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在前面的分析中，假设晶体管的衬底和源极是等电势的，随着Vg的下降， TH 会增加。
这称为“体效应”或“背栅效应”。
1 1
= ＋ Φ ＋ 2 Φ 2 （ V 》0 ） （2…15）
V V γ 2 V 2
T T 0 （ f SB ） （ f ） SB
V …V
当栅…漏之间的电压增大时，实际的反型沟道长度逐渐减小。而沟道区的电压 GS TH
I V
基本不变，因而 D 将随 DS 增加而增加。这就叫做“沟道长度调制”。考虑到这个因素后
饱和区漏电流表达式（2…1）可改为：
1 W 2
I D = μnCox （VGS …VTH ） （1＋λVDS ）
2 L （2…16）
λ I / V
式中 是沟道长度调制系数。它使得 D DS 特性曲线出现非零斜率。
例 简单大信号模型的应用
已知管子的宽长比为W/L=5um/1um，大信号模型参数值如表 2－1 所示，n沟道管的漏极、
栅极、源极和体电压分别为 3V、2V、0V和 0V，试求漏极电流。如果管子换成P沟道管，漏
极、栅极、源极和体电压分别为…3V、…2V、0V和 0V，再一次求漏极电流。
解：首先必须确定MOS管的工作区。vDS （饱和） =2V …0。7V =1。3V ，因为vDS 为 3V，
则n沟道管工作在饱和区，可得：
i = K N ' W （v …V ）2 （1＋λ v ）
D GS TN N DS
2L
110×10…6 （5um） 2
= （2 …0。7） （1＋0。04 ×3） =520uA
2（1um）
对于p沟道管，计算得：
（ ）
v 饱和 =v V =2V …0。7V =1。3V
SD SG TP
19
…………………………………………………………Page 468……………………………………………………………
因为vSD =3V，则p沟道管也工作在饱和区，漏极电流为：
K ' W 2
i = P （v V ） （1＋λ v ）
D SG TP N SD
2L
…6
50 ×10 （5um） 2
= （2 …0。7） （1＋0。05 ×3） =243uA
2（1um）
（5）MOSFET 交流小信号模
型
在电路计算中，由MOS
管的大信号模型算出电路的
静态工作点后，就必须由小
信号等效模型来分析设计电
路。小信号模型是能简化计
算工作的线性模型，它是在
一定的电压电流下有效。小
信号模型的各项参数依赖于
大信号模型参数和直流变
量。两种模型间的关系如下：
小信号模型参数可以看 图 2…5 MOSFET 交流小信号等效模型
作大信号模型参数发生微小变化时微小变量之间的比率，或者看作某项大信号模型参数对
另一项大信号模型参数的偏微分。
g V
NMOS的小信号等效模型电路如图 2…5 所示，图中各参数定义为：受控电流源 m gs 和
g V V V I
mb bs 分别表示栅极电压 GS 和衬偏电压 bs ，控制产生的漏级电流 d 的分量。跨导gm背
栅跨导gmb根据公式计算得到。 Cgs 、Cgd 为栅…源，栅…漏之间的电容。 Cbg 、Cbs 、Cbd
分别为衬底与栅极、源极、漏极间的电容。
简化为：
di
g D V V I
= =β（ ） = 2β
m GS T D
dv
GS Q
20
…………………………………………………………Page 469……………………………………………………………
di λi
gds = D = D ≈λiD
dv 1＋λv
DS Q DS
i i v i v g γ
D D GS D T m
gmbs = = = = =ηgm
v v v v v 2 2 φF …V
BS Q GS BS Q T BS Q BS
重要假设：
g m ≈10g mbs ≈100g ds
那么
例 小信号模型参数的典型值
已知管子的宽长比为W/L=1um/1um的n沟道管和P沟道管，模型参数值如表 2－1 所示，
假设漏极电流的直流量为 50uA，源－体直流电压绝对值为 2V。试利用大信号模型参数分别
求两管的gm、gmbs和gds的值。
解：利用公式求出：n沟道管的gm＝105uA/V、gmbs=12。8uA/V和gds=2。0uA/V；p沟道管
的gm＝70。7uA/V、gmbs=12。0uA/V和gds=2。5uA/V；
2。2 CMOS 工艺 MOS 管模型参数
（1）0。8um N 阱简单的 MOS 大信号模型（spice level 1）
表 2…1 MOSFET 模型参数
。MODEL NMOS1 NMOS LEVEL=1 VTO=0。7 KP=110U GAMMA=0。4 LAMBDA=0。04 PHI=0。7
。MODEL PMOS1 PMOS LEVEL=1 VTO=…0。7 KP=50U GAMMA=0。57 LAMBDA=0。05 PHI=0。8
21
…………………………………………………………Page 470……………………………………………………………
（2）0。8um N 阱完整的大信号模型（spice level 1）
。MODEL NMOSl NMOS LEVEL=1 VTO=0。70 KP=110U GAMMA=0。4 LAMBDA=0。04 PHI=0。7
＋MJ=0。5 MJSW=0。38 CGBO=700P CGSO=220P CGDO=220P CJ=770U CJSW=380P
＋LD=0。016U TOX=14N
。MODEL PMOSl PMOS LEVEL=1 VTO=…0。7 KP=50U GAMMA=0。57 LAMBDA=0。05 PHI=0。8
＋MJ=0。5 MJSW=0。35 CGBO=700P CGSO=220P CGDO=220P CJ=560U CJSW=350P
＋LD=0。014U TOX=14N
（3）BSIM SPICE 模型