Embed Size (px)
DESCRIPTION
Amirkabir University of Technology Computer Engineering & Information Technology Department. ترانزیستور MOSFET. دکتر سعید شیری فصل چهارم از: & کتاب MICROELECTRONIC CIRCUITS 5/e Sedra/Smith. مقدمه. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
MOSFETترانزیستور
شیری سعید دکتر
از چهارم فصل کتابMICROELECTRONIC CIRCUITS 5e
SedraSmith
Amirkabir University of TechnologyComputer Engineering amp Information Technology Department
مقدمه بررسی را بود ترمینالی دو المانی که دیود قبل فصل در
که ترمینالی سه المانی بعدی فصل و فصل این در کردیم کرد خواهیم بررسی را میشود نامیده ترانزیستور
ها کننده تقویت جمله از زیادی مدارات در ترانزیستور دارد کاربرد ها حافظه و دیجیتال مدارات
اعمال با که است پایه این بر ترانزیستور کارکرد کل8ی اصول میکنند کنترل را سوم ترمینال جریان ترمینال دو به ولتاژ
دارد وجود مهم ترانزیستور نوع MOSFET BJTدوMOSFET ازBJT و بوده تر ساده آن ساخت و بوده کوچکتر
مدارات8 از بسیاری ساخت در میکند مصرف8 کمتری توان دارد کاربرد مجتمع
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
نوع از پایه یک روی بر ترانزیستور pاین با ناحیه دو پایه روی بر میشود ساختهنوع هادی nنیمه نواحی این میشود ایجاد هستند زیادی ناخالصی دارای که
میگیرند قرار دردسترس فلزی اتصال یک با که میشوند نامیده درین و سورس این برروی میشود کشیده شیشه جنس از عایقی پایه سطح در و ناحیه دو این بین
آورد می بوجود گیت نام با اتصالی که میشود داده قرار فلز الیه یک عایق شود وصل فلزی اتصال یک به نیز پایه است ممکن
Figure 41 Physical structure of the enhancement-type NMOS transistor (a) perspective view (b) cross-section Typically L = 01 to 3 m W = 02 to 100 m and the thickness of the oxide layer (tox) is in the range of 2 to 50 nm
عملکرد نحوه ترمینال سه با المان یک بصورت ترانزیستور Sourceاین
Drain Gate قرارمیگیرد استفاده مورد درین و سورس8 بین باشد نشده وصل گیت به ولتاژی اگر
بین یکی داشت خواهند وجود دیود و nدو پایه pسورسبین دیگری و pو nپایه درین
هیچ اند شده وصل هم به پشت به پشت دیود دو این چون برقرارشود نمیتواند درین و سورس بین جریانی
درین و سورس بین مقاومت بود خواهد زیاد خیلی
دو بین تخلیه ناحیه یک واقع درتشکیل pnقطعه مجاور
بین جریان عبور از که میشودو پایه همچنین و درین و پایه
میکند جلوگیری سورس
جریان عبور برای کانالی ایجاد وصل زمین به را سورس و درین اگر
کنیم وصل گیت به مثبتی ولتاژ و کردهتاثیر تحت گیت ناحیه زیر مثبت ناقلهای
به و شده دور گیت زیر از ولتاژ اینsubstrateسمت میشوند رانده
از را منفی الکترونهای متقابال ولتاژ این مینماید جذب درین و سورس های ناحیه
کافی الکترون گیت زیر ناحیه در اگرآید می بوجود منفی ناحیه یک شود جمع
ناحیه دو درین nکه و سورس به مربوط کانالی واقع در میکند وصل هم به را
به سورس از الکترون جریان عبور برای میشود تشکیل درین
که شود نوع substrateتوجه از قبال کهp نوع به گیت زیر ناحیه در تبدیل nبود
Figure 42 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to(inversion layer)میشود the gate An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مقدمه بررسی را بود ترمینالی دو المانی که دیود قبل فصل در
که ترمینالی سه المانی بعدی فصل و فصل این در کردیم کرد خواهیم بررسی را میشود نامیده ترانزیستور
ها کننده تقویت جمله از زیادی مدارات در ترانزیستور دارد کاربرد ها حافظه و دیجیتال مدارات
اعمال با که است پایه این بر ترانزیستور کارکرد کل8ی اصول میکنند کنترل را سوم ترمینال جریان ترمینال دو به ولتاژ
دارد وجود مهم ترانزیستور نوع MOSFET BJTدوMOSFET ازBJT و بوده تر ساده آن ساخت و بوده کوچکتر
مدارات8 از بسیاری ساخت در میکند مصرف8 کمتری توان دارد کاربرد مجتمع
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
نوع از پایه یک روی بر ترانزیستور pاین با ناحیه دو پایه روی بر میشود ساختهنوع هادی nنیمه نواحی این میشود ایجاد هستند زیادی ناخالصی دارای که
میگیرند قرار دردسترس فلزی اتصال یک با که میشوند نامیده درین و سورس این برروی میشود کشیده شیشه جنس از عایقی پایه سطح در و ناحیه دو این بین
آورد می بوجود گیت نام با اتصالی که میشود داده قرار فلز الیه یک عایق شود وصل فلزی اتصال یک به نیز پایه است ممکن
Figure 41 Physical structure of the enhancement-type NMOS transistor (a) perspective view (b) cross-section Typically L = 01 to 3 m W = 02 to 100 m and the thickness of the oxide layer (tox) is in the range of 2 to 50 nm
عملکرد نحوه ترمینال سه با المان یک بصورت ترانزیستور Sourceاین
Drain Gate قرارمیگیرد استفاده مورد درین و سورس8 بین باشد نشده وصل گیت به ولتاژی اگر
بین یکی داشت خواهند وجود دیود و nدو پایه pسورسبین دیگری و pو nپایه درین
هیچ اند شده وصل هم به پشت به پشت دیود دو این چون برقرارشود نمیتواند درین و سورس بین جریانی
درین و سورس بین مقاومت بود خواهد زیاد خیلی
دو بین تخلیه ناحیه یک واقع درتشکیل pnقطعه مجاور
بین جریان عبور از که میشودو پایه همچنین و درین و پایه
میکند جلوگیری سورس
جریان عبور برای کانالی ایجاد وصل زمین به را سورس و درین اگر
کنیم وصل گیت به مثبتی ولتاژ و کردهتاثیر تحت گیت ناحیه زیر مثبت ناقلهای
به و شده دور گیت زیر از ولتاژ اینsubstrateسمت میشوند رانده
از را منفی الکترونهای متقابال ولتاژ این مینماید جذب درین و سورس های ناحیه
کافی الکترون گیت زیر ناحیه در اگرآید می بوجود منفی ناحیه یک شود جمع
ناحیه دو درین nکه و سورس به مربوط کانالی واقع در میکند وصل هم به را
به سورس از الکترون جریان عبور برای میشود تشکیل درین
که شود نوع substrateتوجه از قبال کهp نوع به گیت زیر ناحیه در تبدیل nبود
Figure 42 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to(inversion layer)میشود the gate An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
نوع از پایه یک روی بر ترانزیستور pاین با ناحیه دو پایه روی بر میشود ساختهنوع هادی nنیمه نواحی این میشود ایجاد هستند زیادی ناخالصی دارای که
میگیرند قرار دردسترس فلزی اتصال یک با که میشوند نامیده درین و سورس این برروی میشود کشیده شیشه جنس از عایقی پایه سطح در و ناحیه دو این بین
آورد می بوجود گیت نام با اتصالی که میشود داده قرار فلز الیه یک عایق شود وصل فلزی اتصال یک به نیز پایه است ممکن
Figure 41 Physical structure of the enhancement-type NMOS transistor (a) perspective view (b) cross-section Typically L = 01 to 3 m W = 02 to 100 m and the thickness of the oxide layer (tox) is in the range of 2 to 50 nm
عملکرد نحوه ترمینال سه با المان یک بصورت ترانزیستور Sourceاین
Drain Gate قرارمیگیرد استفاده مورد درین و سورس8 بین باشد نشده وصل گیت به ولتاژی اگر
