دانشگاه آزاد اسلامی واحد دامغان

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق

عنوان :

 کارایی ادوات نیمه هادی در مصارف مختلف

برای دیدن جزییات بیشتر و دانلود پایان نامه اینجا کلیک کنید

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود
تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فصل اول
مقدمه
کارایی ادوات نیمه هادی در مصارف مختلف، به چگونگی ساختار آن ها و پارامترهای مختلف الکتریکی وابسته است. در میان افزاره های مختلف نیمه هادی، ترانزیستورهای اثر میدان توجه صنعت الکترونیک را به خود جلب کرده است. کارایی بالای این افزاره ها، موارد استفاده ی آن ها را از نانوتکنولوژی تا ترانزیستورهای قدرت گسترش داده است ]3-1[. در افزاره های قدرت، پارامترهایی از قبیل ولتاژ شکست، مقاومت حالت روشن ، سرعت کلیدزنی و فرکانس کاری، از ویژگی های الکتریکی مهم تر می باشند. بنابراین، برای بهبود کارایی این دسته از افزاره ها می بایست ضمن بررسی عملکرد دقیق هر ساختار، روش های نوینی را ارائه و مورد ارزیابی قرار داد.
در این فصل به بررسی مشخصه ی ترانزیستور اثر میدان پرداخته می شود، تا با درک مفهوم کلی و نحوه ی سازوکار این ترانزیستور ها، بتوان ترانزیستورهای قدرت را مورد ارزیابی قرار داد. در ادامه ی این فصل نیز به کاربردهای افزاره های قدرت و انواع آن ها اشاره شده است.
1-1) مشخصات جریان-ولتاژ ترانزیستور اثر میدان MOSFET
مشخصه ی جریان- ولتاژ ترانزیستور MOS در شکل (1-1) نشان داده شده است. چنانچه ولتاژ مثبت VD بین درین و سورس و ولتاژ VG کمتر از ولتاژ آستانه به گیت اعمال شود، افزاره در حالت انسداد قرار می گیرد. این ولتاژ انسداد MOSFET با شکست بهمنی محدود می شود. با توجه به شکل (1-1)، در ولتاژهای VD پایین، مشخصه ی جریان-ولتاژ شبیه یک خط راست می باشد که به این قسمت، ناحیه ی اهمی ترانزیستور می گویند.
با توجه به شیب خط راست و برای یک ولتاژ گیت معیّن VG، مقاومت حالت روشن بدست می آید. همچنین در این مشخصه، گذر بین ناحیه اهمی و ناحیه سوراخ شدگی ، شبه اشباع نامیده می شود.
همان طور که در شکل مشاهده می شود، این ناحیه به صورت سهمی وار است.
شکل (1-1)- مشخصه جریان-ولتاژ ترانزیستور MOSFET ]4[.

یک مطلب دیگر :

1-1-1) مشخصات کانال ترانزیستور MOSFET
برای بررسی مشخصات ناحیه ی کانال، به گیت ترانزیستور ولتاژی بیشتر از ولتاژ آستانه اعمال می شود تا کانال در آستانه ی وارونگی قرار گیرد. این شرایط در شکل (1-2) نشان داده شده است. بار کانال در حالت وارونگی از رابطه ی زیر بدست می آید:
(1-1)
که در این رابطه، C ox خازن مربوط به اکسید گیت است و VT ولتاژ آستانه ترانزیستور می باشد. باید توجه شود که حامل ها در برقراری جریان در کانال وارونه، نقشی اساسی دارند. با بررسی مقاومت ناحیه ی کانال می توان رابطه ای را برای جریان بدست آورد. مقاومت ناحیه ی کانال در حالت وارونگی از رابطه زیر بدست می آید ]4[:
(1-2)
که در آن، L طول ناحیه کانال ترانزیستور می باشد و W، پهنای آن است. پارامترهایی که به هندسه افزاره مربوط می-شود را می توان به صورت:
(1-3)
نشان داد.
شکل (1-2)- کانال ترانزیستور MOSFET: الف) VD≤VG-VT ب) VD=VG-VT ج) VD≥VG-VT ]4[.
با افزایش جریان، افت ولتاژ V(y) در طول کانال توسعه می یابد. در این شرایط، کانال ترانزیستور نازک تر می شود. همچنین، در طول کانال (y)، بار Q(y) وجود دارد. با در نظر گرفتن بار Q(y)در کانال ترانزیستور می توان مقاومت کانال را در راستای yبدست آورد. چنانچه یک جزء دیفرانسیلی dR از مقاومت کانال ترانزیستور را در نظر بگیریم، با توجه به معادله (1-2) می توان نوشت:
(1-4)
که در این رابطه، Q(y) برابر است با:
(1-5)
در جزء دیفرانسیلی dR، افت ولتاژ از رابطه ی زیر بدست می-آید:
(1-6)
با جایگذاری معادلات (1-4) و (1-5) در معادله ی (1-6)، جریان به صورت رابطه ی زیر می شود:
(1-7)
که در آن، ولتاژ VD بین مرزهای 0=y و L=y از رابطه:
(1-8)