5। MOSFET एकीकृत सर्किट
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MOSFET एकीकृत सर्किट
जब MOSFET ट्रांजिस्टर एक एकीकृत सर्किट के हिस्से के रूप में गढ़े जाते हैं, तो व्यावहारिक विचारों को सर्किट कॉन्फ़िगरेशन में दो बड़े बदलावों की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, बड़े युग्मन और बाईपास कैपेसिटर का उपयोग असतत एम्पलीफायरों में किया जाता है, क्योंकि यह छोटे आकार के कारण एकीकृत सर्किट में व्यावहारिक रूप से नहीं बनाया जा सकता है। हम प्रत्यक्ष-युग्मित एम्पलीफायरों के निर्माण द्वारा इस कमी को पूरा करते हैं।
दूसरा बड़ा बदलाव यह है कि हम पूर्वाग्रह सर्किट के हिस्से के रूप में इस्तेमाल किए गए प्रतिरोधों को आसानी से नहीं बना सकते हैं। इसके बजाय, हम सक्रिय भार और वर्तमान स्रोतों का उपयोग करते हैं जिसमें MOS ट्रांजिस्टर शामिल हैं।
एकीकृत सर्किट NMOS और PMOS सर्किटरी दोनों का उपयोग करते हैं। डिजिटल सर्किटरी में CMOS अधिक सामान्य है, जबकि NMOS का उपयोग आमतौर पर उच्च घनत्व IC (यानी, प्रति चिप अधिक कार्य) के लिए किया जाता है।
सक्रिय भार का अनुकरण MOS विशेषता घटता के ढलान का लाभ लेता है। चित्रा 23 सक्रिय लोड के दो प्रकार दिखाता है। चित्रा 23 (ए) में, हम एक NMOS वृद्धि भार दिखाते हैं, जबकि 23 (b) एक NMOS कमी लोड दिखाता है। इसके अलावा आंकड़े में दिखाया गया है प्रासंगिक विशेषता घटता है।
चित्रा 23 - सक्रिय लोड
NMOS एन्हांसमेंट लोड के लिए, वोल्टेज और करंट के बीच संबंध द्वारा दिया गया है
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इस विन्यास के बराबर प्रतिरोध 1 / हैgm, जहां पारगमन का मूल्य वह है जो पूर्वाग्रह बिंदु पर लागू होता है।
NMOS रिक्तीकरण लोड में एक समतुल्य प्रतिरोध होता है जो निम्न समीकरण द्वारा दी गई विशेषता के ढलान से निर्धारित होता है
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MOSFET इंटीग्रेटेड सर्किट के 5.1 बायसिंग
अब जब हमारे पास सक्रिय भार का अनुकरण करने के लिए दो तकनीकें हैं, तो हम पूर्वाग्रह के मुद्दे को संबोधित कर सकते हैं। हम किसी भी सर्किट कॉन्फ़िगरेशन में लोड प्रतिरोध के स्थान पर सक्रिय लोड का उपयोग करते हैं। इनका विश्लेषण करने के लिए तकनीक दिखाने के लिए, आइए हम एनमोस एम्पलीफायर को एन्हांसमेंट लोड का उपयोग करने पर विचार करें, जैसा कि चित्र एक्सएनयूएमएक्स में दिखाया गया है।
ट्रांजिस्टर लेबल Q2 बदल देता है RD हमारे पहले के सर्किट्री में। मौन संचालन बिंदु निर्धारित करने के लिए, हम उसी तकनीक का उपयोग करते हैं जैसा कि हमने धारा 4 में किया था, "FET एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन और बायसिंग" केवल अवरोधक लोड लाइन के लिए एन्हांसमेंट लोड ग्राफ़िकल विशेषता को प्रतिस्थापित करता है। यही है, हमें लोड लाइन के लिए समीकरण के साथ एफईटी ट्रांजिस्टर विशेषताओं का एक साथ समाधान खोजने की आवश्यकता है। जैसा कि चित्र २५ में दिखाया गया है, हम इसे आलेखीय रूप से कर सकते हैं।
पैरामीट्रिक घटता प्रवर्धक ट्रांजिस्टर, क्यू के लिए विशेषता वक्र हैं1। सक्रिय लोड की वोल्टेज बनाम वर्तमान विशेषता, Q2 चित्रा 23 के हैं। आउटपुट वोल्टेज, vआउट, के बीच का अंतर है VDD और सक्रिय लोड पर वोल्टेज। सक्रिय भार में धारा प्रवर्धक ट्रांजिस्टर में नाली की धारा के समान है। इसलिए हम चित्रा 23 की विशेषता की स्थानांतरित दर्पण छवि को ले जाकर लोड लाइन का निर्माण करते हैं। ऑपरेटिंग बिंदु उपयुक्त वक्र ट्रांजिस्टर विशेषता वक्र के साथ इस वक्र का प्रतिच्छेदन है। हमें यह जानने के लिए गेट-टू-सोर्स वोल्टेज खोजने की जरूरत है कि कौन सा ट्रांजिस्टर वक्र चुनना है। जैसा कि हम आगे देखेंगे, इनपुट बायस वोल्टेज अक्सर एक सक्रिय वर्तमान स्रोत द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
