Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik [LTspice] Berechnung einer spannungsabhängigen Kapazität


von trafo (Gast)


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Eigentlich wollte zum IRF9510 
Beitrag "Re: IRF9510 Spice Model" ja nix mehr sagen, 
aber das Problem mit dem fehlerhaften Sperrstrom ist mir nicht aus dem 
Kopf gegangen.
Zu diesem Behufe habe ich mir das Modell der lib gezeichnet. Abgesehen 
von den Unstimmigkeiten, die anscheinend jede einzelne lib der Serie 
aufweist
1
IRF9510-IS=0.000633894 RS=0.126663   N=12.7812 BV=100 IBV=0.0001   EG=1.2 XTI=1 TT=0.0001      CJO=3.13356e-10 VJ=0.908437 M=0.419645 FC=0.5
2
IRF9520-IS=7.308e-22   RS=0.17       N=1.29916 BV=100 IBV=10       EG=1   XTI=1 TT=1e-07       CJO=4.53963e-10 VJ=2.47692  M=0.539653 FC=0.1
3
IRF9530-IS=1e-17       RS=0.150832   N=1.5     BV=100 IBV=0.00025  EG=1.2 XTI=4 TT=1e-07       CJO=3e-09       VJ=3        M=0.8      FC=0.1
4
IRF9540-IS=9.2473e-11  RS=0.00815502 N=1.22578 BV=100 IBV=-0.00025 EG=1.2 XTI=4 TT=6.92199e-07 CJO=7.99077e-10 VJ=1.46806  M=0.554057 FC=0.499996
interessiert mich vor allem die Implementierung der spannungsabhängigen 
Drain-Source Kapazität. Ich kann mir ungefähr vorstellen, wie die 
Simulation arbeitet, wollte aber eine direkte Darstellung wie in 
ltspice_help.png erreichen.

Dabei bin ich auf eine eklatante Wissenlücke meinerseits gestoßen:
Wie berechnet man so eine Kapazität am besten?
Spannungsquelle als DC-Rampe mit überlagertem, kleinem Sinus z.B. 1MHz 
und Berechnung aus U/I wie einen Blindwiderstand?

Ich habe zwar, vielleicht etwas oberflächlich, gegoogelt aber nichts mit 
Nährwert gefunden.

Danke
trafo

p.s.: Bitte keine links auf die entsprechende Yahoo-Group - die 
Schmerzschwelle, mich da anzumelden ist noch nicht erreicht ;)
p.p.s.: Das von einigen Audio-Freaks verwendete Modell von 
http://home.broadpark.no/~pbrakken/el2/avgrensa/SPICE-modeller/pwrmos.lib 
erscheint mir plausibler zu sein.

von trafo (Gast)


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Sorry
s/Drain-Source/Drain-Gate/

von Mischmasch (Gast)


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IR :-) Hat eine Testschaltung für Ladungen in der AN-944 
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-944.pdf

Infineon hat eine in einem Paper 
https://dokumente.unibw.de/pub/bscw.cgi/S4a657177/d347875/deml199.pdf 
und nochmal eine Simulation einer Messung gegen Ende in 
http://www.infineon.com/dgdl/Spice+Models.pdf?folderId=db3a304412b407950112b426db703ad9&fileId=db3a30431441fb5d0114732637840b22

Alles in ein paar Sekunden ergoogled.

von trafo (Gast)


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Dankeschön!

Insbsondere der 2te link mit
"Normally this is done by applying the constant VDS bias with an 
additive small signal sine wave."
bestärkt mich in meinem Vorgehen. Es wird aber etwas dauern, bis ich das 
ganze wirklich behirnt habe.

Wie schon erwähnt, hab ich, wenn auch oberflächlich, gegoogled - ohne 
greifbares Ergebnis.

