如下是一个NMOS的开关电路,阶跃信号VG1设置DC电平2V,方波(振幅2V,频率50Hz),T2的开启电压2V,所以MOS管T2会以周期T=20ms进行开启和截止状态的切换。
首先仿真Vgs和Vds的波形,会看到Vgs=2V的时候有一个小平台,有人会好奇为什么Vgs在上升时会有一个小平台?
MOS管Vgs小平台
带着这个疑问,我们尝试将电阻R1由5K改为1K,再次仿真,发现这个平台变得很小,几乎没有了,这又是为什么呢?
MOS管Vgs小平台有改善
为了理解这种现象,需要理论知识的支撑。
MOS管的等效模型
我们通常看到的MOS管图形是左边这种,右边的称为MOS管的等效模型。
其中:Cgs称为GS寄生电容,Cgd称为GD寄生电容,输入电容Ciss=Cgs+Cgd,输出电容Coss=Cgd+Cds,反向传输电容Crss=Cgd,也叫米勒电容。
如果你不了解MOS管输入输出电容概念,请点击:带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
米勒效应的罪魁祸首就是米勒电容,米勒效应指其输入输出之间的分布电容Cgd在反相放大的作用下,使得等效输入电容值放大的效应,米勒效应会形成米勒平台。
首先我们需要知道的一个点是:因为MOS管制造工艺,必定产生Cgd,也就是米勒电容必定存在,所以米勒效应不可避免。
那米勒效应的缺点是什么呢?
MOS管的开启是一个从无到有的过程,MOS管D极和S极重叠时间越长,MOS管的导通损耗越大。因为有了米勒电容,有了米勒平台,MOS管的开启时间变长,MOS管的导通损耗必定会增大。
仿真时我们将G极电阻R1变小之后,发现米勒平台有改善?原因我们应该都知道了。
MOS管的开启可以看做是输入电压通过栅极电阻R1对寄生电容Cgs的充电过程,R1越小,Cgs充电越快,MOS管开启就越快,这是减小栅极电阻,米勒平台有改善的原因。