IE733 – Prof. Jacobus
Download
1 / 40

IE733 – Prof. Jacobus 12 a Aula Cap. 4 A Estrutura MOS de Quatro Terminais (parte 2) - PowerPoint PPT Presentation


  • 77 Views
  • Uploaded on

IE733 – Prof. Jacobus 12 a Aula Cap. 4 A Estrutura MOS de Quatro Terminais (parte 2). 4.4 Regiões de Inversão em Termos de Tensões nos Terminais. O nível de inversão refere-se à região do canal próximo à fonte, sendo: inv. próx. fonte > inv. próx. Dreno V DS  0 ou V DB  V SB

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' IE733 – Prof. Jacobus 12 a Aula Cap. 4 A Estrutura MOS de Quatro Terminais (parte 2)' - gillian-livingston


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

IE733 – Prof. Jacobus12a Aula Cap. 4 A Estrutura MOS deQuatro Terminais

(parte 2)


4 4 regi es de invers o em termos de tens es nos terminais
4.4 Regiões de Inversão em Termos de Tensões nos Terminais.

  • O nível de inversão refere-se à região do canal

  • próximo à fonte, sendo:

    • inv. próx. fonte > inv. próx. Dreno

    • VDS 0 ou VDB  VSB

  • Nível de inversão do transistor depende somente

    de VGB e VSB

Fig. 4.12


onde: Terminais.

  • VL não tem muita importância prática, pois:

    • as correntes reversas já são da ordem ou maiores

    • que IDS neste ponto de VGS = VL.

  • Interessa apenas um VGS < VM – VL na região de

  • inversão fraca.

Os limites de inversão em termos de VSB ou VDB, para

VGB fixo, são obtidos por:


Fig. 4.13 Terminais.


  • Vamos analisar as 3 regiões separadamente, Terminais.

  • visando expressões simplificadas para IDS:

    • reduzir tempo de computação pois, devemos

    • calcular s0 e sL numericamente p/ obter IDS.

    • Isto é muito demorado.

    • permite enfocar o fenômeno predominante na

    • região desejada, com aproximações apropriadas

    • e usar parâmetros explícitos.

    • permite o projetista visualizar a dependência

    • funcional de IDS e fazer uso desta para criar

    • novos circuitos.


4 5 invers o forte 4 5 1 modelo de invers o forte sim trico completo
4.5 Inversão Forte Terminais.4.5.1 Modelo de Inversão Forte Simétrico Completo

a) Não saturação (triodo):

VDB < VQ e VSB < VQ

s0  0 + VSB

sL  0 + VDB

onde: 0 = 2F + 

  6t é um bom compromisso.

Assim, temos canal com Inv. Completa  Ider >> Idif

onde (modelo completo):


Substituindo Terminais.s0 e sL 

Após mais algumas manipulações:

 IDSN é da forma:

= função simétrica de VDB e VSB.

Esta expressão de IDSN é a base do

modelo SPICE nível 2.


b) Derivação Direta de I Terminais.DSN em Inv. Forte:

Classicamente, IDSN é derivada diretamente e não a

partir do caso geral, da sec. 4.3.1.

G

S

D

No ponto x:

s0 < s(x) < sL

Define-se: VCB(x) tal que:

s(x) = 0 + VCB(x)

VCB(x=0) = VSB

VCB(x=L) = VDB

n+

n+

x

0

L

0 + VSB

0 + VCB

0 + VDB

  • VCB é a polarização efetiva da junção n+p induzida,

    no ponto x, variando de VSB a VDB.


  • Como Terminais.0 = cte 

  • Tínhamos:

Integrando de

x = 0 a x = L 

Tínhamos:


Substituindo Q Terminais.I’ na integral de IDSN e assumindo

 = cte, obtém-se a mesma expressão completa de IDSN:

Compare com Fig. 4.6a:

Fig. 4.14


c) Saturação (Direta): Terminais.

A relação de IDSN é válida para VDB < VQ.

Em algumas aplicações podemos tolerar um erro

e adotar IDSN válido até o ponto VP, onde:

neste ponto:


 V Terminais.P = VDB tal que VTB(VDB) = VGB

VP = f(VGB)  f(VSB)

O valor de VP é próximo a VW

VP – VW = 0 - 2F  6t  150 mV.

Para VDB = VP  QIL’ = 0 = pinch-off junto ao dreno,

de acordo com a linha tracejada da Fig. 3.12, que é

uma aproximação e corresponde a:.

