ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ((FET) FET) ΙΙ Τρανζίστορ Φαινοµένο ΙΙ Γ.Πεδίο Τσιατούχας ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ
Το MO ως Ενισχτής (Ι) d Είσοδος Έξοδος MO Για να χρησιµοποιηθεί ένα MOFET τρανζίστορ ως ενισχτής θα πρέπει να λειτοργεί, µε την κατάλληλη πόλωση, στην περιοχή κόρο. Στο κύκλωµα το σχήµατος, η εύρεση το σηµείο λειτοργίας (C πόλωσης) επιτγχάνεται θέτοντας 0. Το ρεύµα στον απαγωγό, για την περιοχή το κόρο, θα δίνεται από τη σχέση: - ds ( ) t χωρίς να λαµβάνεται π όψιν το φαινόµενο διαµόρφωσης καναλιού, δηλ. λ0. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 3 Το MO ως Ενισχτής (ΙΙ) Κόρος Επιπλέον ισχύει: MO Το τρανζίστορ θα λειτοργεί στην περιοχή το κόρο αν > ( t ). Καθώς θα πρέπει να λάβοµε π όψιν και τη µεταβαλλόµενη σνιστώσα της το θα πρέπει να είναι πολύ µεγαλύτερο το ( t ). - Με δεδοµένο ότι, θα ισχύει: ( ) ( ) t t ( ) t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 4
Το MO ως Ενισχτής (ΙΙΙ) Κόρος MO Ισοδύναµαγράφοµε: ( ) t µη γραµµικός όρος Αν κρατήσοµε το σήµα εισόδο µικρό έτσι ώστε: << ( t ) - ή αλλιώς: << ( t ) τότε καθώς d θα ισχύει: d ( t ) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 5 Το MO ως Ενισχτής (Ι) Κόρος Ηπαράµετρος πο σνδέει τα d και είναι η g και ονοµάζεται διαγωγιµότητα: g d ( ) ( ) t µ ε W t L x t g µ ε / t x W / L - MO Η διαγωγιµότητα αντιπροσωπεύει την κλίση της d - χαρακτηριστικής στο σηµείο πόλωσης: g d Ι Σηµείο Λειτοργίας t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 6 3
Το MO ως Ενισχτής ()( Κόρος Για την τάση στον απαγωγό θα ισχύει: ( d d ) MO Επειδή ds ισχύει ότι το σήµα στον απαγωγό θα δίνεται από τη σχέση: - ds d g Σνεπώς η απολαβή (κέρδος) τάσης θα είναι: ds g Το µείον στη σχέση δηλώνει διαφορά φάσης των δύο σηµάτων 80 ο Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 7 Το MO ως Ενισχτής () - χαρακτηριστική εισόδο - εξόδο στον κόρο ax Q Κλιση g Q κλίση - χαρακτηριστική εξόδο κόρος ax t ax εθεία φόρτο ax g pp_ pp_ t ax t ax t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 8 4
Πηγή Ρεύµατος Ελεγχόµενη από Τάση εθεία φόρτο σηµείο λειτοργίας ax d g Ι Ι t t t ds Το MO σµπεριφέρεται ως µία πηγή ρεύµατος ελεγχόµενη από τάση Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 9 Ισοδύναµο Μοντέλο Ασθενούς Σήµατος g µ ε / t x W / L Μοντέλο Ασθενούς Σήµατος για Λειτοργία στον Κόρο g d r r Το µοντέλο είναι το ίδιο και για pmo και για MO τρανζίστορ ds g ( // r ) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 0 5
