Career

ID I DSS VS = Vout VGS

Description
ID I DSS VS = Vout VGS
Categories
Published
of 40
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Related Documents
Share
Transcript
  Capitolul 7   Tranzistoare cu efect de c[mp Generalit`\i  {ntr-un tranzistor bipolar  prin emitor sunt injecta\i purt`tori majoritari care ajung apoi [n regiunea  bazei, fiind aici minoritari datorit` tipului diferit de dopare a bazei. Majoritatea lor traverseaz` aceast` regiune ajung[nd la colector ]i form[nd curentul de colector, aproximativ egal cu cel de emitor. O foarte mic`  parte din ei se combin` [n regiunea bazei cu prt`torii majoritari de acolo. Acest fapt determin` apari\ia unui curent slab prin terminalul bazei. Astfel, tranzistorul bipolar poate fi privit fie ca un amplificator de curent (cu factorul β  aproximativ constant, de ordinul sutelor) fie ca un dispozitiv transconductan\`  [n care curentul de colector este controlat de tensiunea baz` emitor. Dar, indiferent cum privim noi lucrurile, sursa de semnal care comand` tranzistorul bipolar trebuie s` debiteze sau s` absoarb` un curent care este de ordinul a 1 % din curentul comandat. }i aceasta, dac` nu am ales cumva conexiunea cu baz` comun`, [n care sursa de semnal trebuie s` debiteze [ntregul curent comandat... Spre deosebire de tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de c[mp ( FET - field effect transistors ) controleaz` curentul [ntre canalul  dintre terminalul de dren` ]i cel de  surs`  prin c[mpul electric determinat de tensiunea aplicat` pe poart` . Or, cel pu\in [n principiu, pentru a men\ine un c[mp electric nu avem nevoie de un curent care s` circule. Astfel, avantajul esen\al al tranzistoarelor cu efect de c[mp este acela c` intensitatea curentului [n terminalul por\ii este practic nul`. Din acest motiv, la tranzistoarele cu efect de c[mp, curentul [ntre terminalul de dren` ]i cel de surs` este controlat de tensiunea dintre poart` ]i surs`. Conduc\ia [ntre dren` ]i surs` are loc printr-o regiune limitat` a semiconductorului, numit` canal.  Exist` dou` tipuri constructive de tranzistoare cu efect de c[mp. {n cazul tranzistoarelor JFET, [ntre poart` ]i canalul conductor exist` o jonc\iune semiconductoare invers  polarizat`; astfel, curentul de poart` are valori de ordinul zecilor de nanoamperi . Curen\i de poart` de [nc` o mie de ori mai mici se ob\in [n cazul celuilalt tip de tranzistoare cu efect de c[mp. La tranzistoarele MOSFET  ( Metal Oxide Semiconductor FET ) poarta este izolat` prin intermediul unui strat de dioxid de siliciu ]i curentul de poart` este de ordinul zecilor de picoamperi . Clasificarea tranzistoarelor cu efect de c[mp este complicat` suplimentar de un alt aspect constructiv. Un tip de tranzistoare conduc p[n` c[nd face\i ceva care s` le mic]oreze curentul: sunt tranzistoarele care au      Cap. 7. Tranzistoare cu efect de c[mp 208   canal ini\ial ( depletion mode  [n englez`). Toate tranzistoarele JFET ]i anumite tranzistoare MOSFET func\ioneaz` dup` acest principiu. Tranzistoarele de cel`lalt tip sunt proiectate astfel [nc[t s` nu conduc` dec[t dac` aplica\i un c[mp care s` "sape" un canal conductor. Sunt tranzistoarele care au canal indus  ( enhancement mode [n englez`). Marea majoritate a tranzistoarelor MOSFET au canal indus.   Dac` mai \inem seama de felul de dopare al canalului, care poate fi n  sau  p,  am avea [n total 28 3 =  tipuri de tranzistoare cu efect de c[mp. Dintre acestea, ]ase ar putea fi realizate, cinci sunt chiar produse ]i numai patru sunt importante. Arborele familiei de tranzistoare cu efect de c[mp  poate fi admirat [n Fig. 7.1. Din cauza jonc\iunii  por\ii care trebuie s` fie [ntodeauna invers  polarizat`, tranzistoarele JFET (cu poart`  jonc\iune) nu pot realizate dec[t cu canal ini\ial. Tranzistoarele cu poart` izolat` pot avea oricare dintre aceste tipuri de canale, dar cele cu canal ini\ial nu au dec[t c[teva aplica\ii particulare, a]a c` nu trebuie s` ne ocup`m dec[t de JFET cu canal ini\ial  ]i MOSFET cu canal indus . Ambele categorii pot avea fie canal n , fie canal  p . Cum func\ionarea celor cu canal n este similar` cu a tranzistoarelor  bipolare NPN, ne vom focaliza aten\ia numai asupra acestora. 