Na verdade, QI’(VDB=VP)  0

Como IDS(x) = cte  v próx.

a L, mas não necessita ser ,

já que QI’(L)  0.


G Terminais.

  • Para VDB > VP:

  • o pto pinch-off < L

  • x>0, onde QI’  e v 

    x é parecido a uma região de depleção,

    com V = VDB – VP aplicado

    A tensão VP continua sendo a tensão VCB no ponto

    x = pinch-off do canal.

S

D

n+

n+

pto pinch-off

  • Se VDB  V   x 

  • porém x << L é assumido.

  • IDS  cte, pois VP = cte

    sobre (L - x)

  • IDS =  IDSN p/ VDB  VP

     IDS’  cte p/ VDB  VP


  • O procedimento acima é muito aproximado: Terminais.

    • x/L pode ser significativo

    • o campo elétrico próximo ao dreno é 2D 

    • aproximação de canal gradual fica pobre

    • temos um erro considerável em VQ < VDB < VP.

  • Resulta IDS’ (VDB>VP) não constante.


4 5 2 modelo de invers o forte sim trico simplificado
4.5.2 Modelo de Inversão Forte Simétrico Simplificado Terminais.

  • O modelo anterior partiu do modelo de folha de

  • cargas completo.

  • Agora, partiremos do modelo de folha de cargas

  • simplificado da secção 4.3.2:

    • tomando os termos restritos à deriva, da expressão:

ou seja, desprezando o último termo referente

a difusão, resulta:


(esta equação envolve aproximação de Taylor), resulta:

onde VP e n dependem de VGB:


Similarmente, início da saturação é o p Terminais.to onde:

e/ou

Na sec. 3.5 tínhamos:

Substituindo VP em IDSN resulta:

Impondo agora:


  • Pergunta: Terminais.

  • Com tanta aproximação, qual a precisão do modelo?

  • Depende do método de obtenção dos parâmetros:

    • usando as equações físicas, ex. F e outros  erro

    • usando métodos de ajuste com minimização de

    • erro, obtém-se boa concordância em algumas

    • regiões e para algumas características.


4 5 3 modelo simples de invers o forte com refer ncia ao terminal de fonte
4.5.3 Modelo Simples de Inversão Forte com Referência ao Terminal de Fonte.

Tínhamos: s0 = 0 + VSB

sL = 0 + VDB

(transp. 28 – parte 1, cap.4)

Do modelo de folha de carga simplificado – sec. 4.3.2 – expressão 4.3.33:

  • Substituindo s0 e sL 

Onde  é nominalmente

assumido como:


Substituindo Terminal de Fonte.

agora:

Derivação Direta em Inv. Forte:

A expressão completa de IDSN (sec.4.5.1) inclui termos

com expoente 3/2, cuja origem está no termo:


Fig. 4.16 Terminal de Fonte.

Por aproximação de Taylor, pto VCB = VSB = linha “a”

Onde: (1-1) é a inclinação da curva “a”.


Tínhamos:

Como (com  cte):


onde: Terminal de Fonte.

Pto de saturação:

Fig. 4.17


p/ V Terminal de Fonte.DS<VDS’

p/ VDS>VDS’

Fig.4.18

VSB entra no modelo

através de VT, como

ilustra Fig. 4.19:


As 2 equações de I Terminal de Fonte.DS podem ainda ser agrupados como:

p/ VDS<VDS’

p/ VDS>VDS’

onde:

Vale em sat. e não sat.


Pelas equações: Terminal de Fonte.

obtém-se:

Isto realmente corresponde ao “pinch-off” do canal

em x = L.

Este fato, não realista, e as aproximações usadas em

torno de VDS’ são normalmente tratadas por funções

de suavização para melhorar a transição de não

saturação para saturação.


Voltamos à Escolha de Terminal de Fonte. Apropriado:

  • No início, SPICE nível 1,  = 0 = 1 (linha c

  • na Fig.4.16), resulta em aproximação grosseira.

  • QB’(x) = cte = QB’(VSB)  QB’ é subestimado em

  • x > 0  QI’ superestimado em x > 0  IDS

  • superestimado !

  • VDS’=(VGS-VT)/ = VGS-VT para  =1, é também

  • superestimado !

  • (se QI’ for superestimado  necessitamos VDB

  • para ocorrer “pinch-off” ou QIL’ = 0)


b) Terminal de Fonte.

(linha a, na Fig. 4.16)

 QB’ superestimado

QI’ subestimado

IDS subestimado

VDS’ subestimado

c) 0 < 2 < 1, para minimizar erro (linha b na

Fig. 4.16):

onde d2 = 0.5 a 0.8 = fator

de correção, ou ainda:

onde k1 e k2 são ctes

para mínimo erro.


