Charakteristiky přenosu

V tranzistorech lze přenosovou charakteristiku chápat jako vykreslování výstupního proudu proti vstupní řídicí veličině, což následně vykazuje přímý „přenos“ proměnných ze vstupu na výstup v křivce znázorněné v grafu.

Víme, že u bipolárního spojovacího tranzistoru (BJT) souvisí výstupní sběratelský proud IC a řídicí vstupní základní proud IB s parametrem beta , což se pro analýzu předpokládá konstantní.

S odkazem na níže uvedenou rovnici najdeme lineární vztah existující mezi IC a IB. Pokud uděláme úroveň IB 2x, pak se také IC úměrně zdvojnásobí.

Je však smutné, že tento pohodlný lineární vztah nemusí být dosažitelný v JFET přes jejich vstupní a výstupní veličiny. Spíše je vztah mezi ID odtokového proudu a hradlovým napětím VGS definován Shockleyova rovnice :

Zde se kvadratický výraz stává odpovědným za nelineární odezvu napříč ID a VGS, což vede ke křivce rostoucí exponenciálně, protože velikost VGS se snižuje.

I když by pro matematickou analýzu bylo snazší implementovat matematický přístup pro DC analýzu, grafický způsob může vyžadovat vykreslení výše uvedené rovnice.

To může představit dotyčné zařízení a vykreslení síťových rovnic vztahujících se ke stejným proměnným.

Řešení najdeme pohledem na průsečík dvou křivek.

Pamatujte, že když použijete grafickou metodu, vlastnosti zařízení nebudou ovlivněny sítí, kde je zařízení implementováno.

Jak se mění křižovatka mezi dvěma křivkami, mění se také síťová rovnice, ale to nemá žádný vliv na křivku přenosu definovanou výše uvedeným Eq, 5.3.

Obecně tedy můžeme říci, že:

Přenosová charakteristika definovaná Shockleyovou rovnicí není ovlivněna sítí, kde je zařízení implementováno.

Přenosovou křivku můžeme získat pomocí Shockleyho rovnice nebo z výstupních charakteristik jak je znázorněno na obr. 5.10

Na obrázku níže vidíme dva grafy. Svislá čára měří miliampéry pro dva grafy.

Jeden graf vykresluje ID odtokového proudu versus napětí VDS od zdroje ke zdroji, druhý graf vykresluje odtokový proud versus napětí od zdroje k bráně nebo ID vs. VGS.

Pomocí charakteristik odtoku zobrazených na pravé straně osy 'y' jsme schopni nakreslit vodorovnou čáru začínající v oblasti nasycení křivky zobrazené jako VGS = 0 V až k ose zobrazené jako ID.

Současné úrovně takto dosažené pro dva grafy jsou IDSS.

Průsečík na křivce ID vs VGS bude uveden níže, protože svislá osa je definována jako VGS = 0 V

Všimněte si, že charakteristiky odtoku ukazují vztah mezi jednou velikostí výstupu odtoku s jinou velikostí výstupu odtoku, přičemž dvě osy jsou interpretovány proměnnými ve stejné oblasti charakteristik MOSFET.

Přenosové charakteristiky lze tedy definovat jako graf vypouštěcího proudu MOSFET versus množství nebo signál působící jako vstupní řízení.

To následně vede k přímému „přenosu“ napříč vstupními / výstupními proměnnými, když se použije křivka vlevo na obr. 5.15. Pokud by šlo o lineární vztah, byla by křivka ID vs VGS přímkou ​​napříč IDSS a VP.

To však vede k parabolické křivce způsobené svislým rozestupem mezi VGS překračujícími charakteristiky odtoku, která se ve znatelném rozsahu zmenšuje, protože VGS je stále více negativní, na obr.

Pokud porovnáme prostor mezi VGS = 0 V a VGS = -1V s prostorem mezi VS = -3 V a pinch-off, vidíme, že rozdíl je identický, i když pro hodnotu ID je hodně odlišný.

