Feldeffekttransistoren

Präsentation zum Thema: "Feldeffekttransistoren"—  Präsentation transkript:

1 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET

2 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET sperrt S-D bei offenem Gate

3 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET UGS > UtEn leitet, wenn sperrt S-D bei offenem Gate

4 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET UGS > UtEn Transferkennlinie leitet, wenn sperrt S-D bei offenem Gate

5 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET UGS > UtEn Transferkennlinie leitet, wenn sperrt S-D bei offenem Gate n-Kanal-Depletion-FET S-D leitend bei offenem Gate

6 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET UGS > UtEn Transferkennlinie leitet, wenn sperrt S-D bei offenem Gate n-Kanal-Depletion-FET UGS < UtDn sperrt, wenn S-D leitend bei offenem Gate

7 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Aufbau und Funktionsweise n-Kanal-Enhancement-FET UGS > UtEn Transferkennlinie leitet, wenn sperrt S-D bei offenem Gate n-Kanal-Depletion-FET UGS < UtDn Transferkennlinie sperrt, wenn S-D leitend bei offenem Gate

8 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Transferkennlinien Enhancement Depletion n-Kanal p-Kanal n-Kanal p-Kanal

9 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Transferkennlinien Enhancement Depletion n-Kanal p-Kanal n-Kanal p-Kanal

10 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

11 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

12 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

13 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

14 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

15 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

16 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zeichnen Sie für einen n-Kanal-Enhancement-FET auf der Grundlage der Ausgangskennlinien die Transferkennlinien in das Kennlinienfeld ein.

17 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET sind die Steilheit gm und der Ausgangsleitwert gd für den Arbeitspunkt UGS= 8V und IDS= 120mA zu bestimmen 𝑔 𝑚 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐺𝑆 𝑔 𝑑 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐷𝑆

18 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET sind die Steilheit gm und der Ausgangsleitwert gd für den Arbeitspunkt UGS= 8V und IDS= 120mA zu bestimmen 𝑔 𝑚 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐺𝑆 𝑔 𝑚 = 160𝑚𝐴 4𝑉 =0,04 Ω −1 𝑔 𝑑 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐷𝑆

19 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Ausgangs- und Transferkennlinien Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET sind die Steilheit gm und der Ausgangsleitwert gd für den Arbeitspunkt UGS= 8V und IDS= 120mA zu bestimmen 𝑔 𝑚 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐺𝑆 𝑔 𝑚 = 160𝑚𝐴 4𝑉 =0,04 Ω −1 𝑔 𝑑 = Δ 𝐼 𝐷 Δ𝑈 𝐷𝑆 𝑔 𝑑 = 20𝑚𝐴 10𝑉 =0,002 Ω −1

20 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA.

21 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Erzeuge Wertepaare UI = 0,7W

22 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Erzeuge Wertepaare UI = 0,7W Zeichne Verlustleistungshyperbel ein

23 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Bestimme Arbeitsgerade: Wenn T sperrt folgt UDS = UB

24 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Zeichne Arbeitsgerade ein, „je steiler, desto besser“, aber Ptot beachten! 𝑅 𝐷 = 𝑈 𝐵 𝐼 𝐷𝑚𝑎𝑥 = 10𝑉 0,25𝐴 =40 T leitet, also gilt:

25 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Lege AP in Mitte der Arbeitsgeraden bei UGS=7V 𝑅 1 + 𝑅 2 =10𝑀Ω 𝐼 𝑞 = 𝑈 𝐵 𝑅 1 + 𝑅 2 = 10𝑉 10𝑀Ω =1µ𝐴 𝑅 2 = 𝑈 𝐺𝑆 𝐴𝑃 𝐼 𝑞 = 7𝑉 1µ𝐴 =7𝑀Ω; 𝑅 1 =3𝑀Ω

26 Feldeffekttransistoren
MOSFET – Verstärker Übung: Zu den gegebenen Kennlinien eines n-Kanal-Enhancement-FET ist ein Verstärker zu dimensionieren. Der Gatespannungsteiler soll einen Gesamtwiderstand von 10MW aufweisen, UB = 10V, Ptot = 0,7W, IDmax= 250mA. Steuere Arbeitspunkt aus: Steilheit Spannungsrückwirkung Δ 𝐼 𝐷 Δ 𝑈 𝐺𝑆 = 70𝑚𝐴 2𝑉 =35𝑚𝐴/𝑉 Δ𝑈 𝐷𝑆 Δ𝑈 𝐺𝑆 = −2,7𝑉 2𝑉 =−1,35

27 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren p-Kanal-Enhancement-FET n-Kanal-Enhancement-FET

28 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

29 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp L H n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

30 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren leitet p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp sperrt sperrt L H n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn leitet A= 𝐸 1 ∨ 𝐸 2

31 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren sperrt p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp sperrt leitet H n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn leitet A= 𝐸 1 ∨ 𝐸 2 A= 𝐸 1 ∧ 𝐸 2

32 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

33 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

34 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

35 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn

36 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp H n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn L

37 Feldeffekttransistoren
Skizzieren Sie die Struktur eines Negators mit Enhancement- FET p-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS<UtEp L n-Kanal-Enhancement-FET leitet, wenn UGS>UtEn H

38 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren n-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS<UtDn p-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS>UtDp

39 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren n-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS<UtDn 𝐸 2 ∨ 𝐸 3 p-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS>UtDp ODER

40 Feldeffekttransistoren
CMOS-Logik analysieren n-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS<UtDn UND =(𝐸 2 ∨ 𝐸 3 )∧ 𝐸 1 p-Kanal-Depletion-FET sperrt, wenn UGS>UtDp ODER

41 Feldeffekttransistoren
Funktionsweise des Sperrschicht-FET (SFET) zwischen Source S und Drain D gibt es leitfähigen Kanal UDS schnürt Kanal ein, Strom hängt nicht von UDS ab USG schnürt Kanal weiter ein, steuert Kanalstrom Kennlinien ähnlich der von n–Kanal-Depletion-FET

42 Feldeffekttransistoren
Funktionsweise des Sperrschicht-FET (SFET) zwischen Source S und Drain D gibt es leitfähigen Kanal UDS schnürt Kanal ein, Strom hängt nicht von UDS ab USG schnürt Kanal weiter ein, steuert Kanalstrom Kennlinien ähnlich der von n–Kanal-Depletion-FET

43 Feldeffekttransistoren
Dimensionierung einer Konstantstromquelle mittels SFET RL ist variabel; der konstante Laststrom IL soll durch RS zwischen 3mA und 14mA einstellbar sein

44 Feldeffekttransistoren
Dimensionierung einer Konstantstromquelle mittels SFET RL ist variabel; der konstante Laststrom IL soll durch RS zwischen 3mA und 14mA einstellbar sein 𝑅 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 9𝑉 3𝑚𝐴 =3𝑘Ω; 𝑃 𝑆𝐹𝐸𝑇 =11𝑉∙3𝑚𝐴=33𝑚𝑊

45 Feldeffekttransistoren
Dimensionierung einer Konstantstromquelle mittels SFET RL ist variabel; der konstante Laststrom IL soll durch RS zwischen 3mA und 14mA einstellbar sein 𝑅 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 10,5𝑉 14𝑚𝐴 =750Ω; 𝑃 𝑆𝐹𝐸𝑇 =14,5𝑉∙14𝑚𝐴=203𝑚𝑊