program a 1

5/9/2018 Program a 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/program-a-1 1/46

Admitere MASTER

Dipozitive si Circuite Electronice



Capitolul I

TRANZISTORUL MOS

1.1 Structura MOS

1.2 Antrenarea canalului. Tensiunea de prag

1.3 Regimuri de functionare pentru tranzistorul MOS

1.4 Relatii intre curenti si tensiuni la tranzistorul MOS

09.06.2009 2

1.5 Modelarea tranzistorului MOS la semnal mic

Master



Master

substrat p

G DS

B

SiO2 SiO2

n+n+

SiO2

RSS

M etal O xid

S emiconductor

Fig. 1.1

1.1 Structura MOS

� Zonele n+

constituie electr ozii sursa (S), repectiv drena (D)� Electr odul poart/grila (G) este dispus pe un strat izolant de oxid

� Electr odul substrat/bulk (B) este pe spatele substratului

� Com binatia Metal(electr odul G)- Oxid (izolantul de poarta)- Semiconductor

(substratul) constituie structura MOS (f ig.1.1)

� La MOS cu canal indus, nu exist canal care s conecteze zonele n+

Cap. 1 - Tranzistorul MOS

09.06.2009 3



Master

In aplicatii se f olosete:

TEC-MOS-ul are 2 jonctiuni, intotdeauna invers polarizate: J-BS si J-BD.

in regim stationar si cvasistationar curentii de substrat sunt negli jabili:

Curentii de poarta sunt negli jabili datorita oxidului izolator:

� tranzistorul MOS cu 4 electr ozi (2 porti de comanda):

G ± poarta principala si B ± poarta secundara

� tranzistorul MOS cu 3 electr ozi (o poarta G): prin constructie, substratul B se

leaga la sursa S

Observatii


09.06.2009 4

0 Bi $

0Gi $



Master

Fig. 1.2

Între S i D sunt 2 diode dispuse spate în spate 0i D $

Un cure

nt i D�0 î

ntre S si D

necesita i

nducerea / a

ntre

narea u

nui

canal n între zonele n+

Antrenarea canalului se realizeaza prin polarizarea portii cu :

0"GS v

S tructura M OS la echilibru - fara canal

B

S D

i D


09.06.2009 5

1.2 Antrenarea canalului. Tensiunea de prag



Master

GS v concentraia e- devine predominant f a de concentraia de e+

pe o zon f oarte îngust care constituie canalul n

tipul semiconductorului s-a inversat in aceasta zona ingusta ( p n)

� concentraia de e- din canal (zona îngust de tip n) e egal cu

concentratia de e+ din volumul B

� canalul per mite conductia unui curent intre S si D

GS T v V !

� e+ -golurile din substratul semiconductor , din vecintatea inter f eei substrat -

oxid de poart sunt îndeprtate de potenialul pozitiv aplicat pe G

� e- - electr onii din substrat sunt atrasi în vecintatea inter f etei substrat - oxid de

poart de potentialul pozitiv al G


09.06.2009 6

Antrenarea canalului 0"GS v

0 Di "



Master

T en siunea de prag

V T - tensiunea aplicata pe G ce pr oduce antrenarea canalului

0T oxV V ! *


1. T ranzi storul M OS cu o poart

B legat la S V T V T 0

09.06.2009 7

� V ox ± tensiunea pe oxidul de poarta

� ± tensiunea pe semiconductor (substrat)

(1.1a)



Master

- f actor de substrat

J J K ! BS T T vV V 0

J

K ox

B

C

Q0!


2. T ranzi storul M OS cu 2 porti

09.06.2009 8

Substratul (B) se polarizeaza cu tensiunea care modif ica tensiunea de prag v BS

(1.1 b)



Master

Parametru n-M OS p-M OS

Substratul p n

VT0 > 0 < 0

v BS < 0 > 0

> 0 < 0

V T > 0 < 0

� Ecutii le (1.1a, b) sunt valabile pentru n-MOS si p-MOS

� In tabel se dau semnele marimilor def inite anterior pentru n-MOS si p-MOS

� tensiunea de prag a tranzistorului cu o poart0vT 0T BS

V V !

!

