Tranzistoare MOS

download Tranzistoare MOS

of 46

description

Dispozitive electronice - prezentare utila pentru admitere Master UPB

Transcript of Tranzistoare MOS

  • Admitere MASTERDipozitive si Circuite Electronice

    Master

  • Capitolul ITRANZISTORUL MOS1.1 Structura MOS1.2 Antrenarea canalului. Tensiunea de prag1.3 Regimuri de functionare pentru tranzistorul MOS1.4 Relatii intre curenti si tensiuni la tranzistorul MOS09.06.2009*1.5 Modelarea tranzistorului MOS la semnal mic Master

  • Mastersubstrat pGDSBSiO2SiO2n+n+SiO2RSSMetalOxidSemiconductorFig. 1.11.1 Structura MOSZonele n+ constituie electrozii sursa (S), repectiv drena (D)Electrodul poart/grila (G) este dispus pe un strat izolant de oxidElectrodul substrat/bulk (B) este pe spatele substratului Combinatia Metal(electrodul G)- Oxid (izolantul de poarta)- Semiconductor (substratul) constituie structura MOS (fig.1.1)La MOS cu canal indus, nu exist canal care s conecteze zonele n+Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • Master In aplicatii se folosete:

    TEC-MOS-ul are 2 jonctiuni, intotdeauna invers polarizate: J-BS si J-BD. in regim stationar si cvasistationar curentii de substrat sunt neglijabili: Curentii de poarta sunt neglijabili datorita oxidului izolator:tranzistorul MOS cu 4 electrozi (2 porti de comanda):G poarta principala si B poarta secundara

    tranzistorul MOS cu 3 electrozi (o poarta G): prin constructie, substratul B se leaga la sursa SObservatiiCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • MasterFig. 1.2ntre S i D sunt 2 diode dispuse spate n spateUn curent iD0 ntre S si D necesita inducerea / antrenarea unui canal n ntre zonele n+

    Antrenarea canalului se realizeaza prin polarizarea portii cu : Structura MOS la echilibru - fara canalBSDCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*1.2 Antrenarea canalului. Tensiunea de prag

    Master

  • Master concentraia e- devine predominant fa de concentraia de e+ pe o zon foarte ngust care constituie canalul n tipul semiconductorului s-a inversat in aceasta zona ingusta (p n) concentraia de e- din canal (zona ngust de tip n) e egal cu concentratia de e+ din volumul B canalul permite conductia unui curent intre S si De+ -golurile din substratul semiconductor , din vecintatea interfeei substrat - oxid de poart sunt ndeprtate de potenialul pozitiv aplicat pe Ge- - electronii din substrat sunt atrasi n vecintatea interfetei substrat - oxid de poart de potentialul pozitiv al GCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*Antrenarea canalului

    Master

  • Master Tensiunea de prag VT - tensiunea aplicata pe G ce produce antrenarea canaluluiCap. 1 - Tranzistorul MOS1. Tranzistorul MOS cu o poartB legat la SVT VT009.06.2009* Vox tensiunea pe oxidul de poarta

    tensiunea pe semiconductor (substrat)(1.1a)

    Master

  • Master - factor de substratCap. 1 - Tranzistorul MOS2. Tranzistorul MOS cu 2 porti09.06.2009*Substratul (B) se polarizeaza cu tensiunea care modifica tensiunea de prag vBS (1.1b)

    Master

  • MasterEcutii le (1.1a,b) sunt valabile pentru n-MOS si p-MOS In tabel se dau semnele marimilor definite anterior pentru n-MOS si p-MOS tensiunea de prag a tranzistorului cu o poartVT tensiunea de prag a tranzistorului MOS cu 2 portiConcluziiCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • Master1.3 Regimuri de functionareMOS canal nMOS canal p(1.2a)(1.2b) Funcionare n conducieMOS canal nMOS canal p(1.2c)(1.2d) Funcionare n blocaresausauCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*Curentii de poarta si substrat sunt in general,neglijabili :

    Master

  • Master1.4 Relaii ntre cureni i tensiuni la MOS( regim stationar si cvasistationar)Se considera un n-MOS n conducie comandat pe poarta cu :n regim stationar / cvasistaionar

    singurul curent prin tranzistor este dacadomeniul tensiunii vDS se mparte n dou zone : zona cvasiliniara ( de trioda) zona activa( de saturatie)

    Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • MasterCap. 1 - Tranzistorul MOSObservatie : cand

    Zona liniar - curentul variaza liniar cu

    (1.3 b) kp - factorul de curent 09.06.2009*Zona cvasi-liniar 0 < vDS vGS VT (1.3a)

