پاورپوینت کامل الکترونیک دیجیتال اجزای مدارات دیجیتال- ترانزیستور ۸۴ اسلاید در PowerPoint

توجه : این فایل به صورت فایل power point (پاور پوینت) ارائه میگردد

 پاورپوینت کامل الکترونیک دیجیتال اجزای مدارات دیجیتال- ترانزیستور ۸۴ اسلاید در PowerPoint دارای ۸۴ اسلاید می باشد و دارای تنظیمات کامل در PowerPoint می باشد و آماده ارائه یا چاپ است

شما با استفاده ازاین پاورپوینت میتوانید یک ارائه بسیارعالی و با شکوهی داشته باشید و همه حاضرین با اشتیاق به مطالب شما گوش خواهند داد.

لطفا نگران مطالب داخل پاورپوینت نباشید، مطالب داخل اسلاید ها بسیار ساده و قابل درک برای شما می باشد، ما عالی بودن این فایل رو تضمین می کنیم.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل می باشد و در فایل اصلی پاورپوینت کامل الکترونیک دیجیتال اجزای مدارات دیجیتال- ترانزیستور ۸۴ اسلاید در PowerPoint،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از مطالب داخلی اسلاید ها

پاورپوینت کامل الکترونیک دیجیتال اجزای مدارات دیجیتال- ترانزیستور ۸۴ اسلاید در PowerPoint

اسلاید ۴: Cross-Section of CMOS Technology

اسلاید ۵: Threshold Voltage: Concept

اسلاید ۶: مقدمهدر فصل قبل دیود که المانی دو ترمینالی بود را بررسی کردیم. در این فصل و فصل بعدی المانی سه ترمینالی که ترانزیستور نامیده میشود را بررسی خواهیم کرد.ترانزیستور در مدارات زیادی از جمله تقویت کننده ها، مدارات دیجیتال و حافظه ها کاربرد دارد.اصول کلی کارکرد ترانزیستور بر این پایه است که با اعمال ولتاژ به دو ترمینال جریان ترمینال سوم را کنترل میکنند.دو نوع ترانزیستور مهم وجود دارد: MOSFET, BJT MOSFET ازBJT کوچکتر بوده و ساخت آن ساده تر بوده و توان کمتری مصرف میکند. در ساخت بسیاری از مدارات مجتمع کاربرد دارد.

اسلاید ۷: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor این ترانزیستور بر روی یک پایه از نوع p ساخته میشود. بر روی پایه دو ناحیه با نیمه هادی نوع n که دارای ناخالصی زیادی هستند ایجاد میشود. این نواحی سورس و درین نامیده میشوند که با یک اتصال فلزی دردسترس قرار میگیرند.بین این دو ناحیه و در سطح پایه عایقی از جنس شیشه کشیده میشود. برروی این عایق یک لایه فلز قرار داده میشود که اتصالی با نام گیت بوجود می آورد.ممکن است پایه نیز به یک اتصال فلزی وصل شود.Figure 4.1 Physical structure of the enhancement-type NMOS transistor: (a) perspective view; (b) cross-section. Typically L = 0.1 to 3 mm, W = 0.2 to 100 mm, and the thickness of the oxide layer (tox) is in the range of 2 to 50 nm.

اسلاید ۸: نحوه عملکرداین ترانزیستور بصورت یک المان با سه ترمینال Source, Drain , Gate مورد استفاده قرارمیگیرد.اگر ولتاژی به گیت وصل نشده باشد بین سورس و درین دو دیود وجود خواهند داشت: یکی بین n سورس و p پایه و دیگری بین p پایه و n درین. چون این دو دیود پشت به پشت به هم وصل شده اند هیچ جریانی بین سورس و درین نمیتواند برقرارشود.مقاومت بین سورس و درین خیلی زیاد خواهد بود.در واقع یک ناحیه تخلیه بین دو قطعه p,n مجاور تشکیل میشود که از عبور جریان بین پایه و درین و همچنین پایه و سورس جلوگیری میکند.

اسلاید ۹: ایجاد کانالی برای عبور جریاناگر درین و سورس را به زمین وصل کرده و ولتاژ مثبتی به گیت وصل کنیم، ناقلهای مثبت زیر ناحیه گیت تحت تاثیر این ولتاژ از زیر گیت دور شده و به سمت substrate رانده میشوند.این ولتاژ متقابلا الکترونهای منفی را از ناحیه های سورس و درین جذب مینماید. اگر در ناحیه زیر گیت الکترون کافی جمع شود یک ناحیه منفی بوجود می آید که دو ناحیه n مربوط به سورس و درین را به هم وصل میکند. در واقع کانالی برای عبور جریان الکترون از سورس به درین تشکیل میشود.توجه شود که substrate که قبلا از نوع p بود در ناحیه زیر گیت به نوع n تبدیل میشود (inversion layer)Figure 4.2 The enhancement-type NMOS transistor with a positive voltage applied to the gate. An n channel is induced at the top of the substrate beneath the gate.

