MOS管主要參數(shù)-mos管低頻小信號參數(shù)

大家知道，任何器件在頻率較高的情況下工作時，器件的電容將起顯著的作用。這里所考慮的是指在低頻工作時，MOS管的電容效應可以忽略不計，而且輸入信號又較小。在這種情況下討論的參數(shù)，稱為低頻小信號參數(shù)。

1、MOS管的跨導g_m 

MOS管的跨導，定義為漏源電壓一定時，漏源電流隨柵源電壓的變化率。MOS管低頻小信號。換句話說，就是當柵源輸入電壓每變化1V所引起漏源電流的變化量。因此，跨導是表征柵電壓控制輸出電流變化靈敏度的一個物理量，跨導愈大，控制能力愈強，跨導的單位為西門子，符號為S（A/V）。其數(shù)學表達式為：

把N溝道MOS管的非飽和區(qū)電流公式代入上式，得：

說明非飽和區(qū)的跨導是隨著VDS增加而增加的。當VDS一定時，g_m與VGS無關。MOS管低頻小信號。但實際上k與VGS是有關的。因此，隨VGS增加時，g_m將出現(xiàn)減小的趨勢。

把NMOS管飽和區(qū)的漏電流公式代入（1-54）式，便可得飽和區(qū)的跨導為：

把（1-56）式和（1-50）式進行比較，可以看出，飽和區(qū)的跨導正好是同一柵壓下非飽和區(qū)通導電阻的倒數(shù)，即：

這是一個很重要的關系式，在下面將經(jīng)常用到。

從（1-56）式可見，飽和區(qū)的跨導g_m與溝道長度L和柵氧化層厚度。成反比，與溝道寬度W成正比。若柵氧化層厚度一定，則跨導的大小決定于W/L。為了增大跨導，就要使小些。因此，在MOS管的制造工藝中，必須注意柵氧化層厚度的控制。

一個MOS管g_m的大小，可以從輸出特性曲線上的飽和區(qū)求解出來。MOS管低頻小信號。從圖1-32中看出，飽和區(qū)的跨導與VDS無關，而隨（VGS一VT）的增加而增加。對于不同的VGS，g_m是不同的。在柵壓附近的跨導，可根據(jù)定義計算出來，即：

最后還必須指出，跨導還會受到源極串聯(lián)電阻的影響，當較大時，對器件跨導的影響不能忽略，器件原來的跨導將減小。mos管低頻小信號,

假設原來器件的跨導為若輸入信號VGS有一個增量則流過管子的電流必有增量。MOS管低頻小信號。在圖1-38等效電路的輸入回路中，可以認為這個增量分別降落在溝道和源極串聯(lián)電阻Rs上，即：

將上式整理：

即：

從（1-59）式看到，如果Rs很小，則當Rs較大時，跨導要下降很多。因此，為了減小源擴散電阻對跨導的影響，應盡量減小Rs。

源擴散電阻可用下式計算：

2、漏源輸出電導GDS和動態(tài)電阻

（1）漏源輸出電導 

當循源電壓一定時，漏源電流隨漏源電壓的變化率，就稱為MOS管的電導。mos管低頻小信號,它是用來表征輸出電壓對輸出電流的控制能力，用表示，其數(shù)學表示為：

gDS的單位仍用西門子（S）。

（2）漏源動態(tài)電阻

 漏源輸出電導的倒數(shù)就稱為漏源動態(tài)電阻，用表示，這是MOS電路設計中另一個重要參數(shù)，其單位為歐姆。數(shù)學表示式為：

以前講到，在飽和區(qū)，由于溝道夾斷，漏源電流不隨漏源電壓變化，所以動態(tài)電阻應該是無窮大，即：

實際上，隨著VDS的增大，IDS是略有增加的。MOS管低頻小信號。因此，飽和區(qū)的動態(tài)電阻并不是真的無窮大，而是趨近于一個有限值，一般在10~100kΩ的范圍內。

在非飽和區(qū)，由子VDS很小，溝道沒有夾斷，可以認為溝道中各處的厚度相差不多。所以，非飽和區(qū)的動態(tài)電阻可近似等于直流導通電阻:

3、電壓放大系數(shù)Kv 

電壓放大系數(shù)是用來描述柵源輸入電壓變化所引起的漏源輸出電壓的變化率，用Kv表示：

經(jīng)過變換，可得：

可以看出，電壓放大系數(shù)與跨導成正比，跨導愈大，放大性能愈好。按理論分析，飽和區(qū)的動態(tài)電阻趨向無窮大，所以電壓放大系數(shù)也應趨于無窮大。但實際上飽和區(qū)的動態(tài)電阻并不是真的無窮大，而是個有限值，所以電壓放大系數(shù)也是有限的。

在非飽和區(qū)（VDS→0），電壓放大系數(shù)為：

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