MOSFET의 동작 영역과 드레인 전류의 변화를 알아보자(실험 해설)

 

안녕하세요 배고픈 노예입니다. 이번 방학의 목표는 전자회로 2 과정의 실험을 다 적기로 하였는데 드디어 전자회로 실험 2의 첫 걸음인 MOSFET 특성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

전자회로 2 실험주제는 아래와 같습니다.

 

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실험 목표

1. MOSFET의 구조
   
   
2. 세가지의 동작 영역
   
   
3. I-V Curve, 전류 전압 특성 확인
   
   
   

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실험 보고서를 쓰실 때 아직 쓰는 법이 어렵거나 참고용으로 읽기에 좋은 포스팅을 올려두고 본론으로 시작하겠습니다.

 

2021.04.27 - [실험 관련/회로이론, 전자회로 실험 가이드라인] - 실험 보고서 서론작성법

실험 보고서 서론작성법

2021.04.30 - [실험 관련/회로이론, 전자회로 실험 가이드라인] - 실험 보고서 본론작성법

실험 보고서 본론작성법

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MOSFET의 구조

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MOSFET의 구조는 MOSFET 물리에서 설명하고 있는 물리적인 구조와 물리적인 구조에서 설명하고 있는 각 단자 또는 핀(PIN)의 역할을 설명해야되며 NMOS와 PMOS의 구분과 심볼을 알아야 합니다.

 

MOSFET의 심볼

 

위의 심볼을 보면 화살표 방향이 소스 단자임을 알려주는 하나의 기준이라고 생각하시면 되겠습니다.

 

 

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세 가지의 동작 영역

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세가지의 동작영역은 대신호를 알아보는 건데요 즉 DC를 Sweep했을 때 어떻게 동작하는지에 대해 이해하는 겁니다.

 

이번 실험 회로

 

위 사진을 보게 되면 MOSFET의 게이트 전압과 드레인에 전압을 인가되어야 하는 회로이며 이번 실험은 Vds와 Vgs의 DC값을 Sweep하여 드레인 전류의 변화를 확인하는 것이 주된 내용이에요.

 

Vsig는 게이트에 인가하는 전압원, Vdd는 MOSFET에 전압을 공급하기 위해서 공급 전압의 역할을 하고 있습니다.

Vgs의 의미는 게이트 전압과 소스 전압의 차이를 표현한 것인데 Vg - Vs =Vgs임을 참고 하셔야 합니다.

똑같이 Vds도 Vd-Vs=Vds입니다. 위 회로에서는 Vs가 그라운드에 연결이 되어있으므로 Vs=0입니다.

 

동작영역에 대해서 간단히 표를 통해 설명하도록 하겠습니다.

<표 - 1 : 동작 영역에 따른 명칭과 드레인 전류>

동작 영역	명칭	드레인 전류 수식(Id) / 채널길이변조는 고려하지 않음
Vgs < Vth	OFF, 오프	0
Vgs-Vth>Vds	Triode, 트라이오드
Vgs-Vth<Vds	Saturation, 포화

 

보고서에는 시뮬레이션의 결과를 넣어야 하는데 아래와 같이 전압원(Voltage Source)에 dc값을 스윕하여 첨부하시면 됩니다.

 

시뮬레이션의 결과를 보게 되면 x축은 Vds, 축은 드레인 전류를 의미하고 있습니다.

 

이번 실험을 통해 Vds의 DC 변화에 따라 컷 오프, 트라이오드, 포화 영역의 세 가지 동작영역을 알 수 있고 Vgs의 변화에 따라 드레인 전류가 더 많이 흐른다는 것을 알 수 있지요.

 

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시뮬레이션 과정에 대해서는 아래 링크에 모든 과정을 담았습니다.

 

실험 해설이다보니 과정은 생략한 점 이해해주시면 감사하겠습니다.

 

2021.07.14 - [시뮬레이션 툴(Simulation Tool)/LTSpice] - LTspice DC Sweep을 이용한 MOSFET 동작영역 확인

LTspice DC Sweep을 이용한 MOSFET 동작영역 확인

 

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시뮬레이션과 실험의 차이점

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이번 실험에서 시뮬레이션의 결과와 실제 실험의 차이점은 그리 많지 않습니다.

 

기존의 시뮬레이션에서 인가되는 값의 파라미터는 라자비 2판을 기준의 공정값과 실제 실험에서 주어지는 MOSFET의 공정의 파라미터가 주된 차이점이 되겠습니다.