Was waren deine Suchkriterien? Evtl. "Miller", etwas, dass ich in diesem 
Zusammenhang wieder einmal völlig ausgeblendet habe :(

von Achim M. (minifloat)


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trafo schrieb:
> "Miller"

In einem Linearverstärker stellt man sich das am besten als einen miesen 
OP-Amp vor.
1
Aus dem hier:
2
                    VCC
3
                     |
4
                    .-.
5
                    | |
6
                    |_|Rd
7
                     |       out
8
           +---------*--------o
9
           |     D   |
10
       Cgd =  ||-----+
11
in   ___   |  ||-|<|-+  idealer Kapazitätsfreier MOSFET
12
o---|___|--*--||-----*
13
     Rg     G    S   |
14
                    GND
15
Wird das hier:
16
        +-->    Cgd   <--+
17
        |  +----||----+  |
18
        |e |          | a|
19
in   ___   |  |\      |
20
o---|___|--*--|-\     |   out
21
     Rg       |  >----*----o
22
         GND--|+/
23
              |/mieser OPV mit kleiner Verstärkung
Rd legt im allgemeinen eine Spannungsverstärkung v_ud0 fest, da im 
Linearbetrieb der MOSFET eine Stromquelle ist.
Die Kapazität Cgd ist in erster Näherung konstant(es reicht für die 
Überlegungen hier). Die Zweigimpedanzen, die du vom Punkt a oder e in 
den Kondensator hinein siehst(Pfeile kennzeichnen die "Blickrichtung"), 
sind Aufgrund der Verstärkung verschieden. Das kann man auf einem Blatt 
Papier einfacher als hier ausklamüsern. Zu Zweigimpedanzen: Immer erst 
"Strom einspeisen" und daraus die Spannungsänderung dieses Zweiges 
berechnen, oder eben andersherum. Daraus dann die Impedanz dieses 
Zweiges. Man muss auf eine Formel Z = U/I kommen, dann hat mans direkt 
da stehen.

Wichtig ist, dass die Spannung über Cgd sich für den Ausgang wie folgt 
vehält:
V_Cgd = -(1+v_ud0) * V_Gate
Minus, weil Gate hoch => Drain runter.

Man könnte jetzt den Kondensator Cgd in zwei Kondensatoren in Serie 
aufteilen, dass sich an dem neuen Knotenpunkt AC-mäßig GND ergibt:
1
                o"AC-GND"
2
                |
3
        +--> Ci | Co  <--+
4
        |  +-||-*-||--+  |
5
        |e |          | a|
6
in   ___   |  |\      |
7
o---|___|--*--|-\     |   out
8
     Rg       |  >----*----o
9
         GND--|+/
10
              |/mieser OPV mit kleiner Verstärkung

Die Kapazitäten von denen kann man berechnen. Weil Z_C = 1/jwC bekommt 
man einen "fetten" Kondensator für Ci und einen "nicht so fetten" für 
Co.
Co hat dabei ungefähr die Größenordnung von Cgd. Ci ist ungefähr v_ud0 * 
Co.

Das, was du als Millerkapazität siehst, ist Ci. Da "AC-GND" immer 
Groundpotential führt, kann man es ja nun gedanklich "mit GND verbinden" 
und den Mosfet/den OPV entfernen.
Jetzt kann man die Millerkapazität auch vom Eingang aus direkt "messen".
:)
mfg mf

PS: Mit Rg, der Hochtransformierten Kapazität Cgd und der Kapazität 
Cgs(hier nicht gezeichnet) erhält man zwei Grenzfrequenzen der 
Schaltung. Jeder moderne OPV hat auch zwei Grenzfrequenzen. Eine der 
beiden kann man durch Verändern der Rückkopplung verschieben...

von Mischmasch (Gast)


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trafo schrieb:
> Was waren deine Suchkriterien?