بین یکی داشت خواهند وجود دیود و nدو پایه pسورسبین دیگری و pو nپایه درین
هیچ اند شده وصل هم به پشت به پشت دیود دو این چون برقرارشود نمیتواند درین و سورس بین جریانی
درین و سورس بین مقاومت بود خواهد زیاد خیلی
دو بین تخلیه ناحیه یک واقع درتشکیل pnقطعه مجاور
بین جریان عبور از که میشودو پایه همچنین و درین و پایه
میکند جلوگیری سورس
جریان عبور برای کانالی ایجاد وصل زمین به را سورس و درین اگر
کنیم وصل گیت به مثبتی ولتاژ و کردهتاثیر تحت گیت ناحیه زیر مثبت ناقلهای
به و شده دور گیت زیر از ولتاژ اینsubstrateسمت میشوند رانده
از را منفی الکترونهای متقابال ولتاژ این مینماید جذب درین و سورس های ناحیه
کافی الکترون گیت زیر ناحیه در اگرآید می بوجود منفی ناحیه یک شود جمع
ناحیه دو درین nکه و سورس به مربوط کانالی واقع در میکند وصل هم به را
به سورس از الکترون جریان عبور برای میشود تشکیل درین
که شود نوع substrateتوجه از قبال کهp نوع به گیت زیر ناحیه در تبدیل nبود
Figure 42 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to(inversion layer)میشود the gate An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
عملکرد نحوه ترمینال سه با المان یک بصورت ترانزیستور Sourceاین
Drain Gate قرارمیگیرد استفاده مورد درین و سورس8 بین باشد نشده وصل گیت به ولتاژی اگر
بین یکی داشت خواهند وجود دیود و nدو پایه pسورسبین دیگری و pو nپایه درین
هیچ اند شده وصل هم به پشت به پشت دیود دو این چون برقرارشود نمیتواند درین و سورس بین جریانی
درین و سورس بین مقاومت بود خواهد زیاد خیلی
دو بین تخلیه ناحیه یک واقع درتشکیل pnقطعه مجاور
بین جریان عبور از که میشودو پایه همچنین و درین و پایه
میکند جلوگیری سورس
جریان عبور برای کانالی ایجاد وصل زمین به را سورس و درین اگر
کنیم وصل گیت به مثبتی ولتاژ و کردهتاثیر تحت گیت ناحیه زیر مثبت ناقلهای
به و شده دور گیت زیر از ولتاژ اینsubstrateسمت میشوند رانده
از را منفی الکترونهای متقابال ولتاژ این مینماید جذب درین و سورس های ناحیه
کافی الکترون گیت زیر ناحیه در اگرآید می بوجود منفی ناحیه یک شود جمع
ناحیه دو درین nکه و سورس به مربوط کانالی واقع در میکند وصل هم به را
به سورس از الکترون جریان عبور برای میشود تشکیل درین
که شود نوع substrateتوجه از قبال کهp نوع به گیت زیر ناحیه در تبدیل nبود
Figure 42 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to(inversion layer)میشود the gate An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
جریان عبور برای کانالی ایجاد وصل زمین به را سورس و درین اگر
کنیم وصل گیت به مثبتی ولتاژ و کردهتاثیر تحت گیت ناحیه زیر مثبت ناقلهای
به و شده دور گیت زیر از ولتاژ اینsubstrateسمت میشوند رانده
از را منفی الکترونهای متقابال ولتاژ این مینماید جذب درین و سورس های ناحیه
کافی الکترون گیت زیر ناحیه در اگرآید می بوجود منفی ناحیه یک شود جمع
ناحیه دو درین nکه و سورس به مربوط کانالی واقع در میکند وصل هم به را
به سورس از الکترون جریان عبور برای میشود تشکیل درین
که شود نوع substrateتوجه از قبال کهp نوع به گیت زیر ناحیه در تبدیل nبود
Figure 42 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to(inversion layer)میشود the gate An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
NMOSترانزیستور نوع از آن کانال که یا n-channelباشد nترانزیستوری و
NMOS میشود خوانده مقدارVGS مقدار یک از باید کانال تشکیل برای الزم
Vtآستانه بین معموال مقدار این باشد ولت 1 05بیشتراست
و گیت زیر در منفی بار شدن جمع اثر در گیت درناحیهبوجود خازنی گیت باالی در مثبت ولتاژ به آن اتصال
میآید میدان به بستگی میگذرد کانال از که جریانی مقدار
دارد گیت ناحیه در شده تشکیل الکتریکیلذا است متقارن ساخت لحاظ از ترانزیستور که شود توجه
اعمال آنها به که دارد ولتاژی به سورسبستگی و درین نامگذاریکانال با ترانزیستور برای نسبت nمیشود باالتری ولتاژ به درین
میشود سورسوصل به
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
و درین به کوچک ولتاژی اعمالسورس
سورس و درین به کوچکی ولتاژ اگرشود شد (Vds)اعمال خواهد باعث
جریان idتا عبورکند کانال در جذب باعث ولتاژ این درواقع
درین به سورس سمت از الکترونهاجهت خالف در جریانی و شده
آورد می بوجود الکترون حرکت مقدار به بستگی جریان این مقدار
دارد گیت زیر ناحیه آزاد الکترونهایولتاژ به وابسته آن خود VGs-Vt که
دارد اگرVGS حد تازه vtدر کانال باشد
جریان و بوده کوچک هنوز تاسیس زیاد با اما نمیکند عبور ان از زیادیزیاد هم کانال عرض ولتاژ این شدن
بیشتر جریان عبور امکان و شده شد خواهد فراهم
Figure 43 An NMOS transistor with vGS gt Vt and with a small vDS applied The device acts as a resistance whose value is determined by vGS Specifically the channel conductance is proportional to vGS ndash Vtrsquo and thus iD is proportional to (vGS ndash Vt) vDS Note that the depletion region is not shown (for simplicity)
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ولتاژ و جریان رابطه میگذ8رد کانا8ل از که جریانی مقدار
ولتاژ به ولتاژ Vgs-Vtهم به هم وVds داش8ت خواهد بستگی
یک بصورت ترانزیستور درواقعکه میکند عمل خطی مقاومت
ولتاژ به آن بستگی VGSمقداردارد
اگرVGS ازVt 8باشد کمترجریانی و بوده نهایت بی مقاومت
ش8دن زیاد با کرد نخواهد عبورVGS کمتر نیز مقاومت مقدار
میشود که جریانی مقدار که شود توجه
میشود وارد درین ترمینال بهاز که اس8ت جریانی با برابر
جریان و میشود خارج سورس اس8ت صفر با برابر گین ترمینال
Figure 44 The iDndashvDS characteristics of the MOSFET in Fig 43 when the voltage applied between drain and source vDS is kept small The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
VDSافزایشولتاژ
مقدار از را سورس و درین ولتاژ سمت 0اگر افزایش VDSبهدرین به کانال که سمتی در افتد می کانال روی که ولتاژی دهیم
اندازه به میشود نتیجه VGS- VDSوصل در میکند پیدا کاهشبه آن مقدار زیرا یابد می کاهش قسمت این در کانال عرض
بدین دارد بستگی میشود اعمال کانال زیر ناحیه در که ولتاژی بود نخواهد متقارن دیگر کانال شکل ترتیب
Figure 45 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased The induced channel acquires a tapered shape and its resistance increases as vDS is increased Here vGS is kept constant at a value gt Vt
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ترانزیستور اشباع ولتاژ بیشتر افزایش در VDSبا و شده بیشتر نیز کانال مقاومت مقدار
منحنی iD-vDSنتیجه بود نخواهد راست خط یک بصورت دیگر تا ولتاژ محل VDSsat = vGS minus Vtمقدار اگر در کانال کند پیدا افزایش
بیشتر افزایش میشود فشرده درین به جریان VDSاتصال در8 تاثیری ماند خواهد باقی اشباع حد در جریان و گذاشت نخواهد
