Unipolarni tranzistori - MOSFET ZADATAK.1. ZADATAK.1. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B ID, [mA]
B
A 0,25
0,5
1
1,5
2
UGS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS GS postaje pozitivniji I D raste →
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0 GS0=0,5 V. Uz napon U GS GS =0 V kanal nije formiran ( I D=0) obogaćeni tip (radi (r adi samo s jednim predznakom napona → upravljačke elektrode) b) U točki A vrijedi: I DA = 0,25 mA,
U GSA = 1,5 V
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = 0,5 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati konstantu MOSFET-a: K =
2 ⋅ I DA 2
(U GSA − U GS 0 )
=
2 ⋅ 0,25 2
(1,5 − 0,5 )
= 0,5 mA V
2
1
Za točku B vrijedi da je U GSB = 2 V
Konstantu MOSFET-a i U GS0 GS0 znamo iz to čke A pa možemo izra čunati struju: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
0,5 2
2
⋅ (2 − 0,5) = 0,5625 mA
Napomena: prijenosne karakteristike crtaju se za konstantni napon U DS I IZ = f (U UL )
U IZ = konst .
I D = f (U GS )
odnosno
U DS = konst .
Prema tome, faktor λ nam nije interesantan kod prora čuna struja iz prijenosnih karakteristika jer je faktor (1 + λ ⋅U DS ) konstantan za sve to čke na karakteristici.
ZADATAK.2. ZADATAK.2. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B ID, [mA] B
0,2
-1
- 0,5
0,5
UGS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS GS postaje pozitivniji I D raste →
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0 GS0= - 1 V. Uz napon U GS GS =0 V kanal je → formiran ( I D=0,2 mA) osiromašeni tip (radi s dva predznaka napona upravlja čke elektrode) 2
Za točku B vrijedi da je U GSB = 2 V
Konstantu MOSFET-a i U GS0 GS0 znamo iz to čke A pa možemo izra čunati struju: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
0,5 2
2
⋅ (2 − 0,5) = 0,5625 mA
Napomena: prijenosne karakteristike crtaju se za konstantni napon U DS I IZ = f (U UL )
U IZ = konst .
I D = f (U GS )
odnosno
U DS = konst .
Prema tome, faktor λ nam nije interesantan kod prora čuna struja iz prijenosnih karakteristika jer je faktor (1 + λ ⋅U DS ) konstantan za sve to čke na karakteristici.
ZADATAK.2. ZADATAK.2. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B ID, [mA] B
0,2
-1
- 0,5
0,5
UGS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS GS postaje pozitivniji I D raste →
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0 GS0= - 1 V. Uz napon U GS GS =0 V kanal je → formiran ( I D=0,2 mA) osiromašeni tip (radi s dva predznaka napona upravlja čke elektrode) 2
b) Prva radna to čka je I D = 0,2 mA,
U GS = 0 V
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = −1 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati konstantu MOSFET-a: K =
2 ⋅ I D 2
(U GS − U GS 0 )
=
2 ⋅ 0, 2 2
(0 − 1)
= 0,4 mA V
2
Za točku B vrijedi da je U GSB = 0,5 V
Konstantu MOSFET-a i U GS0 GS0 znamo iz to čke A pa možemo izra čunati struju: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
0,4 2
2
⋅ (0,5 − (− 1)) = 0,45 mA
ZADATAK.3. ZADATAK.3. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. c) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. d) Kolika je struja u točki B ID, [mA]
-2
-1
0
1
-0,2
B
3
UGS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS postaje negativniji iznos struje I D raste
→
radi se o p-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0=1 V. Uz napon U GS =0 V kanal je formiran ( I D= - 0,2 mA) osiromašeni tip (radi s dva predznaka napona upravlja čke → elektrode) b) Prva radna točka je I D = −0,2 mA,
U GS = 0 V
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = 1 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati konstantu MOSFET-a: K =
2 ⋅ I D
(U GS − U GS 0 )
2
=
2 ⋅ (− 0,2 ) 2
(0 − 1)
= −0,4 mA V
2
Za točku B vrijedi da je U GSB = −2 V
Konstantu MOSFET-a i U GS0 znamo iz točke A pa možemo izra čunati struju: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
− 0,4
2
2
⋅ (− 2 − 1) = −1,8 mA
