Ch. 8 Field-Effect Transistor (FET) and Bias 공핍영역 D G S 채널
8-3 JFET 바이어스 자기바이어스 (self-bias) R G - 접지로부터 AC 신호를분리 I D I G = 0 G = 0 D I D I S S = I S R S I D R S S I S = G - S = 0 I D R S = - I D R S D = DD -I D R D DS = D - S = DD -I D (R D +R S ) 15
8-3 JFET 바이어스 Ex.8-6 Q. DD = 15, R D =1 kω, R S = 0 Ω, I D = 5m A DS,? A. I G = 0 G = 0 G G I D S = I S R S I D R S = (5m)(0)=1.1 D D = DD I D R D = 15 (5m)(1k) = 10 S I S DS = D S = 10 1.1 = 8.9 = G - S = 0 1.1 = -1.1 I D 가주어지면쉽게 DS, 를구할수있으나 I D 가주어지지않으면 DS,? 16
8-3 JFET 바이어스 참고 자기바이어스 = I R = I R D S DSS 1 S ( off ) = 1 = 1 + IDSS R S ( off ) ( off ) ( off ) ( off ) = ( off ) ( off ) + IDSS RS ( off ) + ( off ) + IDSS R ( off ) 0 S = : 차방정식의해 ( off ) ( off ) ( off ) ± ( off ) ( off ) IDSS RS IDSS RS 4 = 4 ( off ) ( off ) ( off ) ± 4 IDSS RS IDSS RS = 17
8-3 JFET 바이어스 자기바이어스 (self-bias) 된 Q 점결정 원하는 값에대한 I D 전압전달특성곡선 결정방법 - 가지 R S 규격표의 I DSS, (off) 사용하여 I D 전류식계산 DSS (off) D = /I D 계산 전압전달특성곡선 Q. Ex.8-7 = -5 에서자기바이어스되도록 R S 결정? A. = -5, I D = 6.5 ma R S = /I D = -5/6.5m = 800 Ω 18
8-3 JFET 바이어스 중점바이어스 I D = 0.5 I DSS 되도록 JFET 를바이어스시키는것이바람직 I D = 0.5 I DSS = (off) /3.4 I = 0.5I = I 1 > 1 = 1 0.5 1/3.4 > = 3.4 D DSS DSS = (off) (off) (off) (off) 0.5 19
8-3 JFET 바이어스 중점바이어스위한 R S, R D 결정? Ex.8-9 Q. DD = 1, I DSS = 1.0mA, (off) = -0.5, 단, D = 6 DD / A. I D = I DSS / = 1m/ = 05 0.5 ma D I D = (off) /3.4 = -0.5/3.4 = -147m R S = /I D = -147m/0.5m = 94 Ω S I S D = DD -I D R D = DD / = 6 R D = ( DD - D )/I D = (1-6)/(0.5m) = 1kΩ 0
8-3 JFET 바이어스 자기바이어스 (self-bias) 된 JFET의그래픽적해석 1. JFET 전달특성곡선 ( 규격표 or I D 전류식을이용 plot). = 0 when I D = 0 (1) 에서시작해서 = -I DSS R S when I D = I DSS () 까지 dc 부하선을그려라 3. 1과 의곡선들이만나는점 : Q점 직류부하선 = -I D R S -I DSS I D D S I S Q 1 -I DSS R S 1
8-3 JFET 바이어스 Ex.8-10 Q. JFET 의 Q 점? 전달특성곡선이용 DD = 9, R D =. kω, R S = 680 Ω A. - 1 when I D = 0, = 0 - when I D = I DSS,, = -I DSSR S = -(4m)(680) ) = -.7-1 과 를연결한부하선전달특성곡선과만나는점 : Q 점 I D D S I S 1
8-3 JFET 바이어스 전압분배바이어스 게이트 - 소스접합 : 역방향바이어스 I G 0 G D S S > G R S = I D R S G DD I D R1 R = + S = G - S I D = = RS G R S D = DD - I D R D DS = D - S = DD -I D (R D +R S ) 3
