Föreläsning 8. MOS transistorn Förstärkare med MOS transistorn Exempel, enkel förstärkare med MOS. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT VT11/BM

Relevanta dokument
Föreläsning 8. MOS transistorn. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT HT09/BM

FÖRELÄSNING 3. Förstärkaren. Arbetspunkten. Olika lastresistanser. Småsignalsschemat. Föreläsning 3

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 2 Transistorn del 2

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

Elektronik 2017 EITA35

( y) ( L) Beräkning av ström nmos: Lång kanal (L g >1µm) di dy. Oxid U GS U DS. Kanal. 0<U cs (y)<u DS. Lös med:

nmosfet och analoga kretsar

Beskrivande uppgifter: I: Vad skiljer det linjära området och mättnadsområdet i termer av inversionskanal?

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Olika sätt att bygga förstärkare. Differentialförstärkaren (översikt) Strömspegeln. Till sist: Operationsförstärkaren

Introduktion till halvledarteknik

Grindar och transistorer

MOSFET:ens in- och utimpedanser. Småsignalsmodeller. Spänning- och strömstyrning. Stora signaler. MOSFET:ens högfrekvensegenskaper

Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

Digital IC konstruktion

Formelsamling för komponentfysik. eller I = G U = σ A U L Småsignalresistans: R = du di. där: σ = 1 ρ ; = N D + p n 0

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

Appendix A: Modelltyper

Introduktion till halvledarteknik

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Formelsamling för komponentfysik

Elektronik. MOS-transistorn. Översikt. Då och nu. MOS-teknologi. Lite historik nmosfet Arbetsområden pmosfet CMOS-inverterare NOR- och NAND-grindar

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Praktisk beräkning av SPICE-parametrar för halvledare

Digital IC konstruktion

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Digital IC konstruktion

Pla$kondensator - Fälteffekt

Målsättning: Utrustning och material: Denna laboration syftar till att ge studenten:

Rättade inlämningsuppgifter hämtas på Kents kontor Föreläsning 4 Må , Kent Palmkvist To ,

12. Kort om modern halvledarteknologi

12. Kort om modern halvledarteknologi

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Digital IC konstruktion

Digital IC konstruktion

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 11 januari 2013

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

CMOS-inverteraren. CMOS-logik. Parasitiska kapacitanser. CMOS-variationer: Pseudo-NMOS och PTL

OP-förstärkare. Idealiska OP-förstärkare

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad. fysik och elektronik. Patrik Eriksson

Hambley avsnitt 12.7 (7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar) sann 1 falsk 0

Lösningar Tenta

Design av digitala kretsar

UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Bo Tannfors Transistorswitchen. Laboration E25 ELEKTRO

12. Kort om modern halvledarteknologi

Labb-PM MCC086 Mikroelektronik 2016

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Föreläsaren räknar... (del 1)

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Operationsfo rsta rkarens parametrar

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

Laboration N o 1 TRANSISTORER

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad fysik och elektronik

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

OP-förstärkaren, INV, ICKE INV Komparator och Schmitt-trigger

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Digital IC konstruktion

Föreläsning 4/11. Lite om logiska operationer. Hambley avsnitt 12.7, 14.1 (7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

IE1205 Digital Design: F3 : CMOS-kretsen, Implementeringsteknologier. Fredrik Jonsson KTH/ICT/ES

Laboration 2: Likström samt upp och urladdningsförlopp

Kapacitansmätning av MOS-struktur

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

Definition av kraftelektronik

DIFFERENTALFÖRSTÄRKARE

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Vad är elektricitet?

Transistorn en omkopplare utan rörliga delar

Övningsuppgifter i EDA351 Kretselektronik

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 3 Transistorförstärkare

2. Strömförstärkare: Både insignal och utsignal är strömmar. Förstärkarens inresistans

Tentamen i komponentfysik

Elektriska kretsar och fält - några exempel på tillämpningar

Digital elektronik och inbyggda system

1.2 Två resistorer är märkta 220 ohm 0,5 W respektive 330 ohm 0,25 W. vilken är den största spänning som kan anslutas till:

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

Fördröjningsminimering vid buffring. ON-resistansen. Energiåtgång och effektförbrukning i CMOS. RAM-minnet

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Du har följande material: 1 Kopplingsdäck 2 LM339 4 komparatorer i vardera kapsel. ( ELFA art.nr datablad finns )

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Strömdelning. och spänningsdelning. Strömdelning

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Ellära. Laboration 2 Mätning och simulering av likströmsnät (Thevenin-ekvivalent)

TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s.

Laborationsrapport. Kurs Elektroteknik grundkurs ET1002. Lab nr 3. Laborationens namn Halvledarkomponenter. Kommentarer. Namn. Utförd den.

F1: Introduktion Digitalkonstruktion II, 4p. Digital IC konstruktion. Integrerad krets. System. Algorithm - Architecture. Arithmetic X 2.

Vad är elektricitet?