ZADATAK.4. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. e) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. f) Kolika je struja u točki B
4
ID, [mA]
-2
-4
-1
0
UGS, [V]
- 0,1
A
B
Rješenje: a) Kako U GS postaje negativniji iznos struje I D raste
→
radi se o p-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0= - 1 V. Uz napon U GS =0 V kanal nije formiran ( I D=0 mA) obogaćeni tip (radi s jednim predznakom napona → upravljačke elektrode) b) U točki A vrijedi: I DA = −0,1 mA,
U GS = −2 V
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = −1 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati konstantu MOSFET-a: K =
2 ⋅ I D 2
(U GS − U GS 0 )
=
2 ⋅ (− 0,1) 2
(− 2 − (− 1))
= −0,2 mA V
2
Za točku B vrijedi da je U GSB = −4 V
Konstantu MOSFET-a i U GS0 znamo iz točke A pa možemo izra čunati struju: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
− 0,2
2
2
⋅ (− 4 − (− 1)) = −0,9 mA
5
ZADATAK.5. Za n-kanalni MOSFET uz U DS =3 V i U GS -U GS0=1 V struja odvoda iznosi I D=0,5 mA. Kolika struja odvoda te če ako uz isti U GS napon U DS padne na 0,5 V. Pretpostaviti λ=0. Rješenje: U prvoj zadanoj to čki vrijedi: I D = 0,5 mA
→
U DS = 3 V > U GS − U GS 0 = 1 V
MOSFET je u područ ju zasićenja
Uz λ=0 u zasi ćenju za struju odvoda vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 )
Iz čega možemo izračunati konstantu MOSFET-a K =
2 ⋅ I D 2
(U GS − U GS 0 )
=
2 ⋅ (0,5) 2
1
2
= 1 mA V
U drugoj zadanoj točki vrijedi:
→
U DS = 0,5 V < U GS − U GS 0 = 1 V
MOSFET je u triodnom područ ju
Za struju odvoda u zadanoj to čki računamo: 2 U DS 0,5 2 I D = K ⋅ (U GS − U GS 0 ) ⋅ U DS − = 1 ⋅ 1 ⋅ 0,5 − = 0,375 mA 2 2
ZADATAK.6. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju u točki C ID, [mA]
UGS=2 V C
B 1
A
0,25 0,5
UGS=1,5 V
UGS=1 V
UDS, [V]
6
Rješenje:
→
a) Kako U GS postaje pozitivniji I D raste
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
b) Za točku A imamo: I DA = 0,25 mA ,
U GSA = 1 V
Za točku B imamo: I DB = 1 mA ,
U GSB = 1,5 V
Obje točke se nalaze u podru č ju zasićenja te za struje odvoda pišemo: I DA =
I DB =
K
2 K
2
2
(1)
2
(2)
⋅ (U GSA − U GS 0 )
⋅ (U GSB − U GS 0 )
Imamo dvije jednadžbe s dvije nepoznanice – K i U GS0 Ako npr. podijelimo (1) i (2) te izvadimo korijen dobijemo:
(U GSB − U GS 0 )⋅
I DA
= (U GSA − U GS 0 )
I DB
Nakon kraćeg računa možemo dobiti U GSA − U GSB ⋅ U GS 0 =
I DA I DB
1 − I DA I DB
=
1 − 1,5 ⋅ 0,25
=
0,25 0,5
1 − 0,25
= 0,5 V
Napon praga je U GS0=0,5 V odnosno uz U GS =0 V kanal nije formiran te u ovom trenutku možemo zaključiti da se radi o MOSFET-u oboga ćenog tipa. Npr. iz (1) možemo izračunati konstantu MOSFET-a: K =
2 ⋅ I DA
(U GSA − U GS 0 )
2
=
2 ⋅ (0,25)
(1 − 0,5)
2
= 2 mA V
2
Točka C je u triodnom područ ju što se vidi iz izlazne karakteristike: U DS = 0,5 V < U GS − U GS 0 = 2 − 0,5 = 1,5 V
→
Struja u točki C je: 7
triodno područ je
2 U DS 0,5 2 I DC = K ⋅ (U GS − U GS 0 )⋅ U DS − = 2 ⋅ (2 − 0,5 )⋅ 0,5 − = 1,25 mA 2 2
ZADATAK.7. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0.
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C ID, [mA]
UGS= - 4 V
C B
UGS= - 3 V
A
UGS= - 2 V
-1
- 0,25 -1
UDS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS postaje negativniji I D raste
→
radi se o p-kanalnom MOSFET-u
b) Za točku A imamo: I DA = −0,25 mA ,
U GSA = −2 V
Za točku B imamo: I DB = −1 mA ,
U GSB = −3 V
Obje točke se nalaze u podru č ju zasićenja te za struje odvoda pišemo: I DA =
I DB =
K
2 K
2
2
(1)
2
(2)
⋅ (U GSA − U GS 0 )
⋅ (U GSB − U GS 0 )
Imamo dvije jednadžbe s dvije nepoznanice – K i U GS0
8
Ako npr. podijelimo (1) i (2) te izvadimo korijen dobijemo:
(U GSB − U GS 0 )⋅
I DA I DB
= (U GSA − U GS 0 )
Nakon kraćeg računa možemo dobiti I DA
U GSA − U GSB ⋅ U GS 0 =
I DB
1 − I DA I DB
=
− 2 − (− 3) ⋅
0,25
=
− 0,5
0,5
1 − 0,25
= −1 V
Napon praga je U GS0= - 1 V odnosno uz U GS =0 V kanal nije formiran te u ovom trenutku možemo zaključiti da se radi o MOSFET-u oboga ćenog tipa. Npr. iz (1) možemo izračunati konstantu MOSFET-a: 2 ⋅ I DA
