在BJT或雙極晶體管中,傳遞特性可以理解為輸出電流與輸入控制幅度的關系圖,因此在圖中表示的曲線中表現出變量從輸入到輸出的直接“轉移”。
我們知道,對于雙極結型晶體管(BJT),輸出集電極電流IC和控制輸入基極電流IB由參數β相關,該參數在分析中假設為常數。
參考下面的等式,我們發現IC和IB之間存在線性關系。如果我們使IB級別達到2倍,那么IC也會按比例翻倍。
但遺憾的是,這種方便的線性關系在JFET的輸入和輸出幅度上可能無法實現。相反,漏極電流ID和柵極電壓VGS之間的關系由肖克利方程定義:
在這里,平方表達式負責 ID 和 VGS 上的非線性響應,隨著 VGS 幅度的減小,曲線呈指數增長。
盡管對于直流分析,數學方法更容易實現,但圖形方式可能需要繪制上述方程。
這可以呈現所討論的設備以及與相同變量相關的網絡方程的繪制。
我們通過查看兩條曲線的交點來找到解決方案。
請記住,當您使用圖形方法時,設備的特性不受實現設備的網絡的影響。
隨著兩條曲線之間的交點發生變化,它也改變了網絡方程,但這對上述方程5.3定義的傳遞曲線沒有影響。
因此,一般來說我們可以說:
肖克利方程定義的傳輸特性不受實現設備的網絡的影響。
我們可以使用 Shockley 方程或從圖例 5.10 中描述的輸出特性獲得傳遞曲線
在下圖中,我們可以看到兩個圖表。垂直線測量兩個圖形的毫安。
一個圖繪制漏極電流ID與漏源電壓VDS,第二個圖繪制漏極電流與柵極-源極電壓或ID與VGS的關系。
借助“y”軸右側所示的漏極特性,我們能夠繪制一條水平線,從曲線的飽和區域開始,顯示為VGS = 0 V,直到顯示為ID的軸。
因此,兩張圖達到的當前水平是IDSS。
ID 與 VGS 曲線上的交點如下所示,因為垂直軸定義為 VGS = 0 V
注意,漏極特性顯示了一種漏極輸出幅度與另一個漏極輸出幅度之間的關系,其中兩個軸由MOSFET特性同一區域中的變量解釋。
因此,傳輸特性可以定義為MOSFET漏極電流與作為輸入控制的數量或信號的關系圖。
因此,當曲線在圖5.15的左側使用時,這會導致跨輸入/輸出變量的直接“轉移”。如果是線性關系,ID vs VGS 的圖將是橫跨 IDSS 和 VP
的直線。
然而,由于VGS跨過漏極特性之間的垂直間距,這導致了拋物線曲線,隨著VGS變得越來越負,該間距會明顯減小,如圖5.15所示。
如果我們將 VGS = 0 V 和 VGS = -1V 之間的空間與 VS = -3 V 和夾斷之間的空間進行比較,我們會看到差異是相同的,盡管 ID
值有很大不同。
我們能夠通過繪制一條從 VGS = -1 V 曲線到內徑軸的水平線,然后將其擴展到另一個軸來識別傳遞曲線上的另一個點。
當ID = 1.4 mA時,觀察到傳遞曲線底部軸的VGS = - 5V。
另請注意,在VGS = 0 V和-1 V時的ID定義中,使用ID的飽和電平,而忽略歐姆區域。
再往前走,VGS = -2 V 和 - 3V,我們能夠完成傳遞曲線圖。
如何應用肖克利方程
您也可以通過應用肖克利方程(方程5.15)直接獲得圖5.3傳遞曲線,前提是給出IDSS和Vp的值。
IDSS 和 VP 級別定義了兩個軸的曲線極限,并且只需要繪制幾個中間點。
肖克利方程方程 Eq.5.3 作為圖 5.15
傳遞曲線的來源的真實性可以通過檢查特定變量的某些獨特水平,然后通過以下方式識別另一個變量的相應水平來完美地表達:
這與圖5.15所示的圖相匹配。
觀察在上述計算中如何仔細管理VGS和VP的負號。即使錯過一個負面信號也可能導致完全錯誤的結果。
從上面的討論中可以清楚地看出,如果我們有IDSS和VP的值(可以從數據表中參考),我們可以快速確定任何量級VGS的ID值。
另一方面,通過標準代數,我們可以推導出一個方程(通過方程5.3),對于給定的ID水平,得到的VGS水平。
這可以非常簡單地推導出來,得到:
現在,讓我們通過確定VGS電平來驗證上述公式,該電平產生4.5 mA漏極電流的MOSFET,其特性與圖5.15相匹配。
結果驗證了方程,因為它符合圖5.15。
使用速記方法
由于我們需要經常繪制傳遞曲線,因此可能會發現獲得繪制曲線的速記技術很方便。一種理想的方法是允許用戶快速有效地繪制曲線,而不會影響精度。
我們上面學到的等式 5.3 被設計成這樣的設計,即特定的 VGS 水平產生 ID 級別,在繪制轉移曲線時可以記住這些 ID 級別用作繪圖點。如果我們將
VGS 指定為夾斷值 VP 的 1/2,則可以通過以下方式使用 Shockley 方程確定生成的 ID 水平:
必須注意的是,上述等式不是為特定級別的VP創建的。該方程是所有VP級別的一般形式,只要VGS = VP /
2。該方程的結果表明,只要柵源電壓的值比夾斷值小1%,漏極電流將始終為飽和水平IDSS的4/50。
請注意,VGS 的 ID 級別 = VP/2 = -4V/2 = -2V 如圖 5.15 所示
選擇 ID = IDSS/2 并將其代入方程 5.6,我們得到以下結果:
雖然可以建立更多的數字點,但只需使用4個繪圖點繪制傳遞曲線即可簡單地達到足夠的精度水平,如上文和下面的表5.1所示。
在大多數情況下,我們可以使用VGS = VP / 2僅使用繪圖點,而IDSS和VP處的軸交點將為我們提供一條對于大多數分析足夠可靠的曲線。
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