ứng dụng của điện tử công suất, chương 9 pptx

Chương 9: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHU ẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET Ở FET, sự liên hệ giữa ngõ vào và ngõ ra không tuyến tính như ở BJT. Một sự khác biệt nữa là ở BJT người ta dùng sự biến thiên của dòng ñiện ngõ vào (I B ) làm công việc ñiều khiển, còn ở FET, việc ñiều khiển là sự biến thiên của ñiện thế ngõ vào V GS . Với FET các phương trình liên hệ dùng ñể phân giải mạch là: I G = 0A (dòng ñiện cực cổng) I D = I S (dòng ñiện cực phát = dòng ñiện cực nguồn). FET có thể ñược dùng như một linh kiện tuyến tính trong mạch khuếch ñại hay như một linh kiện số trong mạch logic. E-MOSFET thông dụng trong mạch số hơn, ñặc biệt là trong cấu trúc CMOS. 3.1 PHÂN CỰC JFET VÀ DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH THEO KIỂU H I Ế M : 3.1.1 Phân cực cố ñịnh. 3.1.2 Phân cực tự ñộng. 3.1.3 Phân cực bằng cầu chia ñiện thế. Vì khi ñiều hành theo kiểu hiếm, 2 loại FET này ñều hoạt ñộng ở ñiện thế cực thoát dương so với cực nguồn và ñiện thế cực cổng âm so với cực nguồn (thí dụ ở kênh N), nên có cùng cách phân cực. Ðể tiện việc phân giải, ở ñây ta khảo sát trên JFET kênh N. Việc DE-MOSFET ñiều hành theo kiểu tăng (ñiện thế cực cổng dương so với ñiện thế cực nguồn) sẽ ñược phân tích ở phần sau của chương này. 3.1.1 Phân cực cố ñ ị nh : Dạng mạch như hình 3.1 Ta có: I G = 0; V GS = -R G I G - V GG ⇒ R G I G = 0 ⇒ V GS = -V GG (3.1) Ðường thẳng V GS =-V GG ñược gọi là ñường phân cực. Ta cũng có thể xác ñịnh ñược I D từ ñặc tuyến truyền. Ðiểm ñiều hành Q chính là giao ñiểm của ñặc tuyến truyền với ñường phân cực. Từ mạch ngõ ra ta có: V DS = V DD - R D I D (3.2 ) Ðây là phương trình ñường thẳng lấy ñiện. Ngoài ra: V S = 0 V D = V DS = V DD - R D I D V G = V GS = -V GG 3.1.2 Phân cực tự ñ ộ n g: Ðây là dạng phân cực thông dụng nhất cho JFET. Trong kiểu phân cực này ta chỉ dùng một nguồn ñiện một chiều V DD và có thêm một ñiện trở RS mắc ở cực nguồn như hình 3.3 Vì I G = 0 nên V G = 0 và I D = I S ⇒ V GS = V G - V S = -R S I D (3.3) Ðây là phương trình ñường phân cực. Trong trường hợp này V GS là một hàm số của dòng ñiện thoát I D và không cố ñịnh như trong mạch phân cực cố ñịnh. - Thay V GS vào phương trình schockley ta tìm ñược dòng ñiện thoát I D . - Dòng I D cũng có thể ñược xác ñịnh bằng ñiểm ñiều hà n h Q . Ð ó l à g i ao ñ i ể m c ủ a ñ ư ờ n g p h â n c ực v ớ i ñ ặ c t uy ế n t r u y ề n . Mạch ngõ ra ta có: V DS = V DD -R D I D -R S I S = V DD -(R D + R S )I D (3.5 ) Ðây là phương trình ñường thẳng lấy ñiện. Ngoài ra: V S =R S I D ; V G = 0; V D = V DD -R D I D 3.1.3 Phân cực bằng cầu chia ñiện t h ế : Dạng mạch như hình 3.5 Ta có: V GS = V G - V S V GS < 0 tức V S = R S I S = R S I D ⇒ V GS = V G - R S I D (3.7) Ðây là phương trình ñường phân cực. Do JFET ñiều hành theo kiểu hiếm nên phải chọn R 1 , R 2 và R S sao cho truyề n. I DQ và V GSQ chính là tọa ñộ giao ñiểm của ñường phân cực và ñặc tuyến Ta thấy khi R S tăng, ñường phân cực nằm ngang hơn, tức V GS âm hơn và dòng I D nhỏ hơn. Từ ñiểm ñiều hành Q, ta xác ñịnh ñược V GSQ và I DQ . Mặt khác: V DS = V DD - (R D + R S )I D (3.8) V D = V DD - R D I D (3.9) V S = R S I D (3.10) 3.2 DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH KIỂU T ĂN G : 3.2.1Phân cực bằng cầu chia ñiện thế. 3.2.2 Phân cực bằng hồi tiếp ñiện thế. Ta xét ở DE-MOSFET kênh N. Ðể ñiều hành theo kiểu tăng, ta phải phân cực sao cho V GS >0 nên I D >I DSS , do ñó ta phải chú ý ñến dòng thoát tối ña I Dmax mà DE-MOSFET có thể chịu ñựng ñược. 3.2.1 Phân cực bằng cầu chia ñiện t h ế : Ðây là dạng mạch phân cực thông dụng nhất. Nên chú ý là do ñiều hành theo kiểu tăng nên không thể dùng cách phân cực tự ñộng. Các ñiện trở R 1 , R 2 , R S phải ñược chọn sao cho V G >V S tức V GS >0. Thí dụ ta xem mạch phân cực hình 3.7. - Ðặc tuyến truyền ñược xác ñịnh bởi: I DSS = 6mA V GS (o ff) =- 3v - Ðường phân cực ñược xác ñịnh bởi: V GS = V G -R S I D Vậy V GS (off) = 1.5volt - I D (mA). 0,15 (kΩ) Từ ñồ thị hình 3.8 ta suy ra: I DQ =7.6m A V GSQ = 0.35v V DS = V DD - (R S +R D )I D = 3.18v . Chương 9: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHU ẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET Ở FET, sự liên hệ giữa ngõ vào và ngõ ra không tuyến tính như ở BJT. Một sự khác biệt nữa là ở BJT người ta dùng sự biến thiên của. người ta dùng sự biến thiên của dòng ñiện ngõ vào (I B ) làm công việc ñiều khiển, còn ở FET, việc ñiều khiển là sự biến thiên của ñiện thế ngõ vào V GS . Với FET các phương trình liên hệ dùng. kiểu tăng (ñiện thế cực cổng dương so với ñiện thế cực nguồn) sẽ ñược phân tích ở phần sau của chương này. 3.1.1 Phân cực cố ñ ị nh : Dạng mạch như hình 3.1 Ta có: I G = 0; V GS = -R G I G - V GG ⇒