Классификация интегральных микросхем. Исследование ионно-плазменного распыления материалов. Исследование статических передаточных характеристик каскадов на МДП-транзисторов, страница 23

Рассмотрим передаточную характеристику каскада с каскадом в качестве нагрузки.

На рисунке 8 б показаны выходные характеристики транзистора и вольт – амперная характеристика нагрузочного резистора. Как видно из рисунка, при

 

а                                  б                                             в

Рис. 9. а – инвертор с резистором в качестве нагрузки.

б – характеристики МДП – транзистора и нагрузки;

в – передаточные характеристики каскада для различных сопротивлений резистора.

высоких напряжениях стока нагрузочная прямая располагается в пологой области транзисторных характеристик (правее параболы ), а при низких значениях Uc – в крутой области. Передаточная характеристика каскада Uс(Uз) выражаются соотношением

и для пологой  области определяется соотношением

Выражение Uс=f(Uз) для крутой области имеет сложный вид. Однако удобную форму записи передаточной характеристики можно получить, если из (4) и (5) выразить Uз=f(Uс).

Общий вид передаточных характеристик при различных величинах Rc показан на рис 8 в. На участке II характеристики описываются соотношением (5), а на участке III – формулой (6). Прямая

Uс=Uз-Uпор

разделяет область передаточных характеристик (рис 8 в) на две, в одной из которых транзистор работает в пологой области характеристик, а другой – в крутой. На участке I при  транзистор заперт и напряжение Uc=Ec.

Таким образом, при линейной нагрузке транзистора передаточная характеристика каскада является принципиальной не линейной и  уменьшается с уменьшением тока транзистора.

Каскад с нагрузочным транзистором.

Рассмотрим передаточную характеристику каскада с транзистором в цепи стока (рис.10.). Для упрощения анализа сначала будем считать, что подложка и исток каждого транзистора соединены.

 

а                                б                                  в

Рис.10. а – инвертор с МДП – транзистором в качестве нагрузки; б – характеристика основного и нагрузочного транзисторов; в – передаточные характеристики каскада на МДП - транзисторах.

Такая схема может быть построена на дискретных элементах. В интегральных схемах все транзисторы изготавливается на общей подложке, которая соединяется о истоком основного (усилительного) транзистора (рис.12). Этот случаи будет рассмотрен далее.

Важным моментом в анализе является правильное представление о работе нагрузочного транзистора. На рис.11. a этот транзистор изображен отдельно, вне схемы каскада. Необходимо ясно представлять себе ВАХ этого транзистора. Заметим, что нагрузочный транзистор работает всегда в пологой области выходных характеристик. Это хорошо иллюстрируется (рис.11. б), на котором изображено семейство выходных характеристик транзистора (индекс н везде относится к нагрузочному транзистору).

 

а                                                б

Pис 11: a – нагрузочный транзистор; б – его вольт-амперная характеристика.

Ток стока такого транзистора отсутствует вплоть до увеличения напряжения на затворе до .

Дальнейшее увеличение  соответствует такому же увеличению, что приводит к обогащению канала и росту тока через транзистор. Однако рост тока происходит уже в области пологих характеристик, так что выражение для тока стока нагрузочного транзистора в этом случае подобно выражению (2) и имеет вид

                             (8)

График, выражавший ВАХ нагрузочного транзистора (6), показан на рис. 11. б сплошной линией. Такой транзистор является нелинейной нагрузкой.

Для рассмотрения работы каскада в графической форме семейство выходных характеристик усилительного транзистора (рис.11.б) наложим ВАХ нагрузочного транзистора. Тогда точка пересечения ВАХ нагрузочного транзистора и одной из кривых семейства (рабочая точка) будет определять состояние каскада. Увеличение напряжения затвора основного транзистора приводит к перемещению рабочей точки из пологой в крутую область выходных характеристик.