5. MOSFET Bütünleşik Devreler

MOSFET Bütünleşik Devreler

MOSFET transistörleri entegre bir devrenin parçası olarak üretildiğinde pratik hususlar devre konfigürasyonlarında iki ana değişiklik gerektirir. İlk olarak, ayrık amplifikatörlerde kullanılan büyük kavrama ve baypas kapasitörleri, küçük boyuttan dolayı entegre devrelerde pratik olarak üretilemez. Doğrudan bağlamalı amplifikatörler üreterek bu eksiklikten kurtuluruz.

İkinci büyük değişiklik, yanlılık devrelerinin bir parçası olarak kullanılan dirençleri kolayca üretemememizdir. Bunun yerine, aktif yükleri ve MOS transistörlerinden oluşan akım kaynaklarını kullanırız.

Entegre devreler hem NMOS hem de PMOS devrelerini kullanır. CMOS, dijital devrelerde daha yaygındır, ancak NMOS tipik olarak daha yüksek yoğunluklu IC'ler için kullanılır (yani çip başına daha fazla işlev).

Aktif yükleri simüle etmek, MOS karakteristik eğrilerinin eğiminden faydalanır. Şekil 23 iki tip aktif yükü göstermektedir. Şekil 23 (a) 'da NMOS güçlendirme yükü, 23 (b) NMOS tükenme yükü gösterilmektedir. Şekilde ayrıca ilgili karakteristik eğriler gösterilmektedir.

Şekil 23 - Aktif yükler

NMOS güçlendirme yükü için, voltaj ve akım arasındaki ilişki


(29)

Bu konfigürasyonun eşdeğer direnci 1 /gmiletkenliğin değeri yanlılık noktasında geçerli olan değerdir.

NMOS tükenme yükü, aşağıdaki denklem tarafından verilen karakteristik eğimin belirlediği eşit bir dirence sahiptir.


(30)

MOSFET Bütünleşik Devrelerinin 5.1 Önyargısı

Artık aktif yükleri simüle etmek için iki tekniğimiz var, önyargı sorununu çözebiliriz. Herhangi bir devre konfigürasyonunda yük direnci yerine aktif yük kullanıyoruz. Bunları analiz etme tekniğini göstermek için, Şekil 24'te gösterildiği gibi bir geliştirme yükü kullanarak NMOS amplifikatörünü düşünelim.

Etiketli transistör Q2 yerine RD önceki devremizin. Hareketsiz çalışma noktasını belirlemek için, Bölüm 4, "FET Amplifikatör konfigürasyonları ve önyargılı" sadece direnç yük hattı için geliştirme yükü grafik karakteristiğini değiştirerek yaptığımız aynı teknikleri kullanırız. Yani, FET transistör özelliklerinin eşzamanlı çözümünü yük hattı denklemiyle bulmamız gerekir. Bunu Şekil 25'te gösterildiği gibi grafiksel olarak yapabiliriz.

Parametrik eğriler, yükseltici transistör Q için karakteristik eğrilerdir.1. Aktif yükün gerilim-akım karakteristiği, Q2 Şekil 23'tir. Çıkış gerilimi, vdışarıarasındaki fark VDD ve aktif yük üzerindeki voltaj. Aktif yükteki akım, yükseltici transistördeki boşaltma akımı ile aynıdır. Bu nedenle, yük hattını Şekil 23'in karakteristiğinin kaydırılmış ayna görüntüsünü alarak inşa ediyoruz. Çalışma noktası, bu eğrinin uygun transistör karakteristik eğrisi ile kesişimidir. Hangi transistör eğrisinin seçileceğini bilmek için kapıdan kaynağa voltaj bulmamız gerekiyor. Daha sonra göreceğimiz gibi, giriş ön gerilimi genellikle aktif bir akım kaynağı ile değiştirilir.

Q noktası için grafiksel çözüm

Şekil 25 - Q noktası için grafiksel çözüm

Artık aktif bir yükün nasıl simüle edileceğini bildiğimize göre, dikkatimizi giriş önyargılı devrelerin bir parçası olarak kullanılacak bir referans akım oluşumuna çeviriyoruz. Bu akım kaynakları, BJT'li yükselticiyi önyargısında kullandığımızla aynı şekilde kullanılır.

Şekil 26 - Güncel ayna

MOSFET’i analiz ediyoruz Mevcut ayna. Mevcut bir ayna, Şekil 26'te gösterilmiştir. İki transistörün tam olarak eşleştiği varsayılmaktadır. Çıkış akımı drenaj akımı Q2ve referans akım sürücüleri Q1. Transistörler mükemmel şekilde eşleşirse, çıkış akımı tam olarak referans akımına eşit olacaktır. Transistörler paralel bağlandığı için bu doğrudur. BJT akım aynasında olduğu gibi, referans akımı, Şekil 26 (b) 'de gösterildiği gibi, bir referans direnç boyunca bir referans voltajı uygulanarak üretilebilir.

Çeşitli alt devrelerin bir araya getirilmesi (yani aktif yük ve referans akımı), Şekil 27'in CMOS yükselticisine yol açar.

Bu yükselticinin kazancı


(31)

CMOS yükseltici

Şekil 27 - CMOS yükseltici

5.2 Vücut Etkisi

Bölüm “2. Metal oksit yarı iletken FET (MOSFET) ”, MOSFET'in substratı (veya gövdesi) anlamına gelir. Bu substrat, kanalın kurulmasında önemli bir rol oynar. Ayrı MOSFET'lerin çalışmasında, gövde genellikle güç kaynağına bağlanır. Bu tür durumlarda, alt tabakanın cihazın çalışması üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur ve bu bölümde daha önce geliştirilen eğriler geçerlidir.

MOSFET'ler entegre devrelerin bir parçası olarak üretildiğinde durum değişir. Bu gibi durumlarda, her bir transistörün substratı diğer substratlardan izole edilmez. Aslında, bir substrat genellikle bir çip üzerindeki MOSFET'lerin tümü arasında paylaşılmaktadır. Bir PMOS IC'de, paylaşılan substrat en pozitif kaynak terminale, NMOS'ta ise toprağa (veya varsa negatif bir kaynağa) bağlanır. Bu, kaynak ve her transistörün gövdesi arasında ters bir önyargı oluşturur. Bu ters önyargının etkisi çalışma özelliklerini değiştirmektir. Örneğin, bir nkanallı cihaz, etkili bir şekilde eşiği yükseltir (VT). Eşiğin değişeceği miktar fiziksel parametrelere ve cihazın yapısına bağlıdır. NMOS için bu değişiklik yaklaşık olarak


(32)

Denklemde (32), γ, yaklaşık 0.3 ve 1 (V) arasında değişen bir aygıt parametresidir.-1 / 2). VSB kaynak-vücut voltajıdır ve Fermi potansiyeli. Bu, malzemenin bir özelliğidir ve tipik bir değer silikon için 0.3 V'dir.