Μη Γραµµική Λειτοργία εθεία φόρτο > ax ax t t Μη γραµµική παραµόρφωση καθώς το στιγµιαίο σηµείο λειτοργίας εισέρχεται στην τρίοδο περιοχή. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ Παράδειγµα 4(Ι) Ποιο το κέρδος τάσης ασθενούς σήµατος για το κύκλωµα το σχήµατος και ποια η αντίσταση εισόδο, αν t.5, 0.5/ και 50; Αγνοήστε το φαινόµενο διαµόρφωσης µήκος καναλιού στις εξισώσεις το ρεύµατος στον κόρο. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 6
Παράδειγµα 4(ΙΙ) Εύρεση Σηµείο Λειτοργίας C Ανάλση Ισχύει ότι Λειτοργία στον κόρο καθώς θα ισχύει ότι > t! ( ) t 0 ( ) t Στο C οι πκνωτές δρον ως ανοικτοκκλώµατα! και: Λύνοντας έχοµε το σηµείο λειτοργίας:.06 και 4.4 Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 3 Παράδειγµα 4(ΙΙΙ) Στην C λειτοργία οι πκνωτές δρον ως βραχκκλώµατα! C Ανάλση Μικρού Σήµατος Ηαντίσταση εξόδο r θα είναι: d r 47Ω Η διαγωγιµότητα g θα είναι: Στην ΑC ανάλση οι C πηγές τάσης βραχκκλώνονται και οι C πηγές ρεύµατος ανοικτοκκλώνονται! ( ) 0.75 / g t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 4 7
Νόµος Oh Παράδειγµα 4(Ι) g r L Αγνοούµετο ρεύµα µέσα από την καθώς 0MΩ >>>. g ( // // r ) g ( // // r ) L Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 5 Χρήση ισοδύναµο κκλώµατος ασθενούς σήµατος. Σνεπώς το κέρδος τάσης θα είναι: g ( // // r ) 3. 3 L L Παράδειγµα 4() g r L Το ρεύµα εισόδο θα είναι (Νόµος Oh): ( ) ( ) Ηαντίσταση εισόδο θα είναι: 4.35MΩ ( ) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 6 8
Ο Ενισχτής Κοινής Πηγής () Κόρος Βασικό Κύκλωµα Μελέτης Ενισχτών µε FET - Ι L Ο ακροδέκτης Υ (πηγή) σνδέεται στη γη. Το σήµα εισόδο σνδέεται στον ακροδέκτη Χ (πύλη). Η αντίσταση φόρτο σνδέεται στον ακροδέκτη Ζ (απαγωγός ποδοχή). Το κύκλωµα αποτελεί δίθρο µε τη θύρα εισόδο ανάµεσα στην πύλη και τη πηγή (γη) και τη θύρα εξόδο ανάµεσα στον απαγωγό και τη πηγή (γη). Σνεπώς η πηγή είναι κοινός ακροδέκτης και στις δύο θύρες. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 7 Ο Ενισχτής Κοινής Πηγής (Ι) Αντικατάσταση MOFET µε το ισοδύναµο κύκλωµα ασθενούς σήµατος. ut Για την εύρεση της ut θέτοµε 0 και L * g L r 0! // r ut * Η L είναι φόρτος, δεν αποτελεί τµήµα το ενισχτή. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 8 9
Ο Ενισχτής Κοινής Πηγής (Ι) g L ( // // r ) g g L L r ut Κέρδος Τάσης Ανοικτού Κκλώµατος Κέρδος Τάσης Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 9 Ο Ενισχτής Κοινής Πύλης () Κόρος Ο ακροδέκτης Χ (πύλη) σνδέεται στη γη. Το σήµα εισόδο σνδέεται στον ακροδέκτη Υ (πηγή). Η αντίσταση φόρτο σνδέεται στον ακροδέκτη Ζ (απαγωγός ποδοχή). Ι - L Το κύκλωµα αποτελεί δίθρο µε τη θύρα εισόδο ανάµεσα στην πηγή και τη πύλη (γη) και τη θύρα εξόδο ανάµεσα στον απαγωγό και τη πύλη (γη). Σνεπώς η πύλη είναι κοινός ακροδέκτης και στις δύο θύρες. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 0 0
