of 30/30
1 Unipolarni tranzistori - MOSFET ZADATAK.1. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u području zasićenja prikazana je na slici. a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaćeni ili osiromašeni) i obrazložiti. b) Kolika je struja u točki B I D , [mA] U GS , [V] 0,5 1 1,5 2 A B 0,25 Rješenje: a) Kako U GS postaje pozitivniji I D raste radi se o n-kanalnom MOSFET-u Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi U GS0 =0,5 V. Uz napon U GS =0 V kanal nije formiran (I D =0) obogaćeni tip (radi samo s jednim predznakom napona upravljačke elektrode) b) U točki A vrijedi: V U mA I GSA DA 5 , 1 , 25 , 0 = = Iz karakteristike se još može očitati napon praga V U GS 5 , 0 0 = U zasićenju vrijedi: ( 29 2 0 2 GS GS D U U K I - = Pa iz podataka za točku A možemo izračunati konstantu MOSFET-a: ( 29 ( 29 2 2 2 0 5 , 0 5 , 0 5 , 1 25 , 0 2 2 V mA U U I K GS GSA DA = - = - =

Zadaci MOSFET

  • View
    343

  • Download
    36

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Elektronika

Text of Zadaci MOSFET

  • 1

    Unipolarni tranzistori - MOSFET

    ZADATAK.1. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti. b) Kolika je struja u toki B

    ID, [mA]

    UGS, [V]0,5 1 1,5 2

    A

    B

    0,25

    Rjeenje:

    a)

    Kako UGS postaje pozitivniji ID raste radi se o n-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0=0,5 V. Uz napon UGS=0 V kanal nije formiran (ID=0) obogaeni tip (radi samo s jednim predznakom napona upravljake elektrode)

    b) U toki A vrijedi:

    VUmAI GSADA 5,1,25,0 ==

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VUGS 5,00 =

    U zasienju vrijedi:

    ( )202 GSGSD UUKI =

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( ) ( )2

    220

    5,05,05,1

    25,022 VmAUU

    IKGSGSA

    DA=

    =

    =

  • 2

    Za toku B vrijedi da je

    VUGSB 2=

    Konstantu MOSFET-a i UGS0 znamo iz toke A pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( ) mAUUKI GSGSBDB 5625,05,0225,0

    222

    0 ===

    Napomena:

    prijenosne karakteristike crtaju se za konstantni napon UDS

    ( ).konstUULIZ IZUfI == odnosno ( ) .konstUGSD DSUfI ==

    Prema tome, faktor nam nije interesantan kod prorauna struja iz prijenosnih karakteristika jer je faktor ( )DSU+ 1 konstantan za sve toke na karakteristici.

    ZADATAK.2. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti. b) Kolika je struja u toki B

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,5- 1 0,5

    B

    0,2

    Rjeenje:

    a)

    Kako UGS postaje pozitivniji ID raste radi se o n-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0= - 1 V. Uz napon UGS=0 V kanal je formiran (ID=0,2 mA) osiromaeni tip (radi s dva predznaka napona upravljake elektrode)

  • 3

    b) Prva radna toka je

    VUmAI GSD 0,2,0 ==

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VU GS 10 =

    U zasienju vrijedi:

    ( )202 GSGSD UUKI =

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( ) ( )2

    220

    4,0102,022 VmA

    UUI

    KGSGS

    D=

    =

    =

    Za toku B vrijedi da je

    VUGSB 5,0=

    Konstantu MOSFET-a i UGS0 znamo iz toke A pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( )( ) mAUUKI GSGSBDB 45,015,024,0

    222

    0 ===

    ZADATAK.3. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    c) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti. d) Kolika je struja u toki B

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2 1

    B

    -0,2

    0

  • 4

    Rjeenje:

    a)

    Kako UGS postaje negativniji iznos struje ID raste radi se o p-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0=1 V. Uz napon UGS=0 V kanal je formiran (ID= - 0,2 mA) osiromaeni tip (radi s dva predznaka napona upravljake elektrode)

    b) Prva radna toka je

    VUmAI GSD 0,2,0 ==

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VU GS 10 =

    U zasienju vrijedi:

    ( )202 GSGSD UUKI =

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( )( )

    ( )2

    220

    4,010

    2,022 VmAUUI

    KGSGS

    D=

    =

    =

    Za toku B vrijedi da je

    VUGSB 2=

    Konstantu MOSFET-a i UGS0 znamo iz toke A pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( ) mAUUKI GSGSBDB 8,11224,0

    222

    0 =

    ==

    ZADATAK.4. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    e) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti. f) Kolika je struja u toki B

  • 5

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2

    B

    0

    A

    - 4

    - 0,1

    Rjeenje:

    a)

