‫הרצאה ‪ – 2‬טרנזיסטור ‪MOSFET‬‬ ‫תוכן עניינים‪:‬‬ ‫‪ .1‬תאור כללי של טרנזיסטור ה‪.MOSFET -‬‬ ‫‪ .2‬מצבי הטרנזיסטור‪.‬‬ ‫‪ .3‬הגברה באמצעות ה‪.MOSFET -‬‬ ‫‪ .4‬לינאריזציה‪.‬‬ ‫‪ .5‬תופעת התקצרות התעלה‪.‬‬ ‫‪ .1‬תאור כללי של טרנזיסטור ה‪:MOSFET -‬‬ ‫א‪ .‬תאור סכמטי‪:‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪P − Ch‬‬ ‫‪N − Ch‬‬ ‫‪ ‬תזכורת‪ :‬מעגל ליניארי מורכב מנגדים‪ ,‬סלילים‪ ,‬קבלים ומקורות תלויים‬ ‫בצירופים שונים‪ .‬טרנזיסטורים יוצרים הגבר הספק אך הם אינם ליניאריים‪.‬‬ ‫סימונים אחרים לתיאור טרנזיסטור ‪:MOSFET‬‬ ‫‪:P‬‬ ‫‪:N‬‬ ‫או‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫או‬ ‫‪2011‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 1‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫ב‪ .‬מבנה ה ‪MOSFET -‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪−‬‬ ‫‪N − Ch‬‬ ‫‪−‬‬ ‫עומק‬ ‫‪D‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪−−−−‬‬ ‫‪−−−−‬‬ ‫ללא מתח ב‪ :G -‬צומת ימני בשרטוט ה‪ MOSFET-‬נמצא בממתח הפוך‪.‬‬ ‫עם מתח ב‪ :G -‬נוצרת תעלה של אלקטרונים‪ .‬כאשר התעלה מוליכה‪ ,‬יש זרימה‪.‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪P‬‬ ‫כיוון‬ ‫מוליך‬ ‫‪−‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ .2‬מצבי הטרנזיסטור‪:‬‬ ‫א‪ .‬קיטעון )‪: (cut off‬‬ ‫תעלת ‪NMOS - n‬‬ ‫תעלת ‪PMOS - p‬‬ ‫‪VGS < VT‬‬ ‫‪VGS > VT‬‬ ‫עד היווצרות התעלה ⇐הטרנזיסטור בקטעון‪.‬‬ ‫ב‪ .‬רוויה )‪:(saturation regions‬‬ ‫תעלת ‪NMOS - n‬‬ ‫תעלת ‪PMOS - p‬‬ ‫‪VGS > VT , VDS > VGS − VT‬‬ ‫‪VGS < VT , VDS < VGS − VT‬‬ ‫הגדלת המתח | ‪ ← |VGS‬הגדלת הזרם | ‪. | I DS‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 2‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪I DS‬‬ ‫רוויה‬ ‫היוו ר‬ ‫ן ועטק‬ ‫‪VGS‬‬ ‫קטעון‬ ‫‪VT‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪µ ⋅W‬‬ ‫⋅ ‪Cox‬‬ ‫‪⋅ (VGS − VT ) 2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪‬‬ ‫= ‪I DS‬‬ ‫‪K‬‬ ‫כאשר‪:‬‬ ‫‪ L‬אורך התעלה‬ ‫‪ W‬עומק התעלה‬ ‫‪ Cox‬קיבול תחמוצת )ליחידת שטח(‬ ‫‪ µ‬ניידות בתעלה‬ ‫הערה‪ :‬מצב רוויה הוא המצב הרצוי לפעולה לינארית ככל האפשר‪ .‬נשתמש במצב‬ ‫זה על מנת להגיע לפתרונות באופן פשוט יותר‪.‬‬ ‫‪U‬‬ ‫‪U‬‬ ‫ג‪ .