Ο Ενισχτής Κοινής Πύλης (Ι) Αντικατάσταση MOFET µε το ισοδύναµο κύκλωµα ασθενούς σήµατος. /g << ( ) r ut // r Για την εύρεση της ut θέτοµε 0 & L! (r ) g g L // Κέρδος Τάσης L r Για να απλοποιήσοµε το κύκλωµα χρησιµοποιούµε το δεδοµένο ότι η r είναι µια πολύ µεγάλη αντίσταση και σνεπώς µπορεί να παραληφθεί! ut Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ Ο Ενισχτής Κοινής Υποδοχής () Κόρος Ο ακροδέκτης Ζ (ποδοχή) σνδέεται στη γη. Το σήµα εισόδο σνδέεται στον ακροδέκτη Χ (πύλη). Η αντίσταση φόρτο σνδέεται στον ακροδέκτη Υ (πηγή). - Ι L Το κύκλωµα αποτελεί δίθρο µε την ποδοχή ως κοινό ακροδέκτη των δύο θρών. Ακόλοθος Πηγής urce Fllwer Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ
- Ο Ενισχτής Κοινής Υποδοχής (Ι) Αντικατάσταση MOFET µε το ισοδύναµο κύκλωµα ασθενούς σήµατος. y ut // r y y g y ( y /r ) y g g g < < r r Για την εύρεση της ut θέτοµε 0 & L! g y r y y L ut Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 3 Ο Ενισχτής Κοινής Υποδοχής (Ι) Κέρδος Τάσης Ανοικτού Κκλώµατος < gr g r ( ) / g r L g r g r L Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 4
Ο Ενισχτής Κοινής Υποδοχής () Κέρδος Τάσης ( // r ) g ( // r ) g ( ) L L // r L < ( // r ) ( / g ) L g r αν L >>/g L Χρήση ως αποµονωτής Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 5 Ενισχτής Μόνο µε Χρήση MO (Ι) Μόνιµα στον κόρο τρίοδος Q Καµπύλη Φόρτο κόρος Q Ι Ο O O ( t ) ( t ) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 6 3
Ενισχτής Μόνο µε Χρήση MO (Ι) Μόνιµα στον κόρο Κόρος Τρίοδος Q Αποκοπή Χαρακτηριστική Μεταφοράς (εισόδο-εξόδο) Q Ι Ο Θεωρούµε ότι t t t. Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 7 Ενισχτής Μόνο µε Χρήση MO (Ι) Στον κόρο το Q ισχύει: ( t ) ( t ) Q ( t ) ( Ο t ) Ι Q Ο O Σνεπώς: t t Το κύκλωµα λειτοργεί ως γραµµικός ενισχτής µεγάλο σήµατος µε κέρδος τάσης: ( W / L) ( W / L) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 8 4
Ενισχτής Μόνο µε Χρήση MO (Ι) Σµπεριφορά το ενισχτή σε ασθενή σήµατα. Χρήση µοντέλων ασθενούς σήµατος. g [(/g ) // r // r ] και - g g / r / r g g g g /g r g µ Cx r W / L Στην ΑC ανάλση οι C πηγές τάσης βραχκκλώνονται! Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 9 Καθρέπτης Ρεύµατος Λειτοργεί στον κόρο Κλίση Πρέπει να λειτοργεί στον κόρο όριο Κόρο Τριόδο EF ( t ) O ( t ) O EF O EF ( W / L) ( W / L) Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 30 5
MO Καθρέπτες Ρεύµατος Cascde Βασικός Wls Τροποποιηµένος Wls Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 3 Ο CMO Ενισχτής (Ι) Q : ενεργό φορτίο Q στην τρίοδο Q στον κόρο Κλίση - Χαρακτηριστική Q Ο και Τα Q -Q 3 αποτελούν ένα ταιριασµένο ζεύγος τρανζίστορ (έχον ίδια χαρακτηριστικά) και σνθέτον µία πηγή ρεύµατος ελεγχόµενη από το ρεύµα αναφοράς EF. Το Q πρέπει να λειτοργεί στον κόρο όπο και θα ισχύει: r >> EF Ο Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 3 Ο 6
