Elettronica 1 - MOSFET, elettronica digitale, memorie

  1  

MOSFET  

prima  parte  

Perché   si   usano:   perché  hanno  tre  terminali  e  fissando  la  tensione  fra  due  di  essi  si  controlla  la  

corrente  nel  terzo  terminale.  

Cosa  significa  “MOSFET”:  

Transistore  ad  effetto  di  campo  metallo-­‐ossido-­‐semiconduttore.  

  MOSFET  AD  ARRICCHIMENTO  A  CANALE  N  

  Il  MOSFET  ha  quattro  piedini:  

il   sourse  (S)  

• il   drain  (D)  

• il   gate  (G)    

• il   body  (B)  

di  solito  comune  al  circuito  

•

Si  nota  che  il  gate  è  isolato  dal  substrato  e  quindi  

non   può   assorbire   corrente.   Ma   la   tensione   sul  

gate  controlla  la  corrente  tra  drain  e  sourse.  

v =  0 non   c’è   tensione   sul   gate   e   quindi   il   transistor   è   come   se   fossero   solo   due  

GS   giunzioni  vicine    ovvero    due    diodi    contrapposti    che  quindi  non  fanno  passare  la      

                                                             corrente  ( transistor  spento)   n   p   n  

  le   lacune   libere   della   zona   p   appena   sentono   tensione   positiva   tendono   ad  

v > V allontanarsi  spostandosi  verso  il  fondo  del  substrato  

GS   t gli  

elettroni   liberi  delle    zone  

n+  appena  sentono  tensione    positiva  tendono  ad  al    

             gate  dove  trovano  altre  cariche  negative  dovute  allo  spostamento  delle  lacune  

             tutti  gli  

elettroni   danno  vita  al   canale  che  sosterranno  il  passaggio  della  corrente  

  tensione  di  soglia,  tensione  oltre  la  quale  si  forma  il  canale  

  se   ora   si   applica   una   tensione   positiva   sul   drain,   la   corrente   riesce   a   scorrere  

v > 0 verso  il  sourse  sostenuta  dal  canale  degli  elettroni  

DS     Viene   chiamata   tensione   di   overdrive   la   vera   tensione   lungo   il   canale,  

v –  V  =  v   ovvero   la   tensione   a   cui   è   stata   tolta   quella   necessaria   per   accendere   il  

GS   t OV MOSFET.    

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!  

  2  

COMPORTAMENTO  VARIANDO    

vDS

v piccola  

DS    

Non  influenza  molto  la  tensione  di  overdrive  che  rimane  circa  costante  lungo  tutto  il  canale,  per  

questo  la  corrente  che  scorre  non  sarà  influenzata  da  essa.  

dove:       dipende  dalla  fabbricazione  del  MOSFET  

  W/L       dipende  dalle  dimensioni  (

rapporto  d’aspetto)  

è  chiamato  

parametro  di  transconduttanza  

2  

si  misura  in   mA/  V

la   caratteristica   rappresenta   una   retta   (la   cui  

pendenza   è   una   conduttanza),   quindi   il   MOSFET   si  

comporta   come   una   resistenza   pilotata   dalla  

tensione  v

GS    

v cresce  

DS    

  Quando   cresce   essa   risulta   come   una   caduta   di  

tensione  lungo  il  canale,  più  forte  vicino  al  drain  

e  praticamente  nulla  vicino  al  source.  

Questo   fa   si   che   più   v cresce,   più   il   canale   si  

DS  

stringe,   più   la   resistenza   lungo   il   canale  

aumenta.  

                          v  =  V  +  v

GS t OV  

v  =  V  +  v -­‐  v    

                                GS t OV   DS

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!  

  3  

La   corrente   è   quindi   influenzata   anche   dalla  

tensione  sul  drain.          

v strozza  il  canale  

DS    

Quando  v strozza  il  canale  (e  quindi  posta  la  profondità  dalla  parte  del  drain  a  0)  il  canale  non  

DS  

può   più   modificarsi   e   la   corrente   rimane   costante,   si   dice   che   il   MOSFET   è   in   regione   di  

saturazione.      

NB:   canale   strozzano   non   significa   canale   bloccato,   infatti  

scorre  corrente!!!  

Quindi:    

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!  

  4  

CARATTERISTICHE  CORRENTE-­‐TENSIONE  

Caratteristiche  i  -­‐  v    

D DS  

Il  MOSFET  quindi  può  funzionare  in  tre  regioni:  

cut-­‐off:   v <  V il  transistor  è  spento  e  quindi  non  circola  corrente  

• GS   t          

triodo:   v >  V e    

v  <  v       il  gate  deve  superare  almeno  di  una  soglia  il  drain  

• GS   t       DS OV (così  che  il  canale  non  sia  strozzato)  

saturazione:   v >  V   e

   v  >  v il  drain  non  può  scendere  più  di  una  soglia  sotto  il  gate  

• GS   t   DS OV   (il  canale  deve  essere  strozzato   così   la   corrente   rimane  

  costante)  

Quindi:  il  grafico  che  rappresenta  le  tre  configurazioni  del  MOSFET  mette  in  relazione  i  e  v    

D DS

Caratteristiche  i  -­‐  v  

D GS  

Questo  grafico  rappresenta  solo  la  zona  di  

saturazione  del  

MOSFET,  ovvero  quando  la  corrente  è  costante  e  dipende  

solo  dal  valore  di  v :  

GS  

Si   può   dire   che   il   MOSFET   assomigli   ad   un   generatore   di  

corrente  pilotato  in  tensione  (v ).  

GS

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!  

  5  

RESISTENZA  D’USCITA  ED  EFFETTO  EARLY  

Abbiamo  detto  che  in  saturazione  il  canale  rimane  strozzato  e  la  corrente  costante,  ma  in  realtà  

non  è  proprio  così.    

  Infatti   più   la   tensione   di   drain   aumenta,  

più   il   punto   di   strozzamento   si   sposta  

verso   il   source,   facendo   diminuire   la  

lunghezza  del  canale.  Questo  fenomeno  è  

chiamato   modulazione   della   lunghezza  

del  canale.  

Visto   che   i   è   proporzionale   anche   alla  

D

lunghezza   del   canale,   la   modulazione  

porta   a   far   dipendere   la   corrente   anche  

dalla  tensione  sul  drain.  

  -­‐1

dove   λ  (che  ha  come  unità  di  misura   Volt )  è  un  parametro  

che  dipende  dal  dispositivo.    

  Solitamente   non   viene   dato   λ   ma   il   suo   reciproco   e   viene  

  chiamato   tensione  di  Early    

Essendo  che  ora  la  corrente  dipende  anche  dalla  tensione  sul  drain,  il  grafico  delle  caratteristiche  

del  MOSFET  varierà:   Si   vede   ora   che   la   pendenza  

della   zona   di   saturazione   non  

è   più   nulla   e   quindi   la  

resistenza   non   è   più   infinita!  

Quindi   il   MOSFET   in   realtà  

risulta   un   generatore   di  

corrente  reale.      

  MOSFET  CONNESSO  A  DIODO  

  Essendo  che      v  =  v   se  il  transistor  è  acceso  per  forza  funziona  in  saturazione,  

G D    

quindi:    

In  questo  caso  il  MOSFET  è  un  

bipolo.  

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!  

  6  

MOSFET  COME  AMPLIFICATORE  

Un   MOSFET   può   essere   usato   come   amplificatore   in   regione   di   saturazione   ovvero   quando   si  

comporta   da   generatore   reale   di   corrente   pilotato   in   tensione.   Infatti   in   questa   situazione   può  

essere   visto   come   amplificatore   di   transconduttanza   che   come   segnale   d’ingresso   ha   una  

tensione   e   come   segnale   d’uscita   una   corrente.   Basta   quindi   mettere   una   resistenza   in   uscita   e  

prendere  la  tensione  ai  suoi  capi.  

  v tensione  d’ingresso  

• GS                

R resistenza  di  carico,  converte  la  corrente  in  tensione      

à

• D                    

V         alimentatore  che  fornisce  potenza  all’amplificatore  

• DD  

La  tensione  d’uscita  viene  prelevata  sul  drain  rispetto  a  massa:      

Il  grafico  viene  chiamato  VTC  -­‐  Caratteristica  di  trasferimento  in  tensione  e  rappresenta  come  si  

comporta  la  tensione  d’uscita  rispetto  a  quella  d’ingresso:  

il   MOSFET   è   spento   (cut-­‐off),   quindi   non   scorre   corrente   e   per   questo   l’uscita  

v  <  V  

GS t corrisponde  all’alimentazione    

il   MOSFET   si   accende   e   avendo   v elevata   lavorerà   in   saturazione   fino   a   quando  

v  >  V   DS    

GS t l’ingresso  aumenta  portando   v v -­‐  V e  il  transistor  lavorerà  in   triodo    

DS  <   GS   t  

Essendo  che  la  pendenza  maggiore  si  trova  nella  zona  di  saturazione  del  MOSFET  e  rappresenta  il  

guadagno,   allora   perché   sia   un   buon   amplificatore   è   necessario   che   esso   operi   in   saturazione,  

quindi:  

Riassunti  di  Jessica  Asietti,  non  fotocopiare!