    Kako UGS postaje negativniji iznos struje ID raste radi se o p-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0= - 1 V. Uz napon UGS=0 V kanal nije formiran (ID=0 mA) obogaeni tip (radi s jednim predznakom napona upravljake elektrode)

    b) U toki A vrijedi:

    VUmAI GSDA 2,1,0 ==

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VU GS 10 =

    U zasienju vrijedi:

    ( )202 GSGSD UUKI =

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( )( )

    ( )( )2

    220

    2,0121,022 VmA

    UUI

    KGSGS

    D=

    =

    =

    Za toku B vrijedi da je

    VUGSB 4=

    Konstantu MOSFET-a i UGS0 znamo iz toke A pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( )( ) mAUUKI GSGSBDB 9,01422,0

    222

    0 =

    ==

  • 6

    ZADATAK.5. Za n-kanalni MOSFET uz UDS=3 V i UGS-UGS0=1 V struja odvoda iznosi ID=0,5 mA. Kolika struja odvoda tee ako uz isti UGS napon UDS padne na 0,5 V. Pretpostaviti =0.

    Rjeenje:

    U prvoj zadanoj toki vrijedi:

    mAI D 5,0=

    VUUVU GSGSDS 13 0 =>= MOSFET je u podruju zasienja

    Uz =0 u zasienju za struju odvoda vrijedi:

    ( )202 GSGSD UUKI =

    Iz ega moemo izraunati konstantu MOSFET-a

    ( )( ) 2

    220

    11

    5,022 VmAUUIK

    GSGS

    D=

    =

    =

    U drugoj zadanoj toki vrijedi:

    VUUVU GSGSDS 15,0 0 =

  • 7

    Rjeenje:

    a) Kako UGS postaje pozitivniji ID raste radi se o n-kanalnom MOSFET-u

    b) Za toku A imamo:

    mAI DA 25,0= , VUGSA 1=

    Za toku B imamo:

    mAI DB 1= , VUGSB 5,1=

    Obje toke se nalaze u podruju zasienja te za struje odvoda piemo:

    ( )202 GSGSADA UUKI = (1)

    ( )202 GSGSBDB UUKI = (2)

    Imamo dvije jednadbe s dvije nepoznanice K i UGS0 Ako npr. podijelimo (1) i (2) te izvadimo korijen dobijemo:

    ( ) ( )00 GSGSADB

    DAGSGSB UUI

    IUU =

    Nakon kraeg rauna moemo dobiti

    V

    II

    IIUU

    U

    DB

    DA

    DB

    DAGSBGSA

    GS 5,05,025,0

    25,0125,05,11

    10 ==

    =

    =

    Napon praga je UGS0=0,5 V odnosno uz UGS=0 V kanal nije formiran te u ovom trenutku moemo zakljuiti da se radi o MOSFET-u obogaenog tipa.

    Npr. iz (1) moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( )( )

    ( )2

    220

    25,0125,022

    VmAUUI

    KGSGSA

    DA=

    =

    =

    Toka C je u triodnom podruju to se vidi iz izlazne karakteristike:

    VUUVU GSGSDS 5,15,025,0 0 ==

  • 8

    ( ) ( ) mAUUUUKI DSDSGSGSDC 25,125,05,05,022

    2

    22

    0 =

    =

    =

    ZADATAK.7. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) b) Odrediti struju u toki C

    UGS= - 4 V

    UGS= - 3 V

    UGS= - 2 V

    UDS, [V]

    B

    A

    - 1

    ID, [mA]

    C

    - 0,25

    - 1

    Rjeenje:

    a) Kako UGS postaje negativniji ID raste radi se o p-kanalnom MOSFET-u

    b) Za toku A imamo:

    mAI DA 25,0= , VUGSA 2=

    Za toku B imamo:

    mAI DB 1= , VUGSB 3=

    Obje toke se nalaze u podruju zasienja te za struje odvoda piemo:

    ( )202 GSGSADA UUKI = (1)

    ( )202 GSGSBDB UUKI = (2)

    Imamo dvije jednadbe s dvije nepoznanice K i UGS0

  • 9

    Ako npr. podijelimo (1) i (2) te izvadimo korijen dobijemo:

    ( ) ( )00 GSGSADB

    DAGSGSB UUI

    IUU =

    Nakon kraeg rauna moemo dobiti

    ( ) VII

    IIUU

    U

    DB

    DA

    DB

    DAGSBGSA

    GS 15,05,0

    25,0125,032

    10 =

    =

    =

    =

    Napon praga je UGS0= - 1 V odnosno uz UGS=0 V kanal nije formiran te u ovom trenutku moemo zakljuiti da se radi o MOSFET-u obogaenog tipa.