K =
2
(U GSA − U GS 0 )
=
2 ⋅ (− 0,25) 2
(− 2 − (− 1))
= −0,5 mA V
2
Točka C je u triodnom područ ju što se vidi iz izlazne karakteristike: U DS
<
− 0,5 V
U GS − U GS 0 <
→
triodno područ je
− 4 − (− 1) = − 3 V
Struja u točki C je:
I DC
2 U DS (− 1)2 = K ⋅ (U GS − U GS 0 ) ⋅ U DS − = −1,25 mA = −0,5 ⋅ (− 4 − (− 1)) ⋅ (− 1) − 2 2
ZADATAK.8. Projektirati n-kanalni MOSFET tako da strmina tranzistora u zasi ćenju uz U GS =1,5 V iznosi gm=1 mA/V, a da pri tome kapacitet upravlja čke elektrode bude C G<10 fF. Napon praga iznosi U GS0=0,5 V, debljina oksida je t ox=25 nm, a pokretljivost elektrona u 2 kanalu µn=380 cm /Vs. Rješenje: Potrebno je odrediti duljinu i širinu kanala. Strmina tranzistora u zasićenju jednaka je: g m = K ⋅ (U GS − U GS 0 )
Da bi postigli zadanu strminu uz zadani ulazni napon ( U GS ) treba nam MOSFET koji ima konstantu:
9
K =
gm
1
=
= 1 mA V
(U GS − U GS 0 ) 1,5 − 0,5
2
Konstanta MOSFET-a može se izra čunati iz tehnoloških parametara i ovisi o dimenzijama kanala preko kojih se može podesiti: K = µ n ⋅
ε ox W ⋅
t ox L
Drugi zahtjev je da kapacitet upravlja čke elektrode bude C G<10 fF. Za kapacitet vrijedi: C G =
ε ox
⋅ W ⋅ L =
t ox
ε ox W ⋅
t ox L
K
2
⋅ L =
µ n
2
⋅ L
Iz toga slijeda da za zadani kapacitet duljina kanala mora biti:
L =
µ n ⋅ C G K
=
380 ⋅10 ⋅10 −15 10 −3
= 0,616
µ m
Iz jedne od gornje dvije jednadžbe možemo izra čunati širinu kanala: W =
C G ⋅ t ox
ε ox ⋅ L
=
10 ⋅10 −15 ⋅ 0,025 ⋅10 −4 3,9 ⋅ 8,854 ⋅10 −14 ⋅ 0,616 ⋅10 − 4
= 11,75
µ m
ZADATAK.9. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor -2 -1 modulacije duljine kanala iznosi λ=10 V . a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u to čki B. ID, [mA] UDS=5 V
B
A 0,1
0,5
1
1,5
2
UGS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS postaje pozitivniji I D raste
→ 10
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0=0,5 V. Uz napon U GS =0 V kanal nije formiran ( I D=0) obogaćeni tip (radi samo s jednim predznakom napona → upravljačke elektrode) b) U točki A vrijedi: I DA = 0,1 mA,
U GSA = 1,5 V ,
U DS > U GS − U GS 0
U DSA = 5 V
ZASIĆENJE
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = 0,5 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 ) ⋅ (1 + λ ⋅ U DS )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati: K ⋅ (1 + λ ⋅ U DS ) =
2 ⋅ I DA 2
(U GSA − U GS 0 )
=
2 ⋅ 0,1 2
(1,5 − 0,5 )
= 0,2 mA V
2
Za točku B vrijedi da je U GSB = 2 V ,
ZASIĆENJE
U DS > U GS − U GS 0
U DSB = 5 V
K ⋅ (1 + λ ⋅ U DS ) i U GS0 znamo iz prethodnog dijela zadatka pa možemo izra čunati struju: I DB =
K ⋅ (1 + λ ⋅ U DS )
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) = 2
0,2 2
⋅ (2 − 0,5) = 0,225 mA 2
Dinamički parametri:
g mB =
g dB =
r dB =
µ B
∂i D ∂uGS
= K ⋅ (1 + λ ⋅ U DSB ) ⋅ (U GSB − U GS 0 ) = 0,2 ⋅ (2 − 0,5) = 0,3 mA V U DSB
∂i D ∂u DS
1 g dB
= U GSB
K ⋅ λ
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
K ⋅ λ
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) ⋅
(1 + λ ⋅ U DSB ) I DB = (1 + λ ⋅ U DSB ) U + 1 DSB
= 467 k Ω
= g mB ⋅ r dB = 0,3 ⋅ 467 = 140
11
λ
=
0,225 = 2,14 µ S 1
5+
0,01
ZADATAK.10. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor -2 -1 modulacije duljine kanala iznosi λ= - 10 V . a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u to čki B. ID, [mA]
-3
-2
-1
0
UGS, [V]
1
-0,2
B
UDS= - 3 V
Rješenje: a) Kako U GS postaje negativniji I D raste
→
radi se o p-kanalnom MOSFET-u
Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0=1 V. Uz napon U GS =0 V kanal je formiran ( I D≠0) osiromašeni tip (radi s dva predznaka napona upravlja čke elektrode) → b) U točki A vrijedi: I DA = −0, 2 mA,
U GSA = 0 V ,
U DS > U GS − U GS 0 ZASIĆENJE
U DSA = −3 V
Iz karakteristike se još može o čitati napon praga U GS 0 = 1 V
U zasićenju vrijedi: I D =
K
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 ) ⋅ (1 + λ ⋅ U DS )
Pa iz podataka za to čku A možemo izra čunati: K =
2 ⋅ I DA 2
(1 + λ ⋅U DS ) ⋅ (U GSA − U GS 0 )
