nMOS a svuotamento - invertitore con carico svuotato (30)

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una tipologia particolare di transistore nMOS è detta a svuotamento (depletion) mostrato in figura 8. La sua peculiarità è quella di avere una tensione di soglia negativa, e per questa ragione viene definito anche sempre acceso.

Questo perché, durante il processo di realizzazione, vengono impiantati ioni donatori anche nella regione di canale, e non solo nelle regioni di drain e source.
Segue esattamente le stesse leggi per un nMOS classico.
Figura 8: simbolo circuitale nMOS depletion.

Il nuovo modello di transistore nMOS verrà impiegato come carico al pull-up, sostituendo di fatto il MOS a carico saturato. Il nuovo circuito è mostrato in figura 9.
Figura 9: invertitore nMOS a carico svuotato.

Si considerino i due transistori descritti dallo stesso beta e dalla stessa tensione di soglia, in modulo. Sapendo che la tensione di soglia è negativa e che drain e gate sono ancora in cortocircuito:
il nuovo transistore lavora sempre in regione lineare. Valgono le stesse leggi esposte per il circuito invertitore a carico saturato.
  • M1 OFF: il transistore è spento. Non scorrendo corrente, si può calcolare facilmente l'uscita, eguagliando la corrente del transistore M2 in regime lineare a zero:
    in cui la tensione giusta è quella del primo caso.

  • M1 SAT: il transistore lavora in regime di saturazione e l'uscita è minore della differenza ingresso e soglia.

  • M1 LIN: il transistore M1 raggiunge una tensione di uscita inferiore alla differenza tra ingresso e soglia.
    una lunga equazione che, alla fine, porta allo stesso risultato di una funzione che tende asintoticamente a zero.
Il risultato finale, la caratteristica ingresso uscita, è mostrata nel grafico in figura 10:
Figura 10: caratteristica ingresso uscita dell'invertitore nMOS a carico svuotato.

Occorre sottolineare che anche questo tipo di invertitore è ratioed, ovvero consuma potenza statica. Se la tensione in ingresso fosse pari alla tensione di alimentazione VDD, la corrente, prima di tutto, non è nulla poiché entrambi i transistori lavorano in regime lineare; la tensione di uscita, poi, non è per niente nulla (osservare la caratteristica). Il prodotto tensione corrente, pari alla potenza, è positivo e non nullo.

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