MOSFET As An Amp & Switch Package.pdf

(1674 KB) Pobierz
345338195 UNPDF
10/31/2004
section 4_4 The MOSFET as an Amp and Switch blank
1/1
4.4 The MOSFET as
an Amp and Switch
Reading Assignment: pp. 270-280
Now we know how an enhancement MOSFET works!
Q:
A:
1.
2.
HO: The MOSFET as an Amp and Switch
Jim Stiles
The Univ. of Kansas
Dept. of EECS
345338195.469.png 345338195.480.png
10/31/2004
The MOSFET as an Amp and Switch
1/14
The MOSFET as an
Amp and Switch
Consider this simple MOSFET circuit:
5.0V
Q: Oh, goody—you’re
going to waste my time
with another of these
pointless academic
problems. Why can’t you
discuss a circuit that
actually does something?
R D =1K
v O
v I
K=0.75
mA/V 2
A: Actually, this circuit is a fundamental electronic
device! To see what this circuit does, we need to
determine its transfer function ( )
v fv
= .
I
Q: Transfer function ! How can
we determine the transfer
function of a MOSFET circuit!?
A: Same as with junction diodes—we determine the output v O
for each device mode, and then determine when (i.e., for what
values of v I ) the device is in that mode!
Jim Stiles
The Univ. of Kansas
Dept. of EECS
O
345338195.491.png 345338195.502.png 345338195.001.png 345338195.012.png 345338195.023.png 345338195.034.png 345338195.045.png 345338195.056.png 345338195.067.png 345338195.078.png 345338195.089.png 345338195.100.png 345338195.111.png 345338195.122.png 345338195.133.png 345338195.144.png 345338195.155.png 345338195.166.png 345338195.177.png 345338195.188.png 345338195.199.png 345338195.210.png 345338195.221.png 345338195.232.png 345338195.243.png 345338195.254.png 345338195.265.png 345338195.276.png 345338195.287.png 345338195.298.png 345338195.309.png 345338195.320.png 345338195.331.png 345338195.342.png 345338195.353.png 345338195.364.png 345338195.375.png 345338195.386.png 345338195.397.png 345338195.408.png 345338195.419.png 345338195.430.png 345338195.441.png 345338195.452.png 345338195.461.png 345338195.462.png 345338195.463.png 345338195.464.png 345338195.465.png 345338195.466.png 345338195.467.png 345338195.468.png 345338195.470.png 345338195.471.png 345338195.472.png 345338195.473.png 345338195.474.png 345338195.475.png 345338195.476.png 345338195.477.png 345338195.478.png 345338195.479.png 345338195.481.png 345338195.482.png 345338195.483.png 345338195.484.png 345338195.485.png 345338195.486.png 345338195.487.png 345338195.488.png 345338195.489.png 345338195.490.png 345338195.492.png 345338195.493.png 345338195.494.png 345338195.495.png 345338195.496.png 345338195.497.png 345338195.498.png 345338195.499.png 345338195.500.png 345338195.501.png 345338195.503.png 345338195.504.png 345338195.505.png 345338195.506.png 345338195.507.png 345338195.508.png 345338195.509.png 345338195.510.png 345338195.511.png 345338195.512.png 345338195.002.png 345338195.003.png 345338195.004.png 345338195.005.png 345338195.006.png 345338195.007.png 345338195.008.png 345338195.009.png 345338195.010.png 345338195.011.png 345338195.013.png 345338195.014.png 345338195.015.png 345338195.016.png 345338195.017.png 345338195.018.png 345338195.019.png 345338195.020.png 345338195.021.png 345338195.022.png 345338195.024.png 345338195.025.png 345338195.026.png 345338195.027.png 345338195.028.png 345338195.029.png 345338195.030.png 345338195.031.png 345338195.032.png 345338195.033.png 345338195.035.png 345338195.036.png 345338195.037.png 345338195.038.png 345338195.039.png 345338195.040.png 345338195.041.png 345338195.042.png 345338195.043.png 345338195.044.png 345338195.046.png 345338195.047.png 345338195.048.png 345338195.049.png 345338195.050.png 345338195.051.png 345338195.052.png 345338195.053.png 345338195.054.png 345338195.055.png 345338195.057.png 345338195.058.png 345338195.059.png 345338195.060.png 345338195.061.png 345338195.062.png 345338195.063.png 345338195.064.png 345338195.065.png 345338195.066.png 345338195.068.png 345338195.069.png 345338195.070.png 345338195.071.png 345338195.072.png 345338195.073.png 345338195.074.png 345338195.075.png 345338195.076.png 345338195.077.png 345338195.079.png 345338195.080.png 345338195.081.png 345338195.082.png 345338195.083.png 