=
2 ⋅ (− 0,2 )
(1 + (− 0,01) ⋅ (− 3) ⋅) ⋅ (0 − 1)
2
= −0,388 mA V
2
Za točku B vrijedi da je U GSB = −3 V ,
U DSB = −3 V
U DS < U GS − U GS 0
12
TRIODNO PODRUČJE
K i U GS0 znamo iz to čke A pa možemo izra čunati struju:
I DB
2 U DS (− 3)2 = K ⋅ (U GSB − U GS 0 ) ⋅ U DS − = −2,91 mA = −0,388 ⋅ (− 3 − 1) ⋅ (− 3) − 2 2
Dinamički parametri u točki B su: g mB =
∂i D ∂uGS U
= K ⋅ U DSB = −0,388 ⋅ (− 3) = 1,164 mA V
DSB
g dB =
r dB =
µ B
∂i D ∂u DS
1 g dB
= K ⋅ (U GSB − U GS 0 − U DSB ) = −0,388 ⋅ (− 3 − 1 − (− 3)) = 0,388 mS U GSB
= 2,58 k Ω
= g mB ⋅ r dB = 1,164 ⋅ 2,58 = 3
ZADATAK.11. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=0,5 V. Struje u to čkama A i B iznose I DA=1 mA i I DB=1,01 mA. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju i dinamičke parametre u točki C. ID, [mA]
UGS=2 V
C A
B
UGS=1,5 V
UGS=1 V 0,5
2
3
UDS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS postaje pozitivniji I D raste
→
radi se o n-kanalnom MOSFET-u
Napon praga iznosi U GS0=0,5 V. Uz napon U GS =0 V kanal nije formiran ( I D=0) obogaćeni tip (radi samo s jednim predznakom napona upravlja čke elektrode)
b) Točke A i B su u zasi ćenju jer vrijedi U DS > U GS − U GS 0
13
→
Iz te dvije točke možemo izračunati faktor modulacije duljine kanala. K I DB
= 2
K
I DA
2
2
⋅ (1 + λ ⋅ U DSB )⋅ (U GSB − U GS 0 )
2
⋅ (1 + λ ⋅ U DSA )⋅ (U GSA − U GS 0 )
Vrijedi da je U GSA=U GSB pa se može napisati: I DB
(1 + λ ⋅ U DSB ) (1 + λ ⋅ U DSA )
=
I DA
Kraćim računanjem dobivamo:
λ =
I DB − I DA I DA ⋅U DSB − I DB ⋅U DSA
=
1,01 − 1 1⋅ 3 − 1,01⋅ 2
= 10,2 ⋅ 10
−3
V −1
Npr. iz točke A možemo izračunati konstantu MOSFET-a
{ I DA = 1 mA, U GSA = 1,5 V , U DSA = 2 V } K =
2 ⋅ I DA 2
(1 + λ ⋅U DS ) ⋅ (U GSA − U GS 0 )
=
2 ⋅1
(1 + 10,2 ⋅10
−3
)
2
⋅ 2 ⋅ (1,5 − 0,5)
= 1,96 mA V
2
Struja u točki C je:
{ U GSC = 2 V , U DSC = 0,5 V }
I DC
2 U DSC (0,5)2 = K ⋅ (U GSC − U GS 0 ) ⋅ U DSC − = 1,225 mA = 1,96 ⋅ (2 − 0,5) ⋅ (0,5) − 2 2
Dinamički parametri u točki C:
g mC =
g dC =
r dC =
∂i D ∂uGS
= K ⋅ U DSC = 1,96 ⋅ (0,5) = 0,98 mA V U DSC
∂i D ∂u DS
1 g dC
= K ⋅ (U GSC − U GS 0 − U DSC ) = 1,96 ⋅ (2 − 0,5 − 0,5) = 1,96 mS U GSC
= 510 Ω
µ C = g mC ⋅ r dC =
U DSC U GSC − U GS 0 − U DSC
= 0,98 ⋅ 0,51 =
14
0,5 2 − 0,5 − 0,5
= 0,5
ZADATAK.12. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga -1 tranzistora iznosi U GS0= - 0,5 V, a faktor modulacije duljine kanala λ= - 0,005 V . Strmina tranzistora u točki A iznosi gmA=0,5 mA/V. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju i dinamičke parametre u točki B. ID, [mA]
UGS= - 2 V
A B
UGS= - 1,5 V
UGS= - 1 V - 0,5
-2
UDS, [V]
Rješenje: a) Kako U GS postaje negativniji iznos struje I D raste →
radi se o p-kanalnom MOSFET-u
Napon praga iznosi U GS0= - 0,5 V. Uz napon U GS =0 V kanal nije formiran ( I D=0 mA) obogaćeni tip (radi s jednim predznakom napona upravlja čke elektrode) → b) U točki A vrijedi: g mA = 0,5 mA V ,
U DSA = −0,5 V , U GSA = −2 V
TRIODNO PODRUČJE
U DS < U GS − U GS 0
Za strminu u triodnom područ ju vrijedi: g mA =
∂i D ∂uGS
= K ⋅ U DSA U DSA
iz čega možemo izračunati konstantu MOSFET-a K =
g mA U DSA
=
0,5 − 0,5
= −1 mA V
2
Za točku B imamo:
{ U GSB
= −1,5 V ,
U DSB = −2 V
U DS > U GS − U GS 0
}
ZASIĆENJE
15
Konstantu MOSFET-a smo izra čunali u točki A pa možemo izra čunati struju u točki B: I DB =
K
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) ⋅ (1 + λ ⋅ U DSB ) =
−1
2
2
⋅ [− 1,5 − (− 0,5)] ⋅ [1 − 0,005 ⋅ (− 2)] = −0,505 mA
Dinamički parametri u točki B su: g mB = g dB =
r dB =
µ B
∂i D ∂u GS
= K ⋅ (1 + λ ⋅ U DSB ) ⋅ (U GSB − U GS 0 ) = −1 ⋅ [1 − 0,005 ⋅ (− 2 )] ⋅ [− 1,5 − (− 0,5 )] = 1,01 mA V U DSB
∂i D ∂u DS
1 g dB
=
K ⋅ λ
U GSB
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) =
K ⋅ λ
2
2
⋅ (U GSB − U GS 0 ) ⋅
(1 + λ ⋅ U DSB ) I DB = (1 + λ ⋅ U DSB ) U + 1 DSB
λ
− 0,505
=
−2+
1
= 2,5 µ S
− 0,005
= 400 k Ω
= g mB ⋅ r dB = 1,01 ⋅ 400 = 404