    Npr. iz (1) moemo izraunati konstantu MOSFET-a:

    ( )( )

    ( )( )2

    220

    5,012

    25,022 VmAUUIK

    GSGSA

    DA=

    =

    =

    Toka C je u triodnom podruju to se vidi iz izlazne karakteristike:

    0GSGSDS UUU < triodno podruje

    ( ) VV 3145,0 =

  • 10

    ( )2

    0

    15,05,1

    1 VmAUU

    gKGSGS

    m=

    =

    =

    Konstanta MOSFET-a moe se izraunati iz tehnolokih parametara i ovisi o dimenzijama kanala preko kojih se moe podesiti:

    LW

    tK

    ox

    oxn =

    Drugi zahtjev je da kapacitet upravljake elektrode bude CG

  • 11

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0=0,5 V. Uz napon UGS=0 V kanal nije formiran (ID=0) obogaeni tip (radi samo s jednim predznakom napona upravljake elektrode)

    b) U toki A vrijedi:

    VUVUmAI DSAGSADA 5,5,1,1,0 === 0GSGSDS UUU > ZASIENJE

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VUGS 5,00 =

    U zasienju vrijedi:

    ( ) ( )DSGSGSD UUUKI += 122

    0

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati:

    ( ) ( ) ( )2

    220

    2,05,05,1

    1,0221 VmAUUIUK

    GSGSA

    DADS =

    =

    =+

    Za toku B vrijedi da je

    VUVU DSBGSB 5,2 == 0GSGSDS UUU > ZASIENJE

    ( )DSUK + 1 i UGS0 znamo iz prethodnog dijela zadatka pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( ) ( ) mAUUUKI GSGSBDSDB 225,05,0222,0

    21 22

    0 ==+

    =

    Dinamiki parametri:

    ( ) ( ) ( ) VmAUUUKu

    ig GSGSBDSBUGS

    DmB

    DSB

    3,05,022,01 0 ==+=

    =

    ( ) ( ) ( )( ) SUI

    UUUUKUUK

    u

    igDSB

    DB

    DSB

    DSBGSGSBGSGSB

    UDS

    DdB

    GSB

    14,2

    01,015

    225,011

    122

    20

    20 =

    +=

    +=

    +

    +

    =

    =

    =

    == kg

    rdB

    dB 4671

    1404673,0 === dBmBB rg

  • 12

    ZADATAK.10. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi = - 10-2 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti. b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2 1

    B

    -0,2

    0- 3

    UDS= - 3 V

    Rjeenje:

    a) Kako UGS postaje negativniji ID raste radi se o p-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga (vidi se na karakteristici) iznosi UGS0=1 V. Uz napon UGS=0 V kanal je formiran (ID0) osiromaeni tip (radi s dva predznaka napona upravljake elektrode)

    b) U toki A vrijedi:

    VUVUmAI DSAGSADA 3,0,2,0 === 0GSGSDS UUU > ZASIENJE

    Iz karakteristike se jo moe oitati napon praga

    VU GS 10 =

    U zasienju vrijedi:

    ( ) ( )DSGSGSD UUUKI += 122

    0

    Pa iz podataka za toku A moemo izraunati:

    ( ) ( )( )

    ( ) ( )( ) ( )2

    220

    388,010301,01

    2,021

    2 VmAUUU

    IKGSGSADS

    DA=

    +

    =

    +

    =

    Za toku B vrijedi da je

    VUVU DSBGSB 3,3 == 0GSGSDS UUU < TRIODNO PODRUJE

  • 13

    K i UGS0 znamo iz toke A pa moemo izraunati struju:

    ( ) ( ) ( ) ( ) mAUUUUKI DSDSGSGSBDB 91,223313388,0

    2

    22

    0 =

    =

    =

    Dinamiki parametri u toki B su:

    ( ) VmAUKu

    ig DSBUGS

    DmB

    DSB

    164,13388,0 ===

    =

    ( ) ( )( ) mSUUUKu

    ig DSBGSGSBUDS

    DdB

    GSB

    388,0313388,00 ===

    =

    == kg

    rdB

    dB 58,21

    358,2164,1 === dBmBB rg

    ZADATAK.11. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=0,5 V. Struje u tokama A i B iznose IDA=1 mA i IDB=1,01 mA.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) b) odrediti struju i dinamike parametre u toki C.

    UGS=2 V

    UGS=1,5 V

    UGS=1 V

    UDS, [V]

    BA

    0,5

    ID, [mA]

    C

    2 3

    Rjeenje:

    a) Kako UGS postaje pozitivniji ID raste radi se o n-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga iznosi UGS0=0,5 V. Uz napon UGS=0 V kanal nije formiran (ID=0) obogaeni tip (radi samo s jednim predznakom napona upravljake elektrode)

    b) Toke A i B su u zasienju jer vrijedi 0GSGSDS UUU >

  • 14

    Iz te dvije toke moemo izraunati faktor modulacije duljine kanala.

