3.7: Моделі

Last updated

Oct 26, 2022
Save as PDF
- 3.6: Побудова креслення МОС I-V
- 3.8: Інвертори та логіка

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

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.