Caractéristiques de transfert

Dans les transistors, les caractéristiques de transfert peuvent être comprises comme le tracé d'un courant de sortie par rapport à une grandeur de commande d'entrée, qui présente par conséquent un «transfert» direct de variables d'entrée vers la sortie dans la courbe représentée dans le graphique.

On sait que pour un transistor à jonction bipolaire (BJT), le courant de collecteur de sortie IC et le courant de base d'entrée de commande IB sont liés par le paramètre bêta , qui est supposée constante pour une analyse.

En se référant à l'équation ci-dessous, nous trouvons une relation linéaire existant entre IC et IB. Si nous faisons le niveau IB 2x, alors IC double également proportionnellement.

Mais malheureusement, cette relation linéaire pratique peut ne pas être réalisable dans les JFET à travers leurs grandeurs d'entrée et de sortie. Au contraire, la relation entre le courant de drain ID et la tension de grille VGS est définie par Équation de Shockley :

Ici, l'expression au carré devient responsable de la réponse non linéaire à travers l'ID et le VGS, ce qui donne lieu à une courbe de croissance exponentielle, à mesure que l'amplitude de VGS est diminuée.

Bien qu'une approche mathématique soit plus facile à mettre en œuvre pour l'analyse en courant continu, la méthode graphique peut nécessiter un tracé de l'équation ci-dessus.

Celui-ci peut présenter le dispositif en question et le tracé des équations de réseau relatives aux variables identiques.

Nous trouvons la solution en regardant le point d'intersection des deux courbes.

N'oubliez pas que lorsque vous utilisez la méthode graphique, les caractéristiques de l'appareil ne sont pas affectées par le réseau sur lequel l'appareil est implémenté.

Lorsque l'intersection entre les deux courbes change, cela change également l'équation du réseau, mais cela n'a aucun effet sur la courbe de transfert définie par l'Eq, 5.3 ci-dessus.

Par conséquent, en général, nous pouvons dire que:

La caractéristique de transfert définie par l'équation de Shockley n'est pas affectée par le réseau sur lequel le périphérique est implémenté.

Nous pouvons obtenir la courbe de transfert en utilisant l'équation de Shockley, ou à partir des caractéristiques de sortie comme illustré sur la figure 5.10

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir deux graphiques. La ligne verticale mesure des milliampères pour les deux graphiques.

Un graphique trace l'ID de courant de drain en fonction de la tension drain-source VDS, le second graphique trace le courant de drain en fonction de la tension grille-source ou de l'ID par rapport à VGS.

À l'aide des caractéristiques de drain indiquées sur le côté droit de l'axe «y», nous pouvons tracer une ligne horizontale commençant à la région de saturation de la courbe représentée par VGS = 0 V jusqu'à l'axe indiqué par ID.

Le niveau actuel ainsi atteint pour les deux graphiques est l'IDSS.

Le point d'intersection sur la courbe ID vs VGS sera comme indiqué ci-dessous, car l'axe vertical est défini comme VGS = 0 V

On notera que les caractéristiques de drain montrent la relation entre une grandeur de sortie de drain avec une autre grandeur de sortie de drain, dans laquelle les deux axes sont interprétés par des variables dans la même région des caractéristiques du MOSFET.

Ainsi, les caractéristiques de transfert peuvent être définies comme un tracé d'un courant de drain MOSFET en fonction d'une quantité ou d'un signal agissant comme une commande d'entrée.

Cela se traduit par un «transfert» direct entre les variables d'entrée / sortie, lorsque la courbe est utilisée à gauche de la figure 5.15. S'il s'agissait d'une relation linéaire, le tracé de ID vs VGS aurait été une ligne droite à travers IDSS et VP.

Cependant, cela se traduit par une courbe parabolique due à l'espacement vertical entre le VGS enjambant les caractéristiques du drain, qui diminue dans une mesure appréciable à mesure que le VGS devient de plus en plus négatif, sur la figure 5.15.

Si nous comparons l'espace entre VGS = 0 V et VGS = -1V avec celui entre VS = -3 V et le pincement, nous voyons que la différence est identique, même si elle est très différente pour la valeur ID.

