SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 15zvyšuje spolu se zvyšujícím se napětím hradla. Obrázek také ilustruje možnost využitíMOSFETu jako napětím řízeného rezistoru.3.2.2 Kvadratický modelKvadratický model využívá stejných předpokladů jako předchozí model lineární.Jedinou výjimkou je náboj v inverzní vrstvě – ten se mění podél délky kanálu.Odvození je založeno na faktu, že proud je kontinuální skrz kanál. Proud je také závislýna lokálním napětí uvnitř kanálu, >I>V C .Předpokládejme nyní malý kousek struktury s délkou dy>/I> a napětím v kanále V C +V S .Lineární model popsaný rovnicí ( 3.6 ), aplikovaný na tuto naši vybranou oblast, dáváIDW= µ Cox( VG− VS− VC− VT) dVC( 3.7 )dyKde napětí drain-source je zaměněno za napětí v kanále. Obě strany rovnice mohou býtintegrovány přes oblast drain-source, jinými slovy od 0 do délky kanálu L, a napětí v kanálese mění od 0 do V DS .L∫0IDoxVDS∫( VG−VS−VC−VT) dVCdy = µ C W( 3.8 )Proud drainem, I D , je konstantní a tak po integraci dostávámeID02W ⎡V ⎤DS= µ Cox( VGSVT) VDSpro VDS< ( VGS−VT)L⎢ − − ⎥,( 3.9 )⎣2 ⎦Proud drainem nejdříve roste lineárně spolu s napětím drain-source, pak dosahujemaxima. Podle výše uvedené rovnice proud může dále klesat a eventuelně se stát i záporným.Hustota náboje na konci kanálu u oblasti drain je nulová v maximu a mění znaménko připoklesu proudu oblastí drain. Náboj inverzní vrstvy se blíží nule a mění znaménko spolus tím, jak dochází k akumulaci děr u přechodu. Tyto díry nemohou přispět k proudu drainuprotože oblast drain/substrát je reverzně polarizované dioda p-n a díry se nemohou dostat dooblasti drain. Proud tedy dosáhne svého maxima a dále zůstává stejný i při dalším zvyšovánípotenciálu drain-source. Toto chování se označuje jako proudová saturace.Saturační proud se tedy objeví, pokud napětí V ds je rovno napětí Vgs-Vth. Velikostsaturačního proudu je potom určena rovnicíI( V −V)2W GS TD, sat= µ Cox, pro VDS> ( VGS−VT)( 3.10 )L2Kvadratický model vysvětluje typickou C-V charakteristiku MOS tranzistoru, která jenormálně zobrazována pro více různých napětí V gs . Ukázka je na Graf 3.3. Saturační oblastzačíná napravo od tečkované hranice, která je dána I = µ C W/L VD ox DS2
16 FEKT Vysokého učení technického v BrněI D [mA]Kvadratický model výstupní charakteristiky NMOS tranzistoru2,521,510,500 5 10 15 20 25 30V DS [V]Graf 3.3: Výstupní charakteristika NMOS tranzistoru – kvadratický modelI = 0 , pro V < V( 3.11 )DPro záporné hodnoty napětí drain-source je tranzistor kvadratickým modelem popsánrovnicí ( 3.9 ). Je ale možné polarizovat p-n diodu přechodu drain-bulk do propustného stavu.Potom celý model musí obsahovat p-n diody mezi source-bulk a drain-bulk.Kvadratický model se využívá pro výpočet některých malosignálových parametrů,jmenovitě transkonduktance,g m , a výstupní vodivosti, g d .Transkonduktance popisuje změnu výstupního proudu (drain) v závislosti a vstupnímnapětí hradla při konstantním napětí drain-sourcegδITranskonduktance v kvadratické oblasti je dánaGST∆Dm= ( 3.12 )δVGSV DSWgm, quad= µCoxVDS( 3.13 )LJe tedy přímo úměrná napětí drain-source pro V DS < V GS – VT. V saturační oblasti jetranskonduktance konstantní a je dánaWgm, sat= µ Cox( VGS−VT)( 3.14 )LVýstupní vodivost kvantifikuje změnu výstupního proudu (drain) v závislosti sezměnou napětí drain-source, při konstantním V gs
