Caratteristiche di trasferimento

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Nei transistor le caratteristiche di trasferimento possono essere intese come il tracciamento di una corrente di uscita rispetto a una grandezza di controllo dell'ingresso, che di conseguenza mostra un 'trasferimento' diretto di variabili dall'ingresso all'uscita nella curva rappresentata nel grafico.

Sappiamo che per un transistor a giunzione bipolare (BJT), la corrente del collettore di uscita IC e la corrente di base dell'ingresso di controllo IB sono correlate dal parametro beta , che si presume essere costante per un'analisi.



Facendo riferimento all'equazione sottostante, troviamo una relazione lineare esistente tra IC e IB. Se rendiamo il livello IB 2x, anche l'IC raddoppia proporzionalmente.

relazione lineare esistente tra IC e IB

Ma purtroppo, questa comoda relazione lineare potrebbe non essere realizzabile nei JFET attraverso le loro grandezze di input e output. Piuttosto, la relazione tra l'ID della corrente di drain e la tensione di gate VGS è definita da L'equazione di Shockley :



L

Qui, l'espressione al quadrato diventa responsabile della risposta non lineare tra ID e VGS, che dà origine a una curva che cresce in modo esponenziale, al diminuire della grandezza di VGS.

Sebbene un approccio matematico sarebbe più facile da implementare per l'analisi in cc, il modo grafico potrebbe richiedere un grafico dell'equazione precedente.

Questo può presentare il dispositivo in questione e il tracciamento delle equazioni di rete relative alle variabili identiche.

Troviamo la soluzione guardando il punto di intersezione delle due curve.

Ricorda che quando utilizzi il metodo grafico, le caratteristiche del dispositivo rimangono inalterate dalla rete in cui il dispositivo è implementato.

Quando l'intersezione tra le due curve cambia, cambia anche l'equazione di rete, ma questo non ha alcun effetto sulla curva di trasferimento definita dall'Eq, 5.3.

Pertanto, in generale possiamo dire che:

La caratteristica di trasferimento definita dall'equazione di Shockley non è influenzata dalla rete in cui è implementato il dispositivo.

Possiamo ottenere la curva di trasferimento utilizzando l'equazione di Shockley o dalle caratteristiche di output come illustrato in Fig. 5.10

Nella figura sotto, possiamo vedere due grafici. La linea verticale misura i milliampere per i due grafici.

Ottenere la curva di trasferimento dalle caratteristiche di drain del MOSFET

Un grafico traccia l'ID della corrente di drain rispetto alla tensione VDS da drain-source, il secondo grafico traccia la corrente di drain rispetto alla tensione gate-to-source o ID rispetto a VGS.

Con l'aiuto delle caratteristiche di drenaggio mostrate sul lato destro dell'asse 'y', siamo in grado di tracciare una linea orizzontale a partire dalla regione di saturazione della curva indicata come VGS = 0 V fino all'asse indicato come ID.

L'attuale livello così raggiunto per i due grafici è IDSS.

Il punto di intersezione sulla curva di ID vs VGS sarà come indicato di seguito, perché l'asse verticale è definito come VGS = 0 V

Si noti che le caratteristiche di pozzo mostrano la relazione tra una grandezza di uscita di pozzo con un'altra grandezza di uscita di pozzo, in cui i due assi sono interpretati da variabili nella stessa regione delle caratteristiche del MOSFET.

Pertanto, le caratteristiche di trasferimento possono essere definite come un grafico di una corrente di drain del MOSFET rispetto a una quantità o un segnale che funge da controllo di ingresso.

Ciò di conseguenza si traduce in un 'trasferimento' diretto tra le variabili di input / output, quando la curva viene utilizzata a sinistra della Fig 5.15. Se fosse stata una relazione lineare, il grafico di ID vs VGS sarebbe stato una linea retta tra IDSS e VP.

Tuttavia, ciò si traduce in una curva parabolica dovuta alla spaziatura verticale tra il VGS che supera le caratteristiche di drenaggio, che diminuisce in misura apprezzabile quando la VGS diventa sempre più negativa, nella Fig 5.15.

Se confrontiamo lo spazio tra VGS = 0 V e VGS = -1V con quello tra VS = -3 V e il pinch-off, vediamo che la differenza è identica, sebbene sia molto diversa per il valore ID.