�V T te

nsiu

nea de prag a tra

nzist

orului MO

S cu

2 p

orti

C oncluzii


09.06.2009 9



Master

1.3 R egimuri de f unctionare

MOS canal n

MOS canal p

(1.2a)

(1.2 b)

,0V v T GS u" 0v DS "

� Funcionare în conducie

0V v T GS e 0v DS

MOS canal n

MOS canal p

(1.2c)

(1.2d)

� Funcionare în blocare

T GS V v e 0v DS !sau

T GS V v 0v DS !sau

0i ,0i BG $$

0i D "

0i D !


09.06.2009 10

Curentii de poarta si substrat sunt in general,negli jabili :



Master

1.4 R elaii între cureni i tensiuni la MOS

( regim stationar si cvasistationar )

� Se considera un n-M OS în conducie comandat pe poarta cu :

� în regim stationar / cvasistaionar

� singurul curent prin tranzistor este daca

� domeniul tensiunii v DS

se îm parte în dou zone :

zona cvasiliniara ( de trioda)

zona activa( de saturatie)


0V v T GS u"

0i ,0i BG $$

0v DS "0i D {

09.06.2009 11



Master


Observatie : cand

Zona liniar -curentul variaza liniar cu

T GS DS V vv

DS T GS n D vV vk i ! (1.3 b)

k p - f actorul de curent

09.06.2009 12

¼½»¬«!

2

2

DS DS T GS n D

vvV vk i

Zona cva si-liniar 0 < v DS � vGS ± V T

(1.3a)

DS v



Master

� saturaie incipient:

)V

vv1( )V v(

2

k i

F

sat , DS DS 2T GS

n D

!

2( ) (1 )2

n D GS T n DS

k i v V vP!


Zona de saturaie / activT GS sat , DS DS V vvv !u

sat , DS DS vv !

22

,,22

T GS n

sat DS n

sat D D V vk

vk

ii !!!

sat , DS DS vv "

(1.3c)

(1.3d)

(1.3e)

� saturaie pr o priu-zis - zona activa

09.06.2009 13



Master


Observatii

Ecuaiile i f uncionarea M OS -ului sunt similare cu cele ale TEC -J

În saturaie, apare modularea / scurtarea lungimii canalului ex primata

prin f actorul in relatia (1.3d)

For mulele (1.3) sunt valabile i pentru p-M OS; pentru acest tranzistor in

ecuatiile (1.3) trebuie s se lucreze cu |v DS | i |vGS - V T | , cu k p si p

E xemple:

1) ecuatia (1.3d ) se scrie pentru p -M OS :

09.06.2009 14

(1 )n DS vP

2( ) (1 )2

p D GS T p DS

k i v V vP!

2), DS DS sat GS T v v v V u !



Master

�Te

nsiu

nea de prag V T

� Tensiunea Early V F sau inversul tensiunii Early n(p )

� Factorul de curent k n(p)


P arametrii statici ai M OS

unde : e f actorul geometric/f actorul de aspect al tranzistorului MOS

e mo bilitatea (valoarea medie) purtatorilor mo bili din canal:

electr oni (goluri).

09.06.2009 15

' ( ) ( )n n p n p ox

W W k k C

L L Q! !

W

L

( )n p Q

(1.4)

C ox e capacitatea pe unitatea de arie a oxidului de poarta



Master

1.C ondiia de semnal mic

d D D2

T GS n

D

g sGS GS

i I iV v

2

k i

vV v

!±À±¿

¾

$

!

� La intrare se aplica v g s

- un semnal de joas f recven


T GS sat , DS DS V V V V !u

� Se considera un nM OS polarizat in P S F - punctul static de f unctionare :

� Se considera tranzistorul cu o poarta

1.5 Modelarea tranzistorului MOS la semnal mic

09.06.2009 16

( , , ) D GS DS I V V

� PSF e plasat in zona activa /de saturaie :

Com ponenta continua a curentului D I

d i Com ponenta variabila / de semnal a curentului

0 BS V !



Master

D D d i I i!


09.06.2009 17

2 2 2 2

2 2

n n D GS g s T GS T g s GS T g s

k k i V v V V V v V V v« »! !

½

2

2

n

D GS T

k

I V V !

