2022-2023学年高二物理竞赛课件：衬底效应的MOS管简化电路模型

衬底效应的MOS管简化电路模型 衬底效应的MOS管简化电路模型 如衬底B与S不相连，考虑到衬底电压vbs对漏极电流id的控制作用，小信号等效电路中需增加一个压控电流源gmbvbs。 gmvgs rds g d s id vgs - vds + + - gmbvbs gmb称背栅（衬底）跨导： 工程上， 为常数，一般 = 0.1~ 0.2 （3-1-19） 图3-1-16（c） 例3-1-1 已知nCOXW/(2l)=0.25mA/V2，VGS(th)= 2V, 求ID 解： N-EMOS,假设T工作在放大模式（?区） VDD (+20V) 1.2M 4k T S RG1 RG2 RD RS 0.8M 10k G ID 带入已知条件解上述方程组得： ID= 1mA VGS= 4V>2V 及 ID= 2.25mA VGS= -1V<0 （舍去） VDS= VDD-ID （RD + RS）= 6V>4-2=2V 因此 验证得知： VDS > VGS–VGS(th) ， VGS > VGS(th)， 假设成立。 （3-1-9） 例3-1-2：N-DMOS自偏置电路，已知VGS(th)= -2V，RG=1MΩ，COXW/(2l)=0.25mA/V2，RS=4KΩ，RD=5KΩ，VDD=5V。求ID （3-1-9） 带入已知条件解上述方程组得： ID= 0.25mA VGS= -1V>-2V 及 ID= 1mA VGS= -4V<-2V （舍去） VDS=VDD-ID（RD+RS）=2.75V>-1+2=1V 因此 验证得知： VGS > VGS(th)， VDS > VGS–VGS(th) ， 假设成立。 解： 假设T工作在放大模式。iG=0 VDD (+5V) 4k T S RG RD RS 1M 5k G ID 小信号模型 FET小信号等效电路分析法与三极管相似。 利用小信号（微变）等效电路分析电路 （动态）交流指标。具体分析在第四章。 画交流通路。 将FET用小信号电路模型代替。 计算微变参数gm、rds vGS=VGSQ+vgs iD= IDQ+id vDS=VDSQ+vds （2-2-12） 如E-/D-MOS管的B与S相连，在饱和区工作，有： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 栅、源之间只有电压vGS，无电流，iG0 因 iD=f(vGS, vDS) 如交流量足够小，取微分得： + - - + （3-1-12） 1、饱和区小信号模型 将FET视为二端口网络。 （1）场效应管G、S之间开路，iG0，所以输入电阻rgs 。三极管发射结正偏，故输入电阻rbe较小。 小信号模型 （3-1-10） （3-1-11） 令 若信号较小，则gm和rds近似为常数。 场效应管的低频小信号等效模型如图所示。 （3-1-13） 图3-1-16（a） ①跨导gm由vGS=VGSQ时的转移特性曲线上Q点处切线斜率决定，如图所示 Q gm ②rds为vGS=VGSQ时输出特性曲线上Q点处切线斜率的倒数 Q 说明 ③理想时,rds=∞（开路） 场效应管简化等效模型 Q (1)MOS管跨导 现常用 比较三极管跨导 通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。 （3-1-16） （3-1-9） （2-2-18） 由（3-1-10)得(3-1-14），可简化为（3-1-16） 二、小信号模型—— （2）rds MOS管输出电阻： 由（3-1-10)得（3-1-15） （3-1-17） 与三极管输出电阻表达式 相似。 二、小信号模型—— N-EMOS管简化小信号电路模型(与三极管对照) gmvgs rds g d s ic vgs - vds + + - rbe rce b c e ib ic + - - + vbe vce gmvbe 用戴维宁，图(a)转为图3-1-16(b)电压源,得： 图3-1-16(a)电流源 gmvgsrds=vgs 放大因子：= gmrds （3-1-18） $