5. MOSFETi integraallülitused
PRAEGU - 5. MOSFETi integraallülitused
EELMINE - 4. FET-võimendi konfiguratsioonid ja kallutamine
MOSFETi integraallülitused
Kui MOSFET-transistorid on valmistatud integraallülituse osana, nõuavad praktilised kaalutlused vooluahela konfiguratsioonides kahte suurt muutust. Esiteks ei saa väikeste suuruste tõttu dünaamilistes võimendites kasutatavaid suuri ühendus- ja möödaviigu kondensaatoreid praktiliselt valmistada integraallülitustes. Me saame selle puudujäägi läbi, kui valmistame otsesidestatud võimendeid.
Teine suur muutus on see, et me ei saa kergesti valmistada takistusi, mida kasutatakse diagonaalskeemina. Selle asemel kasutame aktiivseid koormusi ja vooluallikaid, mis koosnevad MOS-transistoritest.
Integreeritud ahelad kasutavad nii NMOS- kui ka PMOS-lülitusi. CMOS on tavalisem digitaalsetes skeemides, samas kui NMOS-i kasutatakse tavaliselt kõrgema tihedusega IC-deks (st rohkem funktsioone kiibi kohta).
Aktiivkoormuste simuleerimine kasutab MOS-i iseloomulike kõverate kallakut. Joonis 23 näitab kahte tüüpi aktiivseid koormusi. Joonisel 23 (a) näitame NMOS-i koormust, samas kui 23 (b) näitab NMOS-i tühjenemise koormust. Joonisel on näidatud ka vastavad karakteristikud.
Joonis 23 - Aktiivsed koormused
NMOS-i koormuse puhul on pinge ja voolu vaheline suhe
(29)
Selle konfiguratsiooni ekvivalentne vastupanu on 1 /gm, kus ülekoormuse väärtus on see, mis kehtib kallutuspunktis.
NMOS-i tühjenemise koormusel on ekvivalentne vastupidavus, mis määratakse järgmise võrrandi poolt antud karakteristiku kalle
(30)
5.1 integreeritud mikroskeemide kallutamine
Nüüd, kui meil on kaks meetodit aktiivsete koormuste simuleerimiseks, saame tegeleda kallutamise probleemiga. Kasutame aktiivkoormust koormuskindluse asemel mis tahes vooluahela konfiguratsioonis. Nende analüüsi tehnika näitamiseks kaaluge NMOS-võimendit, kasutades lisaseadme koormust, nagu on näidatud joonisel 24.
Transistor tähistas Q2 asendab RD meie varasematest vooluringidest. Vaikse tööpunkti määramiseks kasutame samu tehnikaid, mida tegime jaotises 4 „FET-võimendi konfiguratsioonid ja eelhäälestus“. Asendades takisti koormusjoonele ainult lisaseadme graafilise karakteristiku. See tähendab, et peame leidma FET-transistori omaduste samaaegse lahenduse koormusjoone võrrandiga. Saame seda teha graafiliselt, nagu on näidatud joonisel 25.
Parameetrilised kõverad on võimendava transistorile iseloomulikud kõverad Q1. Aktiivse koormuse pinge ja voolutugevus, Q2 on need, mis on toodud joonisel 23. Väljundpinge, vvälja, Kas erinevus on VDD ja pinge üle aktiivse koormuse. Aktiivkoormuse vool on sama kui võimendustransistori tühjendusvool. Seepärast ehitame koormusliini joonise 23 iseloomuliku nihutatud peegelpildi abil. Tööpunkt on selle kõvera ja sobiva transistori karakteristikukõvera lõikepunkt. Me peame leidma värava ja allika pinge, et teada saada, milline transistorikõver valida. Nagu me järgnevalt näeme, asendatakse sisendpingepinge sageli aktiivse vooluallikaga.
Joonis 25 - Q-punkti graafiline lahendus
Nüüd, kui me teame, kuidas simuleerida aktiivset koormust, pöörame tähelepanu juhtvoolu genereerimisele, mida kasutatakse sisendrihma skeemina. Neid praeguseid allikaid kasutatakse palju samamoodi, nagu me neid kasutasime BJT võimendi kallutamiseks.
Joonis 26 - voolu peegel
Me analüüsime MOSFETi Praegune peegel. Praegune peegel on näidatud joonisel 26. Eeldatakse, et kaks transistorit sobivad ideaalselt. Väljundvool on väljalaskevool Q2ja võrdlusvoolu ajamid Q1. Kui transistorid sobivad ideaalselt, võrdub väljundvool täpselt võrdlusvooluga. See on tõsi, kuna transistorid on ühendatud paralleelselt. Nii nagu BJT voolupeegli puhul, saab võrdlusvoolu tekitada ka võrdlustakistuse suhtes võrdluspinge rakendamisega, nagu on näidatud joonisel 26 (b).
Erinevate alamahelate ühendamine (st aktiivne koormus ja võrdlusvool) annab tulemuseks joonisel 27 oleva CMOS-võimendi.
Selle võimendi võimenduse annab
(31)
Joonis 27 - CMOS võimendi
5.2 Body Effect
Meie arutelu jaotisest „2. Metallioksiidi pooljuht FET (MOSFET) ”viitas MOSFET-i aluspinnale (või korpusele). Sellel substraadil on kanali rajamisel oluline roll. Diskreetsete MOSFET-ide toimimisel on keha sageli ühendatud toiteallikaga. Sellistel juhtudel ei mõjuta põhimik seadme tööd otseselt ja kehtivad selles peatükis varem välja töötatud kõverad.
Olukord muutub, kui MOSFETid on valmistatud integraallülituste osana. Sellistel juhtudel ei ole iga üksiku transistori substraat teistest substraatidest eraldatud. Tõepoolest, põhimik jagatakse sageli kõigi kiibi MOSFETide vahel. PMOS-i IC-s oleks jagatud substraat ühendatud kõige positiivsema allika terminaliga, samas kui NMOS-is on see ühendatud maaga (või kui see on negatiivne). See loob tagasipööramise iga transistori allika ja keha vahel. Selle tagasipööramise mõju on muuta tööomadusi. Näiteks on n-kanaliline seade tõstab tõhusalt lävi (VT). Summa, mille võrra läve muutused sõltuvad füüsilistest parameetritest ja seadme konstruktsioonist. NMOSi puhul saab seda muudatust lähendada
(32)
Võrrandis (32) on γ seadme parameeter, mis varieerub vahemikus umbes 0.3 ja 1 (V-1 / 2). VSB on keha ja keha allika pinge Fermi potentsiaal. See on materjali omadus ja tüüpiline väärtus on 0.3 V räni jaoks.