Característiques de la transferència

En transistors, les característiques de transferència es poden entendre com el traçat d’un corrent de sortida contra una magnitud de control d’entrada, que en conseqüència presenta una “transferència” directa de variables d’entrada a sortida a la corba representada al gràfic.

Sabem que per a un transistor de unió bipolar (BJT), el corrent IC del col·lector de sortida i el corrent base d’entrada de control IB estan relacionats amb el paràmetre beta , que se suposa que és constant per a una anàlisi.

En referència a l’equació següent, trobem una relació lineal existent entre IC i IB. Si fem el nivell IB 2x, llavors IC també es duplica proporcionalment.

Però, malauradament, aquesta convenient relació lineal pot no ser assolible en JFET a través de les seves magnituds d’entrada i sortida. Més aviat, la relació entre l'identificador de corrent de drenatge i el voltatge de la porta VGS es defineix per Equació de Shockley :

Aquí, l’expressió al quadrat esdevé responsable de la resposta no lineal a través de l’ID i VGS, que dóna lloc a una corba que creix exponencialment, ja que la magnitud de VGS es redueix.

Tot i que un enfocament matemàtic seria més fàcil d’implementar per a l’anàlisi de corrent continu, la forma gràfica pot requerir un traçat de l’equació anterior.

Això pot presentar el dispositiu en qüestió i el traçat de les equacions de xarxa relacionades amb les variables idèntiques.

Trobem la solució mirant el punt d’intersecció de les dues corbes.

Recordeu que quan utilitzeu el mètode gràfic, les característiques del dispositiu no es veuran afectades per la xarxa on s’implementa el dispositiu.

A mesura que canvia la intersecció entre les dues corbes, també canvia l’equació de la xarxa, però això no té cap efecte sobre la corba de transferència definida per l’equació anterior, 5.3.

Per tant, en general podem dir que:

La característica de transferència definida per l’equació de Shockley no es veu afectada per la xarxa on s’implementa el dispositiu.

Podem obtenir la corba de transferència mitjançant l’equació de Shockley o a partir de les característiques de sortida tal com es representa a la figura 5.10

A la figura següent, podem veure dos gràfics. La línia vertical mesura miliamperis per als dos gràfics.

Un gràfic representa l’identificador de corrent de drenatge versus el voltatge de drenatge a font VDS, el segon gràfic representa el corrent de drenatge contra el voltatge de porta a font o ID contra VGS.

Amb l'ajut de les característiques de drenatge que es mostren a la part dreta de l'eix 'y', podem dibuixar una línia horitzontal que comença a la regió de saturació de la corba que es mostra com a VGS = 0 V fins a l'eix que es mostra com a ID.

Els nivells actuals assolits així per als dos gràfics són IDSS.

El punt d'intersecció de la corba d'ID vs VGS serà el que es mostra a continuació, perquè l'eix vertical es defineix com VGS = 0 V

Tingueu en compte que les característiques del drenatge mostren la relació entre una magnitud de sortida de drenatge i una altra magnitud de sortida de drenatge, en què els dos eixos són interpretats per variables de la mateixa regió de les característiques del MOSFET.

Per tant, les característiques de transferència es poden definir com una gràfica d’un corrent de drenatge MOSFET enfront d’una quantitat o un senyal que actua com a control d’entrada.

Com a conseqüència d'això, es produeix una 'transferència' directa entre variables d'entrada / sortida, quan s'utilitza la corba a l'esquerra de la figura 5.15. Si hagués estat una relació lineal, la trama ID vs VGS hauria estat una línia recta entre IDSS i VP.

Tanmateix, això resulta en una corba parabòlica a causa de l’espaiat vertical entre el VGS que passa per sobre de les característiques del drenatge, que disminueix de manera apreciable a mesura que el VGS es fa cada vegada més negatiu, a la figura 5.15.

Si comparem l’espai entre VGS = 0 V i VGS = -1V amb l’entre VS = -3 V i el pinch-off, veiem que la diferència és idèntica, tot i que és molt diferent pel valor de l’identificador.

