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為什麼MOS管會出現Vgs小平臺?

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以一個 NMOS 開關電路為例,其中階躍信號 VG1 設置了 DC 電平 2V,且為振幅 2V、頻率 50Hz 的方波,而 T2 的開啟電壓同樣為 2V,這使得 MOS 管 T2 會以 20ms 的週期進行開啟和截止狀態的切換。


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在這一過程中,一個有趣的現象出現了:當 Vgs = 2V 時,會存在一個小平臺。那麼,為何 Vgs 在上升時會有這樣一個小平臺呢?


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答案在於米勒效應。MOS 管內部存在多種寄生電容,

其中:Cgs稱為GS寄生電容,Cgd稱為GD寄生電容,輸入電容Ciss=Cgs+Cgd,輸出電容Coss=Cgd+Cds,反向傳輸電容Crss=Cgd,也叫米勒電容.


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在電路工作時,米勒電容(Cgd)在反相放大的作用下,會使等效輸入電容值顯著增大。當輸入電壓要改變 Vgs 時,需要對這個增大的等效輸入電容進行充電。在充電過程中,即便輸入電壓持續上升,由於大部分能量都用於對電容充電,這就導致 Vgs 的上升速度變緩,從而形成了我們所看到的 Vgs 小平臺。

進一步探究發現,將電阻 R1 由 5K 改為 1K 後再次仿真,小平臺明顯變小甚至幾乎消失。這是因為 MOS 管開啟是輸入電壓經 R1 對 Cgs 的充電過程。R1 阻值減小,充電時間常數變小,對 Cgs 充電加快,MOS 管能更快度過米勒平臺階段,迅速進入完全導通狀態。所以,減小 R1 可改善米勒平臺,使其變小甚至消失。

 


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