رباعي الأقطاب ذو التأثير الميداني

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

الصمام الرباعي ذو التأثير الحقلي هو جهاز شبه موصل ذو أربعة أطراف. وقد استُخدم هذا المصطلح لأول مرة عام 1959 لوصف فئة من أجهزة التأثير الحقلي ثنائية القناة. ثم أُعيد استخدامه لاحقًا خلال ستينيات القرن العشرين لوصف بعض أجهزة MOS متعددة البوابات المستخدمة بشكل أساسي في إلكترونيات الترددات الراديوية.

بنية قناة متناظرة

ترانزستور تأثير المجال رباعي الأقطاب [ 1 ] أو رباعي تأثير المجال هو جهاز شبه موصل ذو حالة صلبة ، يتكون من قناتين لتأثير المجال متصلتين بشكل مستقل، يفصل بينهما وصلة. في هذا الشكل، يكون جهازًا رباعي الأطراف، ولا يحتوي على أطراف بوابة محددة لأن كل قناة تعمل كبوابة للأخرى، [ 2 ] حيث تعمل ظروف الجهد على تعديل التيار الذي تحمله القناة الأخرى. [ 3 ]

قام كلٌّ من إتش إيه ستون جونيور وآر إم وارنر جونيور من مختبرات بيل بتحليل الجهاز في ورقة بحثية نُشرت عام ١٩٦١. [ ٤ ] وصف الباحثان بنيةً متناظرةً لقنوات توصيل متجاورة من النوعين n و p، تشترك في وصلة منحازة عكسيًا، مع طرفين متصلين بكل قناة. يعتمد التيار في كل قناة على جهود الأطراف الأربعة. طوّرت الورقة البحثية علاقات التيار-الجهد بناءً على هذا التحكم المتبادل، وناقشت تطبيقاتٍ تشمل المقاومات المتغيرة إلكترونيًا، وانعكاس المعاوقة، ونقل الإشارات غير التبادلي، والمقاومة السالبة المتحكم بها بالجهد .

العلاقة بين التيار والجهد

يمكن التعبير عن سلوك التيار والجهد للجهاز تحليليًا عن طريق نمذجة قنوات النوع n والنوع p كمسارين للتوصيل يتم تحديد تياراتهما بشكل مشترك بواسطة جميع جهود الأطراف الأربعة.

حيث يكون الجهد على القناة الأولىV1-V2{\displaystyle V_{1}-V_{2}}والجهد على القناة الثانية هوV3-V4{\displaystyle V_{3}-V_{4}}، التيار في القناة الأولى،أنا1{\displaystyle I_{1}}والتيار في القناة الثانية،أنا2{\displaystyle I_{2}}، ويتم الحصول عليها من خلال:

أنا1=جي1(V1-V2)[1-23Vص1/2(V1-V3)(3/2)-(V2-V4)(3/2)(V1-V3)-(V2-V4)]{\displaystyle I_{1}=G_{1}(V_{1}-V_{2})\left[1-{\frac {2}{3V_{p}^{1/2}}}{\frac {(V_{1}-V_{3})^{(3/2)}-(V_{2}-V_{4})^{(3/2)}}{(V_{1}-V_{3})-(V_{2}-V_{4})}}\يمين]}

و

أنا2=جي2(V3-V4)[1-23Vص1/2(V3-V1)(3/2)-(V4-V2)(3/2)(V3-V1)-(V4-V2)]{\displaystyle I_{2}=G_{2}(V_{3}-V_{4})\left[1-{\frac {2}{3V_{p}^{1/2}}}{\frac {(V_{3}-V_{1})^{(3/2)}-(V_{4}-V_{2})^{(3/2)}}{(V_{3}-V_{1})-(V_{4}-V_{2})}}\يمين]}،

حيثجيأنا{\displaystyle G_{i}}تمثل هذه القيم موصلية الجهد المنخفض للقنوات وVص{\displaystyle V_{p}}هو جهد القطع (بافتراض أنه نفسه لكل قناة).

التطبيقات

يمكن استخدام رباعي الأقطاب ذي التأثير الحقلي كمقاوم متغير إلكترونيًا عالي الخطية ، حيث لا تتأثر المقاومة بجهد الإشارة. يمكن أن يتجاوز جهد الإشارة جهد الانحياز ، وجهد القطع، وجهد انهيار الوصلة . يعتمد هذا الحد على التبديد. يتدفق تيار الإشارة عكسيًا مع مقاومة القناة. لا تؤثر الإشارة على طبقة الاستنزاف ، لذا يمكن لرباعي الأقطاب العمل بترددات عالية. يمكن أن تكون نسبة الضبط كبيرة جدًا، حيث يصل حد المقاومة العالية إلى نطاق الميغا أوم في ظروف القطع المتناظرة. [ 2 ]

