Hallo,
Ich habe eine Graphik entdeckt, aus der hervorgeht, daß die Gatekapazität eines MOSFETs scheinbar von einer Spannung (welcher) und sogar von der Frequenz abhinge. Die Graphik war natürlich nicht erklärt und nicht einmal gut beschriftet.
Das interessiert mich jetzt aber doch. Von welcher Spannung hängt die Gatekapazität eines Mosfets ab und was ist der physikalische Hintergrund?
Grüße,
Bernhard
Hallo Bernhard
Mosfets brauchen zur Umladung eher eine "feste" Ladung (ein paar NanoCoulomb) als eine Spannungsabhängige Ladung (entspräche einer Kapazität).
Kapazität = Ladung / Spannung
Man sollte die Werte aber in der Regel nur insoweit berücksichtigen, dass die Ansteuerung damit nicht verfälscht wird (Z.B. Dimensionierung des Vorwiderstandes). Für alles andere schwanken die Werte zu stark
Gruß
achim
Kurze Zwischenfrage
Ich habe einen MOS-Fet-Einsatz für einen Bewegungsmelder
Bitte ganz kurz zum Verständnis für einen Laien. Was ist das und wie funktioniert das?
Danke
Torx
Hi!
Ich habe einen MOS-Fet-Einsatz für einen Bewegungsmelder
Ist das ein Zusatz-Modul oder eine Klemme?
Oft haben solche Sensoren einen Ausgang, mit dem man etwas anderes ansteuern kann. Berühmtestes Beispiel ist sicher ein Relais.
Nun sind Relais aber teuer, groß, unhandlich und haben begrenzte Anzahl von Schaltzyklen. Darum werden sie oft durch Halbleiterschalter resetzt. Vorteil: Viel schneller (obwohl bei Bewegungmeldern nicht wichtig), kein Verschleiß, keine Geräusche, viel kleiner.
Nachteil: Der FET kann nur 1 Eingang gegen Masse schalten oder ihn eben nicht schalten (dann hängt er elektrisch in der Luft). "Open Drain" heißt das, ähnlich zu Open Collector bei BJTs. Das geht _nur_ mit positiven Spannungen, also Gleichspannung. Der Strom ist auch oft relativ mikrig (zB 100mA). Und die max. Spannung ist auch eher klein.
Die Botschaft: "MOSFET-Schalter" ist also: Schließe niemals 230V AC an.
Wozu das dann?
Viele andere Geräte arbeiten auch mit kleinen Steuerspannungen (+5V, +10V, +12V, +24V) und haben ihrerseits dann eine Menge Elektronik. Die braucht zur Ansteuerung nur kleine Ströme und kleine Spannungen.
Bye
Hansi
Hi!
Ich habe eine Graphik entdeckt, aus der hervorgeht, daß die
Gatekapazität eines MOSFETs scheinbar von einer Spannung
(welcher) und sogar von der Frequenz abhinge. Die Graphik war
natürlich nicht erklärt und nicht einmal gut beschriftet.
Das interessiert mich jetzt aber doch. Von welcher Spannung
hängt die Gatekapazität eines Mosfets ab und was ist der
physikalische Hintergrund?
Grundsätzlich ist alles frequenzabhängig, tlw. durch nichtlineare Materialien, durch Dispersion, ... Meistens tritt das aber erst bei sehr hohen Frequenzen auf, man lernt das also in der Schule nicht.
Warum sich die Gatekapazität in Abhängigkeit der Gate-Source-Spannung ändert, weiß ich leider nicht. Evtl. weil der Gegenpol vom Gate ja nicht eine glatte Platte ist sondern mehr aus "dem Raum dahinter" besteht. Und durch die Gatespannung werden ja Elektronen angezogen bzw. abgestoßen. Dadurch ändert sich die Ladungsverteilung, aber auch die Dielektrizitätskonstate (ja, Anwesenheit von Elektronen ändert das epsilon_r!). Ich nehme an, dass das dafür verantwortlich ist.
Wenn du solche Effekte in Deinen Schaltungen berücksichtigen willst oder musst, kommst du um Simulationsprogramme nicht herum. Dort sind dann moderne Transistormodelle (für MOSFETs zB BSIM3, BSIM4) enthalten. Für den jeweiligen Transistor-Typ musst du dann alle Werte des Modells (mehrere Hundert :-) ) einsetzen. Wichtig ist das vorallem im Analog-Chip-Design, wenn es auf hoch-genaue Modelle in allen erdenklichen Betriebsbereichen drauf an kommt. Das Einsetzen der Werte übernimmt aber der Hersteller des MOSFETs oder des Prozesses.
Bye
Hansi
Das interessiert mich jetzt aber doch. Von welcher Spannung
hängt die Gatekapazität eines Mosfets ab und was ist der
physikalische Hintergrund?
Grüße,
Bernhard
Hallo
Ich weiß nur, das die Sperrspannung in Dioden eine Kapazitätsänderung verursacht.
Dabei werden die dotierten Schichten mit ihren N oder P Eigenschaften durch Ladungsinjektion vergrößert oder verkleinert.
Eine hohe Sperrspannung vergrößert den Abstand normalerweise leitfähig dotierter Schichten, so das die Kapazität kleiner wird.
Bei Mosfets sind die dotierten Schichten meist nicht elektrisch mit dem Gate kontaktiert. Hier gibt es jedoch den Verschiebungsstrom des Kondensators, wodurch ebenfalls eine Ladung (allerdings wesentlich kleinere) injiziert wird, ohne das die Gegenseite des Gates, also der N oder P Kanal einen elektrischen Anschluß als Gate hat.
Meine Vermutung nun ist die, das bei niedriger Frequenz dieses Verschiebungsstromes dieser kaum eine Rolle spielt, weil ja der Kanal Ohmisch leitfähig ist, und dadurch injizierte Ladungen schnell entfernt werden. Bei höherer Frequenz ist es dann aber wieder andersherum, so das der Verschiebungsstrom stark wirksam in seiner Eigenschaft des Veränderns der Sperrschichtbreite sein sollte.
Macht eine hohe Gatesperrspannung den N oder P Kanal weniger leitfähig, ist auch der Abstand des Gates zum leitfähigen Bereich des N oder P Kanals größer und die Kapazität des Gates zum Drain oder Source sollte dabei sinken.
MfG
Matthias
die gatekapazität, gemessen zwischen Gate und Source ohne Drainspannung, ist relativ konstant. Schaltet der MOSFET jedoch eine Spannung, wirkt die Drain/Gate-Kapazität (die sog. Miller-Kapazität) auf das Gate zurück, und zwar so, dass sich die Gatekapazität scheinbar erhöht (es ist eine kapazitive Gegenkopplung). In Wahrheit tritt das nur in dem Bereich der Gatespannungsänderung auf, bei der die Drainspannung sich ändert, also bei der Schwellenspannung des Gate (meist 2...4V). Dieser Effekt wird als sog. "total gate charge" in den Spec´s berücksichtigt und ist für einen definierten Spannungshub des Gates UND des Drains gegenüber Source angegeben.
Abhängig von der geschalteten drain-Spannung muss also der Gate-Treiber eine größere Ladung weg- und hinschaffen, als es die Gatekapazität allein erfordern würde.