为什么MOSFET的栅极电荷曲线（密勒高原）取决于Vds？

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我不明白为什么MOSFET的栅极电荷曲线（恰好是Miller高原部分）取决于漏极-源极电压Vds。

例如，IRFZ44的数据表在第4页（图6）上显示了不同Vds值的栅极电荷曲线。

为什么更大的Vds的Miller高原时间更长？高原不依赖Cgd吗？但是对于较大的Vds，Cgd（= Crss）会变小（请参见数据表中的图5）。米勒高原不应该变短吗？

mosfet

— Xenu
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简而言之，MOSFET在栅极和沟道之间的电场上起作用。沟道的漏极端处的该场当然是漏极电压的函数。

— Olin Lathrop

@OlinLathrop Xenu知道通道效应的大门，否则他不会问他的模型（与图5一致）和图6之间趋势的明显冲突。–

— 占位符

为了进一步了解正在发生的事情，让我们从Vds = 0且Vgs> Vth的条件开始。通道建立良好且厚度均匀。随着我们增加Vds，通道必须逐渐变细以支撑横向（沿通道）场。在某些时候，沟道会收缩，并从漏极拉回，这可以看作是MOS电容器的沟道“极板”变小，因此电容（略有下降）。希望能有所帮助。它不是DIBL，因为这是短通道效应。

— 占位符

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“为什么更大的的Miller Plateau更长？” $V_{\text{ds}}$

简短的答案是Miller Plateau宽度与的曲线下面积成比例。但为什么？ $C_{\text{gd}}$

米勒高原显示什么？

之所以存在米勒效应，是因为FET的漏极和栅极之间存在有效电容（），即所谓的米勒电容。数据表中图6的曲线是通过以恒定电流将FET导通至栅极而产生的，而漏极已通过限流电路上拉至某个电压。在栅极电压上升到阈值以上并且漏极电流达到极限（由限流电路设置）之后，开始下降，通过栅极将上的电荷转移。当从降至零伏时， $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {dd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $V_ {\text {dd}}$ $V_G$ 被来自的位移电流所卡住……那是米勒高原。 $C_ {\text {gd}}$

米勒高原以其宽度显示的电荷量。对于给定的FET，米勒高原的宽度是导通时经过的电压的函数。该图显示与对齐以使其清楚。 $C_ {\text {gd}}$ $V_ {\text {ds}}$ $V_G$ $V_ {\text {ds}}$

在此处输入图片说明

IRFZ44的栅极电荷曲线显示了三个范围；Span1为0V至11V，Span2为0V至28V，Span3为0V至44V。现在，一些事情应该很清楚： $V_{\text{ds}}$

$V_{\text{ds}}$ Span3> Span2> Span1 $V_{\text{ds}}$ $V_{\text{ds}}$
$V_{\text{ds}}$ Span3包括Span2和Span1。
$C_{\text{gd}}$ 对于较大的跨度，电荷较大。 $V_{\text{ds}}$
Miller Plateau将会变得更宽，并带来更多的费用。 $C_{\text{gd}}$
更多就是更多。

这些结论对您来说似乎太过波浪和油腻了吗？好吧，那呢？

为什么Miller Plateau为更高的变得更宽广-定量分析 $V_{\text{ds}}$

从电容器上的电荷方程开始：

Q = CV，具有微分形式dQ = C dV

现在不是常数，而是某些功能。查看IRFZ44数据表中图5中的曲线，我们需要一个方程，该方程在零不是无穷大，并且呈指数下降（ish）。在这里，我将不做任何详细说明。只需选择看起来很匹配的非常简单的表格，然后尝试将它们拟合到数据即可。因此，不是基于设备物理原理，而是只需很少的努力就可以很好地匹配。有时候，这就是所需要的。 $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$ $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$

$C_{\text{gd}}$ = $\frac{C_{\text{gdo}}}{k_c \text{V}_{\text{ds}}+1}$

其中 = 1056 pF =任意缩放系数
$C_{\text{gdo}}$
$k_c$

根据数据表检查拟合模型，我们看到：

\begin{array}{ccc} V_{ds} & C_{gd} (data) & C_{gd} (model) \\ 1V & 750 p F & 749 p F \\ 8V & 250 p F & 247 p F \\ 25V & 88 p F & 94 p F \end{array}

$\begin{array}{ccc} V_{\text{ds}} & C_{\text{gd}}\text{(data)} & C_{\text{gd}}\text{(model)} \\ \text{1V} & 750pF & 749pF \\ \text{8V} & 250pF & 247pF \\ \text{25V} & 88pF & 94pF \end{array}$

因此，将模型表达式插入到电荷方程的微分形式中，并将两边积分后，我们得到： $C_{\text{gd}}$

Q = = $\frac{C_{\text{gdo}} \log \left(k_c V_{\text{ds}}+1\right)}{k_c}$ $\frac{\text{1056 pF } \log \left(\text{0.41 } V_{\text{ds}}+1\right)}{\text{0.41 }}$

Q的图表明，随着较大变化，它总是增加。 $V_{\text{ds}}$

在此处输入图片说明

唯一不正确的方法是，对于某些无法实现的值，变为负数。因此，更多就是更多。 $C_{\text{gd}}$ $V_{\text{ds}}$

— 腮
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好答案，+ 1

— Bryan Boettcher 2013年

@gsills，假设漏极通过电阻上拉至Vdd。栅极电压上升超过阈值并且漏极电流达到极限（由电阻设置）后，为什么Vds开始下降？Vds = Vdd-Id * R因为我是常数，所以Vds也应该也是常数吗？

— anhnha

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MOSFET开始导通后，通道中就会有载流子，以前没有载流子，并且栅极到通道的电容上升而不是下降。请注意，图5中测得的电容均为V _GS = 0时的电容。

由于给定V _GS的沟道电流大小在一定程度上取决于V _DS，因此有效电容的增加也是如此。

曲线中第二个“膝盖”的位置表示对于给定的V _DS，沟道电流停止增加的点。

— 戴夫·特威德
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更高的漏极电压意味着Cgd上的电荷更多。就这么简单。通过Cgd的电流确定Cgd上电压的变化率。该电流为Ig，受电流限制，因此需要更多时间来释放更多电荷。

— 用户名
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