است شده نامگذاری زیر بصورت ترانزیستور کار نواحی Triode region VDS lt VDSsatSaturation region VDS ge VDSsat
Figure 46 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS gt Vt
Figure 47 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape Eventually as vDS reaches vGS ndash Vtrsquo the channel is pinched off at the drain end Increasing vDS above vGS ndash Vt has little effect (theoretically no effect) on the channelrsquos shape
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
و جریان رابطه آوردن بدستترانزیستور MOSFETولتاژ
که شود فرض شده vGS gt vtاگر ایجاد کانال تافرض با همچنین در vDS lt vGS minus vtباشد اینکه برای
triodeناحیه باشیم
Figure 48 Derivation of the iDndashvDS characteristic of the NMOS transistor
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
تریود ناحیه در جریان داریم میشود تشکیل گیت ناحیه در که خازنی برای
خازنی ظرفیت شده ایجاد کانال نایکنواختی بعلت از جزئی المان یک اگر بود خواهد متغییر کانال ناحیه
فاصله در که گیت زیر نظر xسطح در را دارد قرار با است برابر ناحیه این خازن ظرفیت بگیریم
به اعمالی ولتاژ با آن در شده ذخیره الکتریکی بار که داشت خواهد ربط نقطه این در کانال
ولتاژ طرفی برابر VDSاز که میکند ایجاد میدانیبا است
بازای خازنی ظرفیتگیت ناحیه مساحت واحد
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
تریود ناحیه در جریان در شده جمع الکتریکی بار تا میشود باعث میدان این
آید در حرکت به زیر سرعت با گیت ناحیه زیر
با است برابر حاصل رانش جریان داشت خواهیم مقادیر جایگذاری با باید اما آمد بدست نقطه یک برای جریان این چه اگر
وجود درین به سورس از که باشد جریانی با برابر با است برابر سورس به درین جریان لذا دارد
داریم گیری انتگرال و جابجائی با
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
اشباع ناحیه در جریان جریان مقدار با اشباع ناحیه ابتدای در جریان مقدار
با لذا بود خواهد برابر تری8ود ناحیه انتهای درکردن جایگزین
داشت خواهیم تکنولوژی ب8ه و بوده ث8ابت مقدار فوق روابط در
با آن8را میتوان اینرو از برمیگردد هادی نیمه ساخت نمود جایگزین ثابت مقداری
با است برابر ج8ریان رابطه نتیجه در
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
میکرونی زیر Sub(تکنولوژیMicron(
به طول نسبت به جریان مقدار که میشود مشاهده دارد بستگی کانال عرض
مقدارL ترانزیستور تا میشود انتخاب سازنده توسط آنجائیکه از باشد استفاده قابل دلخواه جریان برای
میشود محسوب امتیاز یک کوچک تراتزیستور ساختکردن کوچک با تا میشود ترانزیستور Lسعی به
محدودیت علت به حاضر حال در که رسید کوچکتری مقدار این کرد کوچکتر از آنرا نمیتوان ساخت
میکند تعیین تکنولوژی حد را
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کانال MOSFETترانزیستور pبا(PMOS)
کانال تران8زیستور پایه pیک یک روی ساخته nبراز استفاده با منفی و مثبت نواحی و میشود
ها +pناخالصی حفره نتیجه در آیند می بوجود بود خواهند جریان ناقل
ترانزیستور شبیه آن کار این nطرز با است کانالکه Vtو VDSو VGSتفاوت هستند منفی همگی
امروزه NMOS و بیشتر سرعت کوچکی بدلیلاز بیشتر کمتر توان استفاده PMOSمصرف مورد
هستند
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
CMOSترانزیستور تکنولوژیMOS یا و دو )CMOS )Complementary MOSمکمل هر از
ترانزیستور pnنوع میکند استفاده تکنولوژیCMOS دارد کاربرد آنالوگ و دیجیتال مدارات از بسیاری در نوع از پایه روی نام pدر با ناحیه n wellیک ناحیه دو این میشود ایجاد
میشوند جدا هم از عایق یک توسط کانال ترانزیستور کانال nیک ترانزیستور یک و پایه ایجاد nدرچاه pدر
میشود
Figure 49 Cross-section of a CMOS integrated circuit Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region known as an n well Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well the latter functions as the body terminal for the p-channel device
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ترانزیستورها شمای
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ترانزیستور NMOSشمای هستند معادل شکل س8ه هر به ترانزیستور پایه از جریان که است8 آن دهنده نشان8 فلش8 جهت8
اس8ت بیرون نمیشود داده نشان پایه باشند شده متصل هم به سورس8 و پایه اگر
Figure 410 (a) Circuit symbol for the n-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified circuit symbol with an arrowhead on the source terminal to distinguish it from the drain and to indicate device polarity (ie n channel) (c) Simplified circuit symbol to be used when the source is connected to the body or when the effect of the body on device operation is unimportant
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ناحیه در ترانزیستور عملکردآستانه ولتاژ زیر
اگر که شد از VGSltVtگفته جریانی باشداگر ناحیه این در اما کرد نخواهد عبور ترانزیستور
که Vtبه VGSولتاژ است ممکن باشد نزدیکعبور آن از دارد ولتاژ با نمائی رابطه که جری8انی
آن از میتوان کاربردها اغلب در وجود این با نماید نمود نظر صرف
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
iD-VDSمشخصه میدهد نشان را ها منحنی از ای مجموعه زیر شکل
برای یک هر VGSکه اند شده گیری اندازه ثابتی
Figure 411 (a) An n-channel enhancement-type MOSFET with vGS and vDS applied and with the normal directions of current flow indicated (b) The iDndashvDS characteristics for a device with krsquon (WL) = 10 mAV2
برای bull مختلف عملکرد ناحیه سهنظر در میتوان ترانزیستور
اشباع و تریود قطع گرفتکه bull وقتی اشباع ناحیه
کننده تقویت بعنوان ترانزیستورو میرود بکار است استفاده مورد
بعنوان که ترانزیستوری برایو قطع ناحیه از میکند کار سوئیچ
میشود استفاده تریود
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
iD-VDSمشخصه که است وقتی قطع ناحیه باید تریود ناحیه طرفی VGSgt=Vtدر از و شود ایجاد کانال تا
باقی VDSحال پیوسته کانال ناحیه تا باشد کوچک بایدبماند
نوشت زیر بصورت میتوان را شرط این که لذا بود زیر بصورت جریان رابطه ناحیه این در صورتیکه در آنرا VDSکه میتوان باشد کوچک کافی بقدر
نوشت زیر بصورت این در کانال که است امر این بیانگر خطی رابطه این که
یک بصورت خواهد ناحیه عمل زیر مقدار با خطی مقاومتکرد
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کانال مقاومت نوشت زیر بصورت میتوان همچنین را کانال مقاوم8ت
آن در که همچنین و شده تشکیل کانل باید اشباع ناحیه در
pinch off لذا باشد داده رخ
ناحیه مرز در جریان دررابطه آن جایگزینی با که داریم اشباع
از مستقل درین جریان ناحیه این در که شود توجهولتاژ VDSولتاژ به فقط و لذا VGSبوه دارد بستگی
کرد استفاده جریان منبع بعنوان میتوان آن از
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
