S2-03 MOS 结构、工作区与大/小信号模型

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S2 · M20 · U2.2 · 实践 PR09 · 预计 13 h

本课只解决一个问题： 从栅控电荷和沟道形成得到阈值、I-V、gm、ro 与寄生电容。

为什么现在学： MOS 同时是模拟 IC 放大器和功率开关，必须用同一物理语言区分使用区。

开工前

• 先修： S2-02 PN 结、肖特基、击穿与反向恢复
• 必学： MOS 工作区、大/小信号、二级效应
• 可以加餐： 短沟道模型细节
• 现在先别碰： 工艺制造全流程

抓住原理

核心概念

• 积累/耗尽/反型
• 阈值
• 三极/饱和/亚阈值
• 体效应
• 沟道调制

公式与模型

• I_D 平方律近似
• g_m=∂I_D/∂V_GS
• r_o=(∂I_D/∂V_DS)^{-1}
• Cgs/Cgd/Cdb

物理直觉： 模拟饱和区是受控电流源区，不是数字“高电平”；模型是工作点局部近似。

资料怎么读

• 中文主线： CN-SPH 第8章；CN-DEV 第4章
• 英文/官方资料： EN-AIC Ch.2、17；MIT 6.012 MOS 部分

任务清单

• [ ] 独立推导/手算： 手算不同偏置下 ID/gm/ro 并回代区间
• [ ] 仿真/编程： 完成 PR09 I-V 与参数提取
• [ ] 实验/观察： 比较温度和沟长对参数趋势
• [ ] 反向练习： 在同一器件上解释开关与放大两种用法

提交与过关

• 提交： PR09 脚本、工作区图、模型卡
• 过关线： 工作区判定无误；数值导数与小信号一致；指出平方律误差
• 容易翻车： 先用 gm 再定工作点；饱和区概念混淆；忽略体端和 VDS 余量

AI 使用边界

• 可以让 AI 帮忙： AI 可以帮你检索术语、搭“完成 PR09 I-V 与参数提取”的脚本骨架，也可以生成反例。保留提示词、模型版本和来源；最后用手算、官方文档或测试逐条验收。
• 必须你自己来： 先关掉 AI，独立完成“手算不同偏置下 ID/gm/ro 并回代区间”。然后闭卷讲清思路，并达到这条过关线：工作区判定无误；数值导数与小信号一致；指出平方律误差

学完之后

• 下一站： 进入模拟放大、功率 MOS 与 IC 设计。
• 项目关系： 直接支撑 P1、P2、P3、P4；间接支撑 无。P3 直接用于晶体管级控制器；P4 驱动；P1/P2 开关和栅电荷均依赖。
• 详细项目名： 见项目—课程矩阵。

时间账

阅读 3 h · 手算 3 h · 仿真/编程 3 h · 观察/实验 2 h · 复盘 2 h。合计 13 h。