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Características de transferência

Em transistores, as características de transferência podem ser entendidas como a plotagem de uma corrente de saída contra uma magnitude controladora de entrada, que consequentemente exibe uma “transferência” direta de variáveis ​​de entrada para saída na curva representada no gráfico.

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

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

RELAÇÃO LINEAR EXISTENTE ENTRE IC E IB

Mas, infelizmente, essa relação linear conveniente pode não ser alcançável em JFETs em suas magnitudes de entrada e saída. Em vez disso, a relação entre a corrente de dreno ID e a tensão de porta VGS é definida por equação de Shockley:

EQUAÇÃO DE SHOCKLEY

Aqui, a expressão ao quadrado torna-se responsável pela resposta não linear entre ID e VGS, o que dá origem a uma curva que cresce exponencialmente, à medida que a magnitude de VGS diminui.

Embora uma abordagem matemática seja mais fácil de implementar para a análise dc, a forma gráfica pode exigir uma plotagem da equação acima.

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

Encontramos a solução olhando para o ponto de intersecção das duas curvas.

Lembre-se que quando você usa o método gráfico, as características do dispositivo permanecem inalteradas pela rede onde o dispositivo está implementado.

À medida que a interseção entre as duas curvas muda, também muda a equação da rede, mas isso não tem efeito na curva de transferência definida pela Eq 5.3 acima.

Portanto, em geral, podemos dizer que:

A característica de transferência definida pela Equação de Shockley não é afetada pela rede onde o dispositivo está implementado.

Podemos obter a curva de transferência usando a equação de Shockley ou a partir das características de saída, conforme ilustrado na Fig.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 DO DRENO 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 de porta para a fonte ou ID versus VGS.

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

Os níveis atuais assim alcançados para os dois gráficos são IDSS.

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

IMG 6244FAFDE5607

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

Assim, as características de transferência podem ser definidas como um gráfico de uma corrente de dreno MOSFET versus uma quantidade ou um sinal atuando como um controle de entrada.

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

No entanto, isso resulta em uma curva parabólica devido ao espaçamento vertical entre o VGS passando sobre as características do dreno, que diminui consideravelmente à medida que o VGS fica cada vez mais negativo, na Fig 5.15.

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

Podemos identificar outro ponto na curva de transferência traçando uma linha horizontal da curva VGS = -1 V até o eixo de ID e posteriormente 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 desprezada.

Avançando, com VGS = -2 V e – 3V, conseguimos finalizar o gráfico da curva de transferência.

Como aplicar a equação de Shockley

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

Os níveis IDSS e VP definem os limites da curva para os dois eixos, necessitando apenas da plotagem de alguns pontos intermediários.

A autenticidade do equação de Shockley A Eq.5.3 como fonte da curva de transferência da Fig. 5.15 pode ser perfeitamente expressa inspecionando certos níveis distintos de uma variável particular e então identificando o nível correspondente da outra variável, da seguinte forma:

TESTANDO A EQUAÇÃO DE SHOCKLEY
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Isso corresponde ao gráfico mostrado na Fig.5.15.

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

É bastante claro a partir da discussão acima, 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 (via Eq.5.3), para o nível VGS resultante para um determinado nível de ID.

Isso poderia ser derivado de forma bastante simples, para obter:

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

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O resultado verifica a equação conforme está de acordo com a Fig.5.15.

Usando o método abreviado

Como precisamos traçar a curva de transferência com bastante frequência, pode-se achar conveniente obter uma técnica abreviada para traçar a curva. Um método desejável seria que permitisse ao usuário traçar a curva de forma rápida e eficiente, sem comprometer a precisão.

A equação 5.3 que aprendemos acima é projetada de tal forma que determinados níveis de VGS produzam níveis de ID que podem ser lembrados para serem utilizados como pontos de plotagem ao desenhar a curva de transferência. Se especificarmos VGS como 1/2 do valor de pinçamento VP, o nível de ID resultante pode ser determinado usando a equação de Shockley da seguinte maneira:

MÉTODO ABREVIADO DE TRAÇAR A CURVA DE TRANSFERÊNCIA
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Deve-se notar 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 dreno será sempre 1/4 do nível de saturação IDSS, desde que a tensão porta-fonte tenha um valor 50% menor que o valor de pinçamento.

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

Optando por ID = IDSS/2 e substituindo-o na Eq.5.6, obtemos os seguintes resultados:

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Embora mais pontos numéricos possam ser estabelecidos, 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 darão uma curva suficientemente confiável para a maior parte da análise.

VGS VS ID USANDO A EQUAÇÃO DE SHOCKLEY

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