Почему крутизна МОП-транзистора не равна нулю даже при постоянном токе стока?

Моделирование, которое вы выполняете, не имеет большого смысла.

Напряжение затвор-исток обычно определяет ток стока. При насыщении поведение похоже на поведение источника тока, управляемого напряжением. Однако вы обеспечиваете постоянный ток через транзистор независимо от приложенного напряжения затвор-исток. Я предлагаю вам взглянуть на результирующее напряжение стока. Также было бы интересно посмотреть, как вы рассчитываете или получаете значение крутизны.

Если все сделано правильно, моделирование действительно даст ненулевую крутизну. Крутизна — это линеаризованное поведение для определенной рабочей точки. Он просто говорит вам, насколько изменится ток стока при изменении напряжения затвор-исток.

Пропускание тока через транзистор изменит рабочую точку, но не сделает крутизну нулевой. В этом конкретном случае рабочая точка задается напряжением затвор-исток и фиксированным током стока, что проблематично, поскольку ток стока является функцией напряжения затвор-исток.

Обновление: добавленный график показывает напряжение на стоке транзистора. В подпороговой области оно почти достигает 40В(!), для стандартного 180нм транзистора это многовато, такое высокое напряжение транзистор не выдерживает. Поэтому модель больше не актуальна.

Тем не менее крутизна дает вам информацию только о транзисторе для определенной рабочей точки, а не о фактической схеме. Чтобы было понятнее, подумайте о более простом случае. На транзистор подается постоянное напряжение затвор-исток 1В. Наверняка симулятор рассчитает определенный gm, который говорит вам, насколько изменится ток в случае изменения напряжения затвор-исток, даже если это невозможно, поскольку напряжение фиксировано. То же самое относится к фиксированному току стока.

Я думаю, что фундаментальная проблема заключается в том, что вы не совсем поняли, что на самом деле означает это уравнение. Я вижу ошибочную логику в том, почему вы ошибочно говорите, что дифференциал равен нулю, когда Id постоянен, но математика работает иначе .

$\frac{\partial I_d}{\partial V_g}$оценивается @$I_{ds}$из$1 \mu A$.

Дифференциал сообщает вам наклон$I_{ds}$изгиб. Другими словами, если я немного покачиваю один из параметров, другой также будет покачиваться пропорционально наклону и на величину, на которую я покачиваю первый. Степень изменения кривой и, следовательно, степень реакции на ваше покачивание зависит от того, где на кривой вы находитесь.

Чтобы быть строгим, это действительно должно быть записано математически как:

$\frac{\partial I_d}{\partial V_g} \big|{I_{ds}=1\mu A}$

Более тупой способ сказать это на языке EE состоит в том, что вы перепутали аспекты анализа малых и больших сигналов.

Из комментария вы говорите"I am still confused about this. Transconductance is different from resistance case. Resistance is a physical quantity but transconductance is not. It is derived quantity. "

Что ж, на самом деле сопротивление здесь также является производной величиной и представляет собой наклон другого набора кривых. Обе они являются очень физическими величинами, и вам нужно больше вникать в детали того, почему это так.