Appunti elettronica I

→B

costante nulla non gioca alcun ruolo nel funzionamento del

circuito, e la sua esistenza può essere ignorata.

S è connesso massa, > 0 è stata applicata per generare il canale ma B non è connesso a massa, ha una tensione

→

negativa si ha una tensione di polarizzazione inversa a cavallo tra le giunzioni np di S e B e canale e B la quale tende

→

ad allargare la regione di svuotamento si riduce lo spessore del canale.

Per riportare il canale al suo stato iniziale e riportare il MOSFET alla sua conducibilità iniziale occorre aumentare .

NMOS PMOS

L’effetto di ≠ 0 può essere descritto come una variazione di → L’effetto di ≠ 0 può essere descritto come una variazione di →

aumentando si ha: aumentando si ha:

(√2 ) (√2 )

= + Φ + − √2 Φ = + Φ + − √2 Φ < 0

0 0

: tensione di soglia che si ha per = 0 < 0: tensione di soglia che si ha per = 0

0 0

[] []

Φ : parametro fisico → 2 Φ = 0.06 Φ : parametro fisico → 2 Φ = 0.75

1

1 1

2 2

=√ ≈ 0.4 [ ] per gli NMOS: parametro del processo di =√ ≈ −0.5 [ ] per gli NMOS: parametro del processo di

2 2

fabbricazione fabbricazione

−19 −19

= 1.6 10 C = 1.6 10 C

: concentrazione dei droganti del B di tipo p : concentrazione dei droganti del B di tipo n

: costante dielettrica del silicio : costante dielettrica del silicio

: è la capacità dell’ossido : è la capacità dell’ossido

Una variazione incrementale di determina una variazione incrementale di che a sua volta genera una diminuzione di anche se = .

Ne consegue che controlla .

L’effetto substrato si manifesta quando il S non è collegato a B: B è a massa per il segnale ma, dal momento che il S non lo è si genera .

determina il controllo di una componente di , scritta nella forma

( )

=

=

=

Ricordando che dipende da attraverso la dipendenza di da si può dimostrare:

=

δ V γ

t

0.1 < χ = = < 0.3.

δ V 2√2Φ + V

SB f SB 2

Circuito equivalente per piccoli segnali in media frequenza, tenendo conto

del fatto che S non è connesso a B

Il circuito include un generatore di corrente controllato in tensione

, il quale modellizza l’effetto B.

Ad eccezione di alcune situazioni veramente particolari l’effetto body può

generalmente essere ignorato nella fase iniziale di un progetto manuale

degli amplificatori.

Stabilire se un circuito soffre dell’effetto di substrato

In continua (DC) Per piccolo segnale (AC)

NMOS si valuta se S è connesso alla tensione continua più bassa del B è connesso a massa.

circuito; se è così allora S e B sono connessi alla stessa tensione Si deve valutare se S sono anch’essi a massa per il segnale; se è così, il

quindi il transistore non soffre dell’effetto di substrato in transistor non soffre dell’effetto di substrato poiché = 0

continua, poiché = 0

PMOS si valuta se S è connesso alla tensione continua più alta del

circuito; se è così allora S e B sono connessi alla stessa tensione

quindi il transistore non soffre dell’effetto di substrato in

continua, poiché = 0

3

Circuito di polarizzazione col generatore di corrente costante

In DC soffre dell’effetto di B, infatti B è connesso all’alimentazione negativa

= −

Si può dire che tutti gli schemi di amplificazione basati su questo metodo di polarizzazione soffrono dell’effetto

di B in continua.

Stadio CS In DC soffre dell’effetto di substrato perché

= −

≠

In AC non soffre dell’effetto di substrato, infatti

= 0 = a causa della presenza di .

4

Stadio CS con

In DC soffre dell’effetto di substrato perché

= −

≠

In AC

= 0 ≠

quindi si deve procedere con una un'analisi più dettagliata tenendo conto dell’effetto di

substrato:

hp: si trascura l’effetto di modulazione della lunghezza di canale

= 0 → = −

( ) ( )

= − // − //

( ) ( )

= − // + //

= + = − − =

1 + +

1 +

(1 ) ( )

= − = − =

1 + + 1 + +

5

1 +

( ) ( )

( )

⇒ = − // + //

1 + + 1 + +

( ) ( ) ( )

// // //

= − = − = −

1 + + + 1 + + + 1 + (1 + )

( )

//

= =−

+ 1 + (1 + )

il guadagno che ci si aspetta in presenza dell’effetto di substrato è minore di quello che si avrebbe se questo non ci fosse.

′

= //

′ [1 (1

= + + )] +

In questo caso, non è condizionata dall’effetto di substrato.

6

Stadio CG In DC soffre dell’effetto di substrato perché

= −

≠

In AC

= 0 ≠

quindi si deve procedere con una un'analisi più dettagliata tenendo conto dell’effetto di

substrato:

hp: si trascura l’effetto di modulazione della lunghezza di canale

= = − → = −

= 0 → = −

( ) ( ) )

= − // − // = ( + )( //

)

= ( + )( //

+

1 1

= =

+ (1 + )

7

1 )

(1 + )( //

+

)

= = ( + )( // =

1 (1

1 + + )

+

+

Si ha un guadagno di transconduttanza maggiore rispetto a quello che si avrebbe senza l’effetto di substrato.

′

= //

Stadio CD In DC soffre dell’effetto di substrato perché

= −

≠

In AC

= 0 ≠

quindi si deve procedere con una un'analisi più dettagliata tenendo conto dell’effetto di

substrato: hp: si considera l’effetto di modulazione della lunghezza di canale

= 0 → = −

( ) ( )

= = − // − //

( ) ( ) ( )

= // − // − //

( ) ( )(

= // − // + )

8

( ) ( )

// //

= =

) )

1 + ( + )( // + 1 + ( + )( //

=

( ) ( )

// //

= = = < 1 → buffer

) (1 )

+ 1 + ( + )( // + 1 + + )( //

La presenza dell’effetto di substrato lo diminuisce ulteriormente.

1

= //

(1

+ )

(1

questa tende a diminuire a causa dell’effetto di substrato, in quanto il termine + ) > quindi domina una resistenza più piccola.

Riassumendo

CD ↓

↓