電路分析中不可缺少的MOS管的三個二級效應。
體效應
在我們之前的分析中,我們都認為MOS管的襯底和源極相連, 即VBS=0。 但在很多情況下,源極和襯底的電位并不相同。
對 NMOS 管而言,襯底通常接電路的最低電位(GND),有VBS < 0 ;
對 PMOS 管而言,襯底通常接電路的最高電位(VDD),有VBS > 0 。
這時,MOS管的閾值電壓將隨其源極和襯底之間電位的不同而發生變化,這一效應稱為“體效應”,又稱為“背柵效應”。
從對 MOS 管工作原理的分析中我們知道,隨著VGS的上升,襯底內部的電子向襯底表面運動,并在襯底表面產生了耗盡層。 當VGS上升到一定的電壓——閾值電壓時,柵極下的襯底表面發生反型,NMOS管在源漏之間開始導電。 閾值電壓的大小和耗盡層的電荷量有關,耗盡層的電荷量越多,NMOS 管的開啟就越困難,閾值電壓就越高。 當VBS > 0時,柵極和襯底之間的電位差加大,耗盡層的厚度也變大,耗盡層內的電荷量增加,所以造成閾值電壓變大。 在考慮體效應后,閾值電壓Vth為:
其中Vth0為VBS=0時的閾值電壓,r是體效應系數,VSB是源襯電勢差。
體效應通常是我們不希望有的。 因為閾值電壓的變化經常會使模擬電路的設計復雜化。
溝道長度調制效應
在對MOS管工作原理的分析中,我們知道,當柵和漏之間的電壓差增大時,實際的反型溝道逐漸減小。 也就是說在式中,L'實際上是VDS的函數。 這一效應稱為“溝道長度調制”在飽和區,我們可以得到:
如圖所示,這種現象使得ID /VDS特性曲線在飽和區出現非零斜率,因而使得源和漏之間的電流源非理想。
需要注意的時,只當器件工作在飽和區時,需要考慮溝道長度調制效應。 在三極管區,不存在溝道長度調制效應。
亞閾值導電性
在分析MOSFET時,我們一直假設:當VGS下降到低于VTH時器件會突然關斷。 實際上,當VGS約等于VTH時,一個“弱”的反型層仍然存在。 甚至當VGS
式中,I0正比于W/L,VT=kT/q。 我們稱器件工作在弱反型區,當VGS >VTH時,器件工作在強反型區。 亞閾值導電會導致大的功率損耗,造成不必要的功率消耗。
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