上篇文章聊了MOS管-傳輸特性曲線的細微之處,希望同學(xué)們能精準識別三種特性曲線的區(qū)別,而不是死記硬背。研究MOS管,一定繞不開一個重要現(xiàn)象——Miller效應(yīng),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(yīng),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(yīng)
網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于米勒效應(yīng)、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(yīng)、米勒平臺,而沒有說清楚為什么要學(xué)習(xí)米勒效應(yīng)。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(guān)鍵變量。當(dāng)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(jù)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(shè)Vds=0V;在分析Vds的影響時,我們假設(shè)Vgs>Vth且不變。
現(xiàn)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(dǎo)電溝道寬度的控制作用;
結(jié)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(shù)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(jié)論:預(yù)夾斷的臨界條件是Vds=Vgs-Vth。VdsVgs-Vth時,飽和區(qū),Id幾乎只受Vgs影響。時,可變電阻區(qū),id是同時受vgs和vds影響;vds>
上述兩種分析情況,在《Rdson對應(yīng)MOS管的哪個工作區(qū)?》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(shù)值不變,變量:讓Vgs逐漸增大。
==>目的:研究Cgd對MOS管導(dǎo)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?fàn)顟B(tài),沒有導(dǎo)電溝道,沒有討論的必要。
所以,Miller效應(yīng)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(guān)重要。
為什么是Vds>Vgs-Vth?
細心的同學(xué)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(qū)別就在于Vds的數(shù)值,前者是漏-源兩極短路,Vds=0V,后者是Vds>Vgs-Vth。
根據(jù)MOS管的輸出特性曲線,如果Vds,vds數(shù)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(guān)系相對復(fù)雜,不便于后續(xù)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(qū)(下圖t1-t2時間段),而呈現(xiàn)出異常波形。下圖紅框內(nèi)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(shù)值必須大,大到足以讓MOS管進入飽和區(qū)(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(guān)系單一,便于分析。
為什么是研究Cgd的影響?
細心的同學(xué)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(guān)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(yīng)(1)
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