آشنایی با مشخصات JFET و MOSFET و بررسی مولتي ويبراتورها و مولتي ويبراتور آستابل با استفاده از

آشنایی با مشخصات JFET و MOSFET و بررسی مولتي ويبراتورها و مولتي ويبراتور آستابل با استفاده از FET

مشخصات فایل مورد نظر در مورد آشنایی با مشخصات JFET و MOSFET و بررسی مولتي ويبراتورها و مولتي ويبراتور آستابل با استفاده از آماده دریافت می باشد برای مشاهده جزئیات فایل به ادامه مطلب یا دریافت فایل بروید.

فرمت فایل: word



تعداد صفحات: 105









فصل اول



مشخصات JFET



1ـ1 مقدمه



ترانزيستور اثر ميداني (يا به اختصار FET) قطعه‌اي سه پايانه است كه در موارد بسياري بكار مي‌رود و در مقياس وسيعي با ترانزيستور BJT رقابت مي‌كند. اگرچه اختلافات مهمي بين اين دو نوع قطعه وجود دارد اما تشابه بسياري نيز بين آنها وجود دارد كه در بخشهاي بعد به آن اشاره خواهد شد.



اختلاف نخست بين او دو نوع ترانزيستور در آن است كه ترانزيستور BJT همانگونه كه در شكل (الف 1ـ1) نشان داده شد يك قطعه كنترل جريان است، در حاليكه ترانزيستور JFET همانگونه كه در شكل (ب 1ـ1) ديده مي‌شود يك قطعه كنترل ولتاژ است. به بيان ديگر، جريان IC در شكل (الف 1ـ1) تابع مستقيم مقدار IB است. در FET جريان I تابعي از ولتاژ VGS است كه مطابق شكل (ب 1ـ1) به ورودي مدار اعمال مي‌شود. در هر حالت جريان مدار خروجي با يك پارامتر ورودي كنترل مي‌شود. در يك حالت بوسيله جريان و در ديگري بوسيله ولتاژ اعمال شده.

















شكل (1ـ1) (الف) تقويت كننده كنترل جريان (ب) تقويت كننده كنترل ولتاژ



درست مانند ترانزيستورهاي npn و pnp قطبي، ترانزيستورهاي اثر ميداني نيز از دو نوع كانال n و كانال p هستند. از اينرو، مهم است به خاطر داشته باشيد كه ترانزيستور BJT يك قطعه دو قطبي (bipolar) است. يعني ميزان هدايت در آن تابع دو نوع حامل است: الكترونها و حفره‌ها. FET قطعه‌اي تك‌قطبي است كه فقط به هدايت اكلترون در (كانال n) و يا حفره (كانال p) وابسته است.



عبارت «اثر ميداني در نام اين ترانزيستور با خود توضيحاتي را بهمراه دارد. ما همه با توانايي يك مغناطيس دائمي آشنا هستيم كه براده‌هاي فلزي را بدون تماس واقعي به سوي خود مي‌كشد. ميدان مغناطيسي يك مغناطيس دائمي براده‌هاي آهن را در امتداد خطوط شار مغناطيسي جذب مي‌كند. در FET، بوسيله بارهاي آن ميدان الكتريكي بوجود مي‌آيد كه مسير هدايت جريان خروجي را كنترل مي‌كند بدون تماس مستقيم بين كنترل كننده و كميتهاي كنترل شونده.



اين تمايل طبيعي است كه دومين قطعه را با تعدادي از كاربردهاي مشابه قطعه اول معرفي كرده و برخي مشخصه‌هاي آن را با هم مقايسه كنيم. يكي از مهمترين شاخصه‌اي FET، امپدانس ورودي زياد آن است. مقاومت ورودي آن در اندازه‌هاي 1 تا چند صد مگااهم از مقاومت ورودي ترانزيستور BJT بيشتر مي‌شود. و اين شاخصه‌اي است كه در طراحي سيستمهاي تقويت ac خطي بسيار مهم است. به به عبارت ديگر، با ولتاژ اعمال شده يكسان تغيير در جريان خروجي معمولاً براي BJT بيشتر از FETها است. به همين دليل، معمولاً بهره ولتاژ ac تقويت كننده‌هاي BJT خيلي بيشتر از FETهاست. بطور كلي، FETها در مقابل حرارت با ثبات‌تر از BJTها هستند. FETها معمولاً از نظر ساختمان از BJTها كوچكترند و اين امر بطور ويژه كاربردشان را در تراشه‌هاي مدار مجتمع (آي‌سي) كارآمد مي‌سازد. مشخصه‌هاي ساختمان برخي FETها در بكارگيري آنها بسيار موثر است.



