Linh kiện điện tử chương 5 transistor hiệu ứng trường (FET)

trường để điều khiển độ dẫn điện trong bán dẫn đơn tinh thể• Dòng điện chỉ do một loại hạt mang điện sinh ra unipolar device • Transistor trường gồm có hai loại: – Nếu cực cửa cách ly v

• Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của FET (Field-Effect Transistor)

• Các tham số và đặc tính của FET

• Phân cực cho FET

• Sơ đồ tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần

số thấp

trường để điều khiển độ dẫn điện trong bán dẫn đơn tinh thể

• Dòng điện chỉ do một loại hạt mang điện sinh ra

(unipolar device)

• Transistor trường gồm có hai loại:

– Nếu cực cửa cách ly với kênh bởi tiếp giáp p-n thì đó

là transistor trường cực cửa tiếp giáp JFET

– Nếu cực cửa cách ly với kênh bởi lớp oxit kim loại thì

đó là transistor trường cực cửa cách ly oxit kim loại

(MOSFET); MOSFET lại có hai loại là MOSFET kênh đặt sẵn và MOSFET kênh cảm ứng

• Ưu điểm của transistor trường là: mức độ tiêu

– Hai đầu của kênh dẫn đưa ra hai chân là cực Máng D

(Drain) và cực Nguồn S (Source); thường JFET có cấu trúc đối xứng, nên cực D và cực S có thể đổi lẫn cho nhau

– Hai miếng bán dẫn ở hai bên được nối với nhau và được đưa ra một chân là cực cửa G (Gate)

Nguyên lý hoạt động JFET

• Để JFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n

• Xét nguyên lý làm việc của JFET kênh n:

– Để tiếp giáp p-n phân cực ngược thì U GS <0

– U DS >0 có tác dụng tạo ra dòng điện đi qua kênh

– Dòng điện đi qua kênh (dòng cực máng ID) phụ thuộc vào cả UGS và UDS

Nguyên lý hoạt động JFET

• Nếu giữ UGS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ thuộc của dòng cực máng ID vào UDS, ta có đặc tuyến ra: ID=f(UDS)|Ugs=const

– Tiếp tục tăng UDS, đến khi hai lơp tiếp giáp p-n gặp nhau tại một điểm, đó là sự “thắt” kênh→U DS =U DSS (pinch off)

– Tiếp tục tăng UDS thì điểm “thắt” sẽ dịch chuyển về phía

S, khi đó điện trở của kênh tăng dần, nên I D =I DSS ≈const

– Tiếp tục tăng UDS thì tiếp giáp p-n bị đánh thủng, JFET không hoạt động được

• Khi UGS<0 thì hiện tượng thắt kênh sẽ diễn ra sớm

Nguyên lý hoạt động JFET

• Họ đặc tuyến ra của JFET

Nguyên lý hoạt động JFET

• Nếu giữ UDS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ thuộc của dòng cực máng ID vào UGS, ta có đặc tuyến truyền đạt: ID=f(UGS)|Uds=const

– Nếu giảm U GS <0, tiếp giáp p-n phân cực mạnh dần

(vẫn phân cực không đồng đều: mạnh ở phía D, yếu ở phía S), nên độ rộng của kênh giảm dần, do vậy dòng

U

U I

I

Dòng điện qua JFET/MOSFET:

trở kháng vào nhỏ, trở kháng ra lớn)

Phân cực cho JFET

• Để JFET làm việc ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n luôn phân cực ngược

• Đối với JFET kênh n thì UGS<0 ; JFET kênh p thì

UGS>0

• JFET cũng như transistor cũng có các cách phân cực như: phân cực bằng hồi tiếp điện áp, phân cực bằng điện trở phân áp, phân cực bằng dòng cố định…Tuy nhiên các phương pháp này không thực hữu hiệu khi phân cực cho JFET

• Phương pháp thông dụng nhất để phân cực

Phân cực cho JFET

• Phân cực cho JFET bằng phương pháp tự phân cực

D D

DD D

S D

GS

R I

V U

R I

 D S 

D DD

Phân cực cho JFET

• Phân cực cho JFET bằng điện trở phân áp

Tính dòng điện và điện áp một chiều trên các cực của JFET?

Biết U D =7V

d m

DS

u

i g

g 0 1

off

DSS m

U

I

g0  2

và

DS o

GS

i

u r

const U

G

GS i

DS

i

u r





Điện dung tiếp xúc giữa các cực: Do tiếp giáp p-n phân

r’ gs: điện trở giữa hai cực G-S

r’ ds: điện trở giữa hai cực D-S

r’ và r’ rất lớn nên coi như hở mạch

– Trên đế bán dẫn loại n (hoặc p), người ta pha tạp hai lớp bán

dẫn loại p (hoặc n) và đưa ra hai cực D và S

– Kênh dẫn nằm dưới cực cửa và nối giữa cực D và S; kênh dẫn

được cách ly với cực cổng G bởi lớp oxit cách điện (thường là

SiO 2 )

– Nếu kênh dẫn hình thành sẵn trong quá trình chế tạo thì ta có

loại MOSFET kênh đặt sẵn (Depletion MOSFET: DMOSFET);

Nếu kênh hình thành trong quá trình làm việc thì ta có MOSFET

kênh cảm ứng (Enhancement MOSFET: EMOSFET)

Nguyên lý hoạt động MOSFET

• Để MOSFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó băng cách đặt lên các cực của nó điện áp một chiều thích hợp Khi làm việc thì đế và cực S của MOSFET được nối với nhau

• Xét nguyên lý làm việc của DMOSFET kênh n:

– Đặt vào kênh điện áp U DS >0 có tác dụng tạo ra dòng điện đi qua kênh ID

– Nếu U GS >0, điện trường do nó gây ra có tác dụng kéo các hạt dẫn thiểu số từ đế vào kênh→chế độ giàu của DMOSFET

– Nếu U GS <0, điện trường do nó gây ra có tác dụng kéo các hạt dẫn đa số từ kênh về đế→chế độ nghèo của DMOSFET

Nguyên lý hoạt động của EMOSFET

• EMOSFET chỉ hoạt động ở chế độ giàu : ( UGS>0

đối với EMOSFET kênh n ; và UGS<0 đối với EMOSFET kênh p )

• Xét nguyên lý hoạt động của EMOSFET kênh n

– Khi U GS ≤0, chưa có kênh dẫn, nên dù UDS>0, vẫn

không có dòng cực máng

– Khi U GS >0, kênh dẫn hình thành do điện trường do

UGS gây ra kéo các electron từ đế về kênh; điện áp

UGS bắt đầu hình thành kênh gọi là điện áp ngưỡng