    Master

  • Mastersaturaie incipient: Cap. 1 - Tranzistorul MOSZona de saturaie / activ(1.3c)(1.3d) (1.3e) saturaie propriu-zis - zona activa09.06.2009*

    Master

  • MasterCap. 1 - Tranzistorul MOSObservatii Ecuaiile i funcionarea MOS -ului sunt similare cu cele ale TEC-Jn saturaie, apare modularea / scurtarea lungimii canalului exprimata prin factorul in relatia (1.3d)Formulele (1.3) sunt valabile i pentru p-MOS; pentru acest tranzistor in ecuatiile (1.3) trebuie s se lucreze cu |vDS| i |vGS - VT| , cu kp si p Exemple: 1) ecuatia (1.3d ) se scrie pentru p -MOS:09.06.2009*2)

    Master

  • MasterTensiunea de prag VTTensiunea Early VF sau inversul tensiunii Early n(p)Factorul de curent kn(p)Cap. 1 - Tranzistorul MOSParametrii statici ai MOS

    unde : e factorul geometric/factorul de aspect al tranzistorului MOS

    e mobilitatea (valoarea medie) purtatorilor mobili din canal: electroni (goluri). 09.06.2009*(1.4) Cox e capacitatea pe unitatea de arie a oxidului de poarta

    Master

  • Master1.Condiia de semnal mic La intrare se aplica vgs - un semnal de joas frecvenCap. 1 - Tranzistorul MOS Se considera un nMOS polarizat in PSF - punctul static de functionare : Se considera tranzistorul cu o poarta 1.5 Modelarea tranzistorului MOS la semnal mic09.06.2009* PSF e plasat in zona activa /de saturaie : Componenta continua a curentului Componenta variabila / de semnal a curentului

    Master

  • MasterCap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009* e componenta continua a curentului e componenta variabila in timp( de semnal) a curentului

    Master

  • Master

    (1.5)(1.5) e condiia de semnal mic pentru MOSCap. 1 - Tranzistorul MOSnumai dac09.06.2009*Tranzistorul lucreaza semnal mic daca intre componentele de semnal ale curentului si tensiunilor sunt (numai) relatii liniare

    Master

  • Master

    In general curentul de drena e functie de tensiunile tranzistorului. Pentru cazul tranzistorului cu o poarta :Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009* Dezvoltand in serie in conditii de semnal mic2. Ecuatiile curentilor la semnal mic si frecvente joase

    Master

  • Master

    Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*(1.6)Ecuatiile (1.6) exprima relatiile intre componentele de semnal mic / frecvente joase la MOS e conductanta de transfer (panta) tranzistorului Notatii:e conductanta de iesire a tranzistoruluiObs.: Derivatele se calculeaza in PSF-ul tanzistorului(notat cu Q)

    Master

  • MasterDS = BGgmvgsFig. 1.43. Circuitul echivalent de semnal mic si frecvente joaseRelatiile (1.6) conduc la circuitul din fig. 1.4 (vbs= 0)Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • Master

    4. Parametrii dinamici ai MOS Panta ( conductanta de transfer )- exprima variatia curentului de iesire(de drena) la variatia tensiunii pe poarta Cap. 1 - Tranzistorul MOS09.06.2009*

    Master

  • Master Conductana de ieire - exprima variatia curentului de iesire cu variatia tensiunii de iesire(1.8a)(1.8b)Cap. 1 - Tranzistorul MOSRezistena de ieire09.06.2009*

    Master

  • Capitolul IICIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE CU TRANZISTOR MOS2.1 Etaje de amplificare sursa comuna (SC) cu MOS2.2 Etaje de amplificare drena comuna (DC) cu MOS2.3 Amplificatorul cascod CMOS2.4 Surse de curent cu MOS09.06.2009*Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOS2.1 Etaje surs comun (SC)Master*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOS Analiza etajului din Fig. 2.1a Schema de regim dinamic fig.2.1e Q1 si Q2 tranzistoare amplificatoare Q1 si Q2 primesc semnal pe poarta - raspund in drena Sursa e comuna la intrarea/iesirea amplificatorului etaj SC In fig.2.1e sunt 2 etaje SC conectate in paralelFig. 2.1e Master*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOS Analiza etajului din Fig. 2.1a Amplificarea de tensiune- se determina pe schema din fig. 2.1f Fig. 2.1fMaster*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSRezistenta de iesire- se determina pe schema din fig. 2.1gFig. 2.1gMaster*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSSchema de regim dinamic fig.2.1h Q1 tranzistor amplificator Q1 - primeste semnal pe poarta - raspunde in drena Sursa e comuna la intrare/iesire etaj SC Q2 tranzistor dioda Analiza etajului din Fig. 2.1bFig. 2.1hMaster*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSQ2 tranzistor dioda rezistenta dinamica echivalenta se determina peschema din fig. 2.1 i Analiza etajului din Fig. 2.1b Fig. 2.1iMaster*

