Overdrachtkenmerken

In transistors kunnen overdrachtskarakteristieken worden opgevat als het uitzetten van een uitgangsstroom tegen een ingangsregulerende grootte, die dientengevolge een directe 'overdracht' van variabelen van ingang naar uitgang in de in de grafiek weergegeven curve vertoont.

We weten dat voor een bipolaire junctie-transistor (BJT) de uitgangscollectorstroom IC en de stuuringangsbasisstroom IB gerelateerd zijn door de parameter bèta , waarvan wordt aangenomen dat deze constant is voor een analyse.

Verwijzend naar de onderstaande vergelijking, vinden we een lineaire relatie tussen IC en IB. Als we het IB-niveau 2x maken, verdubbelt IC ook proportioneel.

Maar helaas is deze handige lineaire relatie misschien niet haalbaar in JFET's over hun invoer- en uitvoergrootte. In plaats daarvan wordt de relatie tussen de afvoerstroom ID en de poortspanning VGS gedefinieerd door Shockley's vergelijking ​

Hier wordt de gekwadrateerde uitdrukking verantwoordelijk voor de niet-lineaire respons over de ID en VGS, wat aanleiding geeft tot een exponentieel groeiende curve naarmate de grootte van VGS afneemt.

Hoewel een wiskundige benadering gemakkelijker te implementeren zou zijn voor de gelijkstroomanalyse, kan het voor de grafische manier nodig zijn om de bovenstaande vergelijking uit te zetten.

Dit kan het apparaat in kwestie en het uitzetten van de netwerkvergelijkingen met betrekking tot de identieke variabelen weergeven.

We vinden de oplossing door naar het snijpunt van de twee curven te kijken.

Onthoud dat wanneer u de grafische methode gebruikt, de kenmerken van het apparaat niet worden beïnvloed door het netwerk waarop het apparaat is geïmplementeerd.

Als het snijpunt tussen de twee curven verandert, verandert het ook de netwerkvergelijking, maar dit heeft geen effect op de overdrachtscurve gedefinieerd door de bovenstaande vergelijking 5.3.

Daarom kunnen we in het algemeen zeggen dat:

De overdrachtskarakteristiek die wordt gedefinieerd door de vergelijking van Shockley wordt niet beïnvloed door het netwerk waarop het apparaat is geïmplementeerd.

We kunnen de overdrachtscurve krijgen met behulp van de vergelijking van Shockley, of uit de uitvoerkarakteristieken zoals afgebeeld in figuur 5.10

In onderstaande figuur zien we twee grafieken. De verticale lijn meet milliampère voor de twee grafieken.

In de ene grafiek wordt de afvoerstroom-ID uitgezet tegen de afvoer-naar-source-spanning VDS, in de tweede grafiek wordt de afvoer-stroom uitgezet tegen de poort-naar-source-spanning of ID versus VGS.

Met behulp van de afvoerkarakteristieken die aan de rechterkant van de 'y'-as worden weergegeven, zijn we in staat om een ​​horizontale lijn te tekenen, beginnend bij het verzadigingsgebied van de curve weergegeven als VGS = 0 V tot de as weergegeven als ID.

Het huidige niveau dat op deze manier voor de twee grafieken wordt bereikt, is IDSS.

Het snijpunt op de curve van ID versus VGS is zoals hieronder weergegeven, omdat de verticale as is gedefinieerd als VGS = 0 V

Merk op dat de afvoerkarakteristieken de relatie tonen tussen de ene afvoeruitgangsgrootte en een andere afvoeruitgangsgrootte, waarbij de twee assen worden geïnterpreteerd door variabelen in hetzelfde gebied van de MOSFET-kenmerken.

Overdrachtskarakteristieken kunnen dus worden gedefinieerd als een plot van een MOSFET-afvoerstroom versus een grootheid of een signaal dat als ingangsbesturing fungeert.

Dit resulteert bijgevolg in een directe 'overdracht' tussen input / output-variabelen, wanneer de curve links in figuur 5.15 wordt gebruikt. Als het een lineaire relatie was geweest, zou de plot van ID versus VGS een rechte lijn zijn geweest over IDSS en VP.

Dit resulteert echter in een parabolische curve als gevolg van de verticale afstand tussen de VGS die over de afvoerkarakteristieken stapt, die in aanzienlijke mate afneemt naarmate VGS steeds negatiever wordt, in figuur 5.15.

Als we de ruimte tussen VGS = 0 V en VGS = -1V vergelijken met die tussen VS = -3 V en de pinch-off, dan zien we dat het verschil identiek is, hoewel het veel verschilt voor de ID-waarde.

