Tranzistorul MOS 1. Prezentare generală Tranzistorul MOS (Metal O xide Semiconductor ) este un dispozitiv cu trei terminale, terminale , furnizat de către producători sub diverse forme (capsule), un exemplu fiind prezentat în Figura 1. Cele trei terminale ale tranzistorului MOS se numesc DRENĂ, DRENĂ, GRILĂ, GRILĂ, respectiv SURSĂ. SURSĂ.
Figura 1. Tranzistorul MOS.
În funcţie de structură, există două categorii principale de tranzistoare MOS:
ca canal indus
cu canal iniţial
În plus, în funcţie de structura canalului, aceste tranzistoare MOS sunt de 2 tipuri şi anume:
cu canal de tip N
cu canal de tip P
Dife Difere renţ nţel ele e de func funcţi ţion onar are e într între e tran tranzi zisto stoar arel ele e MOS MOS cu cana canall indu indus, s, respectiv cu canal iniţial sunt minore, din acest motiv, în continuare se vor prezenta numai tranzistoarele MOS cu canal indus, fiind remarcate numai diferenţele între cele 2 clase de tranzistoare. În circui circuitel tele e electr electroni onice, ce, tranzi tranzisto stoarel arele e MOS sunt sunt simbol simboliza izate te ca în Figura 2.
Figura 2. Simbolul electronic al tranzistoarelor MOS.
2. Mărimile electrice ale tranzistorului bipolar La nivelul tranzistorului MOS apar 4 mărimi electrice:
1 curent – curentul care este generat între DRENĂ şi SURSĂ: o
iD – curentul de drenă
3 tensiuni – tensiunile între terminalele tranzistoarelor: o
vGS – tensiunea grilă-sursă
o
vGD – tensiunea grilă-drenă
o
vDS – tensiunea drenă-sursă
Sensul curentului de drenă este de la drenă şi sursă. Referinţele tensiunilor depind de tipul canalului tranzistorului MOS. Astfel, sensul curentului, respectiv referinţele tensiunilor sunt prezentate în Figura 3. În această figură s-a reprezentat şi curentul din grila tranzistorului notat iG. Trebuie reţinut însă că valoarea acestui curent este întotdeauna nulă.
Figura 3. Mărimile electrice ale tranzistoarelor MOS. Curentul i G=0 intotdeauna.
3. Funcţionarea tranzistorului MOS. Relaţiile dintre mărimile electrice ale tranzistorului MOS depind de regimul de funcţionare al acestuia. Tranzistorul MOS poate funcţiona în 3 moduri distincte, numite regiuni de funcţionare, stabilite de relaţia dintre tensiunile tranzistorului. Regiunile de funcţionare ale tranzistorului MOS sunt:
REGIUNEA DE BLOCARE: o
condiţia de funcţionare: vGS < VTH (canal N)
unde VTH reprezintă un parametru al tranzistorului MOS numit tensiune de prag; valoarea acestei tensiuni este: pozitivă pentru tranzistorul MOS cu canal indus de tip N, negativă pentru tranzistorul MOS cu canal indus de tip P; negativă pentru tranzistorul MOS cu canal iniţial de tip N, pozitivă pentru un tranzistor MOS cu canal iniţial de tip P; o
în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este descrisă de ecuaţia de funcţionare: i D
o
=
0
5.7
în această regiune, comportamentul tranzistorului MOS poate fi exploatat pentru prelucrarea sau generarea semnalelor digitale.
REGIUNEA LINIARĂ:
o
o
condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS < vGS - VTH în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este descrisă de ecuaţia de funcţionare: i D
v = 2 ⋅ k ⋅ vGS − V TH − DS ⋅ v DS 2
5.8
unde k este un parametru al tranzistorului care se măsoară în mA 2
V o
(miliamperi împărţit la volţi la pătrat).
în această regiune, tranzistorul MOS se comportă ca o rezistenţă a cărei valoare poate fi controlată de o tensiune – tensiunea grilă-sursă.
REGIUNEA DE SATURAŢIE: o
o
condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS > vGS - VTH în această regiune, funcţionarea tranzistorului MOS este descrisă de ecuaţia de funcţionare: i D
o
=
k
⋅
( vGS
−
V TH )
2
5.9
în această regiune tranzistorul MOS poate fi utilizat pentru prelucrarea analogică a semnalelor, fiind singura regiune de funcţionare în care tranzistorul NOS poate AMPLIFICA LINIAR semnale;
Funcţionare şi utilizări •
TEC-MOS sunt foarte mult utilizate
în realizarea circuitelor integrate în
special în circuite digitale . Ele sunt utilizate atât ca dispozitive active cât şi ca rezistenţe sau capacităţi . Circuitele integrate cu TEC pot fi produse cu un nivel mare de complexitate la preţuri de cost reduse. Creşterea gradului de integrare prin micşorarea dimensiunilor duce la reducerea capacităţilor parazite şi la creşterea vitezei de lucru. •
O aplicaţie importantă a tranzistorului TEC - MOS este inversorul CMOS . Acesta face parte dintr-o familie de circuite care utilizează tranzistoare cu simetrie complementară . Avantajul principal al familiei CMOS este consumul
de putere foarte mic. Inversorul CMOS poate fi utilizat şi ca amlificator de semnal mic. •
Pot fi folosite şi în comutaţie, un circuit CMOS important fiind comutatorul bilateral pentru semnale analogice,
Defecte Un dezavantaj al TEC-MOS este marea fragilitate faţă de apariţia unor tensiuni accidentale pe poartă. Sarcini extrem de mici pot determina tensiuni de ordinul sutelor care pot distruge tranzistorul . Din această cauză la utilizarea TEC-MOS trebuie luate precauţii speciale de punere la masă a tuturor elementelor cu care iau contact ( mâna operatorului, ciocanul de lipit) . Pentru a evita distrugerea componentelor MOS •
pinii acestora vor fi scurtcircuitaţi printr-un fir conductor până după introducerea în circuit
•
•
toate intrările neutilizate vor fi conectate la masă , la E S sau la ED utilizatorul va evita folosirea în îmbrăcăminte a unor materiale care favorizează acumularea de sarcini electrice
•
este indicată folosirea unei brăţări metalice prin care mâna operatorului să fie conectată la potenţialul de referinţă
Trebuie precizat că unele dispozitive MOS sunt prevăzute cu circuite de protecţie încapsulate.
