5. MOSFET integrētās shēmas

MOSFET integrētās shēmas

Ja MOSFET tranzistori ir izgatavoti kā integrālās shēmas daļa, praktiskie apsvērumi prasa divas būtiskas izmaiņas ķēžu konfigurācijās. Pirmkārt, lielie sakabes un apvedceļa kondensatori, ko izmanto diskrētiem pastiprinātājiem, praktiski nevar tikt izgatavoti integrētās shēmās neliela izmēra dēļ. Mēs šo trūkumu pārvaram, veidojot tiešā savienojuma pastiprinātājus.

Otrā lielā pārmaiņa ir tāda, ka mēs nevaram viegli izgatavot pretestības, ko izmanto kā daļu no slīpuma shēmas. Tā vietā mēs izmantojam aktīvās slodzes un strāvas avotus, kas sastāv no MOS tranzistoriem.

Integrētās shēmas izmanto gan NMOS, gan PMOS shēmas. CMOS ir biežāk sastopams digitālajās shēmās, bet NMOS parasti tiek izmantots augstākas blīvuma IC (ti, vairāk funkciju vienā mikroshēmā).

Aktīvās slodzes modelēšana izmanto MOS raksturlīkņu slīpumu. Attēls 23 parāda divu veidu aktīvās slodzes. 23 (a) attēlā parādīta NMOS uzlabošanas slodze, bet 23 (b) parāda NMOS izsīkuma slodzi. Attēlā redzamas arī attiecīgās raksturlīknes.

Attēls 23 - Aktīvās slodzes

NMOS stiprinājuma slodzei tiek noteikta attiecība starp spriegumu un strāvu

(29)

Šīs konfigurācijas ekvivalentā pretestība ir 1 /g_m, kur transconductance vērtība ir tā, kas attiecas uz slīpuma punktu.

NMOS noplūdes slodzei ir līdzvērtīga pretestība, ko nosaka sekojošais vienādojums

(30)

5.1 integrēto shēmu MOSFET nobīde

Tagad, kad mums ir divas metodes, lai modelētu aktīvās slodzes, mēs varam risināt neobjektīvās problēmas. Jebkurā ķēdes konfigurācijā slodzes pretestības vietā izmantojam aktīvo slodzi. Lai parādītu šo metožu analīzi, aplūkosim NMOS pastiprinātāju, izmantojot uzlabošanas slodzi, kā parādīts 24 attēlā.

Transistors marķēts Q₂ Nomaina R_D mūsu agrākās shēmas. Lai noteiktu kluso darba punktu, mēs izmantojam tos pašus paņēmienus, ko mēs darījām 4. sadaļā “FET pastiprinātāja konfigurācijas un slīpums”, rezistora slodzes līnijai aizstājot tikai uzlabojuma slodzes grafisko raksturlielumu. Tas ir, mums jāatrod FET tranzistora raksturlielumu vienlaicīgs risinājums ar slodzes līnijas vienādojumu. Mēs to varam izdarīt grafiski, kā parādīts 25. attēlā.

Parametru līknes ir raksturīgās līknes pastiprinošajam tranzistoram Q₁. Aktīvās slodzes spriegums pret pašreizējo raksturlielumu, Q₂ ir 23 attēlā. Izejas spriegums, v_ārā, Ir atšķirība starp V_DD un spriegumu visā aktīvajā slodzē. Aktīvajā slodzē esošā strāva ir tāda pati kā drenāžas strāva pastiprinātāja tranzistorā. Tādēļ mēs izveidojam kravas līniju, ņemot 23 attēla raksturlieluma nobīdīto spoguļattēlu. Darbības punkts ir šīs līknes krustošanās ar atbilstošu tranzistora raksturlīkni. Mums jāatrod spriegums no vārtiem līdz avotam, lai uzzinātu, kuru tranzistoru līkni izvēlēties. Kā redzēsim tālāk, ievades slīpuma spriegumu bieži aizstāj aktīvs strāvas avots.

Attēls 25 - grafiskais risinājums Q-punktam

Tagad, kad mēs zinām, kā simulēt aktīvo slodzi, mēs pievēršam uzmanību atsauces strāvas ģenerēšanai, kas izmantojama kā ievades slīpuma shēmas daļa. Šie pašreizējie avoti tiek izmantoti tādā pašā veidā, kā tos izmantojām BJT pastiprinātāja slīpēšanai.

Attēls 26 - Pašreizējais spogulis

Mēs analizējam MOSFET Pašreizējā spogulis. Pašreizējais spogulis parādīts 26 attēlā. Tiek pieņemts, ka abi tranzistori ir pilnīgi saskaņoti. Izejas strāva ir izplūdes strāva Q₂un atsauces strāvas diskus Q₁. Ja tranzistori ir pilnīgi saskaņoti, izejas strāva būs tieši vienāda ar atsauces strāvu. Tas ir taisnība, jo tranzistori ir savienoti paralēli. Tāpat kā BJT strāvas spoguļa gadījumā, atsauces strāvu var ģenerēt, pielietojot atskaites spriegumu visā atsauces pretestībā, kā parādīts 26. b) attēlā.

Dažādu apakšgrupu apvienošana (ti, aktīvā slodze un atsauces strāva) rada 27 attēla CMOS pastiprinātāju.

Šī pastiprinātāja guvums tiek dots ar

(31)

Attēls 27 - CMOS pastiprinātājs

5.2 ķermeņa efekts

Mūsu diskusija par sadaļu “2. Metāla oksīda pusvadītājs FET (MOSFET) ”atsaucās uz MOSFET substrātu (vai korpusu). Šim substrātam ir svarīga loma kanāla izveidē. Darbojoties ar atsevišķiem MOSFET, ķermenis bieži tiek savienots ar strāvas avotu. Šādos gadījumos substrātam nav tiešas ietekmes uz ierīces darbību, un tiek piemērotas iepriekš šajā nodaļā izstrādātās līknes.

Situācija mainās, kad MOSFET ražo kā integrēto shēmu daļu. Šādos gadījumos katra atsevišķa tranzistora substrāts nav izolēts no citiem substrātiem. Patiešām, substrāts bieži tiek sadalīts starp visiem mikroshēmiem mikroshēmā. PMOS IC kopīgotais substrāts būtu savienots ar vislielāko pozitīvo avotu termināli, savukārt NMOS ir savienots ar zemi (vai, ja tāds ir, negatīvs piedāvājums). Tas nosaka reversu novirzi starp katra tranzistora avotu un ķermeni. Šīs apgrieztās tendences ietekme ir mainīt darbības raksturlielumus. Piemēram, n-kanālu ierīce, tā efektīvi paaugstina slieksni (V_T). Summa, ar kādu sliekšņa izmaiņas ir atkarīgas no fiziskajiem parametriem un ierīces konstrukcijas. NMOS gadījumā šo izmaiņu var tuvināt ar

(32)

Vienādojumā (32) γ ir ierīces parametrs, kas mainās no aptuveni 0.3 un 1 (V^{-1 / 2}). V_SB ir avota un ķermeņa spriegums, un tas ir Fermi potenciāls. Tas ir materiāla īpašība, un parastā vērtība ir 0.3 V silīcijai.

PREVIOUS- 4. FET pastiprinātāju konfigurācijas un slīpēšana

NEXT-6. MOSFET salīdzinājums ar JFET