7.1. Tranzistoare MOSFET   BECBEC ()() GDSsubstratMOSFET cu canal nGDSsubstratMOSFET cu canal p bipolar NPN bipolar PNPPEMOS NEMOS(cu canal indus)a) b)c)  Fig. 7.2. Tranzistoare MOSFET ]i tipurile bipolare similare acestora. Tranzistoarele MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) sunt dipozitive electronice cu trei terminale active:  poarta G ( de la gate - [n lb. englez` )   , drena D ]i sursa D (Fig. 7.2 a) . {n plus, ele mai au un terminal, legat la substratul  pe care a fost realizat tranzistorul, care trebuie men\inut la cel mai cobor[t (sau ridicat, dup` tipul tranzistorului) poten\ial din circuit. Poarta este izolat` cu un strat de FET JFETMOSFET canal ncanal p canal initialcanal indus canal ncanal p canal n   Fig. 7.1. Clasificarea tranzistoarelor cu efect de c[mp.    Cap. 7. Tranzistoare cu efect de c[mp 209   oxid de siliciu, astfel [nc[t curentul de poart` este practic nul  (put[nd ajunge chiar la 1 pA) iar curen\ii de dren` ]i surs` sunt practic egali . Func\ionarea tranzistorului se bazeaz` pe controlul conductan\ei electrice a canalului  [ntre dren` ]i surs`, control efectuat prin tensiunea poart`-surs`. Curentul de poart` este at[t de mic [nc[t condensatoarele realizate pe chip-ul de siliciu [n cazul memoriilor ROM  (read-only memory), ]i care nu au alt` cale de desc`rcare dec[t poarta tranzistoarelor MOSFET cu care sunt "citite", []i p`streaz` sarcina electric` un timp care ajunge spre zece ani de zile. A]a cum spuneam mai sus, dup` polaritatea lor exist` dou` tipuri de tranzistoare MOS: cu canal n  (NMOS) sau canal  p  (PMOS), iar dup` principiul de func\ionare avem tranzistoare cu canal indus (nu exist` canal [nainte de aplicarea unei anumite tensiuni pe poart`) sau cu canal ini\ial (tensiunea aplicat` pe poart` mic]oreaz` conductan\a canalului existent). Ar rezulta astfel patru tipuri de tranzistoare MOS. Cu o singur` excep\ie (utilizat` la foarte [nalt` frecven\`), tranzistoarele MOS sunt realizate cu canal indus . Dintre acestea, ca tranzistoare discrete sunt preferate cele NMOS, av[nd performan\e mai bune. Din acest motiv vom discuta [n continuare numai despre tranzistoare NMOS cu canal indus . Modul lor de comand` (Fig. 7.3 a) este similar cu acela al tranzistoarelor bipolar NPN. Pentru tranzistoarele NMOS cu canal indus se utilizeaz` ]i simbolurile speciale din Fig. 7.2 b) dar noi vom utiliza sistematic numai simbolurile din desenul a) al figurii. GDSsubstratMOSFET cu canal nbipolar NPN + onoff  BEC onoff  + a) DSG + _  V  GS   I   D + _   I  G =0 V   DS   b)  Fig. 7.3. Modul de comand` al tranzistoarelor NMOS ]i al tranzistoarelor NPN (a) ]i conexiunea cu sus` comun` (b). Spuneam mai [nainte c`, [n afara terminalelor "active" (poarta, sursa ]i drena), tranzistoarele MOSFET mai au un al patrulea terminal, legat la substratul  pe care a fost construit tranzistorul. {ntre canal ]i substrat exist` o jonc\iune semiconductoare, reprezentat` pe simboluri prin s`geata desenat` pe terminalul substratului. Sensul s`ge\ii arat` sensul [n care aceast` jonc\iune conduce; jonc\iunea trebuie [ns` men\inut` [ntodeauna invers polarizat` , altfel ar compromite func\ionarea tranzistorului. Pentru ca aceast` jonc\iune s` fie blocat` [n orice moment,  pentru un tranzistor cu canal n  substratul trebuie s` fie legat la cel mai cobor[t poten\ial din circuit. Cea mai utilizat` conexiune este accea cu sursa comun`  porturilor de intrare ]i ie]ire, echivalent` cu conexiunea emitor comun de la tranzistoarele bipolare (Fig. 7.3 b). Cum sursa este legat` la poten\ialul cel mai cobor[t, substratul a fost legat la surs`. {n aceast` conexiune, portul de intrare este [ntre poart` ]i surs` iar  portul de ie]ire este [ntre dren` ]i surs`. Deoarece nu exist` curent de poart`, nu are sens s` vorbim despre caracteristica de intrare .    