اشباع ناحیه در جریان اشباع ناحیه در جریان رابطه
بود خواهد مقابل شکل بصورتولتاژ از مستقل VDSکه است
Figure 413 Large-signal equivalent-circuit model of an n-channel MOSFET operating in the saturation region
Figure 412 The iDndashvGS characteristic for an enhancement-type NMOS transistor in saturation (Vt = 1 V krsquon WL = 10 mAV2)
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مقاومت بودن محدود اثرخروجی
جریان اشباع حالت در که ولتاژ iDدیدیم از VDSمستقل عمل در امر این اما استافزایش وبا نبوده pinch offنقطه VDSصادق میشود دورتر درین از کانال
ماند می ثابت زیر مقدار حد در کانال سر دو ولتاژ افت حالت این = VGS - V tدرVDSsat میکند افت میشود ایجاد کانال و درین بین که باریکی تخلیه ناحیه در بقیه و
میکند درین جذب و داده شتاب را میرسند تخلیه ناحیه به که الکترونهائی ولتاژ این میشود کوچک اندازه به کانال عرض اینحالت در
Figure 415 Increasing vDS beyond vDSsat causes the channel pinch-off point to move slightly away from the drain thus reducing the effective channel length (by DL)
را پدیده اینمدوالسیون کانال طول
میگویندChannel Length Modulation
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مقدار در کانال طول تغییر اثرجریان
نیز درین جریان مقدار کانال موثر طول شدن کوچک با میکند تغییر
با را کانال طول تغییر VDSاگر بدانیم متناسب
جریان میدهد نشان ولتاژ IDکه ضریب VDSو با داشت خواهند رابطه
فرض با
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ولتاژ و خروجی جریان رابطهVDS
Figure 416 Effect of vDS on iD in the saturation region The MOSFET parameter VA depends on the process technology and for a given process is proportional to the channel length L
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
خروجی مقاومت تغییرات اثر در درین جریان مقدار تغییر میتوان
VDSولتاژ داد نشان مقاومت یک بصورت را
داریم فرض با روابط این گرفتن IDدر نظر در بدون درین جریان
است کانال مدوالسیون اثر1048711VA (Early voltage) = 1λ with a typical value of 200 to 300V1048711VA is proportional to L therefore short-channel devices suffer more from channel-length modulation
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
نظر در با ترانزیستور مدلخروجی مقاومت گرفتن
Figure 417 Large-signal equivalent circuit model of the n-channel MOSFET in saturation incorporating the output resistance ro The output resistance models the linear dependence of iD on vDS
and is given by Eq (422)
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
PMOSترانزیستور
Figure 418 (a) Circuit symbol for the p-channel enhancement-type MOSFET (b) Modified symbol with an arrowhead on the source lead (c) Simplified circuit symbol for the case where the source is connected to the body (d) The MOSFET with voltages applied and the directions of current flow indicated Note that vGS and vDS are negative and iD flows out of the drain terminal
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
PMOSترانزیستور وصل کمتر ولتاژ ب8ه درین و باال ولتاژ ب8ه سورس
میشود آستانه VGSو Vt lt0ولتاژ بود خواهد منفی نیز میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به بدنه
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
بدنه اثر پیوند دو هر ترانزیستور صحیح عملکرد بایاس BDو BSبرای معکوس بصورت باید
باشند شده ترانزیستور یک بدنه NMOSمعموال میشود وصل مدار ولتاژ ترین منفی به افزایش ناحیه VSBبا در نتیجه در و میشود بزرگتر نیز سورس و پایه بین تخلیه ناحیه
مینماید پیشروی کانال زیر ایجاد برای الزم ولتاژ نتیجه در شده جمع تخلیه ناحیه در زیادی منفی بار آنجائیکه از
اثر این به یابد می افزایش body Effectکانال میشود گفته دهد قرار تاثیر تحت زیادی تاحد را مدار کارائی میتواند اثر این
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
حرارت اثر مقدارVt حرارت در افزایش درجه هر ازای به
اندازه 2mV~به میکند پیدا افزایش مقدارkn نتیجه در میکند پیدا کاهش حرارت با
iDمقدار میکند پیدا کاهش دما افزایش با میتوان بایاس ولتاژ از ثابت مقدار یک برای
مقدار دما افزایش با کلی حالت در که گفتiDجریان یابد می کاهش
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ورودی از محافظت و شکست پیوند که میرسیم ای نقطه به درین ولتاژ افزایش بهمنی با بصورت وپایه درین
بین ) سشک میکند پیدا ( 150تا 20ت میش8ود باعث و زیاد ولت خیلی جریان تا(Weak avalancheشود)
ناحیه درین ولتاژ افزایش با باشد کوچک کانال ناحیه که هایی ترانزیستور در پدیده این نماید می پیدا امتداد سورس تا و کرده پیدا زیادی گسترش تخلیه
punch through میشود جریان زیاد افزایش8 باعث و شده نامیده- گیت ولتاژ افزایش با که دارد وجود دیگری شکست میدهد ) سپیدیده رخ ورس
حدود ( 30در به و شده گیت ناحیه عایق رفتن بین از باعث پدیده این ولت( میزند برگش8ت قابل غیر صدمه ( Gate-oxide breakdownترانزیستور
ورودی مقاومت شودکه توجه آنها MOSFETباید ورودی خازن و باال خیلیاز را گیت ولتاژ میتواند هم کم ساکن الکتریکی بار یک لذا است کم خیلی
( کردن بایدازلمس8 ازاینرو بسوزاند را ترانزیس8تور و برده باال شکست آستانه(زتران کرد خودداری دست با یستور
های هادی نیمه اکثر امروزه درورودی MOSFETالبته دیودی مدارات دارای میباشند ازترانزیستور محافظت برای
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کار MOSFETمدارات حالت در DCبصورت
تحلیل سادگی برای بخش ای8ن مدارات DCدرکانال مدوالسیون خاصیت از ترانزیستوری
و کرده =0صرفنظر میشود گرفته نظر در
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
جریان که =VDو ID=04mAکنید05V شود
بصورت را ترانزی8ستور مشخصات بگیرید نظر در زیر
Figure 420 Circuit for Example 42
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ لذا است بیشتر گیت از درین ولتاژ آنجائیکه از
روابط از لذا باشد اشباع درناحیه باید ترانزیستور میشود استفاده ناحیه این
داشت خواهیم زیر مقادیر جایگزینی با
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال زیر مدار کنیدکه Rدر پیدا ID=80Aراب8نحوی باشد
VDمقدار بود خواهد چقدر
Figure 421 Circuit for Example 43
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ آنجائیکه و VD=VGاز لذا VDG=0بوده میباشد
داریم و بوده اشباع ناحیه در ترانزیستور
داشت خواهیم آن حل با که
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال مقابل مقدار را مدار که کنید طراحی ای بگونه
VD=01V بین مقدارمقاومت دراینحالت باشد است چقدر سورس و درین
Figure 422 Circuit for Example 44
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ باندازه درین ولتاژ آنجائیکه گیت 49Vاز ولتاژ از
