Características de transferência

Nos transistores, as características de transferência podem ser entendidas como plotagem de uma corrente de saída em relação a uma quantidade de controle de entrada, que consequentemente exibe uma “transferência” direta de variáveis ​​de entrada para variáveis ​​de saída na curva representada no gráfico.

Sabemos que, para um transistor de junção bipolar (BJT), a corrente IC do coletor de saída e a corrente base de entrada de controle IB são relacionadas pelo parâmetro beta, que é considerado constante para uma análise.

Referindo-se à equação abaixo, encontramos uma relação linear existente entre IC e IB. Se fizermos o nível IB 2x, o IC também dobra proporcionalmente.

relação linear entre CI e IB

Infelizmente, porém, esse relacionamento linear conveniente pode não ser possível no JFET por meio de suas magnitudes de entrada e saída. Em vez disso, a relação entre o ID da corrente de dreno e a tensão do portão VGS é definida por Equação de Shockley:


Equação de Shockley

Aqui, a expressão quadrada é responsabilizada pela resposta não linear através do ID e do VGS, resultando em uma curva exponencialmente crescente à medida que a magnitude do VGS diminui.

Embora uma abordagem matemática seja mais fácil de implementar na análise de CD, a forma gráfica pode exigir um gráfico da equação acima.

Isso pode apresentar o dispositivo em questão e a plotagem das equações da rede relacionadas às variáveis ​​idênticas.

Encontramos a solução observando o ponto de interseção das duas curvas.

Lembre-se de que, quando você usa o método gráfico, as características do dispositivo não são afetadas pela rede em que o dispositivo está implantado.

À medida que a interseção entre as duas curvas muda, a equação da rede também muda, mas isso não afeta a curva de transferência definida pela equação anterior, 5.3.

Portanto, em geral, podemos dizer que:


A característica de transferência definida pela equação de Shockley não é afetada pela rede em que o dispositivo está implantado.

Podemos obter a curva de transferência usando a equação de Shockley ou as características de saída, como mostra a figura 5.10

Na figura abaixo, podemos ver dois gráficos. A linha vertical mede miliamperes para os dois gráficos.

Obtenção da curva de transferência das características de drenagem do MOSFET

Um gráfico plota o ID da corrente de dreno versus a tensão de dreno para a fonte VDS, o segundo gráfico plota a corrente de dreno versus a tensão do portão para a fonte ou o ID versus VGS.

Com a ajuda das características de drenagem mostradas no lado direito do eixo “y”, podemos desenhar uma linha horizontal começando na região de saturação da curva mostrada como VGS = 0 V até o eixo mostrado como ID.

Os níveis atuais alcançados para os dois gráficos são IDSS.

O ponto de interseção na curva ID vs. VGS será o seguinte, porque o eixo vertical é definido como VGS = 0 V

Observe que as características do dreno mostram a relação entre uma quantidade de saída do dreno e outra quantidade de saída do dreno, onde os dois eixos são interpretados por variáveis ​​na mesma região das características do MOSFET.

Portanto, as características de transferência podem ser definidas como um gráfico de uma corrente de drenagem MOSFET versus uma quantidade ou sinal que atua como um controle de entrada.

Consequentemente, isso resulta em uma “transferência” direta através das variáveis ​​de entrada / saída, quando a curva é usada à esquerda da Figura 5.15. Se tivesse sido uma relação linear, o gráfico de ID vs. VGS teria sido uma linha reta através de IDSS e VP.


No entanto, isso resulta em uma curva parabólica devido à separação vertical entre o VGS passando pelas características da drenagem, que diminui bastante à medida que o VGS se torna cada vez mais negativo, na Figura 5.15.

Se compararmos o espaço entre VGS = 0 V e VGS = -1V com o de VS = -3 V e o pinch-off, veremos que a diferença é idêntica, embora seja muito diferente para o valor do ID.

Podemos identificar outro ponto na curva de transferência desenhando uma linha horizontal da curva VGS = -1 V para o eixo ID e estendendo-a para o outro eixo.

Observe que VGS = – 1V no eixo inferior da curva de transferência quando ID = 4,5 mA.

Observe também que, na definição de ID em VGS = 0 V e -1 V, os níveis de saturação de ID são usados, enquanto a região ôhmica é negligenciada.

Indo além, com VGS = -2 V e – 3V, podemos concluir o diagrama da curva de transferência.

Como aplicar a equação de Shockley

Você também pode obter diretamente a curva de transferência na Fig. 5.15 aplicando a equação de Shockley (Equação 5.3), desde que os valores de IDSS e Vp sejam dados.

Os níveis de IDSS e VP definem os limites da curva para os dois eixos e requerem apenas o desenho de alguns pontos intermediários.

Autenticidade do Equação de Shockley A equação 5.3, como a fonte da curva de transferência na Fig. 5.15, pode ser perfeitamente expressa através da inspeção de certos níveis distintos de uma variável específica e da identificação do nível correspondente da outra variável, como segue:

Teste da Equação de Shockley

Isso coincide com o gráfico mostrado na Figura 5.15.

Observe com que cuidado os sinais negativos para VGS e VP são tratados nos cálculos acima. Perder até um único sinal negativo pode levar a um resultado totalmente errado.

Da discussão anterior, é bastante claro que, se tivermos os valores de IDSS e VP (que podem ser consultados na folha de dados), podemos determinar rapidamente o valor de ID para qualquer magnitude de VGS.

Por outro lado, através da álgebra padrão, podemos derivar uma equação (através da equação 5.3), para o nível VGS resultante para um determinado nível de ID.

Isso pode ser derivado de maneira simples, para obter:

Agora vamos verificar a equação acima, determinando o nível de VGS que uma corrente de dreno de 4,5 mA produz para um MOSFET que possui as características correspondentes à Figura 5.15.

O resultado verifica a equação de acordo com a Figura 5.15.

Usando o atalho

Como precisamos plotar a curva de transferência com bastante frequência, pode ser conveniente obter uma técnica abreviada para plotar a curva. Um método desejável seria aquele que permita ao usuário traçar a curva de maneira rápida e eficiente, sem comprometer a precisão.

A equação 5.3 que aprendemos anteriormente é projetada de tal maneira que níveis específicos de VGS produzem níveis de ID que podem ser lembrados para uso como pontos de plotagem ao desenhar a curva de transferência. Se especificarmos VGS como metade do valor de pinça do VP, o nível de ID resultante poderá ser determinado usando a equação de Shockley da seguinte maneira:

atalho de plotagem da curva de transferência

Note-se que a equação acima não é criada para um nível específico de VP. A equação é uma forma geral para todos os níveis de VP, desde que VGS = VP / 2. O resultado da equação sugere que a corrente de drenagem sempre será 1/4 de nível do nível de saturação IDSS, desde que a tensão porta-fonte tenha um valor 50% menor que o valor de pinch-off.

Observe que o nível de ID para VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V, de acordo com a Fig. 5.15

Escolhendo ID = IDSS / 2 e substituindo-o na equação 5.6, obtemos os seguintes resultados:

Embora mais pontos numéricos possam ser definidos, um nível suficiente de precisão pode ser alcançado simplesmente desenhando a curva de transferência usando apenas 4 pontos de plotagem, conforme identificado acima e também na Tabela 5.1 abaixo.

Na maioria dos casos, podemos empregar apenas o ponto de plotagem usando VGS = VP / 2, enquanto as interseções dos eixos em IDSS e VP nos fornecerão uma curva suficientemente confiável para a maioria das análises.

VGS vs ID usando a equação de Shockley


FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

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Veja na FONTE até ser revisado o post.

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