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  • MOS管中的密勒效應解析
    • 發布時間:2024-07-27 17:51:24
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    MOS管中的密勒效應解析
    前面我們詳細的介紹了共射放大電路的設計步驟,對于低頻信號,可以不考慮三極管的頻率特性,但是隨著輸入信號頻率的增加,MOS管的寄生電容就不得不考慮。MOS管有極間電容有Cgd,Cgs,Cds。
    MOS管密勒效應
    MOS管的寄生電容
    Cgs跨接在輸入端與地之間,對于輸入端來說與基極電阻構成了低通濾波器,會使MOS管的高頻性能下降。Cds跨接在輸出端與地之間,對于輸出端來說與基極電阻構成了低通濾波器,會使MOS管的高頻性能下降。雖然Cgs和Cds都使MOS管的高頻性能下降,卻很好理解。只要知道了這兩個容值,和輸入輸出電阻就可以計算出截止頻率,那么我們的輸入信號就低于這個截止頻率就OK了,但是Cgd怎么理解呢?它跨接在輸入和輸出兩端,對于輸入來說等效電容是多少?對于輸出來說能效電容是多少呢?
    1、一個簡單的例子
    MOS管密勒效應
    一個159mV的1K正弦波交流電壓源跨接到C1兩端,電流表的讀數是1mA,通過I=2*pi*f*C*V,我們可以求出C1的容值是1uF。
    MOS管密勒效應
    電容C1還是那個電容,我們在電容的另一端加上反向的1590mV的1K正弦波交流電壓源,此時,電流表的讀數是11mA。如果我們還用公式I=2*pi*f*C*V來計算C1這個電容,則得到的數值是11uF。原理很簡單,第一個例子電容兩端電壓變化幅度是159mV,第二個例子電容兩端變化的幅度是159mV+1590mV,擴大了11倍。如果只從VG1那一端看過去就好像電容也擴大了11倍。同樣,如果只從VG2那一端看過去就好像電容擴大了1.1倍。
    2、MOS管中的密勒效應
    當MOS管處于截止區時,MOS管漏極固定為VDD,對于輸入輸出端等效電容就是Cgd。當MOS管處于飽和區時,MOS管漏極固定為GND,對于輸入輸出端等效電容就是Cgd。當MOS管處于放大區時,MOS管漏極電壓隨著G極電壓的增大而反向增大A倍,Cgd對于輸入端,等效電容為(1+A)*Cgd,對于輸出端,等效電容為(1+1/A)*Cgd。這個現象最早是由美國無線電工程師John Milton Miller在1919年到1920年間,在研究真空管時發現的,后來這個現象就以它的姓氏命名,叫做Miller Effect。
    3、密勒平臺
    由于Miller Effect,在MOS管開啟的過程中,GS兩端電壓在上升過程中有一個平臺或凹坑,這個平臺就是密勒平臺。建立如下仿真模型:
    MOS管密勒效應MOS管密勒效應
    觀察電壓探頭VF2測得的電壓,1us時,VG1開始給MOS管柵極加電壓,使徒開啟MOS管。
    第一階段:1.4us之前,MOS管工作在截止區,電壓逐漸上升,說明在給MOS管的寄生電容Cgs和Cgd充電,此時輸入端的等效電容為Cgs+Cgd。第二階段:在1.4us到1.9us之間,MOS管開始工作在放大區,此時輸入端的等效電容為Cgs+(1+A)*Cgd,因為放大倍數A通常非常大,所以等效的電容也非常大,充電緩慢,出現密勒平臺。第三階段:在1.9us以后,MOS管此時處于飽和區,輸入端的等效電容為Cgs+Cgd,電容重新恢復到一個比較小的值,柵極電壓繼續上升。
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