Overførselsegenskaber

I transistorer kan overførselsegenskaber forstås som tegning af en udgangsstrøm mod en indgangsstyrende størrelse, som følgelig udviser en direkte 'overførsel' af variabler fra input til output i kurven repræsenteret i grafen.

Vi ved, at for en bipolar forbindelsestransistor (BJT) er udgangssamlerstrømmen IC og kontrolindgangsbasestrømmen IB relateret til parameteren beta , som antages at være konstant til en analyse.

Med henvisning til nedenstående ligning finder vi en lineær sammenhæng mellem IC og IB. Hvis vi laver IB-niveauet 2x, så fordobles IC også forholdsmæssigt.

Men desværre kan dette praktiske lineære forhold muligvis ikke opnås i JFET'er på tværs af deres input- og outputstørrelser. Snarere er forholdet mellem afløbsstrøm-ID og portens spænding VGS defineret af Shockleys ligning :

Her bliver det kvadratiske udtryk ansvarlig for det ikke-lineære respons på tværs af ID og VGS, hvilket giver anledning til en kurve, der vokser eksponentielt, da størrelsen af ​​VGS reduceres.

Selvom en matematisk tilgang ville være lettere at implementere til DC-analysen, kan den grafiske måde muligvis kræve en afbildning af ovenstående ligning.

Dette kan præsentere den pågældende enhed og tegningen af ​​netværksligningerne vedrørende de identiske variabler.

Vi finder løsningen ved at se på skæringspunktet mellem de to kurver.

Husk, at når du bruger den grafiske metode, forbliver enhedens egenskaber upåvirket af det netværk, hvor enheden er implementeret.

Når krydset mellem de to kurver ændrer sig, ændrer det også netværksligningen, men dette har ingen effekt på overføringskurven defineret af ovenstående ligning, 5.3.

Derfor kan vi generelt sige, at:

Overførselsegenskaben defineret af Shockleys ligning påvirkes ikke af det netværk, hvor enheden er implementeret.

Vi kan få overføringskurven ved hjælp af Shockleys ligning eller fra outputegenskaberne som afbildet i figur 5.10

I figuren nedenfor kan vi se to grafer. Den lodrette linje måler milliamper for de to grafer.

En graf tegner afløbsstrøm-ID versus afløb til kilde spænding VDS, den anden graf aftegner afløbsstrøm versus gate-til-kilde spænding eller ID vs VGS.

Ved hjælp af afløbskarakteristikkerne vist på højre side af 'y'-aksen er vi i stand til at tegne en vandret linje, der starter ved mætningsområdet for kurven vist som VGS = 0 V op til aksen vist som ID.

De nuværende niveauer, der således opnås for de to grafer, er IDSS.

Skæringspunktet på kurven for ID vs VGS vil være som angivet nedenfor, fordi den lodrette akse er defineret som VGS = 0 V

Bemærk, at afløbskarakteristika viser forholdet mellem en afløbsudgangsstørrelse med en anden afløbsudgangsstørrelse, hvor de to akser fortolkes af variabler i samme region af MOSFET-karakteristika.

Således kan overførselsegenskaber defineres som et plot af en MOSFET-afløbsstrøm versus en størrelse eller et signal, der fungerer som en indgangskontrol.

Dette resulterer følgelig i en direkte 'overførsel' på tværs af input / output-variabler, når kurven bruges til venstre i figur 5.15. Hvis det havde været et lineært forhold, ville plottet af ID vs VGS have været en lige linje over IDSS og VP.

Dette resulterer imidlertid i en parabolsk kurve på grund af den lodrette afstand mellem VGS, der træder over afløbskarakteristika, der falder i et mærkbart omfang, når VGS bliver mere og mere negativ, i figur 5.15.

Hvis vi sammenligner mellemrummet mellem VGS = 0 V og VGS = -1V med mellem VS = -3 V og klemmen, ser vi, at forskellen skal være identisk, selvom den er meget forskellig for ID-værdien.