    ( ) ( )( ) ( )20

    20

    12

    12

    GSGSADSA

    GSGSBDSB

    DA

    DB

    UUUK

    UUUK

    II

    +

    +=

    Vrijedi da je UGSA=UGSB pa se moe napisati:

    ( )( )DSA

    DSB

    DA

    DB

    UU

    II

    +

    +=

    11

    Kraim raunanjem dobivamo:

    13102,10201,131

    101,1

    =

    =

    = VUIUI

    II

    DSADBDSBDA

    DADB

    Npr. iz toke A moemo izraunati konstantu MOSFET-a

    { }VUVUmAI DSAGSADA 2,5,1,1 ===

    ( ) ( ) ( ) ( ) 22320 96,15,05,12102,10112

    12 VmA

    UUUIK

    GSGSADS

    DA=

    +

    =

    +

    =

    Struja u toki C je:

    { }VUVU DSCGSC 5,0,2 ==

    ( ) ( ) ( ) ( ) mAUUUUKI DSCDSCGSGSCDC 225,125,05,05,0296,1

    2

    22

    0 =

    =

    =

    Dinamiki parametri u toki C:

    ( ) VmAUKu

    ig DSCUGS

    DmC

    DSC

    98,05,096,1 ===

    =

    ( ) ( ) mSUUUKu

    ig DSCGSGSCUDS

    DdC

    GSC

    96,15,05,0296,10 ===

    =

    == 5101dC

    dC gr

    5,05,05,02

    5,051,098,00

    =

    ==

    ==

    DSCGSGSC

    DSCdCmCC UUU

    Urg

  • 15

    ZADATAK.12. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0= - 0,5 V, a faktor modulacije duljine kanala = - 0,005 V-1. Strmina tranzistora u toki A iznosi gmA=0,5 mA/V.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) b) Odrediti struju i dinamike parametre u toki B.

    UGS= - 2 V

    UGS= - 1,5 V

    UGS= - 1 V

    UDS, [V]

    B

    A

    - 0,5

    ID, [mA]

    - 2

    Rjeenje:

    a) Kako UGS postaje negativniji iznos struje ID raste radi se o p-kanalnom MOSFET-u

    Napon praga iznosi UGS0= - 0,5 V. Uz napon UGS=0 V kanal nije formiran (ID=0 mA) obogaeni tip (radi s jednim predznakom napona upravljake elektrode)

    b) U toki A vrijedi:

    VUVUVmAg GSADSAmA 2,5,0,5,0 ===

    0GSGSDS UUU < TRIODNO PODRUJE

    Za strminu u triodnom podruju vrijedi:

    DSAUGS

    DmA UK

    u

    igDSA

    =

    =

    iz ega moemo izraunati konstantu MOSFET-a

    215,0

    5,0 VmAUgK

    DSA

    mA=

    ==

    Za toku B imamo:

    { }VUVU DSBGSB 2,5,1 ==

    0GSGSDS UUU > ZASIENJE

  • 16

    Konstantu MOSFET-a smo izraunali u toki A pa moemo izraunati struju u toki B:

    ( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ] mAUUUKI DSBGSGSBDB 505,02005,015,05,1211

    222

    0 =

    =+=

    Dinamiki parametri u toki B su:

    ( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ] VmAUUUKu

    ig GSGSBDSB

    UGS

    DmB

    DSB

    01,15,05,12005,0111 0 ==+=

    =

    ( ) ( ) ( )( ) SUI

    UU

    UUKUUKu

    ig

    DSB

    DB

    DSB

    DSBGSGSBGSGSB

    UDS

    DdB

    GSB

    5,2

    005,012

    505,011

    122

    20

    20 =

    +

    =

    +=

    +

    +

    =

    =

    =

    == kg

    rdB

    dB 4001

    40440001,1 === dBmBB rg

    ZADATAK.13. U sklopu na slici odrediti irinu kanala PMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasienju. Zadane su dimenzije NMOS tranzistora, Ln=1 m i Wn=3 m te duljina kanala PMOS tranzistora Lp=1 m. Naponi praga tranzistora iznose UGS0n=0,75 V i UGS0p= - 0,75 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu n=400 cm2/Vs i p=150 cm2/Vs. Debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je =0 za oba tranzistora.

