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Measuring MOSFET Gate Charge with the 4200A-SCS Parameter Analyzer


Introduction

Power MOSFETs are used in a variety of applications and can be used as high-speed switching. The switching speed of the device is affected by internal capacitances, which is typically specified in data sheets in terms of Ciss and Coss, which are derived from the input gate and drain capacitance, Cgs and Cgd. In addition to specifying the capacitance, the gate charge (Qgs and Qgd) can also be used to assess the switching performance of the MOSFET.

One method of measuring the gate charge of a MOSFET gate charge is described in the JEDEC JESD24-2 standard, "Gate Charge Test Method". In this method, a gate current is forced while the gate to source voltage is measured as a function of time. From the resulting gate voltage waveform, the gate-source charge (Qgs), gate-drain charge (Qgd), and gate charge (Qg) are derived.

The 4200A-SCS Parameter Analyzer supports making MOSFET gate charge measurements using two source measure unit (SMU) instruments and the gate charge measurement test that's included on the system. This test is one of many included in the extensive Test Library provided in the 4200A-SCS Clarius+ Software Suite. This application note describes how to measure MOSFET gate charge based on the JEDEC Gate Charge Test Method using the 4200A-SCS Parameter Analyzer.

MOSFET Gate Charge Measurement Overview

In the Gate Charge Method, a fixed test current (Ig) is forced into the gate of a MOS, transistor and the measured gate source voltage (Vgs) is plotted against the charge flowing into the gate. A fixed voltage bias is applied to the drain terminal. Figure 1 shows the gate voltage vs. gate charge of a power MOSFET.

The gate charge (Q) is derived from the forced gate current and time, (Igdt). The gate-source charge (Qgs) is the charge required, as shown in Figure 1, to reach the beginning of the plateau region where the voltage (Vgs) is almost constant. The plateau (or Miller) voltage (Vpl) is defined, according to the JEDEC standard, as the gate-source voltage when dVgs/dt is at a minimum. The voltage plateau is the region when the transistor is switching from the OFF state to the ON state. The gate charge required to complete this switching—the charge needed to switch the device from the beginning of the plateau region to the end—is defined as gate-drain charge (Qgd) and is known as the Miller charge. The gate charge (Qg) is the charge from the origin to the point where the gatesource voltage (Vgs) is equal to a specified maximum (VgsMax).

 
MOSFET gate charge measurement graph showing voltage vs. gate charge of a power MOSFET
Figure 1. Typical gate voltage vs. gate charge of power MOSFET
 

S1 is the slope of the line segment from the origin to the first plateau point. S2 is the slope of the line segment from the last plateau point to the specified maximum gate voltage (VgsMax). The slopes are used to calculate Qgs and Qgd, as specified in the JESD24-2 standard.

Figure 2 shows typical gate and drain waveforms as a function of time. As current is forced to the gate, Vgs increases until it reaches the threshold voltage. At this point, the drain current (Id) begins to flow. When Cgs is charged up at time t1, Id stays constant and the drain voltage (Vd) decreases. Vgs remains constant until it reaches the end of the plateau. Once Cgd is charged at time t2, the gate-source voltage (Vgs) starts to increase again until it reaches the specified maximum gate voltage (VgsMax).

 
Graph showing gate and drain waveforms as a function of time
Figure 2. Vgs, Vd, and Id vs. time of MOSFET
 

Using the 4200A-SCS for MOSFET Gate Charge Measurements

The 4200A-SCS measures gate charge of a power MOSFET using two SMU instruments. Figure 3 illustrates the basic circuit diagram of the gate charge test. The Force HI terminal of one SMU (SMU1) is connected to the gate terminal of the MOSFET and forces the gate current (Ig) and measures the gate-source voltage (Vgs) as a function of time. A second SMU (SMU2) applies a fixed voltage (Vds) to the drain at a specified current compliance (Ib). The maximum compliance current of the 4200-SMU is 0.1 A; the maximum compliance of the 4210-SMU is 1 A.