دو نوع FET در اين فصل معرفي مي‌شود: ترانزيستور اثر ميداني پيوندي (JFET) و ترانزيستور اثر ميداني اكسيد فلز (MOS FET)، دسته MOSFET خود به دو نوع تهي و افزايشي تقسيم مي‌شوند كه هر دو نوع آن شرح داده مي‌شوند. ترانزيستور MOSFET يكي از مهمترين قطعات مورد استفاده در طراحي و ساخت مدارهاي مجتمع كامپيوترهاست. ثبات حرارتي، و ديگر مشخصه‌هاي اصلي آنها، كاربردشان را در طراحي مدارهاي كامپيوتري متداول ساخته است.





2ـ1ـ ساختمان و مشخصه‌هاي JFETها



همانگونه كه پيش از اين نشان داده شد، JFET يك قطعه سه پايانه است كه يك پايانه آن قادر است جريان بين دو پايانه ديگر را كنترل كند. در ترانزيستور JFET، قطعة با كانال n به مثابه قطعه اصلي و مهم به تفصيل شرح داده خواهد شد ولي بخش‌هايي براي توضيح JFET كانال p نيز اختصاص خواهد داشت.



ساختمان اصلي JFET كانال n در شكل (2ـ1) نشان داده شده است. توجه كنيد كه قسمت اصلي ساختمان JFET را ماده كانال n تشكيل مي‌دهد كه لايه‌هاي ماده نوع P در طرفين آن جاي داده شده است. قسمت فوقاني كانال n بوسيله يك اتصال اهمي به پايانه‌اي به نام درين (D) متصل است. دو ماده نوع p به يكديگر و به پايانه‌اي موسوم به گيت (G) وصل است. بنابراين، اساساً درين و سورس به دو انتهاي كانال نوع n و گيت به دو لايه نوع p وصل مي‌شود. در نبودن يك پتانسيل و تغذيه نشدن، JFET داراي دو پيوند p n است. در نتيجه يك ناحيه تهي مطابق شكل (2ـ1) در هر پيوند بوجود مي‌آيد كه به ناحيه مشابه آن در ديود بدون ولتاژ شباهت دارد. به ياد داشته باشيد كه ناحيه تهي، ناحيه‌اي است خالي از حاملهاي آزاد و بنابراين ناتوان از هدايت در اين ناحيه.



مثالهاي مكانيكي بندرت درست هستند و اغلب گمراه كننده‌اند، اما در شكل (3ـ1) نحوه كنترل گيت FET را و علت نامگذاري پايانه‌هاي اين قطعه نشان داده شده است. فشار منبع آب به ولتاژ اعمال شده از درين به سورس تشبيه شده است كه جريان آب (الكترونها) را از طريق توپي (سورس) ايجاد مي‌كند. گيت از طريق سيگنال اعمال شده (پتانسيل)، جريان آب (بار) را به «درين» كنترل مي‌كند. مطابق شكل (2ـ1) پايانه‌هاي درين و سورس در دو انتهاي كانال n قرار گرفته‌اند.







