Siirron ominaisuudet

Transistoreissa siirtoominaisuudet voidaan ymmärtää lähtövirran piirtämiseksi sisääntuloa säätelevää suuruutta vastaan, mikä siis osoittaa muuttujien suoran 'siirron' tulosta lähtöön käyrällä, joka on esitetty kaaviossa.

Tiedämme, että bipolaarisella liitostransistorilla (BJT) ulostulokollektorivirta IC ja ohjaustulon perusvirta IB on kytketty parametrilla beeta , jonka oletetaan olevan vakio analyysia varten.

Viitaten alla olevaan yhtälöön löydämme lineaarisen suhteen IC: n ja IB: n välillä. Jos teemme IB-tason 2x, IC myös kaksinkertaistuu suhteellisesti.

Mutta valitettavasti tämä kätevä lineaarinen suhde ei välttämättä ole saavutettavissa JFET-laitteissa niiden tulo- ja lähtöarvojen välillä. Pikemminkin tyhjennysvirran ID: n ja hilajännitteen VGS välinen suhde on määritelty Shockleyn yhtälö :

Tällöin neliön ilmaisusta tulee vastuu epälineaarisesta vasteesta ID: n ja VGS: n yli, mikä saa aikaan käyrän, joka kasvaa eksponentiaalisesti, kun VGS: n suuruus pienenee.

Vaikka matemaattinen lähestymistapa olisi helpompi toteuttaa tasavirta-analyysissä, graafinen tapa saattaa edellyttää yllä olevan yhtälön piirtämistä.

Tämä voi esittää kyseisen laitteen ja samanlaisiin muuttujiin liittyvien verkkoyhtälöiden piirtämisen.

Löydämme ratkaisun katsomalla kahden käyrän leikkauspistettä.

Muista, että kun käytät graafista menetelmää, verkko, jossa laite on toteutettu, ei vaikuta laitteen ominaisuuksiin.

Kahden käyrän leikkauksen muuttuessa se muuttaa myös verkkoyhtälöä, mutta tällä ei ole vaikutusta yllä olevan Eq: n 5.3 määrittelemään siirtokäyrään.

Siksi voimme yleensä sanoa, että:

Verkko, jossa laite on toteutettu, ei vaikuta Shockleyn yhtälön määrittelemään siirtoominaisuuteen.

Voimme saada siirtokäyrän käyttämällä Shockleyn yhtälöä tai lähtöominaisuuksista kuten kuvassa 5.10 on esitetty

Alla olevassa kuvassa on kaksi kuvaajaa. Pystyviiva mittaa milliampeereja kahdelle kuvaajalle.

Yksi kaavio kuvaa tyhjennysvirran ID vs. tyhjennys-lähde-jännite VDS, toinen kaavio kuvaa tyhjennysvirran vs. portti-lähde-jännite tai ID vs VGS.

Y-akselin oikealla puolella esitettyjen tyhjennysominaisuuksien avulla voimme piirtää vaakasuoran viivan, joka alkaa käyrän kyllästysalueelta, joka on esitetty VGS = 0 V, ID-akseliin nähden.

Näin saavutettu kahden graafin nykyinen taso on IDSS.

ID: n ja VGS: n käyrän leikkauspiste on sama kuin alla, koska pystyakseli on määritelty VGS = 0 V

Huomaa, että tyhjennysominaisuudet osoittavat yhden tyhjennyksen ulostulon suuruuden ja toisen tyhjennyksen ulottuvuuden välisen suhteen, jolloin molemmat akselit tulkitaan muuttujilla MOSFET-ominaisuuksien samalla alueella.

Siten siirto-ominaisuudet voidaan määritellä MOSFET-tyhjennysvirran kaaviona verrattuna suureen tai signaaliin, joka toimii tulo-ohjauksena.

Tämä johtaa näin ollen suoraan 'siirtoon' tulo- / lähtömuuttujien välillä, kun käyrää käytetään kuvan 5.15 vasemmalla puolella. Jos se olisi ollut lineaarinen suhde, ID: n ja VGS: n käyrä olisi ollut suora viiva IDSS: n ja VP: n yli.

Tämä johtaa kuitenkin paraboliseen käyrään johtuen VGS: n välisestä pystysuorasta etäisyydestä, joka astuu tyhjennysominaisuuksien yli, mikä vähenee huomattavasti, kun VGS muuttuu yhä negatiivisemmaksi, kuvassa 5.15.

Jos verrataan VGS = 0 V: n ja VGS = -1V: n välistä tilaa VS = -3 V: n ja puristuksen välillä, näemme, että ero on identtinen, vaikka se onkin hyvin erilainen ID-arvon suhteen.

