f) Câc thông số của JFET.
3.5 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA FET.
Mô hình tương đương của một dụng cụ bân dẫn có thể được dùng để đơn giản hóa việc thiết kế câc mạch điện tử khi sử dụng câc dụng cụ đó. Đối với FET thường có điện trở văo lớn, do lối văo ở cực cổng của một MOSFET lă được câch ly với phần còn lại của dụng cụ bằng lớp ô xít câch điện. Do vậy, ở MOSFET, có sự câch ly giữa lối văo vă lối ra của dụng cụ rất tốt nếu không kể đại lượng điện dung nhỏ, điện dung năy ở tần số thấp thường được bỏ qua. Lối văo của một JFET có dạng một tiếp giâp pn với vùng kính dẫn, tiếp giâp năy có thể cho một dòng đâng kể nếu được phđn cực thuận, nhưng ở câc điều kiện lăm việc thông thường của JFET, tiếp giâp năy thường được giữ ở điều kiện phđn cực ngược vă như vậy chỉ có dòng rò chảy qua tiếp giâp, dòng rò năy văo khoảng nanoampere nín thường được bỏ qua. Vì vậy, ở cả hai loại MOSFET vă JFET, phần mạch văo cực cổng lă được câch ly hiệu quả với phần còn lại của dụng cụ.
Do lối ra của một FET có thể tạo ra dòng điện, được xâc định theo điện âp cổng, nín ta thường mô tả lối ra của FET bằng một mạch tương đương Norton, tức lă tượng trưng lối ra của FET bằng một nguồn phât dòng song song với một điện trở.
BIÍN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
Hình 3.26 lă mạch tương đương của FET. Trong đó, lối văo ở cực cổng lă mạch hở, còn lối ra được tượng trưng bởi một nguồn dòng có giâ trị phụ thuộc điện âp văo VGS,
mắc song song với điện trở ra Ro. Để sử dụng mạch tương đương, ta cần phải xâc định quan hệ giữa dòng điện được tạo bởi nguồn phât dòng vă điện âp văo, cũng như giâ trị của điện trở ra. Đó chính lă quan hệ giữa dòng mâng vă điện âp đặt văo cực cổng, tức lă đặc tuyến truyền đạt đê xĩt ở câc phần trín, được nhắc lại ở hình 3.27 đối với cả MOSFET vă JFET.
Theo hình 3.27, rõ răng ở câc FET, quan hệ giữa ID vă VGS lă quan hệ phi tuyến, nín phương phâp thông dụng để xĩt mạch tương đương lă dùng mô hình tín hiệu nhỏ tức lă xĩt ảnh hưởng của sự thay đổi nhỏ ở lối văo lín lối ra của FET, mô hình năy cho phĩp tạo ra mạch tương đương cho dụng cụ mă có thể được sử dụng để mô tả hoạt động của dụng cụ theo sự thay đổi nhỏ ở lối văo. Hình 3.28 lă mạch tương đương tín hiệu nhỏ của một FET, trong đó: gm biểu diễn mối liín hệ giữa sự thay đổi nhỏ ở điện âp văo ∆VGS vă kết quả lă sự thay đổi nhỏ ở dòng mâng ∆ID. Quan hệ năy tương ứng với độ dốc [gradient] của đặc tuyến truyền đạt cho ở hình 3.27 trong phạm vi vùng lăm việc. Như vậy, gm
được cho bởi tỷ số ∆ID/ ∆VGS như mô tả ở hình 3.27b vă có đơn vị lă dòng điện chia cho điện âp, nín gm được gọi lă độ điện dẫn [conductance]. Lưu ý rằng: gm lă đại lượng ∆ID /
∆VGS. mă không phải lă ID / VGS. Rõ răng, giới hạn của gm được cho bởi:
GSD D m dV dI g = (3.52) Từ phương trình (3.40), đối với JFET ta có:
2P P GS DSS D V v 1 I i = ⎜⎜⎝⎛ − ⎟⎟⎠⎞
Bằng câch lấy vi phđn dòng mâng theo điện âp cổng, ta sẽ xâc định được gm :
DP P DSS P GS P DSS m x i V I 2 V v 1 V I 2 g ⎟⎟ =− ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − = (3.53) Vậy, đối với JFET, gm tỷ lệ thuận với căn bậc hai của dòng mâng. Có thể thực hiện phđn tích tương tự để nhận được kết quả tương tự cho MOSFET.