2 2

2 2

n nd n GS T g s g s m g s g s

k k i k V V v v g v v! � � � ! � �

e com

pon

en

ta con

tin

ua a curen

tului

e com ponenta variabila in tim p( de semnal) a curentuluid i



Master

(1.5)

g sd vi ~

(1.5) e condiia de semnal mic pentru MOS


T GS g s V V v

numai dac

09.06.2009 18

Tranzistorul lucreaza semnal mic daca intre com ponentele de semnal ale

curentului si tensiunilor sunt (numai) relatii liniare

g sT GS n2

g sn

g sT GS nd vV V k v2

k vV V k i ��$��!



Master

In general curentul de drena e f unctie de tensiunile tranzistorului. Pentru

caz

ul tranz

isto

rului cu o

po

arta :

2, 1

2

n D GS DS GS T n DS

k i v v v V vP! � �


09.06.2009 19

Dezvoltand in serie in conditii de semnal mic

, D D D D GS DS GS GS DS DS

GS GS

D d

i ii i V V v V v V v v

I i

x x x x

$ � � � !

!

2. E cuatiile curentilor la semnal mic si frecvente joa se

, D D GS DS I i V V !

D Dd GS GS DS DS

GS GS Q Q

i ii v V v V

v v

x x

x x $



Master

DS DS d sV vv !


09.06.2009 20

0

d s m g s d s d s

g b

i i g v g v

i i

! !

! !(1

.6)

D

GS

i g

v

x

x !

D

d s DS

i

g v

x

x !

Ecuatiile (1.6) ex prima relatiile intre com ponentele

de semnal mic / f recvente joase la MOS

e conductanta de transf er ( panta) tranzistorului

Notatii:

g s GS GS v v V !

e conductanta de iesire a tranzistorului

Obs.: Derivatele se calculeaza in PSF-ul tanzistorului(notat cu Q)



Master

i g =0

D

S = B

G

g mv g s

+

-

v g s

r d s

Fig. 1.4

3. C ircuitul echivalent de semnal mic si frecvente joa se

R elatiile (1.6) conduc la circuitul din f ig. 1.4 (vb s= 0)


vd s

+

-

09.06.2009 21



Master

4. P arametrii dinamici ai M OS

P anta ( conductanta de tran s fer )-

ex prima variatia curentului de iesire(de drena) la variatia tensiunii pe poarta

DnT GS n

QGS

Dm I k 2V V k

v

i g !$!

x

x

D pnT GS pnm I k 2V V k g !! (1.7)


09.06.2009 22



Master

C onductana de ieire -

ex prima variatia curentului de iesire cu variatia tensiunii de iesire

D pn D

Q DS

Dd s

I V

I

v

i g P

x

x !$! (1.8a)

D pn D

F

d s I I

V

r P

1!!

(1.8 b)


Rezi stena de ieire

09.06.2009 23



Capitolul II

CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE CUTRANZISTOR MOS

2.1 Etaje de amplificare sursa comuna (SC) cu MOS

2.2 Etaje de amplificare drena comuna (DC) cu MOS

2.3 Amplificatorul cascod CMOS

2.4 Surse de curent cu MOS

09.06.2009 24Master



Cap. 2 - CEF cu MOS

2.1 Eta je surs comun (SC)

Fig. 2.1a, b , c, d.

Master 25



Cap. 2 - CEF cu MOS

Analiza etajului din Fig. 2.1a

� Schema de regim dinamic ± f ig.2.1e

� Q1 si Q2 ± tranzistoare am plif icatoare

� Q1 si Q2 primesc semnal pe poarta - raspund in drena

� S ur sa e comuna la intrarea/iesirea am plif icatorului etaj SC

� In f ig.2.1e sunt 2 eta je SC conectate in paralel

Fig. 2.1e

Master

26



Cap. 2 - CEF cu MOS

2 g s1 g si vvv !!

Analiza etajului din Fig. 2.1a

Amplificarea de ten siune- se deter mina pe schema din f ig. 2.1f

0r

v

r

vv g v g

2d s

o

1d s

o2 g s21 g s1 !��

Fig. 2.1f

Master

0v g g v g g o2d s1d si2m1m !��

2d s1d s

2m1m

i

ov

g g

g g

v

v A

!!

27



Cap. 2 - CEF cu MOS

0v g v g 0vvv 2 g s21 g s12 g s1 g si !�!�!!!

