curs 11 tranzistoare bipolare Și cmos · de c11 21 tranzistoare cmos problemă altămodalitate de...
TRANSCRIPT
DE C11
2
CUPRINS
TB
Punct static de funcționare – problemă
Tranzistoare CMOS
Simboluri
Structura fizică
Principiul de funcționare
Caracteristici de transfer
Carateristici de ieșire
Regiuni de funcționare
Punct static de funcționare
Moduri de utilizare
pentru TMOS cu canal n indus şi canal p indus.
DE C11
3
TB
Problemă
Pentru circuitul dat, β = 100 şi vBE,o n = 0.7V.
a) care este PSF Q(VCE , IC)?
b) în ce regiune se află T ?
Rezolvare
a) Deoarece IB este foarte mic şi IC = IE + IB, rezultă IC = IE.
VRB2 - divizorul de tensiune
DE C11
5
TB
TB → regiunea activă
b) Deoarece VRB2 > vBE, on,
T se află în regiunea activă sau în regiunea de saturaţie.
IC > ICex
IC < ICex ?
mAkk
ICex 96.2105
8.14
23
2.0153
IC < ICex
2.15mA < 2.96mA
DE C11
6
Tranzistoare CMOS
Simboluri
D – drenă
G – grilă
S – sursă
B – bază (substrat)
- tranzistoare cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor
DE C11
7
Tranzistoare CMOS
Structura fizică
Canal n indus
formarea unui canal cu purtători majoritari de tip n de la drenă la
sursă
crearea unei diferențe de potențial pozitive drenă – sursă care
să antreneze purtătorii pentru a creea un curent electric
Condiții pentru a avea curent între drenă și sursă:
DE C11
12
Tranzistoare CMOS
Curentul prin tranzistor
VGS - formarea canalului
VDS – deplasarea dirijată a purtătorilor între D și S
Curentul prin tranzistor ID depinde de:
),( DSGSD VVfI
DE C11
13
Tranzistoare CMOS
Principiu de funcționare
Pentru a înţelege funcţionarea TMOS vom utiliza
caracteristicile statice la terminalele TMOS cu canal n:
SD
G
SGD
ii
i
iii
0
curentdenod
AlDS
CoGS
vv
vv
Familia de caracteristici de transfer
DSGSD vvi parametrulcu )(
Familia de caracteristici de ieșire
GSDSD vvi parametrulcu )(
),( DSGSD VVfI
DE C11
14
Tranzistoare CMOS
Caracteristici de transfer
,DSsatDS Vv
])(2[2
DSDSPGSD vvVvi
• Regiunea liniară vDS – mic,
iD – depinde liniar de tensiunea de comandă vGS
- depinde de tensiunea de ieșire vDS,
VP=0.58V, β=104μA/V2
PGSDSsat VvV
2)( PGSD Vvi
• Regiunea de saturațieDSsatDS Vv
iD – depinde doar de pătratul vGS
DSGSD vvi parametrulcu )(
tensiunea drenă-sursă
de saturație
DE C11
15
Tranzistoare CMOS
Caracteristici de ieșire
])(2[2
DSDSPGSD vvVvi
• Regiunea liniară
2)( PGSD Vvi
• Regiunea de saturație (activă)
DSsatDS Vv
DSsatDS Vv
GSDSD vvi parametrulcu )(
DE C11
16
Tranzistoare CMOS
Exemplu
V5
• Ce valori au VGS, ID, VDS, VGD, VDSsat
pentru următoarele valori ale VCo? V3
V2
V5.0
3
2
1
Co
Co
Co
V
V
V
• Plasați punctele statice de
functionare Q(VDS, ID), în planul
caracteristicilor de ieșire.
• În ce regiuni de funcționare
lucrează tranzistorul?