و بوده ناحیه Vt=1Vکم8تر در ترانزیستور لذا است بصورت جریان رابطه ناحیه این در است تریود
است زیر
مقدار اینرو RDاز با است ب8رابر مقاومت کم مقادیر - Vdsبرای سورس درین مقاومت مقدار
با است برابر
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال جریان و مختلف نقاط ولتاژ زیر شکل مدار در
مدوالسیون اثر از آورید بدست آنرا های شاخه کنید پوشی چشم کانال
Figure 423 (a) Circuit for Example 45 (b) The circuit with some of the analysis details shown
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ از میتوان را گیت ولتاژ لذا است صفر گیت جریان آنجائیکه از
آورد بدست مقاومتی تقسیم
اما شد خواهد روشن ترانزیستور لذا است مثبت گیت ولتاژ چون فرض ابتدا اینرو از تریود یا است اشباع ناحیه در که گفت نمیتوان
ولتاژ برای اینصورت در باشد اشباع ناحیه در که VGSمیشودداریم
آید می بدست جریان برای مقدار دو فوق معادله حل با089mA 05mA
بازای با ID=089 اما میشود برابر سورس ولتاژ که VS=534مقدار لذا است معنی بی
است بوده صحیح اشباع فرض لذا آنجائیکه از
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال که کنید طراحی بنحوی را زیر شکل مدار
و بوده اشباع حالت در و ID=05mAترانزیستورVD=3 V باشد
مقدار ترانزیستور RDحداکثر که است چقدر دارد نگه اشباع ناحیه در را
Figure 424 Circuit for Example 46
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ داریم ترانزیستور بودن اشباع فرض با
مقادیر جایگزین با داریم
به سورس آنجائیکه باید 5Vاز8 گیت ولتاژ لذا است کمتر 2وصل ولتیعنی VG=3Vباشد میشود میسر ها مقاومت مناسب انتخاب با اینکار
داریم ترتیب همین به باندازه درین ولتاژ که بود خواهد اشباع ناحیه در8 وقتی تا |Vt|ترانزیستور8
یعنی باشد بیشتر گیت از
مقدار اکثر حد اینرو ماندن RDاز8 برای با است برابر اشباع ناحیه در
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال ساخته هم با منطبق زیر شکل های ترانزیستور
داریم دو هر برای یعنی اند شده
جریان و iDP iDNمقادیرمختلف voولتاژ مقادیر بازای را
Vi=0 25V -25V آورید بدست
Figure 425 Circuits for Example 47
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ برای مدار مقابل شکل Vi=0در
این در است شده داده نشانترانزیستور دو هر برای |حالت
VGS|=25 نتیجه در و بوده ولتترانزیستور دو ب8ودن متقارن بعلت
مقدار Vo=0باید در شوداینکه بعلت VDG|=0|اینصورت
ناحیه در ترانزیستور دو هر است داریم و بوده اشباع
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ ادامه حالتیکه برای Vi=25Vبرای باشد
لذا VGS=0ولتاژ PMOSترانزیستور و شده بود خواهد قطع
فوق شکل مطابق آنجائیکه باشد voاز منفی باید ناگزیرترانزیستور شده VGDgtVtدارای NMOSلذا
میگیرد قرار تریود ناحیه در اینرو از و
شکل مطابق طرفی Cاز داریم
داشت خواهیم آنها همزمان حل با که
اینحالت در است کوچکی مقدار مشخصا که
بازایVi=-25V بود خواهد قرینه بصورت فوق مراحل همهو QNترانزیستور بوده تریود QPقطع درناحیه
داریم و دارد قرار
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
از مدارات MOSFETاستفاده درکننده تقویت
از استفاده خاصیت MOSFETایده این از کننده تقویت بعنوانقرار اشباع ناحیه در ترانزیستور که وقتی که میگیرد نشات
عمل ولتاژ توسط شونده کنترل جریان منبع یک بصورت میگیردولتاژ ) تغییرات جریان VGSمیکند تغییر ( IDباعث میشود
کننده تقویت یک بصورت میتواند ترانزیستور ازاینروtransconductance نماید عمل
جریان رابطه که شود توجه غیر VGSبا IDباید کامال رابطه یکبا ای کننده تقویت هستیم عالقمند حالیکه در است خطی
از مشکل این بر آمدن فائق برای باشیم داشته خطی رابطهdcبایاس میشود استفاده
مقدار یک با ترانزیستور روش این بایاسVGS 8در مشخصمقدار یک تا کوچک IDمیشود سیگنال سپس کند پیدا مشخص
vgs جریان تا میشود اضافه آن مقدار idبه این با متناسب نماید تغییر کوچک
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ترانزیستور انتقال مشخصهبزرگ سیگنال با کار
یعنی متداول کننده تقویت یک مقابل شکلمیدهد نشان را مشترک Common)سورس
Source ) بین شده زمین سورس8 آن در که است مشترک کننده تقویت خروجی و ورودی
ولتاژ تغییر با تغییر vgsاگرچه را idقصدمقاومت دادن قرار با میتوان اما در RDداریم
داشت متغیری خروجی ولتاژ مدار
با است برابر جریان Figure 426 (a) Basic structureمقدارof the common-source amplifier
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
رابطهراست خط یک بصورت میتوان را
م8شخصه م8نحنی روی بر نمود رسم ترانزیستور
با است برابر خط این RD1-شیبمعموال آنجائیکه همانRD 8از
خط این است بار مقاومتبار خط را (load line)راست
میگویندمق8ابل شکل نمودار از استفاده با
مقدار هر بازا )VI )VI=VGSمیتوانخروجی را VOمقدار مربوطه نمود Figure 426 (b) Graphical construction to determine theمشخص
transfer characteristic of the amplifier in (a)
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
انتقال مشخصه آوردن بدستروشگرافیکی به
مقادیر قطع VI=VGSltVtبازای ترانزیستور ( نقطه است صفر جریان و Aبوده لذا(
شدن بیشتر روشن Vtاز VIبا ترانزیستورو و iDشده یافته کاهش voافزایش
یافت خواهدابتدا در آنجائیکه در Voاز ترانزیستور بود زیاد
با و میکند کار به شروع اشباع ناحیهورودی نقطه Viافزایش دو بین Bو Aدر
میماند باقی دراشباع همچنانمشخص مقدار یک بازای نقطه دو این بین در
کار نقطه نام (Q)با داریم
از ورودی از مقدارخروجی تفاضل که هنگامیVt ناحیه از ترانزیستور میشود کمتر
میشود تریود ناحیه وارد و خارج اشباع
مقادیر بصورت VIgtVIBبرای ترانزیستورو رفته فرو تریود ناحیه در تری عمیق
میکند میل صفر به خروجی ولتاژ
Figure 426 (b) Graphical construction to determine the transfer characteristic of the amplifier in (a)
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ولتاژ vi-voمشخصه کننده تقویت خروجی و ورودی ولتاژ رابطه
شکل بصورت میتوان را مشترک سورسکار ناحیه سه آن در که داد نشان مقابلداده نشان تریود و اشباع قطع مختلف
اند شده ترانزیستور کننده تقویت بصورت کار برای
کار نقطه میشودکه بایاس در Qطوری سیگنال یک سپس گیرد قرار اشباع ناحیهکه میشود اضافه ورودی به طوری کوچکرابطه یک با کار نقطه دراطراف خروجی
تغییر کوچک سیگنال ورودی با خطی تقریبانماید
زیر بصورت کننده تقویت گین اینحالت در میشود تعریف
فوق مشخصه شیب با که است برابر
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
است منفی شیب این شودکه توجه
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مناسب کار نقطه انتخاب مقدار روی بر خروجی سیگنال آنجائیکه و VoQاز
مقدار VDSQیا میشود طوری VDSQسوار باید باشد داشته را الزم نوسان بتواند خروجی که باشد
مقدار باید اینرو از VDSQاز کافی اندازه VDDبهاز و بوده ترانزیستور VOBکمتر تا باشد بیشتر
نشود تریود یا و قطع ناحیه وارد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