8-3 JFET 바이어스 Ex.8-11 Q. D = 7 전압분배바이어스 I D, =? DD = 1, R D = 3.33 kω, R S =. kω, R 1 = 6.8 MΩ, R = 1 MΩ A. I G 0 R 1M G = DD (1) = 1.54 R R = 1 + 1M+ 6.8M I G 0 G D S I D D = DD -I D R D I D = ( DD D )/R D =(1-7)/3.3k = 1.5 ma S = I D R S = (1.5m)(. k) = 3.34 DS D = DD - S = 7 3.3434 = 4.66 = G S = 1.54 3.34 = -1.8 D 가주어지면쉽게 DS, 를구할수있으나 D 가주어지지않으면 I D, DS,? 4
8-3 JFET 바이어스 전압분배바이어스 = I R = I R G D S G DSS 1 S ( off ) G = 1 = 1 + IDSS R S ( off ) ( off ) ( off ) ( ) = + G ( off) ( off ) ( off ) IDSS RS ( off ) G ( off ) ( off ) IDSS R S IDSS + + 1 = 0 RS : 차방정식의해 ( off ) ( off ) G ( off ) ± ( off ) ( off ) IDSSRS IDSSRS IDSSRS 4 1 = ( off ) ( off ) G ( off ) ± 4 1 IDSS RS IDSS RS IDSS R S = 5
8-3 JFET 바이어스 전압분배바이어스된 JFET 의그래프적해석 직류부하선 = G -I D R S 1. For I D = 0, = G 1 1. For = 0, G I = D R S 3. 1과 연결하는 dc 부하선를그린후, dc 부하선과 JFET 전달특성곡선과만나는점이 Q 점이다. 6
8-3 JFET 바이어스 Q점의안정도같은형태의 JFET 소자에서도전달특성은상당히다르다 Q 점의큰변화 I D 와 변화전압분배바이어스가자기바이어스보다 Q점의안정성이크다. ΔQ d < ΔQ s 자기바이어스부하선 최대 전압분배바이어스부하선 Q s_max ΔQ s 최대 Q d_max 최소 ΔQ d Q s_min 최소 Q d_min 7
8-4 MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor FET ( 금속산화물반도체 FET ) 전류는게이트와기판사이의좁은채널을통해흐름. 게이트와채널은 SiO 로절연 분리 공핍형 (depletion): 채널이형성되어있음 증가형 (enhancement): 바이어스에의해채널형성 E-MOSFETs 는바이어스가없으면 Off 8
8-4 MOSFET 공핍형 MOSFET (D-MOSFET) 기본구조 9
8-4 MOSFET D-MOSFET 동작 체널을미리형성 게이트전압 음 : Depletion mode 양 : Enhancement mode 공핍형모드 게이트에음의전압 채널에양이온발생 전자공핍 전도도감소 (off) : 채널이완전히공핍되는전압 ( I D = 0) (off) 0 증가형모드 게이트에양의전압 채널의전도도증가 30
8-4 MOSFET D-MOSFET 동작 31
8-4 MOSFET D-MOSFET 동작 3
8-4 MOSFET 증가형 MOSFET (E-MOSFET) 바이어스없을때, 채널이형성되어있지않다. 를양으로증가 임계전압이상에서 채널형성 33
8-4 MOSFET E-MOSFET 도식기호 34
8-4 MOSFET E-MOSFET 동작 전달특성곡선 < (th) no channel I D = 0 > (th) channel I D > 0 35
8-5 MOSFET 특성과파라미터 D-MOSFET 전달특성 JFET 과동일 Shockley s equation: I D = I DSS 1 (off) Forward transconductance: g m I = = g 1 D m0 (off) g m0 = I DSS (at = 0) (off) (off) = - p 36
8-5 MOSFET 특성과파라미터 n 채널과 p 채널 D-MOSFET 의전달특성 37
8-5 MOSFET 특성과파라미터 Ex.8-17 Q. A. D-MOSFET I DSS =10 ma, (off) = -8 n 채널, p 채널? (off) < 0 n 채널 = -3 I D? 3 D = I DSS = (10m) 1 = (off) 8 I 1 3.91mA = 3 I D? 3 ID = I DSS 1 = (10m) 1 = 18.9mA (off) ) 8 38