- Page 1 and 2: Ing. Daniel Bečvář, Ph.D.Ing. Ji
- Page 3 and 4: 2 FEKT Vysokého učení technické
- Page 5 and 6: 4 FEKT Vysokého učení technické
- Page 7 and 8: 6 FEKT Vysokého učení technické
- Page 9 and 10: 8 FEKT Vysokého učení technické
- Page 11 and 12: 10 FEKT Vysokého učení technick
- Page 13 and 14: 12 FEKT Vysokého učení technick
- Page 15: 14 FEKT Vysokého učení technick
- Page 19 and 20: 18 FEKT Vysokého učení technick
- Page 21 and 22: 20 FEKT Vysokého učení technick
- Page 23 and 24: 22 FEKT Vysokého učení technick
- Page 25 and 26: 24 FEKT Vysokého učení technick
- Page 27 and 28: 26 FEKT Vysokého učení technick
- Page 29 and 30: 28 FEKT Vysokého učení technick
- Page 31 and 32: 30 FEKT Vysokého učení technick
- Page 33 and 34: 32 FEKT Vysokého učení technick
- Page 35 and 36: 34 FEKT Vysokého učení technick
- Page 37 and 38: 36 FEKT Vysokého učení technick
- Page 39 and 40: 38 FEKT Vysokého učení technick
- Page 41 and 42: 40 FEKT Vysokého učení technick
- Page 43 and 44: 42 FEKT Vysokého učení technick
- Page 45 and 46: 44 FEKT Vysokého učení technick
- Page 47 and 48: 46 FEKT Vysokého učení technick
- Page 49 and 50: 48 FEKT Vysokého učení technick
- Page 51 and 52: 50 FEKT Vysokého učení technick
- Page 53 and 54: 52 FEKT Vysokého učení technick
- Page 55 and 56: 54 FEKT Vysokého učení technick
- Page 57 and 58: 56 FEKT Vysokého učení technick
- Page 59 and 60: 58 FEKT Vysokého učení technick
- Page 61 and 62: 60 FEKT Vysokého učení technick
- Page 63 and 64: 62 FEKT Vysokého učení technick
- Page 65 and 66: 64 FEKT Vysokého učení technick
16 FEKT Vysokého učení technického v BrněI D [mA]Kvadratický model výstupní charakteristiky NMOS tranzistoru2,521,510,500 5 10 15 20 25 30V DS [V]Graf 3.3: Výstupní charakteristika NMOS tranzistoru – kvadratický modelI = 0 , pro V < V( 3.11 )DPro záporné hodnoty napětí drain-source je tranzistor kvadratickým modelem popsánrovnicí ( 3.9 ). Je ale možné polarizovat p-n diodu přechodu drain-bulk do propustného stavu.Potom celý model musí obsahovat p-n diody mezi source-bulk a drain-bulk.Kvadratický model se využívá pro výpočet některých malosignálových parametrů,jmenovitě transkonduktance,g m , a výstupní vodivosti, g d .Transkonduktance popisuje změnu výstupního proudu (drain) v závislosti a vstupnímnapětí hradla při konstantním napětí drain-sourcegδITranskonduktance v kvadratické oblasti je dánaGST∆Dm= ( 3.12 )δVGSV DSWgm, quad= µCoxVDS( 3.13 )LJe tedy přímo úměrná napětí drain-source pro V DS < V GS – VT. V saturační oblasti jetranskonduktance konstantní a je dánaWgm, sat= µ Cox( VGS−VT)( 3.14 )LVýstupní vodivost kvantifikuje změnu výstupního proudu (drain) v závislosti sezměnou napětí drain-source, při konstantním V gs
Change language