Ο CMO Ενισχτής (ΙΙ) Q στην τρίοδο Q στον κόρο Καµπύλη Φόρτο - Χαρακτηριστικές Q Κέρδος Ασθενούς Σήµατος: g[ r // r ] (Q : σνδεσµολογία κοινής πηγής) x ( W / L) EF 4 EF g µ C r r EF EF Q : Αποκοπή Q : Κόρος Q : Τρίοδος Q : Κόρος Q : Κόρος Q : Τρίοδος Q : Κόρος Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 33 Ο CMO Ενισχτής (ΙΙΙ) g (r // r ) και Στην ΑC ανάλση οι C πηγές τάσης βραχκκλώνονται και οι C πηγές ρεύµατος ανοικτοκκλώνονται! g (r // r ) g(r // r ) - g ο r sg 0 Q: MO Q: pmo Χρήση µοντέλων ασθενούς σήµατος για Q και Q Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 34 r g sg 0 7
Παράδειγµα 5(Ι) εδοµένα: 0, t tp, 00µ/, p 50µ/, 00 και EF 00µ. Ζητούµενα: α) Ποιο το κέρδος ασθενούς σήµατος; β) Ποια τα όρια της περιοχής ενίσχσης, δηλ. της γραµµικής περιοχής (περιοχή ΙΙΙ) στην χαρακτηριστική εισόδο-εξόδο; (α) EF 00 Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 35 Παράδειγµα 5(ΙΙ) (β) Προσδιορισµός της τάσης των Q και Q 3, όπο ισχύει EF. Χρήση σχέσης ρεύµατος στον κόρο. ( ) tp p Έτσι.44. Q στην τρίοδο Q στον κόρο Καµπύλη Φόρτο Άρα: O ( tp ) 8.586. O Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 36 8
Παράδειγµα 5(ΙΙΙ) Για τον προσδιορισµό της ΙΑ εκµεταλλεόµαστε το γεγονός ότι τα ρεύµατα ποδοχής των Q και Q είναι ίσα. Λύνοντας ως προς O καταλήγοµε στη σχέση: EF p ( ) O t ( ) O tp O EF ( t ) EF Αντικαθιστώντας: O O 8.585 και παίρνοµε.963 Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 37 Παράδειγµα 5(Ι) Καθώς η γραµµική περιοχή είναι πολύ στενή µπορούµε να θεωρήσοµε ότι ΙΒ ΙΑ. Επειδή το Β ανήκει στο όριο κόρο και τριόδο περιοχής ισχύει: ΟΒ ΙB t. Και σε ατή την περίπτωση ισχύει: ( ) O EF t EF Αντικαθιστώντας: O OΒ και Β παίρνοµε Β.039 Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 38 9
Παράδειγµα 5() Χρησιµοποιώντας τη νέα τιµή το B στη σχέση πο ορίζει το όριο µεταξύ κόρο και τριόδο, παίρνοµε την νέα (πιο ακριβή) τιµή το OB : ΟΒ ΙB t.039 Ισχύει: Ι ΙΒ ΙΑ 37 και αντίστοιχα: ΟΒ ΟΑ ΟΒ 7.586 O Το κέρδος τάσης ισχρού σήµατος θα είναι: 99. 3 Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 39 Το MO Τρανζίστορ ως ιακόπτης s Ι - s T T t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 40 0
Παράδειγµα 6(Ι) εδοµένα: 0 45Ω Ι Στο κύκλωµα το σχήµατος ισχύει: 0, t. και 45Ω. Ζητούµενα: Να δοθεί η κµατοµορφή εξόδο το κκλώµατος f(s) αν η είσοδος έχει την κµατοµορφή πο ακολοθεί. - s s 0 5s t Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 4 Παράδειγµα 6(Ι) 00µ.µ 0 8 s 0. 00µΑ (u t ) 6 t. 0 u 0 Η - χαρακτηριστική θεωρείται δεδοµένο το προβλήµατος Τρανζίστορ Φαινοµένο Πεδίο ΙΙ 4 T5s t