Đang tải... (xem toàn văn)
Taïi ñieåm naøy, ñieän aùp phaân cöïc ngöôïc treân moái noái G – D laøm cho vuøng. ngheøo môû roäng ñuû ñeå keânh daãn thu heïp vì theá ñieän trôû keânh daãn caøng taêng (do I D[r]
(1)C: FIELD – EFFECT TRANSISTOR (FET)
FET linh kiện đơn cực, hoạt động với loại hạt dẫn FET có loại chính:
JFET: Junction field – Effect Transistor
MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Transistor MOSFET gọi IFET (Isolate – gate FET)
BJT loại linh kiện điều khiển dòng điện, dòng IB
điều khiển dòng IC Nhưng FET loại linh kiện điều khiển
điện áp, điện áp điều khiển dòng điện qua linh kiện
FET thường sử dụng rộng rãi mạch thu AM FM, linh kiện quan trọng nhiều hệ thống thông tin
I JFET:
1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động:
Tùy thuộc vào cấu tạo JFET chia làm hai loại: JFET kênh N JFET kênh P
Nguyên lý hoạt động:
Nguồn VDD cung cấp điện áp VDS dòng IDS JFET luôn hoạt động với
mối nối GS bị phân cực nghịch Điện âm VG hình thành vùng nghèo mối nối
PN điện trở kênh dẫn tăng lên Độ rộng kênh dẫn điều khiển cách thay đổi điện VG nhờ điều khiển dịng ID
62 N
P P
Kênh dẫn
Source Gate
Drain
P N N
Keânh daãn
Source Gate
Drain
Kênh dẫn loại
N Kênh dẫn loại P N
S G
D
VGG
(2)Bề rộng miền nghèo hai cực G – D lớn so với G – S điện áp phân cực ngược VGD lớn điện áp phân cực ngược VGS
Ký hiệu JFET:
2 Đặc tuyến thông số:
Khi VGS = 0, tăng dần VDD từ 0V, ID tăng tỷ lệ với VDS đoạn AB
Trong vùng này, điện trở kênh dẫn khơng đổi nên cịn gọi vùng tuyến tính
Tại điểm B, đường đặc tuyến có dạng nằm ngang ID có giá trị khơng đổi
là IDSS Tại điểm này, điện áp phân cực ngược mối nối G – D làm cho vùng
nghèo mở rộng đủ để kênh dẫn thu hẹp điện trở kênh dẫn tăng (do ID
không đổi, VDS tăng) Giá trị VGD điểm gọi điện áp thắt kênh (VP)
Tổng quát: VP=VGS−VDS Do VGS =0 ⇒VGD =−VDS =VP
VP có giá trị khơng đổi loại JFET cụ thể Giá trị VDS điểm thắt
kênh thay đổi tùy thuộc vào giá trị VGS IDSS giá tị cực đại ID VGS =
Tại điểm C, xảy tượng đánh thủng ID tăng nhanh mối nối
phân cực ngược bị đánh thủng, JFET ln hoạt động vùng thắt kênh từ điểm B điểm C
63 N
S G
P P +
-VGG
-VDS
ID
VDS IDSS
VP A
B C
Vùng thắt kênh Vùng tuyến
tính
Vùng đánh thủn
g
VDS ID
VGS = VGS = -1 VGS = -2 VGS = -3 VGS = -4
Họ đặc tuyến JFET
3
2
1
2
3
1
G
G D D
S S
(3)Tăng dần giá trị âm VGS, điện áp ngưỡng VP xuất giá trị
VDS giảm dần, ID giảm tương ứng Vì ID điều khiển điện áp
VGS Giá trị IDmax (IDSS) xuất VGS = giảm dần VGS tăng lên
Trạng thái tắt:
Nếu VGS âm IDS nhỏ Khi VGS âm đủ lớn đến ID = vùng
nghèo bị mở rộng tối đa hay kênh dẫn bị đóng Giá trị VGS điểm tắt gọi
VGS(off)
Từ phương trình: VP=VGS−VDS
JFET kênh N tắt VGS = VP VDS =0 IDS =0
Phân biệt trạng thái tắt trạng thái thắt kênh:
Điện áp thắt kênh VP giá trị VGD mà ID có giá trị khơng đổi
đối với giá trị VGS
Điện áp tắt VGS(off) giá trị VGS mà ID = ID VGS ≥VP
Đặc tuyến truyền đạt JFET: JFET kênh N, VGS(off) < (VP = VGS(off))
JFET keânh P, VGS(off) > Khi ID = 0, VGS = VGS(off) Khi ID = IDSS, VGS =
Phương trình đặc tuyến có dạng:
2
) (
P GS DSS
D V
V I
I = − với Vp =VGS(off)
64 P
P N
Kên h dẫn
bị đón
g
VDS ID
VGS = VGS = -1 VGS = -2 VGS = -3 VGS = -5 Đặc tuyến JFET VGS(off)
VGS
(4)Các thông số JFET:
Điện trở vào:
G GS IN
I V
R = có giá trị lớn (~MΩ).