During the gate charge test, the gate voltage increases and turns ON the transistor. During this transition in the plateau region, the drain SMU (SMU2) switches from voltage control to the current control mode, because the current exceeds the specified compliance level. The software returns the drain current transients and drain voltage during the transition from the OFF state to the ON state.

The MOSFET's source terminal is connected to the Force LO terminal or GNDU of the 4200A-SCS chassis.

 
MOSFET gate charge test configuration using two source measure unit (SMU) instruments
Figure 3. Gate charge test configuration using two SMU instruments.
 

Configuring the Clarius+ Software for MOSFET Gate Charge Measurements

The Gate Charge test is located in both the Test and Project Libraries, which can be found in the Select pane by searching for the phrase "gate charge". Once the test is found in the Test Library, it can be added to a project by selecting and adding it to the project tree. This test was created from the gate_charge user module in the GateCharge user library.

Enter Input Parameters

Before test execution, you need to enter the input test parameters in the Configure pane of the Clarius Software (Figure 4). The input parameters will vary depending on the device and which model of SMU is used.

 
Setting up a MOSFET gate charge test in the configuration view of the Keithley Clarius software
Figure 4. The gate charge test in the Configure View.
 

Descriptions of the input parameters are listed in Table 1. First, enter the SMU numbers that are connected to the gate (gateSMU) and drain (drainSMU) of the MOSFET. The source terminal should always be connected to the GNDU, or Force LO.

The magnitude of the current forced to the gate by the gateSMU, is the gateCurrent (Ig) parameter. The drain voltage (Vds) is the bias voltage applied to the drain and drainLimitI is the compliance current of the drain SMU.

The Coffset parameter is used for correcting for the offset capacitance and is described in the following paragraphs.

Table 1. Input Parameters for gate_charge user module.

Input Parameter Range of Values Default Values Description
gateSMU SMU1-SMU9 SMU1 The SMU number connected to the gate terminal
drainSMU SMU1-SMU9 SMU2 The SMU number connected to the drain terminal
source GNDU GNDU The source terminal is always connected to the Force LO terminal on GNDU
Vds ± 200 V 10 V The magnitude of the drain bias voltage of the drain SMU
drainLimitI 4200-SMU: 0.1A
4210-SMU: 1 A
0.1 A Current compliance of the drain SMU
gateCurrent ± 1E-5 A 1e-7 A The magnitude of the gate current of the gate SMU
VgsMax ± 200V 10 V The maximum voltage level of the gate SMU.
timeOut 0 to 300 s 60 s The number of seconds prior to a time out.
measDrain 1 (yes) or 0 (no) 1 Return measured drain current
Coffset 0 or Ceff 0 Run test with open circuit and then enter Ceff value returned to the Sheet

 

Correct for Offset Capacitances

Depending on the cabling and connections of the measurement system, the offset capacitance can be in the single picofarads to hundreds of picofarads ranges. These capacitances can be corrected by executing the gate_charge user module with an open circuit, obtaining the offset capacitance, then entering the offset capacitance value in the software for compensation. Here's how to perform these steps:

  1. Measure the offset capacitance. Set up the test parameters including the input gate current as though the device were connected to the SMUs. (Increase the VgsMax just for the Ceff measurement.) Prior to executing the test, lift the probes or remove the device from the test fixture. Execute the Gate Charge test with an open circuit.
  2. Obtain the offset capacitance. After the test is executed, the measured offset capacitance of the system is calculated and appears in the Ceff column in the Sheet. Ceff is derived from the maximum gate voltage, gate current, and time.
    Because an open circuit is measured during this step, a Test Status Value of -9 or -12 may appear in the Sheet after the test is executed. This is because no device is measured so there is no plateau region. However, the Ceff value is correct and can be entered as the Coffset in the Configure view.
  3. Enter the measured offset capacitance and execute. Enter the measured offset capacitance, Ceff, for Coffset in the Configure view. By default, Coffset is 0 F. Compensation will be made for the offset capacitance in subsequent readings.

