Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Appendix F.Transistor and amplifier formulas

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
55.32 Кб
Скачать

Radio Frequency Circuit Design. W. Alan Davis, Krishna Agarwal

Copyright 2001 John Wiley & Sons, Inc.

Print ISBN 0-471-35052-4 Electronic ISBN 0-471-20068-9

APPENDIX F

Transistor and Amplifier

Formulas

The following formulas are meant as a reminder of the fundamentals given in most standard electronics textbooks. Notation for the formulas have the traditional meanings. Depletion capacitances are all given with a negative sign in the denominator as in C D C0/ 1 V/ . Consequently, when the junction is reverse biased, the minus sign turns into a positive sign. Figure F.1 presents the basic FET features and symbols.

Bipolar Transistor Parameters (BJT)

DESCRIPTION

 

 

 

 

 

 

FORMULA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qVBE

Collector current

IC D IS exp

 

 

 

 

kT

 

Transconductance

gm D

qIC

 

 

kT

 

 

 

 

 

Input resistance

r D

ˇ0

 

 

gm

 

 

 

 

 

 

Output resistance

ro D

VA

 

 

IC

 

 

 

 

 

Base charging capacitance

CD D Fgm

1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qεN

Emitter base junction

Cje D AE

B

 

 

 

Vj

 

 

Input capacitance

C D CD C Cje

 

 

Collector base

C D

 

 

 

 

 

C o

 

 

[1 VBC/ oc ]1/3

300

TRANSISTOR AND AMPLIFIER FORMULAS

301

Collector substrate

Ccs D

 

 

Ccso

[1 Vsc/ os ]1/2

Transition frequency

fT D

1

 

gm

 

2 C C C

Thermal voltage

VT D

kT

 

D 0.259 V

q

 

FET Symbols

 

 

 

 

 

ID

 

 

 

NMOS Depletion.

 

 

NMOS Enhance.

 

 

 

 

NJFET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGS

PMOS Enhance.

PMOS Depletion.

 

 

 

 

 

PJFET

n-Channel JFET

p-Channel JFET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n-Channel MOSFET —

 

 

 

 

 

 

 

 

p-Channel MOSFET —

 

 

 

 

 

Enhancement

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Enhancement

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n-Channel MOSFET —

 

p-Channel MOSFET —

 

 

 

 

Depletion

 

 

 

Depletion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIGURE F.1 FET symbols.

302 TRANSISTOR AND AMPLIFIER FORMULAS

Junction Field Effect Transistor Parameters (JFET)

DESCRIPTION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FORMULA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGS

 

2

 

 

 

 

VDS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Saturated drain current

ID D IDSS 1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

VP

VA

 

 

 

VDS ½ VGS VP

 

 

 

 

 

VGS VDS 3/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

0

 

VGS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

3/2

 

 

Ohmic region drain current

ID D Go VDS C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C VP 1/2

 

 

2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS < VGS VP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G0 D

 

 

2aW

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transconductance

ID ³ K 2 VGS VP VDS VDS2

 

 

 

 

gm D

 

 

 

 

VP

1 VP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2IDSS

 

 

 

 

 

 

VGS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Output resistance

ro D

VA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gate source capacitance

Cgs D

 

 

 

 

 

 

 

Cgs0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1 VGS/ 0 ]1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gate drain capacitance

Cgd D

 

 

 

 

Cgd0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGD

1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gate substrate capacitance

Cgss D

 

 

 

 

 

 

Cgss0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1 VGSS/

0 ]1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

N Channel JFET

VP < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P Channel JFET

VP > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Parameters (MOSFET)

DESCRIPTION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FORMULA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CoxW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS

 

 

Saturation region drain

ID D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGS Vt 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

VA

 

 

current

VDS ½ VGS Vt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CoxW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ohmic region drain current

ID D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 VGS Vt VDS VDS2

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

ð 1 VA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS < VGS Vt

 

 

 

 

 

 

 

 

