Overføringsegenskaper

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





I transistorer kan overføringsegenskaper forstås som tegning av en utgangsstrøm mot en inngangsstyrende størrelse, som følgelig viser en direkte 'overføring' av variabler fra inngang til utgang i kurven som er representert i grafen.

Vi vet at for en bipolar koblingstransistor (BJT) er utgangssamlerstrømmen IC og kontrollinngangsbasestrømmen IB relatert av parameteren beta , som antas å være konstant for en analyse.



Med henvisning til ligningen nedenfor finner vi et lineært forhold som eksisterer mellom IC og IB. Hvis vi gjør IB-nivået 2x, så dobler IC også proporsjonalt.

lineært forhold som eksisterer mellom IC og IB

Men dessverre kan dette praktiske lineære forholdet ikke oppnås i JFETs på tvers av deres inngangs- og utgangsstørrelse. Snarere er forholdet mellom avløpsstrøm-ID og portens spenning VGS definert av Shockleys ligning :



Shockleys ligning

Her blir det kvadratiske uttrykket ansvarlig for den ikke-lineære responsen over ID og VGS, noe som gir opphav til en kurve som vokser eksponentielt, ettersom størrelsen på VGS reduseres.

Selv om en matematisk tilnærming ville være enklere å implementere for likestrømsanalysen, kan den grafiske måten kreve en tegning av ovenstående ligning.

Dette kan presentere den aktuelle enheten og tegningen av nettverksligningene knyttet til de samme variablene.

Vi finner løsningen ved å se på skjæringspunktet mellom de to kurvene.

Husk at når du bruker den grafiske metoden, forblir egenskapene til enheten upåvirket av nettverket der enheten er implementert.

Når skjæringspunktet mellom de to kurvene endres, endrer det også nettverksligningen, men dette har ingen effekt på overføringskurven definert av Eq ovenfor, 5.3.

Derfor kan vi generelt si at:

Overføringskarakteristikken definert av Shockleys ligning påvirkes ikke av nettverket der enheten er implementert.

Vi kan få overføringskurven ved hjelp av Shockleys ligning, eller fra utgangskarakteristikkene som avbildet i figur 5.10

I figuren nedenfor kan vi se to grafer. Den vertikale linjen måler milliamper for de to grafene.

Oppnå overføringskurve fra MOSFET avløpskarakteristikker

Den ene grafen tegner avløpsstrøm-ID versus avløp til kildespenning VDS, den andre grafen tegner avløpsstrøm mot gate-til-kildespenning eller ID mot VGS.

Ved hjelp av avløpskarakteristikkene vist på høyre side av y-aksen, er vi i stand til å tegne en horisontal linje som begynner på metningsområdet for kurven vist som VGS = 0 V opp til aksen vist som ID.

Nåværende nivåer som oppnås for de to grafene er IDSS.

Skjæringspunktet på kurven til ID vs VGS vil være som gitt nedenfor, fordi den vertikale aksen er definert som VGS = 0 V

Merk at avløpskarakteristikkene viser forholdet mellom en utløpsstørrelse med en annen utløpsstørrelse, hvor de to aksene tolkes av variabler i samme region av MOSFET-karakteristikkene.

Dermed kan overføringsegenskaper defineres som et plott av en MOSFET-avløpsstrøm versus en mengde eller et signal som fungerer som en inngangskontroll.

Dette resulterer følgelig i en direkte 'overføring' på tvers av inngangs- / utgangsvariabler når kurven brukes til venstre på figur 5.15. Hvis det hadde vært et lineært forhold, ville plottet av ID vs VGS ha vært en rett linje over IDSS og VP.

Dette resulterer imidlertid i en parabolsk kurve på grunn av den vertikale avstanden mellom VGS som går over avløpskarakteristikkene, som avtar i betydelig grad ettersom VGS blir stadig mer negativ, i figur 5.15.

Hvis vi sammenligner mellomrommet mellom VGS = 0 V og VGS = -1V med det mellom VS = -3 V og klemmen, ser vi at forskjellen er identisk, selv om den er mye forskjellig for ID-verdien.