Siamo in grado di identificare un altro punto sulla curva di trasferimento tracciando una linea orizzontale dalla curva VGS = -1 V fino all'asse di ID e successivamente estendendola all'altro asse.

Osservare che VGS = - 1 V sull'asse inferiore della curva di trasferimento quando ID = 4,5 mA.

Si noti inoltre che, nella definizione di ID a VGS = 0 V e -1 V, vengono utilizzati i livelli di saturazione di ID, mentre la regione ohmica viene trascurata.

Andando avanti, con VGS = -2 V e - 3V, siamo in grado di terminare il grafico della curva di trasferimento.

Come applicare l'equazione di Shockley

È anche possibile ottenere direttamente la curva di trasferimento Fig 5.15 applicando l'equazione di Shockley (Eq. 5.3), a condizione che siano forniti i valori di IDSS e Vp.

I livelli IDSS e VP definiscono i limiti della curva per i due assi e richiedono solo il tracciamento di pochi punti intermedi.

La genuinità del L'equazione di Shockley L'Eq.5.3 come sorgente della curva di trasferimento della Fig 5.15 può essere perfettamente espressa ispezionando alcuni livelli distintivi di una particolare variabile e quindi identificando il livello corrispondente dell'altra variabile, nel modo seguente:

Testare Shockley

Questo corrisponde al grafico mostrato in Fig. 5.15.

Osservare con quanta attenzione i segni negativi per VGS e VP vengono gestiti nei calcoli precedenti. La mancanza anche di un solo segno negativo potrebbe portare ad un risultato totalmente errato.

È abbastanza chiaro dalla discussione sopra, che se abbiamo i valori di IDSS e VP (che possono essere riferiti dal datasheet), possiamo determinare rapidamente il valore di ID per qualsiasi grandezza di VGS.

D'altra parte, attraverso l'algebra standard possiamo derivare un'equazione (tramite l'Eq.5.3), per il livello VGS risultante per un dato livello di ID.

Questo potrebbe essere derivato molto semplicemente, per ottenere:

Ora verifichiamo l'equazione di cui sopra determinando il livello VGS che produce una corrente di drain di 4,5 mA per un MOSFET avente le caratteristiche corrispondenti alla Fig 5.15.

Il risultato verifica che l'equazione sia conforme alla Fig. 5.15.

Utilizzando il metodo della stenografia

Poiché è necessario tracciare la curva di trasferimento abbastanza spesso, potrebbe essere conveniente ottenere una tecnica abbreviata per tracciare la curva. Un metodo desiderabile sarebbe quello di consentire all'utente di tracciare la curva in modo rapido ed efficiente, senza compromettere la precisione.

L'equazione 5.3 che abbiamo appreso sopra è progettata in modo tale che particolari livelli VGS producano livelli di ID che possono essere ricordati per essere utilizzati come punti del grafico mentre si disegna la curva di trasferimento. Se specifichiamo VGS come 1/2 del valore di pinch-off VP, il livello ID risultante può essere determinato utilizzando l'equazione di Shockley nel modo seguente:

metodo abbreviato per tracciare la curva di trasferimento

Va notato che l'equazione di cui sopra non è creata per un livello specifico di VP. L'equazione è una forma generale per tutti i livelli di VP fintanto che VGS = VP / 2. Il risultato dell'equazione suggerisce che la corrente di drain sarà sempre 1/4 del livello di saturazione IDSS fintanto che la tensione gate-to-source ha un valore inferiore del 50% rispetto al valore di pinch-off.

Si noti che il livello di ID per VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V come da Fig. 5.15

Scegliendo ID = IDSS / 2 e sostituendolo nell'Eq. 5.6 si ottengono i seguenti risultati:

Sebbene sia possibile stabilire ulteriori punti numerici, è possibile ottenere un livello sufficiente di precisione semplicemente disegnando la curva di trasferimento utilizzando solo 4 punti del grafico, come identificato sopra e anche nella Tabella 5.1 sotto.

Nella maggior parte dei casi possiamo utilizzare solo il punto del grafico usando VGS = VP / 2, mentre le intersezioni degli assi su IDSS e VP ci daranno una curva sufficientemente affidabile per la maggior parte dell'analisi.

VGS vs ID utilizzando l


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