Execute the Test

Once the input parameters have been entered, execute the test by selecting Run at the top of the screen. As the test is running, the gate charge waveform will update in real time in the graph in the Analyze view and the calculated output parameters will appear in the Sheet.

View Output Parameters

After the test is completed, several parameters are returned to the Sheet. Table 2 lists descriptions of these parameters.

Table 2. Output parameters for gate_charge user module

 
Output Parameter Description
gate_charge Test status values - see Table 3 for descriptions
timeArray Measured time (seconds)
VgArray Measured gate-source voltage (volts)
VgCharge Measured gate charge (coulombs)
VdArray Measured drain voltage (volts)
IdArray Measured drain current (amps)
Slope Dynamic slope (dVg/dt) of gate voltage
Ceff Ratio of gate charge to maximum gate voltage
Vpl Plateau or Miller voltage (volts)
T1 Timestamp where the plateau area begins (seconds)
T2 Timestamp where the plateau area ends (seconds)
Qgs Gate charge from the origin to the first inflection point, or the voltage plateau (coulombs)
Qgd Gate charge between the two inflection points in the gate charge curve (coulombs)
Qg Gate charge from the origin to VgsMax (coulombs)
 

 

Graphing the Results

The resulting gate-source voltage can be plotted as a function of the gate charge or the drain current, and drain voltage can be plotted as a function of time. Figure 5 is a typical gate voltage waveform generated by the 4200A-SCS

 
MOSFET gate voltage waveform generated by the Keithley 4200A-SCS parameter analyzer
Figure 5. Typical gate voltage waveform generated by the 4200A-SCS.
 

In addition to plotting Vgs, Vds, and Id can also be plotted as a function of the MOSFET gate charge or time. Figure 6 shows the graph in the Analyze view of the Clarius Software showing all three parameters plotted as a function of the gate charge. In this case, the voltage is shown on the Y1 axis and the current is plotted on the Y2 axis.

 
Vgs, Vds, and Id as a function of MOSFET gate charge over time
Figure 6. Vgs, Vds, and Id as a function of gate charge.
 

Check the Test Status

Each time the test is executed, a Test Status Value is returned to the first column in the Sheet, named "gate_charge". Table 3 lists the returned Test Status Values in the "gate_charge" column and their corresponding descriptions and notes.

Table 3. Test Status Values

Test Status Description Notes
1 No errors Test successful.
-1 Gate SMU is not present Specify correct SMU.
-2 Drain SMU is not present Specify correct SMU.
-3 VgsMax > 200 V Verifies gate voltage is less than 200V. Reduce gate voltage.
-4 Drain current limit exceeds 1 A (4210-SMU)
Drain current limits exceeds 0.1 A (4200-SMU)
Verifies drain current is less than 1 A (or 0.1A for medium power SMU). Reduce drain current limit (drainLimitI).
-5 Power limit exceeded Current should be < 0.1A if V >20V. Decrease drain current limit (drainLimitI) or drain voltage (Vds).
-6 Error check on input conditions. Limits timeOut to 200 s. Specify timeOut to <200 s.
-7 Test time exceeds specified time out (timeOut). Increase timeOut. Maximum is 200 s. Try increasing gateCurrent to charge up device faster.
-8 Number of iterations/measurements >10000. Increase gate current (gateCurrent).
-9 Number of iterations/measurements <5 Decrease gate current (gateCurrent). Check device, test set-up and for correct SMU.
This error can be ignored if it occurs while measuring an open circuit for offset correction. The Ceff value is still valid.
-10 Number of points from origin to first plateau point is <10 Decrease gate current (gateCurrent)
-11 Error calculating slope, S1. Correlation factor < 0.9. Curve from origin to first plateau point is not linear. Check device and test set-up.
-12 Error calculating slope, S2. Correlation factor <0.9. Curve from last plateau point to VgsMax is not linear. Check device and test set-up. If VgCharge or VdArray appear high,try reducing gateCurrent and repeat test.
This error can be ignored if it occurs while measuring an open circuit for offset correction. The Ceff value is still valid.
-13 Vds > 200 V Decrease drain voltage.
-14 gateCurrent > 10 µA Decrease gate current (Ig).

