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MOS管的米勒效应(1)

硬件微讲堂 来源:硬件微讲堂 作者:硬件微讲堂 2023-02-01 10:18 次阅读

上篇文章聊了MOS管-传输特性曲线的细微之处,希望同学们能精准识别三种特性曲线的区别,而不是死记硬背。研究MOS管,一定绕不开一个重要现象——Miller效应,今天我们就一起探讨下,一次聊不完,可能会分几篇来探讨。

一个问题

照例,先抛出来一个问题:MOS管的米勒效应,重点是研究哪个电容的影响?为什么是它?

A、Cgs;B:Cgd;C:Cds;D:Cgb(衬底)

其实这个问题回答出是哪个电容并不难,难就难在说清楚为什么是它。

基于分析方法论看米勒效应

网络上关于米勒效应、米勒平台的文章很多,随便一搜就能检索出来很多。很多文章一上来,就直接说米勒效应、米勒平台,而没有说清楚为什么要学习米勒效应。今天我们就换一个维度来切入米勒平台。

前面在研究MOS管时,我们知道MOS管有Vgs和Vds两个关键变量。当存在多个变量时,我们有一个通用“分析方法论”:为了简化分析过程,通常是先固定其他变量(让其他变量等于0或某一固定值),只允许唯一个变量变化。根据上面的方法论,MOS管有两个变量,共有4种情况需要分析。

7b3af65e-a173-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

回忆下在分析N沟道-增强型-MOS管时,在分析Vgs的影响时,我们假设Vds=0V;在分析Vds的影响时,我们假设Vgs>Vth且不变。

现在,我们把这4种情况再分别讨论下:

①条件:Vds=0V,变量:让Vgs逐渐增大;

==>目的:研究Vgs对导电沟道宽度的控制作用;

结论:Vgs可以有效控制沟道电阻Rds的大小。

④条件:Vgs>Vth且保持在某一数值不变,变量:让Vds逐渐增大。

==>目的:研究Vds对漏极电流Id的影响;

结论:预夹断的临界条件是Vds=Vgs-Vth。VdsVgs-Vth时,饱和区,Id几乎只受Vgs影响。时,可变电阻区,id是同时受vgs和vds影响;vds>

上述两种分析情况,在《Rdson对应MOS管的哪个工作区?》文章中做过详细解说,这里不做赘述。我们把这两种情况更新到表格中,如下图:

7b6649a8-a173-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

剩下的两种情况 ,在教科书上很少提及,我们也分析下:

②条件:Vds>Vgs-Vth且保持在某一数值不变,变量:让Vgs逐渐增大。

==>目的:研究Cgd对MOS管导通过程的影响;

==>巧不巧,这就是米勒平台的形成过程!

③条件:Vgs=0V,变量:Vds逐渐增大;

==>MOS管一直处于截止状态,没有导电沟道,没有讨论的必要。

7b90cfde-a173-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

所以,Miller效应实际是分析Vgs和Vds两个变量的影响时必然会遇到的一种情况,至关重要。

为什么是Vds>Vgs-Vth?

细心的同学在看到上述表格后,针对条件②,可能会有个疑问:Vds为什么是大于Vgs-Vth,小于不行么?

确实是个好问题。对于该问题,其中条件①和条件②的区别就在于Vds的数值,前者是漏-源两极短路,Vds=0V,后者是Vds>Vgs-Vth。

7bae0356-a173-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

根据MOS管的输出特性曲线,如果Vds,vds数值较小,那么即便vgs增大到vth及以上,漏极电流id依然是受vds和vgs同时影响,受控关系相对复杂,不便于后续分析。而且测试出来的米勒平台的波形,由于mos管无法进入饱和区(下图t1-t2时间段),而呈现出异常波形。下图红框内波形肯定是没有,具体会变成怎样的波形,需要仿真下才知道。今天篇幅有限,我们后面再进行仿真。<>

7bddf2be-a173-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

所以Vds数值必须大,大到足以让MOS管进入饱和区(还需要满足Vgs>Vth),这样Id可以摆脱Vds的影响,几乎仅仅取决于Vgs,受控关系单一,便于分析。

为什么是研究Cgd的影响?

细心的同学可能还会问道:为什么目的是研究Cgd的影响,而不是Cgs和Cds呢?

这个问题,算是问到关键点上了。

审核编辑:汤梓红

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原文标题:MOS管的米勒效应(1)

文章出处:【微信号:hjldws,微信公众号:硬件微讲堂】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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