    Master

  • Amplificarea de tensiune - etajul SC din fig. 2.1b (h)Cap. 2 - CEF cu MOSRezistenta de iesire - etajul SC din fig. 2.1b (h)Fig. 2.1jMaster*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSEtaje SC- Amplificarea de tensiuneCu modelele descrise anterior pentru fiecare schema din fig. 2.1 a,b,c,d se obtine : Master*

  • Cap. 2 - CEF cu MOSEtaje SC- Rezistenta de intrare/iesireCu modelele descrise anterior pentru fiecare schema din fig. 2.1 a,b,c,d se obtine :

    Master*

  • 2.2 Etajul dren comun (DC)Cap. 2 - CEF cu MOSMasterFig. 2.2a *

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSSchema de regim dinamicMasterFig. 2.2b Q1 - tranzistor amplificator Q1 - primeste semnal pe poarta raspunde pe sursa Drena e comuna la intrare / iesire etaj DC Q2 - tranzistor dioda (v. fig. 2.1i )*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSRezistenta de intrare ( fig2.2b)MasterAmplificarea de tensiune pe schema din fig. 2.2b se deduce

    (2.3a)(2.3b)(foarte mare)*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSRezistenta de iesire - se deduce pe schema din fig. 2.2c

    MasterFig. 2.2c(2.3c)*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOS2.3 Cascodul CMOSSchema de regim dinamicMaster Amplificator cu 2 etaje dispuse in cascada Amplificator CASCOD Q1 - etaj SC (primeste semnal pe poarta raspunde pe drena) Q2 - etaj GC (primeste semnal pe sursa raspunde pe drena) Q3 - tranzistor dioda (v. fig. 2.1i )

    Fig. 2.3aFig. 2.3b*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSEtajul GC ( echipat cu Q2 ) MasterFig. 2.3c S-a negligat efectul rezistentei lucreaza pe sarcina( rezistenta lui Q3 ) *

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSRezistenta de iesire a etajului GCMasterFig. 2.3d*

    Master

  • Cap. 2 - CEF cu MOSEtajul SC ( echipat cu Q1 )Master S-a negligat efectul rezistentei lucreaza pe sarcina ( rezistenta de intrare in Q2 )

    Fig. 2.3d*

    Master

  • CASCOD (fig.2.3b) - Amplificarea de tensiuneCap. 2 - CEF cu MOS CASCOD (fig.2.3b) - Rezistenta de iesire CASCOD (fig2.3b)- Rezistenta de intrareMaster (2.4a) (2.4b) (2.4c)*

    Master

  • 2.4 Sursa (oglinda) de curent cu MOSCap. 2 - CEF cu MOS Tranzistorul-dioda Q2 si R alimentate de la VCC dau curentul de referinta Q1 are factorul geometric / de aspect :

    Q2 are factorul geometric / de aspect:

    Fig. 2.4aMaster*

  • Cap. 2 - CEF cu MOSQ1 oglindeste curentul de referinta( curentul lui Q2 )Curentul de iesireTensiunea minima de iesireFixata de mentinerea lui Q1 in saturatie ( zona activa) (2.5a) (2.5b)Master*

  • Cap. 2 - CEF cu MOSEfectul de scurtare a canalului Curentul de referinta IR = ID1 nu este practic afectat de scurtarea canalului lui Q2 in saturatie caci:

    IO depinde de tensiunea de iesire:

    Master*

  • Cap. 2 - CEF cu MOS Rezistenta de iesireFig. 2.4bFig. 2.4cSchema de regim dinamic a oglinzii din fig.2.4a Schema de regim dinamic a tranzistorului dioda Q2 (2.5c)Master*

    Cap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOS464**MasterCap. 2 CEF cu MOSMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOSCap. 2 CEF cu MOS**MasterMasterCap. 2 CEF cu MOS464**MasterCap. 2 CEF cu MOSMasterCap. 2 CEF cu MOS464**MasterCap. 2 CEF cu MOSMasterCap. 2 CEF cu MOS464**MasterCap. 2 CEF cu MOSMasterCap. 2 CEF cu MOS464**MasterCap. 2 CEF cu MOSMaster