    2,5 V

    1,25 V+

    +

    Rjeenje:

    Kontakti podloge spojeni su na uvode te sa sheme moemo oitati:

    UGSn=1,25 V i UGSp=1,25-2,5= - 1,25 V

    Poto su struje tranzistora jednake, ako su oba tranzistora u zasienju vrijedit e:

    ( ) ( )2020 22 pGSGSppnGSGSnn UUK

    UUK =

    Vrijedi da je:

  • 17

    ( ) ( ) 2220 25,075,025,1 VUU nGSGSn ==

    ( ) ( )( ) 2220 25,075,025,1 VUU pGSGSp ==

    Prema tome, da bi oba tranzistora bila u zasienju mora vrijediti:

    pn KK =

    pox

    oxp

    nox

    oxn L

    WdL

    Wd

    =

    Nakon kratkog raunanja dobivamo:

    8113

    150400

    =

    =

    = p

    np

    np LL

    WW

    Na slici su prikazane izlazne karakteristike za tri mogua sluaja:

    IDn, [mA] IDp, [mA]

    0 2,5

    ( - 2,5 ) ( 0 )UDSn, [ V ]

    ( UDSp, [ V ] )

    QNMOS i PMOS u zasienju

    IDn, [mA] IDp, [mA]

    0 2,5

    ( - 2,5 ) ( 0 )UDSn, [ V ]( UDSp, [ V ] )

    Q NMOS u zasienju

    PMOS u triodnom

    IDn, [mA] IDp, [mA]

    0 2,5

    ( - 2,5 ) ( 0 )UDSn, [ V ]( UDSp, [ V ] )

    Q NMOS u triodnom

    PMOS u zasienju

  • 18

    ZADATAK.14. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su UGS0n=1 V i UGS0p= - 1 V, a konstante MOSFET-a Kn= - Kp=0,5 mA/V2.Zadano je UDD=3 V i UGG=1,5 V. Ampermetar je idealan.

    AUDD

    UGG+

    +

    Rjeenje:

    Po simbolu i kontaktu podloge zakljuujemo da je lijevi tranzistor PMOS (kontakt podloge je spojen na UDD), a desni tranzistor je NMOS (kontakt podloge spojen na masu).

    A

    UDD

    UGG+

    +-IDp IDn

    S

    D S

    DG

    PMOS NMOS

    Struja ampermetra jedanaka je zbroju naznaenih struja:

    DpDnA III =

    Za PMOS tranzistor sa slike moemo zakljuiti:

    VUUUUU DDGGSGGS 5,135,1 ====

    VUU DDDS 3==

    0GSGSDS UUU >

    ( )15,13 > PMOS je u zasienju

    ( ) ( )[ ] AUUKI GSGSpDp 5,6215,125,0

    222

    0 =

    ==

  • 19

    Za NMOS tranzistor sa slike moemo zakljuiti:

    VUUUU GGSGGS 5,105,10 ====

    VUU DDDS 3==

    0GSGSDS UUU >

    15,13 > NMOS je u zasienju

    ( ) [ ] AUUKI GSGSnDn 5,6215,125,0

    222

    0 ===

    Struja ampermetra je:

    ( ) mAIII DpDnA 125,05,625,62 ===

    ZADATAK.15. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose n=400 cm2/Vs i p=150 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi dox=15 nm. Dimenzije kanala su Ln=Lp=1 m i Wp=2Wn=6 m. Pretpostaviti =0. Odrediti podruja rada za oba tranzistora te izlazne napone UDSn i UDSp.

    2,5 V

    1,25 V+

    +

    A

    Rjeenje:

    U zadatku 13 dane su izlazne karakteristike, gdje su opisana tri mogua sluaja. Tamo se vidi da struju u izlaznom krugu ograniava tranzistor koji je u zasienju.

    Za PMOS tranzistor imamo:

    VU GSp 25,15,225,1 == , VU pGS 5,00 =

    24

    14

    207,016

    10015,010854,89,3150 VmA

    LW

    tK

    pox

    oxpp =

    =

    =

    Struja u zasienju:

  • 20

    ( ) ( )[ ] AUUKI pGSGSppDp 22,585,025,12207,0

    222

    0 =

    ==

    Za NMOS tranzistor imamo:

    VUGSn 25,1025,1 == , VU nGS 5,00 =

    24

    14

    276,013

    10015,010854,89,3400 VmA

    LW

    tK

    nox

    oxnn =

    =

    =

    Struja u zasienju:

    ( ) [ ] AUUKI nGSGSnnDn 63,775,025,12276,0

    222

    0 ===

    U izlaznom krugu struju e ograniavati tranzistor koji ue u zasienje: { } AIIII DpDnDpA 22,58,min ===

    Prema tome PMOS tranzistor je u zasienju, a NMOS u triodnom podruju.

