Caracteristici de transfer

În tranzistoare, caracteristicile de transfer pot fi înțelese ca reprezentarea unui curent de ieșire în raport cu o magnitudine de control al intrării, care, prin urmare, prezintă un „transfer” direct de variabile de la intrare la ieșire în curba reprezentată în grafic.

Știm că pentru un tranzistor de joncțiune bipolar (BJT), curentul IC de ieșire al colectorului și curentul de bază de intrare de control IB sunt legate de parametrul beta , care se presupune a fi constant pentru o analiză.

Referindu-ne la ecuația de mai jos, găsim o relație liniară existentă între IC și IB. Dacă facem nivelul IB 2x, atunci și IC se dublează proporțional.

Dar, din păcate, această relație liniară convenabilă s-ar putea să nu fie realizabilă în JFET-uri pe mărimile lor de intrare și ieșire. Mai degrabă, relația dintre ID-ul curentului de scurgere și tensiunea porții VGS este definită de Ecuația lui Shockley :

Aici, expresia pătrată devine responsabilă pentru răspunsul neliniar între ID și VGS, ceea ce dă naștere unei curbe care crește exponențial, pe măsură ce magnitudinea VGS este scăzută.

Deși o abordare matematică ar fi mai ușor de implementat pentru analiza DC, modul grafic ar putea necesita o reprezentare a ecuației de mai sus.

Aceasta poate prezenta dispozitivul în cauză și reprezentarea grafică a ecuațiilor de rețea referitoare la variabilele identice.

Găsim soluția uitându-ne la punctul de intersecție al celor două curbe.

Amintiți-vă că, atunci când utilizați metoda grafică, caracteristicile dispozitivului rămân neafectate de rețeaua în care este implementat dispozitivul.

Pe măsură ce intersecția dintre cele două curbe se schimbă, schimbă și ecuația rețelei, dar acest lucru nu are niciun efect asupra curbei de transfer definită de ecuația de mai sus, 5.3.

Prin urmare, în general putem spune că:

Caracteristica de transfer definită de ecuația lui Shockley nu este afectată de rețeaua în care este implementat dispozitivul.

Putem obține curba de transfer folosind ecuația lui Shockley sau din caracteristicile de ieșire așa cum este descris în Fig.5.10

În figura de mai jos, putem vedea două grafice. Linia verticală măsoară miliamperi pentru cele două grafice.

Un grafic trasează ID-ul curentului de scurgere versus tensiunea de scurgere la sursă VDS, al doilea grafic reprezintă curentul de scurgere versus tensiunea de la poartă la sursă sau ID-ul vs VGS.

Cu ajutorul caracteristicilor de scurgere prezentate în partea dreaptă a axei „y”, suntem capabili să trasăm o linie orizontală începând de la regiunea de saturație a curbei prezentată ca VGS = 0 V până la axa prezentată ca ID.

Nivelurile actuale astfel atinse pentru cele două grafice sunt IDSS.

Punctul de intersecție pe curba ID vs VGS va fi cel de mai jos, deoarece axa verticală este definită ca VGS = 0 V

Rețineți că caracteristicile de scurgere arată relația dintre o magnitudine de ieșire de scurgere și o altă magnitudine de scurgere de scurgere, în care cele două axe sunt interpretate de variabile din aceeași regiune a caracteristicilor MOSFET.

Astfel, caracteristicile de transfer pot fi definite ca un grafic al unui curent de scurgere MOSFET versus o cantitate sau un semnal care acționează ca un control de intrare.

În consecință, acest lucru are ca rezultat un „transfer” direct între variabilele de intrare / ieșire, atunci când curba este utilizată în stânga din Fig 5.15. Dacă ar fi fost o relație liniară, complotul dintre ID și VGS ar fi fost o linie dreaptă între IDSS și VP.

Cu toate acestea, acest lucru are ca rezultat o curbă parabolică datorită distanței verticale dintre VGS care trece peste caracteristicile de scurgere, care scade într-o măsură apreciabilă pe măsură ce VGS devine din ce în ce mai negativ, în Fig 5.15.

Dacă comparăm spațiul dintre VGS = 0 V și VGS = -1V cu cel dintre VS = -3 V și pinch-off, vedem că diferența este identică, deși este mult diferită pentru valoarea ID.

