1.2.3 MOS晶体管小信号模型

小信号模型是工作点附近的大信号模型的近似，由于在许多模拟电路中MOS管偏置在饱和区，因此这里给出其相应的小信号模型。通过在偏置点上产生一个小增量，并计算它所引起的其他参数的增量来得到小信号模型，如图1.15所示。

图1.15 NMOS晶体管小信号模型

由于漏极电流是栅源电压的函数，因此图1.15（a）引入gmVGS的压控电流源，其中，gm为跨导，表示电压转换为电流的能力，其饱和区表达式为

图1.15（b）中，用电阻ro表示了沟道长度调制效应，有

由于衬底电势影响阈值电压，从而影响栅源过驱动电压（VGS-VTH），因此在图1.15（c）中，用独立的电流源gmbVBS表示了体效应，在饱和区gmb为

式中，η=gmb/gm。

完整的小信号模型如图1.16所示，其中包含了器件的寄生电容，这些电容对器件的高频特性有很大影响，所以在进行CMOS射频（RF）集成电路设计中，必须仔细考虑这些寄生电容对射频特性的影响。

图1.16 完整的NMOS晶体管小信号模型

1.2.4 NMOS晶体管的亚阈值特性

在上面的分析中，一直认为当VGS低于VTH时器件突然关断，但是实际上，当VGS约等于或略小于VTH时，ID并非无限小，而是与VGS成指数关系，如图（1.17）所示，称此特性为“亚阈值特性”，此时也称器件工作于弱反型区，电流为

式中，ζ＞1为非理想因子，VT=kT/q。

从式（1.26）可以看出，MOS管亚阈值特性类似于双极晶体管中IC/VBE的指数关系。亚阈值导通会导致较大的功率损耗，在大型电路中是一个重要的问题。

图1.17 MOS晶体管亚阈值特性曲线