    NMOS je u triodnom podruju i vrijedi:

    AI Dn 22,58= , VUGSn 25,1025,1 == , VU nGS 5,00 = 2276,0 VmAKn =

    ( )

    =

    2

    2

    0DSn

    DSnnGSGSnnDnUUUUKI

    Treba rijeiti kvadratnu jednadbu po UDSn

    ( )

    =

    25,025,1276,005822,0

    2DSn

    DSnUU

    04219,05,12 =+ DSnUU DSn

    VU DSn 125,11 = fizikalno nije prihvatljivo jer je nGSGSnDSn UUU 01 > to ne vrijedi u triodnom podruju

    VU DSn 375,01 = fizikalno prihvatljivo jer je nGSGSnDSn UUU 02 <

    Iz izlaznog kruga za PMOS tranzistor moemo izraunati

    DSnDSp UU = 5,2 VU DSp 125,2=

  • 21

    Zadaci za vjebu

    VJ.1. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) NMOS obogaeni; b) IDB=0,5625 mA

    VJ.2. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) NMOS obogaeni; b) IDB=0,4444 mA

    VJ.3. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) NMOS osiromaeni; b) IDB=0,3375 mA

    VJ.4. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) NMOS osiromaeni; b) IDB=0,125 mA

    ID, [mA]

    UGS, [V]1 2 3 4

    A

    B

    0,25

    ID, [mA]

    UGS, [V]1 2 3 4

    A

    B

    1

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,5- 1 0,5

    B

    0,15

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,5- 1 0

    B

    0,5

  • 22

    VJ.5. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) PMOS osiromaeni; b) IDB= - 0,9 mA

    VJ.6. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) PMOS osiromaeni; b) IDB= - 0,1111 mA

    VJ.7. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) PMOS obogaeni; b) IDB= - 1,35 mA

    VJ.8. Prijenosna karakteristika MOSFET-a u podruju zasienja prikazana je na slici.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Kolika je struja u toki B

    Rjeenje: a) PMOS obogaeni; b) IDB= - 0,1111 mA

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,5- 1 0,5

    B

    -0,1

    0

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2 1B

    -1

    0

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,5- 1

    B

    0

    A

    - 2

    - 0,15

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 0,75- 1,5

    B

    0

    A

    - 3

    - 1

  • 23

    VJ.9. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) NMOS obogaeni; b) IDC=1,25 mA

    VJ.10. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) NMOS osiromaeni; b) IDC=0,77 mA

    VJ.11. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) NMOS osiromaeni; b) IDC=1,206 mA

    VJ.12. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) PMOS obogaeni; b) IDC= - 1,106 mA

    UGS=2,5 V

    UGS=2 V

    UGS=1,5 V

    UDS, [V]

    B

    A

    0,5

    ID, [mA]

    C

    0,25

    1

    UGS=2 V

    UGS=1 V

    UGS=0 V

    UDS, [V]

    B

    A

    1

    ID, [mA]

    C

    0,25

    0,75

    UGS=2 V

    UGS=1 V

    UGS=0 V

    UDS, [V]

    B

    A

    ID, [mA]

    C

    0,1

    0,5

    UGS= - 2 V

    UGS= - 1,5 V

    UGS= - 1 V

    UDS, [V]

    B

    A

    - 1

    ID, [mA]

    C

    - 0,1

    - 0,5

  • 24

    VJ.13. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) PMOS osiromaeni; b) IDC= - 1,25 mA

    VJ.14. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Pretpostaviti =0.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju u toki C

    Rjeenje: a) PMOS osiromaeni; b) IDC= - 1,35 mA

    VJ.15. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi =10-2 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDB=0,32 mA, gmB=0,183 mA/V, rdB=27,3 k, B=5, toka B u triodnom podruju

    VJ.16. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi =510-3 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDB=0,9 mA, gmB=0,6 mA/V, rdB=231 k, B=139, toka B u zasienju

    UGS= - 2 V

    UGS= - 1 V

    UGS= 0 V

    UDS, [V]

    B

    A

    - 1

    ID, [mA]

    C

    - 0,25

    - 1

    UGS= - 1 V

    UGS= - 0,5 V

    UGS= 0 V

    UDS, [V]

    B

    A

    ID, [mA]

    C

    - 0,15

    - 0,6

    ID, [mA]

    UGS, [V]1 2 3 4

    A

    B

    0,15

    UDS=2,5 V

    ID, [mA]

    UGS, [V]1 2 3 4

    A

    B

    0,1

    UDS=8 V

  • 25

    VJ.17. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi =510-3 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET osiromaeni tip; b) IDB=0,796 mA, gmB=0,796 mA/V, rdB=2,51 k, B=2, toka B u triodnom podruju

    VJ.18. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi = - 510-3 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) PMOSFET osiromaeni tip; b) IDB= - 1,8 mA, gmB=1,2 mA/V, rdB=113 k, B=136, toka B u zasienju

