¿Cómo puedo calcular \$V_{out}\$ en un MOSFET?

Question

No entendió mi conferencia sobre los MOSFETs. Específicamente, ¿cómo puedo calcular \$V_{out}\$ en el circuito de abajo?

Answer 1

Lo que sigue debería proporcionarle suficiente material para permitirle descifrar su conferencia perdida. Si sólo intenta utilizarlo para introducir cifras para resolver un único problema de la tarea, no ganará mucho en general. Lo que sigue es un Popurrí y tendrá que determinar cuál es relevante.

Lo mejor sería "desentrañar" esa clase y/o conseguir una comprensión adecuada del tema, ya sea con un libro de texto o con un amigo o un profesor. El hecho de que alguien te ayude a introducir números en las ecuaciones no te ayudará, en el mejor de los casos, a superar la tarea actual.

Aquí hay una página que MAYO ayudarles con lo que están haciendo.
La diapositiva 4, al final de la página 2, ofrece la siguiente información. La he editado un poco para que se vea mejor aquí y conservar sólo lo que parecía pertinente - véase la página referida para obtener información adicional.

Lo que esto hace es relacionar la mayoría de los parámetros que tienes de tal manera que deberías ser capaz de enchufar los resultados en el diagrama que tienes.
Tú tienes que decidir si esto satisface lo que realmente necesitas. Es posible que tenga que pensar de forma creativa para vincular algunos parámetros, ya que las convenciones de nomenclatura parecen ligeramente diferentes.

• Corriente de drenaje, transistor MOS, en saturación, canal largo

  • IDSAT = K'n /2 * W/L (VGS -VT ) 2 (1 + λ VDS )

  • K' n = µn Cox

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También pueden ser útiles Estas notas

También este molesto documento SCRIBD - página 5 especialmente MAYO ser útil

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Y esto Nota de aplicación de Fairchild ofrece una guía algo simplista pero posiblemente bastante útil.

Incluyendo

Los siguientes cálculos derivan cómo la longitud de la puerta "W" afecta al RON.

• ID = (µn COX) W/L [(VGS - VT) VDS - 1/2VDS^ 2 ]

  Dónde:
  µn = Movilidad de los electrones, (la facilidad con la que los electrones derivan en el material)
  COX = Capacidad de óxido
  W = Longitud de la puerta (véase la figura 1)
  L = Anchura de la puerta (véase la figura 1)
  RON = Resistencia de encendido o resistencia drenaje-fuente
  ID = Corriente de drenaje

RON se puede obtener tomando la derivada parcial de ID sobre VDS cuando todas las demás variables se consideran constantes.

• RON = 1/(µn COX W/L)(VCC - VIN - VT))

  Dónde:
  VDS = 0

Por lo tanto:

• RON = 1/(µn COX W/L)(VGS - VT)

  Donde
  VS = VIN y VG = VCC

Por lo tanto (ecuación 1):

• RON = 1/(µn COX W/L)(VCC - VIN - VT)

Answer 2

Sólo para dar una idea de cómo leer el circuito: hay un pMOS conectado por diodo, que funciona como carga activa, y un nMOS con un valor fijo en su puerta, por lo que los únicos grados de libertad son la corriente que fluye en el circuito y el VDS del transistor (que son complementarios por lo que es un grado de libertad).

Así que tienes la misma corriente en los dos transistores, y puedes igualar el término con Cox... (con Vgs y Vds como parámetros), fijar Vgs2 en 1,8 y Vgs1 como 0,7 y obtener Vds.

NOTA : los valores (Vt es el ejemplo más evidente) parecen intercambiarse entre M1 y M2, ya que normalmente los nMOS tienen la beta más alta para el mismo factor de forma.

Cálculos

Ecuación de corriente para MOS de canal largo en la región lineal: $$ I_{DS}= \frac{\beta '_T W}{L}\left [ (V_{GS}-V_T)V_{DS}-\frac{1}{2}{V_{DS}}^2 \right ]$$

Ecuación de la corriente para el MOS saturado: $$ I_{DS} \simeq \frac{\beta '_T W}{L}\left [ V_{GS}-V_{T} \right ]^2$$

Ahora puedes sustituir los valores de nMOS y pMOS considerando que \$I_{DS}\$ es el mismo:

$$\frac{\beta '_{Tn} W_n}{L_n} \left [ (V_{GSn}-V_{Tn})V_{DSn}-\frac{1}{2}{V_{DSn}}^2\right ]= \frac{\beta '_{Tp} W_p}{L_p}\left [ V_{GSp}-V_{Tp} \right ]^2$$

Y echando cuentas (teniendo en cuenta que \$V_{DSp}=V_{GSp}\$ ):

$$\frac{100 \cdot 150}{2} \left [ (1.8-0.7)V_{out}-\frac{1}{2}{V_{out}}^2\right ]= \frac{50 \cdot 10}{2} \left [ V_{out}-1.8+0.7 \right ]^2$$