ZADATAK.13. U sklopu na slici odrediti širinu kanala PMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasi ćenju. Zadane su dimenzije NMOS tranzistora, Ln=1 µm i W n=3 µm te duljina kanala PMOS tranzistora L p=1 µm. Naponi praga tranzistora iznose U GS0n=0,75 V i U GS0p= - 0,75 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu µn=400 cm2/Vs i µ p=150 cm2/Vs. Debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je λ=0 za oba tranzistora. + 2,5 V
1,25 V
+
Rješenje: Kontakti podloge spojeni su na uvode te sa sheme možemo o čitati: U GSn=1,25 V
U GSp=1,25-2,5= - 1,25 V
i
Pošto su struje tranzistora jednake, ako su oba tranzistora u zasi ćenju vrijedit će: K n
2
2
⋅ (U GSn − U GS 0 n ) =
K p
2
(
⋅ U GSp − U GS 0 p
)
2
Vrijedi da je:
16
(U GSn − U GS 0n )2 = (1,25 − 0,75 )2 = 0,25 V 2
(U
GSp
− U GS 0 p
)
2
2
= (− 1, 25 − (− 0,75)) = 0, 25 V
2
Prema tome, da bi oba tranzistora bila u zasi ćenju mora vrijediti: K n = K p
µ n ⋅
ε ox W ε W ⋅ = µ p ⋅ ox ⋅ d ox L n d ox L p
Nakon kratkog računanja dobivamo: W p =
µ n W ⋅ Lp µ p L n
=
400 3 ⋅ ⋅1 = 8 150 1
Na slici su prikazane izlazne karakteristike za tri mogu ća slučaja:
IDp, [mA]
IDn, [mA] Q
NMOS i PMOS u zasićenju
0 ( - 2,5 )
2,5
UDSn, [ V ]
(0)
( UDSp, [ V ] )
IDp, [mA]
IDn, [mA]
NMOS u zasi ćenju
Q
PMOS u triodnom
0 ( - 2,5 )
2,5
UDSn, [ V ]
(0)
( UDSp, [ V ] )
IDp, [mA]
IDn, [mA] Q
NMOS u triodnom PMOS u zasi ćenju
0 ( - 2,5 )
2,5
UDSn, [ V ]
(0)
( UDSp, [ V ] )
17
ZADATAK.14. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su 2 U GS0n=1 V i U GS0p= - 1 V, a konstante MOSFET-a K n= - K p=0,5 mA/V .Zadano je U DD=3 V i U GG=1,5 V. Ampermetar je idealan.
A
+
UDD
+ UGG
Rješenje: Po simbolu i kontaktu podloge zaklju čujemo da je lijevi tranzistor PMOS (kontakt podloge je spojen na U DD), a desni tranzistor je NMOS (kontakt podloge spojen na masu).
A -IDp
+
IDn D
S G
PMOS
NMOS
+ UGG
D
S
Struja ampermetra jedanaka je zbroju nazna čenih struja: I A = I Dn − I Dp
Za PMOS tranzistor sa slike možemo zaklju čiti: U GS = U G − U S = U GG − U DD = 1,5 − 3 = −1,5 V U DS = −U DD = −3 V U DS −3
I Dp =
>
U GS − U GS 0
>
− 1,5 − (− 1)
K p
2
PMOS je u zasićenju 2
⋅ (U GS − U GS 0 ) =
− 0,5
2
⋅ [− 1,5 − (− 1)] = −62,5 µ A 2
18
UDD
Za NMOS tranzistor sa slike možemo zaklju čiti: U GS = U G − U S = U GG − 0 = 1,5 − 0 = 1,5 V U DS = U DD = 3 V >
U DS 3
I Dn =
>
U GS − U GS 0
NMOS je u zasićenju
1,5 − 1
K n
2
2
⋅ (U GS − U GS 0 ) =
0,5 2
2
⋅ [1,5 − 1] = 62,5 µ A
Struja ampermetra je: I A = I Dn − I Dp = 62,5 − (− 62,5) = 0,125 mA
ZADATAK.15. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su U GS0n=0,5 V i U GS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose µn=400 cm2/Vs i µ p=150 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravlja čke elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi d ox=15 nm. Dimenzije kanala su Ln= L p=1 µm i W p=2W n=6 µm. Pretpostaviti λ=0. Odrediti područ ja rada za oba tranzistora te izlazne napone U DSn i U DSp. + 2,5 V
A 1,25 V
+
Rješenje: U zadatku 13 dane su izlazne karakteristike, gdje su opisana tri mogu ća slučaja. Tamo se vidi da struju u izlaznom krugu ograni čava tranzistor koji je u zasi ćenju. Za PMOS tranzistor imamo: U GSp = 1,25 − 2,5 = −1,25 V , U GS 0 p = −0,5 V
ε W K p = − µ p ⋅ ox ⋅ t ox L p
3,9 ⋅ 8,854 ⋅10 −14 6 2 = −150 ⋅ ⋅ = −0,207 mA V −4 0,015 ⋅10 1
Struja u zasi ćenju: 19
I Dp =
K p
2
(
⋅ U GSp − U GS 0 p
)
2
− 0, 207
=
2
2
⋅ [− 1,25 − (− 0,5 )] = −58,22 µ A
Za NMOS tranzistor imamo: U GSn = 1,25 − 0 = 1,25 V ,
ε W K n = µ n ⋅ ox ⋅ t ox L n
U GS 0 n = 0,5 V
3,9 ⋅ 8,854 ⋅10 −14 3 2 = 400 ⋅ ⋅ = 0, 276 mA V −4 0,015 ⋅10 1
Struja u zasi ćenju: I Dn =
K n
2
2
⋅ (U GSn − U GS 0 n ) =
0,276 2
2
⋅ [1,25 − 0,5] = 77,63 µ A
U izlaznom krugu struju će ograni čavati tranzistor koji uđe u zasi ćenje: I A = min − I Dp , I Dn = − I Dp = 58,22 µ A
Prema tome PMOS tranzistor je u zasi ćenju, a NMOS u triodnom podru č ju. NMOS je u triodnom podru č ju i vrijedi: I Dn = 58,22 µ A ,
I Dn
U GSn = 1,25 − 0 = 1,25 V ,
