電路基礎:Lec 19-密勒效應(Miller Effect)

2021-01-08 電子電路那些事兒

前面我們詳細的介紹了共射放大電路的設計步驟，電路基礎：Lec16-共射放大電路的設計，對於低頻信號，可以不考慮三極體的頻率特性，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管的寄生電容

Cgs跨接在輸入端與地之間，對於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，對於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，那麼我們的輸入信號就低於這個截止頻率就OK了，但是Cgd怎麼理解呢？它跨接在輸入和輸出兩端，對於輸入來說等效電容是多少？對於輸出來說能效電容是多少呢？

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1、一個簡單的例子

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。

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管處於截止區時，MOS管漏極固定為VDD，對於輸入輸出端等效電容就是Cgd。當MOS管處於飽和區時，MOS管漏極固定為GND，對於輸入輸出端等效電容就是Cgd。當MOS管處於放大區時，MOS管漏極電壓隨著G極電壓的增大而反向增大A倍，Cgd對於輸入端，等效電容為(1+A)*Cgd，對於輸出端，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，後來這個現象就以它的姓氏命名，叫做Miller Effect。

3、密勒平臺

由於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：

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以後，MOS管此時處於飽和區，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。4、收藏，點讚，評論，加關注，這個很重要，!!! *(^^*)*

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