Överföringsegenskaper

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





I transistorer kan överföringsegenskaper förstås som plottning av en utström mot en ingångsstyrande storlek, vilket följaktligen uppvisar en direkt 'överföring' av variabler från ingång till utgång i kurvan som visas i diagrammet.

Vi vet att för en bipolär övergångstransistor (BJT) är utgångssamlingsströmmen IC och styringångsströmmen IB relaterade till parametern. beta , som antas vara konstant för en analys.



Med hänvisning till ekvationen nedan hittar vi ett linjärt förhållande mellan IC och IB. Om vi ​​gör IB-nivån 2x, så fördubblas IC också proportionellt.

linjärt förhållande mellan IC och IB

Men tyvärr kanske det här praktiska linjära förhållandet inte kan uppnås i JFETs över deras in- och utmatningsstorlek. Snarare definieras förhållandet mellan avloppsström-ID och grindspänning VGS av Shockleys ekvation :



Shockleys ekvation

Här blir det kvadratiska uttrycket ansvarigt för det icke-linjära svaret över ID och VGS, vilket ger upphov till en kurva som växer exponentiellt, eftersom storleken på VGS minskar.

Även om ett matematiskt tillvägagångssätt skulle vara lättare att implementera för likströmsanalysen, kan det grafiska sättet kräva en plottning av ovanstående ekvation.

Detta kan presentera enheten i fråga och plottningen av nätverksekvationerna relaterade till identiska variabler.

Vi hittar lösningen genom att titta på skärningspunkten för de två kurvorna.

Kom ihåg att när du använder den grafiska metoden förblir enhetens egenskaper opåverkade av nätverket där enheten implementeras.

När skärningspunkten mellan de två kurvorna ändras, ändrar den också nätverksekvationen, men detta har ingen effekt på överföringskurvan som definieras av ovanstående Ekv, 5.3.

Därför kan vi i allmänhet säga att:

Överföringsegenskapen som definieras av Shockleys ekvation påverkas inte av nätverket där enheten är implementerad.

Vi kan få överföringskurvan med hjälp av Shockleys ekvation eller från utdataegenskaperna som avbildad i figur 5.10

I figuren nedan kan vi se två grafer. Den vertikala linjen mäter millimeter för de två graferna.

Erhåller överföringskurva från MOSFET-dräneringsegenskaper

En graf ritar avloppsström-ID kontra dränering-till-källspänning VDS, den andra grafen ritar avloppsströmmen mot spänning från port till källa eller ID mot VGS.

Med hjälp av dräneringsegenskaperna som visas till höger om y-axeln kan vi rita en horisontell linje som börjar vid mättnadsområdet för kurvan som visas som VGS = 0 V upp till axeln som visas som ID.

De nuvarande nivåerna som sålunda uppnås för de två graferna är IDSS.

Skärningspunkten på kurvan för ID mot VGS kommer att vara som anges nedan, eftersom den vertikala axeln definieras som VGS = 0 V

Observera att avloppskarakteristiken visar förhållandet mellan en avloppsutmatningsstorlek med en annan utloppsutmatningsstorlek, varvid de två axlarna tolkas av variabler i samma region av MOSFET-egenskaperna.

Således kan överföringsegenskaper definieras som en plot av en MOSFET-dräneringsström kontra en mängd eller en signal som fungerar som en ingångskontroll.

Detta resulterar följaktligen i en direkt 'överföring' över input / output variabler, när kurvan används till vänster i fig 5.15. Om det hade varit ett linjärt förhållande, skulle handlingen mellan ID och VGS ha varit en rak linje över IDSS och VP.

Detta resulterar emellertid i en parabolisk kurva på grund av det vertikala avståndet mellan VGS som går över avloppskarakteristiken, vilket minskar i en märkbar utsträckning när VGS blir alltmer negativt, i figur 5.15.

Om vi ​​jämför utrymmet mellan VGS = 0 V och VGS = -1V med det mellan VS = -3 V och nypa, ser vi att skillnaden är identisk, även om den är mycket annorlunda för ID-värdet.

Vi kan identifiera en annan punkt på överföringskurvan genom att dra en horisontell linje från VGS = -1 V-kurva tills ID-axeln och därefter förlänga den till den andra axeln.

Observera att VGS = - 1V vid överföringskurvens nedre axel när ID = 4,5 mA.

Observera också att i ID-definitionen vid VGS = 0 V och -1 V används mättnadsnivåerna för ID medan den ohmska regionen försummas.

När vi går längre fram, med VGS = -2 V och - 3V, kan vi avsluta kurvan för överföringskurvan.

Hur man tillämpar Shockleys ekvation

Du kan också direkt uppnå överföringskurvan i figur 5.15 genom att använda Shockleys ekvation (ekv.5.3), förutsatt att värdena för IDSS och Vp anges.

IDSS- och VP-nivåerna definierar gränserna för kurvan för de två axlarna och kräver endast plottning av några mellanliggande punkter.

Äktheten av Shockleys ekvation Ekv.5.3 som en källa till överföringskurvan i fig 5.15 kan uttryckas perfekt genom att inspektera vissa distinkta nivåer för en viss variabel och sedan identifiera motsvarande nivå för den andra variabeln på följande sätt:

Testar Shockley

Detta matchar diagrammet som visas i figur 5.15.

Observera hur noggrant de negativa tecknen för VGS och VP hanteras i ovanstående beräkningar. Att missa ett enda negativt tecken kan leda till ett helt felaktigt resultat.

Det är ganska tydligt från ovanstående diskussion, att om vi har värdena IDSS och VP (som kan hänvisas från databladet) kan vi snabbt bestämma värdet på ID för vilken storlek som helst av VGS.

Å andra sidan kan vi genom standardalgebra härleda en ekvation (via ekv.5.3), för den resulterande VGS-nivån för en given ID-nivå.

Detta kan härledas helt enkelt för att få:

Låt oss nu verifiera ovanstående ekvation genom att bestämma VGS-nivån som producerar en dräneringsström på 4,5 mA för en MOSFET som har de egenskaper som matchar figur 5.15.

Resultatet verifierar ekvationen så att den överensstämmer med figur 5.15.

Använda Shorthand-metoden

Eftersom vi måste plotta överföringskurvan ganska ofta kan det vara lämpligt att få en kortfattad teknik för att plotta kurvan. En önskvärd metod är att tillåta användaren att plotta kurvan snabbt och effektivt utan att kompromissa med noggrannheten.

Ekvationen 5.3 som vi lärde oss ovan är utformad så att vissa VGS-nivåer producerar nivåer av ID som kan komma ihåg för att användas som plotpunkter medan man ritar överföringskurvan. Om vi ​​anger VGS som 1/2 av avklämningsvärdet VP kan den resulterande ID-nivån bestämmas med hjälp av Shockleys ekvation på följande sätt:

stenografisk metod för att plotta överföringskurvan

Det måste noteras att ovanstående ekvation inte skapas för en specifik nivå av VP. Ekvationen är en allmän form för alla VP-nivåer så länge VGS = VP / 2. Resultatet av ekvationen antyder att dräneringsströmmen alltid kommer att vara 1/4 av mättnadsnivån IDSS så länge grind-till-källspänningen har ett värde som är 50% mindre än nypningsvärdet.

Observera att ID-nivån för VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V enligt Fig.5.15

Om vi ​​väljer ID = IDSS / 2 och ersätter det med ekv.5.6 får vi följande resultat:

Även om ytterligare antal punkter kan fastställas, kan tillräcklig noggrannhet helt enkelt uppnås genom att rita överföringskurvan med endast fyra plotpunkter, som identifierats ovan och även i tabell 5.1 nedan.

I de flesta fall kan vi bara använda plottpunkten med VGS = VP / 2, medan axelkorsningarna vid IDSS och VP ger oss en kurva som är tillräckligt tillförlitlig för större delen av analysen.

VGS vs ID med hjälp av Shockleys ekvation


Tidigare: MOSFETs - Enhancement-Type, Depletion-Type Nästa: Förstå MOSFET Turn-ON Process