Osnovi elektronike

MOS tranzistori svrstavaju u grupu tranzistora sa efektom polja, jer se električnim poljem
reguliše struja kroz kanal kada se primeni napon v
DS
.
9.2.1 Ponašanje NMOS tranzistora pri malim naponima V DS
Pretpostavimo da je između gejta i sorsa doveden napon v
GS
> Vt
, tako da je formiran
indukovani kanal, kao i da je između drejna i sorsa primenjen mali pozitivan napon v DS
reda
stotinak mV. Kroz indukovani kanal će se kretati elektroni od sorsa ka drejnu, odnosno kroz
kanal će proticati struja čiji je smer od drejna ka sorsu. Smer ove struje pokazuje strelica u
uprošćenom simbolu NMOS tranzistora. Jačina struje zavisi od broja slobodnih nosilaca u
kanalu, a broj slobodnih nosilaca zavisi od razlike napona v GS
i napona praga V
t
, vGS
− Vt
, koji
se ponegde naziva i efektivni napon. Dakle, struja drejna i D
biće proporcionalna naponu vGS
− Vt
i naponu v
DS
. Struja sorsa je jednaka struji drejna, s obzirom da je struja gejta jednaka nuli jer je
gejt izolovana elektroda.
Dakle, u režimu malih napona drejn-sors, NMOS tranzistor radi kao otpornik čija se
otpornost može kontrolisati naponom na gejtu.
Detaljnijim razmatranjem fizičkih pojava u kanalu može se izvesti jednačina zavisnosti
struje i od napona D
v
GS
i v DS
, što izlazi izvan okvira ovog predmeta. Kao krajnji rezultat se
dobija jednačina:
1 με W
W
i = ⎡
⎣2( v −V ) v − v ⎤
⎦ = k ⎡
⎣2( v −V ) v −v
⎤
⎦ (9.1)
n ox
2 2
D GS t DS DS n GS t DS DS
2 tox
L L
Dakle, struja drejna zavisi od fizičkih konstanti ( μ
n
i ε ox
), parametara tehnološkog
procesa ( t ox
i V
t
), geometrijskih dimenzija tranzistora (W i L) i primenjenih napona v
GS
i v
DS
.
Oblast rada NMOS tranzistora u režimu malih napona v
DS
naziva se linearna oblast (jer
se MOS tranzistor ponaša kao otpornik) ili triodna oblast (po sličnosti karakteristika sa davno
korišćenom elektronskom cevi triodom).
9.2.2 Ponašanje NMOS tranzistora pri većim naponima V DS
Pri većim naponima v DS
, napon između gejta i sorsa neće biti približno jednak naponu
između gejta i drejna. Zbog toga će se napon između gejta i kanala menjati od v
GS
na strani sorsa
do vGS
− vDS
na strani drejna. Pošto dubina kanala zavisi od ovog napona, na strani sorsa kanal
će prodirati dublje u podlogu, a na strani drejna kanal će biti plići. Sa porastom napona v DS
promena dubine kanala postaje sve veća. Kada se napon v DS
izjednači sa naponom vGS
− Vt
dubina kanala u okolini drejna se približno svede na nulu, odnosno kaže se da je kanal stisnut.
Povećanjem vrednosti napona v DS
iznad vGS
− Vt
oblik kanala se skoro ne menja, tako da se
struja drejna zaustavlja na nekoj vrednosti, odnosno, dolazi do zasićenja struje drejna.
Oblast rada NMOS tranzistora u režimu većih napona vDS
> vGS
−Vt
naziva se oblast
zasićenja. Struja drejna režimu zasićenja se može se dobiti iz prethodne jednačine za struju ako
što se izvrši smena v = v −V
, čime se dobija:
DS
GS
t
76