चित्रा 25 - क्यू बिंदु के लिए ग्राफिकल समाधान
अब जब हम जानते हैं कि एक सक्रिय भार का अनुकरण कैसे किया जाता है, तो हम अपना ध्यान इनपुट बायस सर्किट्री के हिस्से के रूप में उपयोग की जाने वाली संदर्भ धारा की पीढ़ी की ओर देते हैं। इन वर्तमान स्रोतों का उपयोग उसी तरीके से किया जाता है जैसा हमने उन्हें BJT एम्पलीफायर बायसिंग के लिए इस्तेमाल किया था।
चित्रा 26 - वर्तमान दर्पण
हम MOSFET का विश्लेषण करते हैं वर्तमान दर्पण। चित्रा 26 में एक वर्तमान दर्पण दिखाया गया है। माना जाता है कि दो ट्रांजिस्टर पूरी तरह से मेल खाते हैं। आउटपुट करंट की ड्रेन करंट है Q2, और एक संदर्भ वर्तमान ड्राइव Q1। यदि ट्रांजिस्टर पूरी तरह से मेल खाते हैं, तो आउटपुट करेंट रेफरेंस करंट के बराबर होगा। यह सच है क्योंकि ट्रांजिस्टर समानांतर में जुड़े हुए हैं। जैसा कि BJT करंट मिरर के साथ हुआ था, एक संदर्भ प्रतिरोध भर में एक संदर्भ वोल्टेज को लागू करके संदर्भ वर्तमान उत्पन्न किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 26 (बी) में दिखाया गया है।
विभिन्न उप-परिपथों को एक साथ रखना (अर्थात, सक्रिय भार और संदर्भ धारा) चित्रा 27 के CMOS एम्पलीफायर में परिणाम देता है।
इस एम्पलीफायर का लाभ इसके द्वारा दिया जाता है
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चित्रा 27 - CMOS एम्पलीफायर
5.2 बॉडी इफेक्ट
धारा 2 की हमारी चर्चा। मेटल-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर FET (MOSFET) ”MOSFET के सब्सट्रेट (या शरीर) को संदर्भित करता है। यह सब्सट्रेट चैनल को स्थापित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। असतत MOSFETs के संचालन में, शरीर अक्सर शक्ति स्रोत से जुड़ा होता है। ऐसे मामलों में, सब्सट्रेट का डिवाइस के संचालन पर कोई सीधा प्रभाव नहीं पड़ता है, और इस अध्याय में पहले विकसित वक्र्स लागू होते हैं।
स्थिति तब बदलती है जब MOSFETs को एकीकृत सर्किट के हिस्से के रूप में गढ़ा जाता है। ऐसे मामलों में, प्रत्येक व्यक्ति ट्रांजिस्टर का सब्सट्रेट अन्य सब्सट्रेट से अलग नहीं होता है। दरअसल, चिप पर सभी MOSFETs के बीच एक सब्सट्रेट अक्सर साझा किया जाता है। पीएमओएस आईसी में, साझा सब्सट्रेट सबसे सकारात्मक स्रोत टर्मिनल से जुड़ा होगा, जबकि एनएमओएस में यह जमीन से जुड़ा हुआ है (या यदि वर्तमान में एक नकारात्मक आपूर्ति के लिए)। यह प्रत्येक ट्रांजिस्टर के स्रोत और शरीर के बीच एक रिवर्स पूर्वाग्रह स्थापित करता है। इस रिवर्स पूर्वाग्रह का प्रभाव ऑपरेटिंग विशेषताओं को बदलना है। उदाहरण के लिए, ए में n-चैनल डिवाइस, यह प्रभावी रूप से थ्रेशोल्ड को बढ़ाता है (VT)। वह राशि जिसके द्वारा सीमा परिवर्तन भौतिक मापदंडों और उपकरण निर्माण पर निर्भर करता है। NMOS के लिए, यह परिवर्तन द्वारा अनुमानित किया जा सकता है
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समीकरण (32) में, ation एक डिवाइस पैरामीटर है जो 0.3 और 1 / V के बीच भिन्न होता है-1/2). VSB स्रोत-टू-बॉडी वोल्टेज है, और है फरमी क्षमता। यह सामग्री का एक गुण है, और सिलिकॉन के लिए एक विशिष्ट मूल्य 0.3 V है।