MẠCH ĐIỆN MOSFET VÀ LOGIC

GT ĐIỆN TỬ CƠ BẢN MOSFET VÀ CỔNG LOGIC I Khái niệm số • • • • Thí dụ bậc điện SW Khi SW hở : Đèn tắt “0” Khi SW đóng: Đèn sáng “1” Cho ta khái niệm tín hiệu V + L không liên tục hay tín hiệu “số” H 5V Đúng • Digit L 0V sai I Đặc tính cuả bậc điện tử(công tắc điện tử) In Control = "0" In control =“1” SW control = “0” Control ="1" Khi điều khiển = “0” , bậc hở, bậc trang thái OFF Khi điều khiển =Out “1”, bậc đóng,Out bậc trạng thái ON Vậy ta thực hàm logic bậc (công tắc)điện tử MOSFET linh kiện thường sử dụng làm bậc II Bậc MOSFET • • MOSFET ( Metal Oside Semiconductor) dùng chế tạo vi mạch, vi mạch kích thước lớn (VLSI – Very large Scale Integration) Ký hiệu linh kieän MOSFET: D Drain Gate G D G S Source S linh kiện rời không đối xứng vi mạch (IC) đối xứng D S n - MOSFET Cách hoạt động bậc MOSFET • Theo quan điểm hai cảng: S mod (Sweitch mode) D D iDS G G ON OFF vGS VTH S S VT = 1V • Theo dạng oscilloscope: iDS Đặc tuyến iDS = f(vDS) vGS < VTH vGS >/ VTH vDS • Inverter (Mạch Ñaûo) VDD = V RL B A vout 5V A B =/A VT =1V 5V vin • Mức điện ( Laptop T1000) Gởi 1: Nhận 4,5 4,1 ViH VOH }vùng cấm 0,9 0,5 ViL VOL VOL = 0,5V VOH = 4,5V VOL = 0, 2V VIL = 0,5 VOH = 4,8V VIH   Yes = 4,5V  VIL = 0,9V VIH = 4,1V VOL = 0,5V VOH = 4,5V VIL = 1,5V   no VIH = 3,5V  Model SR ( Switch resistor model) cûa MOSFET • Model MOS xác iDS D D vGS >/ VTH iDS G 1/RON vGS < VT • G ON vGS VTH S S VT = 1V • VDD Bảng thật VDD RD RD C Vo G OFF G C=0 RON C =1 vGS VTH S Vo = RON VDD ≤ VOL RON + RD Vo • Cách hoạt động chế độ giao hốn Khi khơng có xungvào:MOSFET khơng dẫn Ta có: +VDD R DS (off ) VDD ≅ V DD = VOH RD + R DS (off ) ∞Ω = ( 20V ) = 20V 1k Ω + ∞Ω V o (off ) = • RD Vo Khi có xung vào: MOSFET dẫnR RDS(off) Ta có: R DS (on) ( on ) = Vo V DD ≅ 0V = VOL R D + R DS (on) 10Ω = ( 20V ) = 0,198V ≅ 0, 2V 1k Ω + 10Ω +VDD Vo RDS(ON) • • Tóm lại: Có hai mô hình ( model) MOSFET iD iD vGS >/ VTH vGS >/ VTH 1/RON vGS < vTH vDS S model vGS < VTH vDS SR model xấp xỉ xấp xỉ Mô hình MOSFET 2.Cách hoạt động E-MOSFET kênh n gọi NMOS loại tăng trước tiên phân cực với VDS >0 nhỏ giử không đổi ,cho VGS thay đổi: • • • Khi VGS VGS < VTH MOSFET vẩn ngưng dẫn Khi VGS > VTH số điện tích âm cực cổng đủ hình thành kênh n từ cực S sang cực D, nhờ điện tử tự dễ dàng di chuyển từ S sang D tác động điện trường ngồi ( cực D có VDD lớn) MOSFET dẫn điện điện trường nhỏ nên dòng ID vào khoảng vài uA • • Khi VGS > lớn, số điện tử tự ( hạt tải đa số ) kênh cảm ứng tăng làm dòng ID tăng Nếu giử VGS đủ lớn làm thay đổi VDS ( cách thay đổi VDD):  Lúc VDS nhỏ dòng ID tăng nhanh  Lúc VDS tăng