關(guān)于MOS管的米勒效應(yīng),前面已經(jīng)發(fā)了2篇:
今天我們繼續(xù)繼續(xù)聊米勒效應(yīng)。
1、一道問題
照例,先拋出來一道問題:如果MOS管處于米勒平臺的區(qū)間內(nèi),MOS管工作在哪個區(qū)?
A:恒流區(qū);
B:可變變阻區(qū);
C:部分在恒流區(qū),部分在可變電阻區(qū);
D:截止區(qū);
題不大,但卻是真正考驗基本功。要回答這個問題,需要從兩方面入手:
①搞清楚MOS管三個工作區(qū)的工作條件;
②搞清楚MOS管米勒平臺的變化歷程。
2、MOS管3種工作狀態(tài)
MOS管的3種工作狀態(tài):截止區(qū)、恒流區(qū)(飽和區(qū))、可變電阻區(qū),這個想必大家都知道。但光知道這個還不太夠,還需要清楚進(jìn)入相應(yīng)工作區(qū)的充分條件。
如上圖所示,Ohmic Region即為可變電阻區(qū),Active Region即為飽和區(qū),也叫恒流區(qū),Cut-off Region即為截止區(qū)。由于MOS管為壓控型器件,只需要控制柵-源極電壓Vgs電壓,即可控制MOS管的導(dǎo)通。
當(dāng)Vgs<Vth時,MOS管處于截止區(qū);
當(dāng)Vgs>Vth且Vds<Vgs-Vth時,MOS管處于可變電阻區(qū);
當(dāng)Vgs>Vth且Vds>Vgs-Vth時,MOS管處于恒流區(qū)(飽和區(qū));
當(dāng)然上面的條件,我想很多同學(xué)都知道。但是我想讓同學(xué)們理解里面的含義,而不是單純地記憶公式。比如,可變電阻區(qū)的Vds<Vgs-Vth是怎么來的呢?
在Vgs>Vth的前置條件下,保證源極S側(cè)的導(dǎo)電溝道存在。再在漏極-源極間加入一個電壓Vds,要保證漏極D側(cè)的導(dǎo)電溝道也存在,就必須使得Vgd>Vth。這樣Vgs和Vgd都大于Vth,漏極S和源極D之間的導(dǎo)電溝道才會一直存在。
而Vgd等于Vgs+Vsd,可變換為Vgs-Vds。Vgd>Vth,即Vgs-Vds>Vth,則有:Vds<Vgs-Vth。
恒流區(qū)的Vds>Vgs-Vth就不展開解釋,具體可以參看《Rdson對應(yīng)MOS管的哪個工作區(qū)?》,里面的解析比較詳細(xì)。
3、MOS管米勒平臺變化歷程
要搞清楚MOS管米勒平臺的變化歷程,不妨我們用TINA-TI做下仿真,結(jié)合仿真數(shù)據(jù)來分析變化過程。
①搭建MOS管的仿真電路,如下圖所示。還需要檢測柵源電壓Vgs、漏源電壓Vds和漏極電流Id。
VF1,監(jiān)測Vgs的電壓波形;
VF2,監(jiān)測Vds的電壓波形;
VF3,監(jiān)測驅(qū)動源VG1的電壓波形;
AM1,監(jiān)測Id的電流波形。
②跑一下“瞬時分析”,看下整體的波形,如下圖所示。
如上圖所示,a點標(biāo)記的時間位置為2.05us??梢悦黠@看出:
①在a點前,漏極無電流Id;
②在a點后,漏極開始有電流Id(如AM1所示),即MOS管開始導(dǎo)通;
該MOS管的開啟電壓Vth為2.93V,即為a點。
為方便進(jìn)一步觀察,將仿真結(jié)果進(jìn)一步放大,如下圖所示:
不知道屏幕前的你,看完上圖片有沒有什么疑惑。反正我是有疑問?。。?/strong>
如上圖紅框所示,Id在米勒平臺期間仍在上升。在米勒平臺結(jié)束時,漏極電流才達(dá)到最大值。這和我之前了解到電流變化趨勢不同。
上圖,相信很多同學(xué)在很多文章中都看過?;蛘咴诰W(wǎng)上搜一下“米勒效應(yīng)”,
隨便點開幾篇文章都有這幅圖片。在這幅圖中,可以明顯看出:漏極電流Id是在t2時刻達(dá)到最大值,在米勒平臺期間(t2-t3時間段)Id基本保持不變。這幅圖和仿真出來的結(jié)果相差很大。
期初,有懷疑這幅圖的正確性。幾經(jīng)努力,找到了這幅圖片的出處,源自安森美(Onsemi)的技術(shù)文檔《AN-9010_MOSFET Basic》(文末可以免費獲取)。鑒于是大廠的技術(shù)文檔,暫時打消了我對其正確性的懷疑。
再次去查詢相關(guān)資料,在B站上看到一個視頻,是老外在講解米勒效應(yīng),展現(xiàn)出來的實測波形,綠色的Id確實是在橙色的Vgs米勒平臺期間上升,基本在米勒平臺結(jié)束后Id到達(dá)最大值,如下截圖所示。
(圖片來自B站Eric老師發(fā)的視頻截圖)
仿真波形和實測波形可以呼應(yīng),說明仿真數(shù)據(jù)沒有錯。
這樣的話,仿真沒有錯,Onsemi的圖也沒有問題,但是波形趨勢相差很大,那問題出在哪里呢?是誰的問題呢?
我暫時沒有想通,期待屏幕前的大神能幫忙撥開迷霧,指點迷津。
由于本文在仿真中遇到了暫時解釋不通的問題,所以在文章開頭提出的問題,暫時沒有得到驗證解決。
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