 

Conclusion

MOSFET gate charge measurements on transistors can be easily made using the Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer. Using two SMU instruments connected to the gate and drain of the device, the Clarius Software easily derives the gate charge waveforms.

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Häufig gestellte Fragen zur MOSFET-Gate-Ladung

Was ist der Drain-Source-Einschaltwiderstand eines MOSFET?

MOSFET-Schaltelemente arbeiten im ein- und ausgeschalteten Zustand. Im eingeschalteten Zustand beträgt die Impedanz des Schalters theoretisch Null, und es wird keine Leistung im Schalter verbraucht, egal wie viel Strom durch ihn fließt. Im ausgeschalteten Zustand ist die Impedanz des Schalters theoretisch unendlich, daher fließt kein Strom und es wird keine Leistung verbraucht.

Der Drain-Source-Einschaltwiderstand (RDS(on)) ist der effektive Widerstand zwischen dem Drain und der Source eines MOSFET, wenn dieser sich im eingeschalteten Zustand befindet. Dies geschieht, wenn eine bestimmte Gate-to-Source-Spannung (VGS) angelegt wird. Im Allgemeinen verringert sich der Einschaltwiderstand, wenn VGS zunimmt. Ein niedriger Einschaltwiderstand des MOSFET ist umso besser, da ein niedriger Widerstand die unerwünschte Verlustleistung reduziert und so die Energieeffizienz des Bauelements verbessert.

Wie prüft man einen MOSFET auf Drain-Source-Einschaltwiderstand mit einem Kennlinienschreiber?

Antwort: Drain-Source-Einschaltwiderstand - RDS(on)

Was ist der Drain-Source-Einschaltwiderstand?

Der Drain-Source-Einschaltwiderstand (RDS(on)) ist der Widerstand zwischen dem Drain und der Source eines MOSFET, wenn eine bestimmte Gate-Source-Spannung (VGS) angelegt wird, um das Bauelement in den eingeschalteten Zustand zu versetzen. Wenn die VGS steigt, nimmt der Einschaltwiderstand im Allgemeinen ab. Die Messung erfolgt im ohmschen Bereich (d. h. linearen) Bereich des Bauelements. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger der Einschaltwiderstand des MOSFET, desto besser.

Eine der Möglichkeiten, diesen Widerstand zu verfolgen, ist die Verwendung eines Kennlinienschreibers. Bei einem Kennlinienschreiber steuert die sogenannte „ Kollektorversorgung“ den Drain, während der „Schrittgenerator“ das Gate ansteuert. Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Prüfung eines MOSFET auf den Drain-Source-Einschaltwiderstand mithilfe eines Kennlinienschreibers finden Sie weiter unten. Eine Anleitung zur Verwendung eines Oszilloskops oder einer SMU zur Messung des MOSFET-Einschaltwiderstands finden Sie unter „Was ist der Drain-Source-Einschaltwiderstand eines MOSFET?“. FAQ.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an. Die Spezifikation ist erfüllt, wenn VDS/ID bei der angegebenen VDS kleiner als oder gleich dem angegebenen Maximalwert ist.

