Elektronički Elementi i Sklopovi. Sadržaj predavanja: 1. FET tranzistori 2. MOSFET tranzistori

Σχετικά έγγραφα
Elektronički Elementi i Sklopovi. Sadržaj predavanja: 1. MOSFET tranzistor obogaćenog tipa 2. CMOS 3. MESFET tranzistor 4. DC analiza FET tranzistora

BIPOLARNI TRANZISTOR Auditorne vježbe

Zadatak 1. U kojim od spojeva ispod je iznos pada napona na otporniku R=100 Ω približno 0V?

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

Unipolarni tranzistori - MOSFET

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE (IV semestar modul EKM) IV deo. Miloš Marjanović

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Elektronički Elementi i Sklopovi

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

Održavanje Brodskih Elektroničkih Sustava

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

nvt 1) ukoliko su poznate struje dioda. Struja diode D 1 je I 1 = I I 2 = 8mA. Sada je = 1,2mA.

numeričkih deskriptivnih mera.

9.1. Karakteristike MOS kondenzatora

STATIČKE KARAKTERISTIKE DIODA I TRANZISTORA

, Zagreb. Prvi kolokvij iz Analognih sklopova i Elektroničkih sklopova

9.11.Spojni tranzistor sa efektom polja (JFET)

Tranzistori s efektom polja. Postupak. Spoj zajedničkog uvoda. Shema pokusa

18. listopada listopada / 13

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

Elementi spektralne teorije matrica

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Mehatronika - Metode i Sklopovi za Povezivanje Senzora i Aktuatora. Sadržaj predavanja: 1. Operacijsko pojačalo

Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου Field-effect transistors (FET)

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

Kaskadna kompenzacija SAU

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Elektronički Elementi i Sklopovi

Operacije s matricama

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

OM2 V3 Ime i prezime: Index br: I SAVIJANJE SILAMA TANKOZIDNIH ŠTAPOVA

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

Sveučilište u Zagrebu. Zavod za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave. Elektronika 1

Tranzistori u digitalnoj logici

Elektronički Elementi i Sklopovi

(/(.7521,.$ 7. TRANZISTORI

IZVODI ZADACI (I deo)

konst. Električni otpor

9.6 Potpuni matematički model NMOS tranzistora. i G =0 i B =0. odreza (cutoff) Jednačine (9.19) 0 u GS V TN. linearna Jednačine (9.

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

1.4 Tangenta i normala

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΠΕΔΙΟΥ. Eλεγχος εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την εφαρμογή εξωτερικού δυναμικού στην πύλη (gate, G).

( , 2. kolokvij)

Elektrotehnički fakultet univerziteta u Beogradu 17.maj Odsek za Softversko inžinjerstvo

Sveučilište u Zagrebu. Zavod za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave. Elektronika 1R

Osnove mikroelektronike

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

Elektronički Elementi i Sklopovi

Elektronički Elementi i Sklopovi. Sadržaj predavanja: 1. Mreže sa kombiniranim DC i AC izvorima 2. Sklopovi sa Zenner diodama 3. Zennerov regulator

Elektronički Elementi i Sklopovi. Sadržaj predavanja: 1. Punovalni ispravljač 2. Rezni sklopovi 3. Pritezni sklopovi

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

Teorijske osnove informatike 1

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Kontrolni zadatak (Tačka, prava, ravan, diedar, poliedar, ortogonalna projekcija), grupa A

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

5. Karakteristične funkcije

VEŽBA 4 DIODA. 1. Obrazovanje PN spoja

Elektronika/Osnove elektronike

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 2 DIODA I TRANZISTOR

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

Elektronički Elementi i Sklopovi

NOMENKLATURA ORGANSKIH SPOJEVA. Imenovanje aromatskih ugljikovodika

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

7 Algebarske jednadžbe

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

TRIGONOMETRIJA TROKUTA

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

radni nerecenzirani materijal za predavanja

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

INTELIGENTNO UPRAVLJANJE

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

Snage u kolima naizmjenične struje

Iz zadatka se uočava da je doslo do tropolnog kratkog spoja na sabirnicama B, pa je zamjenska šema,

Uvod u elektroniku i njena uloga u ljudskoj djelatnosti. Uvod u elektroniku i njena uloga u ljudskoj djelatnosti.

Periodičke izmjenične veličine

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Transcript:

Sadržaj predavanja: 1. FET tranzistori 2. MOSFET tranzistori

Slično kao i bipolarni tranzistor FET (Field Effect Tranzistor - tranzistor s efektom polja) je poluvodički uređaj s tri terminala (izvoda) Razlika između između FET tranzistora i bipolarnih tranzistora je u tome što se sa bipolarnim tranzistorom upravlja pomoću struje dok se sa FET tranzistorom upravlja putem napona. Kod bipolarnih tranzistora je struja kolektora I C funkcija struje baze I B. Kod FET tranzistora struja drain elektrode I D je funkcija upravljačkog napona V GS

Jedna od najvažnijih karakteristika FET tranzistora je visoka ulazna impedancija Ulazna impedancija FET tranzistora je oko 1 MΩ što je daleko više od BJT tranzistora S druge strane BJT tranzistori imaju prilično veće naponsko pojačanje od FET tranzistora FET tranzistori su stabilniji od BJT tranzistora s obzirom na temperaturne varijacije FET tranzistori su manjih dimenzija od BJT tranzistora što ih čini pogodnim za dizajn integriranih krugova (IC)

FET tranzistore dijelimo na slijedeće skupine: JFET - Junction Field Effect Transistor - n - kanalni - p - kanalni MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - depletion type (FET osiromašenog tipa) - enhanced type (FET obogaćenog tipa) MESFET - Metal Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET je najviše rasprostranjen kod dizajna integriranih krugova (IC) MESFET je poluvodički uređaj novijeg doba te koristi GaAs kao poluvodički materijal (zbog brzine rada tranzistora)

Konstrukcija n-kanalnog JFET tranzistora: Glavni dio konstrukcije čini materijal N-tipa koji formira kanal u sendviču između poluvodičkog materijala P-tipa. Dva materijala P-tipa su povezani na elektrodu gate (G) Gornja elektroda na slici se naziva gate (G) dok se donja elektroda naziva source (S). P-N spojevi tvore osiromašeno područje slično kao kod tranzistora. To je područje bez slobodnih nosioca naboja.

Operacija JFET tranzistora može se zamisliti slično kao i operacija slavine. Zakretanjem slavine regulira se tijek vode kroz cijev. Voda teče iz izvora kroz cijev i otiče u odvod (sink). JFET tranzistor je analogan protoku vode kroz slavinu. Povećavanjem napona između elektroda G (gate) i S (source) povećava se i protok struje.

JFET tranzistor kada je V GS = 0, V DS > 0

U ovom slučaju su elektrode G i S na istom potencijalu od 0V. U trenutku kada primjenimo napon V DD između elektroda D i S elektroni poteku prema drain terminalu (D) što rezultira strujom I D prema source terminalu (S). U ovom slučaju je struja kroz drain terminal I D je jednaka struji kroz source terminal I S zbog toga što nije primjenjen napon V GS.

Treba primjetiti da se osiromašeno područje širi prema D (drain) elektrodi. Ovo proširenje se događa zbog toga što kanal ima odgovarajući otpor te kroz N-kanal imamo gradijent potencijala. To znači da zaporni potencijal P-N spoja raste od elektrode S ka elektrodi D te zbog toga raste i širina osiromašenog područja. Sličan efekt imamo i kod diode, širina osiromašenog područja raste sa naponom reverzne polarizacije.

Kako raste napon V DS struja I D će rasti prema Ohmovom zakonu kao na slici: Treba primjetiti da je za niže vrijednosti napona V DS struja I D ima gotovo konstantnu ovisnost o naponu V DS, tj. otpor je gotovo konstantan. Kako povećavamo napon V DS tako se kanal sužava jer se povećava širina osiromašenog područja. Zbog toga, kada napon V DS dosegne vrijednost napona V P kanal se toliko suzi da sada otpor kanala jako raste sa naponom V DS.

Napon V DS kada se kanal toliko suzi da se osiromašena područja "dodiruju" označuje se sa V P (eng. pinch-off voltage) Iako naziv pinch-off sugerira da je struja I D = 0 pri naponu V P, to nije slučaj već tada struja I D poprima vrijednost struje saturacije, tj. I D = I DSS Kako se napon V DS povećava iznad vrijednosti V P tako se osiromašena područja počinju dodirivati cijelom dužinom kanala, međutim nivo struje I D ostaje konstantan.

To u suštini znači da ako je V DS > V P onda JFET ima karakteristiku strujnog izvora: Struja I DSS je ujedno i maksimalna struja draina (I D ) koju JFET može dati. Kao što je vidljivo iz slike, struja je fiksna na nivou I DSS, ali napon V DS ovisi o teretu spojenom na JFET tranzistor.

JFET tranzistor kada je V GS < 0 Napon V GS je napon pomoću kojeg upravljamo JFET tranzistorom. Slično kao što za BJT tranzistor nivoi struje I C ovisi o naponu V CE za različite nivoe struje I B, tako i kod JFET tranzistora struja I D ovisi o naponu V DS za različite nivoe napona V GS. Treba primjetiti da su u aktivnom području naponi V GS za n-kanalni JFET negativni.

Fizikalno gledajući kako se smanjuje napon V GS (tj. kako postaje negativniji) to je potreban sve manji napon V DS = V P da bi tranzitor ušao u saturaciju. Razlog tome je što je negativniji napon V GS, G elektroda postaje sve negativnija u odnosu na drain D te se povećava širina osiromašenog područja. Kod p-kanalnog JFET tranzistora je fizikalna slika obrnuta, kako napon V GS raste (postaje sve pozitivniji) treba sve manji napon V DS = V P da bi tranzitor ušao u saturaciju. U data-sheetu proizvođača, pinch-off napon V P se najčešće označava sa V GS(off).

Jedna od primjena JFET tranzistora u omskom području (području lijevo od saturacije) jest da služi kao naponski upravljani otpor. U omskom području, struja I D je gotovo linearno ovisna o naponu V DS te se otpor može uzeti da je konstantan. Nagib krivulje u omskom području se može regulirati naponom V GS. Otpor u omskom području se može aproksimirati pomoću jednadžbe: (1) r d = r 0 1 V GS ΤV 2 P gdje je r 0 otpor kada je V GS = 0 V.

p-kanalni JFET tranzistor Konstrukcija p-kanalnog JFET tranzistora je identična konstrukciji n-kanalnog JFET tranzistora s tom razlikom što su materijali P i N tipa zamijenjeni. Smijerovi struja I D, I S i I G su obrnuti nego kod n-kanalnog JFET tranzistora. Naponi V DS i V GS su također obrnutog polariteta nego kod n-kanalnog JFET tranzistora.

Karakteristika p-kanalnog JFET tranzistora. Za oba tipa JFET tranzistora (p-kanalni i n- kanalni) postoji i breakdown regija ako napon V DS poraste iznad napona V DSmax. U breakdown regiji struja I D jest limitirana samo vanjskom električnom mrežom.

simboli JFET tranzistora n-kanalni JFET p-kanalni JFET

Sažetak (JFET) tranzistori: Maksimalna struja I D kroz JFET tranzistor se označava kao struja I DSS i to je ona struja koja teče kroz tranzistor kada je V GS = 0 te kada je V DS V P. Kada je iznos napona V GS (modul) veći ili jednak od iznosa napona (modula) V P tada je struja I D = 0 A Za sve napone V GS koji su između napona 0V i napona V P struja I D će biti između I DSS i 0 A

Prijenosna karakteristika JFET tranzistora Kod BJT tranzistora struja I C je funkcija struje baze I B te su ova dva parametra povezani putem strujnog pojačanja β: (2) I C = f I B = βi B Jednadžba (2) je linearna jednadžba, tj. I C linearno ovisi o struji I B. Kod JFET-a imamo kvadratnu ovisnost struje I D o naponu V GS : (3) I D = I DSS 1 V GS V P 2 Jednadžba (3) naziva se još i Shocklyeva jednadžba. Iz jed. (3) je vidljivo da je ovisnost struje I D o naponu V GS nelinearna.

Bitno je uočiti da: 1. V GS = 0 I D = I DSS 2. V GS = V P I D = 0

Usporedba operacijskih parametrara za FET i JFET

Konstrukcija n-kanalnog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa Konstrukcija n-kanalnog MOSFET tranzistora započinje sa substratom P-tipa. Substrat je temelj na kojemu se gradi MOSFET tranzistor. Mnogi MOSFET tranzistori imaju još i dodatnu SS elektrodu koja je vezana substrat. Terminali (S) i (D) su spojeni na materijal N-tipa koji je povezan kanalom N-tipa. Gate elektroda je vezana na izolacijski sloj (SiO2). Za razliku od JFET tranzistora, ne postoji direktni spoj između gate (G) elektrode i kanala N-tipa. Ovaj sloj silicij dioksida (SiO2) bitno povećava ulaznu impedanciju MOSFET tranzistora!

Zbog visoke ulazne impedancije, za DC analizu može se uzeti da je I G = 0. Naziv metal-oxide-semiconductor je očit iz konstrukcije MOSFET tranzistora: metal je za gate,source i drain elektrode, oxide dolazi iz SiO2 izolacijskog sloja te semiconductor dolazi od poluvodičkog materijala u koji se difundiraju primjese P i N tipa. Zbog izolacijskog sloja između gate elektrode i poluvodičkog materijala (SiO2) MOSFET se ponekad naziva i insulated-gate FET tj. IGFET.

MOSFET tranzistor kada je V DS > 0 Na slici je n-kanalni MOSFET tranzistor osiromašenog tipa. Rezultirajuća struja je slična onoj kao i kod JFET tranzistora. Slobodni nosioci (elektroni) u n-kanalu se pod uticajem napona V DS gibaju od elektrode S (source) prema D (drain) elektrodi.

Prijenosna karakteristika n-kanalnog MOSFET tranzistora

Ako na G (gate) elektrodu dovedemo negativni potencijal, taj. negativni potencijal gura elektrone prema substratu P-tipa. Pod uticajem napona V GS pojačava se rekombinacija parova elektron-šupljina što rezultira smanjenim brojem slobodnih nosioca u kanalu N-tipa. Zbog toga se struja I D smanjuje sa povećanjem negativnog napona V GS. Ako napon V GS postane pozitivan tada prema gate (G) elektrodi putuju dodatni manjinski nosioci iz substrata P-tipa. Takve nosioce akcelerira električno polje te zbog sudara dolazi do stvaranja novih nosioca.

Pod ovim uvjetima, kada V GS nastavlja rasti (tj. kada postaje sve pozitivniji) struja I D počinje eksponencijalno rasti. U ovom području rada, treba voditi računa o maksimalnoj struji I D koja može teći kroz MOSFET tranzistor bez posljedica po uređaj. Kod n-kanalnog MOSFET-a ako je napon V GS > 0 onda je tranzistor u obogaćenom području a kada je V GS < 0 transistor je u osiromašenom području. Struja koja teče kroz tranzistor se kao i kod JFET tranzistora može opisati Schocklyevom jednadžbom, tj. jednadžbom (3).

Konstrukcija p-kanalnog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa Konstrukcija p-kanalnog MOSFET tranzistora je točno obrnuta od n-kanalnog MOSFET tranzistora. Za razliku od n-kanalnog MOSFET-a, kanal je P tip poluvodiča dok je substrat N-tip poluvodiča. Napon V DS je negativan za p-kanalni MOSFET.

Prijenosna karakteristika p-kanalnog MOSFET tranzistora.

Simboli n-kanalnog i p-kanalnog MOSFET tranzistora. Postoje izvedbe sa izdvojenom elektrodom substrata (4) terminala te bez elektrode substrata (3) terminala.

MOSFET tranzistor obogaćenog tipa Konstrukcija MOSFET tranzistora obogaćenog tipa je različita od JFET tranzistora i MOSFET tranzistora osiromašenog tipa. Posljedica toga je da prijenosna karakteristika nije opisana Shocklyevom jednadžbom. Također struja I D ne teče sve dok napon V GS ne postigne točno određen nivo.