Глава 2.4

Малосигнальные параметры

Для МДП-транзистора характерны следующие малосигнальные параметры - крутизна характеристики S , внутреннее сопротивление Ri, коэффициент усиления    .

Крутизна переходной характеристики S

определяется как     (2.4.1) и характеризуется изменением тока стока при единичном увеличении напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке.

Внутреннее сопротивление R_i

определяется как     (2.4.2) и характеризует изменением напряжения в выходной цепи, необходимое для единичного увеличения тока стока при неизменном напряжении на затворе.

Коэффициент усиления   

определяется как     (2.4.3) и характеризуется изменением напряжения в выходной цепи при единичном изменении напряжения во входной и неизменном токе стока.

Очевидно, что в области плавного канала крутизна S и дифференциальное сопротивление R_i будут иметь значения

;

.

(2.4.4)

При этом коэффициент усиления    , равный их произведению всегда меньше единицы

Таким образом, необходимо отметить, что МДП полевой транзистор как усилитель не может быть использован в области плавного канала.
Сравним дифференциальное сопротивление R_i и омическое сопротивление R₀, равное R_i=V_DS / I_DS в области плавного канала. Величина R₀ равна

Отметим, что дифференциальное сопротивление транзистора в этой области R_i совпадает с сопротивлением R₀ канала МДП транзистора по постоянному току. Поэтому МДП транзистор в области плавного канала можно использовать как линейный резистор с сопротивлением R₀. При этом величина сопротивления невелика, составляет сотни Ом и легко регулируется напряжением.

Рассмотрим напряжения для малосигнальных параметров в области отсечки. Из (2.2.12) и (2.4.1) следует, что крутизна МДП транзистора

.

(2.4.5)

Из (2.4.5) следует, что крутизна характеристики определяется выбором рабочей точки и конструктивно-технологическими параметрами транзистора. Величина в получила название удельной крутизны и не зависит от выбора рабочей точки. Для увеличения крутизны характеристики необходимо: уменьшать длину канала L и увеличивать его ширину W; уменьшать толщину подзатворного диэлектрика d_ox или использовать диэлектрики с высоким значением диэлектрической проницаемости    ; использовать для подложки полупроводники с высокой подвижностью    свободных носителей заряда; увеличивать напряжение на затворе V_DS транзистора.

Динамическое сопротивление R_i в области отсечки, как следует из (2.4.2) и (2.2.12) стремится к бесконечности    , поскольку ток стока от напряжения на стоке не зависит. Однако эффект модуляции длины канала, как было показано, обуславливает зависимость тока стока I_DS от напряжения на стоке V_DS в виде (2.2.16). С учетом модуляции длины канала величина дифференциального сопротивления R_i будет

Коэффициент усиления    в области отсечки больше единицы, его величина равна

.

(2.4.6)

Для типичных параметров МОП транзисторов W/L = 20,   = 2000 см²/Вс, C_ox = 4·10^-8Ф/см², V_G-V_T = 5 В, V_DS = 10В,   = 0,1 получаем омическое сопротивление в области плавного канала R_i= R₀ = 125 Ом. Величина дифференциального сопротивления R_i и усиления    в области отсечки будут соответственно равны R_i = 5 кОм,    = 40.

Аналогично крутизне характеристики по затвору S можно ввести крутизну переходной характеристики S^' по подложке, поскольку напряжение канал - подложка также влияет на ток стока.

.

(2.4.7)

Подставляя (2.2.12) в (2.4.7), получаем

.

(2.4.8)

Соотношение (2.4.8) с учетом (2.2.8) и (2.3.1) позволяет получить в явном виде выражение для крутизны передаточных характеристик МДП транзистора по подложке S^'. Однако, поскольку в реальных случаях   < 1, крутизна по подложке S^' ниже крутизны по затвору S.