So prüfen Sie einen MOSFET auf Drain-Source-Einschaltwiderstand mit einem Kennlinienschreiber:

1. Legen Sie unter „Steuerelemente“ Folgendes fest:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VDS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal

            D: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            E: Vertikaler Strom/Teilung zur Anzeige des ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung

            F: Anzahl der Schritte bis zum Minimum (Null)

            G: Schrittgenerator an Spannung

            H: Schrittgenerator-Polarität zum Anlegen der Vorwärtsvorspannung (+ für N-Kanal), (- für P-Kanal)

            I: Schritt/Offset-Verstärkung auf ca. 50 % des angegebenen VGS

            J: Puls zu lang       

            K: Konfiguration auf (Basis/Schrittgenerator, Emitter/gemeinsam)

            L: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            M: DotCursor EIN

2. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung, bis der angegebene VDS-Wert erreicht ist

3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            A: Prüfen Sie, ob VDS/ID kleiner oder gleich dem angegebenen Minimalwert ist.

Die Kennlinienschreiber von Tektronix sind eingestellte Produkte. Es wurden effizientere und genauere Methoden und Lösungen entwickelt, die eine Kennlinienverfolgung in einem viel kompakteren Formfaktor unterstützen. Eine dieser Lösungen basiert auf einer Zweikanal-SMU oder zwei Einkanal-SMUs und einer Software, die die Erzeugung der Bias-Spannung und den relativen Spannungsabfall zwischen Drain und Source steuert. Weitere Informationen finden Sie unter „Was ist der Drain-Source-Einschaltwiderstand eines MOSFET?“. FAQ.

Wie ermittelt man die Steilheit eines MOSFET?

Die Prüfung der Steilheit (Transkonduktanz) ist eine wichtige Prüfung zur Validierung der MOSFET-Leistung in Leistungselektronik-Designs. Sie stellt sicher, dass ein MOSFET ordnungsgemäß funktioniert und hilft Ingenieuren bei der Auswahl des besten MOSFET, wenn die Spannungsverstärkung eine wichtige Spezifikation für ihre Schaltungsdesigns ist. Dadurch können Unternehmen Leistungshalbleiter schneller auf den Markt bringen und gleichzeitig Ausfälle in der Praxis minimieren.

Die Steilheit ist das Verhältnis von Drainstrom (ID) zu Gate-Source-Spannung (VGS), wenn eine konstante Drain-Source-Spannung angelegt wird. Das Verhältnis von Strom zu Spannung wird gemeinhin als Verstärkung bezeichnet. Die Steilheit ist ein kritischer Parameter, der eng mit der Schwellenspannung (VTH) von MOSETs verbunden ist. Beide hängen mit der Größe des Gate-Kanals zusammen. Die Formel für die Ableitung der Steilheit eines MOSFET aus I-V-Messungen lautet:

gm = ΔID / ΔVGS

Wie misst man die Steilheit bei einem MOSFET?

Der in der ersten Konfiguration gezeigte Ansatz erfordert drei Source Measure Units (SMUs), so dass jeder Knoten auf einer rückkopplungsgesteuerten Spannung gehalten und jeder Strom gleichzeitig gemessen werden kann. Wenn Sie nicht genügend SMU-Kanäle haben, um alle Bauelemente-Kanalverbindungen abzudecken, können Sie wie in der zweiten Konfiguration vorgehen. Beachten Sie, dass diese Konfiguration anfälliger gegenüber Erdungsstörungen ist und dass bei Verwendung langer Kabel Erdschleifen entstehen können. Außerdem können Strom und Spannung am Source-Anschluss nicht gemessen werden, was zu Fehlern in den Berechnungen führen kann.

Messung der Steilheit

  1. Sweepen Sie die Gate-Spannung (VGS) über den gewünschten Bereich, während Sie eine konstante Drain-/Source-Spannung (VDS) beibehalten.
  2. Messen Sie den Drainstrom (ID) bei jedem Inkrementschritt von VGS.
  3. Berechnen Sie die Steilheit (gm), indem Sie die kleinen Schwankungen des Stroms ID durch die kleinen Schwankungen von VGS dividieren.

Die hier dargestellte rote Linie veranschaulicht die Steilheit (gm) und den Maximalwert der Steilheit (Vth).

