MOSFET工作于弱反型/亞閾值的問題、特性分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-09-29
當(dāng) MOSFET 的 Vgs 接近其閾值電壓 Vth 時，MOS 管工作在弱反型（或亞閾值區(qū)），在結(jié)構(gòu)上類似于兩個背靠背的二極管相連。
這樣我們分析時,可將其看成橫向的BJT的結(jié)構(gòu),與一般的BJT不同的是,這里的基極電壓是柵電壓在柵電容和耗盡層電容之間的分壓。
通過這樣的分析方法，可以得到MOSFET工作于亞閾值區(qū)時的電流方程:
注意當(dāng)VDS>3*Vt時,上式中的最后項(xiàng)可近似為1 ,這樣整個電流Ids可認(rèn)為不受Vds影響，可以像工作于飽和區(qū)一樣當(dāng)成電流源。
只是這里對Vds的要求不再是Vds> Vgs-Vth,而是一個恒定的值。
MOSFET在亞閾值區(qū)工作時,雖然小電流使得跨導(dǎo)gm較小,但是其跨導(dǎo)效率gm/Id是最大的。
從前面的電流方程,我們可以看到其跨導(dǎo)效率為:
一般由經(jīng)驗(yàn)n=1.5 ,室溫下VT為26mV ,這樣Vov= 78mV ,我們將其認(rèn)為是強(qiáng)反型到弱反型的轉(zhuǎn)折點(diǎn),這一中間部分也稱為中等程度反型, 一如下面圖中所示：
通常在書上談到，亞閾值一般只能在低速下應(yīng)用，簡單的考慮是此時 MOSFET 的小電流和大 Cgs 的影響，我們也可由 MOSFET 的特征頻率 ft 的角度來考慮，
一般 ft 隨著過驅(qū)動電壓 Vov (Vgs-Vth) 的減小而減小，即在亞閾值區(qū)間，ft 值較小, MOSFET 速度受限。
另一個問題是,由于Vth在指數(shù)項(xiàng)中,閾值電壓的失配會導(dǎo)致輸出電流有較大的失配。
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