Características de transferencia

En los transistores, las características de transferencia pueden entenderse como el trazado de una corriente de salida contra una magnitud de control de entrada, que en consecuencia exhibe una 'transferencia' directa de variables de entrada a salida en la curva representada en el gráfico.

Sabemos que para un transistor de unión bipolar (BJT), la corriente de colector de salida IC y la corriente de base de entrada de control IB están relacionadas por el parámetro beta , que se supone constante para un análisis.

Con referencia a la siguiente ecuación, encontramos una relación lineal existente entre IC e IB. Si hacemos que el nivel IB sea 2x, IC también se duplica proporcionalmente.

Pero, lamentablemente, es posible que esta conveniente relación lineal no se pueda lograr en los JFET en sus magnitudes de entrada y salida. Más bien, la relación entre el ID de la corriente de drenaje y el voltaje de puerta VGS se define por Ecuación de Shockley :

Aquí, la expresión al cuadrado se vuelve responsable de la respuesta no lineal a través de la ID y VGS, lo que da lugar a una curva que crece exponencialmente, a medida que disminuye la magnitud de VGS.

Aunque un enfoque matemático sería más fácil de implementar para el análisis de cd, la forma gráfica podría requerir un trazado de la ecuación anterior.

Esto puede presentar el dispositivo en cuestión y el trazado de las ecuaciones de red relacionadas con las variables idénticas.

Encontramos la solución mirando el punto de intersección de las dos curvas.

Recuerde que cuando utiliza el método gráfico, las características del dispositivo no se ven afectadas por la red donde se implementa el dispositivo.

A medida que cambia la intersección entre las dos curvas, también cambia la ecuación de la red, pero esto no tiene ningún efecto sobre la curva de transferencia definida por la ecuación 5.3 anterior.

Por tanto, en general podemos decir que:

La característica de transferencia definida por la ecuación de Shockley no se ve afectada por la red donde se implementa el dispositivo.

Podemos obtener la curva de transferencia usando la ecuación de Shockley, o de las características de salida como se muestra en la figura 5.10

En la siguiente figura, podemos ver dos gráficos. La línea vertical mide miliamperios para los dos gráficos.

Un gráfico traza el ID de la corriente de drenaje frente al voltaje de drenaje a fuente VDS, el segundo gráfico traza la corriente de drenaje frente al voltaje de puerta a fuente o ID frente a VGS.

Con la ayuda de las características de drenaje que se muestran en el lado derecho del eje 'y', podemos trazar una línea horizontal comenzando en la región de saturación de la curva mostrada como VGS = 0 V hasta el eje mostrado como ID.

El nivel actual así alcanzado para los dos gráficos es IDSS.

El punto de intersección en la curva de ID vs VGS será como se indica a continuación, porque el eje vertical se define como VGS = 0 V

Tenga en cuenta que las características de drenaje muestran la relación entre una magnitud de salida de drenaje con otra magnitud de salida de drenaje, donde los dos ejes se interpretan mediante variables en la misma región de las características del MOSFET.

Por lo tanto, las características de transferencia se pueden definir como un gráfico de una corriente de drenaje MOSFET frente a una cantidad o una señal que actúa como control de entrada.

En consecuencia, esto da como resultado una 'transferencia' directa entre las variables de entrada / salida, cuando se utiliza la curva de la izquierda de la figura 5.15. Si hubiera sido una relación lineal, la gráfica de ID vs VGS habría sido una línea recta entre IDSS y VP.

Sin embargo, esto da como resultado una curva parabólica debido al espaciado vertical entre el VGS que pasa por encima de las características del drenaje, que disminuye de manera apreciable a medida que el VGS se vuelve cada vez más negativo, en la figura 5.15.

Si comparamos el espacio entre VGS = 0 V y VGS = -1V con el de entre VS = -3 V y el pinch-off, vemos que la diferencia es idéntica, aunque es muy diferente para el valor de ID.

Podemos identificar otro punto en la curva de transferencia trazando una línea horizontal desde la curva VGS = -1 V hasta el eje de ID y luego extendiéndola al otro eje.

Observe que VGS = - 1V en el eje inferior de la curva de transferencia cuando ID = 4.5 mA.

También tenga en cuenta que, en la definición de ID en VGS = 0 V y -1 V, se utilizan los niveles de saturación de ID, mientras que se desprecia la región óhmica.

Avanzando más, con VGS = -2 V y - 3V, podemos terminar el gráfico de la curva de transferencia.

Cómo aplicar la ecuación de Shockley

También puede obtener directamente la curva de transferencia de la figura 5.15 aplicando la ecuación de Shockley (ecuación 5.3), siempre que se den los valores de IDSS y Vp.

Los niveles IDSS y VP definen los límites de la curva para los dos ejes y solo necesitan el trazado de algunos puntos intermedios.

La autenticidad del Ecuación de Shockley La ecuación 5.3 como fuente de la curva de transferencia de la figura 5.15 se puede expresar perfectamente inspeccionando ciertos niveles distintivos de una variable en particular y luego identificando el nivel correspondiente de la otra variable, de la siguiente manera:

Esto coincide con el gráfico que se muestra en la figura 5.15.

Observe con qué cuidado se gestionan los signos negativos de VGS y VP en los cálculos anteriores. Perderse incluso un solo signo negativo podría conducir a un resultado totalmente erróneo.

Está bastante claro a partir de la discusión anterior, que si tenemos los valores de IDSS y VP (que se pueden consultar en la hoja de datos), podemos determinar rápidamente el valor de ID para cualquier magnitud de VGS.

Por otro lado, a través del álgebra estándar podemos derivar una ecuación (a través de la ecuación 5.3), para el nivel de VGS resultante para un nivel dado de ID.

Esto podría derivarse de manera bastante simple, para obtener:

Ahora verifiquemos la ecuación anterior determinando el nivel de VGS que produce una corriente de drenaje de 4.5 mA para un MOSFET que tiene las características que coinciden con la Fig 5.15.

El resultado verifica que la ecuación se ajuste a la figura 5.15.

Usando el método de taquigrafía

Dado que necesitamos trazar la curva de transferencia con bastante frecuencia, podría resultar conveniente obtener una técnica abreviada para trazar la curva. Un método deseable sería que le permita al usuario trazar la curva de manera rápida y eficiente, sin comprometer la precisión.

La ecuación 5.3 que aprendimos anteriormente está diseñada de tal manera que los niveles de VGS particulares producen niveles de ID que se pueden recordar para utilizar como puntos de trazado al dibujar la curva de transferencia. Si especificamos VGS como 1/2 del valor de reducción VP, el nivel de ID resultante se puede determinar utilizando la ecuación de Shockley de la siguiente manera:

Cabe señalar que la ecuación anterior no se crea para un nivel específico de PV. La ecuación es una forma general para todos los niveles de VP siempre que VGS = VP / 2. El resultado de la ecuación sugiere que la corriente de drenaje será siempre 1/4 del nivel de saturación IDSS siempre que el voltaje de puerta a fuente tenga un valor 50% menor que el valor de pellizco.

Tenga en cuenta que el nivel de ID para VGS = VP / 2 = -4V / 2 = -2V según la figura 5.15

Optando ID = IDSS / 2 y sustituyéndolo en la Ec. 5.6 obtenemos los siguientes resultados:

Aunque se pueden establecer más puntos numéricos, se puede lograr un nivel suficiente de precisión simplemente dibujando la curva de transferencia usando solo 4 puntos de la gráfica, como se identificó anteriormente y también en la Tabla 5.1 a continuación.

En la mayoría de los casos, podemos emplear solo el punto de la gráfica usando VGS = VP / 2, mientras que las intersecciones de los ejes en IDSS y VP nos darán una curva suficientemente confiable para la mayor parte del análisis.