Rezi stenta de ie sire- se deter mina pe schema din f ig. 2.1g

t 2d s1d s

2d s

t

1d s

t t v g g

r

v

r

vi �!!

2d s1d st

t o

g g

1

i

v R

!!

Fig. 2.1g

Master 28



Cap. 2 - CEF cu MOS

�Schema de regim dinamic ± f ig.2.1h

� Q1 ± tranzistor am plif icator

� Q1 - primeste semnal pe poarta - raspunde in drena

� S ur sa e comuna la intrare/iesire etaj SC

� Q2 ± tranzistor dioda

Analiza etajului din Fig. 2.1b

Fig. 2.1h

Master 29



Cap. 2 - CEF cu MOS

2d s

t

t 2Q r

i

v R !!

2 2 0m g s g v� !

Q2 ± tranzi stor dioda ±

rezistenta dinamica echivalenta se deter mina peschema din f ig. 2.1 i

2d s

t t

r

vi !

Analiza etajului din Fig. 2.1b

Fig. 2.1i

Master 30



Amplificarea de ten siune - eta jul SC din f ig. 2.1 b (h)

Cap. 2 - CEF cu MOS

1 g si vv !

0r

v

r

vv g

2d s

o

1d s

o1 g s1 !� 0v g g v g o2d s1d si1 !��

2d s1d s

1

i

ov

g g

g

v

v A

!!

Rezi stenta d e ie sire - eta jul SC din f ig. 2.1 b (h)

2d s1d st

t o

g g

1

i

v R

!!

Fig. 2.1j

Master 31



Cap. 2 - CEF cu MOS

2ds1ds

2m1m

vgg

ggA

!Fig. 2.1a (2.1a)

2ds1ds2m

1m

vggg

gA

!Fig. 2.1d (2.1d)

Fig. 2.1 b (2.1 b)

2ds1ds

1m

vgg

gA

!

Fig. 2.1c (2.1c)

2ds1ds

2m

vgg

gA

!

E taje SC - Amplificarea de ten siune

Cu modelele descrise anterior pentru f iecare schema din f ig. 2.1 a, b,c,d se o btine :

Master 32



Cap. 2 - CEF cu MOS

Fig. 2.1a, b,c,d (f oarte mare) (2.2a)gpiR

Fig. 2.1a, b,c (2.2 b)2ds1ds2ds1ds

o r ||r gg

1R !

!

Fig. 2.1d (2.2c)2ds1ds2m

o ggg

1

R !

E taje SC - Rezi stenta de intrare/ie sire

Cu modelele descrise anterior pentru f iecare schema din f ig. 2.1 a, b,c,d se o btine :

Master 33



2.2 Eta jul dren comun (DC)

Cap. 2 - CEF cu MOS

Master

Fig. 2.2a

34



Cap. 2 - CEF cu MOS

S chema de regim dinamic

Master

Fig. 2.2b

� Q1 - tranzistor am plif icator

� Q1 - primeste semnal pe poarta ± raspunde pe sursa

� Drena e comuna la intrare / iesire etaj DC

� Q2 - tranzistor dioda (v. f ig. 2.1i )

35



0r

v

r

vv g

2d s

o

1d s

o1 g s1 !�

oo1

2d s1d s

i vv g

g g

v�

!

Cap. 2 - CEF cu MOS

2d s1d s1

1

i

ov

g g g

g

v

v A

!!

Rezi stenta d e intrare ( fig2.2b )

i R p g

Master

o1 g si vvv !

Amplificarea de ten siune

pe schema din f ig. 2.2 b se deduce

(2.3a)

(2.3 b)(f oarte mare)

36



Cap. 2 - CEF cu MOS

Rezi stenta de ie sire - se deduce pe schema din f ig. 2.2c

1 g st vv !

2d s

t

1d s

t 1 g s1t

r

v

r

vv g i �! t 2d s1d s1t v g g g i �!

2d s1d s1t

t o

g g g

1

i

v R

!!

Master

Fig. 2.2c

(2.3c)

37



Cap. 2 - CEF cu MOS

2.3 Cascodul CMOS

S chema de regim dinamic

Master

� Am plif icator cu 2 eta je dispuse in ca scada

� Am plif icator CASCOD

� Q1 - eta j SC ( primeste semnal pe poarta ± raspunde pe drena)

� Q2 - eta j GC ( primeste semnal pe sursa ± raspunde pe drena)

� Q3 - tranzistor dioda (v. f ig. 2.1i )

Fig. 2.3a

Fig. 2.3b

38



Cap. 2 - CEF cu MOS

E tajul GC ( echipat cu Q2 )

2 g svv ! 3d s2 g s2o r v g v ��!

