ELEKTROTEHNIKA. Profesor: Miroslav Lutovac Singidunum University, Predavanje: 9

Transcript

1 ELEKTROTEHNIKA Profesor: Miroslav Lutovac Singidunum University, Predavanje: 9

2 MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Kontrolna elektroda (gejt) je izolovana Između dve elektrode (sors i drejn) može da protiče velika struja Kontrola struje se vrši električnim poljem 2

3 MOSFET Unipolarni tranzistor - struja se sastoji samo od jednog tipa nosilaca elektrona kod NMOS tranzistora šupljina kod PMOS tranzistora imaju jednostavnu strukturu imaju male dimenzije dominantni u realizaciji digitalnih logičkih kola i memorija koriste se i u realizaciji analognih elektronskih kola 3

4 M. Popović: Osnovi elektronike za studente Odseka za softversko inženjerstvo, ETF Beograd 4

5 Struktura NMOS tranzistora nm silicijum dioksid (SiO2) L - rastojanja sorsa i drejna su od 1 do 10 μm W - širine su od 2 do 500 μm više miliona tranzistora na jednoj silicijumskoj podlozi (čipu) jednostavna struktura 5

6 Potpuni i uprošćeni simboli NMOS i PMOS tranzistora 6

7 2 diode na red u suprotnom smeru Kada na G nije priključen nikakav napon, između S i D su vezane dve diode na red: Jedna dioda je podloga i n+ oblast sorsa Druga dioda je podloga i n+ oblast drejna Ove dve diode sprečavaju protok struje između D do S kada se primeni napon V DS >0 ili V DS <0 Između S i D postoji velika otpornost, reda Ω 7

8 Osiromašena oblast Uticaj podloge je mali Struktura MOS tranzistora je potpuno simetrična V DB =0, V SB =0, V GS >0, odbija šupljine dalje od područja ispod G i ostavlja nepokretne, negativne jone Oblast u kojoj ima malo pokretnih nosilaca, naziva se osiromašena oblast 8

9 Tranzistor sa indukovanim kanalom Veliki pozitivni napon na G može da privuče slobodne elektrone iz n+ oblasti S i D Kanal - slobodni elektroni se grupišu u podlozi neposredno ispod gejta i stvaraju provodnu n oblast V DS >0, kroz kanal će proteći struja Tranzistor sa indukovanim n kanalom: V GS >0 izaziva stvaranje ili indukciju kanala, NMOS tranzistor sa indukovanim kanalom Šupljine nemaju nikakav uticaj Samo jedan tip nosilaca, suprotan od tipa podloge 9

10 Tranzistor sa indukovanim kanalom Minimalni V GS koji obezbeđuje formiranje kanala naziva se napon praga provođenja i obeležava sa V t V t tipično od 1 V do 3 V Metalna elektroda G, oksid između G i B i B - kondenzator Kada se dovede napon na G, u dielektriku kondenzatora se pojavljuje električno polje Električno polje kontroliše broj slobodnih nosilaca u kanalu, odnosno provodnost kanala MOS tranzistori su tranzistori sa efektom polja, jer se električnim poljem reguliše struja kroz kanal kada se primeni napon V DS 10

11 Ponašanje NMOS tranzistora pri malim naponima između D i S v GS > V t, formiran kanal, mali v DS >0 (~ 100mV) Kroz kanal protiče struja, smer od D ka S Jačina struje zavisi od broja slobodnih nosilaca u kanalu Broj slobodnih nosilaca zavisi od razlike napona v GS -V t (efektivni napon) Struja gejta = 0, gejt je izolovana elektroda Struja sorsa = struja drejna 11

12 Otpornost može da se kontroliše naponom na G u režimu malih v DS, NMOS tranzistor radi kao otpornik čija se otpornost može kontrolisati naponom na G 12

