Transistor MOSFET chia làm hai loại là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn. Mỗi kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo tính chất bán dẫn là kênh N hay kênh P. Chỉ xét MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo kênh P.
5.1. Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của MOSFET
+ Cấu tạo
Hình 6.6
Kênh dẫn điện là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) được nối liền với nhau bằng vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cấp thấp (N) được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P phía trên kênh dẫn địên có phủ lớp oxit cách điện SiO2.
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxít nhưng vẫn cách điện với kênh N. Thường cực S được nối chung với nền P.
Ký hiệu:
Kênh N Kênh P
+ Nguyên lý:
Xét mạch thí nghiệm như hình 6.7. Transistor loại MOSFET kênh sẵn có hai loại là kênh loại P và kênh loại N.
34 Khi transistor làm việc, thông thường cực nguồn S được nối mass nên VS=0. Các điện áp đặt vài các chân cực cửa G và cực tháo D là so với chân cực S. Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực tháo D để tạo nên dòng điện ID. Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều sao cho MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc nghèo hạt dẫn.
Nguyên lý làm việc của transistor kênh P và kênh N giống nhau chỉ có cực tính của nguồn điện cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau.
+ Đặc tuyến
Xét mạch thí nghiệm sơ đồ sau:
Hình 6.12
Hình 6.13a Hình 6.13b
a. Khi VGS = 0
Trường hợp này kênh dẫn có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp VGS
thì dòng điện ID tăng lên một trị số giới hạn là IDSS (Dòng IDS bão hoà). Điện áp VDS ở trị số IDSS cũng gọi là điện áp nghẽn VPO giống như JFET.
b. Khi VGS < 0
Trong trường hợp cực G có điện áp âm nên đẩy electron từ kênh N vào vùng nền P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng điện ID bị giảm xuống do điện trở kênh dẫn tăng lên.
Khi tăng điện áp âm ở cực G thì dòng điện ID càng nhỏ và đến một trị số giới hạn, dòng điện ID gần như không còn. Điện áp này ở cực G còn gọi là điện áp nghẽn VPO.
35 c. Khi VGS >0
Trường hợp phân cực G có điện áp dương thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào nền N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng điện IDtăng cao hơn trị số bảo hoà IDSS.
Trong trường hợp này ID lớn dễhư MOSFET nên ít được sử dụng.
Đặc tuyến ngõ ra ID/VDS và đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của MOSFET liên tục kênh liên tục.
Hình 6.13a là đặc tuyến ngỏ ra ID/VDS và hình 6.9b là đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của MOSFET liên tục kênh N.
Như vậy đặc tuyến truyền dẫn cho thấy, khi VGS>V thì có dòng điện qua transistor. Điện thế V cũng được gọi là điện thế thềm và trị số khoảng 1V.
+ Các thông số kỹ thuật
Transistor trường ứng có tổng trở vào rất lớn giống đặc tính của đèn điện tử ba cực do cực G cách điện đối với kênh dẫn điện. Do đó, các thông số kỹ thuật của FET cũng giống như các thông số kỹ thuật của đèn điện tử ba cực.
a. Độ truyền dẫn
Độ truyền dẫn của FET là tỉ số giữa mức biến thiên của dòng điện ID và mức biến thiên của điện thế VGS khi só VGS không đổi.
(mA v) v i V I g gs D GS D m = / = b. Độ khuếch đại điện thế
Độ khuếch đại điện thế của FET là tỉ số giữa mức biến thiên điện thế ngõ ra VDS và mức biến thiên điện thế ngỏ vào VGS khi có IDkhông đổi.
gs ds GS DS v v V V = − = c. Tổng trở ngỏ ra.
Tổng trở của FET là tỉ số giữa điện thế ngỏ ra vdsvà dòng điện cực tháo id.
) ( 0 kilo ohm i v V V r d ds GS DS = − = 5.2. Ứng dụng Hình 6.8: Ứng dụng Mosfet
Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung vuông được đưa
36
đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp >0V đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động =0V Mosfet ngắt như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp cho ta điện áp ra.
Câu hỏi ôn tập
1. Cho biết những trường hợp hư hỏng của BJT 2. Trình bày cách đo diode