Suntem capabili să identificăm un alt punct de pe curba de transfer trasând o linie orizontală de la curba VGS = -1 V până la axa ID-ului și apoi extinzându-l la cealaltă axă.

Observați că VGS = - 1V la axa inferioară a curbei de transfer atunci când ID = 4,5 mA.

De asemenea, rețineți că, în definiția ID la VGS = 0 V și -1 V, se utilizează nivelurile de saturație ale ID, în timp ce regiunea ohmică este neglijată.

Mergând mai departe, cu VGS = -2 V și - 3V, putem termina graficul curbei de transfer.

Cum se aplică ecuația lui Shockley

De asemenea, puteți obține direct curba de transfer Fig 5.15 aplicând ecuația lui Shockley (ecuația 5.3), cu condiția să fie date valorile IDSS și Vp.

Nivelurile IDSS și VP definesc limitele curbei pentru cele două axe și necesită doar trasarea unor puncte intermediare.

Autenticitatea Ecuația lui Shockley Eq.5.3 ca sursă a curbei de transfer din Fig 5.15 poate fi perfect exprimată prin inspectarea anumitor niveluri distinctive ale unei anumite variabile și apoi identificarea nivelului corespunzător al celeilalte variabile, în felul următor:

Aceasta se potrivește cu complotul prezentat în Fig. 5.15.

Observați cât de atent sunt gestionate semnele negative pentru VGS și VP în calculele de mai sus. Pierderea unui singur semn negativ ar putea duce la un rezultat total eronat.

Este destul de clar din discuția de mai sus că, dacă avem valorile IDSS și VP (care pot fi menționate din foaia tehnică), putem determina rapid valoarea ID pentru orice magnitudine a VGS.

Pe de altă parte, prin Algebra standard putem obține o ecuație (prin Eq.5.3), pentru nivelul VGS rezultat pentru un nivel dat de ID.

Acest lucru ar putea fi derivat destul de simplu, pentru a obține:

Acum, să verificăm ecuația de mai sus, determinând nivelul VGS care produce un curent de scurgere de 4,5 mA pentru un MOSFET având caracteristicile care se potrivesc cu figura 5.15.

Rezultatul verifică ecuația conformă cu figura 5.15.

Utilizarea metodei de stenografie

Întrucât trebuie să trasăm curba de transfer destul de des, s-ar putea să fie convenabil să obținem o tehnică de prescurtare pentru reprezentarea curbei. O metodă de dorit ar fi aceea că permite utilizatorului să traseze curba rapid și eficient, fără a compromite precizia.

Ecuația 5.3 pe care am învățat-o mai sus este concepută astfel încât anumite niveluri VGS să producă niveluri de ID care pot fi amintite pentru a fi utilizate ca puncte de grafic în timp ce se trasează curba de transfer. Dacă specificăm VGS ca 1/2 din valoarea de vârf VP, nivelul de identificare rezultant poate fi determinat folosind ecuația lui Shockley în modul următor:

Trebuie remarcat faptul că ecuația de mai sus nu este creată pentru un nivel specific al VP. Ecuația este o formă generală pentru toate nivelurile VP atâta timp cât VGS = VP / 2. Rezultatul ecuației sugerează că curentul de scurgere va fi întotdeauna 1/4 din nivelul de saturație IDSS, atâta timp cât tensiunea de la poartă la sursă are o valoare cu 50% mai mică decât valoarea pinch-off.

Vă rugăm să rețineți că nivelul ID-ului pentru VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V conform Fig. 5.15

Optând ID = IDSS / 2 și înlocuindu-l în ecuația 5.6 obținem următoarele rezultate:

Deși pot fi stabilite alte puncte de număr, un nivel suficient de acuratețe poate fi atins pur și simplu prin trasarea curbei de transfer folosind doar 4 puncte de grafic, așa cum sunt identificate mai sus și, de asemenea, în Tabelul 5.1 de mai jos.

În majoritatea cazurilor, putem folosi doar punctul grafic folosind VGS = VP / 2, în timp ce intersecțiile axelor la IDSS și VP ne vor oferi o curbă suficient de fiabilă pentru cea mai mare parte a analizei.