Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 7: MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) - Phần 2 - Hồ Trung Mỹ

Nội dung text: Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 7: MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) - Phần 2 - Hồ Trung Mỹ

1. ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Dụng cụ bán dẫn Chương 7 MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 1
2. Các cấu hình mắc N-EMOS trong mạch Nguồn chung (CS) Cổng chung (CG) Máng chung (CG)
3. N-EMOS – Thí dụ 1 5
4. N-EMOS – Thí dụ 3 7
5. Mạch phân cực N-EMOS (1) • EMOS được dùng nhiều trong IC số (và không cần phân cực trong các ứng dụng này) • Người ta cũng sử dụng EMOS trong các mạch khuếch đại tín hiệu rời hay IC (cần phân cực trong các ứng dụng này) Mạch phân cực cho N-EMOS Các sụt áp trong mạch phân cực 9
6. Mạch phân cực N-EMOS (3) Phương pháp đại số với 11
7. Mạch phân cực N-EMOS (5) – TD 13
8. MOSFET như mạch khuếch đại a) Mạch khảo sát tính chất KĐ b) Giải tích tín hiệu nhỏ (AC) 21
9. Mô hình tín hiệu nhỏ – Mô hình pi a) Bỏ qua sự phụ thuộc của ID b) Kể đến hiệu ứng điều chế vào VDS ở chế độ bão hòa chiều dài kênh dẫn bởi điện trở ra ro = |VA|/ID. 23
10. Cách tìm gm và ro bằng đặc tuyến ra gm = ID/ VGS rO= (VA+VDS)/ID VA/ID 25
11. Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của MOSFET Ở tần số cao Bỏ qua các điện trở nguồn và máng Ở tần số thấp 29
12. MOSFET – Đáp ứng AC • Thường được biễu diễn qua mạch thụ động tín hiệu nhỏ • Suy từ mạng 2 cổng sau: G D input MOSFET output S S Cổng vào coi như hở mạch, nogại trừ có tụ ở cực cổng Đầu ra, dòng ID được điều khiển bởi VG và VDS. ID = f (VG, VDS ) 31
13. Mạch tương đương tín hiệu nhỏ Ở tần số thấp hoặc trung bình: Ở tần số cao: 33
14. MOSFET – Đáp ứng tần số Tần số cắt fT được định nghĩa là tần số làm cho độ lợi dòng là 1. v ở đây là tín hiệu AC Dòng vào = j CGG v G CGS xấp xĩ bằng điện dung cổng, g v Dòng ra = m G CGS Z L Cox g v Do đó ở fT : m G 1 2 fT CGSvG Suy ra gm fT 2 CGS Chính xác: 35
15. So sánh BJT và MOSFET 37
16. Cấu trúc của P-MOS P-EMOS P-DMOS 39
17. Đặc tuyến I-V của P-EMOS 41
18. Đặc tuyến ra và ký hiệu của N-DMOS Chế độ giàu Chế độ nghèo Chú ý: • Chế độ giàu: dòng tăng hơn so với khi chưa phân cực • Chế độ nghèo: dòng giảm đi so với khi chưa phân cực 43
19. Tóm tắt các loại MOSFET (2/4) 47
20. Tóm tắt các loại MOSFET (4/4) 49
21. Transistors as Switches- MOSFET Inverter •Vin Low •Vin High •Cutoff region •Ohmic region •No Voltage drop across •VDS small RD •Vout = small •Vout = VDD •Vout = Low •Vout = High 51
22. CMOS Inverter gate When input voltage is near mid-point (VDD/2), NOR gate the circuit consumes high current. 53
23. MOSFETs as Current Sources • A MOSFET behaves as a current source when it is operating in the saturation region. • An NMOSFET draws current from a point to ground (“sinks current”), whereas a PMOSFET draws current from VDD to a point (“sources current”). 55
24. Current Mirrors - dc Analysis 57
25. Current Steering Circuit 59
26. Review: MOSFET Amplifier Design • A MOSFET amplifier circuit should be designed to 1. ensure that the MOSFET operates in the saturation region, 2. allow the desired level of DC current to flow, and 3. couple to a small-signal input source and to an output “load”. Proper “DC biasing” is required! (DC analysis using large-signal MOSFET model) • Key amplifier parameters: (AC analysis using small-signal MOSFET model)  Voltage gain Av  vout/vin  Input resistance Rin  resistance seen between the input node and ground (with output terminal floating)  Output resistance Rout  resistance seen between the output node and ground (with input terminal grounded) 61
27. Common Source Stage  0 R || R R A 1 2  D v 1 RG R1 || R2 RS g m  0 Rin R1 || R2 Rout RD Rout  RD rO gmrO RS 63
28. Source Follower  0  0 R S rO || RS Av A 1 v 1 RS r || R g O S m gm R R in G Rin RG 1 1 R || R R || r || R out g S out o S m gm 65
29. Giới thiệu các ứng dụng của MOSFET • Mạch KĐ • Khóa điện tử (analog switch) • IC: NMOS, PMOS, CMOS, BiCMOS • . . . 67
30. Basic Operation 69
31. CMOS inverter for linear operation 75