= função empírica, onde Terminal de Fonte.

3 = 1V  boa precisão e

simplicidade.

d)

e)

= função independente de VSB.

  • A escolha de  depende de:

    • precisão desejada

    • velocidade de cálculo desejada

    • faixas de tensões de polarização usadas

    • (Veja problemas 4.12 e 4.14).


No caso de Terminal de Fonte. , ou seja, tox  e/ou NA     1 

p/ VDS<VDS’

p/ VDS>VDS’


No caso de Terminal de Fonte.  a escolha de  torna-se muito

importante.

Curvas:

1  experimental

2   = 0 = 1 com parâ-

metros ajustados p/ IDS’

3   = 0 = 1 com parâ-

metros ajustados p/ IDSN

4   = 1.7

O modelo não é válido

p/ VGS próximo a VT com

inversão moderada.


Potencial V Terminal de Fonte.CB versus Posição:

  • Pode ser determinada de forma simples em Inv. Forte.

  • Temos IDSN = W/L.f(VGB,VSB,VDB), onde a função

  • depende do modelo adotado.

  • Considerando um pto x como “dreno”, teremos a mesma

  • corrente IDSN, sendo “VDB” = VCB(x).

  • IDSN = W/x.f(VGB,VSB,VCB(x))

    Pela divisão das 2 expressões:

 obtém-se a relação x  VCB(x)


Usemos como exemplo o modelo aproximado acima: Terminal de Fonte.

a)

ou

b)

onde: VCS=VCB-VBS

p/ VDS<VDS’

p/ VDS>VDS’

onde:


Das relações acima, obtém-se (Probl. 4.17): Terminal de Fonte.

  • p/ VDS  VCB(x) varia

  • linearmente, pois QI’cte

     similar a resistor.

  • p/ VDS   QI’(x) varia

  • muito  V(x)/x  e

  • QI’   resistor distribuído

  • com R variável.

Fig. 4.22


  • Q Terminal de Fonte.I’(x0) ; QI’(xL) ; IDS = cte

  •  vn,der(x0) ; vn,der(xL) 

  • vn,der (xL) pode ser vs

  • Nova origem de satura-

    ção de IDS

  • ocorre p/ L curto,

  • reduz valor de VDS’

     Ver Cap.6 !

Vs 107 cm/s

  • Curva VCB(x) p/ VDS=VDS’ resulta com slope infinito

  • e lat  

  • Isto é fisicamente impossível  limitação do modelo:

  • QI’(xL) =0 não é razoável

  • não se considerou IDS,dif no modelo; este é desprezível

  • em não sat., mas considerável na sat., na região de QI’


Comparação com o Modelo Completo de Inv. Forte: Terminal de Fonte.

  • Modelo completo Inv. Forte (sec.4.5.1)  Modelo

  • completo de folha de carga (sec.4.3.1)

  • Modelo simples de Inv. Forte (sec.4.5.3)  erro (até

  • 5% em IDS)

  • Mesmo assim, adota-se o modelo simples de Inv. Forte

  • pelos seguintes motivos:

  • Modelo Simples!  importante p/ simulação de CI’s

  • grandes e importante p/ cálculo manual.

  • 2. Dispositivos reais apresentam efeitos de 2a ordem

  • que não são considerados nos modelos.

  • Ex. NA(y)  cte (Cap.5)   precisão dos modelos tem

  • importância reduzida.


  • 3. As expressões dos modelos são usados para derivar: Terminal de Fonte.

    • Expressões de cargas (Cap. 7)

    • Expressões de capacitâncias (Cap.8)

    • Modelo simples de Inv. Forte  expressões

      simples

    • Modelo completo de Inv. Forte  expressões

      muito complexas e não práticas, ou mesmo

      impossíveis para alta freqüência (Cap.9).

      4. O modelo simples de Inv. Forte contém explicita-

      mente VT, porém VT pode variar com W e L  é

      introduzido um VT efetivo (Cap.6)

      O modelo completo não contém VT explicitamente,

       impede adotar o mesmo procedimento.



4 5 4 resumo da seq ncia dos modelos
4.5.4 Resumo da Seqüência dos Modelos Terminal de Fonte.

Todos estes modelos são usados. A escolha depende

do interesse e da aplicação.


Resumo das relações básicas para os modelos: Terminal de Fonte.

a) SPICE nível 1:

b) SPICE nível 2:

c) SPICE nível 3:


ad