‬מצב אוהמי ‪ /‬לינארי )‪:(linear region‬‬ ‫תעלת ‪NMOS - n‬‬ ‫‪VDS ≤ VGS − VT‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪VGS > VT‬‬ ‫תעלת ‪PMOS - p‬‬ ‫‪VDS ≥ VGS − VT‬‬ ‫כאן זרם הטרנזיסטור תלוי גם במתח ‪. VDS‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 3‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪VGS < VT‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪I DS‬‬ ‫רוויה‬ ‫היוו ר‬ ‫=‪V‬‬ ‫‪VGS − VT‬‬ ‫‪DS‬‬ ‫ימה וא‬ ‫אוהמי‬ ‫‪VGS 3‬‬ ‫‪VGS 2‬‬ ‫‪VGS1‬‬ ‫ן ועטק‬ ‫‪VDS‬‬ ‫קטעון‬ ‫נבחן את הקשר בין ‪ I DS‬לבין ‪ VDS‬ו‪: VGS -‬‬ ‫‪COX ⋅ µ ⋅ W ‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪⋅ (VGS − VT ) ⋅ VDS − ⋅ VDS 2 ‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫=‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪2⋅ K‬‬ ‫‪2‬‬ ‫אם ‪ , VGS − VT >> VDS‬ניתן להזניח את‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪2‬‬ ‫ביחס למחובר אליו‪.‬‬ ‫נקבל‪:‬‬ ‫‪Cox ⋅ µ ⋅ W‬‬ ‫‪⋅ (VGS − VT ) ⋅ VDS‬‬ ‫‪L ‬‬ ‫‪‬‬ ‫≅ ‪I DS‬‬ ‫‪2⋅ K‬‬ ‫מבחינת מימדים ויחידות לביטוי הבא יש משמעות של מוליכות‪ .‬נגדיר‪:‬‬ ‫‪Cox ⋅ µ ⋅ W‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪⋅ (VGS − VT ) ‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪R‬‬ ‫כך ניתן לרשום חוק אוהם‪:‬‬ ‫‪VDS = I DS ⋅ R‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪V‬‬ ‫כלומר‪ ,‬באזור הראשית‪ ,‬כאשר ) ‪ , DS << VDS ⋅ (VGS − VT‬נקבל קווים ישרים‬ ‫‪2‬‬ ‫בקירוב‪ ,‬בדומה לנגד על פי חוק אוהם‪ .‬ערך הנגד ‪ R‬תלוי במתח ‪. VGS − VT‬‬ ‫שימוש‪ :‬לפעמים קל יותר לעשות טרנזיסטור מאשר נגד גדול‪.‬‬ ‫הערה‪ :‬בדר"כ המצע מחובר למתח הנמוך ביותר במעגל‪.‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 4‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪ ‬תזכורת מצבי הטרנזיסטור הבי‪ -‬פולארי )‪(BJT - Bipolar Junction Transistor‬‬ ‫הם‪:‬‬ ‫‪IC‬‬ ‫ל יעפ‬ ‫רוויה‬ ‫היוו ר‬ ‫פעיל‬ ‫ן ועטק‬ ‫‪VCE‬‬ ‫קטעון‬ ‫במעגלים ליניאריים הגבר נוצר בדרך כלל בתחום הרוויה של ‪ MOS‬או בתחום‬ ‫הפעיל של בי‪-‬פולארי‪.‬‬ ‫‪ .3‬הגברה באמצעות ה ‪MOSFET -‬‬ ‫מתח ה‪ Gate -‬שולט על הזרם ‪. I DS‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪S‬‬ ‫בקרה‬ ‫בתנאים מסוימים ניתן להחליף את הטרנזיסטור ברכיבים לינארים ולפתור‪.‬‬ ‫כעת לא נעשה זאת‪ ,‬אלא נפתור באופן גרפי‪:‬‬ ‫בהנחת רוויה – הגדלת ‪ VGS‬מגדילה את ‪ I DS‬ומשנה את ‪. VDS‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 5‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫• האם כל צרוף ) ‪ (VDS , I DS‬אפשרי?‬ ‫קל להראות שלא כל צרוף ) ‪ (VDS , I DS‬אפשרי מכיוון שעליהם לקיים את חוק‬ ‫קירכהוף ‪:KVL‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫כלומר‬ ‫‪VDS = VDD − I DS ⋅ RD‬‬ ‫→‬ ‫כלומר‪ ,‬קביעת ‪ , I DS‬קובעת את ‪ VDS‬חד ערכית‪.