Lösningar. Tentamen i TSTE 80, Analoga och Tidsdiskreta Integrerade Kretsar. Lösningsförslag. Lycka till! 1 (10)

Transkript:

Föreläsning 8 MOS transistorn Förstärkare med MOS transistorn Exempel, enkel förstärkare med MOS 1

Varför MOS transistorn Förstå en grundläggande komponent för både digitala och analoga kretsar Är idag dominerande när det gäller integrerade konstruktioner för mixed signal, dvs. kretsar som innehåller både digital och analog teknik 2

MOSFET MOS = Metal Oxide Semiconductor FET = Field Effect Transistor U GS U DS W I DS I DS Gate Source L t ox oxid Drain n n L pdopat substrat U BS MOS transistorn har fyra anslutningar: G= Gate S= Source D= Drain B= Body 3

MOS tre driftlägen ON/OFF ON U GS >U T U T = threshold voltage OFF U GS <U T Digital tillämpning Spänningsstyrd resistans för små U DS styrs av spänningen på Gate Spänningsstyrd strömgenerator för högre U DS styrs av spänningen på Gate 4

NMOS ON/OFF läget NMOS anrikningstyp Positiv spänning på Gate Source U GS Gate Kanal pdopat substrat Drain n n Utarmningsområde En positiv spänning på Gate drar till sig laddningar (anrikning, enhancement) i skiktet under gate så att det blir inversion och en N kanal mellan D och S bildas En kanal mellan D och S bildas om U GS >U T (U T = threshold voltage) 5

NMOS små U DS Positiv spänning på Gate Med vertikalt fält skapas laddningar med inversion. Source U GS Gate Kanal Drain U DS Med horisontellt fält kan laddningar transporteras genom transistorn n n Utarmningsområde pdopat substrat Kanalen beter sig som en resistans för små värden på U DS I D Högre U GS ger högre G, dvs. lägre R 1 I D = G UDS Konduktans = Resistans U DS 6

NMOS ökande U DS U GD = U GS U SD = U GS U DS U DS = U GS U T S G D U DS > U GS U T S G D Inversion Pinch off Pinch off Utarmningsområde Om U DS ökar kommer kanalen att smalna av mot drainsidan. Avsmalnande kanal medför att laddning/längdenhet blir lägre närmare drain. Detta måste kompenseras med högre hastighet närmare drain om strömmen skall vara densamma. Hög hastighet ( vid pinch off, hastighetsmättnad inträffar!) Strömmen stannar på konstant nivå (mättnad, saturation) 7

Pinch off, vad är det? S G oxid D n n V(x) Pinchoff Spärrskikt U DS 0 L U Dsat = U GS U T x Pinch off, när kanalen vid drain försvinner och hastighetsmättnad inträffar Detta sker då U DS = U GS U T, dvs. då U GD = U GS U DS = U T 8

I D U DS karakteristik Linjär Aktivt område U I DS =U GS U T D (pinchoff) Linjärt område Mättat område U GS styr strömmen U DS 9

I D U GS karakteristik Mättat område I D kw ID = UGS U 2 L ( ) 2 T Processberoende k transkonduktansparameter U T tröskelspänning U T U GS Geometri W kanalens bredd (width) L kanalens längd (length) 10

Ett enkelt exempel G M1 D RD 1k W = 50u VDD V_DD 5Vdc Vad händer om vi sveper likspänningen på ingången (gate) från 0 V till 5 V? V_in mosn L = 1u 0 0 0 MOS SPICE modell.model mosn NMOS Level=1 VTO=0.8 KP=200u LAMBDA=0.00 GAMMA=0.5 PHI=0.6 Tröskelspänning U T = 0.8 V Transkonduktansparameter k = 200 µa/v 2 11

Överföringskarakteristik Utspänning Var finns det förstärkning? Vad blir förstärkningen? I vilket område arbetar transistorn? On/Off? Linjärt? Mättnad? Inspänning 12

Småsignalmodell (Small signal model) Gate U gs g m U gs 1 Source Transkonduktans g m Utresistans r o I d g o = r o Drain U ds En linjär modell som gäller för små variationer kring vilopunkten (Q= quiescent point, bias point) Parametrarna g m och r o är beroende av transistorns DC värden (vilopunkt) 13

Transkonduktans g m I D k W I = U U 2 L ( ) 2 D GS T Grafiskt g m ΔI D = ΔU GS Q U T Q ΔU GS ΔI D U GS Matematiskt W W 2ID gm = k ( UGS UT ) = 2k ID = L L U U g GS m di D = du GS Transkonduktansen anger hur strömmen på utgången av transistorn ändras när vi ändrar spänningen på ingången av transistorn T Q 14

Utresistans r o I D Earlyspänning U A U GS U A Kanallängdsmodulation 1 λ L U A 1 = λ kw ' I = U U λu 2 L 2 ( ) ( 1 ) D GS T DS λ g = I λi 1 λu r o DQ DQ DSQ o U I A = = DQ 1 λi DQ U DS 15

Bodyeffekten Om substratet (body) ligger på annan potential än source kommer tröskelspänningen att ändras och substratet fungerar som en andra gate ( ) U = U γ 2Φ U 2 Φ 0 T T f SB f G U gs g mb γ = g 2 2Φ U B f SBQ m g m U gs g mb U 1 U bs bs S g o I d D U ds 16