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.

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

BIPOLARNI TRANZISTOR Auditorne vježbe

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Unipolarni tranzistori - MOSFET

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.

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

9.1. Karakteristike MOS kondenzatora

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

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

STATIČKE KARAKTERISTIKE DIODA I TRANZISTORA

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

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

9.11.Spojni tranzistor sa efektom polja (JFET)

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

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

18. listopada listopada / 13

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

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

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

1.4 Tangenta i normala

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

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

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

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

IZVODI ZADACI (I deo)

Elementi spektralne teorije matrica

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

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

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

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

, Zagreb. Prvi kolokvij iz Analognih sklopova i Elektroničkih sklopova

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

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

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

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

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

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

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

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

Osnove mikroelektronike

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

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

Obrada signala

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

OSNOVI ELEKTRONIKE. Vežbe (2 časa nedeljno): mr Goran Savić

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Elektronički Elementi i Sklopovi

konst. Električni otpor

, 81, 5?J,. 1o~",mlt. [ BO'?o~ ~Iel7L1 povr.sil?lj pt"en:nt7 cf~ ~ <;). So. r~ ~ I~ + 2 JA = (;82,67'11:/'+2-[ 4'33.10'+ 7M.

1 UPUTSTVO ZA IZRADU GRAFIČKOG RADA IZ MEHANIKE II

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

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

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

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

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Prvi kolokvijum. y 4 dy = 0. Drugi kolokvijum. Treći kolokvijum

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Elektronički Elementi i Sklopovi

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Induktivno spregnuta kola

Teorijske osnove informatike 1

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

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

Računarska grafika. Rasterizacija linije

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

Univerzitet u Nišu, Prirodno-matematički fakultet Prijemni ispit za upis OAS Matematika

Osnove elektrotehnike I popravni parcijalni ispit VARIJANTA A

Značenje indeksa. Konvencija o predznaku napona

Aneta Prijić Poluprovodničke komponente

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

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?

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 2 DIODA I TRANZISTOR

10. STABILNOST KOSINA

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

OBRTNA TELA. Vladimir Marinkov OBRTNA TELA VALJAK

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

5 Ispitivanje funkcija

1 Promjena baze vektora

III VEŽBA: FURIJEOVI REDOVI

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

= 6.25 Ω I B1 = 3U =529 Ω I B2 = 3U = 1905 Ω I B3G = 3U

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

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

XI dvoqas veжbi dr Vladimir Balti. 4. Stabla

numeričkih deskriptivnih mera.

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Ovo nam govori da funkcija nije ni parna ni neparna, odnosno da nije simetrična ni u odnosu na y osu ni u odnosu na

Kaskadna kompenzacija SAU

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

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

MAGNETNO SPREGNUTA KOLA

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

Transcript:

9.6 Potpuni matematički model NMOS tranzistora Jednačine od (9.18) do (9.1) prikazane su u tabelarno u tabelama T 9.1 i T 9. i predstavljaju kompletan model i-u ponašanja NMOS tranzistora, gdje vrijedi : Tabela T 9.1 W W K n = K n = µ ncox L L Jednačine (9.18) ZA SE OBLASTI RADA i G =0 i B =0 Tabela T 9. RADNE OBLASTI i uvjet odreza (cutoff) Jednačine (9.19) 0 u GS TN linearna u i = K n ( ugs TN ) u Jednačine (9.0) (u GS - TN ) u 0 zasićenja W i = Kn ( ugs TN ) (1 + λu ) Jednačine (9.1) L u (u GS - TN ) 0 ZADATAK: Odrediti radne oblasti i izračunati struju odvoda za NMOSFET, koji radi : a) sa GS =0, =1, b) sa GS =, =0,5, c) sa GS =, =, ako je TN =1, Kn=1mA/ i λ=0,0. RJEŠENJE: a) za GS =0, =1 i TN =1 slijedi: u GS TN jer je 0 <1 : radna oblast odreza i i =0 b) za GS =, =0,5 slijedi: (u GS - TN ) u jer je (-1) > 0,5 : linearna radna oblast i i u 3 = K n ( ugs TN ) u = 10 ( 1 0,5 / )0,5 = 375µ A c) za GS =, = slijedi u (u GS - TN ) jer je >(-1) : radna oblast zasićenja i 3 W 10 3 i = K n ( ugs TN ) (1 + λu ) = ( 1) (1 + 0,0 ) = 0,5 10 1,04 = 50µ A L 1

9.7 Prenosna karakteristika i rad MOSFET-a u smanjujućem režimu (MOSFET sa ugrađenim kanalom) Moguće je proizvesti MOSFET trazistore sa ugrađenim kanalom n-tipa [slika 9.8 a)], koji fizički povezuje izvor i odvod, kao drugi tip MOSFET-a, nazvan NMOSFET smanjujućeg tipa (depletion- mode device). Slika 9.8. a) NMOSFET sa ugrađenim kanalom (MOSFET smanjujućeg tipa) b) simbol za isti; prenosne karakteristike NMOSFET-a: c) povećavajući tip; d) smanjujući tip Ovdje se dovođenjem negativnog napona između vrata i podloge, stvara takva polarizacija u dielektrikumu (SiO ), da se strana dielektrikuma do kanala nabija

negativno (vezani naboji). Kao posljedica ovoga, nastupa povlačenje elektrona iz n-tipa kanala prema p podlozi. Time se površina poprečnog presjeka kanala, koji učestvuje u provođenju struje odvoda, smanjuje, što stvara veću otpornost kanala. Dovoljno veliki negativni napon vrata, u tom slučaju dovodi do prekida kanala i kočenja MOSFET-a. Tako se napon vrata koristi kao upravljački napon, jer njegovo povećanje (negativno) dovodi do smanjenja provodnosti kanala u odnosu na slučaj kada je napon vrata u GS =0 i kada je provodnost kanala značajno veća. I-u karakteristike se mogu nacrtati i na drugačiji način nego do sada, crtajući zavisnost struje odvoda od napona vrata, pri fiksnom naponu odvoda, a koje su nazvane prenosne karakteristike (transfer caracteristic ) - slika 9.8 c) i d) : * jedna je nacrtana za napon praga (threshold voltage) TN >0 [slika c)] * druga je nacrtana za napon praga (threshold voltage) TN <0 [slika d)] Kriva sa slike 9.8 c) odgovara tranzistoru povećavajućeg tipa (enhancement- mode device) tranzistoru sa induciranim kanalom, a kriva sa slike 9.8 d) odgovara tranzistoru smanjujućeg tipa (depletion-mode device) - tranzistoru sa ugrađenim kanalom. Sa slike 9.8 d) se primjećuje se da i pri u GS =0, egzistira neka struja koja nije jednaka nuli, jer je tada u potpunosti uspostavljen kanal između izvora i odvoda. Međutim MOSFET sa ugrađenim kanalom može da radi i pri pozitivnom naponu vrata. Pod dejstvom pozitivnog napona vrata, sloj dielektrikuma uz ivicu kanala postaje pozitivno polariziran (vezani naboji), pod čijim se dejstvom izvlače elektroni iz podloge (p tipa), tako da broj slobodnih nosilaca (elektroni) u kanalu raste, što daje manju otpornost kanala i veću struju odvoda [slika 9.8 d) za u GS >0 ]. Iz prethodnog slijedi, da NMOSFET sa ugrađenim kanalom može da provodi struju i u povećavajućem i u smanjujućem režimu, dok NMOSFET sa induciranim kanalom može da provodi struju isključivo u povećavajućem režimu rada. NMOSFET sa induciranim kanalom je već pri naponu u GS =0 zakočen, a pri povećanju negativnog napona vrata, NMOSFET ulazi u oblast akumulacije pozitivnog naboja i ne može da provodi struju između izvora i odvoda. 3

9.8. PMOS tranzistori Tranzistori sa p-tipom kanala (PMOS) se takođe mogu lako fabrički realizirati. Ustvari, tehnologija PMOS tranzistora i integriranih krugova, koji su koristili PMOS tranzistore se i pojavila prva, jer je bilo lakše upravljati procesom proizvodnje PMOS krugova. PMOS tranzistori su formirani u podlozi n-tipa, gdje dvije jako dopirane oblasti p-tipa poluvodiča čine odvod i izvor. Slika poprečnog presjeka PMOS-a je ista kao i kod NMOS-a, samo su p i n slojevi zamijenili mjesta [slika 9.9 a)]. Kvalitativno ponašanje PMOS tranzistora je u biti isto kao i NMOS tranzistora, samo su naponi normalne polarizacije ovih tranzistora, a i struje kroz njih suprotnog znaka. Tako, kod PMOS tranzistora struja ulazi u izvor a izlazi iz odvoda. Da bi se privukle šupljine i stvorio p-tip inverznog (induciranog) kanala, napon na vratima kanala treba biti negativan (u GS <0). Da bi PMOS tranzistor povećavajućeg tipa počeo da vodi, napon između njegovih vrata i izvora mora biti negativniji od njegovog napona praga, koji je sada označen sa TP (oznaka P je zbog p-tipa kanala) a napon TP, kod koga nastupa invertovanje n tipa poluvodiča u p tip poluvodiča je manji od nule ( TP <0). Da bi spojevi izvor-podloga, kao i odvod-podloga. bili inverzno polarizirani, naponi u DB i u SB moraju biti manji od nule, što je zadovoljeno ako je napon u <0. Potpuni matematički model za PMOS tranzistor se može napisati slično kao i za NMOS tranzistor, preko jednačina od (9.) do (9.5) koje su date tabelarno u tabelama T 9.3 i T 9.4. Tabela T 9.3 W W K p = K p = µ pcox L L Jednačine (9.) ZA SE OBLASTI RADA i G =0 i B =0 Tabela T 9.4 RADNE OBLASTI i uvjet Prekida(cutoff) Jednačine (9.3) 0 u GS TP linearna Jednačine (9.4) zasićenja Jednačine (9.5) i SD usd i SD = K p ( usg + TP ) u = K p W ( u L SG + TP SD ) (1 + λu SD ) (u SG + TP ) u SD 0 u SD (u SG + TP ) 0 Jednačine date tabelama T 9.3 i T 9.4 za PMOS tranzistore, razlikuju se od jednačina za NMOS tranzistore, po indeksima (invertiranje indeksa), kao i po promjeni predznaka za napon praga. Kvalitativna razlika nastaje u izrazima za K p u odnosu na K n. U PMOS tranzistoru, nosioci elektriciteta u kanalu su šupljine, a struja je 4

proporcionalna pokretljivosti šupljina µ p. Tipična pokretljivost šupljina je 40% pokretljivosti elektrona, tako da za dati set naponskih uslova, PMOS tranzistor provodi samo 40% struje NMOS tranzistora! Kao i NMOS tranzistori, i PMOS tranzistori se mogu proizvesti sa ugrađenim kanalom da rade u smanjujućem režimu (tada je TP >0). Izlazne i-u karakteristike PMOS tranzistora su iste kao i kod NMOS tranzistora, samo se indeksi uz simbole za struju i napon, na apscisi i ordinati invertiraju: napon odvod-izvor u napon izvor-odvod i struja odvod-izvor u struju izvor-odvod. a) b) Slika 9.9.a) Poprečni presjek PMOS tranzistora sa induciranim kanalom b) Prenosne karakteristike NMOS i PMOS tranzistora c) i f) simboli za iste 5

Prenosne karakteristike u povećavajućem režimu rada NMOS tranzistora, prikazane su u prvom kvadrantu ( GS >0 i I >0). Prenosne karakteristike u smanjujućem režimu rada NMOS tranzistora, prikazane su u prvom i drugom kvadrantu ( GS >0 i GS <0 a I >0) Prenosne karakteristike PMOS tranzistora se mogu prikazati u trećem i četvrtom kvadrantu za rad u smanjujućem režimu odnosno u trećem kvadrantu za rad u povećavajućem režimu, kao što je to urađeno na slikama 9.9 b). Ovakav način prikazivanja prenosnih karakteristika PMOS tranzistora je ilustrativan stoga što je struja PMOS tranzistora suprotno usmjerena od struje NMOS tranzistora (-I ). 9.9. Polarizacija MOSFETA-a Kod MOSFET-a postoje tri osnovne oblasti rada: odreza ili kočenja (cutoff), linearna oblast i oblast zasićenja, u svakoj od kojih se, zavisno od namjene tranzistorskog sklopa, može naći radna tačka tranzistora. Radna tačka (Q tačka) je za MOSFET definirana parom vrijednosti (I, ). Slika 9.10. a) Konstantna polarizacija napona vrata korištenjem djelitelja napona; b) ekvivalentna šema zamjenom ulaznog kruga Thevenin-ovim ekvivalentnim generatorom 6

Kod ručnog proračuna Q tačke, modulacija dužine kanala se obično zanemaruje, postavljanjem vrijednosti λ=0, što unosi grešku od 5% do 10%. S druge strane, λ ima vrlo značajnu ulogu u ograničenju pojačanja u analognim pojačavačkim krugovima, pa se tamo ovaj parametar uključuje u matematičku analizu. Polarizacija MOSFET-a će biti pokazana na konkretnom primjeru koristeći matematički model NMOSFET-a. Radi pojednostavljenja analize, zamijenićemo krug polarizacije vrata sa Thevenin-ovim ekvivalentnim generatorom kako slijedi: R R R 1 1 EQ = GG ; REQ = (9.18) R1 + R R1 + R Radna tačka će biti definirana koristeći II Kirhiff-ov zakon za dvije označene konture: EQ DD = R = R EQ L I I G + + GS (*) (9.19) Poznato je da je za MOSFET struja vrata jednaka nuli, pa za ulazne podatke R L =100 KΩ; R 1 =30 KΩ R =70 KΩ; DD = GG =10, TN =1, dobijemo: GS = EQ =3 Da bi se odredila struja I, treba prvo definirati radnu oblast, pa odrediti Q tačku i vidjeti da li Q tačka leži u odabranoj radnoj oblasti. Pretpostavimo da je odabrana radna oblast zasićenja izlaznih karakteristika. Ovaj izbor pojednostavnjuje matematički pristup, pošto struja I ne zavisi od napona. Tada je i GS W = K n ( GS TN ) = 50µ A L = TN = R L I + DD = 5 (9.0) Obzirom da je > ( GS - TN ), tranzistor radi u oblasti zasićenja izlaznih karakteristika. Q tačka je definirana kao (50µA; 5) uz GS =3. Q tačka se kao i u slučaju bipolarnog tranzistora može naći grafički, u prostoru izlaznih karakteristika tranzistora, gdje se ucrta prava opterećenja na osnovu jednačine (*) iz (9.19). Tranzistorski krug koji je dat slikom 9.10. pretpostavlja fiksni napon između vrata i izvora. Teoretski, to dobro funkcionira. Treba međutim uzeti u obzir da uvijek postoje tolerancije otpornika i napona napajanja, kao i promjena vrijednosti ovih komponenti pri promjeni temperature u realnom krugu. Takođe postoji odstupanje iznosa K n i TN od svojih nominalnih vrijednosti, u tom slučaju. 7

Zato je pogodna polarizacija sa četiri otpornika. Izvor DD je sada korišten i da polarizira vrata, kao i da omogući struju odvoda, slično kao kod bipolarnog tranzistora, što je prikazano na slici 9.11 a). Slika 9.11. a) Polarizacija MOSFET-a sa četiri otpora, b) ekvivalentne šeme U ekvivalentnoj šemi se ovaj izvor razdvaja na dva ista izvora, pa je napon vrata određen Thevenin-ovim ekvivalentnim generatorom i Thevenin-ovim ekvivalentnim otporom. Ovo se vidi na posljednjem ekvivalentnom krugu tranzistora sa slike 9.11 b). 8

Za primijetiti je da ovaj krug predstavlja prikaz MOSFET-a preko tri izvoda, gdje je izvod sa tijela (bulk terminal), povezan sa izvorom i uzemljen. Da bi se odredila Q tačka, za krug sa slike 9.11 b), napisane su dvije jednačine za označene konture, smatrajući da u prvoj konturi teće struja I G a u drugoj I prema označenim referentnim smjerovima: EQ DD = R = R EQ D I I G + + GS + ( I + ( I G G + I + I ) R S ) R S (*) (9.1) Kako je struja vrata jednaka nuli, prethodne jednačine se pojednostavnjuju na: EQ DD = GS + I R = ( RD + RS ) I + S (*) (9.) Ako pretpostavimo da tranzistor radi u oblasti zasićenja njegovih izlaznih karakteristika, sa strujom i W L = K n ( GS TN ) (9.3) jednačina ulazne konture postaje WR S EQ = GS + I RS = GS + K n ( GS TN ). (9.4) L Uočljivo je da jednačina (9.4) kvadratna jednačina po naponu GS. Za date vrijednosti otpora i napajanja : R S =39 KΩ; R D =75 KΩ; R 1 =100 KΩ; R =150 KΩ; DD = GG =10, TN =1, Kn=5µA/ dobijemo: EQ =4, R EQ =60Ω i GS =±,66. Za vrijednost GS =-,66 tranzistor će biti zakočen jer je GS < TN. Tako vrijednost GS =+,66 predstavlja traženo rješenje. Koristeći jednačinu (9.3), dobije se vrijednost struje odvoda: I =34,4 µa. Iznos napona će se sada naći iz jednačine [9. (*)] i iznosi : =6,08. Pošto je zadovoljen uvjet za zasićenu oblast rada izlaznih karakteristika tranzistora: ( GS - TN ), to je Q tačka sada definirana kao (34,4µA; 6,08) uz GS =,66. Kod polarizacije MOSFET-a sa četiri otpornika sa slike 9.11 b), postiže se vrlo dobra stabilizacija radne tačke. Tako, ako na primjer zbog porasta temperature poraste struja I, tada će porasti i pad napona na otporu R S ( S = I R S ). 9

Kako je EQ =const, a struja I G =0, tada napon GS opada. Iz tih razloga sada i struja W I opada [ i = K n ( GS TN ) ]. L Samim tim opada i pad napona na otporu R S ( S = I R S ). Ovim se vrši samoregulacija pomjeranja radne tačke, definirane preko (I, U ). 9.10 Kapaciteti u MOSFET-u Svi elektronički uređaji imaju interni kapacitet koji ograničava njihove performanse pri visokim frekvencijama uređaja. U primjeni kod logičkih krugova, ovaj kapacitet ograničava brzinu prekapčanja krugova, a kod pojačala, kapacitet ograničava frekvencu pri kojoj uređaj uspješno radi. a) Kapacitet NMOS tranzistora pri radu u linearnoj oblasti izlaznih karakteristika Različiti kapaciteti, povezan sa MOSFET-om, koji radi u linearnoj oblasti karakteristika, u kojoj kanal veže izvod i odvod, ilustrirani su slikom 9.1. Jednostavan model ovih kapaciteta je dao Meyer : ukupni kapacitet između vrata i kanala C GC je dat kao priozvod kapaciteta vrata-kanal po jedinici površine i površine vodljivog kanala, definirane preko dužine kanala (L) i debljine kanala (W): C GC = C ox WL (9.5) Slika 9.1 NMOS kapaciteti pri radu u linearnoj oblasti izlaznih karakteristika U ovoj oblasti rada, kapacitet C GC je zapravo podijeljen na dva jednaka dijela : C GS je kapacitet vrata-izvor a C GD je kapacitet vrata-odvod 10

i svaki od njih predstavlja polovinu ukupnog karaciteta C GC plus preklapajući kapacitet između vrata i područja izvora, odnosno između vrata i područja odvoda (koji su jednaki za simetričnu izvedbu tranzistora), tako da vrijedi: C GS = (C ox WL)/+ C OL W i C GD = (C ox WL)/+ C OL W (9.6) Preklapajući kapacitet C OL je kapacitet po jedinici širine silicijum dioksida. Nelinearni kapacitet između inverzno polariziranih pn spojeva označen sa C SB i C DB, predstavlja kapacitet između izvora i kontakta podloge, odnosno između odvoda i kontakta podloge, respektivno. b) Kapaciteti NMOS tranzistora u zasićenoj oblasti izlaznih karakteristika U oblasti zasićenja, dio kanala je zgnječen, odnosno nije vodljiv. Prema Meyerovom modelu slijedi da je: C GS = (C ox WL)/3+ C OL W i C GD = C OL W (9.7) Uočljivo je da kapacitet C GS sadrži /3 kapaciteta C GC, dok kapacitet C GD ne zavisi od C GC. Ovo je ilustrirano slikom 9.13. Slika 9.13 NMOS kapaciteti pri radu u zasićenoj oblasti izlaznih karakteristika c) Kapacitet NMOS tranzistora u oblasti odreza (kočenja) izlaznih karakteristika U oblasti odreza provodni kanal ne postoji. rijednost C GS i C GD sada sadrže samo kapacitete preklapanja: C GS = C OL W i C GD = C OL W (9.8) Postoji još mali kapacitet C GB između vrata i kontakta podloge. 11

Iz prethodnih jednačina je jasno da kapacitet MOSFET-a zavisi od radne oblasti u karakteristikama tranzistora i da je nelinearna funkcija napona koji su dovedeni na tranzistor, te njihov uticaj treba uključiti u analizu ponašanja digitalnih i analognih krugova koji koriste MOSFET-ove. 1