Charakterystyka transferu

W tranzystorach charakterystykę przenoszenia można rozumieć jako wykreślanie prądu wyjściowego względem wielkości sterującej wejściem, co w konsekwencji wykazuje bezpośrednie „przenoszenie” zmiennych z wejścia na wyjście na krzywej przedstawionej na wykresie.

Wiemy, że dla bipolarnego tranzystora złączowego (BJT) prąd kolektora wyjściowego IC i wejściowy prąd bazowy IB są powiązane parametrem beta , który zakłada się, że jest stały dla analizy.

Odnosząc się do poniższego równania, znajdujemy liniową zależność istniejącą między IC i IB. Jeśli ustawimy poziom IB na 2x, wówczas IC również podwaja się proporcjonalnie.

Niestety, ta wygodna zależność liniowa może nie być osiągalna w tranzystorach JFET w odniesieniu do ich wielkości wejściowych i wyjściowych. Raczej zależność między ID prądu drenu a napięciem bramki VGS jest określona przez Równanie Shockleya :

Tutaj wyrażenie kwadratowe staje się odpowiedzialne za nieliniową odpowiedź w poprzek ID i VGS, co powoduje powstanie krzywej rosnącej wykładniczo wraz ze spadkiem wielkości VGS.

Chociaż podejście matematyczne byłoby łatwiejsze do zastosowania w analizie prądu stałego, sposób graficzny może wymagać wykreślenia powyższego równania.

Może to przedstawić dane urządzenie i wykreślenie równań sieci odnoszących się do identycznych zmiennych.

Rozwiązanie znajdujemy, patrząc na punkt przecięcia dwóch krzywych.

Pamiętaj, że gdy używasz metody graficznej, charakterystyka urządzenia pozostaje niezmieniona przez sieć, w której urządzenie jest zaimplementowane.

Ponieważ punkt przecięcia między dwiema krzywymi zmienia się, zmienia się również równanie sieci, ale nie ma to wpływu na krzywą przenoszenia określoną w powyższym równaniu 5.3.

Dlatego generalnie możemy powiedzieć, że:

Na charakterystykę przenoszenia zdefiniowaną przez równanie Shockleya nie ma wpływu sieć, w której zaimplementowano urządzenie.

Możemy uzyskać krzywą przejścia za pomocą równania Shockleya lub z charakterystyk wyjściowych jak pokazano na ryc.5.10

Na poniższym rysunku widzimy dwa wykresy. Pionowa linia mierzy miliamperów dla dwóch wykresów.

Jeden wykres przedstawia ID prądu drenu względem napięcia drenu do źródła VDS, drugi wykres przedstawia prąd drenu w zależności od napięcia bramki do źródła lub ID względem VGS.

Korzystając z charakterystyk drenu przedstawionych po prawej stronie osi „y”, możemy narysować poziomą linię zaczynającą się od obszaru nasycenia krzywej przedstawionej jako VGS = 0 V do osi pokazanej jako ID.

Obecne poziomy osiągnięte w ten sposób dla dwóch wykresów to IDSS.

Punkt przecięcia na krzywej ID vs VGS będzie taki, jak podano poniżej, ponieważ oś pionowa jest zdefiniowana jako VGS = 0 V

Należy zauważyć, że charakterystyka drenu przedstawia związek między jedną wielkością wyjściową drenu a inną wielkością wyjściową drenu, przy czym dwie osie są interpretowane przez zmienne w tym samym obszarze charakterystyk MOSFET.

Zatem charakterystykę przenoszenia można zdefiniować jako wykres prądu drenu MOSFET w funkcji wielkości lub sygnału działającego jako sterowanie wejściowe.

Skutkuje to w konsekwencji bezpośrednim „transferem” między zmiennymi wejścia / wyjścia, gdy krzywa jest używana po lewej stronie rys. 5.15. Gdyby to była zależność liniowa, wykres ID vs VGS byłby linią prostą między IDSS i VP.

Jednakże powoduje to paraboliczną krzywą ze względu na pionowe odstępy między skokami VGS nad charakterystyką drenu, która zmniejsza się w znacznym stopniu, gdy VGS staje się coraz bardziej ujemna, na rys.

Jeśli porównamy przestrzeń między VGS = 0 V i VGS = -1 V z przestrzenią między VS = -3 V i zaciśnięciem, zobaczymy, że różnica jest identyczna, chociaż znacznie różni się od wartości ID.

