מאפייני העברה

בטרנזיסטורים ניתן להבין מאפייני העברה כמתווה של זרם יציאה כנגד עוצמת בקרת קלט, וכתוצאה מכך מציג 'העברה' ישירה של משתנים מקלט ליציאה בעקומה המיוצגת בגרף.

אנו יודעים כי עבור טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT), זרם אספן המוצא IC וזרם בסיס הבקרה של בקרת IB קשורים לפי הפרמטר. בטא , אשר מניחים שהוא קבוע לניתוח.

בהתייחס למשוואה למטה אנו מוצאים קשר לינארי הקיים בין IC ו- IB. אם אנו הופכים את רמת ה- IB 2x, אז IC גם מכפיל את עצמו באופן יחסי.

אך למרבה הצער, קשר ליניארי נוח זה לא יכול להיות מושג ב- JFET על פני גודל הקלט והפלט שלהם. במקום זאת, הקשר בין מזהה זרם הניקוז למתח השער VGS מוגדר על ידי המשוואה של שוקלי :

כאן, הביטוי בריבוע הופך לאחראי לתגובה הלא-לינארית על פני ה- ID ו- VGS, מה שמוליד עקומה הגדלה באופן אקספוננציאלי, כאשר גודל ה- VGS פוחת.

אף על פי שגישה מתמטית תהיה קלה יותר ליישום לניתוח ה- DC, הדרך הגרפית עשויה לדרוש מתווה של המשוואה הנ'ל.

זה יכול להציג את המכשיר המדובר ואת התוויית משוואות הרשת המתייחסות למשתנים זהים.

אנו מוצאים את הפיתרון על ידי התבוננות בנקודת החיתוך של שני העקומות.

זכור שכאשר אתה משתמש בשיטה הגרפית, מאפייני המכשיר נותרים בלתי מושפעים מהרשת בה מיושם המכשיר.

כאשר הצומת בין שני העקומות משתנה, הוא גם משנה את משוואת הרשת, אך אין לכך כל השפעה על עקומת ההעברה שהוגדרה על ידי Eq לעיל, 5.3.

לכן, באופן כללי אנו יכולים לומר כי:

מאפיין ההעברה המוגדר על ידי משוואת שוקלי אינו מושפע מהרשת בה מיושם המכשיר.

אנו יכולים לקבל את עקומת ההעברה באמצעות המשוואה של שוקלי, או ממאפייני הפלט כמתואר באיור 5.10

באיור למטה נוכל לראות שני גרפים. הקו האנכי מודד מיליאמפר לשני הגרפים.

גרף אחד מתווה את מזהה זרם הניקוז לעומת מתח הניקוז למקור VDS, הגרף השני מתווה את זרם הניקוז לעומת מתח שער למקור או מזהה לעומת VGS.

בעזרת מאפייני הניקוז המוצגים בצד ימין של ציר 'y', אנו מצליחים לצייר קו אופקי החל מאזור הרוויה של העקומה המוצגת כ- VGS = 0 V עד לציר המוצג כ- ID.

הרמות הנוכחיות שהושגו לפיכך עבור שני הגרפים הן IDSS.

נקודת החיתוך בעקומת ID לעומת VGS תהיה כמפורט להלן מכיוון שהציר האנכי מוגדר כ- VGS = 0 V

שים לב שמאפייני הניקוז מראים את הקשר בין גודל יציאת ניקוז אחד לגודל יציאת ניקוז אחר, כאשר שני הצירים מתפרשים על ידי משתנים באותו אזור של מאפייני MOSFET.

לפיכך, ניתן להגדיר מאפייני העברה כעלילה של זרם ניקוז MOSFET לעומת כמות או אות הפועל כבקרת כניסה.

כתוצאה מכך התוצאה היא 'העברה' ישירה על פני משתני קלט / פלט, כאשר משתמשים בעקומה משמאל לאיור 5.15. אם זו הייתה מערכת יחסים ליניארית, העלילה של ID לעומת VGS הייתה קו ישר על פני IDSS וסמנכ'ל.

עם זאת, התוצאה היא עקומה פרבולית בגלל המרווח האנכי בין ה- VGS העובר על מאפייני הניקוז, אשר יורד במידה ניכרת ככל שה- VGS נהיה שלילי יותר ויותר, באיור 5.15.

אם נשווה את הרווח שבין VGS = 0 V ו- VGS = -1V לזה שבין VS = -3 V לבין הצביטה, אנו רואים שההפרש יהיה זהה, אם כי הוא שונה בהרבה מבחינת ערך ה- ID.

