- Bước 3:Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn lại (điện thế tại các chân, giữa các chân của BJT )
5. Tranzistor hiệu ứng trường (FET)
5.2.1 Mosfet kênh dẫn không liên tục
Ta thấy rằng khi áp một điện thế âm vào JFET kênh N thì vùng tiếp giáp rộng ra. Sự gia tăng của vùng tiếp giáp làm cho kênh dẫnhẹp lại và điện trở của kênh dẫntăng lên. Kết quả sau cùng là tạo ra dòng điện ID nhỏ hơn IDSS.
Bây giờ, nếu ta áp điện thế dương VGS vào JFET kênh N thì vùng tiếp giáp sẽ hẹp lại (do phân cực thuận cổng nguồn), kênh dẫnrộng ra và điện trở kênh dẫngiảm xuống, kết quả là dòng điện ID sẽ lớn hơn IDSS.
Trong các ứng dụng thông thường, người ta đều phân cực nghịch nối cổng nguồn (VGS âm đối với JFET kênh N và dương đối với JFET kênh P) và được gọi là điều hành theo kiểu tiếp giáp. JFET cũng có thể điều hành theo kiểu tăng (VGS dương đối với JFET kênh N và âm đối với JFET kênh P) nhưng ít khi được ứng dụng, vì mục đích của JFET là tổng trở vào lớn, nghĩa là dòng điện IG ở cực cổng - nguồn trong JFET sẽ làm giảm tổng trở vào, do đó thông thường người ta giới hạn trị số phân cực thuận của nối cổng - nguồn tối đa là 0,2V (trị số danh định là 0,5V).
Tuy JFET có tổng trở vào khá lớn nhưng cũng còn khá nhỏ so với đèn chân không. Để tăng tổng trở vào, người ta đã tạo một loại transistor trường khác sao cho cực cổng cách điện hẳn cực nguồn. Lớp cách điện là Oxyt bán dẫn SiO2 nên transistor được gọi là MOSFET.
Ta phân biệt hai loại MOSFET: MOSFET loại kênh dẫn liên tục và MOSFET không liên tục. Hình sau đây mô tả cấu tạo căn bản MOSFET loại kênh dẫn liên tục loại kênh N và kênh P.
Chú ý rằng Mosfet kênh dẫn liên tục có 4 cực: cực thoát D, cực nguồn S, cực cổng G và thân U (subtrate). Trong các ứng dụng thông thường, thân U được nối với nguồn S.
Để Mosfet kênh dẫn liên tục hoạt động, người ta áp một nguồn điện VDD vào cực thoát và cực nguồn (cực dương của nguồn điện nối với cực thoát D và cực âm nối với cực nguồn S trong Mosfet kênh dẫn liên tục kênh N và ngược lại trong Mosfet kênh dẫn liên tục kênh P). Điện thế VGS giữa cực cổng và cực nguồn có thể âm Mosfet kênh dẫn liên tục kênh N điều hành theo kiểu tiếp giáp) hoặc dương (Mosfet kênh dẫn liên tục kênh N điều hành theo kiểu tăng)
Khi VGS = 0V (cực cổng nối thẳng với cực nguồn), điện tử di chuyển giữa cực âm của nguồn điện VDD qua kênh n- đến vùng thoát (cực dương của nguồn điện VDD) tạo ra dòng điện thoát ID. Khi điện thế VDS càng lớn thì điện tích âm ở cổng G càng nhiều (do cổng G cùng điên thế với nguồn S) càng đẩy các điện tử trong kênh n- ra xa làm cho vùng tiếp giáp rộng thêm. Khi vùng tiếp giáp vừa chắn ngang kênh thì kênh bị nghẽn và dòng điện thoát ID đạt đến trị số bảo hoà IDSS.
Khi VGS càng âm, sự nghẽn xảy ra càng sớm và dòng điện bảo hoà ID càng nhỏ. Khi VGS dương (điều hành theo kiểu tăng), điện tích dương của cực cổng hút các điện tử về mặt tiếp xúc càng nhiều, vùng tiếp giáp hẹp lại tức kênh dẫnrộng ra, điện trở kênh dẫngiảm nhỏ. Điều này làm cho dòng thoát ID lớn hơn trong trường hợp VGS = 0V.
Vì cực cổng cách điện hẳn khỏi cực nguồn nên tổng trở vào của DE-MOSFET lớn hơn JFET nhiều. Cũng vì thế, khi điều hành theo kiểu tăng, nguồn VGS có thể lớn hơn 0,2V.
Thế nhưng ta phải có giới hạn của dòng ID gọi là IDMAX. Đặc tuyến truyền và đặc tuyến ngõ ra như sau:
Như vậy, khi hoạt động, DE-MOSFET giống hệt JFET chỉ có tổng trở vào lớn hơn và dòng rỉ IGSS nhỏ hơn nhiều so với JFET.
5.2.2 Mosfet kênh dẫn không liên tục
MOSFET loại tăng cũng có hai loại: Mosfet kênh dẫn không liên tục loại kênh N và Mosfet kênh dẫn không liên tục loại kênh P. Về mặt cấu tạo cũng giống như Mosfet kênh dẫn không liên tục loại, chỉ khác là bình thường không có kênh dẫn nối liền giữa hai vùng thoát D và vùng nguồn S.
Khi VGS < 0V, (ở Mosfet kênh dẫn không liên tục loại kênh N), do không có kênh dẫn nối liền giữa hai vùng thoát Nguồn nên mặc dù có nguồn điện thế VDD áp vào hai cực thoát và nguồn, điện tử cũng không thể di chuyển nên không có dòng thoát ID (ID # 0V). Lúc này, chỉ có một dòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua.
Khi VGS>0, một điện trường được tạo ra ở vùng cổng. Do cổng mang điện tích dương nên hút các điện tử trong nền p- (là hạt tải điện thiểu số) đến tập trung ở mặt đối diện của vùng cổng. Khi V đủ lớn, lực hút mạnh, các điện tử đến tập trung nhiều và tạo thành
một kênh dẫntạm thời nối liền hai vùng nguồn S và thoát D. Điện thế VGS mà từ đó dòng điện thoát ID bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng - nguồn (gate-to-source threshold voltage) VGS(th). Khi VGS tăng lớn hơn VGS(th), dòng điện thoát ID tiếp tục tăng nhanh. Người ta chứng minh được rằng:
Trong đó: ID là dòng điện thoát của Mosfet kênh dẫn không liên tục loại K là hằng số
VGS là điện thế phân cực cổng nguồn. VGS(th) là điện thế thềm cổng nguồn
Hằng số K thường được tìm một cách gián tiếp từ các thông số do nhà sản xuất cung cấp.