« Transistor/Transistor MOSFET » : différence entre les versions

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<math>I_{DS} = \frac{K}{2}(V_{GS}-V_{TH})^2</math>
 
Il se comporte ainsi comme un générateur de courant commandé en tension. Cela permet par exemple d'amplifier un signal faible, comme nous le verrons dans un exemple. Cependant, la relation entre le courant et la tension n'estn’est pas linéaire, ce qui a tendance à déformer le signal. Nous verrons comment corriger.
 
D'un autre côté, l'absence de courant entre la grille et la source permet un interfaçage direct entre un système de puissance (alimentation électrique, éclairage…) et un système de contrôle numérique (ordinateur…).
[[Fichier:Caracteristique MOSFET.svg|center|450px]]
 
On observe ici le courant en fonction de la tension au drain, pour différentes tension à la grille. En rouge, la zone de fonctionnement « linéaire », qui ne nous intéresse pas. En jaune, la zone de fonctionnement en saturation. Il est à noter que cette courbe n'estn’est pas tout à fait réaliste :
* le courant n'estn’est pas une fonction linéaire de <math>V_{GS}</math> ;
* pour <math>V_{GS}</math> plus petit qu'une tension seuil non nulle, le courant s'annule.
 
Il s'agit donc d'une porte logique « NON » rudimentaire.
 
Remarquons que, lorsque l'entrée est basse, aucun courant ne parcourt le circuit, alors que, lorsqu'elle est haute, ce n'estn’est pas le cas. Cela signifie que, même lorsque l'inverseur n'estn’est pas utilisé activement, tant que l'entrée est haute, il consomme de l'énergie. Cela devient un problème lorsqu’il y a plusieurs millions de tels inverseurs dans un circuit, ''a fortiori'' dans un micro-processeur. C'est pour pallier ce défaut qu'a été inventé l'architecture CMOS décrite plus bas.
 
== L'architecture CMOS ==
[[Fichier:CMOS Inverter.svg|right|thumb|250px|Un inverseur CMOS.]]
 
Comme l'exemple de l'inverseur le suggère, utiliser le MOSFET en « interrupteur » risque de laisser passer un courant. Celui-ci est non seulement inutile (car c’est la tension qui sert au système) mais en plus il a pour conséquence une dissipation d'énergie qui échauffe les circuits. Pour des micro-processeurs, qui regroupent sur un espace réduit des millions (voire des milliards) de transistors, cette dissipation pourrait atteindre des centaines de kilowatts, ce qui n'estn’est pas acceptable.
 
Une solution est de dessiner les circuits en respectant une architecture appelée CMOS (''Complementary MOS'', MOS complémentaires). L’idée sous-jacente est, à l'instar de l'inverseur dans un cas, qu’il est possible de ne jamais relier alimentation et masse. Ce qui assure qu'aucun courant ne circule. Pour cela, on utilise à la fois des NFETs et des PFETs, de manière complémentaire.
[[Fichier:CMOS NAND Layout.svg|center|thumb|250px|Une porte logique NON-ET en architecture CMOS, prête à être gravée.]]
 
Cette porte logique est facile à lire : en haut le ''pull-up'', en bas le ''pull-down''. Puisqu’ils font la même chose, il suffit par exemple de regarder le comportement du ''pull-down'' : la sortie (OUT) est haute si et seulement s'il n'y a pas de connexion entre elle et la terre, c'est-à-dire si l'une ou l'autre des entrées (en vert) n'estn’est pas activée. C'est une porte NON-ET.
 
L'échelle de gravure de ces pistes, de l’ordre de la dizaine de µm, permet de condenser près de 2 milliards de MOSFET sur une surface comparable à celle d'un ongle humain.
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