We zijn in staat om een ​​ander punt op de overdrachtscurve te identificeren door een horizontale lijn te trekken van VGS = -1 V-curve tot de ID-as en deze vervolgens uit te breiden naar de andere as.

Merk op dat VGS = - 1V op de onderste as van de overdrachtscurve wanneer ID = 4,5 mA.

Merk ook op dat in de ID-definitie bij VGS = 0 V en -1 V, de verzadigingsniveaus van ID worden gebruikt, terwijl het ohmse gebied wordt verwaarloosd.

Als we verder gaan, met VGS = -2 V en - 3V, kunnen we de overdrachtscurve-plot afmaken.

Hoe de vergelijking van Shockley toe te passen

U kunt ook direct de overdrachtscurve van figuur 5.15 bereiken door de vergelijking van Shockley (vergelijking 5.3) toe te passen, op voorwaarde dat de waarden van IDSS en Vp worden gegeven.

De IDSS- en VP-niveaus bepalen de grenzen van de curve voor de twee assen en vereisen slechts het plotten van enkele tussenliggende punten.

De echtheid van de Shockley's vergelijking Eq.5.3 als een bron van de overdrachtscurve van figuur 5.15 kan perfect worden uitgedrukt door bepaalde onderscheidende niveaus van een bepaalde variabele te inspecteren en vervolgens het overeenkomstige niveau van de andere variabele te identificeren, op de volgende manier:

Dit komt overeen met de plot getoond in figuur 5.15.

Let op hoe zorgvuldig de negatieve tekens voor VGS en VP worden beheerd in de bovenstaande berekeningen. Het missen van zelfs maar een enkel negatief teken kan tot een volledig foutief resultaat leiden.

Het is vrij duidelijk uit de bovenstaande discussie dat als we de waarden van IDSS en VP hebben (waarnaar kan worden verwezen vanuit het gegevensblad), we snel de waarde van ID kunnen bepalen voor elke grootte van VGS.

Aan de andere kant kunnen we via standaard Algebra een vergelijking afleiden (via vergelijking 5.3) voor het resulterende VGS-niveau voor een bepaald ID-niveau.

Dit zou heel eenvoudig kunnen worden afgeleid om:

Laten we nu de bovenstaande vergelijking verifiëren door het VGS-niveau te bepalen dat een afvoerstroom van 4,5 mA produceert voor een MOSFET met de kenmerken die overeenkomen met Fig 5.15.

Het resultaat bevestigt de vergelijking zoals deze overeenkomt met figuur 5.15.

Met behulp van de steno-methode

Aangezien we de overdrachtscurve vrij vaak moeten plotten, kan het handig zijn om een ​​verkorte techniek te gebruiken om de curve te plotten. Een gewenste methode zou zijn dat de gebruiker de curve snel en efficiënt kan plotten, zonder in te leveren op nauwkeurigheid.

De vergelijking 5.3 die we hierboven hebben geleerd, is zo ontworpen dat bepaalde VGS-niveaus ID-niveaus produceren die kunnen worden onthouden voor gebruik als plotpunten tijdens het tekenen van de overdrachtscurve. Als we VGS specificeren als 1/2 van de afknijpwaarde VP, kan het resulterende ID-niveau worden bepaald met behulp van de Shockley-vergelijking op de volgende manier:

Opgemerkt moet worden dat de bovenstaande vergelijking niet is gemaakt voor een specifiek niveau van VP. De vergelijking is een algemene vorm voor alle VP-niveaus zolang VGS = VP / 2. Het resultaat van de vergelijking suggereert dat de afvoerstroom altijd 1 / 4e van het verzadigingsniveau IDSS zal zijn, zolang de gate-to-source-spanning een waarde heeft die 50% lager is dan de pinch-off-waarde.

Houd er rekening mee dat het ID-niveau voor VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V volgens figuur 5.15

Door ID = IDSS / 2 te kiezen en het te vervangen door Eq.5.6 krijgen we de volgende resultaten:

Hoewel er nog meer nummerpunten kunnen worden vastgesteld, kan een voldoende mate van nauwkeurigheid eenvoudig worden bereikt door de overdrachtscurve te tekenen met slechts 4 plotpunten, zoals hierboven aangegeven en ook in tabel 5.1 hieronder.

In de meeste gevallen kunnen we alleen het plotpunt gebruiken met VGS = VP / 2, terwijl de askruisingen op IDSS en VP ons een curve geven die voldoende betrouwbaar is voor het grootste deel van de analyse.