Erfahren Sie mehr über sichere, präzise und schnelle MOSFET-Bauelement-Charakterisierungsprüfungen.

Wie kann ich mit meinem Kennlinienschreiber einen MOSFET auf Null-Gate-Spannung und Abflussstrom testen?

Antwort: Null-Gate-Spannung Drainstrom - IDSS

Was ist der Drain-Strom bei Null-Gate-Spannung? 

Der Drainstrom bei Null-Gate-Spannung ist der ID, der bei VGS=0 fließt.  Das ist der Durchlassstrom in einem MOSFET im Verarmungsmodus und der Auslassstrom in einem MOSFET im Anreicherungsmodus.

Bei dem I-V-Kennlinienschreiber steuert die Kollektorversorgung den Drain, und das Gate ist mit der Source kurzgeschlossen, so dass VGS=0 ist.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn bei VGS=0 und dem angegebenen VDS der ID-Wert kleiner als oder gleich dem angegebenen Maximum ist.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VDS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            D: Vertikaler Strom/Teilung zur Anzeige des ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung

            E: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal

            F: Konfiguration auf (Basis/kurz, Emitter/gemeinsam)

            G: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            H: DotCursor EIN

2. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung in %, bis der angegebene VDS-Wert erreicht ist.

3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            Prüfen Sie, ob der ID-Wert bei dem angegebenen VDS-Wert kleiner oder gleich dem angegebenen Maximalwert ist

Wie kann man einen MOSFET mit dem Kennlinienschreiber auf die Gate-Schwellenspannung prüfen?

Antwort: Gate-Schwellenspannung - VGS(th)

Was ist die Gate-Schwellenspannung? 

Die Gate-Schwellenspannung ist die niedrigste VGS, bei der eine bestimmte geringe Menge an ID fließt.  Die Prüfung wird mit VGS = VDS durchgeführt.

Auf dem Kennlinienschreiber liefert die Kollektorversorgung VDS.  Das Gate wird mit Patchkabeln mit dem Drain kurzgeschlossen, so dass VGS = VDS ist.

Was das Display anzeigt:

VGS wird auf der horizontalen Achse angezeigt und der resultierende ID auf der vertikalen Achse.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn VGS beim angegebenen ID innerhalb der Min/Max-Grenzen liegt.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VGS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VGS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            D: Vertikaler Strom/Teilung, um den angegebenen ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung anzuzeigen

            E: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal

            F: Konfiguration auf (Basis/offen, Emitter/gemeinsam)

            G: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            H: DotCursor EIN

2: Patchkabel anschließen:

            A: Schließen Sie ein Patchkabel zwischen dem Basis- und Kollektoranschluss auf der unbenutzten Seite des Schnittstellenbereichs an.

            B: Schließen Sie ein zweites Patchkabel zwischen dem Basis- und Kollektor-Sensoranschluss auf der unbenutzten Seite des Fixture-Bereichs an.

3. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts auf Beide

            Erhöhen Sie langsam den %-Wert der variablen Kollektorversorgung, bis entweder der vorgegebene ID-Wert oder der Maximalwert der Schwellenspannung erreicht ist - je nachdem, was zuerst eintritt

4. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            Prüfen Sie, ob die Gate-Schwellenspannung innerhalb der angegebenen Min/Max-Grenzen liegt

Wie kann man einen MOSFET mit dem Kennlinienschreiber auf Steilheit (gFS) und Vorwärtsadmittanz prüfen?

Antwort: Steilheit (gFS) und Vorwärtsadmittanz

Was sind Transkonduktanz und Vorwärtsadmittanz? 

Die Steilheit ist das Verhältnis von ID zu VGS.  Das I/V-Verhältnis wird gemeinhin als Verstärkung bezeichnet.