Podem identificar un altre punt de la corba de transferència traçant una línia horitzontal des de la corba VGS = -1 V fins a l’eix de l’ID i, posteriorment, estenent-lo a l’altre eix.

Observeu que VGS = - 1V a l'eix inferior de la corba de transferència quan ID = 4,5 mA.

Tingueu en compte també que, en la definició de l'ID a VGS = 0 V i -1 V, s'utilitzen els nivells de saturació de l'ID, mentre que la regió òhmica es descuida.

Avançant més endavant, amb VGS = -2 V i - 3V, podem acabar el traç de la corba de transferència.

Com aplicar l'equació de Shockley

També podeu assolir directament la corba de transferència de la figura 5.15 aplicant l’equació de Shockley (equació 5.3), sempre que es donin els valors d’IDSS i Vp.

Els nivells IDSS i VP defineixen els límits de la corba per als dos eixos i només requereix el traçat d'alguns punts intermedis.

La genuïnitat del Equació de Shockley L'equació 5.3 com a font de la corba de transferència de la figura 5.15 es pot expressar perfectament mitjançant la inspecció de certs nivells distintius d'una variable determinada i després identificant el nivell corresponent de l'altra variable, de la següent manera:

Això coincideix amb la trama que es mostra a la figura 5.15.

Observeu amb quina cura es gestionen els signes negatius de VGS i VP en els càlculs anteriors. La pèrdua d’un sol signe negatiu podria provocar un resultat totalment erroni.

Queda ben clar de la discussió anterior, que si tenim els valors d’IDSS i VP (que es poden consultar a partir del full de dades), podem determinar ràpidament el valor de l’ID per a qualsevol magnitud de VGS.

D'altra banda, a través de l'àlgebra estàndard podem obtenir una equació (a través de l'Eq.5.3), per al nivell VGS resultant per a un nivell determinat d'ID.

Això es podria derivar de manera senzilla, per obtenir:

Ara comprovem l’equació anterior determinant el nivell de VGS que produeix un corrent de drenatge de 4,5 mA per a un MOSFET que tingui les característiques que coincideixen amb la figura 5.15.

El resultat verifica l’equació tal com s’ajusta a la figura 5.15.

Mitjançant el mètode de taquigrafia

Com que hem de traçar la corba de transferència amb força freqüència, es pot trobar convenient obtenir una tècnica abreujada per traçar la corba. Un mètode desitjable seria que permeti a l'usuari traçar la corba de forma ràpida i eficient, sense comprometre la precisió.

L’equació 5.3 que hem après anteriorment està dissenyada de manera que determinats nivells de VGS produeixen nivells d’ID que es poden recordar per utilitzar-los com a punts de dibuix mentre es dibuixa la corba de transferència. Si especifiquem VGS com a 1/2 del valor de pinzament VP, el nivell d’ID resultant es pot determinar utilitzant l’equació de Shockley de la manera següent:

Cal tenir en compte que l'equació anterior no es crea per a un nivell específic de VP. L'equació és una forma general per a tots els nivells de VP sempre que VGS = VP / 2. El resultat de l'equació suggereix que el corrent de drenatge serà sempre 1/4 del nivell de saturació IDSS sempre que el voltatge de porta a font tingui un valor que sigui un 50% inferior al valor de pinzament.

Tingueu en compte que el nivell d’identificació de VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V segons la figura 5.15

Optant ID = IDSS / 2 i substituint-lo per l'Eq.5.6 obtindrem els resultats següents:

Tot i que es poden establir més punts numèrics, es pot aconseguir un nivell suficient de precisió dibuixant la corba de transferència utilitzant només 4 punts de traçat, tal com s’identifica més amunt i també a la taula 5.1 següent.

En la majoria dels casos podem utilitzar només el punt de traçat utilitzant VGS = VP / 2, mentre que les interseccions d’eixos a IDSS i VP ens donaran una corba prou fiable per a la major part de l’anàlisi.