אנו מסוגלים לזהות נקודה נוספת בעקומת ההעברה על ידי ציור קו אופקי מ- VGS = -1 V עקומה עד ציר ה- ID ובהמשך להאריך אותה לציר השני.

שים לב ש- VGS = - 1V בציר התחתון של עקומת ההעברה כאשר ID = 4.5 mA.

שים לב גם, בהגדרת ה- ID ב- VGS = 0 V ו- -1 V, נעשה שימוש ברמות הרוויה של ID, בעוד שהאזור האוממי מוזנח.

אם אנו מתקדמים קדימה, עם VGS = -2 V ו- -3 V, אנו מסוגלים לסיים את עלילת עקומת ההעברה.

כיצד ליישם את משוואת שוקלי

ניתן גם להשיג את עקומת ההעברה באיור 5.15 על ידי יישום משוואת שוקלי (משוואה 5.3), בתנאי שהערכים של IDSS ו- Vp ניתנים.

רמות ה- IDSS והסמנכ'ל מגדירות את גבולות העקומה עבור שני הצירים, ומחייבות רק תכנון של כמה נקודות ביניים.

האמיתיות של המשוואה של שוקלי משוואה 5.3 כמקור לעקומת ההעברה באיור 5.15 יכולה להתבטא בצורה מושלמת על ידי בדיקת רמות ייחודיות מסוימות של משתנה מסוים ואז זיהוי הרמה המקבילה של המשתנה האחר, באופן הבא:

זה תואם את העלילה המוצגת באיור 5.15.

שימו לב עד כמה מנוהלים הסימנים השליליים ל- VGS ו- VP בחישובים לעיל. להחמיץ אפילו סימן שלילי אחד יכול להוביל לתוצאה מוטעית לחלוטין.

מהדיון לעיל זה די ברור שאם יש לנו את הערכים של IDSS וסמנכ'ל (שאותם ניתן להפנות מגליון הנתונים), נוכל לקבוע במהירות את ערך הזיהוי לכל גודל VGS.

מצד שני, באמצעות אלגברה רגילה אנו יכולים להפיק משוואה (דרך משוואה 5.3), לרמת ה- VGS המתקבלת עבור רמה מסוימת של זיהוי.

זה יכול להיות נגזר בפשטות כדי להשיג:

בואו נוודא את המשוואה הנ'ל על ידי קביעת רמת ה- VGS המייצרת זרם ניקוז של 4.5 mA עבור MOSFET בעל המאפיינים התואמים איור 5.15.

התוצאה מאמתת את המשוואה כפי שהיא תואמת את האיור 5.15.

באמצעות שיטת הקיצור

מכיוון שאנחנו צריכים לשרטט את עקומת ההעברה לעתים קרובות למדי, אפשר למצוא את זה נוח להשיג טכניקה קצרה לתכנון העקומה. שיטה רצויה תהיה המאפשרת למשתמש לשרטט את העקומה במהירות וביעילות, מבלי להתפשר על הדיוק.

משוואת 5.3 שלמדנו לעיל תוכננה כך שרמות VGS מסוימות מייצרות רמות של ID שניתן לזכור כשימוש בנקודות עלילה תוך כדי ציור עקומת ההעברה. אם אנו מציינים את VGS כ- 1/2 מערך הצבירה VP, ניתן לקבוע את רמת הזיהוי המתקבלת באמצעות המשוואה של שוקלי באופן הבא:

יש לציין כי המשוואה הנ'ל אינה נוצרת לרמה מסוימת של סמנכ'ל. המשוואה היא צורה כללית לכל רמות הסמנכ'ל כל עוד VGS = VP / 2. התוצאה של המשוואה מרמזת כי זרם הניקוז יהיה תמיד 1/4 מהדרגת הרוויה IDSS כל עוד למתח השער למקור יש ערך שהוא 50% פחות מערך הצביטה.

שימו לב שרמת הזהות עבור VGS = VP / 2 = -4 V / 2 = -2 V בהתאם לאיור 5.15

אם אנו בוחרים ID = IDSS / 2 ומחליפים אותו למשוואה 5.6, אנו מקבלים את התוצאות הבאות:

למרות שניתן לקבוע נקודות מספר נוספות, ניתן להשיג רמה מספקת של דיוק בפשטות על ידי ציור עקומת ההעברה באמצעות 4 נקודות עלילה בלבד, כפי שזוהו לעיל וגם בטבלה 5.1 להלן.

ברוב המקרים אנו יכולים להשתמש רק בנקודת העלילה באמצעות VGS = VP / 2, ואילו צמתי הציר ב- IDSS וסמנכ'ל יתנו לנו עקומה אמינה דיה לרוב הניתוח.