A tranzisztorokban az átviteli jellemzők úgy értelmezhetők, mint egy kimeneti áram ábrázolása egy bemenet-vezérlő nagyságrenddel szemben, amely ennek következtében a változók közvetlen „átvitelét” mutatja be bemenetről kimenetre a grafikonon ábrázolt görbén.
Tudjuk, hogy egy bipoláris csomópontú tranzisztor (BJT) esetében a kimeneti kollektor áramának IC és a vezérlő bemeneti alap áramának IB kapcsolata a paraméterrel történik. béta , amelyet feltételezzük, hogy az elemzés során állandó.
Az alábbi egyenletre hivatkozva lineáris kapcsolatot találunk az IC és az IB között. Ha az IB szintet 2x-re állítjuk, akkor az IC is arányosan duplázik.
De sajnos ez a kényelmes lineáris kapcsolat nem biztos, hogy elérhető a JFET-ekben a bemeneti és kimeneti nagyságukban. Inkább a lefolyó áram azonosítója és a VGS kapu feszültség közötti kapcsolatot határozza meg Shockley egyenlete :
Itt a négyzetes kifejezés válik felelőssé az ID-n és a VGS-en átívelő nemlineáris válaszért, amely egy görbe exponenciálisan növekszik, mivel a VGS nagysága csökken.
Bár a matematikai megközelítést könnyebb megvalósítani az egyenáramú elemzéshez, a grafikus módszer megkövetelheti a fenti egyenlet ábrázolását.
Ez bemutathatja a kérdéses eszközt és az azonos változókra vonatkozó hálózati egyenletek ábrázolását.
A megoldást úgy találjuk meg, hogy megnézzük a két görbe metszéspontját.
Ne feledje, hogy a grafikus módszer használatakor az eszköz jellemzőit nem befolyásolja az a hálózat, ahol az eszközt megvalósították.
Amint a két görbe metszéspontja megváltozik, megváltoztatja a hálózati egyenletet is, de ez nincs hatással a fenti egyenlet által definiált átviteli görbére, 5.3.
Ezért általában azt mondhatjuk, hogy:
A Shockley-egyenlet által meghatározott átviteli karakterisztikát nem befolyásolja az a hálózat, ahol az eszközt megvalósítják.
Az átviteli görbét a Shockley egyenletével, vagy a kimeneti jellemzők alapján kaphatjuk meg az 5.10. ábrán látható módon
Az alábbi ábrán két grafikont láthatunk. A függőleges vonal milliampert mér a két grafikonon.
Az egyik grafikon ábrázolja a lefolyó áram azonosítóját a VDS lefolyó és a forrás közötti feszültség függvényében, a második grafikon a lefolyó áramot ábrázolja a kapu-forrás feszültség vagy az ID és a VGS függvényében.
Az 'y' tengely jobb oldalán látható lefolyási jellemzők segítségével vízszintes vonalat tudunk megrajzolni a VGS = 0 V-ként ábrázolt görbe telítési tartományától kezdve az ID-vel jelölt tengelyig.
A két grafikon így elért jelenlegi szintje az IDSS.
Az ID és a VGS görbe metszéspontja az alábbiak szerint alakul, mert a függőleges tengely VGS = 0 V
Vegye figyelembe, hogy a lefolyási jellemzők megmutatják az egyik lefolyó kimeneti nagysága és egy másik lefolyó kimeneti nagysága közötti kapcsolatot, ahol a két tengelyt a MOSFET jellemzők ugyanazon régiójában lévő változók értelmezik.
Így az átviteli jellemzők meghatározhatók a MOSFET lefolyó áram diagramjaként egy mennyiség vagy egy bemenet vezérlésként működő jel függvényében.
Ennek eredményeként a bemeneti / kimeneti változók közötti közvetlen „átvitelt” eredményez, ha a görbét az 5.15. Ábra bal oldalán használjuk. Ha lineáris összefüggés lett volna, akkor az ID és a VGS ábrája egyenes vonal lett volna az IDSS és a VP között.
Ez azonban parabolikus görbét eredményez a VGS közötti függőleges távolság miatt, amely átlépi a lefolyási jellemzőket, amely érezhetően csökken, ahogy a VGS egyre negatívabbá válik, az 5.15.
Ha összehasonlítjuk a VGS = 0 V és a VGS = -1V közötti teret a VS = -3 V és a lehúzás közötti térrel, azt látjuk, hogy a különbség azonos, bár az ID-értéknél nagyon különbözik.