TRANSISTOR AND AMPLIFIER FORMULAS 303

Oxide capacitance

Cox D

εox

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tox

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transconductance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

 

gm D Cox

 

 

VGS Vt

L

Output resistance

r

 

jVAj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o D ID0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Input capacitance

Cin D CGS C CGD D CoxLW

Transition frequency

f

 

 

 

 

 

gm

 

 

 

 

 

 

 

s VGS Vt

 

c D 2 Cin D

2 L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Surface mobility holes

s D 200

 

 

 

cm2/V-s

Surface mobility electrons

s D 450

 

 

 

cm2/V-s

 

 

 

N CHANNEL JFET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P CHANNEL JFET

IDSS > 0

 

IDSS < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VP < 0

 

VP > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

2IDSS

 

 

g

 

 

 

 

2IDSS

 

 

 

 

mo

 

 

VP

 

mo D

 

 

VP

 

 

 

IDSS

 

 

 

 

IDSS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K D

 

> 0

 

K D

 

 

 

 

< 0

 

 

 

VP2

 

VP2

 

 

 

 

 

 

VP < VGS for jIDSj > 0

VGS < VP for jIDSj > 0

 

 

NMOS ENHANCEMENT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PMOS ENHANCEMENT

Vt > 0

 

Vt < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGS > Vt

 

VGS < Vt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nCoxW

> 0

 

 

 

pCoxW

< 0

 

K D

 

 

 

K D

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

2L

 

 

 

 

NMOS DEPLETION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PMOS DEPLETION

Vt < 0

 

Vt > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VGS > Vt < 0 for jIDSj > 0

VGS < Vt < 0 for jIDSj

nCoxW

> 0

 

 

 

pCoxW

< 0

 

K D

 

 

 

K D

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

2L

 

304 TRANSISTOR AND AMPLIFIER FORMULAS

Small Signal Single-Transistor Amplifier Configurations

 

 

 

 

 

 

 

MOSFET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BJT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Common source

Common emitter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rin D RG D R1jjR2

Rin D r C rb jjRB ³ r

 

 

 

 

 

Rout D RDjjr0

Rout D Rcjjr0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

AV D gm Rcjjr0jjRL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AV D gm r0jjRDjjRL / 1/ ID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Source degeneration

Emitter degeneration

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rin D RG D R1jjR2

Rin D r C RE ˇ C 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³ r 1 C gmRE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rout D r0[1 C gm C gmb RS]

Rout D REjjr C r0

1 C gm r jjRE

 

CRS

 

³ r0 1 C gmRE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gm D

 

 

 

gm

Gm D

 

gm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 C gm C gmb RS

 

 

1 C gmRE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Commmon gate

Common base

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rin D

 

 

 

 

RD

Rin D re D

˛0

 

 

rb

 

 

 

 

˛0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

³

 

 

 

 

 

1 C RD gm C gmb

gm

ˇ C 1

gm

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gm C gmb

Rout D r0 1 C ˇ jjRc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rout D RD

 

 

³ gm

 

 

Gm D gm C gmb

Gm D gm 1 C rb/r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AV D gm RcjjRL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AI D

 

 

gmRc

RE

 

 

³ gmre D ˛0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rc C RL

 

1 C gmRE

Common drain (source follower)

Commmon collector (emitter follower)

Rin D R1jjR2

Rin D r C rb C ˇ C 1 r0jjRE

 

 

R

 

 

 

 

 

 

r0

 

R

 

 

 

 

r C RBB C rb

 

 

 

 

1

 

 

 

 

RBB C rb

 

out D

 

 

1 C r0 gm C gmb

 

out D

 

1 C ˇ

 

 

³

gm

C

 

1 C ˇ

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gm C gmb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

gm RSjjr0

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

V D 1 C RSjjr0 gm C gmb

V D 1 C [ RBB

C rb C r / ³

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REjjr0 ˇ C 1 ]

 

 

 

 

 

 

³

 

 

³ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 C gmb/gm