đủ lớn, vùng thoát phân cực nghịch , vùng lan rộng làm hẹp bị nghẽn cuối kênh , dòng ID đạt trị số bão hồ ( có trị lớn nhứt khơng đổi) VDSbh  Sau đó, tiếp tục gia tăng VDS > VDSbh vùng phía cực D rộng làm điểm nghẽn di chuyển phía cực nguồn S nên dòng ID giử trị khơng đổi ( bão hoà) ( H.9 ) Chú ý (1) Do EMOSFET dẫn điện hạt tải đa số nên gọi lả linh kiện hạt tải đa số hay transistor đơn cực(đơn hướng) (2) Việc điều khiển hạt tải đa số điện trường nên EMOSFET gọi linh kiện điều khiển điện trường (3) Với EMOSFET kênh p lý luận tương tự với kênh cảm ứng lỗ trống , cực S cực D lỗ trống cho sẳn ( xem giáo trình ) Figure 9.32 n-channel enhancement MOSFET circuit and drain characteristic iD (mA) v GS = 2.8 V 100 80 2.6 V Q 60 2.4 V 2.2 V 40 2.0 V 20 0 1.8 V V GG 1.6 V 1.4 V 10 v DS (V) D G + v GS – iD + v DS – S RD VON MOSFET có hai kiểu hoạt động: - Giao hoán hay chuyển mạch ( Switching mode) - Khuếch đại (Amplifier mode) • Giao hoán: Khi điểm tónh Q vùng ngưng ( cut off region) vùng điện trở ( vùng không tuyến tính) tác động xung ngõ vào (cực cổng G) • Khuếch đại: Khi điểm tónh Q di chuyển vùng bảo hoà tác động tín hiệu vào cực cổng G id id Q2 Q2 Q Q1 Q1 vds vds • Biểu thức điện dòng điện a.Biểu thức điện Dựa vào lý thuyết đặc tuyến, quỉ tích điểm có VDSbh cho bởi: VDSbh = VGS – VTH (1) b Biểu thức dòng điện ID - Trong vùng điện trở : VGS < VTH hay VDS < VGS – VTH ta có : ID = k[ 2( VGS-VTH)VDS – (VDS) ] - Trong vùng bão hoà :VGS >VTH hay VDS > VGS-VTH ta có : ID = k(VGS – VTH ) (3) k số tuỳ thuộc linh kiên (2) Thông số kỹ thuật EMOSFET • 2N7000 có trị số cực đại: VDSS 60 V VGSS 60 V IDM 200 mA PDM 400 mW Tjmax -55 + 150 C a Phân cực cầu chia RS • Xác định điểm tĩnh điều hành Q: R VG = V DD R1 + R V S = RS I D + VDD ( 1) V GSQ = V G − V S > I DQ = k ( V GSQ − V TH ) R1 ( 2) V DS = V DD − ( R D + R S ) I D • RD Q + ( 3) R2 Đường tải tĩnh: −V DS V DD = + ID RD + RS RD + RS ( 4) VGS RS ID + VDS ID • Mạch bỏ điện trở RS FET ổn định nhiệt độ Các phép tính giống cho Rs = ... thái ON Vậy ta thực hàm logic bậc (công tắc )điện tử MOSFET linh kiện thường sử dụng làm bậc II Bậc MOSFET • • MOSFET ( Metal Oside Semiconductor) dùng chế tạo vi mạch, vi mạch kích thước lớn (VLSI... Máng Máng • Mức điện logic qui đònh MOSFET: VOH max VOHmin Mức logic NM VOLmax VIHmax Mứùc logic1 VIHmin Không NM xác đònh Không VILmax xác đònh VOLmin VILmin Mức logic0 VOH VOH Mức logic VIHmin... dàng di chuyển từ S sang D tác động điện trường ( cực D có VDD lớn)  MOSFET dẫn điện điện trường nhỏ nên dòng ID vào khoảng vài uA • • Khi VGS > lớn, số điện tử tự ( hạt tải đa số ) kênh cảm