ลักษณะการถ่ายโอน

ในลักษณะการถ่ายโอนของทรานซิสเตอร์สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการวางแผนกระแสเอาต์พุตเทียบกับขนาดควบคุมอินพุตซึ่งจะแสดง 'การถ่ายโอน' ตัวแปรโดยตรงจากอินพุตไปยังเอาต์พุตในเส้นโค้งที่แสดงในกราฟ

เรารู้ว่าสำหรับทรานซิสเตอร์แบบขั้วต่อสองขั้ว (BJT) IC ปัจจุบันของตัวสะสมเอาต์พุตและ IB กระแสฐานอินพุตควบคุมมีความสัมพันธ์กันโดยพารามิเตอร์ เบต้า ซึ่งถือว่าเป็นค่าคงที่สำหรับการวิเคราะห์

อ้างถึงสมการด้านล่างเราพบความสัมพันธ์เชิงเส้นที่มีอยู่ระหว่าง IC และ IB ถ้าเราทำให้ IB ระดับ 2x แล้ว IC ก็จะเพิ่มเป็นสองเท่าตามสัดส่วน

แต่น่าเศร้าที่ความสัมพันธ์เชิงเส้นที่สะดวกสบายนี้อาจไม่สามารถทำได้ใน JFET ทั้งขนาดอินพุตและเอาต์พุต แต่ความสัมพันธ์ระหว่าง ID ปัจจุบันของท่อระบายน้ำและแรงดันประตู VGS ถูกกำหนดโดย สมการของ Shockley :

ที่นี่นิพจน์กำลังสองจะรับผิดชอบต่อการตอบสนองที่ไม่ใช่เชิงเส้นทั่วทั้ง ID และ VGS ซึ่งก่อให้เกิดเส้นโค้งที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อขนาดของ VGS ลดลง

แม้ว่าวิธีการทางคณิตศาสตร์จะง่ายกว่าในการนำไปใช้สำหรับการวิเคราะห์กระแสตรง แต่วิธีกราฟิกอาจต้องใช้การพล็อตสมการข้างต้น

สิ่งนี้สามารถนำเสนออุปกรณ์ที่เป็นปัญหาและการวางแผนสมการเครือข่ายที่เกี่ยวข้องกับตัวแปรที่เหมือนกัน

เราหาคำตอบโดยดูที่จุดตัดของสองโค้ง

โปรดจำไว้ว่าเมื่อคุณใช้วิธีการแบบกราฟิกลักษณะของอุปกรณ์จะยังคงไม่ได้รับผลกระทบจากเครือข่ายที่ใช้อุปกรณ์

เมื่อจุดตัดระหว่างเส้นโค้งทั้งสองเปลี่ยนไปก็จะเปลี่ยนสมการเครือข่ายด้วย แต่สิ่งนี้ไม่มีผลกับเส้นโค้งการถ่ายโอนที่กำหนดโดย Eq ข้างต้น 5.3

ดังนั้นโดยทั่วไปเราสามารถพูดได้ว่า:

ลักษณะการถ่ายโอนที่กำหนดโดย Shockley's Equation จะไม่ได้รับผลกระทบจากเครือข่ายที่ใช้อุปกรณ์

เราสามารถรับเส้นโค้งการถ่ายโอนโดยใช้สมการของ Shockley หรือจากลักษณะผลลัพธ์ ดังที่แสดงในรูปที่ 5.10

ในรูปด้านล่างเราจะเห็นกราฟสองกราฟ เส้นแนวตั้งวัดมิลลิแอมป์สำหรับกราฟสองกราฟ

กราฟหนึ่งพล็อต ID ปัจจุบันของท่อระบายน้ำเทียบกับ VDS แรงดันไฟฟ้าจากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งที่มากราฟที่สองจะพล็อตกระแสระบายเทียบกับแรงดันไฟฟ้าจากประตูสู่ต้นทางหรือ ID เทียบกับ VGS