13 Struja D u funkciji napona pri malim naponima DS Struja drejna zavisi od fizičkih konstanti (μ i ε), parametara tehnološkog procesa (t i V t ), geometrijskih dimenzija tranzistora (W i L) i primenjenih napona v GS i v DS Oblast rada NMOS tranzistora u režimu malih napona v DS naziva se linearna oblast (MOS tranzistor se ponaša kao otpornik) ili triodna oblast 13

14 Ponašanje NMOS tranzistora pri većim naponima DS Oblast zasićenja v DS > v GS V t v GS v GD v G- kanal se menja od v GS do v GS do v DS na strani S kanal će prodirati dublje u podlogu, na strani D kanal će biti plići Sa porastom v DS promena dubine kanala postaje sve veća v DS =v GS V t, dubina kanala u okolini D 0, kanal je stisnut v DS >v GS V t, oblik kanala se ne menja, I D konstantna, zasićenje I D 14

15 Struktura CMOS kola 15

16 PMOS tranzistor MOS tranzistor sa p kanalom se pravi na podlozi n tipa sa p+ oblastima za S i D Princip rada je isti kao kod NMOS tranzistora, jedino se polariteti svih napona i struja razlikuju V GS, V DS i V t su negativni I D ima smer prema S i izlazi iz D umesto pokretljivosti elektrona - pokretljivost šupljina 16

17 Komplementarni MOS (CMOS) NMOS i NMOS se realizuju na istoj vrsti podloge p tip podloge NMOS tranzistor - direktno na podlozi PMOS tranzistora - podloga n tipa osnovni supstrat se dopira da postane n tip ceo postupak ponovi za fabrikaciju PMOS NMOS i PMOS se međusobno izoluju debelim slojem oksida, čime se sprečava uticaj rada jednog tranzistora na drugi tip tranzistora 17

18 MOS kao prekidački elementi Zakočenje Triodna oblast Zasićenje Model za velike signale 18

19 NMOS tranzistor u zakočenju nema uslova za formiranje kanala V GS < V t između D i S, umesto kanala, postoje 2 diode jedna inverzno polarisana R izneđu S i D je reda Ω G je izolovan Ceo MOS tranzistor se može zameniti prekinutim vezama 19

20 NMOS tranzistor u triodnoj oblasti vgs Vt, za male signale može se zanemariti kvadratni član vds << vgs -Vt, triodna oblast, NMOS tranzistor se ponaša kao otpornik Za realizaciju programabilnih naponski kontrolisanih otpornika 20

21 NMOS tranzistor u zasićenju v GS V t, v DS v GS -V t, idealni zavisni strujni izvor kontrolisan sa v GS 21

22 Model NMOS za male signale 1/2 radna tačka mora biti u oblasti zasićenja 22

23 Model NMOS za male signale 2/2 Da se smanje nelinearna izobličenja 23

24 Model NMOS tranzistora za male signale onda je za bipolarni tranzistor g m 40 ma/v, za NMOS tranzistor g m 2 ma/v U ulaznom delu nema otpornost 24

25 Pojačavač sa zajedničkim sorsom 25

26 Pojačavač sa zajedničkim drejnom 26

27 Pojačavač sa zajedničkim gejtom 27

28 Profesor dr Miroslav Lutovac Ova prezentacija je nekomercijalna. Slajdovi mogu da sadrže materijale preuzete sa Interneta, stručne i naučne građe, koji su zaštićeni Zakonom o autorskim i srodnim pravima. Ova prezentacija se može koristiti samo privremeno tokom usmenog izlaganja nastavnika u cilju informisanja i upućivanja studenata na dalji stručni, istraživački i naučni rad i u druge svrhe se ne sme koristiti Član 44 - Dozvoljeno je bez dozvole autora i bez plaćanja autorske naknade za nekomercijalne svrhe nastave: (1) javno izvođenje ili predstavljanje objavljenih dela u obliku neposrednog poučavanja na nastavi; - ZAKON O AUTORSKOM I SRODNIM PRAVIMA ("Sl. glasnik RS", br. 104/2009 i 99/2011) 28