Cap. 7. Tranzistoare cu efect de c[mp 210   Vom studia, deci, numai caracteristica de transfer  I f V   D GS V const   DS  = = () .  ]i cea de ie]ire  I f V   D DS V const  GS  = = () .   Caracteristica de transfer  Pentru tensiuni V   DS   suficient de mari (vom vedea mai t[rziu c[t de mari) caracteristica de transfer arat` ca [n Fig. 7.4 a). Cu tensiune nul` [ntre poart` si surs`, nu exist` curent de dren`; la aplicarea unei tensiuni pozitive care dep`]e]te o anumit` valoare V  T  , numit` tensiune de prag (threshold [n englez`) , apare un canal indus, valoarea curentului fiind controlat` de tensiunea pe poart`. Dac` tensiunea poart`-surs` V  GS   dep`]e]te tensinea de prag V  T  , curentul depinde parabolic de V  GS  .  I V V  I K V V V V   D GS T  D GS T GS T  = <= − ≥ 0 2  pentru pentru()  (7.1)  I   D V  GS  02468100246810121416 (V)(mA)  I   D(on)  I   D 0 V  T  0 blocatdeschisa) b) V  GS   g  m 0 V  T  0  g  m (on) V  GS (on)  g  m (on) =  I   D(on) 2-  V  T  V  GS (on) la V  GS (on) lac)  Fig. 7.4. Caracteristica de transfer a unui tranzistor NMOS (a), limitele [mpr`stierii sale tehnologice  pentru tranzistorul 2N4351 (b) ]i dependen\a transconductan\ei de tensiunea V  GS   (c). Trebuie remarcat c` parabola are minimul chiar pe axa orizontal`, la V V  GS T  =  ]i  I   D  = 0 ; a doua ramur` a parabolei (pentru V V  GS T  < ) nu face parte din caracteristica de transfer ]i a fost desenat` punctat [n figur`. Vom vedea c` diferen\a V V  GS T  −  joac` un rol important [n rela\iile care descriu func\ionarea tranzistorului MOSFET, a]a c` [i vom acorda o denumuire special`: comanda por\ii ( gate drive [n limba englez`). Peste tensiunea de prag, curentul are, deci, o dependen\` p`tratic` de comanda por\ii. Tranzistorul este considerat "complet" deschis ([n starea ON) la o anumit` valoare a tensiunii V  GS  , uzual de 10 V, unde se define]te curentul  I   D on () .    Cap. 7. Tranzistoare cu efect de c[mp 211   Valoarea a curentului  I   D on ()  este dat` [n foile de catalog; de aici s-ar putea estima valoarea  parametrul  K   al tranzistorului  K  I V V   D onGS on T  =− ()() ej 2  (7.2) Din p`cate, at[t V  T    c[t ]i  I   D on ()  sunt puternic [mpr`]tiate tehnologic  [n cadrul exemplarelor pe care  produc`torii le v[nd ca fiind de acela]i tip. De exemplu, pentru 2N4351 produs de Motorola, tensiunea de  prag este [n domeniul 1.5 - 5 V, iar  I   D on ()  [ntre 3 ]i 15 mA. Caracteristica de transfer are, astfel, o [mpr`]tiere tehnologic` incomparabil mai mare dec[t la tranzistoarele bipolare; limitele acestei [mpr`]tieri,  pentru tranzistorul specificat, au fost desenate [n Fig. 7.4 b). La varia\ii mici [n jurul unui punct de func\ionare, ac\iunea tranzistorului poate fi descris` prin transconductan\a g dIdV  mDGS = . Din rela\ia (7.1) rezult` c` transconductan\a este propor\ional` cu comanda  por\ii  g K V V K I  m GS T D = − = 22 g  (7.3) a]a cum se vede [n graficul din Fig. 7.4 c); dac` dorim s-o exprim`m [n func\ie de curentul de dren`, transconductan\a este propor\ional` cu radical din curentul de dren`. Valoarea sa cu tranzistorul complet deschis este  g  I V V  m on D onGS on T  ()()() =− 2  (7.4) Pentru tranzistorul 2N4351, [n cel mai favorabil caz (  I   D on ()  = 15 mA  ]i V  T   = 5 V ), ob\inem  g  m  = 6 mAV . Un tranzistor bipolar, operat tot la 15 mA, are transconductan\a  g  m  = = 15600mA25 mV mAV . {n concluzie tranzistoarele cu efect de c[mp au transconductan\a cu 1-2 ordine de m`rime mai mic` dec[t cele bipolare. Altfel spus, sensibilitatea controlului curentului este mult mai mic` la tranzistoarele FET. Caracteristica de ie]ire  Dac` aplic`m pe poart` o tensiune mai mare dec[t tensiunea de prag (altfel tranzistorul ar fi blocat) familia de caracteristici de ie]ire  are forma din Fig. 7.5 . Fiecare din caracteristici prezint` dou` regiuni distincte. La valori V   DS   mici, curentul de dren` este aproximativ propor\ional cu tensiunea dren`-surs`: tranzistorul se comport` ca un rezistor .
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks