5. MOSFET Integrated Circuits
Cari - 5. MOSFET İnteqrasiya olunmuş sxemlər
ÖNCEKİ - 4. FET Gücləndirici Konfiqurasiya və Biasing
MOSFET Integrated Circuits
MOSFET tranzistorları inteqrasiya dövrənin bir hissəsi kimi hazırlandıqda, praktiki məsələlər dövrə konfiqurasiyasında iki əsas dəyişiklik tələb edir. Birincisi, diskret gücləndiricilərdə istifadə edilən böyük birləşdirmə və bypass kondansatörləri kiçik ölçüsündən asılı olaraq inteqral sxemlərdə praktik olaraq hazırlana bilməz. Biz birbaşa əlaqəli gücləndiriciləri hazırlayaraq bu çatışmazlığı ətrafında tanıyırıq.
İkinci böyük dəyişiklik isə, biz bias sxeminin bir hissəsi kimi istifadə olunan rezistorları asanlıqla hazırlaya bilməməmizdir. Bunun əvəzində, MOS tranzistorlarından ibarət aktual yüklər və cari mənbələrdən istifadə edirik.
İnteqrasiya edilmiş sxemlər həm NMOS, həm də PMOS dövrələrindən istifadə edirlər. CMOS rəqəmsal dövrədə daha çox yayılmışdır, NMOS adətən yüksək sıxlıqlı ICs üçün istifadə olunur (yəni çip başına daha çox funksiya).
Aktiv yüklərin simulyasiyası MOS xarakterik əyriləri yamacından istifadə edir. Şəkil 23 iki növ aktiv yükü göstərir. 23 (b) bir NMOS tükənmə yükünü göstərir, Şəkil 23 (a) isə NMOS genişlənmə yükünü göstərir. Həmçinin rəqəmlə göstərilən müvafiq xarakterik əyrilərdir.
Şəkil 23 - Aktiv yüklər
NMOS genişlənmə yükü üçün gerilim və cərəyan arasındakı əlaqələr verilir
(29)
Bu konfiquranın ekvivalent müqaviməti 1 /gmtranskondensivliyin dəyəri bias nöqtəsində tətbiq olunduğu yerdir.
NMOS tükənmə yükü bərabər müqavimətə malikdir və aşağıdakı tənlik ilə verilən xarakterikliyin yamacından müəyyən edilir
(30)
5.1 MOSFET İnteqrasiyalı Sxemlərin Biasing
İndi aktual yükləri simulyasiya etmək üçün iki üsulumuz var ki, biz biasing məsələsini həll edə bilərik. Yük müqavimətinə qarşı aktiv yükü hər hansı bir dövrə konfiqurasiyasında istifadə edirik. Bunları analiz etmə üsulunu göstərmək üçün, XMNUMX-də göstərildiyi kimi, NMOS gücləndiricisini bir genişlənmə yükü ilə nəzərdən keçirək.
Transistor etiketli Q2 əvəz RD əvvəlki dövrümüzün. Sakit işləmə nöqtəsini təyin etmək üçün Bölmə 4-də gördüyümüz kimi “FET Gücləndirici konfiqurasiyaları və qərəzli yanaşma” ilə eyni üsullardan istifadə edirik, yalnız rezistor yük xətti üçün gücləndirmə yükünün qrafik xarakteristikasını əvəz edirik. Yəni, FET tranzistor xüsusiyyətlərinin yük xətti tənliyi ilə eyni vaxtda həllini tapmalıyıq. Bunu Şəkil 25-də göstərildiyi kimi qrafik olaraq edə bilərik.
Parametrik əyrilər gücləndirici tranzistor Q, xarakterik əyrilərdir1. Aktiv yükün gərginliyi və cari xarakteristikası, Q2 Şəkil 23 olanlar. Çıxış gərginliyi, vhəyata, arasındakı fərqdir VDD və aktiv yük üzrə gərginlik. Aktiv yükdə olan cari gücləndirici tranzistorda drenaj axını ilə eynidır. Buna görə də Şəkil 23 xarakterikliyini əks etdirən yansıtma görüntüsünü alaraq yük xəttini qururuq. Əməliyyat nöqtəsi bu tranzistorun uyğun tranzistor xarakterik əyri ilə kəsişməsidir. Transistor əyri seçimini bilmək üçün qapalı mənbədən gərginliyi tapmaq lazımdır. Daha sonra görəcəyik ki, giriş bias gərginliyi tez-tez aktiv cari mənbə ilə əvəz olunur.
Şəkil 25 - Q nöqtəsi üçün qrafik həll
İndi aktiv yükü necə simulyasiya edəcəyimizi bilirik ki, nəzərə alın ki, giriş bias sxeminin bir hissəsi kimi istifadə ediləcək bir istinad axınının yaradılmasına diqqət yetiririk. Bu cari qaynaqlar BJT amplifikatçının dayandırılması üçün istifadə etdikləri şəkildə eyni şəkildə istifadə olunur.
Şəkil 26 - Cari ayna
MOSFET'i təhlil edirik cari güzgü. Cari bir ayna Şəkil 26-də göstərilir. İki tranzistorun mükəmməl uyğunlaşması olduğu ehtimal edilir. Çıxış axını drenaj axınıdır Q2, və bir istinad axını sürücülər Q1. Transistorlar mükəmməl uyğunlaşdıqda, çıxış axını referans cərəyana tam bərabər olacaqdır. Transistorlar paralel olaraq birləşdirildiyi üçün bu doğrudur. BJT cərəyan güzgüsündə olduğu kimi, referans cərəyan da Şəkil 26 (b) -də göstərildiyi kimi bir referans müqavimətə istinad gərginliyi tətbiq olunmaqla yarana bilər.
Müxtəlif alt sxemlərin birlikdə yerləşdirilməsi (məsələn, aktiv yük və referans axını) Şəkil 27-in CMOS gücləndiricisinə səbəb olur.
Bu amplifikatçının qazancı tərəfindən verilir
(31)
Şəkil 27 - CMOS gücləndiricisi
5.2 Bədən təsiri
Bölmə “2. Metal-oksid yarımkeçirici FET (MOSFET) ”MOSFET-in substratına (və ya gövdəsinə) istinad edilir. Bu substrat kanalın yaradılmasında mühüm rol oynayır. Ayrı-ayrı MOSFET-lərin işində gövdə tez-tez enerji mənbəyinə bağlıdır. Belə hallarda, substratın cihazın işinə birbaşa təsiri yoxdur və bu fəsildə əvvəllər inkişaf etdirilmiş əyrilər tətbiq olunur.
MOSFETlər inteqral sxemlərin bir hissəsi kimi hazırlandıqda vəziyyət dəyişir. Belə hallarda, hər bir fərdi tranzistorun substratı digər substratlardan təcrid olunmur. Həqiqətən bir substrat tez-tez bir çip üzrə bütün MOSFETs arasında bölüşdürülür. Bir PMOS IC-də paylanmış substrat ən müsbət mənbə terminalı ilə əlaqələndirilir, NMOS-da torpaqla (ya da mövcud olduqda mənfi tədarükə) bağlıdır. Bu, hər tranzistorun qaynağı və bədəni arasında əks tərzdə yaradır. Bu əks tərəqqinin təsiri əməliyyat xüsusiyyətlərini dəyişdirməkdir. Məsələn, bir n- kanal qurğusu, səmərəli olaraq ərəfəsini (VT). Barajın dəyişdiyi məbləğ fiziki parametrlərdən və cihazın quruluşundan asılıdır. NMOS üçün bu dəyişiklik təxminən təxmin edilə bilər
(32)
Denklemde (32), γ 0.3 və 1 (V-1 / 2). VSB mənbədən bədənə gərginlikdir və Fermi potensialı. Materialın mülkiyyətidir və tipik bir dəyər silikon üçün 0.3 V-dir.