    VJ.19. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi = - 510-3 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) PMOSFET obogaeni tip; b) IDB= - 0,563 mA, gmB=0,75 mA/V, rdB=363 k, B=272, toka B u zasienju

    VJ.20. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Faktor modulacije duljine kanala iznosi = - 10-3 V-1.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni) i obrazloiti.

    b) Izraunati struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) PMOSFET obogaeni tip; b) IDB= - 1,09 mA, gmB=0,62 mA/V, rdB=8 k, B=5, toka B u triodnom podruju

    ID, [mA]

    UGS, [V]-0,5 0 0,5 1

    A

    B

    0,1

    UDS=1 V

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2 1

    B

    -0,2

    0

    UDS= - 4 V

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 1- 2 -0,5

    B

    -0,25

    0

    UDS= - 4 V

    -1,5

    ID, [mA]

    UGS, [V]- 2- 4 -1

    B

    -0,5

    0

    UDS= - 2,5 V

    -3

  • 26

    VJ.21. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0= - 0,5 V. Struje u tokama A i B iznose IDA=1 mA i IDB=1,01 mA.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) odrediti struju i dinamike parametre u toki C.

    Rjeenje: a) NMOSFET osiromaeni tip; b) IDC=0,98 mA, gmC=0,436 mA/V, rdC=574 , C=0,25, toka C u triodnom podruju

    VJ.22. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=0,5 V. Struje u tokama A i B iznose IDA=0,5 mA i IDB=0,505 mA.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) odrediti struju i dinamike parametre u toki C.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDC=1,136 mA, gmC=1,515 mA/V, rdC=89 k, C=135, toka C u zasienju

    VJ.23. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=1 V. Struje u tokama A i B iznose IDA= - 498 A i IDB= - 500 A.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) odrediti struju i dinamike parametre u toki C.

    Rjeenje: a) PMOSFET osiromaeni tip; b) IDC= - 0,5533 mA, gmC=0,16 mA/V, rdC=2,1 k, C=0,33, toka C u triodnom podruju

    VJ.24. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0= - 0,5 V. Struje u tokama A i B iznose IDA= - 498 A i IDB= - 500 A.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) odrediti struju i dinamike parametre u toki C.

    Rjeenje: a) PMOSFET obogaeni tip; b) IDC= - 1,13 mA, gmC=1,5 mA/V, rdC=222 k, C=334, toka C u zasienju

    ID, [mA]

    UGS=2 V

    UGS=1 V

    UGS=0 V

    UDS, [V]

    BA

    0,5

    C

    2 3

    UGS= 2 V

    UGS= 1,5 V

    UGS=1 V

    UDS, [V]

    BA

    ID, [mA]

    C

    2 3

    UGS= - 3 V

    UGS= - 1,5 V

    UGS=0 V

    UDS, [V]

    BA

    - 1

    ID, [mA]

    C

    - 4 - 6

    UGS= - 2 V

    UGS= - 1,5 V

    UGS= - 1 V

    UDS, [V]

    BA

    - 3

    ID, [mA]

    C

    - 1,5 - 2,5

  • 27

    VJ.25. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0= - 0,5 V, a faktor modulacije duljine kanala = - 0,005 V-1. Strmina tranzistora u toki A iznosi gmA=0,5 mA/V.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) PMOSFET obogaeni tip; b) IDB= - 0,5653 mA, gmB=0,754 mA/V, rdB=359 k, B=271, toka B u zasienju

    VJ.26. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=1 V, a faktor modulacije duljine kanala =0,0025 V-1. Strmina tranzistora u toki A iznosi gmA=1 mA/V.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDB=2,26 mA, gmB=1,51 mA/V, rdB=180 k, B=271, toka B u zasienju

    VJ.27. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=0,75 V, a faktor modulacije duljine kanala =0,0025 V-1. Strmina tranzistora u toki A iznosi gmA=1 mA/V.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    b) Odrediti struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDB=1,386 mA, gmB=0,792 mA/V, rdB=1 k, B=0,8, toka B u triodnom podruju

    VJ.28. Izlazna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. Napon praga tranzistora iznosi UGS0=0,75 V, a faktor modulacije duljine kanala =0,005 V-1. Strmina tranzistora u toki A iznosi gmA=0,5 mA/V.

    a) Odrediti tip MOSFET-a (n ili p kanalni, obogaeni ili osiromaeni)

    UGS= - 2 V

    UGS= - 1,5 V

    UGS= - 1 V

    UDS, [V]

    B

    A

    -3

    ID, [mA]

    - 2

    UGS= 4 V

    UGS=3 V

    UGS=2 V

    UDS, [V]

    B

    A

    6

    ID, [mA]

    4

    UGS= 3 V

    UGS=2 V

    UGS=1 V

    UDS, [V]

    B

    A

    1

    ID, [mA]

    4

    UGS= 3 V

    UGS=2 V

    UGS=1 V

    UDS, [V]

    B

    A

    1

    ID, [mA]

    4

  • 28

    b) Odrediti struju i dinamike parametre u toki B.

