо за эти слова!!!!!!!!!!!!!!!!
Точнее и не скажешь!!!!
+1
Владимир - новичок на форуме