MOS管主要參數(shù)-mos管低頻小信號(hào)參數(shù)

大家知道，任何器件在頻率較高的情況下工作時(shí)，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(shí)，MOS管的電容效應(yīng)可以忽略不計(jì)，而且輸入信號(hào)又較小。在這種情況下討論的參數(shù)，稱為低頻小信號(hào)參數(shù)。

1、MOS管的跨導(dǎo)g_m 

MOS管的跨導(dǎo)，定義為漏源電壓一定時(shí)，漏源電流隨柵源電壓的變化率。MOS管低頻小信號(hào)。換句話說(shuō)，就是當(dāng)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(dǎo)是表征柵電壓控制輸出電流變化靈敏度的一個(gè)物理量，跨導(dǎo)愈大，控制能力愈強(qiáng)，跨導(dǎo)的單位為西門子，符號(hào)為S（A/V）。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

把N溝道MOS管的非飽和區(qū)電流公式代入上式，得：

說(shuō)明非飽和區(qū)的跨導(dǎo)是隨著VDS增加而增加的。當(dāng)VDS一定時(shí)，g_m與VGS無(wú)關(guān)。MOS管低頻小信號(hào)。但實(shí)際上k與VGS是有關(guān)的。因此，隨VGS增加時(shí)，g_m將出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

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(dǎo)為：

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

這是一個(gè)很重要的關(guān)系式，在下面將經(jīng)常用到。

從（1-56）式可見，飽和區(qū)的跨導(dǎo)g_m與溝道長(zhǎng)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(dǎo)的大小決定于W/L。為了增大跨導(dǎo)，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(gè)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(lái)。MOS管低頻小信號(hào)。從圖1-32中看出，飽和區(qū)的跨導(dǎo)與VDS無(wú)關(guān)，而隨（VGS一VT）的增加而增加。對(duì)于不同的VGS，g_m是不同的。在柵壓附近的跨導(dǎo)，可根據(jù)定義計(jì)算出來(lái)，即：

最后還必須指出，跨導(dǎo)還會(huì)受到源極串聯(lián)電阻的影響，當(dāng)較大時(shí)，對(duì)器件跨導(dǎo)的影響不能忽略，器件原來(lái)的跨導(dǎo)將減小。mos管低頻小信號(hào),

假設(shè)原來(lái)器件的跨導(dǎo)為若輸入信號(hào)VGS有一個(gè)增量則流過管子的電流必有增量。MOS管低頻小信號(hào)。在圖1-38等效電路的輸入回路中，可以認(rèn)為這個(gè)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(dāng)Rs較大時(shí)，跨導(dǎo)要下降很多。因此，為了減小源擴(kuò)散電阻對(duì)跨導(dǎo)的影響，應(yīng)盡量減小Rs。

源擴(kuò)散電阻可用下式計(jì)算：

2、漏源輸出電導(dǎo)GDS和動(dòng)態(tài)電阻

（1）漏源輸出電導(dǎo) 

當(dāng)循源電壓一定時(shí)，漏源電流隨漏源電壓的變化率，就稱為MOS管的電導(dǎo)。mos管低頻小信號(hào),它是用來(lái)表征輸出電壓對(duì)輸出電流的控制能力，用表示，其數(shù)學(xué)表示為：

gDS的單位仍用西門子（S）。

（2）漏源動(dòng)態(tài)電阻

 漏源輸出電導(dǎo)的倒數(shù)就稱為漏源動(dòng)態(tài)電阻，用表示，這是MOS電路設(shè)計(jì)中另一個(gè)重要參數(shù)，其單位為歐姆。數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)電阻應(yīng)該是無(wú)窮大，即：

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

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

3、電壓放大系數(shù)Kv 

電壓放大系數(shù)是用來(lái)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(dǎo)成正比，跨導(dǎo)愈大，放大性能愈好。按理論分析，飽和區(qū)的動(dòng)態(tài)電阻趨向無(wú)窮大，所以電壓放大系數(shù)也應(yīng)趨于無(wú)窮大。但實(shí)際上飽和區(qū)的動(dòng)態(tài)電阻并不是真的無(wú)窮大，而是個(gè)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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