رباعيات MOS و MOSFETs ثنائية البوابة

في مجال إلكترونيات الترددات الراديوية، يُستخدم مصطلح "رباعي MOS" لوصف ترانزستورات MOSFET ثنائية البوابة، حيث يتحكم قطبان كهربائيان منفصلان في قناة توصيل واحدة. طُوّرت هذه الأجهزة لتطبيقات مضخمات الترددات الراديوية، حيث تُستخدم إحدى البوابتين لإدخال الإشارة والأخرى للتحكم في الكسب، مما يقلل من التغذية الراجعة بطريقة مشابهة لشبكة الحماية. يوفر هيكلها متعدد البوابات نطاقًا ديناميكيًا جيدًا وأداءً محسّنًا في الترددات العالية، وغالبًا ما تُحلل كمراحل متتالية لشرح سلوكها عند ترددات VHF. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

في أجهزة MOS المستوية، يؤثر طرف الجسم (أو الطرف الرئيسي) على توصيل القناة عبر وصلة الجسم-القناة، حيث يعمل كبوابة وصلة. غالبًا ما يُربط الطرف الرئيسي بالمصدر لإزالة تأثير الجسم وتثبيت جهد العتبة . [ 8 ] في استخدامات أخرى، يُحَيَّز الطرف الرئيسي للتحكم في جهد العتبة أو تقليل التسريب، خاصةً في دوائر الذاكرة. [ 9 ] في تصميمات الجهد المنخفض، يُستخدم الطرف الرئيسي أيضًا مباشرةً كمدخل للمضخم عندما تكون إشارة الدخل منخفضة نسبيًا مقارنةً بجهد العتبة. [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ترانزستور تأثير المجال رباعي الأقطاب، مؤرشف في 8 ديسمبر 2015 في Wayback Machine ، تعريف JEDEC
  2. 1 2 ريموند م. وارنر الابن؛ جيمس ن. فورديموالت، محرران. (1965). الدوائر المتكاملة: مبادئ التصميم والتصنيع . ماكجرو هيل. الصفحات 220-223 . 
  3. ↑ كريستوفر ج. موريس، محرر. (15 سبتمبر 1992). قاموس العلوم والتكنولوجيا، دار النشر الأكاديمية . دار النشر الأكاديمية. ص 824. ISBN  9780122004001.
  4. ↑ ستون، هـ. أ.؛ وارنر، ر. م. (يوليو 1961). "الصمام الرباعي ذو التأثير الميداني". وقائع معهد مهندسي الراديو . 49 (7): 1170-1183 . رمز Bibcode : 1961PIRE...49.1170S . doi : 10.1109/JRPROC.1961.287861 .
  5. ↑ ديتريك، ن.؛ ميتشل، م.؛ داوسون، ر. (1965). "مصعد رباعي MOS منخفض الطاقة". الاجتماع الدولي لأجهزة الإلكترونيات . واشنطن العاصمة، الولايات المتحدة الأمريكية: IEEE. ص 62. doi : 10.1109/IEDM.1965.187628 . 
  6. ↑ بيرنز، جوزيف (سبتمبر 1967). "خصائص التردد العالي لترانزستور تأثير المجال ذي البوابة المعزولة". مراجعة آر سي إيه . 28 (3): 396-400 .
  7. ↑ أوكومورا، ت. (يناير 1969). "صمام رباعي الأقطاب MOS". مجلة فيليبس التقنية . 30 (1): 134-141 .
  8. ↑ رضوي، بهزاد (2001). تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية بتقنية CMOS . ماكجرو هيل. ص 73. ISBN  978-0-07-052903-8.
  9. ↑ بهافناغاروالا، أ. ج.؛ كوسونوكي، س. ف.؛ إيميدياتو، م.؛ كنيبل، د.؛ هاين، أ.-م. (يونيو 2003). "ذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM) من فئة البيكو جول، بتردد 1 جيجاهرتز، وسعة 32 كيلوبايت × 64 بت، مع انحياز عكسي ذاتي". ندوة 2003 حول دوائر VLSI. ملخص الأوراق التقنية (IEEE Cat. No. 03CH37408) . الصفحات 251-252 . Bibcode : 2003vlsc.conf...70B . doi : 10.1109/VLSIC.2003.1221218 . ISBN  4-89114-034-8.
  10. ↑ ألين، ب. و.؛ بلالوك، ب. ج.؛ رينكون، ج. أ. (فبراير 1995). "مضخم عمليات CMOS بجهد 1 فولت باستخدام ترانزستورات MOSFET تعمل بتقنية الدفع بالكتلة" . وقائع مؤتمر ISSCC '95 - المؤتمر الدولي للدوائر المتكاملة . الصفحات 192-193 . doi : 10.1109/ISSCC.1995.535518 . ISBN  0-7803-2495-1.