ด้วยความช่วยเหลือของลักษณะท่อระบายน้ำที่แสดงที่ด้านขวาของแกน 'y' เราสามารถวาดเส้นแนวนอนโดยเริ่มต้นที่บริเวณความอิ่มตัวของเส้นโค้งที่แสดงเป็น VGS = 0 V จนถึงแกนที่แสดงเป็น ID

ดังนั้นระดับปัจจุบันที่ทำได้สำหรับสองกราฟคือ IDSS

จุดตัดบนเส้นโค้งของ ID เทียบกับ VGS จะเป็นไปตามที่ระบุด้านล่างเนื่องจากแกนแนวตั้งถูกกำหนดให้เป็น VGS = 0 V

โปรดสังเกตว่าลักษณะท่อระบายน้ำแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดเอาต์พุตของท่อระบายน้ำหนึ่งกับขนาดเอาต์พุตของท่อระบายน้ำอื่นโดยที่ทั้งสองแกนจะถูกตีความโดยตัวแปรในพื้นที่เดียวกันของลักษณะ MOSFET

ดังนั้นลักษณะการถ่ายโอนจึงสามารถกำหนดเป็นพล็อตของกระแสระบาย MOSFET เทียบกับปริมาณหรือสัญญาณที่ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมอินพุต

ส่งผลให้เกิด 'การถ่ายโอน' โดยตรงระหว่างตัวแปรอินพุต / เอาต์พุตเมื่อใช้เส้นโค้งทางด้านซ้ายของรูปที่ 5.15 หากเป็นความสัมพันธ์เชิงเส้นพล็อตของ ID vs VGS จะเป็นเส้นตรงข้าม IDSS และ VP

อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดเส้นโค้งพาราโบลาเนื่องจากระยะห่างแนวตั้งระหว่าง VGS ที่ก้าวข้ามลักษณะการระบายน้ำซึ่งจะลดลงในระดับที่สังเกตได้เนื่องจาก VGS ได้รับค่าลบมากขึ้นในรูปที่ 5.15

ถ้าเราเปรียบเทียบช่องว่างระหว่าง VGS = 0 V และ VGS = -1V กับระหว่าง VS = -3 V และการบีบออกเราจะเห็นว่าความแตกต่างจะเหมือนกันแม้ว่าค่า ID จะแตกต่างกันมากก็ตาม

เราสามารถระบุจุดอื่นบนเส้นโค้งการถ่ายโอนได้โดยลากเส้นแนวนอนจากเส้นโค้ง VGS = -1 V จนถึงแกนของ ID และต่อมาขยายไปยังแกนอื่น

สังเกตว่า VGS = - 1V ที่แกนด้านล่างของเส้นโค้งการถ่ายโอนเมื่อ ID = 4.5 mA

โปรดทราบว่าในนิยาม ID ที่ VGS = 0 V และ -1 V ระดับความอิ่มตัวของ ID จะถูกใช้ในขณะที่พื้นที่โอห์มมิกถูกละเลย

ก้าวไปข้างหน้าด้วย VGS = -2 V และ - 3V เราสามารถเสร็จสิ้นการแปลงเส้นโค้งโอน

วิธีใช้สมการของ Shockley

คุณยังสามารถบรรลุเส้นโค้งการถ่ายโอนรูปที่ 5.15 ได้โดยตรงโดยใช้ Shockley's Equation (Eq.5.3) โดยมีการกำหนดค่า IDSS และ Vp

ระดับ IDSS และ VP กำหนดขีด จำกัด ของเส้นโค้งสำหรับสองแกนและจำเป็นต้องมีการพล็อตจุดกลางเพียงไม่กี่จุดเท่านั้น

ความจริงแท้ของ สมการของ Shockley Eq 5.3 เป็นแหล่งที่มาของเส้นโค้งการถ่ายโอนของรูปที่ 5.15 สามารถแสดงได้อย่างสมบูรณ์แบบโดยการตรวจสอบระดับที่โดดเด่นบางอย่างของตัวแปรเฉพาะจากนั้นระบุระดับที่สอดคล้องกันของตัวแปรอื่นด้วยวิธีต่อไปนี้:

ตรงกับพล็อตที่แสดงในรูป 5.15

สังเกตว่าสัญญาณเชิงลบสำหรับ VGS และ VP ได้รับการจัดการอย่างรอบคอบในการคำนวณข้างต้นอย่างไร การไม่มีเครื่องหมายลบแม้แต่เครื่องหมายเดียวอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ผิดพลาดโดยสิ้นเชิง

ค่อนข้างชัดเจนจากการสนทนาข้างต้นว่าถ้าเรามีค่า IDSS และ VP (ซึ่งสามารถอ้างอิงได้จากแผ่นข้อมูล) เราสามารถกำหนดค่าของ ID สำหรับขนาดของ VGS ได้อย่างรวดเร็ว

ในทางกลับกันโดยใช้พีชคณิตมาตรฐานเราสามารถหาสมการได้ (ผ่าน Eq.5.3) สำหรับระดับ VGS ที่เป็นผลลัพธ์สำหรับระดับ ID ที่กำหนด

สิ่งนี้สามารถได้มาค่อนข้างง่ายเพื่อรับ:

ตอนนี้ให้เราตรวจสอบสมการข้างต้นโดยกำหนดระดับ VGS ที่สร้างกระแสระบาย 4.5 mA สำหรับ MOSFET ที่มีคุณสมบัติตรงกับรูปที่ 5.15

ผลลัพธ์จะตรวจสอบสมการตามที่เป็นไปตามรูปที่ 5.15

ใช้วิธีชวเลข

เนื่องจากเราจำเป็นต้องพล็อตเส้นโค้งการถ่ายโอนค่อนข้างบ่อยเราอาจพบว่าสะดวกในการหาเทคนิคชวเลขในการพล็อตเส้นโค้ง วิธีการที่พึงปรารถนาคือช่วยให้ผู้ใช้สามารถพล็อตเส้นโค้งได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยไม่สูญเสียความแม่นยำ

สมการ 5.3 ที่เราได้เรียนรู้ข้างต้นได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ระดับ VGS นั้นสร้างระดับของ ID ที่สามารถจดจำได้เพื่อใช้เป็นจุดพล็อตในขณะที่วาดเส้นโค้งการถ่ายโอน ถ้าเราระบุ VGS เป็น 1/2 ของค่า pinch-off VP ระดับ ID ผลลัพธ์สามารถกำหนดได้โดยใช้สมการของ Shockley ในลักษณะต่อไปนี้:

ต้องสังเกตว่าสมการข้างต้นไม่ได้สร้างขึ้นสำหรับ VP ระดับเฉพาะ สมการเป็นรูปแบบทั่วไปสำหรับระดับ VP ทั้งหมดตราบเท่าที่ VGS = VP / 2 ผลลัพธ์ของสมการแสดงให้เห็นว่ากระแสระบายจะเป็น 1 ใน 4 ของระดับความอิ่มตัวของ IDSS เสมอตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าจากประตูสู่ต้นทางมีค่าน้อยกว่าค่าการบีบออก 50%

โปรดทราบว่าระดับของ ID สำหรับ VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V ตามรูปที่ 5.15

Opting ID = IDSS / 2 และแทนที่เป็น Eq.5.6 เราจะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

แม้ว่าจะสามารถกำหนดจุดตัวเลขเพิ่มเติมได้ แต่ก็สามารถทำได้ในระดับความแม่นยำที่เพียงพอโดยการวาดเส้นโค้งการถ่ายโอนโดยใช้พล็อตเพียง 4 จุดตามที่ระบุไว้ข้างต้นและในตารางที่ 5.1 ด้านล่าง

ในกรณีส่วนใหญ่เราสามารถใช้เพียงจุดลงจุดโดยใช้ VGS = VP / 2 ในขณะที่จุดตัดแกนที่ IDSS และ VP จะทำให้เส้นโค้งมีความน่าเชื่อถือเพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ส่วนใหญ่