اسلاید ۱۰: ترانزیستور NMOSترانزیستوری که کانال آن از نوع n باشد، n-channel و یا NMOS خوانده میشود.مقدار VGS لازم برای تشکیل کانال باید از یک مقدار آستانه Vt بیشتر باشد. این مقدار معمولا بین ۰.۵ , ۱ ولت است.درناحیه گیت در اثر جمع شدن بار منفی در زیر گیت و اتصال آن به ولتاژ مثبت در بالای گیت، خازنی بوجود میآید.مقدار جریانی که از کانال میگذرد بستگی به میدان الکتریکی تشکیل شده در ناحیه گیت دارد.توجه شود که ترانزیستور از لحاظ ساخت متقارن است لذا نامگذاری درین و سورس بستگی به ولتاژی دارد که به آنها اعمال میشود: برای ترانزیستور با کانال n درین به ولتاژ بالاتری نسبت به سورس وصل میشود.

اسلاید ۱۱: اعمال ولتاژی کوچک به درین و سورساگر ولتاژ کوچکی به درین و سورس اعمال شود (Vds) باعث خواهد شد تا جریان id در کانال عبورکند.درواقع این ولتاژ باعث جذب الکترونها از سمت سورس به درین شده و جریانی در خلاف جهت حرکت الکترون بوجود می آورد.مقدار این جریان بستگی به مقدار الکترونهای آزادی ناحیه زیر گیت دارد که خود آن وابسته به ولتاژ VGs-Vt دارد.اگر VGS در حد vt باشد کانال تازه تاسیس هنوز کوچک بوده و جریان زیادی از ان عبور نمیکند. اما با زیاد شدن این ولتاژ عرض کانال هم زیاد شده و امکان عبور جریان بیشتر فراهم خواهد شد.Figure 4.3 An NMOS transistor with vGS > Vt and with a small vDS applied. The device acts as a resistance whose value is determined by vGS. Specifically, the channel conductance is proportional to vGS – Vt’ and thus iD is proportional to (vGS – Vt) vDS. Note that the depletion region is not shown (for simplicity).

اسلاید ۱۲: رابطه جریان و ولتاژمقدار جریانی که از کانال میگذرد هم به ولتاژ Vgs-Vt و هم به ولتاژ Vds بستگی خواهد داشت.درواقع ترانزیستور بصورت یک مقاومت خطی عمل میکند که مقدار آن به ولتاژ VGS بستگی دارد.اگر VGS از Vt کمتر باشد مقاومت بی نهایت بوده و جریانی عبور نخواهد کرد. با زیاد شدن VGS مقدار مقاومت نیز کمتر میشود.توجه شود که مقدار جریانی که به ترمینال درین وارد میشود برابر با جریانی است که از سورس خارج میشود و جریان ترمینال گین برابر با صفر است.Figure 4.4 The iD–vDS characteristics of the MOSFET in Fig. 4.3 when the voltage applied between drain and source, vDS, is kept small. The device operates as a linear resistor whose value is controlled by vGS.

اسلاید ۱۳: افزایش ولتاژ VDSاگر ولتاژ درین و سورس را از مقدار ۰ به سمت VDS افزایش دهیم ولتاژی که روی کانال می افتد در سمتی که کانال به درین وصل میشود به اندازه VGS- VDS کاهش پیدا میکند در نتیجه عرض کانال در این قسمت کاهش می یابد زیرا مقدار آن به ولتاژی که در ناحیه زیر کانال اعمال میشود بستگی دارد. بدین ترتیب شکل کانال دیگر متقارن نخواهد بود.Figure 4.5 Operation of the enhancement NMOS transistor as vDS is increased. The induced channel acquires a tapered shape, and its resistance increases as vDS is increased. Here, vGS is kept constant at a value > Vt.

اسلاید ۱۴: اشباع ترانزیستور با افزایش بیشتر ولتاژVDS مقدار مقاومت کانال نیز بیشتر شده و در نتیجه منحنی iD-vDS دیگر بصورت یک خط راست نخواهد بود.اگر ولتاژ تا مقدار VDSsat = vGS Vt افزایش پیدا کند کانال در محل اتصال به درین فشرده شود. افزایش بیشتر VDS تاثیری در جریان نخواهد گذاشت و جریان در حد اشباع باقی خواهد ماند.نواحی کار ترانزیستور بصورت زیر نامگذاری شده است: Triode region: VDS < VDSsatSaturation region: VDS VDSsatFigure 4.6 The drain current iD versus the drain-to-source voltage vDS for an enhancement-type NMOS transistor operated with vGS > Vt.Figure 4.7 Increasing vDS causes the channel to acquire a tapered shape. Eventually, as vDS reaches vGS – Vt’ the channel is pinched off at the drain end. Increasing vDS above vGS – Vt has little effect (theoretically, no effect) on the channel’s shape.

