Begrijpen van Mosfet Capaciteit: Berekeningen voor High-speed Switching
Het begrijpen van de capaciteit van MOSFETs is essentieel voor het ontwerpen van circuits die snel schakelen vereisen. Nauwkeurige berekeningen helpen bij het optimaliseren van de prestaties en het verminderen van stroomverlies. Dit artikel geeft een overzicht van belangrijke concepten en berekeningsmethoden met betrekking tot MOSFET capaciteit.
Soorten MOSFET-capaciteit
MOSFET's hebben drie hoofdcapaciteiten: gate-to-source (C[gs[), gate-to-drain (Cgd), en drain-to-source (C[ds). Deze capaciteit heeft invloed op schakelsnelheid en stroomverbruik. C[gs[] en C[]gd[ zijn dynamisch, veranderend met spanning, terwijl C[[ds[[ meestal parasitisch is.
Berekenen van de capaciteit van de poort
De capaciteit van de poort naar bron (Cgs) kan worden geschat met behulp van de capaciteit van het gateoxide per eenheid (C[ox) en het gategebied (A):
Cgs ≈ Cox × A
Wanneer Cox wordt berekend als:
Cox = εox / tox
Effect op schakelsnelheid
De capaciteit beïnvloedt de schakeltijd van MOSFETs. De tijdconstante (τ) wordt gegeven door:
τ = R × C
waarbij R de weerstand in het circuit is. Lagere capaciteit resulteert in een snellere schakelen, wat van cruciaal belang is voor hogesnelheidstoepassingen.
Praktische berekeningsvoorbeeld
Bij een MOSFET met een gateoxidedikte van 2 nm en een oxidediële constante (εox) van 3,9 × 8,85 × 10-12 F/m, en een gate area van 10 μm × 10 μm wordt de gate capacitance als volgt berekend:
Cox[ = (3.9 × 8.85 × 10-12) / (2 × 10-9) = 1,72 × 10-3 F/m2
A = 10 μm × 10 μm = 1 × 10-10 m2
Cgs ≈ 1,72 × 10-3 × 1 × 10-10 = 1,72 × 10-13 F