Az átviteli görbe egy másik pontját úgy tudjuk azonosítani, hogy vízszintes vonalat rajzolunk a VGS = -1 V görbéből az ID tengelyéig, majd ezt követően kiterjesztjük a másik tengelyre.
Figyelje meg, hogy VGS = - 1V az átviteli görbe alsó tengelyén, amikor ID = 4,5 mA.
Vegye figyelembe azt is, hogy az ID definícióban VGS = 0 V és -1 V esetén az ID telítettségi szintjeit használják, miközben az ohmos régiót elhanyagolják.
Tovább haladva, VGS = -2 V és - 3V esetén képesek vagyunk befejezni az átviteli görbe diagramját.
Hogyan alkalmazzuk a Shockley-egyenletet
Az 5.15. Ábra átviteli görbéjét közvetlenül is elérheti Shockley-egyenletének (Eq.5.3.) Alkalmazásával, feltéve, hogy megadják az IDSS és a Vp értékeit.
Az IDSS és a VP szint meghatározza a görbe határait a két tengely számára, és csak néhány köztes pont ábrázolását teszi szükségessé.
A valódiság Shockley egyenlete Az 5.15. Ábra, mint az 5.15. Ábra transzfergörbéjének forrása tökéletesen kifejezhető egy adott változó bizonyos megkülönböztető szintjeinek ellenőrzésével, majd a másik változó megfelelő szintjének azonosításával a következő módon:
Ez egyezik az 5.15. Ábrán bemutatott ábrával.
Figyelje meg, hogy a fenti számítások mennyire gondosan kezelik a VGS és a VP negatív előjeleit. Ha egyetlen negatív jelet is elmulaszt, az teljesen téves eredményhez vezethet.
A fenti megbeszélésből egyértelműen kiderül, hogy ha megvan az IDSS és a VP értéke (amely az adatlapról hivatkozható), akkor gyorsan meghatározhatjuk az ID értékét a VGS bármely nagyságára.
Másrészt a standard Algebra segítségével levezethetünk egy egyenletet (az 5.3. Egyenleten keresztül), a kapott VGS-szintre egy adott ID-szinthez.
Ezt egészen egyszerűen levezethetjük, hogy:
Most ellenőrizzük a fenti egyenletet azáltal, hogy meghatározzuk azt a VGS-szintet, amely 4,5 mA leeresztő áramot eredményez egy MOSFET számára, amelynek jellemzői megfelelnek az 5.15.
Az eredmény ellenőrzi az egyenletet, ahogy az megfelel az 5.15.
Gyorsírás módszerrel
Mivel meglehetősen gyakran kell ábrázolnunk az átviteli görbét, kényelmes lehet egy gyorsírásos technika megszerzése a görbe ábrázolásához. Kívánatos módszer, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy a görbét gyorsan és hatékonyan ábrázolja, anélkül, hogy a pontosságra rontanánk.
A fent megismert 5.3 egyenletet úgy terveztük meg, hogy az adott VGS-szintek olyan ID-szinteket állítsanak elő, amelyekre emlékezhetünk, amikor telek-pontként használjuk az átviteli görbe rajzolása közben. Ha a VGS-t a VP lehúzási érték 1/2-ként adjuk meg, akkor a kapott ID-szint a Shockley-egyenlet segítségével a következő módon határozható meg:
Meg kell jegyezni, hogy a fenti egyenlet nem egy meghatározott VP szintre jön létre. Az egyenlet az összes VP szint általános formája, amíg VGS = VP / 2. Az egyenlet eredménye arra enged következtetni, hogy a lefolyó áram mindig az IDSS telítettségi szint 1/4-e lesz, mindaddig, amíg a kapu-forrás feszültség értéke 50% -kal kisebb, mint a lehúzási érték.
Felhívjuk figyelmét, hogy a VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V azonosítója az 5.15. Ábra szerint
Az ID = IDSS / 2 kiválasztása és az E.5.5 egyenletbe történő behelyezése a következő eredményeket kapja:
Jóllehet további számpontok meghatározhatók, az átviteli görbe megrajzolásával egyszerűen 4 diagrampont segítségével lehet elegendő pontosságot elérni, amint azt a fentiekben és az alábbi 5.1.
A legtöbb esetben csak a plot pontot használhatjuk a VGS = VP / 2 használatával, míg az IDSS és VP tengely metszéspontjai eléggé megbízható görbét adnak az elemzés nagy részéhez.
Előző: MOSFET - Enhancement-Type, Depletion-Type Következő: A MOSFET bekapcsolási folyamatának megértése