= K n ⋅ (U GSn − U GS 0 n ) ⋅ U DSn
K n = 0,276 mA V 2
U GS 0 n = 0,5 V
U DSn 2
−
2
Treba riješiti kvadratnu jednadžbu po U DSn 2 U DSn 0,05822 = 0,276 ⋅ (1,25 − 0,5) ⋅ U DSn − 2
2 U DSn − 1,5 ⋅ U DSn + 0,4219 = 0
→
U DSn1 = 1,125 V
fizikalno nije prihvatljivo jer je
U DSn1
>
U GSn − U GS 0 n
U DSn 2
<
U GSn − U GS 0 n
što ne vrijedi u triodnom podru č ju U DSn1 = 0,375 V
fizikalno prihvatljivo jer je
Iz izlaznog kruga za PMOS tranzistor možemo izra čunati − U DSp = 2,5 − U DSn
→
U DSp = −2,125 V
20
Zadaci za vježbu
VJ.1. Prijenosna karakteristika MOSFET-a područ ju zasićenja prikazana je na slici.
u
ID, [mA]
B
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
A 0,25
1
Rješenje: a) NMOS obogaćeni; b) I DB=0,5625 mA
VJ.2. Prijenosna karakteristika MOSFET-a područ ju zasićenja prikazana je na slici.
u
2
3
4
UGS, [V]
ID, [mA]
1
A
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
B
Rješenje: a) NMOS oboga ćeni; b) I DB=0,4444 mA
1
VJ.3. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici.
3
4
UGS, [V]
ID , [mA] B
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, oboga ćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
Rješenje: a) NMOS osiromašeni; b) I DB=0,3375 mA
2
0,15
-1
VJ.4. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u područ ju zasićenja prikazana je na slici.
- 0,5
0,5
U GS , [V]
ID, [mA]
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
0,5
B
Rješenje: a) NMOS osiromašeni; b) I DB=0,125 mA -1
21
- 0,5
0
UGS, [V]
ID, [mA]
VJ.5. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podru č ju zasićenja prikazana je na slici. -1
- 0,5
0
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
UGS, [V]
0,5
-0,1
B
Rješenje: a) PMOS osiromašeni; b) I DB= - 0,9 mA
VJ.6. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u područ ju zasićenja prikazana je na slici.
ID, [mA]
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
-2
-1
0
1
UGS, [V]
B
-1
Rješenje: a) PMOS osiromašeni; b) I DB= - 0,1111 mA
VJ.7. Prijenosna karakteristika MOSFET-a područ ju zasićenja prikazana je na slici.
u
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
ID, [mA]
-1
-2
- 0,5
0
UGS, [V]
- 0,15
A
B
Rješenje: a) PMOS obogaćeni; b) I DB= - 1,35 mA
VJ.8. Prijenosna karakteristika MOSFET-a područ ju zasićenja prikazana je na slici.
ID, [mA]
u -3
- 1,5
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B
- 0,75
0
B
-1 A
Rješenje: a) PMOS oboga ćeni; b) I DB= - 0,1111 mA
22
UGS, [V]
VJ.9. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0.
ID, [mA]
UGS=2,5 V
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
C A
UGS=2 V
B
UGS=1,5 V
1
0,25
Rješenje: a) NMOS oboga ćeni; b) I DC =1,25 mA
0,5
VJ.10. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0.
UDS, [V]
ID, [mA]
UGS=2 V
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
C A
UGS=1 V
B
UGS=0 V
0,75
0,25
Rješenje: a) NMOS osiromašeni; b) I DC =0,77 mA
1
UDS, [V]
ID, [mA]
VJ.11. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
C
A
UGS=1 V
B
UGS=0 V
0,5
0,1
UGS=2 V
Rješenje: a) NMOS osiromašeni; b) I DC =1,206 mA
UDS, [V]
VJ.12. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0.
ID, [mA]
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
UGS= - 2 V C
B
UGS= - 1,5 V
A
UGS= - 1 V
- 0,5
Rješenje: a) PMOS oboga ćeni; b) I DC = - 1,106 mA
- 0,1 -1
23
UDS, [V]
ID, [mA]
VJ.13. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0. UGS= - 2 V
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
C B
UGS= - 1 V
A
UGS= 0 V
-1
Rješenje: a) PMOS osiromašeni; b) I DC = - 1,25 mA
- 0,25 -1
UDS, [V]
ID, [mA]
VJ.14. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti λ=0. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju u točki C
C
B
UGS= - 0,5 V
- 0,6
A
- 0,15
Rješenje: a) PMOS osiromašeni; b) I DC = - 1,35 mA
UGS= - 1 V
UGS= 0 V
UDS, [V]
VJ.15. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine -2 -1 kanala iznosi λ=10 V . a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u točki B.