Beim Kennlinienschreiber steuert die Kollektorversorgung den Drain und der Schrittgenerator das Gate.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an.  Wenn der Schrittgenerator eine Gate-Ansteuerung bereitstellt, wird die Kennlinie von der horizontalen Achse nach oben verschoben, da die Gate-Ansteuerung einen proportionalen ID verursacht.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn entweder bei der angegebenen VGS oder beim angegebenen ID-Wert das Verhältnis von ID zu VGS gleich oder größer als das angegebene Minimum ist.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VDS

            B: Spitzenleistung in Watt bei der niedrigsten Einstellung, um (ID x VDS) zu erfüllen

            C: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal

            D: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            E: Vertikaler Strom/Teilung, um den angegebenen ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung anzuzeigen

            F: Anzahl der Schritte bis zum Minimum (Null)

            G: Schrittgenerator an Spannung

            H: Schrittgenerator-Polarität zum Anlegen der Vorwärtsvorspannung (+ für N-Kanal), (- für P-Kanal)

            I: Schritt/Offset-Verstärkung auf ca. 1 % des angegebenen VDS

            J: Puls zu lang       

            K: Konfiguration auf (Basis/Schrittgenerator, Emitter/gemeinsam)

            L: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            M: DotCursor EIN

2. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung in %, bis der angegebene VDS-Wert erreicht ist.

3. Anpassung an die Parameter:

            Halten Sie die Taste „Offset Aid“ so lange gedrückt, bis eine spürbare vertikale Verschiebung der Kennlinie auftritt. Um VDS aufrechtzuerhalten, müssen Sie den %-Wert für den variablen Kollektor neu einstellen.  Fahren Sie damit fort, Schritt-Offset und VDS abwechselnd einzustellen, bis der angegebene Arbeitspunkt erreicht ist.

4. Steilheit berechnen (gFS):

             Lesen Sie gFS direkt von der Cursoranzeige ab

5. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            Prüfen Sie, ob der Wert gleich oder größer als das angegebene Minimum ist

Die Vorwärtsadmittanz ist eine alternative Möglichkeit, die Steilheit auszudrücken. Sie wird gemessen, indem Sie den Kennlinienschreiber so einstellen, dass die Steilheit gemessen wird (wie oben beschrieben), die horizontale Spannung/Teilung auf STEP GEN umschalten, SWEEP verwenden, um die Kennlinie zu vervollständigen, dann den Cursor auf die F-Linie setzen und die Steigung der F-Linie so einstellen, dass sie die Kennlinie tangiert.

Wie kann man einen MOSFET auf Durchlassstrom im Durchlasszustand mit einem Kennlinienschreiber prüfen?

Antwort: Drainstrom im Durchlasszustand - ID(on)

Was ist Drainstrom im Durchlasszustand?

Der Drainstrom im Durchlasszustand ist ein ID-Strom mit einem bestimmten VGS, um das Bauelement in den Durchlasszustand zu versetzen.  Die Messung erfolgt im ohmschen Bereich (d. h. linearen) Bereich des Bauelements.

Beim Kennlinienschreiber steuert die Kollektorversorgung den Drain und der Schrittgenerator das Gate.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn beim angegebenen VDS der ID größer oder gleich dem angegebenen Minimum ist.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VDS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: I: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal  

            D: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            E: Vertikaler Strom/Teilung zur Anzeige des ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung

            F: Anzahl der Schritte bis zum Minimum (Null)

            G: Schrittgenerator an Spannung

            H: Schrittgenerator-Polarität zum Anlegen der Vorwärtsvorspannung (+ für N-Kanal), (- für P-Kanal)

            I: Schritt/Offset-Verstärkung auf ca. 50 % des angegebenen VGS

            J: Puls zu lang       

            K: Konfiguration auf (Basis/Schrittgenerator, Emitter/gemeinsam)

            L: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            M: DotCursor EIN

2. Legen Sie an das Bauelement Spannung an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung, bis der angegebene VDS-Wert erreicht ist

3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            A: Prüfen Sie, ob der ID-Wert gleich oder größer als das angegebene Minimum ist

Wie kann man mit dem Kennlinienschreiber einen MOSFET auf Drain-Source-Durchbruchsspannung prüfen?