ولتاژ مثبت VDS به دو سركانال وصل شده و گيت مستقيماً به سورس متصل شده است تا شرط VGS=0V برقرار باشد. در نتيجه پايانه سورس و گيت در پتانسيل يكساني هستند. يك ناحيه تهي در انتهاي ماده p شبيه به آنچه در شرايط بي‌تغذيه شكل (2ـ1) است، بوجود مي‌آيد. نخست ولتاژ VDD(=VDS) اعمال مي‌شود، الكترونهاي كشيده شده از درين جريان معمولي ID را با مسير تعيين شده شكل (4ـ1) بوجود مي‌آورد. مسير حركت بار به وضوح نشان مي‌دهد كه جريانهاي سورس و درين برابرند (ID=IS). تحت شرايط ايجاد شده در شكل (4ـ1)، از جريان بار بطور نسبي ممانعت نمي‌شود و فقط با مقاومت كانال n بين سورس و درين محدود مي‌گردد.



قابل توجه آن است كه ناحيه تهي در قسمت بالاي هر دو ماده نوع p وسيعتر است. علت تغيير عرض ناحيه در شكل (5ـ1) به خوبي تشريح شده است. با فرض يكنواختي مقاومت كانال n، مقاومت كانال مطابق شكل (5ـ1) مي‌تواند به چند قسمت تقسيم شود. جريان ID همان‌گونه كه از شكل پيداست ولتاژهايي را در طول كانال بوجود مي‌آورد. نتيجه آن است كه ناحيه بالاتر ماده نوع p حدود 1.5V تغذيه معكوس خواهد شد. در ناحيه پايين‌تر فقط 0.5V تغذيه معكوس وجود خواهد داشت.







در اينجا مطابق شكل (5ـ1) با زياد شدن ولتاژ معكوس، ناحيه تهي وسيعتر مي‌شود. اين موضوع كه پيوند p n در طول كانال تغذيه معكوس شده است موجب مي‌شود تا جريان گيت مطابق همان شكل صفر آمپر باشد. اين حقيقت كه IG=0A است يك مشخصه مهم JFET محسوب مي‌شود.



با افزايش VDS از 0 به چند ولت، جريان افزايش خواهد يافت. جريان را بوسيله قانون اهم مي‌توان تعيين نمود و نمودار ID در برابر VDS مطابق شكل (6ـ1) نمايان خواهد شد. راست بودن نسبي نمودار نشان مي‌دهد كه در ناحيه با مقادير كم VDS، مقاومت اساساً ثابت است. با افزايش VDS و رسيدن آن به مقدار VP در شكل (6ـ1) ناحيه تهي شكل (4ـ1) عريضتر مي‌شود، و موجب كاهش قابل ملاحظه در عرض كانال مي‌گردد. مسير تنگ شده هدايت موجب افزايش مقاومت شده منحني نمودار شكل (6ـ1) بوجود مي‌آيد. منحني افقي‌تر يعني مقاومت بيشتر، و به معني آن است كه مقاومت در ناحيه افقي به «بي‌نهايت» مي‌رسد. اگر VDS به اندازه‌اي افزايش يابد كه دو ناحيه تهي مطابق شكل (7ـ1) به يكديگر برسند و به اصطلاح «تماس» يابند، وضعيتي موسوم به مسدود شدگي بوجود خواهد آمد. اندازه ولتاژ VDS كه اين وضع را بوجود مي‌آورد، ولتاژ مسدود كننده نام دارد و مطابق شكل (6ـ1) با VP نشان داده مي‌شود. در عمل، اصطلاح مسدود شوندگي اصطلاحي غلط است زيرا به معني آن است كه جريان ID مسدود شده به 0A افت مي‌كند. بنابراين، مطابق شكل (6ـ1)، ID در سطح اشباع در شكل (6ـ1) با IDSS نشان داده شده باقي مي‌ماند. در حقيقت، يك كانال بسيار كوچك با يك جريان بسيار چگال بوجود مي‌آيد. اين حقيقت كه ID به مرحله مسدود شدن نمي‌رسد و در سطح اشباع باقي مي‌ماند در شكل (6ـ1) نشان داده شده و با دلايل زير ثابت مي‌گردد: فقدان جريان در اين احتمال وجود پتانسيلهاي متفاوت را در كانال ماده n از بين مي‌برد تا مقادير متفاوت تغذيه معكوس در پيوند p n بوجود آيد. نتيجه آن خواهد بود كه ناحيه تهي بوجود نيايد و مسدود شوندگي در اولين مكان حادث نشود.