解析MOS晶体管高频小信号模型的等效电路拓扑结构

信息来源: 时间:2022-8-10

解析MOS晶体管高频小信号模型的等效电路拓扑结构

为了表示式(9.2.12),可以导出小信号等效电路。这样的电路可以构造出无穷多个;最简单的一个电路示于图9.4a。该电路可以这样来验证:写出g、d和b端的基尔霍夫电流定律,结果便是式(9.2.12)。MOS晶体管高频小信号模型。可是,由于最初出现在式(7.3.4)中的漏端电流和源端电流的传输分量在随后的推导中被略去,所以我们尚未得到一个完整的晶体管模型。MOS管等效电路拓扑结构。现在,假如图9.1b中的小信号电压都为零,即所有的端电压和端电流都固定不变,这样充电分量便为零,且式(7.3.4)给出(用大写I表示直流电流):

 MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

在小信号电压不为零的一般情况下,式(7.3.4)应为

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

现在,小信号传输分量it(t)和小信号充电分量都出现在上式的漏端电流和源端电流之中。

从式(9.2.14)中减去式(9.2.13),便得到只与小信号电流有关的方程式:

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

小信号传输电流已经用图8.2的三元件组合电路来模拟了。MOS晶体管高频小信号模型。因为要把这一电流和式(9.2.15)的充电电流相加,所以应该把对应于这一电流的模型(图8.2)加到图9.4a中去,  且与漏源之间的其余元件并联,从而得出了图9.4b的完整模型。

image.pngMOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

现在釆推导另一种不同的小信号等效电路。让我们采用

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

  把上面两式代入式(9.2.12b),得到

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

利用式(9.2.8b),上式变为

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

对式(9.2.12a)和(9.2.12c)进行类似的处理,式(9.2.12)便可写成以下形式

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

其中

MOS晶体管高频小信号模型,MOS管等效电路拓扑结构

式(9.2.19b)已经得到证明。为了证明式(9.2.19a)和(9.2.19c),只要把这些公式中的所有电压都用υdsυgsυbs来表示,并利用式(9.2.20)和式(9.2.8);这样便可给出式(9.2.12a)和(9.2.12c)。

    式(9.2.19)不难用一个等效电路来表示。在该等效电路中加入图8.2中的电路元件,便可得到图9.5的结果。MOS晶体管高频小信号模型。图中五个电容(Cgs、Cgd、Cbs、Cbd和Cgb)与图8.13模型中的五个电容完全一样。MOS管等效电路拓扑结构。换句话说,图9.5的模型可以认为仅仅是在图8.13的模型上再增添四个元件而构成的,并且对已经包含在那个大家都熟悉的模型中的元件,无论在元件的意义上,还是在它的数值上都毋需进行修正。与文献中所提出的其他模型相反,这是图9.5中模型的一个重要特性。注意,在足够低的频率下,dυgs/dt和bs/dt很小,因而正比于这些量的电流分别和电流gmυgs及gmbυbs相比是可以忽略的。与此类似,通过Csd的电流与通过gd的电流相比也可忽略。最后,我们将发现,对于强反型模型,Cmx=0。MOS晶体管高频小信号模型。因此,当频率足够低时,图9.5的模型便简化为图8.13的模型。

为了对图9.5中的模型提供更多的感性认识,我们来讨论用图9.5说明的两个实验。在a中,仅对漏端施加小信号电压,结果可观察到流进栅端的小信号电流;在b中,情况相反。用于每种情况下的,位于右侧的小信号等效电路就是图9.5的模型电路,但是为了简单起见,只表示出了其中通过电流不为零的元件(省略了被短路的电容或电阻,与零值电压成正比的电流源)。MOS晶体管高频小信号模型。如在口中所见,流入栅的小信号电流是-Cgd(dυd/dt)。这样,  Cgd确实表示d端对g端的影响。然而,尽管在一般情况下,电容Cgd连接在g和d之间,但它并不表示g端对d端的总的影响,这一点可在b中看到。实际上,流入漏端的电流为gmυg-(Cgd+Cm)(dυg/dt)。MOS管等效电路拓扑结构。注意,这里不仅存在传导电流,而且电容电流也与a中的不同。因此,Cgd+Cm表示g端对d端的电容效应。从式(9.2.20)可知,Cgd+Cm=Cdg,正如已经讨论过的,在下一小节将可定量地看到的那样,Cdg一般不等于Cgd。Cm是转移电容,这一电容考虑了以充电电流表示的栅和漏相互间的不同影响,正如gm是用来考虑以传输电流表示的栅和漏这两端互相间的不同影响的一个跨导一样。对Cmb和Cmx也有类似的解释。


联系方式:邹先生

联系电话:0755-83888366-8022

手机:18123972950

QQ:2880195519

联系地址:深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助

推荐文章