Jesteśmy w stanie zidentyfikować kolejny punkt na krzywej przenoszenia, rysując poziomą linię od krzywej VGS = -1 V do osi ID, a następnie przedłużając ją do drugiej osi.

Zwróć uwagę, że VGS = - 1 V na dolnej osi krzywej przenoszenia, gdy ID = 4,5 mA.

Należy również zauważyć, że w definicji ID przy VGS = 0 V i -1 V używane są poziomy nasycenia ID, podczas gdy obszar omowy jest pomijany.

Idąc dalej do przodu, przy VGS = -2 V i - 3 V, jesteśmy w stanie zakończyć wykres krzywej przenoszenia.

Jak zastosować równanie Shockleya

Można również bezpośrednio uzyskać krzywą przenoszenia z rys. 5.15, stosując równanie Shockleya (równanie 5.3), pod warunkiem, że podane są wartości IDSS i Vp.

Poziomy IDSS i VP określają granice krzywej dla dwóch osi i wymagają jedynie wykreślenia kilku punktów pośrednich.

Oryginalność Równanie Shockleya Równanie 5.3 jako źródło krzywej przenoszenia z ryc. 5.15 można doskonale wyrazić, sprawdzając pewne charakterystyczne poziomy określonej zmiennej, a następnie identyfikując odpowiadający poziom innej zmiennej, w następujący sposób:

Jest to zgodne z wykresem pokazanym na ryc. 5.15.

Obserwuj, jak ostrożnie zarządza się negatywnymi znakami dla VGS i VP w powyższych obliczeniach. Pominięcie choćby jednego znaku ujemnego może prowadzić do całkowicie błędnego wyniku.

Z powyższej dyskusji jasno wynika, że ​​jeśli mamy wartości IDSS i VP (do których można się odnieść z arkusza danych), możemy szybko określić wartość ID dla dowolnej wielkości VGS.

Z drugiej strony, za pomocą standardowej algebry możemy wyprowadzić równanie (za pomocą równania 5.3) dla wynikowego poziomu VGS dla danego poziomu ID.

Można to uzyskać po prostu, aby uzyskać:

Teraz zweryfikujmy powyższe równanie, określając poziom VGS, który wytwarza prąd drenu 4,5 mA dla tranzystora MOSFET o charakterystyce zgodnej z rys. 5.15.

Wynik weryfikuje równanie, ponieważ jest ono zgodne z rysunkiem 5.15.

Korzystanie z metody skróconej

Ponieważ musimy dość często wykreślić krzywą przenoszenia, wygodnym może być uzyskanie skróconej techniki wykreślania krzywej. Pożądaną metodą byłaby możliwość szybkiego i wydajnego wykreślenia krzywej przez użytkownika, bez uszczerbku dla dokładności.

Równanie 5.3, którego nauczyliśmy się powyżej, jest zaprojektowane w taki sposób, że określone poziomy VGS dają poziomy ID, które można zapamiętać do wykorzystania jako punkty wykresu podczas rysowania krzywej przenoszenia. Jeśli określimy VGS jako 1/2 wartości zacisku VP, wynikowy poziom ID można określić za pomocą równania Shockleya w następujący sposób:

Należy zauważyć, że powyższe równanie nie jest tworzone dla określonego poziomu VP. Równanie jest formą ogólną dla wszystkich poziomów VP tak długo, jak VGS = VP / 2. Wynik równania sugeruje, że prąd drenu będzie zawsze równy 1/4 poziomu nasycenia IDSS, o ile napięcie między bramką a źródłem ma wartość, która jest o 50% mniejsza niż wartość zacisku.

Należy pamiętać, że poziom ID dla VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V zgodnie z rys. 5.15

Wybierając ID = IDSS / 2 i podstawiając go do Równania 5.6 otrzymujemy następujące wyniki:

Chociaż można ustalić dalsze punkty liczbowe, wystarczający poziom dokładności można po prostu osiągnąć, rysując krzywą przenoszenia przy użyciu tylko 4 punktów wykresu, jak określono powyżej, a także w tabeli 5.1 poniżej.

W większości przypadków możemy wykorzystać tylko punkt wykresu, używając VGS = VP / 2, podczas gdy przecięcia osi w IDSS i VP dadzą nam krzywą wystarczająco wiarygodną dla większości analiz.