Элементарный анализ величины входной емкости. Емкость Миллера

Выше МДП транзистор рассматривался только как совокупность двух источников тока (источника постоянного режимного тока и источника переменного тока) и активного резистора между стоком и истоком в пологой области. С целью упрощения первоначального анализа рассматриваемых вопросов, не рассматривались присущие транзистору внутренние емкости. Дальнейший анализ требует их учета.

Рассмотрим влияние на входную емкость простейшего инвертирующего усилителя двух емкостей входного транзистора, а, именно, его емкости затвор-исток и емкости затвор-сток (см. рис. 3.10).

Рис. 3.10. Иллюстрация к анализу величины входной емкости инвертирующего усилительного каскада.

Мерой любой емкости по определению является заряд , поступивший в конденсатор при приложении к нему напряжения , т.е. . Для установившегося синусоидального напряжения можно записать упрощенное выражение: .

Конденсаторы и входят в состав входной емкости усилителя. Особенности процесса перезарядки конденсаторов влияют на заряды в обкладках. У конденсатора одна из обкладок по переменному току заземлена, поэтому заряд на этом конденсаторе выражается просто как

(3.35а)

Следует отметить, что емкостью затвор-исток считается не только емкость непосредственного перекрытия истока затвором на расстояние LD. В состав в пологом режиме входит более емкости активного канала относительно затвора (см. главу II). В оценочных расчетах целесообразно в состав вводить всю емкость активного канала относительно затвора и даже всю емкость затвора, поскольку в подавляющем большинстве случаев это является наихудшим случаем. Согласно этим замечаниям, выражение для запишем в виде:

(3.35b)

У конденсатора , находящегося в цепи обратной связи инвертирующего усилителя, обе обкладки соединены с узлами, имеющими переменные потенциалы. Учитывая, что , где – коэффициент усиления, имеем:

(3.36)

Выражение (3.36) указывает на эффективное увеличение емкости затвор – сток как элемента обратной связи в составе инвертирующего усилителя в режиме малого сигнала. Этот эффект называют эффектом Миллера, а емкость обратной связи между входом и инвертирующим выходом усилителя называют емкостью Миллера.

В большинстве случаев с достаточной точностью под емкостью затвор-сток можно принимать только емкость непосредственного перекрытия стока затвором на расстояние LD, т.е

(3.37)

Суммарная входная емкость инвертирующего усилителя с емкостью обратной связи определяется выражением:

(3.38)

Как видно из (3.38), для достижения наибольшей скорости перезарядки входной емкости инвертирующего усилителя необходимо (1) уменьшать емкость обратной связи и (2) уменьшать коэффициент передачи от входа усилителя, к которому подключена первая обкладка емкости обратной связи, к узлу подключения второй обкладки.