Ở mô hình tương đương của FET (hình 3.28), rd tượng trưng cho điện trở mâng, tức lă điện trở
tín hiệu nhỏ từ cực mâng đến cực nguồn. Sự có mặt của rd có nghĩa lă điện âp mâng-nguồn sẽ tăng lín theo dòng mâng vă điện trở rd sẽ cho biết sự tăng ở độ dốc của đặc tuyến trong vùng bêo hòa ở đặc tuyến ra của FET.
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ lă một mô hình có thể dùng để biểu diễn hoạt động của dụng cụ, đâp ứng với những thay đổi nhỏ của tín hiệu văo. Tuy nhiín, mạch tương đương tín hiệu nhỏ phải được sử dụng chung với câc dữ liệu trín đặc tuyến dc của dụng cụ, tức lă hoạt động của dụng cụ đâp ứng với câc điện âp dc cụ thể.
Như đê xĩt ở câc phần trín, họ đặc tuyến dc của MOSFET vă JFET lă không giống nhau vì ở chế độ lăm việc thông thường của FET, yíu cầu câc điện âp phđn cực đặt văo cổng khâc nhau.
BIÍN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
Nhưng câc đặc trưng tín hiệu nhỏ của chúng vă câc mạch tương đương tín hiệu nhỏ lă giống nhau. Nín khi thiết kế câc mạch bằng FET cần phải đâp ứng đến cả hai điều kiện đó.
Mạch hình 3.28 lă mạch tương đương tín hiệu nhỏ được sử dụng nhiều ở tần số thấp nhưng
mạch không mô tả đầy đủ hoạt động của FET tại tần số cao.
MOSFET bao gồm hai vùng dẫn, cổng vă kính dẫn được tâch rời bởi một lớp câch điện. Cấu trúc năy tạo thănh một tụ điện có lớp câch điện lă điện môi. Ở JFET, lớp câch điện được thay thế bởi vùng nghỉo. Trong cả hai trường hợp, đều có điện dung hiện diện giữa cổng vă kính dẫn vă câc điện dung ở câc phần khâc như đê xĩt ở mục 3.2g ở phần trước. Vì vậy, sẽ tồn tại câc điện dung giữa mỗi cặp chđn của FET.
Ở tần số thấp, ảnh hưởng của câc điện dung năy lă nhỏ nín chúng thường được bỏ qua (như ở hình 3.28). Tuy nhiín, ở tần số cao câc ảnh hưởng của chúng lă đâng kể hơn, nín chúng cần phải được kế đến như mô tả ở hình 3.29a. Giâ trị của mỗi tụ được mô tả trong hình 3.29a văo khoảng 1pF.
Sự có mặt của CGD lăm cho việc phđn tích mạch bằng FET phức tạp hơn nhiều. Dĩ nhiín, ta có thể thay thế câc ảnh hưởng của điện dung năy bằng câch tăng giâ trị điện dung giữa cổng vă nguồn. Trong thực tế, thì điện dung giữa cổng vă nguồn có cùng ảnh hưởng như CGD lă (A+1)
CGD , trong đó A lă hệ số khuyếch đại điện âp giữa mâng vă cổng.
Vì vậy, có thể mô tả FET ở tần số cao, bằng mô hình tương đương như ở hình 3.29b, trong đó ảnh hưởng của cả hai điện dung CGS vă CGD
được gộp lại thănh một điện dung CT sẽ tượng trưng cho tổng điện dung văo. Điện dung năy sẽ lăm giảm hệ số khuyếch đại của dụng cụ ở tần số cao vă xuất hiện điểm cắt tại tần số được xâc định bởi giâ trị của điện dung vă trở khâng của đầu văo vă đất. Trở khâng năy hầu như được chi phối bởi điện trở vùng nguồn. Tuy nhiín, trong một văi trường hợp, trở khâng văo tương ứng với điện trở rGS trong mạch tương đương.
Ảnh hưởng của điện dung lăm giảm nhiều hoạt động của FET ở tần số cao. Sự có mặt của điện dung ở lối văo sẽ lăm giảm trở khâng văo từ văi trăm MΩ tại tần số thấp có thể xuống văi chục kΩ tại tần số văo khoảng 100MHz.