Pystymme tunnistamaan toisen siirtokäyrän pisteen vetämällä vaakasuoran viivan VGS = -1 V-käyrästä ID-akseliin ja jatkamalla sitä sitten toiseen akseliin.

Huomaa, että VGS = - 1V siirtokäyrän ala-akselilla, kun ID = 4,5 mA.

Huomaa myös, että ID-määrityksessä, kun VGS = 0 V ja -1 V, käytetään ID: n kyllästystasoja, kun taas ohmialue on jätetty huomiotta.

Edeten eteenpäin, kun VGS = -2 V ja - 3V, pystymme lopettamaan siirtokäyrän kaavion.

Kuinka soveltaa Shockleyn yhtälöä

Voit myös saavuttaa suoraan kuvan 5.15 siirtokäyrän soveltamalla Shockleyn yhtälöä (Eq.5.3) edellyttäen, että IDSS: n ja Vp: n arvot annetaan.

IDSS- ja VP-tasot määrittävät käyrän rajat kahdelle akselille ja edellyttävät vain muutaman välipisteen piirtämistä.

Oikeudenmukaisuus Shockleyn yhtälö Eq.5.3 kuvan 5.15 siirtokäyrän lähteenä voidaan ilmaista täydellisesti tarkastamalla tietyn muuttujan tietyt erottavat tasot ja tunnistamalla sitten toisen muuttujan vastaava taso seuraavalla tavalla:

Tämä vastaa kuvassa 5.15 esitettyä juonia.

Tarkkaile, kuinka huolellisesti VGS: n ja VP: n negatiivisia merkkejä hallitaan yllä olevissa laskelmissa. Jopa yhden negatiivisen merkin puuttuminen voi johtaa täysin virheelliseen tulokseen.

Edellä olevasta keskustelusta on melko selvää, että jos meillä on IDSS: n ja VP: n arvot (joihin voidaan viitata tietolomakkeesta), voimme nopeasti määrittää ID: n arvon mille tahansa VGS: n suuruudelle.

Toisaalta, vakioalgebran avulla voimme johtaa yhtälön (yhtälön 5.3 kautta) saadulle VGS-tasolle tietylle ID-tasolle.

Tämä voidaan johtaa yksinkertaisesti saadakseen:

Tarkistetaan nyt yllä oleva yhtälö määrittämällä VGS-taso, joka tuottaa 4,5 mA: n tyhjennysvirran MOSFETille, jonka ominaisuudet vastaavat kuvaa 5.15.

Tulos vahvistaa yhtälön kuvan 5.15 mukaiseksi.

Lyhytmetodin käyttö

Koska siirtokäyrä on piirrettävä melko usein, käyrän piirtämistä varten voi olla kätevää saada lyhyttekniikka. Toivottava menetelmä olisi, jonka avulla käyttäjä voi piirtää käyrän nopeasti ja tehokkaasti tinkimättä tarkkuudesta.

Yllä oleva yhtälö 5.3 on suunniteltu siten, että tietyt VGS-tasot tuottavat ID-tasoja, jotka voidaan muistaa hyödyntämällä juonipisteinä samalla kun piirretään siirtokäyrä. Jos määritämme VGS: n 1/2 nipistysarvosta VP, tuloksena oleva ID-taso voidaan määrittää Shockley-yhtälöllä seuraavalla tavalla:

On huomattava, että yllä olevaa yhtälöä ei ole luotu tietylle VP-tasolle. Yhtälö on yleinen muoto kaikille VP-tasoille niin kauan kuin VGS = VP / 2. Yhtälön tulos viittaa siihen, että tyhjennysvirta on aina 1/4 kyllästystasosta IDSS, kunhan portista lähteeseen -jännitteen arvo on 50% pienempi kuin puristusarvo.

Huomaa, että VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V: n ID-taso kuvan 5.15 mukaisesti

Valitsemalla ID = IDSS / 2 ja korvaamalla se yhtälöön 5.6 saadaan seuraavat tulokset:

Vaikka muita lukupisteitä voidaan määrittää, riittävä tarkkuustaso voidaan saavuttaa yksinkertaisesti piirtämällä siirtokäyrä käyttämällä vain 4 käyräpistettä, kuten edellä ja myös alla olevassa taulukossa 5.1 on määritelty.

Useimmissa tapauksissa voimme käyttää vain käyräpistettä käyttämällä VGS = VP / 2, kun taas IDSS: n ja VP: n akseliristeykset antavat meille käyrän, joka on riittävän luotettava suurimmalle osalle analyysiä.