ID, [mA] UDS=2,5 V B A 0,15
Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DB=0,32 mA, gmB=0,183 mA/V, r dB=27,3 k Ω, µ B=5, točka B u triodnom područ ju
VJ.16. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine -3 -1 kanala iznosi λ=5·10 V .
1
4
UGS, [V]
UDS=8 V B
A
0,1 1
24
3
ID, [mA]
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u točki B.
Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DB=0,9 mA, gmB=0,6 mA/V, r dB=231 k Ω, µ B=139, točka B u zasi ćenju
2
2
3
4
UGS, [V]
VJ.17. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala -3 -1 iznosi λ=5·10 V .
ID, [mA] B UDS=1 V
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u točki B.
0,1
Rješenje: a) NMOSFET osiromašeni tip; b) I DB=0,796 mA, gmB=0,796 mA/V, r dB=2,51 k Ω, µ B=2, točka B u triodnom područ ju
-0,5
A
0
VJ.18. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala -3 -1 iznosi λ= - 5·10 V .
0,5
-2
-1
0 -0,2
UDS= - 4 V
B
ID, [mA]
-2
-1,5
-1
-0,5
-0,25
B
Rješenje: a) PMOSFET obogaćeni tip; b) I DB= - 0,563 mA, gmB=0,75 mA/V, r dB=363 k Ω, µ B=272, točka B u zasićenju
UDS= - 4 V
ID, [mA]
-4
-3
-2
-1
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u točki B.
25
UGS, [V]
0
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u točki B.
Rješenje: a) PMOSFET obogaćeni tip; b) I DB= - 1,09 mA, gmB=0,62 mA/V, r dB=8 k Ω, µ B=5, točka B u triodnom područ ju
UGS, [V]
1
Rješenje: a) PMOSFET osiromašeni tip; b) I DB= - 1,8 mA, gmB=1,2 mA/V, r dB=113 k Ω, µ B=136, točka B u zasićenju
VJ.20. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine -3 -1 kanala iznosi λ= - 10 V .
UGS, [V]
ID, [mA]
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Izračunati struju i dinamičke parametre u to čki B.
VJ.19. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala -3 -1 iznosi λ= - 5·10 V .
1
UGS, [V]
0
-0,5
B
UDS= - 2,5 V
ID, [mA]
VJ.21. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0= - 0,5 V. Struje u to čkama A i B iznose I DA=1 mA i I DB=1,01 mA.
UGS=2 V
C A
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju i dinamičke parametre u točki C.
B
UGS=1 V
UGS=0 V 0,5
2
Rješenje: a) NMOSFET osiromašeni tip; b) I DC =0,98 mA, gmC =0,436 mA/V, r dC =574 triodnom područ ju
3
UDS, [V]
Ω, µ C =0,25, točka C u
ID, [mA]
VJ.22. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=0,5 V. Struje u točkama A i B iznose I DA=0,5 mA i I DB=0,505 mA.
C
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju i dinamičke parametre u točki C.
B
A
UGS= 2 V
UGS= 1,5 V
UGS=1 V 2
3
UDS, [V]
Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DC =1,136 mA, gmC =1,515 mA/V, r dC =89 k Ω, µ C =135, točka C u zasićenju ID, [mA]
VJ.23. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=1 V. Struje u točkama A i B iznose I DA= - 498 µA i I DB= - 500 µA.
UGS= - 3 V
C
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju i dinamičke parametre u točki C.
A
B
UGS= - 1,5 V
UGS=0 V -1
-4
-6
UDS, [V]
Rješenje: a) PMOSFET osiromašeni tip; b) I DC = - 0,5533 mA, gmC =0,16 mA/V, r dC =2,1 k Ω, µ C =0,33, točka C u triodnom područ ju ID, [mA]
VJ.24. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0= - 0,5 V. Struje u točkama A i B iznose I DA= 498 µA i I DB= - 500 µA. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) odrediti struju i dinamičke parametre u to čki C.
C
A
B
UGS= - 2 V
UGS= - 1,5 V
UGS= - 1 V - 1,5
- 2,5
-3
UDS, [V]
Rješenje: a) PMOSFET obogaćeni tip; b) I DC = - 1,13 mA, gmC =1,5 mA/V, r dC =222 k Ω, µ C =334, točka C u zasićenju
26
ID, [mA]
VJ.25. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0= - 0,5 V, a faktor modulacije duljine -1 kanala λ= - 0,005 V . Strmina tranzistora u točki A iznosi gmA=0,5 mA/V.
B
UGS= - 2 V
A
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju i dinamičke parametre u točki B.
UGS= - 1,5 V
UGS= - 1 V -2
-3
UDS, [V]
Rješenje: a) PMOSFET obogaćeni tip; b) I DB= - 0,5653 mA, gmB=0,754 mA/V, r dB=359 k Ω, µ B=271, točka B u zasićenju ID, [mA]
VJ.26. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=1 V, a faktor modulacije duljine -1 kanala λ=0,0025 V . Strmina tranzistora u točki A iznosi gmA=1 mA/V.
B
UGS= 4 V
A
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju i dinamičke parametre u točki B.
UGS=3 V
UGS=2 V 4
6
UDS, [V]
Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DB=2,26 mA, gmB=1,51 mA/V, r dB=180 k Ω, µ B=271, točka B u zasićenju ID, [mA]
VJ.27. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=0,75 V, a faktor modulacije duljine -1 kanala λ=0,0025 V . Strmina tranzistora u točki A iznosi gmA=1 mA/V.