نظر در کاری ناحیه سه مشترک سورس کننده تقویت برای میشود گرفته
قطع ناحیه در
اشباع ناحیه در داریم ناحیه این درجریان رابطه گرفتن نظر در با
داریم رابطه در آن دادن قرار و
ولتاژ گین مقدار فوق رابطه و تعریف از استفاده بارابطه روی از کار نقطه در
آید می بدست
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
دادن قرار گین مقدار آوردن ب8دست دیگر راه یکمقادیر
رابطه درمیباشد
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
از کننده تقویت عملکرد تحلیلرابطه روی
تریود ناحیه در داریم ناحیه این در
داشت خواهیم ولتاژ و جریان رابطه جایگزینی با
کم مقادیر Voبرای داریم
با بود خواهد برابر مبدا نزدیکی در مقاومت مقدار که
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
بایاسکردن مختلف روشهایMOSFET
ضمن که باشد ای بگونه باید کننده تقویت بایاسجریان مقدار IDداشتن بینی پیش قابل و پایدار
VDS مقادیر ت8مامی بازای که باشد ای بگونه نیز کند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور ورودی سیگنال
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
نگه ثابت طریق بایاساز VGSداشتن
- سورس گیت ولتاژ که است این بایاس راه ترین سادهکه شود انتخاب IDطوری این آورد بوجود را دلخواه
مقاومتی ولتاژ مقسم یک از استفاده با میتوان را کاربه VDDکه داد انجام است وصل
مناسب چندان ولی است ساده گرچه روش اینمقدار رابطه طبق زیرا نیست
ولتاژ بر عالوه چون VGSجریان دیگری پارامترهای بهCox وWL ترانزیستورهای برای چه که دارد بستگی
مجتمع مدارات داخل ترانزیستورهای چه و منفردمیتواند دیگری به ترانزیستوری ازیک آنها مقدار
باشد متفاوت
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
در تغییر بواسطه جریان تغییرهای ترانزیستور های مشخصه
مختلف
Figure 429 The use of fixed bias (constant VGS) can result in a large variability in the value of ID Devices 1 and 2 represent extremes among units of the same type
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت داده نشان زیر شکل در مناسب ب8ایاس روش یک
است شده اگر یعنی داریم مدار این VGبرای
از بزرگتر مقدار VGSخیلی به IDباشد VGعمدتاRSو داشت خواهد بستگی
Figure 430 Biasing using a fixed voltage at the gate VG and a resistance in the source lead RS (a) basic arrangement (b) reduced variability in ID (c) practical implementation using a single supply
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
نگه ثابت طریق بایاسازدادن VGداشتن قرار و
سورس در مقاومت منفی فیدبک یک سورس مقاومت واقع در روش این در
مقدار تثبیت باعث که میکند IDبرقرار میگردد جریان مقدار علتی هر به که بگیرید نظر افزایش IDدر
اگر رابطه طبق اینصورت در کند VGپیدامقدار باشد VGSثابت با که شود کم تا است مجبور
جریان مقدار آن شدن IDکم شد خواهد کم نیز آن به سورس مقاومت نقش این علت به
Degeneration Resistance میگویند از استفاده اثر مقابل شکل در
ترانزیستور دو برای سورس مقاومت است شده داده نشان متفاوت
یک بازای که میشود8 VGمالحظهبه ترانزیستور مشخص8ه در تغییر ثابت
منجر گیت جریان در کمی تغییراتمیشود
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
عملی مدار سورس کننده تقویت یک کردن بایاس برای مداری زیر شکل در
مقاومتی مقسم یک از استفاده با که است شده داده نشان مشترکطریق از برای VDDو نظر مورد VGمقدار معموال میشود تامین
تقویت ورودی مقاومت تا میشوند انتخاب بزرگ خیلی ها مقاومت باشد بزرگ میشود وصل سیگنال منبع به که هنگامی کننده
استفاده کوپلینگ خازن یک از سیگنال منبع به اتصال برای معمواللحاظ از را کننده تقویت خازن این جدا dcمیشود سیگنال منبع از
بایاس خوردن هم به باعث سیگنال منبع تا dcمیکند نشود آن
Figure 430 (d) coupling of a signal source to the gate using a capacitor CC1
بزرگ bull کافی باندازه کوپلینگ خازن مقدارکاری های فرکانس همه در تا میشود انتخاب
نماید عمل کوتاه اتص8ال8 بص8ورت کننده تقویتمقدار bull همچنین مدار این انتخاب RDدر بزرگ
خروج باعث ورودی تغییرات تا میشود نشود8 اشباع حالت از ترانزیستور
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
عملی مدار خواهد تر ساده باشد اختیار در تغذیه منبع دو اگر
شود استفاده زیر مدار از که بود بزرگ مقاومت طریق از ورودی به RGسیگنال
شد خواهد وصل کننده تقویت
Figure 430 (e) practical implementation using two supplies
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
فیدبک مقاومت طریق بایاساز بکار مجزا ترانزیستورهای برای که ساده راه یک
را درین که است فیدبکی مقاومت از استفاده میرود میکند وص8ل گیت به
( مگا است بزرگ بسیار مقدار مقاومت مقداراینولتاژ اهم( تا میشود باع8ث گیت جریان بودن صفر و
شوند مساوی درین و گیت
مقاومت از حاص8ل منفی فیدبک اثر نیز رابطه این درdegeneration یعنیRD جریان اگر میشود IDدیده
مقدار شود خود VGSزیاد نوبه به که میشود کمجریان شدن کم افزایش IDباعث کردن خنثی و
میشود آن تثبیت یا و جریان دریافت و مدار این گیت به ورودی اعمال عمل در
انجام کوپلینگ خازنهای طریق از آن از خروجیمیشود
Figure 432 Biasing the MOSFET using a large drain-to-gate feedback resistance RG
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
جریان منبع یک طریق بایاسازثابت
کردن بایاس برای ساده راه یکمجتمع مدارات در که ترانزیستور
منبع یک از استفاده دارد زیادی کاربرد است زیر شکل مطابق ثابت جریان
بزرگ مقاومت یک مدار این RGدرمقاومت و کرده وصل زمین به را گیت
میدارد نگه باال را ترانزیستور ورودیRD مقدارDC و کرده تعیین را خروجی
از ترانزیستور که باشد ای نه بگو باید نشود خارج اشباع حالت
Figure 433 (a) Biasing the MOSFET using a constant-current source I
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ثابت ( جریان منبع CurrentمدارMirror(
منبع یک بعنوان میتوان مقابل شکل مدار از ترانزیستور کرد استفاده ثابت که Q1جریان
حالت در است شده وصل سورس به آن درین میبرد سر به اشباع
تامین منبع دو طریق از ترانزیستور این جریانمیشود
مشخص مقدار یک داشتن برای با Irefکه میتوانترانزیستور های مشخصه از وبا Q1استفاده
برای مناسبی مقدار نظر Rتعیین مورد جریان بهرسید
مقدار طرفی با Q2ترانزیستور VGSاز Q1نیزجریان رابطه به توجه با لذا است میتوان یکسان
جریان که گرفت نتیجه از Q2چنین زیر رابطه باQ1 جریان میکند تبعیت
Figure 433 (b) Implementation of the constant-current source I using a current mirror
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال مدل که دیدیم قبل بخشهای در
ترانزیستور میتواند MOSFETیک اشباع ناحیه در صورتیکه در نماید عمل کننده تقویت یک بصورت
خطی تقریبا تقویت این باشد کوچک ورودی سیگنال بود خواهد
انتخاب با یک VDSو VGSترانزیستور در مناسبکار DCنقطه میشود بایاس
