米勒效应是以约翰·米尔顿·米勒命名的。1919年或1920年米勒在研究真空管三极管时发现了这个效应,这个效应也适用于现代的半导体三极管。
米勒效应(Miller effect)是指晶体管放大电路中,输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用,其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍,其中K是该级放大电路电压放大倍数。
虽然一般米勒效应指的是电容的放大,但是任何输入与其它高放大节之间的阻抗也能够通过米勒效应改变放大器的输入阻抗。
什么是米勒效应?
假设一个增益为-Av 的理想反向电压放大器
在放大器的输出和输入端之间连接一个阻值为Z 的阻抗。
得到,
把阻抗Z 替换为容值为C 的电容,
由此可见,反向电压放大器增加了电路的输入电容,并且放大系数为(1+Av)。
米勒效应的危害
当使用高频信号传输时,米勒效应可能会导致输出信号的失真,而且各向同性的元件(比如二极管、晶体管等)产生的电容不可避免地引入了米勒效应,从而提高了误差和噪声,甚至还会导致系统的不稳定。
mos管的米勒效应分析
MOSFET中栅-漏间电容,构成输入(GS)输出(DS)的反馈回路,MOSFET中的米勒效应就形成了。
在t0-t1 时间内,VGS上升到MOSFET 的阈值电压VG(TH)。
在t1-t2时间内,VGS继续上升到米勒平台电压, 漏极电流ID 从0 上升到负载电流 。(NOTE:在漏极电流IDS未到负载电流ID时,一部分的负载电流(IDS-ID)流过二极管D,二极管导通MOSFET的漏极电压VDS被VDD钳位,保持不变,驱动电流只给CGS充电,VGS电压升高。一旦IDS达到负载电流 , 二极管D反向截止,MOSFET的漏极电压VDS开始下降,驱动电流全部转移给CGD充电,VGS也就保持米勒平台电压不变。)
在t2-t3 时间内,VGS一直处于平台电压,VDS开始下降至正向导通电压VF。
在t3-t4 时间后,VGS继续上升。
米勒效应在电子电路中应用广泛:
(1)米勒积分
在集成运算放大器开环增益A很高的情况下,展宽积分线性范围,提高运算精度,获得了广泛的运用。
(2)用米勒电容补偿,消除自激反应
由于米勒电容补偿后的频率响应,是一种在0dB带宽不受损失的情况下, 使集成运算放大器没有产生自激可能品质优良的“完全补偿‘。
同时,米勒效应使小补偿电容可以制作在基片上,从而实现了没有外接补偿元件的所谓“ 内藏补偿” 。
设计放大电路时,米勒效应的特性需要被考虑进去。这包括选择合适的元件、增加输入和输出信号之间的电容来抵消它带来的影响等。此外,米勒效应还可以被应用于一些领域,如毫微秒计数和时间测量等。
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