IG dòng điện ngược qua mối nối G – S (IG ≈ 0) Điện trở kênh dẫn rDS:
D DS DS I V r ∆ ∆ = .
Hỗ dẫn:
GS D m V I g ∆ ∆ = − = P GS m m V V g
g
3 Phân cực JFET: Tự phân cực:
0 ≅ G V S S G S D
GS I R V V V
V =− = − =− (VG =0) (1) ) ( P GS DSS D V V I
I = − (2)
( D S) D
DD
DS V I R R
V = − + (3)
Giải hệ phương trình ẩn (1), (2) (3) kết Ví dụ: Tính VDS VGS cho mạch sau, biết ID = 5mA
ÑS:
VS = 2.5V
VD = 5V
VDS = 2.5V
Vì VG = neân VGS = -2.5V
65
3
2
1
V C C V C C
2
3
1
RD RD
RG R
G
VG≈
RS VG≈
+VD
D
-VDD
RS
V C C
(5)Thiết lập điểm phân cực:
Đây phương pháp để thiết lập điểm phân cực JFET Ta xác định ID từ giá trị VGS biết Tìm RS theo cơng thức:
D GS S I
V R =
Ví dụ: xác định RS dựa vào đặc tuyến truyền đạt sau VGS = -5V
Ω =
= 800
25
5 mA V RS
Ví dụ: xác định RS với IDSS =25mA VP = -10V, VGS = -5V
Từ phương trình:
mA V
V I
I
P GS DSS
D (1 ) 6.25
2 = −
=
Ω = =
= 800
25
5 mA V I
V R
D GS S
II MOSFET: Metal Oxide Semiconductor FET
Đây loại transistor khơng có mối nối PN hay cịn gọi FET có cực cửa cách ly Có hai loại MOSFET MOSFET kênh có sẵnvà MOSFET kênh cảm ứng
1 MOSFET kênh có sẵn:
Cấu tạo: Tùy theo cấu tạo mà ta có loại sau: MOSFET kênh N MOSFET kênh P
66 VGS(V)
VGS(off)
ID(mA ) IDSS 6.25
-5
P Drai n N
N Sourc e
Gate N
Drai n P
P
Sourc e Gate
SiO2 SiO2
Kênh dẫn
(6)Đặc tuyến truyền đạt: Loại N VGS >
Loại P VGS <
ID = VGS < VT (VGS(OFF))
ID # VGS ≥ VT (điện ngưỡng)
Phương trình đặc tuyến:
( )2 T GS
D KV V
I = −
hằng số K phụ thuộc vào MOSFET xác định từ bảng mô tả kỹ thuật nhà sản xuất (data sheet)
Phân cực MOSFET:
MOSFET kênh có sẵn: Ta có IG ≈ VG≈
VDS = VDD – IDSS.RD
Ví dụ: Cho mạch hình Biết: VDD = +18V
RD = 600Ω
RG = 10MΩ
VT = -8V vaø IDSS = 12mA ID = IDSS , VDS = 10.8V
MOSFET kênh cảm ứng:
Có hai cách phân cực để VGS >
Tính mạch phân cực dựa vào phương trình
( )2 T GS
D KV V
I = −
69 VT
VGS VGS
ID ID
VT VT
0
Loại N Loại P
V C C
3
2
1
+VDD RD
RE RG
IG ≈
IDSS VGS
(7)-Ví dụ: ID(on) = 3mA VGS = 10V VT =5V
V V
R R
R
VGS DD 14.4
2
2 × = +
=
K=0.12 mA/V2.
Với VGS = 14.4V
(V V ) mA
K
ID = GS − T =10.6
⇒
V R
I V
VDS = DD − D D =13.4
70
3
2
1
RG RDD
3
2
1
R1
R2
RD
V C C
3
2
1
+24 V R1
R2
RD 10KΩ
15KΩ