测量T254CSD19535两种MOS管的输入电容

Posted 2023-01-18 卓晴

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了测量T254CSD19535两种MOS管的输入电容相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

01 MOS管输入电容

一、背景简介

在博文雪崩电流信号整形熄火电路中，对两款MOS管进行了对比。结果表明高速MOS管可以大大提高熄火电路的速度。两种MOS管所产生的的脉冲宽度，可以相差10倍左右。这种主要是由于MOS管栅极输入电容引起的时间延时。下面对这两款MOS管的栅极输入电容进行测量。

▲ 图1.1.1 雪崩电流脉冲信号整流电路

二、数据手册

根据 CSD19535 数据手册，可以知道该MOS管是100V N沟道MOS功率管。手册给出了两个表格，都与MOS管栅极电容有关系。左边的表格是栅极电压与充电电荷之间的关系。右边表格是漏极电压与栅极等效电容。根据左边表格，在栅极电压小于4V的时候，充电电荷与电压之间呈现线性关系。在此电压范围之内栅极输入特性为线性电容。根据表格给出的数值可以计算出栅极电容为6纳法。右边表格显示栅极电容与漏极电压有关系。在低压下，栅极电容由蓝色曲线表示，通过表格查看，电容大约为6纳法。综合两个表格可知CSD19535栅极电容大约为6纳法。

▲ 图1.2.1 CSD19535栅极电容相关数据
查看 T254 数据手册。书册表格给出了输入电容数值。在栅极电压为0V左右，输入电容大约为1.1纳法。

▲ 图1.2.2 T254输入电容特性

三、直接测量电容

下面使用SmartTweezer直接测量两款MOS的栅极与源极之间的电容。测量CSD19535的栅极电容，可以看到容量大约为5.8纳法。测量T254栅极电容，容量大约为1.04纳法。测量的结果与数据手册大体相同。

▲ 图1.3.1 使用SmartTweezer直接测量MOS的栅极电容

四、阻容充放电

下面使用阻容充放电来测量MOS管的栅极电容。通过信号源产生峰峰值为5V，频率为1kHz的方波信号。电路中串联电阻是已知的，使用示波器读取待测电容上的电压波形，根据波形时间参数来获得待测电容容量。

▲ 图1.4.1 利用充放电波形获得电容参数

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2023-01-17
#
# Note:
#============================================================

from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *

mso24open()

x,y1,y2 = mso24read(ch1=1, ch2=2)
plt.plot(x, y1, label='CH1', linewidth=3)
plt.plot(x, y2, label='CH2', linewidth=3)

tspsave('data', x=x, y1=y1, y2=y2)

plt.xlabel("Time")
plt.ylabel("Wave")
plt.grid(True)
plt.legend(loc="upper right")
plt.tight_layout()
plt.show()

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

这里给出了使用示波器MSO24测量的波形，蓝色是输入方波，黄色是MOS栅极充放电波形。利用Python编程，读取示波器波形数据。然后对波形数据进行处理。下面给出了MSO24读取的数据波形。

▲ 图1.4.2 读取波形数据并显示

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2023-01-17
#
# Note:
#============================================================

from headm import *

x, y1, y2 = tspload('data', 'x', 'y1', 'y2')

y20 = list(y2>0)
ychange = array([1 if s1 != s2 else 0 for s1,s2 in zip(y20[:-1], y20[1:])])
yw = where(ychange == 1)[0]

startid = yw[1]+5
endid = yw[2]

plt.plot(x[startid:endid], y1[startid:endid], label='CH1')
plt.plot(x[startid:endid], y2[startid:endid], label='CH1')

plt.xlabel("Time")
plt.ylabel("Wave")
plt.grid(True)
plt.legend(loc="upper right")
plt.tight_layout()
plt.show()

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================

通过Python编程提取其中一个充电周期的数据。可以看到这是一个电阻电容充电的曲线。

▲ 图1.4.3 充电半个周期中的数据波形
利用scipy中的曲线拟合功能，来拟合示波器获得的MOS管栅极充电曲线数据。这里给出了充电指数曲线三个参数。其中参数B的倒数是充电时间常数，它等于电路中串联电阻与电容的乘积。这是根据参数绘制的拟合曲线曲线，初步验证这些参数的正确性。

▲ 图1.4.4 利用曲线拟合获得充电参数

[-5.01799537e+00 7.62146098e+03 2.55007691e+00]

from scipy.optimize        import curve_fit

def func(x, a, b, c):
    return exp(-x*b)*a+c

param = (-5, 0.001, -2)
param, conv = curve_fit(func, t, curve, p0=param)
printf(param)

yfit = func(t, *param)

下面根据测量结果来计算待测电容的大小。曲线参数B的倒数是充电时间常数，充电回路电阻等于R0加上R1。那么待测电容C1等于时间常数除以回路电阻。计算出的结果为13.1纳法。

对比前面结果，可以看到使用充放电测量的结果比手册中给定的结果大了近2倍。这有可能是充放电范围所导致的。实验中采用的正负2.5V 充放电，这与实际MOS管所使用的范围不同。下面将充放电的范围改成大于0V。这是充电电压从0V到5V，可以看到到其中充电大于3V的时候出现了弯折。下面将充电电压范围改成0V到2V。这里给出了输入电压降低之后测量信号波形，充电电压波形就非常漂亮了。