8-5 MOSFET 특성과파라미터 E-MOSFET 전달특성 < (th) no channel I D = 0 ( ) > (th) channel I D > 0 I D = K ( ) (th) K: MOSFET 종류에따른고유값 I K= D(on) ( ) (th) I D(on) 규격표로부터얻음 39
8-5 MOSFET 특성과파라미터 Ex.8-16 Q. A. N7008 E-MOSFET = 10 일때 (th) = 1 이고 I D(on) = 500 ma 이다. = 5 일때 I D? ID(on) 500m K = = = 6.17mA/ 10 1 ( ) ( ) (th) ( ) = (6.17m)(5 1) 98.7mA ID = K = (th) 40
8-5 MOSFET 특성과파라미터 취급상주의사항 ESD (electrostatic discharge) 에취약 입력커패시턴스와높은입력저항 과도한정전하축적 소자손상 스폰지에운반, 보관 기구와작업대접지 취급자손목에접지연결 전원 on 상태에서 MOS 소자제거금지 DC off 일경우, 신호인가금지 41
8-6 MOSFET 바이어스 D-MOSFET 바이어스 Zero bias = 0 로두고게이트의교류신호가이바이어스점의상하로게이트- 소스전압변동 I G = 0 G = 0 = Ex.8-0 I D = I DSS I S D = DD I DSS R D I D D Q. (off) = -8, I DSS = 1 ma DD = 18, R D = 60 Ω I D, DS? S A. I G = 0 G = 0 = I D = I DSS = 1 ma I S D = DD I DSS R D = 18 (1m)(60)=10.6 4
8-6 MOSFET 바이어스 E-MOSFET 바이어스 > (th) 이어야하므로 zero바이어스사용못함전압분배바이어스 G R = R1 + R DD I D = G D I D = K ( ) (th) G DS = D = DD I D R D I G 0 S DS = D = DD I D R D 43
8-6 MOSFET 바이어스 Ex.8-18 Q. E-MOSFET, DS, I D? DD = 4, R D = 00 Ω, R 1 = 100 kω, R = 15 kω = 4, (th) = I D(on) = 00 ma I D G I G 0 G D S A. ID(on) 00m K = = = 50mA/ 4- ( ) ( ) (th) R 15k G = DD (4) = 3.13 R1 R = + 100k + 15k = G = 3.13 I D = K ( ) = (50m)(313 (50m)(3.13-) = 63.8mA (th) DS = D = DD I D R D =4-(63.8m)(00) =11. 44
8-6 MOSFET 바이어스 E-MOSFET 바이어스 드레인귀환바이어스 DS = ( ) DD DS I D = K (th) = RD I D G D ( ) DS ( th) = KR = DS ( th) DS + ( th) I G 0 1 S DS + ( th) DS + KR D DD D DS 1 ( th) DS : 위 차방정식의해 KR DD D = 0 45
8-6 MOSFET 바이어스 Ex.8-19 Q. E-MOSFET (th) = 3 I D? A. I G 0 DS = = 8.5 G DS I = 15 85 8.5 = 4.7k DD DS D = RD 1.38mA 46
Homework All Examples Selected Problems(P.440-450): 19,, 4, 7, 4, 43 47
Simplified waste water ph neutralization system
Simplified waste water ph neutralization system - ph sensor and graph of ph vs. output voltage - ph sensor circuit
Simplified waste water ph neutralization system - Simulation results for the ph sensor circuit - Simulate the ph sensor circuit using your Multisim software. - Measure the output t voltage for sensor 50 m, sensor 150 m, and sensor = -= = 5 m.