🔧 ВАХ МОН-Транзистора

Інтерактивні ВАХ МОН-транзистора: відсічення, лінійна та насичення. I_D = k(V_GS−V_th)²/2 в насиченні. Регулюйте V_GS, V_th та C_ox для перегляду сімейства характеристик.

ЕлектронікаІнтерактивна
Сімейство I_D від V_DS для різних V_GS · Виділена крива = обрана V_GS

Як це працює

Графік ВАХ МОН-транзистора показує струм стоку I_D від напруги сток-витік V_DS для сімейства напруг затвора V_GS. Кожна крива переходить від лінійного (тріодного) режиму, де I_D різко зростає, до режиму насичення, де I_D виходить на плато. Межа між режимами — крива защемлення V_DS = V_GS − V_th (пунктир).

Збільшення V_GS або зменшення V_th піднімає все сімейство кривих. Параметр модуляції довжини каналу λ створює невеликий нахил у насиченні. Регулюйте повзунки для дослідження.

Лінійний: I_D = k[(V_GS−V_th)V_DS − V_DS²/2](1+λ·V_DS)
Насичення: I_D = (k/2)(V_GS−V_th)²(1+λ·V_DS)
Відсічення: I_D = 0 (V_GS < V_th)
g_m = k(V_GS−V_th) = √(2k·I_D)

Часті запитання

Що таке МОН-транзистор?

МОН-транзистор — це транзистор, керований напругою. Напруга затвора керує провідністю каналу між стоком та витоком через електричне поле в тонкому шарі оксиду, без практично жодного струму затвора.

Які три режими роботи МОН-транзистора?

Три режими: (1) Відсічення — V_GS < V_th, канал не утворюється, I_D ≈ 0; (2) Лінійний (тріодний) — V_GS > V_th і V_DS < V_GS − V_th; (3) Насичення — V_DS ≥ V_GS − V_th, I_D майже постійний.

Що таке порогова напруга V_th?

Порогова напруга V_th — це мінімальна напруга затвор-витік для створення провідного каналу. Нижче V_th транзистор вимкнений. Типові значення 0,5–2 В для кремнієвих МОН-транзисторів.

Яке рівняння струму стоку в режимі насичення?

У насиченні I_D = (k/2)(V_GS − V_th)², де k = μ_n × C_ox × W/L. Ця квадратична залежність означає, що подвоєння (V_GS − V_th) учетверяє струм стоку.

Що таке модуляція довжини каналу?

Зі збільшенням V_DS ефективна довжина каналу дещо скорочується, що спричиняє невелике зростання I_D навіть у насиченні. Моделюється як I_D = (k/2)(V_GS − V_th)²(1 + λ·V_DS).

Що таке крутизна g_m МОН-транзистора?

Крутизна g_m = k(V_GS − V_th) = √(2k·I_D) у насиченні. Показує зміну струму стоку на вольт напруги затвора. Більша g_m означає вищий коефіцієнт підсилення схеми.

Яка різниця між n-канальним та p-канальним МОН-транзистором?

NMOS (n-канальний) використовує електрони; вмикається при V_GS > V_th. PMOS (p-канальний) використовує дірки; вмикається при V_GS < V_th. NMOS швидший через вищу рухливість електронів (в ~3 рази).

Як C_ox впливає на характеристики МОН-транзистора?

C_ox = ε_ox/t_ox — ємність оксиду затвора. Більший C_ox збільшує k та струм стоку. Сучасні транзистори використовують матеріали з високою діелектричною проникністю (HfO₂) для збільшення C_ox.

Що таке підложковий ефект у МОН-транзисторі?

Коли витік не знаходиться при тому ж потенціалі, що і підкладка, порогова напруга зростає. Це важливо для каскадних схем і може знизити ефективний струм керування.

Як ВАХ МОН-транзистора використовуються при проектуванні схем?

ВАХ визначають точки спокою підсилювачів (насичення для великого підсилення), опір ключа в цифрових схемах (лінійний режим) та крутизну для НВЧ-розробки. Аналіз лінії навантаження знаходить робочу точку графічно.

Про цю симуляцію

Цей графопобудовник малює сімейство із шести кривих МОН-транзистора I_D відносно V_DS, по одній для кожного з шести рівномірно розподілених значень V_GS вище порогу, використовуючи стандартну квадратичну модель з модуляцією довжини каналу. Штрихова лінія відсічення (V_DS = V_GS − V_th) позначає межу між лінійним режимом і насиченням, а одна крива виділена білим відповідно до обраного вами V_GS для виділення.

🔬 Що показано

Шість кривих I_D-V_DS, обчислених за I_D = k(V_GS−V_th)²/2·(1+λV_DS) у насиченні та I_D = k[(V_GS−V_th)V_DS − V_DS²/2]·(1+λV_DS) у лінійному режимі, плюс штрихова крива відсічення та живі показники Режиму, I_D, напруги перевищення V_ov і крутизни g_m.

🎮 Як користуватись

Налаштуйте V_th, k (параметр крутизни) та λ (модуляція каналу), щоб перебудувати все сімейство кривих, перетягуйте V_GS для виділення, щоб обрати, яка крива буде виділена білим, і встановіть Максимум розгортки V_DS, щоб масштабувати вісь x. Натисніть R або кнопку "Перемалювати" для оновлення.

💡 Чи знали ви?

Квадратична залежність I_D ∝ (V_GS−V_th)² означає, що подвоєння напруги перевищення V_ov не подвоює струм стоку — воно збільшує його вчетверо, тому невеликі зміни напруги затвора поблизу порогу можуть різко змінювати струм МОН-транзистора.

Часті запитання

Чому всі криві сплощуються після певної V_DS?

Коли V_DS перевищує напругу перевищення (V_GS − V_th), транзистор входить у насичення, і канал перетискається біля стоку, роблячи I_D майже незалежним від V_DS — це плоска частина кожної кривої праворуч від штрихової лінії відсічення.

Чому підвищення λ (модуляція каналу) нахиляє область насичення вгору?

Множник (1+λ·V_DS) моделює модуляцію довжини каналу: зі зростанням V_DS ефективний канал трохи скорочується, пропускаючи більше струму навіть у насиченні. λ=0 дає ідеально пласкі криві насичення; вища λ дає більший нахил, імітуючи менший вихідний опір.

Що станеться, якщо встановити V_GS для виділення нижче V_th?

Показник Режиму перемикається на "Відсічення", і I_D падає до нуля — виділена крива при такій V_GS є просто прямою лінією вздовж осі x, оскільки провідний канал не утворюється нижче порогової напруги.

Чому збільшення k (параметр крутизни) піднімає всі криві вище, не змінюючи їхню форму?

k = μ_n·C_ox·W/L є мультиплікативним масштабним коефіцієнтом в обох рівняннях — лінійному та насичення, тож його збільшення рівномірно масштабує струм стоку при будь-яких V_GS і V_DS, не змінюючи, де відбувається перехід від лінійного режиму до насичення.

Що визначає крутизну g_m, показану на панелі статистики?

g_m = k(V_GS−V_th), нахил I_D відносно V_GS у насиченні — вона зростає лінійно з напругою перевищення V_ov, тож МОН-транзистор, зміщений далі вище порогу, має вищий потенціал підсилення в підсилювачах.