‬‬ ‫כמו כן נזכור כי ‪ VGS‬קובע את ‪) I DS‬ברוויה(‪:‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪VT‬‬ ‫לכן סדר קביעת הערכים באופן כללי הינו‪. VDS ⇐ I DS ⇐ VGS :‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 6‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪VDD = I DS ⋅ RD + VDS‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫נחפש את המקום הגיאומטרי לכל הצרופים ) ‪ (VDS , I DS‬האפשריים‪:‬‬ ‫ עבור ‪ VDS = 0‬מתקיים‪:‬‬‫‪VDD − VDS VDD‬‬ ‫=‬ ‫‪RD‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫= ‪I DS‬‬ ‫ עבור ‪ I DS = 0‬מתקיים‪:‬‬‫→‬ ‫= ‪VDS‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪VDD − VDS‬‬ ‫‪0‬‬ ‫=‬ ‫‪RD‬‬ ‫ניתן לראות כי יש מקום גיאומטרי המאגד את כל הנקודות ) ‪ (VDS , I DS‬האפשריות על‬ ‫פי הקשר ‪ VDS = VDD − I DS ⋅ RD‬זהו קו העבודה )‪.(Load line‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫קו עבודה‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫‪VGS 3‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪VGS 2‬‬ ‫‪VGS 1‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫ניתן לשרטט קשר בין שינויים במתח השער לבין שינויים בזרם ובמתח של‬ ‫חיבורי הטרנזיסטור‪:‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 7‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪DD‬‬ ‫‪DD‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪‬‬ ‫→‪‬‬ ‫‪1‬‬ ‫→‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫הערות‪:‬‬ ‫מציינות נקודות שקטות‪ ,‬דהיינו ללא השתנות סינוסית‬ ‫ הנקודות המסומנות‬‫שסביבן מתפתח אות משתנה‪.‬‬ ‫ הצירוף )‪ (VDS , IDS‬בהעדר אות משתנה נקרא נקודת עבודה‪ .‬נקודה זו נקבעת ע"י‬‫הערך השקט של ‪.VGS‬‬ ‫כלומר קיבלנו כי‪:‬‬ ‫הגבר מתח ‪ -‬שינויים ב‪ VDS -‬כתוצאה משינויים ב‪. VGS -‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫במגבר המתח יש היפוך מופע‪.‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 8‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫שאלה‪ :‬האם יש הגבר?‬ ‫ניתן לבצע מדידה על פי הגרפים‪ .‬אנליטית קל לראות שיש קשר בין ‪ VGS‬ל ‪ I DS -‬נתון‬ ‫ע"י הטרנזיסטור‪ ,‬והקשר בין ‪ I DS‬ל ‪ VDS -‬נקבע ע"י ‪.KVL‬‬ ‫שיקולים‪:‬‬ ‫א( שינוי ‪RD‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫הקטנה‬ ‫קה‬ ‫ת נ‪D‬ט‪R‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪RD‬‬ ‫הגדלה‬ ‫‪R‬ה‬ ‫תל‪D‬ד ג‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫נשים לב שככל ש‪ RD -‬גדל כך השיפוע מתון יותר‪ .‬לכן‪ ,‬אם ‪ VGS‬משתנה‪ ,‬נקבל‬ ‫אמפליטודת ‪ VDS‬גדולה יותר כאשר ‪ RD‬גדול יותר‪.‬‬ ‫‪RD 2‬‬ ‫‪RD1‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪t‬‬ ‫מתקיים ‪RD1 < RD 2 :‬‬ ‫לכן עבור ‪ RD‬גדול יותר נקבל הגבר גדול יותר‪.‬‬ ‫ב( בעיית ליניאריות‬ ‫הקשר בין ‪ VGS‬ל‪ I DS -‬אינו לינארי‪ ,‬דבר המוביל לעיוות באות היציאה‪.