3d s2o

2v r g v

v A �!!

2 g s2 v g i �!

22i

g

1

i

v R !!

Master

Fig. 2.3c

� S-a negligat ef ectul

rezistentei

� lucreaza pe sarcina

( rezistenta lui Q3 )

2d sr

39

3d sr



Cap. 2 - CEF cu MOS

Rezi stenta de ie sire a etajului GC

0v g 0v 2 g s22 g s !�!

3d s

t

t r

v

i !

02 3t

d s

t

v R r

i! !

Master

Fig. 2.3d

40



Cap. 2 - CEF cu MOS

E tajul SC ( echipat cu Q1 )

1 g si vv ! 0 R

vv g

2i1 g s1m !�

1

1 12

2

m

v m ii m

g v A g R

v g ! ! � !

1i

ii

v R

i! p g

Master

� S-a negligat ef ectul

rezistentei

� lucreaza pe sarcina

( rezistenta de intrare in Q2 )

1d sr

Fig. 2.3d

41

2i R



C ASC O D (fig.2.3b ) - Amplificarea de ten siune

Cap. 2 - CEF cu MOS

1v2vi

o

i

o

vA A

v

v

v

v

v

v A �!�!!

3d s13d s2

2

1v r g r g

g

g A �!��!

3d s2oo r R R !!

C ASC O D (fig.2.3b ) - Rezi stenta d e ie sire

C ASC O D (fig2.3b )- Rezi stenta d e intrare

gp! 1ii R R

Master

(2.4a)

(2.4 b)

(2.4c)

42



2.4 Sursa (oglinda) de curent cu MOS

Cap. 2 - CEF cu MOS

R

V V I I 2GS DD

2 D R

!!

� Tranzistorul-dioda Q2 si R alimentate de la V CC dau curentul de ref erinta

� Q1 ± are f actorul geometric / de aspect :

� Q2 ± are f actorul geometric / de aspect:

1

W ¨ ¸© ¹ª º

2

W

L

¨ ¸© ¹ª º

Fig. 2.4a

Master 43

C 2 CEF MOS



Cap. 2 - CEF cu MOS

Q1 oglindeste curentul de ref erinta( curentul lui Q2 )2GS 1GS V V !

0 1 2

1 2 1 2

/ / D D R

W W W W I I I I

L L L L

¨ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸! ! � ! �© ¹ © ¹ © ¹ © ¹ª º ª º ª º ª º

C urentul de ie sire

T en siunea minima de ie sire

1, 1 0m DS sat GS T V V V V ! !

Fixata de mentinerea lui Q1 in saturatie ( zona activa)

(2.5a)

(2.5 b)

Master 44

C 2 CEF MOS



Cap. 2 - CEF cu MOS

E fectul de scurtare a canalului

� Curentul de ref erinta I R = I D1 nu este practic af ectat de scurtarea

canalului lui Q2 in saturatie caci:

� I O

depinde de tensiunea de iesire:

2 21n DS n GS V V P P� ! �

V 1V V LW

2k I I n

20T 1GS

' n1 DO ��!! P

1 1

2

2 2

11

1

O n

n R n GS

W W

L L I V V

W W I V L L

PP

P

¨ ̧ ¨ ̧© ¹ © ¹ �ª º ª º! $ �

�¨ ̧ ¨ ̧© ¹ © ¹ª º ª º

Master 45

C 2 CEF MOS



Cap. 2 - CEF cu MOS

Rezi stenta de ie sire

2m2d s2m2Q

g

1

g g

1 R $

!0v

R

1

R

11 g s

2Q

!�¹¹

º

¸

©©

ª

¨

0v 1 g s !

1

1t s d s

t n o

vr r

i I P! ! !

�

Fig. 2.4b Fig. 2.4c

Schema de regim dinamic a oglinzii din f ig.2.4a Schema de regim dinamic a

tranzistorului dioda Q2

(2.5c)

Master 46

program a 1

Documents