MOS管中的密勒效应

时间： 2023-12-28 来源：芯长征科技公众号

Cgs跨接在输入端与地之间，对于输入端来说与基极电阻构成了低通滤波器，会使MOS管的高频性能下降。Cds跨接在输出端与地之间，对于输出端来说与基极电阻构成了低通滤波器，会使MOS管的高频性能下降。虽然Cgs和Cds都使MOS管的高频性能下降，却很好理解。只要知道了这两个容值，和输入输出电阻就可以计算出截止频率，那么我们的输入信号就低于这个截止频率就OK了，但是Cgd怎么理解呢？它跨接在输入和输出两端，对于输入来说等效电容是多少？对于输出来说能效电容是多少呢？

1、一个简单的例子

一个159mV的1K正弦波交流电压源跨接到C1两端，电流表的读数是1mA，通过I=2*pi*f*C*V，我们可以求出C1的容值是1μF。

电容C1还是那个电容，我们在电容的另一端加上反向的1590mV的1K正弦波交流电压源，此时，电流表的读数是11mA。如果我们还用公式I=2*pi*f*C*V来计算C1这个电容，则得到的数值是11μF。原理很简单，第一个例子电容两端电压变化幅度是159mV，第二个例子电容两端变化的幅度是159mV+1590mV，扩大了11倍。如果只从VG1那一端看过去就好像电容也扩大了11倍。同样，如果只从VG2那一端看过去就好像电容扩大了1.1倍。

2、MOS管中的密勒效应

当MOS管处于截止区时，MOS管漏极固定为VDD，对于输入输出端等效电容就是Cgd。当MOS管处于饱和区时，MOS管漏极固定为GND，对于输入输出端等效电容就是Cgd。当MOS管处于放大区时，MOS管漏极电压随着G极电压的增大而反向增大A倍，Cgd对于输入端，等效电容为(1+A)*Cgd，对于输出端，等效电容为(1+1/A)*Cgd。这个现象最早是由美国无线电工程师John Milton Miller在1919年到1920年间，在研究真空管时发现的，后来这个现象就以它的姓氏命名，叫做Miller Effect。

3、密勒平台

由于Miller Effect，在MOS管开启的过程中，GS两端电压在上升过程中有一个平台或凹坑，这个平台就是密勒平台。建立如下仿真模型：

观察电压探头VF2测得的电压，1μs时，VG1开始给MOS管栅极加电压，使徒开启MOS管。

第一阶段：1.4μs之前，MOS管工作在截止区，电压逐渐上升，说明在给MOS管的寄生电容Cgs和Cgd充电，此时输入端的等效电容为Cgs+Cgd。

第二阶段：在1.4μs到1.9μs之间，MOS管开始工作在放大区，此时输入端的等效电容为Cgs+(1+A)*Cgd，因为放大倍数A通常非常大，所以等效的电容也非常大，充电缓慢，出现密勒平台。

第三阶段：在1.9μs以后，MOS管此时处于饱和区，输入端的等效电容为Cgs+Cgd，电容重新恢复到一个比较小的值，栅极电压继续上升。

文章来源：功率半导体生态圈

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