MOS管變容特性分析|MOS變容管概述-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-01-21
MOS變容管是把MOSFET標準管或稍加改進后的MOS管的源極、漏極以及襯底連接起來，使它變成一個兩端器件;所利用的電容是柵極和源極之間的電容。電容的大小受柵極和襯底之間的電壓VGB控制。
MOS管變容特性：根據VGB的不同，MOS管工作在不同區域。當|VGB|>|VT|時， 反型載流子溝道形成。
當|VGB|>|VT|時，工作在強反型區域，當PMOS的|VGB|>0或者NMOS的|VGB|<0時工作在積累區。在強反型區和積累區之間還有3個工作區域:緩反型區,弱反型區和耗盡區。
MOS變容管在這些區域中的電容值CMOS隨|VGB|變化而變化。普通MOS變容管電容變化是非單調的，只有|VGB|在很小的范圍內變化時，才獲得近似單調的電容變化特性，電路的調諧范圍因CMOS的非單調性而受到限制。
為獲得VG在較大范圍內變化時CMOS單調變化的特性，可以將MOS管的襯底與其他極斷開直接接在電路中的最高電位(PMOS)或最低電位( NMOS)上。
這種方法確保MOS管在VG變化范圍較大的情況下不進入積累區，稱為反型MOS變容管。
MOS管變容特性：反型NMOS實現的方式是將源極和漏極連接在一起，襯底接地。變容管可以等效為寄生電阻和電容的串聯，其等效電路如圖1(a)所示。
變容管的等效電容由Hspice仿真計算得到。由Hspice語句zin(i)求得等效電路輸入阻抗的虛部b。等效電路的輸入阻抗如式(1)所示。
測量電路如圖1(b)所示，電容值隨3個因素的改變而改變：電壓VG、VDB及MOS管的寬長比W/L。
先設W/L=150，取W=150μm，L=1μm,VDB=0 V,改變VG仿真計算電容的值。電容數值變化如表1所示。
分析數據，由Matlab計算電容最大值與最小值的比值Cmax /Cmin，并擬出柵極電壓與MOS管電容值的關系曲線如圖2所示。
由圖2可見，當VG 在一定范圍內變化時，可使變容管的電容值發生較大的變化。由Matlab計算并顯示出電容最大值與最小值的比Cmax/Cmin =2.902 4。
取VG=1 V,VBD=0 V，改變寬長比，仿真計算電容的值。電容數值變化如表2所示。
由Matlab模擬MOS管寬長比與電容值的關系曲線如圖3所示。
由圖3可見，電容值與寬長比近似成正比，在振蕩器電路中，可根據所要求的電容值適當地改變變容管的寬長比得到合適的電容。
取VG=2 V, W=150 μm, L=1 μm,改變VDB仿真計算電容的值。電容數值變化如表3所示。
用Matlab畫出MOS管漏極電壓與電容值的關系，模擬曲線如圖4所示。
由圖4可見，當VDB,在一個較小范圍內變化時，可使變容管的電容值發生很大的變化。這就是利用控制電壓可以改變電容值的原因。由Matlab計算并顯示出電容最大與最小值的比值為Cmax/Cmin =3.691 3。
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