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  • MOS管小信号模型详解
    • 发布时间:2023-05-15 16:01:32
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    MOS管小信号模型详解
    MOS管小信号模型
    小信号是指对偏置的影响非常小的信号,物理上就是MOS管的线性模型。
    数学上,MOS小信号模型实际就是一个泰勒展开的过程,找到一个偏置点对电压电流关系求导数,把高阶部分去掉,留下线性部分。
    当在加一个小正弦信号
    MOS管 小信号模型
    瞬态响应为:
    MOS管 小信号模型
    信号传递过程为:
    MOS管 小信号模型
    小信号等效模型
    在饱和区时MOS管的漏极电流是栅源电压的函数,即为一个压控电流源,电流值为,且由于栅源之间的低频阻抗很高,因此可得到一个理想的MOS管的小信号模型,如图所示。[对于小信号来说,不会变化的电压相当于地,即上端接地]
    MOS管 小信号模型
    实际的模拟集成电路中MOS管存在着二阶效应,而由于沟道调制效应等效于漏源之间的电阻;而衬底偏置效应则体现为背栅效应,即可用漏源之间的等效压控电流源表示,因此MOS管在饱和时的小信号等效模型。
    MOS管 小信号模型
    其中
    1)gm
    gm栅跨导为栅电压对漏电流的控制能力
    MOS管 小信号模型
    gm的三种表达式:
    其中W/L、ID、VGS-VTH三者只有两个独立元素,可由任意两个元素求出第三个元素
    MOS管 小信号模型
    2)gmb
    gmb:体现衬偏效应对漏电流的控制作用
    MOS管 小信号模型
    γ为体效应系数。在器件模型中,表面势F=2FF和γ均由工厂提供。0.5um工艺中:对NMOS γ=0.4V1/2;对PMOS γ=-0.4V1/2
    MOS管 小信号模型
    3)VBS
    VBS为负电压,相当于界面与衬底之间加了一反向电压,这使耗尽区变厚,同时也使源/漏区与衬底的PN结的空间电荷区均变宽,因为这两个结的反向偏置电压值为VBS。
    在这种条件下,要吸引源、漏区的电子来产生导电层就必须在栅极加更高的正电压,即VTH变大了。该效应也称为“衬偏效应”或 “背栅效应”。
    4)ro
    MOS管输出电阻ro的改变可以通过改变偏置电流(ID),或者改变W/L的方法实现。
    MOS管 小信号模型
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