‬‬ ‫למשל עבור ‪ VGS‬הרמוני‪:‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 9‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪I DS‬‬ ‫חוסר לינאריות‬ ‫רס וח‬ ‫תוירא יני ל‬ ‫‪VGS‬‬ ‫‪VT‬‬ ‫כזכור‪ ,‬במעגל לינארי אם הכניסה היא סינוסית אזי גם היציאה היא סינוסית‪ .‬כעת‬ ‫לא נקבל סינוס והמעגל לא לינארי‪.‬‬ ‫העיוות יוצר אות שהוא סכום של הרמוניות‪ .‬הפתרון לכך הוא להשתמש באות קטן‪.‬‬ ‫"אות קטן"= אות המאפשר קרוב של הפונקציה ע"י נגזרת ראשונה‪.‬‬ ‫‪ .4‬ליניאריזציה‬ ‫כאשר אות הכניסה קטן מאוד ניתן לקרב את עקום ה‪ I DS ⇔ VGS -‬לקו ישר‪ ,‬על פי‬ ‫הנגזרת סביב נקודת העבודה‪.‬‬ ‫הנגזרת נחשבת כקירוב סביר לאות קטן‪. v gs << VGS :‬‬ ‫‪AC‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫ה‬ ‫‪DC‬‬ ‫‪- VGS‬‬ ‫‪DC‬‬ ‫ב יכר‬ ‫‪- vgs‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪AC‬‬ ‫ב יכר‬ ‫‪ ‬לתשומת הלב‬ ‫‪ .1‬אותיות גדולות ⇐ ‪ ,DC‬לדוגמא ) ‪. (VDD , I D‬‬ ‫‪ .2‬אותיות קטנות ⇐ ‪ ,AC‬לדוגמא ) ‪. (v gs‬‬ ‫‪ = VGS‬ערך נקודת העבודה )ערך ה‪.(DC -‬‬ ‫‪ = vgs‬תזוזות סביב נקודת העבודה )אמפליטודת ה‪.(AC -‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 10‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫= ‪vgs + VGS‬‬ ‫‪vGS‬‬ ‫נבצע לינאריזציה לטרנזיסטור ע"י מודל המתאים רק לשינויים קטנים‪ ,‬כלומר‬ ‫לאות קטן‪.‬‬ ‫לדוגמא‪ ,‬ברוויה‪:‬‬ ‫נגזור ונקבל‪:‬‬ ‫‪Cox µW‬‬ ‫‪2‬‬ ‫⋅‬ ‫) ‪⋅ (VGS − VT‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪2‬‬ ‫) ‪=2 ⋅ K ⋅ (VGS − VT‬‬ ‫‪VDS = const‬‬ ‫= ‪. I DS‬‬ ‫‪∂I DS‬‬ ‫‪∂VGS‬‬ ‫‪gm ‬‬ ‫לכן מבחינת אות קטן ‪ AC‬ניתן לתאר את ה – ‪ MOSFET‬ע"י‪:‬‬ ‫‪vgs‬‬ ‫‪g m ⋅ vgs‬‬ ‫נדגיש‪:‬‬ ‫ קירוב זה של טרנזיסטור ה‪ , MOSFET -‬אינו מדוייק כי איננו מכיל קיבולים‪,‬‬‫כך שהוא תקף לשינויים איטיים בלבד‪.‬‬ ‫ חשוב לציין כי הלינאריזציה כאן מבוססת על משוואת תחום הרוויה‪.‬‬‫‪ g m‬תלוי בנקודת העבודה ‪ , VGS‬ולכן יש לחשב אותו קודם‪.‬‬ ‫‪U‬‬ ‫‪U‬‬ ‫כעת נחזור למעגל‪:‬‬ ‫‪VDD‬‬ ‫‪v gs‬‬ ‫‪AC‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫כאמור‪ VGS ,‬קובע את נקודות העבודה ומכאן את ערכו של ‪.gm‬‬ ‫לסיכום פרק העבודה במצב ברוויה‪ vgs ,‬הינו המתח המוגבר על פי ‪ , gm‬כפי שנקבע‬ ‫על סמך נקודת העבודה‪.‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 11‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫בתחום האוהמי מתקיים‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪V 2‬‬ ‫‪⋅ (VGS − VT ) ⋅ VDS − DS ‬‬ ‫‪2 ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪L‬‬ ‫⋅ ‪I DS = Cox ⋅ µ‬‬ ‫כאן גם ‪ VGS‬וגם ‪ VDS‬משפיעים על זרם ‪ . I DS‬סכמת תמורה לאות קטן‪:‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪vds‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪g ds ⋅ vds‬‬ ‫‪g m ⋅ v gs‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪v gs‬‬ ‫השפעת ‪v gs‬‬ ‫השפעת ‪vds‬‬ ‫הפעם הנגזרת‪:‬‬ ‫‪∂I DS‬‬ ‫‪= 2 K ⋅ VDS‬‬ ‫‪∂VGS V =constant‬‬ ‫‪DS‬‬ ‫‪gm ‬‬ ‫‪∂I DS‬‬ ‫] ‪= 2 K ⋅ [VGS − VT − VDS‬‬ ‫‪∂VDS V =constant‬‬ ‫‪GS‬‬ ‫‪g ds ‬‬ ‫במעגל הנ"ל מאפשר חישוב יחסים בין ערכי ה‪ .AC -‬עם זאת‪ ,‬ערכם של הפרמטרים‬ ‫‪ g m‬ו‪ g ds -‬נקבעים ע"י רכיבי ה‪ ,DC -‬דהיינו ‪ VGS‬ו‪. VDS -‬‬ ‫‪1‬‬ ‫הערה‪ :‬ניתן לראות כי המקור ‪ g ds ⋅ vds‬שקול לנגד שגודלו‪:‬‬ ‫‪g ds‬‬ ‫= ‪) rds‬הזרם נקבע על‬ ‫פי המתח על פניו(‪:‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪g ds‬‬ ‫‪iDS‬‬ ‫‪G‬‬ ‫= ‪rds‬‬ ‫‪g m ⋅ v gs‬‬ ‫‪S‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 12‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪v gs‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫‪ .5‬תופעת התקצרות התעלה‬ ‫ההתקצרות נובעת משינוי ב‪ . VDS -‬כאשר משנים את ‪ VDS‬אורך התעלה משתנה‪.‬‬ ‫עד כה הנחנו כי ברוויה אין השפעת ‪ VDS‬על ‪) I DS‬פרט לתנאי הרוויה(‪ ,‬ולכן אין ‪rds‬‬ ‫במודל השקול ברוויה‪ .‬עם זאת‪ ,‬מתברר כי בפועל ברוויה קיים שיפוע קל של‬ ‫האופייניים‪:‬‬ ‫‪I DS‬‬ ‫הקווים נפגשים‬ ‫בהמשך‬ ‫‪-V‬י‬ ‫ב‪ -‬ו‪A‬שגפ‬ ‫‪VDS‬‬ ‫ניסוח מדוייק יותר למצב ברוויה‪:‬‬ ‫) ‪I DS = K ⋅ (VGS − VT ) 2 ⋅ (1 + λ ⋅ VDS‬‬ ‫ובמצב אוהמי‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪VDS 2 ‬‬ ‫‪I DS = 2 K ⋅ (VGS − VT ) ⋅VDS −‬‬ ‫) ‪ ⋅ (1 + λ ⋅ VDS‬‬ ‫‪2 ‬‬ ‫‪‬‬ ‫ולכן תופעת התקצרות התעלה תשפיע על ‪ g m‬ו‪ g ds -‬בחישוב אות קטן‪.‬‬ ‫סכמת תמורה בהתחשבות באפקט התקצרות התעלה ברוויה‪:‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪ids‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪r0‬‬ ‫‪g m ⋅ v gs‬‬ ‫‪v gs‬‬ ‫‪S‬‬ ‫כלומר נוסף נגד ‪ r0‬או ‪ rds‬עקב תלות הזרם ב‪; VDS -‬הוא איננו מופיע בסכמת הרוויה‬ ‫המקורית כיוון שבמשוואה המקורית ל‪ IDS-‬לא הייתה תלות ב‪. VDS -‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 13‬מתוך ‪14‬‬ ‫‪2011‬‬ ‫הרצאה מס' ‪2‬‬ ‫הרצאות לפי ד"ר משה פורת‬ ‫מהדורה שלישית‪ .‬עורכת‪ :‬נועה רוטמן‬ ‫מה גודלו של ‪ r0‬ברוויה?‬ ‫‪1 ∂I DS‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫‪K ⋅ (VGS − VT ) 2 ⋅ λ‬‬ ‫‪r0 ∂VDS‬‬ ‫נזכיר גם ש‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪VA‬‬ ‫=‪λ‬‬ ‫ומכאן שברוויה‪:‬‬ ‫‪VA‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪I DS λ I DS‬‬ ‫≈ ‪r0‬‬ ‫עמוד מס' ‪ 14‬מתוך ‪14‬‬