Jsme schopni identifikovat další bod na přenosové křivce nakreslením vodorovné čáry z křivky VGS = -1 V až do osy ID a následným rozšířením do druhé osy.

Všimněte si, že VGS = - 1 V na spodní ose přenosové křivky, když ID = 4,5 mA.

Všimněte si také, že v definici ID při VGS = 0 V a -1 V jsou použity úrovně nasycení ID, zatímco ohmická oblast je zanedbávána.

Pohybem dále vpřed, s VGS = -2 V a - 3V, jsme schopni dokončit graf přenosové křivky.

Jak aplikovat Shockleyovu rovnici

Přenosovou křivku obr. 5.15 můžete také přímo dosáhnout použitím Shockleyovy rovnice (rovnice 5.3) za předpokladu, že jsou uvedeny hodnoty IDSS a Vp.

Úrovně IDSS a VP definují limity křivky pro dvě osy a vyžadují pouze vykreslení několika mezilehlých bodů.

Pravost Shockleyova rovnice Rovnice 5.3 jako zdroj přenosové křivky na obr. 5.15 může být dokonale vyjádřena kontrolou určitých rozlišovacích úrovní určité proměnné a následným identifikováním odpovídající úrovně jiné proměnné, a to následujícím způsobem:

To odpovídá grafu zobrazenému na obr. 5.15.

Sledujte, jak pečlivě jsou ve výše uvedených výpočtech zvládána záporná znaménka pro VGS a VP. Vynechání jediného negativního znaménka by mohlo vést k naprosto chybnému výsledku.

Z výše uvedené diskuse je docela jasné, že pokud máme hodnoty IDSS a VP (které lze odkázat z datového listu), můžeme rychle určit hodnotu ID pro jakoukoli velikost VGS.

Na druhou stranu pomocí standardní algebry můžeme odvodit rovnici (pomocí rovnice 5.3) pro výslednou úroveň VGS pro danou úroveň ID.

To lze snadno odvodit, abychom získali:

Nyní ověřme výše uvedenou rovnici určením úrovně VGS, která produkuje odtokový proud 4,5 mA pro MOSFET s charakteristikami odpovídajícími obr. 5.15.

Výsledek ověří rovnici, jak je v souladu s obr. 5.15.

Použití zkratkové metody

Protože potřebujeme vykreslit přenosovou křivku poměrně často, mohlo by se nám hodit získat zkratkovou techniku ​​pro vykreslení křivky. Žádoucí metodou by bylo umožnit uživateli rychle a efektivně vykreslit křivku, aniž by byla ohrožena přesnost.

Rovnice 5.3, kterou jsme se naučili výše, je navržena tak, aby konkrétní úrovně VGS vytvářely úrovně ID, které lze zapamatovat pro použití jako body vykreslení při kreslení přenosové křivky. Pokud zadáme VGS jako 1/2 hodnoty pinch-off hodnoty VP, lze výslednou úroveň ID určit pomocí Shockleyho rovnice následujícím způsobem:

Je třeba poznamenat, že výše uvedená rovnice není vytvořena pro konkrétní úroveň VP. Rovnice je obecná forma pro všechny úrovně VP, pokud je VGS = VP / 2. Výsledek rovnice naznačuje, že odtokový proud bude vždy 1/4 úrovně IDSS úrovně nasycení, pokud má napětí brány od zdroje hodnotu, která je o 50% nižší než hodnota odtržení.

Pamatujte, že úroveň ID pro VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V podle obr. 5.15

Přihlášením ID = IDSS / 2 a jeho dosazením do rovnice 5.6 získáme následující výsledky:

Přestože lze stanovit další počet bodů, dostatečné úrovně přesnosti lze jednoduše dosáhnout nakreslením přenosové křivky pouze pomocí 4 bodů vykreslení, jak je uvedeno výše a také v tabulce 5.1 níže.

Ve většině případů můžeme použít pouze bod vykreslení pomocí VGS = VP / 2, zatímco průsečíky os u IDSS a VP nám poskytnou křivku dostatečně spolehlivou pro většinu analýz.