电子电路大全(PDF格式)-第70章
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= ＋ = =
D drift diffusion diffusion L TH ∫Qinv…source inv （2…5）
其中
V …V …V
GS TH S
2 nV
Q =…2nC V e TH
inv source ox TH
（2…6）
16
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V …V …V
G TH D
2 nV
Q =…2nC V e TH
inv…drain ox TH （2…7）
指数关系 平方率
LogId
强反型区
弱反型区
Vth Vgs
I …V
图 2…3 亚阈值区的 d GS 曲线图
利用上面的式子我们可以得到：
V …V
GS TH
nV
I =I e TH
D s （2…8）
I D 的典型的值在 2nA到 200nA之间。公式（2…8）中，n》1， 是一个非理想因子，
V = KT / q I
T 。从公式（2…8）可以看到只有参数 S 和n跟工艺有关。传统上，这两个参数根
I
据Spice参数计算得出。但是用此方法计算出的 S 和n所得出的I D 与仿真结果却不一致，
为了更准确获得这些参数，变换式（2…8），两边取对数后求导得到：
（ln I D ） 1
=
V nV
GS TH （2…9）
ln（I ） …V
即从 D GS 曲线的斜率就可以得到n，因此运用单NMOS管放大电路，使用仿真工
ln（I ） …V
具Spice画出NMOS管的 D GS 曲线。如图 2…4 所示
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从图2…4中可以求出n约为1。36，
I S 约为 274f A 。这样，就得出我们手
工计算时使用的公式
V
W GS
（1。36）V
I D =（274 fA） e TH
L
（2…10）
同理，PMOS有：
ln（I ） …V
图 2…4 D GS 曲线
V
W GS
（1。79）V
ID =（26。56 fA） e TH
L
（2…11）
V
从图 2…3 中可以看到，当 V 下降到低于 TH 时，漏电流以有限的速度下降。对于n的
GS
I V
典型值，在室温时，要使 D 下降一个数量级， GS 必须下降约 80mV，这样会导致较大的功
I V V
率。从（2…1）式来看，如果保持 D 不变时增大W，则 GS 趋近于 TH ，器件进入亚阈值区，
因此由式（2…8）计算出的跨导是：
I
D
gm =
nkT / q
（2…12）
与双极型晶体管的跨导：
qIC IC
gm = =
kT V
T
（2…13）
相比较，跨导特性比双极型晶体管差。
因此，工作在亚阈值区的器件可以获得较大的增益，但是由于只有当器件宽度W大或漏
电流小才能满足这一条件，如果器件的漏极电流太大，管子就会进入到强反型区。尽管可
以通过增大器件的宽长比来使得器件工作在弱反型区，但增大宽长比也是有限度的，因为
增加器件尺寸的同时也会增加它的寄生电容。因而亚阈值电路的速度是非常有限的。
（3）CMOS 管的中反型区
以上的讨论假设强反型到弱反型的转变是突变的。事实上，有个平滑的过渡区存在，称
之为中反型区。近似而言，中反型的电流范围。
如下式：
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1
I