کوچک مقدار vgsسیگنال بایاس DCبه برای الز8م VGSیعنی آن مقدار که سیگنال این میشود اضافه
شود تقویت باید که است سیگنالی باشد کوچک باید مشترک سورس مدار از کننده تقویت بررسی برای
مفاهیم دادن نشان برای که میشود استفاده مقابلاستفاده مورد عمل در و میگیرد قرار مورداستفاده
ندارد چندانی
Figure 434 Conceptual circuit utilized to study the operation of the MOSFET as a small-signal amplifier
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
بایاس DCنقطه کار نقطه کردن پیدا سیگنال DCبرای ولتاژ مقدار
با اینصورت در میشود گرفته نظر در صفر کوچکدین جریان برای کانال مدوالسیون صرفنظراز
داریم با میشود برابر درین ولتاژ ومقدار اشباع ناحیه در گرفتن قرار شرط زمان با متغیر مولفه نیز درین ولتاژ آنجائیکه (ac)از
ترانزیستور ورودی تغییر با اینکه برای داشت خواهدمولفه باید نشود خارج اشباع درین DCاز ولتاژ
از کافی VGS-Vtباندازه باشد بزرگتر
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
درین در سیگنال جریان ورودی سیگنال کردن اضافه مقدار Vgsبا به
داشت خواهیم بایاس
ورودی باید خطی غیر مولفه اثر کاهش برای تا باشد کوچک کافی باندازه
باید نتیجه در نوشت میتوان فوق شرط برقراری صورت در آن در که
جریان DCمولفه با که ازجریان ای مولفهمتناسب ورودی سیگنال
است
خطی غیر مولفهکه ) جریان
) نیست8 مطلوب
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
transconductanceمقدار رابطهid باvgs بصورت
gm که میشود داده نشان با است برابر
منحنی شیب با واقع در کهid-vgs برابر کار نقطه دراست
Figure 435 Small-signal operation of the enhancement MOSFET amplifier
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
ولتاژ گین با است برابر درین ولتاژ ای لحظه مقدار
آن8را میتوان کوچک سیگنال شرای8ط تحت که نوشت زیر بصورت
با است برابر خروجی ولتاژ سیگنال مولفه اینرو از
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
خروجی و ورودی از مثالی سیگنال مقابل شکل
تقویت خروجی و ورودیشرایطی همچنین و کننده
تقویت کار برای که رااشباع ناحیه در کننده
میدهد نشان است الزم
Figure 436 Total instantaneous voltages vGS and vD for the circuit in Fig 434
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال معادل مدار جداگانه بطور میتوان را کننده تقویت یک آنالیز
داد انجام کوچک سیگنال و بایاس ورودی برای میتوان را ترانزیستور کوچک سیگنال حالت در
آن مقدار که جریان کننده تقویت یک بصورت نمود مدل میشود کنترل گیت ولتاژ توسط
( بی بزرگ بسیار آن ورودی مقاومت مقدار است( نهایت
بزرگ بسیار نیز آن خروجی مقاومت مقداراست
وجود بواسطه اشباع ناحیه در عمل در آنجائیکه ازبر عالوه درین جریان کانال مدوالسیون خاصیت
Vgs ولتاژ وابستگی Vdsبه این دارد بستگی نیزمقاومت بصورت شکل roرامیتوان مطابق
گرفت نظر در کوچک سیگنال مدل در مقابل
Figure 437 Small-signal models for the MOSFET (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (the channel-length modulation effect) and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA| ID
مقدار هم که شود توجهgm مقدار هم به roو
کار بستگی DCنقطهدارند
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال آنالیز کوچک سیگنال برای مدار تحلیل برای
میکنیم جایگزین آن کوچک سیگنال مدل با را ترانزیستور مگر خورد8 نمی دست مدار بقیه
جایگزین کوتاه اتصال با را ثابت ولتاژ با آل اید8ه تغذیه منابعمیکنیم
نظر در باز مدار بصورت را آل ایده ثابت جریان منابعمیگیریم
نظیر محاسباتی برای میتوان حاصل مدار از نمود استفاده گین محاسبه
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مثال زیر مقادیر مقابل مدار برای
آورید بدست را کوچک سیگنال گین ورودی مقاومت مقدار ورودی مجاز مقدار حداکثر
خازنهای مقدار کنید فرضبزرگ ای باندازه کوپلینگ
کلیه برای که استمدار کاری فرکانسهای
عمل کوتاه اتصال بصورتمیکنند
Figure 438 Example 410 (a) amplifier circuit
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخDCآنالیز
کار نقطه DCابتدا آوریم می بدست را از جریانی آنجائیکه و RGاز VG=VDنمیگذرد
داشت خواهیم است طرفی از و داریم معادله دو این حل با که
داشت خواهیم نتیجه در
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ کوچک سیگنال آنالیز کردن جایگزین با مدار کوچک سیگنال مدل
منبع کردن کوتاه اتصال و آن مدل با ترانزیستورکردن کوتاه اتصال همچنین و زمین به ولتاژ
آید می بدست کوپلینگ خازنهای بزرگ مقاومت جریان از کردن صرفنظر RGبا
نوشت میتوانولذا
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
پاسخ داریم ورودی مقاومت محاسبه برای
با است برابر مقاومت مقدار این بنابر که باشد بنحوی باید ورودی حداکثر مقدار
نشود خارج اشباع از ترانزی8ستور
Figure 438 Example 410 (b) equivalent-circuit model
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
Tمدل ان8دکی با
در دستکاریسیگنال مدل
میتوان کوچکجدیدی مدل به
مدل نام Tبارسید
Figure 439 Development of the T equivalent-circuit model for the MOSFET For simplicity ro has been omitted but can be added between D and S in the T model of (d)
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
گرفتن Tمدل نظر در باخروجی مقاومت
Figure 440 (a) The T model of the MOSFET augmented with the drain-to-source resistance ro (b) An alternative representation of the T model
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
طبقه یک های کننده تقویت شامل طبقه یک های کننده تقویت کلی حالت در
که میشود بار مقاومت یک و ترانزیستور یک نوع سه میکند کار اشباع ناحیه در ترانزیستور
میباشد پذیر امکان مختلف آرایش مشترک سورسگیت ورودی
درین خروجی مشترک گیت
سورس ورودیدرین خروجی
مشترک درینگیت ورودی
سورس خروجی میگردد زیر مراحل شامل مدار کامل آنالیزLoad-line analysisTransfer characteristicsSmall-signal analysis
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
سورسمشترک کننده تقویت شکل در کننده تقویت این از متداول نمونه یک
است شده داده نشان زیر زمین به بزرگ خازن یک طریق از سورس
سیگنال برای خازن این است شده وصلعمل زمین به کوتاه اتصال بصورت کوچک
مقاومت تا میشود باعث عمل این نمود خواهدنداشته سیگنال در تاثیری جریان منبع خروجی
خازن این به گفته Bypass Capacitorباشدمیشود
کوپلینگ خازن طریق از نیز سیگنال منبعآنرا میتوان کاری فرکانسهای برای که بزرگیوصل کننده تقویت به کرد فرض کوتاه اتصال
باشد نداشته بایاس در تاثیری تا میشود به دیگری کوپلینگ خازن طریق از نیز خروجی
میشود اعمال بار مقاومت یا و نهائی بار است ممکن بار مقاومت
باشد دیگر کننده تقویت طبقه یک ورودیFigure 443 (a) Common-source amplifier based on the circuit of Fig 442
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کننده تقویت های مشخصهسورسمشترک
