بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
ترانزیستور MOSFET
اسلاید 2 :
مقدمه
در این مبحث المان سه ترمینالی که ترانزیستور نامیده میشود را بررسی خواهیم کرد.
ترانزیستور در مدارات زیادی از جمله تقویت کننده ها، مدارات دیجیتال و حافظه ها کاربرد دارد.
اصول کلی کارکرد ترانزیستور بر این پایه است که با اعمال ولتاژ به دو ترمینال جریان ترمینال سوم را کنترل میکنند.
دو نوع ترانزیستور مهم وجود دارد: MOSFET, BJT
MOSFET ازBJT کوچکتر بوده و ساخت آن ساده تر بوده و توان کمتری مصرف میکند. در ساخت بسیاری از مدارات مجتمع کاربرد دارد.
اسلاید 3 :
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
ترانزیستور nmos: این ترانزیستور بر روی یک پایه از نوع p ساخته میشود. بر روی پایه دو ناحیه با نیمه هادی نوع n که دارای ناخالصی زیادی هستند ایجاد می شود. این نواحی سورس و درین نامیده میشوند که با یک اتصال فلزی دردسترس قرار میگیرند.
بین این دو ناحیه و در سطح پایه یک عایق کشیده می شود. برروی این عایق یک لایه فلز قرار داده می شود که اتصالی با نام گیت بوجود می آورد.
ممکن است پایه نیز به یک اتصال فلزی وصل شود.
Physical structure of the enhancement-type NMOS transistor: (a) perspective view; (b) cross-section. Typically L = 0.1 to 3 mm, W = 0.2 to 100 mm, and the thickness of the oxide layer (tox) is in the range of 2 to 50 nm.
اسلاید 4 :
نحوه عملکرد
این ترانزیستور بصورت یک المان با سه ترمینال Source, Drain , Gate مورد استفاده قرارمیگیرد.
عملکرد ترانزیستور بدون ولتاژ گیت: اگر ولتاژی به گیت وصل نشده باشد بین سورس و درین دو دیود وجود خواهند داشت: یکی بین n سورس و p پایه و دیگری بین p پایه و n درین.
چون این دو دیود پشت به پشت به هم وصل شده اند هیچ جریانی بین سورس و درین نمیتواند برقرارشود.
مقاومت بین سورس و درین خیلی زیاد خواهد بود.
در واقع یک ناحیه تخلیه بین دو قطعه pوn مجاور تشکیل میشود که از عبور جریان بین پایه و درین و همچنین پایه و سورس جلوگیری میکند.
اسلاید 5 :
ایجاد کانالی برای عبور جریان
عملکرد ترانزیستور با اعمال ولتاژ گیت: اگر درین و سورس را به زمین وصل کرده و ولتاژ مثبتی به گیت وصل کنیم، حامل های مثبت زیر ناحیه گیت تحت تاثیر این ولتاژ از زیر گیت دور شده و به سمت substrate رانده میشوند.
این ولتاژ متقابلا الکترونهای منفی را از ناحیه های سورس و درین جذب مینماید. اگر در ناحیه زیر گیت الکترون کافی جمع شود یک ناحیه منفی بوجود می آید که دو ناحیه n مربوط به سورس و درین را به هم وصل میکند. در واقع کانالی برای عبور جریان الکترون از سورس به درین تشکیل میشود.
توجه شود که substrate که قبلا از نوع p بود در ناحیه زیر گیت به نوع n تبدیل میشود (inversion layer)
مقدار VGS که با ازای آن کانالی از نوع n ایجاد شود را ولتاژ آستانه Vt مینامند. این مقدار معمولا بین 0.5 و1 ولت است.
The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to the gate. An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate.
اسلاید 6 :
ایجاد جریان در ترانزیستور
عملکرد ترانزیستور با اعمال ولتاژVDS : اگر ولتاژ کوچکی به درین و سورس اعمال شود (VDS) باعث خواهد شد تا جریان ID در کانال عبورکند.
درواقع این ولتاژ باعث جذب الکترون ها از سمت سورس به درین شده و جریانی در خلاف جهت حرکت الکترون بوجود می آورد.
مقدار این جریان بستگی به مقدار الکترون های آزاد ناحیه زیر گیت دارد که خود آن وابسته به ولتاژ VGS-Vt است.
اگر VGS در حد vt باشد کانال تازه تاسیس هنوز کوچک بوده و جریان زیادی از ان عبور نمیکند. اما با زیاد شدن این ولتاژ عرض کانال هم زیاد شده و امکان عبور جریان بیشتر فراهم خواهد شد.
An NMOS transistor with vGS > Vt and with a small vDS applied.
اسلاید 7 :
المان مداری ترانزیستور NMOS و PMOS
ترانزیستوری که کانال آن از نوع n باشد، n-channel و یا NMOS خوانده میشود.
ترانزیستوری که کانال آن از نوع pباشد، p-channel و یا PMOS خوانده میشود.
توجه شود که مقدار جریانی که به ترمینال درین وارد میشود برابر با جریانی است که از سورس خارج میشود و جریان ترمینال گیت برابر با صفر است.
IG=0
IG=0
NMOS
PMOS
↓ID
↓ID
اسلاید 8 :
نواحی عملکرد ترانزیستور
اسلاید 9 :
نواحی عملکرد ترانزیستور
ناحیه قطع یا Cut region : با اعمال ولتاژ گیت-سورس کوچکتر از مقدار ولتاژ آستانه ترانزیستور کاملا در ناحیه قطع یا خاموش خواهد بود که در این حالت جریان درین صفر بوده و صرفنظر از ولتاژ درین سورس ترانزیستور به عنوان یک سوئیچ باز رفتار میکند.
ناحیه خطی یا تریودی linear (ohmic) region : اعمال ولتاژ بیشتر از مقدار آستانه در پایه گیت (Vgs > Vt ) و همچنین(Vdsناحیه اشباع یا : Saturation region زمانی که ولتاژ گیت-سورس بیشتر از مقدار ولتاژ آستانه(Vgs > Vt) و ((Vds>Vgs-vtباشد، ترانزیستور در ناحیه اشباع یا جریان ثابت قرار میگیرد.
اسلاید 10 :
رابطه جریان و ولتاژ
اسلاید 11 :
رابطه جریان و ولتاژ با در نظر گرفتن اثر ارلی