)( GSD vi
)( GSD viVP=0.58V, β=104μA/V2
DE C11
17
Tranzistoare CMOS
Regiuni de funcționare
Regiunea liniară
])(2[2
DSDSPGSD vvVvi
β – parametru constructiv al tranzistorului TMOS;
– factorul beta se măsoară în µA/V2, mA/V2, A/V2;
– pentru tranzistoare discrete se poate extrage din caracteristicile de catalog
L
WK
2 2
2PGSD Vv
L
WKi
Pentru tranzistoarele integrate avem:
regiunea activă
K - parametrul transconductanţă şi se măsoară în µA/V2
W - lăţimea canalului prin care circulă iD
L - este lungimea canalului prin care circulă iD
Regiunea activă
2)( PGSD Vvi
DE C11
18
Tranzistoare CMOS
Punct static de funcționare
Punctul static de funcționare Q(ID, VDS) se află
la intersecţia dintre drepta de sarcină și
caracteristica corespunzătoare tensiunii vGS
Dreapta de sarcină:
vDS =VAl -RD iD
VDS
DE C11
19
Tranzistoare CMOS
Moduri de utilizare
T – (aF): VP < VGS < VGS3
T – (b): VGS < VP
T – (cex): VGS >VGS3
VD
S
IDex
Moduri de
utilizare
în comutare (b) (cex)
ca amplificator (aF)
rezistenta liniară comandată în tensiune, vDS mică (cex)
Regiunile (cex) şi (aF) sunt separate de curba
VDSsat=VGS –VP
DE C11
20
Tranzistoare CMOS
Problemă Pentru T se cunosc VP=1V, β=2mA/V2
i) vGS=0.8V; ii) vGS=2.5V; iii) vGS =4V
a) În ce regiune se află T pentru:
b) Valoarea minimă a vGS pentru care T este în (cex)?
a) i) vGS<VP, deci T (b)
ii) vGS>VP, deci T (cex) sau (aF)
comparam vDS cu vDSsat vDS =VAl -RD ·iD
presupunem T în (aF) iD= β (vGS –VP)2
iD =2·(2.5 -1)2= 4.5mA vDS =20-3 · 4.5= 6.5V
vDS sat= vGS –VP=2.5-1= 1.5V
vDS>vDssat
Rezolvare
iD =2·(4-1)2 =18mA
vDS =20-3·18= -34V
iii) vGS=4V>VP, deci T (cex) sau (aF) presupunerea T - (aF) este falsă
T este în (cex)
presupunerea T - (aF) este adevărată
T este în (aF)
DE C11
21
Tranzistoare CMOS
Problemă
Altă modalitate de rezolvare iii) : compararea valorii iD în (aF) cu iDex
67.63
20,
R
V
R
vVi AlexDSAl
Dex mA
iD=18mA > iDex=6.67mA T - (cex)
Dacă se dorește determinarea Q în (cex) se utilizează pentru iD ecuația din regiunea liniară și ecuația dreptei de sarcină.
b) Valoarea minimă vGSmin pentru care T este în (cex) corespunde plasării lui T pe curba vDSsat.
vDSsat = vGSmin-VP
vDSsat = VAl -R·iD
VAl -R·iD= vGsmin -VP
iD = β·(vGSmin-VP)2
(vGSmin-VP) -VAl + R·β(vGSmin -VP)2 = 0
din soluţia (vGSmin -VP )>0 VGSmin =2.744V
DE C11
22
Activitate curs - P10
Pentru circuitul din figură se dă caracteristica de comanda iD(vGS).
Să se determine regiunea de funcționare a tranzistorului și punctul static de funcționare Q(ID,VDS) pentru:
a) R1=4.5 MΩ; R2=0.5 MΩ.
b) R1=12 MΩ; R2=6 MΩ.
Observații ajutătoare pentru rezolvare:
- din caracteristica de comandă se observă că VP=2V și β=0.5mA/V2 (de ex. pt vGS=4V valoarea curentului este iD=2mA);
- tensiunea din grila T se determină cu ajutorul divizorului de tensiune.