345338195.084.png 345338195.085.png 345338195.086.png 345338195.087.png 345338195.088.png 345338195.090.png 345338195.091.png 345338195.092.png 345338195.093.png 345338195.094.png 345338195.095.png 345338195.096.png 345338195.097.png 345338195.098.png 345338195.099.png 345338195.101.png 345338195.102.png 345338195.103.png 345338195.104.png 345338195.105.png 345338195.106.png 345338195.107.png 345338195.108.png 345338195.109.png 345338195.110.png 345338195.112.png 345338195.113.png 345338195.114.png 345338195.115.png 345338195.116.png 345338195.117.png 345338195.118.png 345338195.119.png 345338195.120.png 345338195.121.png 345338195.123.png 345338195.124.png 345338195.125.png 345338195.126.png 345338195.127.png 345338195.128.png 345338195.129.png 345338195.130.png 345338195.131.png 345338195.132.png 345338195.134.png 345338195.135.png 345338195.136.png 345338195.137.png 345338195.138.png 345338195.139.png 345338195.140.png 345338195.141.png 345338195.142.png 345338195.143.png 345338195.145.png 345338195.146.png 345338195.147.png 345338195.148.png 345338195.149.png 345338195.150.png 345338195.151.png 345338195.152.png 345338195.153.png 345338195.154.png 345338195.156.png 345338195.157.png 345338195.158.png 345338195.159.png 345338195.160.png 345338195.161.png 345338195.162.png 345338195.163.png 345338195.164.png 345338195.165.png 345338195.167.png 345338195.168.png 345338195.169.png 345338195.170.png 345338195.171.png 345338195.172.png 345338195.173.png 345338195.174.png 345338195.175.png 345338195.176.png 345338195.178.png 345338195.179.png 345338195.180.png 345338195.181.png 345338195.182.png 345338195.183.png 345338195.184.png 345338195.185.png 345338195.186.png 345338195.187.png 345338195.189.png 345338195.190.png 345338195.191.png 345338195.192.png 345338195.193.png 345338195.194.png 345338195.195.png 345338195.196.png 345338195.197.png 345338195.198.png 345338195.200.png 345338195.201.png 345338195.202.png 345338195.203.png 345338195.204.png 345338195.205.png 345338195.206.png 345338195.207.png 345338195.208.png 345338195.209.png 345338195.211.png 345338195.212.png 345338195.213.png 345338195.214.png 345338195.215.png 345338195.216.png 345338195.217.png 345338195.218.png 345338195.219.png 345338195.220.png 345338195.222.png 345338195.223.png 345338195.224.png 345338195.225.png 345338195.226.png 345338195.227.png 345338195.228.png 345338195.229.png 345338195.230.png 345338195.231.png 345338195.233.png 345338195.234.png 345338195.235.png 345338195.236.png 345338195.237.png 345338195.238.png 345338195.239.png 345338195.240.png 345338195.241.png 345338195.242.png 345338195.244.png 345338195.245.png 345338195.246.png 345338195.247.png 345338195.248.png 345338195.249.png 345338195.250.png 345338195.251.png 345338195.252.png 345338195.253.png 345338195.255.png 345338195.256.png 345338195.257.png 345338195.258.png 345338195.259.png 345338195.260.png 345338195.261.png 345338195.262.png 345338195.263.png 345338195.264.png 345338195.266.png 345338195.267.png 345338195.268.png 345338195.269.png 345338195.270.png 345338195.271.png 345338195.272.png 345338195.273.png 345338195.274.png 345338195.275.png 345338195.277.png 345338195.278.png 345338195.279.png 345338195.280.png 345338195.281.png 345338195.282.png 345338195.283.png 345338195.284.png 345338195.285.png 345338195.286.png 345338195.288.png 345338195.289.png 345338195.290.png 345338195.291.png 345338195.292.png 345338195.293.png 345338195.294.png 345338195.295.png 345338195.296.png 345338195.297.png 345338195.299.png 345338195.300.png 345338195.301.png 345338195.302.png 345338195.303.png 345338195.304.png 345338195.305.png 345338195.306.png 345338195.307.png 345338195.308.png 345338195.310.png 345338195.311.png 345338195.312.png 345338195.313.png 345338195.314.png 345338195.315.png 345338195.316.png 345338195.317.png 345338195.318.png 345338195.319.png 345338195.321.png 345338195.322.png 345338195.323.png 345338195.324.png 345338195.325.png 345338195.326.png 345338195.327.png 345338195.328.png 345338195.329.png 345338195.330.png 345338195.332.png 345338195.333.png 345338195.334.png 345338195.335.png 345338195.336.png 