Antwort: Drain-Source-Durchbruchspannung - V(br)DSS

Was ist die Drain-Source-Durchbruchspannung?

Die Drain-Source-Durchbruchsspannung ist die VDS, bei der ein bestimmter Wert von ID fließt, wobei VGS=0 ist.  Da es sich um den Rückstrom durch einen abgeklemmten Kanal handelt, weist der ID-Wert einen knieförmigen Anstieg auf, der schnell ansteigt, sobald der Durchbruch erfolgt.

Bei dem Kennlinienschreiber steuert die Kollektorversorgung den Drain, und das Gate ist mit der Source kurzgeschlossen, so dass VGS=0 ist.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn VDS beim angegebenen ID-Wert größer als oder gleich dem angegebenen Minimum ist.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

A: Max. Spitzenspannung auf die niedrigste Einstellung über dem angegebenen Minimum

     VDS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            D: Vertikaler Strom/Teilung zur Anzeige des ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung                  

            E: Kollektor-Versorgungspolarität auf +Leckstrom (für N-Kanal) oder -Leckstrom (für P-Kanal)

            F: Konfiguration auf (Basis/kurz, Emitter/gemeinsam)

            G: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            H: DotCursor EIN

2. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung in %, bis der angegebene ID-Wert erreicht ist

3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            Prüfen Sie, ob der VDS-Wert für den angegebenen ID-Wert größer oder gleich dem angegebenen Minimum ist

Wie kann man mit dem Kennlinienschreiber einen MOSFET auf Vorwärts-Gate-Gehäuseleckstrom prüfen?

Antwort: Null-Gate-Spannung Drainstrom - IDSS

Was ist der Drainstrom bei Null-Gate-Spannung?

Der Drainstrom bei Null-Gate-Spannung ist der ID, der bei VGS=0 fließt.  Das ist der Durchlassstrom in einem MOSFET im Verarmungsmodus und der Auslassstrom in einem MOSFET im Anreicherungsmodus.

Bei dem Kennlinienschreiber steuert die Kollektorversorgung den Drain, und das Gate ist mit der Source kurzgeschlossen, so dass VGS=0 ist.

Was das Display anzeigt:

Die Anzeige zeigt VDS auf der horizontalen Achse und den resultierenden ID auf der vertikalen Achse an.  Die Spezifikation ist erfüllt, wenn bei VGS=0 und dem angegebenen VDS der ID-Wert kleiner als oder gleich dem angegebenen Maximum ist.

Vorgehensweise:

1. Bedienelemente festlegen:

            A: Max. Spitzenspannung auf den niedrigsten Wert oberhalb des angegebenen VDS

            B: Max. Spitzenleistung in Watt auf den niedrigsten Wert, der (ID x VDS) erfüllt

            C: Horizontale Spannung/Teilung zur Anzeige von VDS zwischen der 5. und 10. horizontalen Teilung

            D: Vertikaler Strom/Teilung zur Anzeige des ID zwischen der 5. und 10. vertikalen Teilung

            E: Kollektor-Versorgungspolarität auf (+DC) für N-Kanal oder (-DC) für P-Kanal

            F: Konfiguration auf (Basis/kurz, Emitter/gemeinsam)

            G: Variable Kollektorversorgung auf minimalen %-Wert (voll gegen den Uhrzeigersinn)

            H: DotCursor EIN

2. Legen Sie Spannung an den MOSFET an:

            A: Stellen Sie den Schalter Links/Rechts wie gewünscht ein.

            B: Erhöhen Sie langsam die variable Kollektorversorgung in %, bis der angegebene VDS-Wert erreicht ist.

3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Angaben im Datenblatt:

            Prüfen Sie, ob der ID-Wert bei dem angegebenen VDS-Wert kleiner oder gleich dem angegebenen Maximalwert ist