اسلاید ۱۵: بدست آوردن رابطه جریان و ولتاژ ترانزیستور MOSFETاگر فرض شود که vGS > Vt تا کانال ایجاد شده باشد، همچنین با فرضvDS < vGS Vt t برای اینکه در ناحیه triode باشیم.Figure 4.8 Derivation of the iD–vDS characteristic of the NMOS transistor.

اسلاید ۱۶: جریان در ناحیه تریودبرای خازنی که در ناحیه گیت تشکیل میشود داریم: بعلت نایکنواختی کانال ایجاد شده ظرفیت خازنی ناحیه کانال متغییر خواهد بود. اگر یک المان جزئی از سطح زیر گیت که در فاصله x قرار دارد را در نظر بگیریم ظرفیت خازن این ناحیه برابر است با: که بار الکتریکی ذخیره شده در آن با ولتاژ اعمالی به کانال در این نقطه ربط خواهد داشت.از طرفی ولتاژ VDS میدانی ایجاد میکند که برابر است باظرفیت خازنی بازای واحد مساحت ناحیه گیت

اسلاید ۱۷: جریان در ناحیه تریوداین میدان باعث میشود تا بار الکتریکی جمع شده در زیر ناحیه گیت با سرعت زیر به حرکت در آید:جریان رانش حاصل برابر است با:با جایگذاری مقادیر خواهیم داشت:اگر چه این جریان برای یک نقطه بدست آمد اما باید برابر با جریانی باشد که از سورس به درین وجود دارد. لذا جریان درین به سورس برابر است با:با جابجائی و انتگرال گیری داریم:

اسلاید ۱۸: جریان در ناحیه اشباعمقدار جریان در ابتدای ناحیه اشباع با مقدار جریان در انتهای ناحیه تریود برابر خواهد بود. لذا با جایگزین کردنخواهیم داشت:در روابط فوق مقدار ثابت بوده و به تکنولوژی ساخت نیمه هادی برمیگردد. از اینرو میتوان آنرا با مقداری ثابت جایگزین نمود.در نتیجه رابطه جریان برابر است با:

اسلاید ۱۹: تکنولوژی زیر میکرونی(Sub Micron)مشاهده میشود که مقدار جریان به نسبت طول به عرض کانال بستگی دارد.مقدار L توسط سازنده انتخاب میشود تا ترانزیستور برای جریان دلخواه قابل استفاده باشد. از آنجائیکه ساخت تراتزیستور کوچک یک امتیاز محسوب میشود سعی میشود تا با کوچک کردن L به ترانزیستور کوچکتری رسید که در حال حاضر به علت محدودیت ساخت نمیتوان آنرا از کوچکتر کرد. این مقدار را حد تکنولوژی تعیین میکند.

اسلاید ۲۰: ترانزیستور MOSFET با کانال p (PMOS)یک ترانزیستور کانال p بر روی یک پایه n ساخته میشود و نواحی مثبت و منفی با استفاده از ناخالصی p+ بوجود می آیند در نتیجه حفره ها ناقل جریان خواهند بود.طرز کار آن شبیه ترانزیستور n کانال است با این تفاوت که VGSو VDS و Vt همگی منفی هستند.امروزه NMOS بدلیل کوچکی، سرعت بیشتر و مصرف توان کمتر بیشتر از PMOS مورد استفاده هستند.

اسلاید ۲۱: ترانزیستور CMOSتکنولوژی MOS مکمل و یا CMOS (Complementary MOS) از هر دو نوع ترانزیستور p,n استفاده میکند.تکنولوژی CMOS در بسیاری از مدارات دیجیتال و آنالوگ کاربرد دارد.در روی پایه از نوع p یک ناحیه با نام n well ایجاد میشود. این دو ناحیه توسط یک عایق از هم جدا میشوند.یک ترانزیستور کانال n در پایه و یک ترانزیستور کانال p درچاه n ایجاد میشود.Figure 4.9 Cross-section of a CMOS integrated circuit. Note that the PMOS transistor is formed in a separate n-type region, known as an n well. Another arrangement is also possible in which an n-type body is used and the n device is formed in a p well. Not shown are the connections made to the p-type body and to the n well; the latter functions as the body terminal for the p-channel device.

اسلاید ۲۲: شمای ترانزیستورها