3.7: Моделі

Last updated
Save as PDF

Page ID: 34471

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

CNX йде на пенсію! Підручники OpenStax завжди будуть доступні на сайті openstax.org. Створений спільнотою вміст залишатиметься доступним до серпня 2022 року, а потім буде переміщений до Інтернет-архіву. Дізнатися більше тут

Другий, і деякі люди думають більш точним, спосіб знайти\(V_{T}\) - подивитися на характеристики МОП-транзистора в його лінійному режимі. Тестова схема виглядає так, як ви бачите на малюнку\(\PageIndex{1}\). При цьому\(V_{\text{ds}}\) тримається досить мало (0,2 Вольта або близько того) і напруга затвора\(V_{\text{gs}}\) змітається в деякому діапазоні. Якщо ви озирнетеся на це рівняння в іншому модулі, ми можемо трохи переписати його, щоб побачити, що\[I_{d} = \frac{\mu_{s} c_{\text{ox}} W V_{\text{ds}}}{L} \left(V_{\text{gs}} - V_{T}\right) \]

Це рівняння, очевидно, дасть нам лінійний\(I_{d}\) графік як функція\(V_{\text{gs}}\), яка буде виглядати приблизно як Рисунок\(\PageIndex{2}\). Очевидно, що це прилад з пороговим напругою близько 2 вольт. Чи можете ви розібратися,\(k\) що для цього транзистора? Якщо ні, поверніться назад і перечитайте деякі речі.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Схема для знаходження\(V_{T}\)

MOSFET має позитивний кінець джерела напруги V_GS, підключеного до його затвора. Його стік підключається до позитивного кінця джерела напруги V_DS, при цьому амперметр вимірює струм, що веде зі стоку. Негативні кінці обох джерел напруги підключаються до джерела MOSFET. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Схема для знаходження\(V_{T}\)

Графік I_D в амперах проти V_GS в вольтах. Сюжет приймає форму лінії, що проходить між точками (2, 0) і (5, 0,0012). — Малюнок\(\PageIndex{2}\):\(I_{d}\) як функція\(V_{\text{gs}}\) для МОП-транзистора в лінійному діапазоні

Тепер давайте вирішимо фундаментальне питання, що стосується всього цього: Так що? Що ми маємо тут? Одна відповідь полягає в тому, що у нас є інший пристрій, який певним чином виглядає як біполярний транзистор, який ми вивчали в останньому розділі. У режимі насичення пристрій виглядає і діє як джерело струму, і, ймовірно, може використовуватися як підсилювач. Зробити невелику сигнальну модель досить просто. Злив діє як джерело струму, яким керує\(V_{\text{gs}}\). Що нам робити з терміналом воріт? Затвор дійсно ні до чого не підключений всередині транзистора, тому він виглядає так само, як обрив ланцюга. (Насправді є ємність\(C_{\text{gate}} = c_{\text{ox}} A_{\text{gate}}\) де, площа затвора\(A_{\text{gate}} = WL\), але в більшості низькочастотних лінійних застосувань ця ємність не є значною.) Таким чином, наша невелика модель сигналу для MOSFET, якщо він працює в режимі насичення, як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Малий сигнал MOSFET модель

Затвор MOSFET має напругу V_GS щодо джерела. Зв'язок між стоком і джерелом містить джерело струму, що вказує на джерело, зі значенням, що дорівнює половині k квадрату різниці між V_GS та V_T. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Малий сигнал MOSFET модель

Це, здається, досить непоганий підсилювач. Він має нескінченний вхідний опір (і, отже, не буде завантажувати попередній етап підсилювача), і він має хороший (але нелінійний) напруга керованого джерела струму для його виходу. Цифра в розділі про режимах МОП показує, що при збільшенні довжина каналу дійсно виходить трохи коротше.\(V_{\text{ds}}\) Збільшення\(V_{\text{ds}}\) змушує область защемлення трохи розширюватися, що, звичайно, грабує з області каналу. Коротший канал означає трохи менший опір каналу, і тому\(I_{d}\) насправді трохи збільшується зі збільшенням\(V_{\text{ds}}\) замість того, щоб залишатися постійним. Ми побачили з біполярного транзистора, що коли це відбувається, ми повинні додати резистор паралельно з нашим джерелом струму. Таким чином, давайте доповнимо модель додатковою,\(r_{o}\) але насправді ми поставимо її пунктирною лінією, оскільки, крім дуже коротких каналів, вона дуже мало впливає на продуктивність пристрою (рис.\(\PageIndex{4}\)).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Додавання\(r_{o}\)

Малий сигнальний MOSFET модель з малюнка 3 вище, з додаванням резистора r_o, що з'єднує стік і джерело, паралельно з джерелом струму. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Додавання\(r_{o}\)

MOSFET має ряд переваг перед біполярним транзистором. Одним з головних, як ми побачимо, є те, що зробити це набагато простіше. Вам потрібні лише дві n-області в одній підкладці p-типу. В основному це поверхневий пристрій. Це означає, що вам не доведеться накопичувати різні шари матеріалу типу n і p, як ви робите з біполярним транзистором. Нарешті, ми побачимо, що варіація технології MOSFET пропонує величезну перевагу перед біполярними пристроями, коли справа доходить до побудови логічних схем з великою кількістю затворів (схеми VLSI та ULSI).

Щоб зрозуміти, чому це так, ми повинні трохи відволіктися і обговорити логічні схеми.