Irgendwas mit drain gate capacitance. So genau weiß ich das nicht mehr, 
aber kein Miller.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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trafo schrieb:
> p.s.: Bitte keine links auf die entsprechende Yahoo-Group - die
> Schmerzschwelle, mich da anzumelden ist noch nicht erreicht ;)

Meines Erachtens kann man LTspice ohne diese Gruppe ziemlich vergessen. 
Dafür ist es einfach zu komplex! Und die fehlenden Modelle findet man 
auch in der Gruppe (meist).

von Mischmasch (Gast)


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Ich benutze LTSpice ebenfalls ohne die Gruppe. Das geht schon. Vieles 
vom ehemaligen Geheimwissen findet sich heute irgendwo anders im Netz.

Zum Einstieg muss man sowieso viel über SPICE als solches lernen, da 
LTSpice nur eine recht dünne Schicht über SPICE legt. Ein SPICE 3 
Handbuch im Netz zu finden ist kein Problem, da braucht man die Gruppe 
nicht für.

von trafo (Gast)


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Abdul K. schrieb
> Meines Erachtens kann man LTspice ohne diese Gruppe ziemlich vergessen.
Mischmasch schrieb
> Ich benutze LTSpice ebenfalls ohne die Gruppe.

Wie bei vielen Dingen kann man auch hier unterschiedlicher Meinung sein 
:)

Da ich das ganze nur nebenbei betreibe um meine etwas eingerosteten 
Elektronikgrundlagen etwas aufzufrischen und nicht z.B. beruflich darauf 
angewiesen bin, hat mir mischmasch' Vorgehen bisher genügt.

Beim konkreten Problem bin nun insofern etwas weiter gekommen, als dass 
ich einen Standardkondensator mit der Formeln Q=<expression> und den im 
VDMOS Modell erwähnten Abhängigkeiten atan und tanh zum testen verwende.

Ich bin aber nicht der schnellste (gestern war Billardabend angesagt) 
und melde mich, wenn ich ein funktionierendes Modell habe.

Danke nochmals für die links - manchmal hab ich anscheinend einen Knopf 
im Hirn.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Es hätte mich auch gewundert, wenn nicht irgendwer das Gegenteil von mir 
behauptet hätte. Vermutlich sind viele einfach schlauer als ich und auch 
nicht so faul, dadurch brauchen sie keine LTspice-Gruppe. Ich bin halt 
nicht so toll, sorry.
Es muß ja auch keiner!

von trafo (Gast)


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@Abdul K.

Für mich gibt es gute Gründe, die sowohl für, als auch gegen eine 
Anmeldung sprechen.
Es wäre mir allerdings nicht in den Sinn gekommen, jemanden deswegen als 
dumm oder gar faul zu bezeichnen - ist ja eher mit dem Aufwand der 
Anmeldung verbunden :). Ich bitte dich, das ganze doch nicht so 
persönlich zu nehmen.

Im übrigen bin ich der Meinung, das dass - wie bei vielen Glaubens-, 
Überzeugungs- und Meinungsfragen - jeder für sich entscheiden muß. Es 
bringt nix, darüber lang und breit in irgendwelchen Foren zu 
diskutieren.

Ich würde mich daher sehr freuen, wenn das nun der letzte Beitrag zu 
Yahoo in diesem thread war und man sich wieder auf das ürsprüngliche 
Thema besinnt.

Auch wünsch ich euch allen ein schönes und friedliches Osterwochenende

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Eines muß ich aber noch nachschieben, nicht daß ich als Yahoo-Freund 
dastehen bleibe! Mehrfach schon wollte ich dortige Gruppe auf eine 
neutralere Plattform umleiten, aber das wurde nicht gewünscht oder der 
Sinn eingesehen. Daher muß ich mich mit Yahoo auch noch rumquälen, 
obwohl ich es hasse! Die dortigen Infos werden eines Tages den Weg von 
Geocities begehen - sobald Yahoo nicht mehr als Werbeplattform zu 
gebrauchen ist. Mehr ist dazu nicht mehr zu sagen.

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