Nous sommes en mesure d'identifier un autre point sur la courbe de transfert en traçant une ligne horizontale à partir de la courbe VGS = -1 V jusqu'à l'axe de l'ID et en l'étendant ensuite à l'autre axe.

Observez que VGS = - 1V sur l'axe inférieur de la courbe de transfert lorsque ID = 4,5 mA.

Notez également que, dans la définition de l'ID à VGS = 0 V et -1 V, les niveaux de saturation de l'ID sont utilisés, tandis que la région ohmique est négligée.

En allant plus loin, avec VGS = -2 V et - 3V, nous sommes en mesure de terminer le tracé de la courbe de transfert.

Comment appliquer l'équation de Shockley

Vous pouvez également obtenir directement la courbe de transfert de la figure 5.15 en appliquant l'équation de Shockley (Eq.5.3), à condition que les valeurs de IDSS et Vp soient données.

Les niveaux IDSS et VP définissent les limites de la courbe pour les deux axes, et ne nécessitent que le traçage de quelques points intermédiaires.

L'authenticité de la Équation de Shockley L'Eq.5.3 comme source de la courbe de transfert de la figure 5.15 peut être parfaitement exprimée en inspectant certains niveaux distinctifs d'une variable particulière, puis en identifiant le niveau correspondant de l'autre variable, de la manière suivante:

Cela correspond au graphique illustré à la figure 5.15.

Observez avec quelle prudence les signes négatifs pour VGS et VP sont gérés dans les calculs ci-dessus. Manquer ne serait-ce qu'un seul signe négatif pourrait conduire à un résultat totalement erroné.

Il est assez clair d'après la discussion ci-dessus, que si nous avons les valeurs d'IDSS et de VP (qui peuvent être référencées à partir de la fiche technique), nous pouvons rapidement déterminer la valeur d'ID pour n'importe quelle grandeur de VGS.

D'autre part, grâce à l'algèbre standard, nous pouvons dériver une équation (via l'Eq.5.3), pour le niveau VGS résultant pour un niveau d'ID donné.

Cela pourrait être dérivé tout simplement, pour obtenir:

Maintenant, vérifions l'équation ci-dessus en déterminant le niveau VGS qui produit un courant de drain de 4,5 mA pour un MOSFET ayant les caractéristiques correspondant à la figure 5.15.

Le résultat vérifie l'équation car elle est conforme à la figure 5.15.

Utilisation de la méthode abrégée

Comme nous devons tracer la courbe de transfert assez souvent, il peut être pratique d'utiliser une technique abrégée pour tracer la courbe. Une méthode souhaitable serait de permettre à l'utilisateur de tracer la courbe rapidement et efficacement, sans compromettre la précision.

L'équation 5.3 que nous avons apprise ci-dessus est conçue de telle sorte que des niveaux VGS particuliers produisent des niveaux d'identification qui peuvent être mémorisés pour être utilisés comme points de tracé lors du dessin de la courbe de transfert. Si nous spécifions VGS comme 1/2 de la valeur de pincement VP, le niveau d'identification résultant peut être déterminé à l'aide de l'équation de Shockley de la manière suivante:

Il faut noter que l'équation ci-dessus n'est pas créée pour un niveau spécifique de VP. L'équation est une forme générale pour tous les niveaux de VP tant que VGS = VP / 2. Le résultat de l'équation suggère que le courant de drain sera toujours 1 / 4ème du niveau de saturation IDSS tant que la tension grille-source a une valeur inférieure de 50% à la valeur de pincement.

Veuillez noter que le niveau d'ID pour VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V selon la figure 5.15

En optant pour ID = IDSS / 2 et en le remplaçant dans l'Eq.5.6, nous obtenons les résultats suivants:

Bien que d'autres nombres de points puissent être établis, un niveau de précision suffisant peut être obtenu simplement en dessinant la courbe de transfert en utilisant seulement 4 points de tracé, comme indiqué ci-dessus et également dans le tableau 5.1 ci-dessous.

Dans la plupart des cas, nous pouvons utiliser uniquement le point de tracé en utilisant VGS = VP / 2, tandis que les intersections des axes à IDSS et VP nous donneront une courbe suffisamment fiable pour la plupart de l'analyse.