a. Đặc tuyến vào.
6.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Xét hoạt động của JFET kênh N:
G D D _ S _ + ID D G _ ID _ S + Kênh N Kênh P Hình 6.2. Kí hiệu JFET
107
Để cho JFET làm việc ở chế độ khuếch đại ta phải cung cấp nguồn điện sao cho 2 tiếp xúc P-N đều luôn phân cực ngược và các hạt dẫn luôn chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D để tạo nên dòng điện trong mạch cực máng.
- Cung cấp nguồn UGS sao cho: UGS< 0 - Cung cấp nguồn UDS sao cho: UDS > 0
Khi ta cấp nguồn cho cực máng UDS >0, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh, từ cực nguồn S đến cực máng D, sẽ tăng dần từ 0V ở cực nguồn S đến trị số UDS ở cực máng. Do vậy, tiếp xúc P-N sẽ bị phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng. Bề dày tiếp xúc tăng dần về phía cực máng và tiết diện của kênh sẽ hẹp dần về phía cực máng.
Khi điện áp trên cực cửa UGS = 0, hai tiếp xúc P-N sẽ được phân cực mạnh dần từ cực nguồn về phía cực máng, và bề dày của lớp tiếp xúc P-N sẽ tăng dần từ cực nguồn về cực máng. Do đó kênh cũng sẽ hẹp dần về phía cực máng. Tuy nhiên, ở trường hợp này, tiết diện của kênh là lớn nhất nên số các hạt dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng là nhiều nhất. Và do đó, dòng điện chạy qua kênh là lớn nhất. Ta ký hiệu là IDSS .
Khi điện áp đặt trên cực cửa có trị số âm (UGS <0), thì tiếp xúc P-N được phân cực càng mạnh hơn và tiết diện của kênh càng hẹp lại, điện trở của kênh càng tăng, nên dòng điện ID giảm xuống.
Tiếp tục cho UGS càng âm hơn, thì tiết diện của kênh càng hẹp hơn và dòng điện ID càng giảm xuống. Khi điện áp trên cực cửa giảm xuống đến một trị số nào đó thì hai lớp tiếp xúc P-N phủ trùm lên nhau và kênh hoàn toàn biến mất. Lúc này dòng điện chạy qua
108
kênh bằng 0 (ID = 0). Trị số điện áp trên cực cửa trong trường hợp này được gọi là điện áp ngắt: UGS = UGSngắt.
Quan hệ giữa dòng điện bão hoà IDS với điện áp UGS cho ta đường đặc tuyến điều khiển hay còn gọi là đặc tuyến truyền đạt. Quan hệ này được thể hiện bằng hàm IDS = f(UGS) khi điệnáp UDS không đổi. Đây là một đường có dạng gần như đường cong parabol. Công thức tính dòng điện máng bão hoà theo điện áp UGS là:
IDS = IDSS (1- GSngat GS U U )2
Quan hệ này được thể hiện bằng hàm ID = f(UGS) khi điện áp UDS không đổi. Ta có thể vẽ được đường đặc tuyến truyền đạt này bằng cách suy từ đặc tuyến ra (hình 6.4), hoặc vẽ trực tiếp theo phương trình Shockley.
Qua đường đặc tuyến truyền đạt ta thấy: khi thay đổi điện áp trên cực cửa thì bề dày của lớp tiếp xúc P-N sẽ thay đổi, làm cho tiết diện của kênh cũng thay đổi theo. Do đó điện trở của kênh thay đổi và cường độ dòng điện qua kênh cũng thay đổi . Như vậy điện áp trên cực cửa UGS đã điều khiển được dòng điện ở cực máng ID.
Theo lý thuyết, khi UGS = UGSngắt thì bề rộng của kênh giảm xuống 0 và dòng điện máng bão hoà IDSS = 0. Nhưng với linh kiện thực tế thì có một số dòng rò vẫn chảy qua
109
kênh ngay cả khi ở điều kiện ngắt UGS>UGSngắt. Thông thường dòng rò bằng khoảng vài nA đối với FET chế tạo bằng Silic
Để xét quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp trên cực máng UDS, ta phải đặt một điện áp lên cực cửa UGS để phân cực ngược cho hai lớp tiếp xúcP-N, rồi sau đó giữ cố định. Thay đổi trị số điện áp UDS từ 0V trở lên làm cho dòng điện ID cũng thay đổi theo, ta có mối quan hệ giữa điện áp UDS và dòng điện ID. Quan hệ này được thể hiện bằng hàm: const GS U DS D f U I ( )
Khi cực UDS = 0V lúc này hai tiếp xúc P-N được phân cực ngược đồng đều từ cực nguồn đến cực máng, tiết diện kênh là lớn nhất nhưng dòng điện lúc này bằng 0 (ID = 0) vì UDS = 0.
Tăng giá trị UDS >0V thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ tăng dần từ cực nguồn đến cực máng, làm cho tiếp xúc P-N được phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng. Dưới tác dụng của điện trường đặt trên cực máng, các điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo nên dòng điện trên mạch cực máng.
Khi tăng điện áp UDS càng dương hơn , hai tiếp xúc P-N càng được phân cực mạnh hơn về phía cực máng, bề dày lớp tiếp xúc càng tăng về phía cực máng và tiết diện của kênh càng hẹp dần về phía cực máng, nhưng dòng ID thì lại càng tăng và tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp UDS.
Khi điện áp UDS tăng đến trị số mà tại đó hai tiếp xúc P-N chạm nhau, tạo ra “điểm thắt” của kênh, thì chỉ số điện áp đó gọi là điện áp UDS bão hoà. Lúc này dòng điện ID đạt tới trị số dòng điện bão hoà IDSS. Nếu tăng điện áp UDS càng dương hơn thì cường độ dòng điện ID không tăng nữa mà chỉ có tiếp xúc P-N được phân cực ngược mạnh hơn và chúng trùm phủ lên nhau làm cho một đoạn kênh bị lấp. Điều này dẫn đến chiều dài của kênh bị ngắn lại. Lúc này dòng ID gần như không đổi khi điện áp UDS tiếp tục tăng.Nếu tăng trị số điện áp UDS lên quá cao thì có thể xảy ra hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N. Khi có hiện tượng đánh thủng xảy ra thì dòng điện ID sẽ tăng vọt lên.
6.3. MOSFET.
110