کوچک سیگنال معادل با آنرا مدار آنالیز برای داریم ورودی در میکنیم جایگزین
معموالRG لذا و میشود انتخاب بزرگ خیلی داریم ولتاژ گین محاسبه برای با است برابر منبع به خروجی از کلی ولتاژ بهره مقاومت تعیین برای
مقدار Vsig=0خروجی میشود داده قرار
Figure 443 (b) Equivalent circuit of the amplifier for small-signal analysis
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
خروجی مقاومت تاثیرترانزیستور
ترانزیستور خروجی درین (ro)مقاومت بین کوچک سیگنال حالت در میشود ظاهر وسورس
با مقاومت نتیجه RDاین در و شد خواهد موازی شد خواهد ولتاژ گین کاهش ب8اعث آن تاثیر
داد خواهد کاهش نیز را خروجی مقاومت همچنین
Figure 443 (c) Small-signal analysis performed directly on the amplifier circuit with the MOSFET model implicitly utilized
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
بین مقاومت یک سودمند مدارات برخی در میشود داده قرار زمین و سورس
Figure 444 (a) Common-source amplifier with a resistance RS in the source lead
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
با سورسمشترک کننده تقویتسورس در مقاومت
با است برابر مدار این ورودی مقاومت مقدار
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
مشترک گیت کننده تقویت به گیت کننده تقویت این در
از سیگنال و شده وصل زمین میشود اعمال سورس طریق
گرفته درین از کماکان خروجیبصورت گیت واقع در میشودو ورودی بین مشترک ترمینال
میکند عمل خروجی به نیازی مدار این نیست RGدر
وصل زمین به مستقیما گیت زیراخروجی و ورودی ولی شده
خازنهای طریق از همچنان میشوند متصل مدار به کوپلینگ
Figure 445 (a) A common-gate amplifier based on the circuit of Fig 442
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
تقویت کوچک سیگنال مدلمشترک گیت کننده
مدل از استفاده با کوچک سیگنال مدل دادن نشانT است تر ساده ترانزی8ستور
از مدل ای8ن بعلت roدر زیرا است شده صرفنظرتا را مدار بررسی ورودی به خروجی کردن وصل
میکند پیچیده زیادی بسیار حد داریم شکل روی از
Figure 445 (b) A small-signal equivalent circuit of the amplifier in (a)
اینکه حد gmبعلت است 1mAVدرحد Rinمقدار که 1Kohmدر شد خواهد
مقاومت اینرو از است کوچکی مقدارتلفشدن باعث کننده تقویت ورودی
شد خواهد منبع سیگنال
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
گیت کننده تقویت مشخصاتمشترک
با است برابر سیگنال منبع به ورودی ولتاژ نسبت
آید می بدست زیر رابطه از درین جریان مقدار داریم ولتاژ گین و خروجی ولتاژ مقدار برای
از است عبارت کلی بهره مقدار خروج8ی مقاومت مقدار
جلوگیری برایمنبع اتالف از باید سیگنال
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
گیت کننده تقویت مقایسهسورسمشترک با مشترک
مشترک گیت کننده است non invertingتقویت مقاومت مشترک سورس کننده تقویت حالیکه در
کننده تقویت ورودی مقاومت داشت ب8االئی ورودی است پائین بسیار مشترک گیت
ولتاژ در Avگین است یکسان تقریبا دو هر برایگیت کننده تقویت ی برا کلی ولتاژ گین حالیکه
اندازه ب8ه مشترک است کوچکتر
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
گیت کننده تقویت کاربردمشترک
نظر در جریان منبع بصورت را سیگنال منبع اگرترانزیستور وارد که منبع جریان از نسبتی بگیریم
میشود مشخص زی8ر رابطه از میشود
داریم باشد اگر که با اما خروجی در را جریان همین ترانزیستور
یک آنرا میتوان لذا میکند ظاهر بیشتری مقاومت کرد فرض واحد گین با جریان کننده تقویت
باالست فرکانس با درمدارات مدار این مهم کاربرد
Figure 445 (c) The common-gate amplifier fed with a current-signal input
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
و مشترک درین کننده تقویتSource Followerیا
به سیگنالی لحاظ از درین کننده تقویت ای8ن درمشترک خروجی و ورودی بین و شده وصل زمین
به نیازی مدار این در بود RDخواهد بود نخواهد
Figure 446 (a) A common-drain or source-follower amplifier
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال مدل مدل از کوچک سیگنال مدل دادن نشان استفاده Tبرای
میکنیم با است برابر ورودی مقاومت
این بر بنا معموال و RGکه بوده بزرگ خیلی
خواهیمداشتمحاسبه که Voبرای داشت توجه باید
ro باRL میگیرد قرار موازی
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال مدل نوشت زیر بصورت میتوان را گین مقدار نوشت زیر بصورت میتوان را باز مدار گین معموالrogtgt1gm باز لذا مدار گین
با 1برابر مساوی بعلت اینرو از استرا مدار این گیت و سورس ولتاژ بودن
Source Follower مینامند آید می بدست زیر رابطه از کلی گین
Figure 446 (b) Small-signal equivalent-circuit model
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کوچک سیگنال مدل مدار از خروجی مقاومت محاسبه برای
میشود استفاده زیر شکل
داریم عمل در که زیاد ورودی مقاومت دارای مدار این
واحد تقریبا گین و کم خروجی مقاومتاست
آخر یا و اول طبقه مدارات در آن از لذااستفاده مجتمع های کننده تقویت
میشودFigure 446 (d) Circuit for determining the output resistance Rout of the source follower
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
سوئیچ MOSFETعملکرد بعنوان ورودی سوئیچ بعنوان ترانزیستور از استفاده برای
قطع حالت در تران8زیستور که میشود اعمال طوری کند کار تریود یا (Vi=VDD)و
Figure 426 (Continued) (c) Transfer characteristic showing operation as an amplifier biased at point Q
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
گیت از NOTیک استفاده باCMOS
کننده معکوس ساخت برای ساده مدار یک مقابل شکلاز استفاده CMOS تکنولوژی با میدهد نشان را
داریم است ورودی وقتی
ترانزیستور کار نقطه کردن پیدا برایتالقی هم با را دو هر مشخصه منحنی باید
ترانزیستور برای منحنی Pدهیم اینجریان مقدار با راست خط یک بصورت
است صفر
Figure 453 The CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
کار نقطه آوردن بدست نزدیک جریان و ولتاژ مقدار با محلی در کار نقطه
ترانزیستور بود خواهد صفر با Nبه مسیر یک آورد می بوجود زمین و خروجی بین کم مقاومت
Figure 454 Operation of the CMOS inverter when vI is high (a) circuit with vI = VDD (logic-1 level or VOH) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
صفر ورودی برای کار نقطه اگرVi=0 محلی در زیر شکل مطابق کار نقطه شود انتخاب
نزدیک ولتاژ VDDبا بود خواهد صفر به نزدیک جریان و بسیار ترانزیستور جریان مقدار حالت دو هر در که شود توجه
است کم
Figure 455 Operation of the CMOS inverter when vI is low (a) circuit with vI = 0 V (logic-0 level or VOL) (b) graphical construction to determine the operating point (c) equivalent circuit
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
معکوس گیت انتقال مشخصهCMOSکننده
Figure 456 The voltage transfer characteristic of the CMOS inverter
