上篇文章聊了MOS管-傳輸特性曲線的細微之處,希望同學們能精準識別三種特性曲線的區別,而不是死記硬背。研究MOS管,一定繞不開一個重要現象——Miller效應,今天我們就一起探討下,一次聊不完,可能會分幾篇來探討。
一個問題
照例,先拋出來一個問題:MOS管的米勒效應,重點是研究哪個電容的影響?為什么是它?
A、Cgs;B:Cgd;C:Cds;D:Cgb(襯底)
其實這個問題回答出是哪個電容并不難,難就難在說清楚為什么是它。
基于分析方法論看米勒效應
網絡上關于米勒效應、米勒平臺的文章很多,隨便一搜就能檢索出來很多。很多文章一上來,就直接說米勒效應、米勒平臺,而沒有說清楚為什么要學習米勒效應。今天我們就換一個維度來切入米勒平臺。
前面在研究MOS管時,我們知道MOS管有Vgs和Vds兩個關鍵變量。當存在多個變量時,我們有一個通用“分析方法論”:為了簡化分析過程,通常是先固定其他變量(讓其他變量等于0或某一固定值),只允許唯一個變量變化。根據上面的方法論,MOS管有兩個變量,共有4種情況需要分析。
回憶下在分析N溝道-增強型-MOS管時,在分析Vgs的影響時,我們假設Vds=0V;在分析Vds的影響時,我們假設Vgs>Vth且不變。
現在,我們把這4種情況再分別討論下:
①條件:Vds=0V,變量:讓Vgs逐漸增大;
==>目的:研究Vgs對導電溝道寬度的控制作用;
結論:Vgs可以有效控制溝道電阻Rds的大小。
④條件:Vgs>Vth且保持在某一數值不變,變量:讓Vds逐漸增大。
==>目的:研究Vds對漏極電流Id的影響;
結論:預夾斷的臨界條件是Vds=Vgs-Vth。VdsVgs-Vth時,飽和區,Id幾乎只受Vgs影響。時,可變電阻區,id是同時受vgs和vds影響;vds>
上述兩種分析情況,在《Rdson對應MOS管的哪個工作區?》文章中做過詳細解說,這里不做贅述。我們把這兩種情況更新到表格中,如下圖:
剩下的兩種情況 ,在教科書上很少提及,我們也分析下:
②條件:Vds>Vgs-Vth且保持在某一數值不變,變量:讓Vgs逐漸增大。
==>目的:研究Cgd對MOS管導通過程的影響;
==>巧不巧,這就是米勒平臺的形成過程!
③條件:Vgs=0V,變量:Vds逐漸增大;
==>MOS管一直處于截止狀態,沒有導電溝道,沒有討論的必要。
所以,Miller效應實際是分析Vgs和Vds兩個變量的影響時必然會遇到的一種情況,至關重要。
為什么是Vds>Vgs-Vth?
細心的同學在看到上述表格后,針對條件②,可能會有個疑問:Vds為什么是大于Vgs-Vth,小于不行么?
確實是個好問題。對于該問題,其中條件①和條件②的區別就在于Vds的數值,前者是漏-源兩極短路,Vds=0V,后者是Vds>Vgs-Vth。
根據MOS管的輸出特性曲線,如果Vds,vds數值較小,那么即便vgs增大到vth及以上,漏極電流id依然是受vds和vgs同時影響,受控關系相對復雜,不便于后續分析。而且測試出來的米勒平臺的波形,由于mos管無法進入飽和區(下圖t1-t2時間段),而呈現出異常波形。下圖紅框內波形肯定是沒有,具體會變成怎樣的波形,需要仿真下才知道。今天篇幅有限,我們后面再進行仿真。<>
所以Vds數值必須大,大到足以讓MOS管進入飽和區(還需要滿足Vgs>Vth),這樣Id可以擺脫Vds的影響,幾乎僅僅取決于Vgs,受控關系單一,便于分析。
為什么是研究Cgd的影響?
細心的同學可能還會問道:為什么目的是研究Cgd的影響,而不是Cgs和Cds呢?
這個問題,算是問到關鍵點上了。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:MOS管的米勒效應(1)
文章出處:【微信號:hjldws,微信公眾號:硬件微講堂】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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