Vi er i stand til å identifisere et annet punkt på overføringskurven ved å tegne en horisontal linje fra VGS = -1 V-kurven til ID-aksen og deretter utvide den til den andre aksen.

Observer at VGS = - 1V ved bunnaksen til overføringskurven når ID = 4,5 mA.

Vær også oppmerksom på at i ID-definisjonen ved VGS = 0 V og -1 V brukes metningsnivåene til ID, mens den ohmske regionen blir neglisjert.

Når vi beveger oss lenger frem, med VGS = -2 V og - 3V, er vi i stand til å fullføre overføringskurven.

Hvordan bruke Shockleys ligning

Du kan også direkte oppnå figur 5.15-overføringskurven ved å bruke Shockleys ligning (likning 5.3), forutsatt at verdiene til IDSS og Vp er gitt.

IDSS- og VP-nivåene definerer grensene for kurven for de to aksene, og krever bare plottingen av noen få mellomliggende punkter.

Ekteheten til Shockleys ligning Ligning 5.3 som en kilde til overføringskurven i figur 5.15 kan uttrykkes perfekt ved å inspisere visse karakteristiske nivåer av en bestemt variabel og deretter identifisere det tilsvarende nivået til den andre variabelen, på følgende måte:

Testing av Shockley

Dette samsvarer med plottet vist i figur 5.15.

Observer hvor nøye de negative tegnene for VGS og VP håndteres i beregningene ovenfor. Å savne enda et negativt tegn kan føre til et totalt feilaktig resultat.

Det er ganske klart fra diskusjonen ovenfor at hvis vi har verdiene til IDSS og VP (som kan henvises fra databladet), kan vi raskt bestemme verdien av ID for hvilken som helst størrelse på VGS.

På den annen side kan vi gjennom standard algebra utlede en ligning (via ligning 5.3) for det resulterende VGS-nivået for et gitt ID-nivå.

Dette kan avledes ganske enkelt for å få:

La oss nå verifisere ligningen ovenfor ved å bestemme VGS-nivået som produserer en dreneringsstrøm på 4,5 mA for en MOSFET som har karakteristikkene som samsvarer med figur 5.15.

Resultatet verifiserer ligningen slik den er i samsvar med figur 5.15.

Ved hjelp av Shorthand-metoden

Siden vi trenger å plotte overføringskurven ganske ofte, kan det være hensiktsmessig å få en kortfattet teknikk for å tegne kurven. En ønskelig metode vil være at brukeren kan plotte kurven raskt og effektivt, uten å gå på akkord med nøyaktigheten.

Ligningen 5.3 som vi lærte ovenfor er utformet slik at bestemte VGS-nivåer produserer nivåer av ID som kan huskes for å bruke som plottpunkter mens du tegner overføringskurven. Hvis vi spesifiserer VGS som 1/2 av utklypsverdien VP, kan det resulterende ID-nivået bestemmes ved hjelp av Shockleys ligning på følgende måte:

stenografisk metode for å plotte overføringskurven

Det må bemerkes at ligningen ovenfor ikke er opprettet for et spesifikt nivå av VP. Ligningen er en generell form for alle VP-nivåer så lenge VGS = VP / 2. Resultatet av ligningen antyder at dreneringsstrømmen alltid vil være 1/4 av metningsnivået IDSS så lenge gate-til-kildespenningen har en verdi som er 50% mindre enn klemverdien.

Vær oppmerksom på at nivået på ID for VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V i henhold til figur 5.15

Ved å velge ID = IDSS / 2 og erstatte det i ligning 5.6 får vi følgende resultater:

Selv om ytterligere antall poeng kan etableres, kan tilstrekkelig nøyaktighetsnivå oppnås ganske enkelt ved å tegne overføringskurven med bare 4 plottpunkter, som identifisert ovenfor og også i tabell 5.1 nedenfor.

I de fleste tilfeller kan vi bare bruke plottpunktet ved hjelp av VGS = VP / 2, mens aksekryssene ved IDSS og VP vil gi oss en kurve som er tilstrekkelig pålitelig for det meste av analysen.

VGS vs ID ved hjelp av Shockleys ligning


Forrige: MOSFETs - Enhancement-Type, Depletion-Type Neste: Forstå MOSFET Turn-ON Process