Tranzistorul MOS

1. Prezentare generală

Tranzistorul MOS (Metal Oxide Semiconductor) este un dispozitiv cu

trei terminale, furnizat de către producători sub diverse forme (capsule),

un exemplu fiind prezentat în Figura 1.

Cele trei terminale ale tranzistorului MOS se numesc DRENĂ, GRILĂ,

respectiv SURSĂ.

Figura 1. Tranzistorul MOS.

În funcţie de structură, există două categorii principale de tranzistoare

MOS:

ca canal indus

cu canal iniţial

În plus, în funcţie de structura canalului, aceste tranzistoare MOS sunt

de 2 tipuri şi anume:

cu canal de tip N

cu canal de tip P

Diferenţele de funcţionare între tranzistoarele MOS cu canal indus,

respectiv cu canal iniţial sunt minore, din acest motiv, în continuare se vor

prezenta numai tranzistoarele MOS cu canal indus, fiind remarcate numai

diferenţele între cele 2 clase de tranzistoare.

În circuitele electronice, tranzistoarele MOS sunt simbolizate ca în

Figura 2.

Figura 2. Simbolul electronic al tranzistoarelor MOS.

2. Mărimile electrice ale tranzistorului bipolar

La nivelul tranzistorului MOS apar 4 mărimi electrice:

1 curent – curentul care este generat între DRENĂ şi SURSĂ:

o iD – curentul de drenă

3 tensiuni – tensiunile între terminalele tranzistoarelor:

o vGS – tensiunea grilă-sursă

o vGD – tensiunea grilă-drenă

o vDS – tensiunea drenă-sursă

Sensul curentului de drenă este de la drenă şi sursă. Referinţele

tensiunilor depind de tipul canalului tranzistorului MOS. Astfel, sensul

curentului, respectiv referinţele tensiunilor sunt prezentate în Figura 3. În

această figură s-a reprezentat şi curentul din grila tranzistorului notat iG.

Trebuie reţinut însă că valoarea acestui curent este întotdeauna nulă.

Figura 3. Mărimile electrice ale tranzistoarelor MOS. Curentul iG=0 intotdeauna.

3. Funcţionarea tranzistorului MOS.

Relaţiile dintre mărimile electrice ale tranzistorului MOS depind de

regimul de funcţionare al acestuia.

Tranzistorul MOS poate funcţiona în 3 moduri distincte, numite regiuni

de funcţionare, stabilite de relaţia dintre tensiunile tranzistorului. Regiunile

de funcţionare ale tranzistorului MOS sunt:

REGIUNEA DE BLOCARE:

o condiţia de funcţionare: vGS < VTH (canal N)

unde VTH reprezintă un parametru al tranzistorului MOS numit

tensiune de prag; valoarea acestei tensiuni este:

pozitivă pentru tranzistorul MOS cu canal indus de tip N,

negativă pentru tranzistorul MOS cu canal indus de tip P;

negativă pentru tranzistorul MOS cu canal iniţial de tip N,

pozitivă pentru un tranzistor MOS cu canal iniţial de tip P;

o în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este

descrisă de ecuaţia de funcţionare:

5.7

o în această regiune, comportamentul tranzistorului MOS poate

fi exploatat pentru prelucrarea sau generarea semnalelor

digitale.

REGIUNEA LINIARĂ:

o condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS < vGS - VTH

o în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este

descrisă de ecuaţia de funcţionare:

5.8

unde k este un parametru al tranzistorului care se măsoară în

(miliamperi împărţit la volţi la pătrat).

o în această regiune, tranzistorul MOS se comportă ca o

rezistenţă a cărei valoare poate fi controlată de o tensiune –

tensiunea grilă-sursă.

REGIUNEA DE SATURAŢIE:

o condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS > vGS - VTH

o în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este

descrisă de ecuaţia de funcţionare:

5.9

o în această regiune tranzistorul MOS poate fi utilizat pentru

prelucrarea analogică a semnalelor, fiind singura regiune de

funcţionare în care tranzistorul NOS poate AMPLIFICA LINIAR

semnale;

Funcţionare şi utilizări

TEC-MOS sunt foarte mult utilizate în realizarea circuitelor integrate în

special în circuite digitale . Ele sunt utilizate atât ca dispozitive active cât şi ca

rezistenţe sau capacităţi . Circuitele integrate cu TEC pot fi produse cu un

nivel mare de complexitate la preţuri de cost reduse. Creşterea gradului de

integrare prin micşorarea dimensiunilor duce la reducerea capacităţilor

parazite şi la creşterea vitezei de lucru.

O aplicaţie importantă a tranzistorului TEC - MOS este inversorul CMOS .

Acesta face parte dintr-o familie de circuite care utilizează tranzistoare cu

simetrie complementară . Avantajul principal al familiei CMOS este consumul

de putere foarte mic. Inversorul CMOS poate fi utilizat şi ca amlificator de

semnal mic.

Pot fi folosite şi în comutaţie, un circuit CMOS important fiind comutatorul

bilateral pentru semnale analogice,

Defecte

Un dezavantaj al TEC-MOS este marea fragilitate faţă de apariţia unor tensiuni

accidentale pe poartă. Sarcini extrem de mici pot determina tensiuni de ordinul

sutelor care pot distruge tranzistorul . Din această cauză la utilizarea TEC-MOS

trebuie luate precauţii speciale de punere la masă a tuturor elementelor cu care iau

contact ( mâna operatorului, ciocanul de lipit) .

Pentru a evita distrugerea componentelor MOS

pinii acestora vor fi scurtcircuitaţi printr-un fir conductor până după

introducerea în circuit

toate intrările neutilizate vor fi conectate la masă , la ES sau la ED

utilizatorul va evita folosirea în îmbrăcăminte a unor materiale care

favorizează acumularea de sarcini electrice

este indicată folosirea unei brăţări metalice prin care mâna operatorului să fie

conectată la potenţialul de referinţă

Trebuie precizat că unele dispozitive MOS sunt prevăzute cu circuite de protecţie încapsulate.