    Rjeenje: a) NMOSFET obogaeni tip; b) IDB=0,398 mA, gmB=0,638 mA/V, rdB=512 k, B=326, toka B u zasienju

    VJ.29. Projektirati n-kanalni MOSFET tako da strmina tranzistora u zasienju uz UGS=2 V iznosi gm=2 mA/V, a da pri tome kapacitet upravljake elektrode bude CG

  • 29

    VJ.33. U sklopu na slici odrediti irinu kanala NMOS tranzistora tako da oba tranzistora budu u zasienju. Zadane su dimenzije PMOS tranzistora, Lp=0,5 m i Wp=1,5 m te duljina kanala NMOS tranzistora Ln=0,5 m. Naponi praga tranzistora iznose UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V, a pokretljivosti nosilaca u kanalu n=380 cm2/Vs i p=140 cm2/Vs. Debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je kod oba tipa tranzistora. Pretpostaviti da je =0 za oba tranzistora.

    Rjeenje: Wn=1,54 m

    VJ.34. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose n=400 cm2/Vs i p=150 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi dox=15 nm. Dimenzije kanala su Ln=Lp=1 m i Wp=12 m, Wn=3 m. Pretpostaviti =0. Odrediti podruja rada za oba tranzistora te izlazne napone UDSn i UDSp.

    Rjeenje: IA=77,7 A, NMOS je u zasienju, UDSn=2,183 V; PMOS je u triodnom podruju, UDSp= - 0,317 V

    VJ.35. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose n=380 cm2/Vs i p=140 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi dox=10 nm. Dimenzije kanala su Ln=Lp=0,5 m i Wp=Wn=3 m. Pretpostaviti =0. Odrediti podruja rada za oba tranzistora te izlazne napone UDSn i UDSp.

    Rjeenje: IA=35,43 A, NMOS je u zasienju, UDSn=1,38 V; PMOS je u triodnom podruju, UDSp= - 0,42 V

    VJ.36. Koliku struju mjeri ampermetar? Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V. Pokretljivost nosilaca u kanalu iznose n=380 cm2/Vs i p=140 cm2/Vs, a debljina oksida ispod upravljake elektrode jednaka je za PMOS i NMOS tranzistor i iznosi dox=10 nm. Dimenzije kanala su Ln=Lp=0,5 m i Wp=2 m Wn=3 m. Pretpostaviti =0. Odrediti podruja rada za oba tranzistora te izlazne napone UDSn i UDSp.

    Rjeenje: IA=24,17 A, NMOS je u triodnom podruju, UDSn=0,13 V; PMOS je u zasienju, UDSp= - 1,67 V

    1,8 V

    0,8 V+

    +

    2,5 V

    1,25 V+

    +

    A

    1,8 V

    0,8 V+

    +

    A

    1,8 V

    0,8 V+

    +

    A

  • 30

    VJ.37. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V, a konstante MOSFET-a Kn= - Kp=0,5 mA/V2.Zadano je UDD=3 V i R=1 M. Ampermetar je idealan. Zanemariti struju kroz otporno djelilo.

    Rjeenje: IA=0,125 mA

    VJ.38. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,75 V i UGS0p= - 0,75 V, a konstante MOSFET-a Kn= - Kp=0,5 mA/V2.Zadano je UDD=3 V i UGG=1,25 V. Ampermetar je idealan.

    Rjeenje: IA=0,3125 mA

    VJ.39. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,75 V i UGS0p= - 0,75 V, a konstante MOSFET-a Kn= - Kp=0,5 mA/V2.Zadano je UDD=3 V, UGG=1,25 V i UDp=2,5 V. Ampermetar je idealan.

    Rjeenje: IA=0,25 mA

    VJ.40. Odrediti struju koju pokazuje ampermetar. Naponi praga tranzistora su UGS0n=0,5 V i UGS0p= - 0,5 V, a konstante MOSFET-a Kn= - Kp=0,5 mA/V2.Zadano je UDD=3 V, UGG=1,5 V i UDp=2,5 V, UDn=2,25 V. Ampermetar je idealan.

    Rjeenje: IA=0,422 mA

    AUDD

    UGG+

    +

    AUDD

    UGG

    +

    +

    UDp+

    AUDD

    UGG

    +

    +

    UDp+

    UDn+

    UDD

    A+

    R

    R

    R