UGS= 3 V B
A
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) b) Odrediti struju i dinamičke parametre u točki B.
UGS=2 V
UGS=1 V 1
4
UDS, [V]
Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DB=1,386 mA, gmB=0,792 mA/V, r dB=1 k Ω, µ B=0,8, točka B u triodnom područ ju ID, [mA]
VJ.28. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi U GS0=0,75 V, a faktor modulacije duljine -1 kanala λ=0,005 V . Strmina tranzistora u točki A iznosi gmA=0,5 mA/V.
UGS= 3 V A
B
a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni)
UGS=1 V 1
27
UGS=2 V
4
UDS, [V]
b) Odrediti struju i dinamičke parametre u točki B. Rješenje: a) NMOSFET obogaćeni tip; b) I DB=0,398 mA, gmB=0,638 mA/V, r dB=512 k Ω, µ B=326, točka B u zasićenju
VJ.29. Projektirati n-kanalni MOSFET tako da strmina tranzistora u zasi ćenju uz U GS =2 V iznosi gm=2 mA/V, a da pri tome kapacitet upravlja čke elektrode bude C G<25 fF. Napon praga iznosi U GS0=0,75 V, debljina oksida je t ox=25 nm, a pokretljivost elektrona u kanalu 2 µn=380 cm /Vs. Rješenje: L≤0,77 µm, W/L=30,4; U rubnom slu čaju W=23,5 µm
VJ.30. Projektirati p-kanalni MOSFET tako da strmina tranzistora u zasi ćenju uz U GS = - 2 V iznosi gm=0,5 mA/V, a da pri tome kapacitet upravlja čke elektrode bude C G<25 fF. Napon praga iznosi U GS0= - 0,75 V, debljina oksida je t ox=25 nm, a pokretljivost šupljina u kanalu 2 µn=150 cm /Vs. Rješenje: L≤0,97 µm, W/L=19,3; U rubnom slu čaju W=18,7 µm
VJ.31. U sklopu na slici odrediti širinu kanala PMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasićenju. Zadane su dimenzije NMOS tranzistora, Ln=1 µm i W n=3 µm te duljina kanala PMOS tranzistora L p=1 µm. Naponi praga tranzistora iznose U GS0n=0,75 V i U GS0p= + 0,75 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu 1,35 V µn=400 cm2/Vs i µ p=150 cm2/Vs. Debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je λ=0 za oba tranzistora.
+ 2,5 V
Rješenje: W p=18 µm
VJ.32. U sklopu na slici odrediti širinu kanala PMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasićenju. Zadane su dimenzije NMOS tranzistora, Ln=1 µm i W n=3 µm te duljina kanala PMOS tranzistora L p=1 µm. Naponi praga tranzistora iznose U GS0n=0,75 V i U GS0p= 0,75 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu + 1,15 V µn=400 cm2/Vs i µ p=150 cm2/Vs. Debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je λ=0 za oba tranzistora. Rješenje: W p=3,56 µm
28
+ 2,5 V
VJ.33. U sklopu na slici odrediti širinu kanala NMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasi ćenju. Zadane su dimenzije PMOS tranzistora, L p=0,5 µm i W p=1,5 µm te duljina kanala NMOS tranzistora Ln=0,5 µm. Naponi praga tranzistora iznose U GS0n=0,5 V i U GS0p= - 0,5 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu µn=380 cm2/Vs i µ p=140 cm2/Vs. Debljina oksida 0,8 V ispod upravljačke elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je λ=0 za oba tranzistora.
+ 1,8 V
+
Rješenje: W n=1,54 µm
VJ.34. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su U GS0n=0,5 V i U GS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose µn=400 cm2/Vs i µ p=150 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je za PMOS i NMOS + tranzistor i iznosi d ox=15 nm. Dimenzije kanala su 1,25 V Ln= L p=1 µm i W p=12 µm, W n=3 µm. Pretpostaviti λ=0. Odrediti područ ja rada za oba tranzistora te izlazne napone U DSn i U DSp.
+ 2,5 V
A
Rješenje: I A=77,7 µA, NMOS je u zasi ćenju, U DSn=2,183 V; PMOS je u triodnom podru č ju, U DSp= - 0,317 V
VJ.35. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su U GS0n=0,5 V i U GS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose µn=380 cm2/Vs i µ p=140 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi d ox=10 nm. Dimenzije kanala su Ln= L p=0,5 µm i W p=W n=3 µm. Pretpostaviti λ=0. 0,8 V Odrediti područ ja rada za oba tranzistora te izlazne napone U DSn i U DSp.
+ 1,8 V
A +
Rješenje: I A=35,43 µA, NMOS je u zasi ćenju, U DSn=1,38 V; PMOS je u triodnom podru č ju, U DSp= - 0,42 V
VJ.36. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su U GS0n=0,5 V i U GS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose µn=380 cm2/Vs i µ p=140 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljačke elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi d ox=10 nm. Dimenzije kanala su Ln= L p=0,5 µm i W p=2 µm W n=3 µm. Pretpostaviti 0,8 V λ=0. Odrediti područ ja rada za oba tranzistora te izlazne napone U DSn i U DSp.
+ 1,8 V
A +
Rješenje: I A=24,17 µA, NMOS je u triodnom podru č ju, U DSn=0,13 V; PMOS je u zasi ćenju, U DSp= - 1,67 V
29