Vi er i stand til at identificere et andet punkt på overføringskurven ved at tegne en vandret linje fra VGS = -1 V-kurve indtil ID-aksen og efterfølgende udvide den til den anden akse.

Vær opmærksom på, at VGS = - 1V ved overføringskurvens nederste akse, når ID = 4,5 mA.

Bemærk også, at i ID-definitionen ved VGS = 0 V og -1 V anvendes mætningsniveauerne af ID, mens det ohmske område ignoreres.

Når vi bevæger os længere frem, med VGS = -2 V og - 3V, er vi i stand til at afslutte overføringskurveplottet.

Sådan anvendes Shockleys ligning

Du kan også direkte opnå Fig 5.15-overføringskurven ved at anvende Shockleys ligning (ligning 5.3), forudsat at værdierne for IDSS og Vp er angivet.

IDSS- og VP-niveauerne definerer grænserne for kurven for de to akser og nødvendiggør kun plottning af et par mellemliggende punkter.

Ægtheden af Shockleys ligning Ligning 5.3 som kilde til overføringskurven i figur 5.15 kan udtrykkes perfekt ved at inspicere bestemte niveauer for en bestemt variabel og derefter identificere det tilsvarende niveau for den anden variabel på følgende måde:

Dette svarer til plottet vist i figur 5.15.

Vær opmærksom på, hvor omhyggeligt de negative tegn for VGS og VP styres i ovenstående beregninger. At gå glip af et enkelt negativt tegn kan føre til et totalt fejlagtigt resultat.

Det er ret klart fra ovenstående diskussion, at hvis vi har værdierne IDSS og VP (som kan henvises fra databladet), kan vi hurtigt bestemme værdien af ​​ID for enhver størrelse af VGS.

På den anden side kan vi gennem standardalgebra udlede en ligning (via ligning 5.3) for det resulterende VGS-niveau for et givet niveau af ID.

Dette kunne afledes ganske enkelt for at få:

Lad os nu verificere ovenstående ligning ved at bestemme VGS-niveauet, der producerer en drænstrøm på 4,5 mA for en MOSFET, der har de karakteristika, der svarer til figur 5.15.

Resultatet verificerer ligningen, da den er i overensstemmelse med figur 5.15.

Brug af stenografi-metoden

Da vi har brug for at plotte overføringskurven ganske ofte, kan man finde det bekvemt at få en stenografi-teknik til at plotte kurven. En ønskelig metode ville være, der giver brugeren mulighed for at plotte kurven hurtigt og effektivt uden at gå på kompromis med nøjagtigheden.

Ligningen 5.3, som vi har lært ovenfor, er designet således, at bestemte VGS-niveauer producerer niveauer af ID, der kan huskes for at bruge som plotpunkter, mens man tegner overføringskurven. Hvis vi angiver VGS som 1/2 af den udnyttede værdi VP, kan det resulterende ID-niveau bestemmes ved hjælp af Shockleys ligning på følgende måde:

Det skal bemærkes, at ovenstående ligning ikke oprettes til et specifikt niveau af VP. Ligningen er en generel form for alle VP-niveauer, så længe VGS = VP / 2. Resultatet af ligningen antyder, at afløbsstrømmen altid vil være 1/4 af mætningsniveauet IDSS, så længe gate-to-source-spændingen har en værdi, der er 50% mindre end klemværdien.

Bemærk, at niveauet for ID for VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V i henhold til figur 5.15

Ved at vælge ID = IDSS / 2 og erstatte det i ligning 5.6 får vi følgende resultater:

Selvom yderligere antal punkter kan etableres, kan tilstrækkeligt nøjagtighedsniveau simpelthen opnås ved at tegne overføringskurven ved kun at bruge 4 plotpunkter som identificeret ovenfor og også i tabel 5.1 nedenfor.

I de fleste tilfælde kan vi kun bruge plotpunktet ved hjælp af VGS = VP / 2, mens aksekryds ved IDSS og VP vil give os en kurve, der er tilstrækkelig pålidelig til det meste af analysen.