¿Es seguro descargar instantáneamente 100nF 5V a través de una puerta HC CMOS?

Considere el clásico circuito de "ampliación de pulsos" que se muestra en Fairchild AN-140 , Figura 12.

Cuando la primera puerta baja, la corriente de descarga instantánea del condensador superará fácilmente el valor máximo absoluto de la corriente de sumidero de la puerta. Por supuesto, el valor máximo absoluto es normalmente una clasificación de CC, y la puerta puede soportar corrientes mucho más altas durante períodos cortos. Supongo que este es el efecto en el que se basa este circuito para una operación exitosa a largo plazo.

¿Cómo puedo determinar si es seguro descargar instantáneamente 100nF 5V a través de una puerta HC CMOS sin una resistencia limitadora de corriente? Supongo que eso es lo que el autor está tratando de establecer con la ecuación "ASEGÚRESE DE QUE" debajo de la Figura 12. Sin embargo, no entiendo por qué esa ecuación depende de "t", y parece fallar para cualquier valor razonable de "C" de todos modos.

Nada se descarga instantáneamente a menos que alguien pueda probar que el tiempo es granular.
Sí, obviamente está limitado por la resistencia de la puerta, el ESR del capacitor, etc. Pero creo que entiendes la premisa: estoy tratando de establecer si es necesario agregar una resistencia limitadora de corriente.
La ecuación depende de t (la longitud del pulso) porque necesita más capacitancia para pulsos de salida más largos, la tapa tiene que almacenar más energía cuanto más largo sea el pulso de salida.
La Figura 31 de SZZA008 de TI muestra que la corriente típica a través de una salida HC en cortocircuito es de aproximadamente 45 mA o 75 mA. Eso no es nada.
En otras palabras, 45 mA * 5 V = 225 mW; con una impedancia térmica del paquete asumida de 100 °C/W, esto daría como resultado un aumento de temperatura de 22,5 °C (que sería seguro incluso para una corriente continua).
Gracias CL, ¡esta es exactamente la evidencia que estaba buscando!

Respuestas (2)

Esta es una pregunta SAFE_OPERATING_AREA (pulso). La constante de tiempo térmica del silicio, con un espesor de 1 milímetro, es de 11,4 milisegundos. Si el evento de calentamiento es igual o inferior a 11,4 milisegundos, el calor permanece dentro del troquel, sin siquiera haber llegado a la bandera/paleta de metal debajo del troquel.

¿Qué tan rápido se descarga el 0.1UF? El Requiv es 5v/50mA ==100 ohmios. La constante de tiempo RC es 100 ohm * 0.1uF, o 10 microsegundos. En ese momento, el calor permanece principalmente dentro de las 30 micras superiores del silicio, y está al menos a 70 micras de la bandera/paleta. [10u cubo tau 1,14 uS, 100u cubo tau 114 uS]

Usemos un volumen de 30*30*30 micras, o aproximadamente 30.000 micras cúbicas. Usando 1,6 picojulios/micrón^3 * grados C, escalado en 30 000, encontramos el calor específico de nuestro cubo: 50 000 picojulios, o 50 nanojulios/30 micrones^3 * grados centígrados.

La energía almacenada en la tapa es 1/2 * C *V^2 = 1,25 microjulios. Divida esto por 50 nanojulios y obtenemos un aumento de 25 grados C durante esa descarga de 10uS.

Para esta respuesta, con todo el calor atrapado dentro del silicio, el calor no ha tenido tiempo de llegar ni siquiera a la bandera/paleta inferior.

¿Cómo puedo determinar si es seguro descargar instantáneamente 100nF 5V a través de una puerta HC CMOS sin una resistencia limitadora de corriente?

El capacitor se descargará a través de la resistencia del MOSFET por lo que la descarga no será instantánea.

Si tuviera que descargar algo sobre unos pocos uf, usaría una resistencia. De lo contrario, está bien ir desnudo.

¿Es seguro descargar instantáneamente 100nF 5V a través de una puerta HC CMOS?
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