345338195.337.png 345338195.338.png 345338195.339.png 345338195.340.png 345338195.341.png 345338195.343.png 345338195.344.png 345338195.345.png 345338195.346.png 345338195.347.png 345338195.348.png 345338195.349.png 345338195.350.png 345338195.351.png 345338195.352.png 345338195.354.png 345338195.355.png 345338195.356.png 345338195.357.png 345338195.358.png 345338195.359.png 345338195.360.png 345338195.361.png 345338195.362.png 345338195.363.png 345338195.365.png 345338195.366.png 345338195.367.png 345338195.368.png 345338195.369.png 345338195.370.png 345338195.371.png 345338195.372.png 345338195.373.png 345338195.374.png 345338195.376.png 345338195.377.png 345338195.378.png 345338195.379.png 345338195.380.png 345338195.381.png 345338195.382.png 345338195.383.png 345338195.384.png 345338195.385.png 345338195.387.png 345338195.388.png 345338195.389.png 345338195.390.png 345338195.391.png 345338195.392.png 345338195.393.png 345338195.394.png 345338195.395.png 345338195.396.png 345338195.398.png 345338195.399.png 345338195.400.png 345338195.401.png 345338195.402.png 345338195.403.png 345338195.404.png 345338195.405.png 345338195.406.png 345338195.407.png 345338195.409.png 345338195.410.png 345338195.411.png 345338195.412.png 345338195.413.png 345338195.414.png 345338195.415.png 345338195.416.png 345338195.417.png 345338195.418.png 345338195.420.png 345338195.421.png 345338195.422.png 345338195.423.png 345338195.424.png 345338195.425.png 345338195.426.png 345338195.427.png 345338195.428.png 345338195.429.png 345338195.431.png 345338195.432.png 345338195.433.png 345338195.434.png 345338195.435.png 345338195.436.png 345338195.437.png 345338195.438.png 345338195.439.png 345338195.440.png 345338195.442.png 345338195.443.png 345338195.444.png 345338195.445.png 345338195.446.png 345338195.447.png 345338195.448.png 345338195.449.png 345338195.450.png 345338195.451.png 345338195.453.png 345338195.454.png 345338195.455.png
10/31/2004
The MOSFET as an Amp and Switch
2/14
First, note that regardless of the
MOSFET mode:
5.0V
i D
v v . v
GS
=− =
00
I
R D =1K
and:
K=0.75
mA/V 2
v O
D v v . v
=− =
00
+
v DS
-
O
O
v I
+
v GS
-
From KVL, we can likewise conclude that:
= =−
Now let’s ASSUME that the MOSFET is in cutoff , thus
ENFORCING i D =0.
v v
50
. iR
DS
O
D D
Therefore:
v
O
= −
50
50 0 1
50V
. iR
.
.
DD
=−
()
=
Now, we know that MOSFET is in cutoff when :
v vV.
GS
= <=
I
t
10
Thus, we conclude that:
v
=
50V when
.
v .
I
<
10 V
Jim Stiles
The Univ. of Kansas
Dept. of EECS
I
O
345338195.456.png 345338195.457.png
10/31/2004
The MOSFET as an Amp and Switch
3/14
Now, let’s ASSUME that the MOSFET is in saturation , thus
ENFORCE:
i KvV
= −
( )
( )
( )
2
D
GS
t
= −
Kv V
2
I
t
=
075
. v.
10
2
I
And thus the output voltage is:
v
O
=−
. iR
DD
=− −
. . v .
( ) ()
( )
10 1
2
I
=− −
. . v .
10
2
I
Now, we know that MOSFET is in saturation when :
v vV.
GS
= >=
I
t
10
and when:
D v vvVv.
=> −=−
OGS
t
I
10
This second inequality means:
vv.
OI
>−
10
50 075
. . v .
( )
− > −
10
2
v .
10
I
I
0 075
>
. v.
( ) ( )
− + − −
10
2
v.
10 50
.
I
I
Solving this quadratic, we find that the only consistent solution
is:
v . .
v .
I
− <
<
10 20
30
I
Jim Stiles
The Univ. of Kansas
Dept. of EECS
50
50 075
50 075
345338195.458.png 345338195.459.png
10/31/2004
The MOSFET as an Amp and Switch
4/14
Meaning that the MOSFET is in saturation when v I > 1.0 and v I <
3.0. Logically, this is same thing as saying the MOSFET is in
saturation when 1.0 < v I < 3.0.
Thus we conclude:
v
=− −
( ) 2
I
10 when 10
. v .
<<
I
30 V
Finally, let’s ASSUME that the MOSFET is in triode mode, thus
we ENFORCE:
i KvVvv
=
2
( )
GS
− −
t
DS
DS
=
075 2
.
( )
v . v v
− −
10
2
I
O
O
And thus the output voltage is:
v
O
=−
. iR
DD
=− − −
50 075 2
( ) ()
( )
v . v v
I
10
O
O
2
1
=− − −
50 075 2
v . v v
I
10
O
O
2
Rearranging this equation, we get the quadratic form:
075
. v . v . v .
O
2
− −
(
15
I
05
)
O
+ =
50 0
The solutions of which are:
v
=
(
15
.v .
I
− ±
05
) (
15
.v .
I
− −
05 150
) 2
.
O
15
.
Jim Stiles
The Univ. of Kansas
Dept. of EECS
50 075
. . v .
O
D
2
50
. .
. .
345338195.460.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin