c. Đặc tuyến ngừ raI C(VCE) ứng với IB= const
4.1.2. Nguyờn lớ vận chuyển
Giữa D và S đặt một điện ỏp VDS tạo ra một điện trường cú tỏc dụng đẩy hạt tải đa số của bỏn dẫn kờnh chạy từ S sang D hỡnh thành dũng điện ID. Dũng ID tăng theo điện ỏp VDS đến khi đạt giỏ trị bóo hũa IDSS (saturation) và điện ỏp tương ứng gọi là điện ỏp thắt kờnh VPO (pinch off), tăng VDS lớn hơn VPO thỡ ID vẫn khụng tăng.
Giữa G và S đặt một điện ỏp VGS sao cho khụng phõn cực hoặc phõn cực nghịch mối nối P – N. Nếu khụng phõn cực mối nối P – N ta cú dũng ID đạt giỏ trị lớn nhất IDSS. Nếu phõn cực nghịch mối nối P – N làm cho vựng tiếp xỳc thay đổi diện tớch. Điện ỏp phõn cực nghịch càng lớn thỡ vựng tiếp xỳc (vựng hiếm) càng nở rộng ra, làm cho tiết diện của kờnh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kờnh tăng lờn nờn dũng điện qua kờnh ID giảm xuống và ngược lại. VGS tăng đến giỏ trị VPO thỡ ID giảm về 0.
Mạch khảo sỏt đặc tuyến của JFET.
Khảo sỏt sự thay đổi dũng thoỏt ID theo hiệu điện thế VDS và VGS, từ đú người ta đưa ra hai dạng đặc tuyến của JFET. VDS là hiệu điện thế giữa cực D và cực S. VGS là hiệu điện thế giữa cực G và cực S.
a.Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const.
Đặc tuyến truyền dẫn của JFET.
Giữ VDS = const, thay đổi VGS bằng cỏch thay đổi nguồn VDC, khảo sỏt sự biến thiờn của dũng thoỏt ID theo VGS. Ta cú:
- Khi VGS = 0V, dũng điện ID lớn nhất và đạt giỏ trị bóo hũa, kớ hiệu: IDSS. - Khi VGS õm thỡ dũng ID giảm, VGS càng õm thỡ dũng ID càng giảm.
Khi VGS = VPO thỡ dũng ID = 0. VPO lỳc này được gọi là điện thế thắt kờnh (nghẽn kờnh).
Họ đặc tuyến ngừ ra của JFET.
Giữ nguyờn VGS ở một trị số khụng đổi (nhất định). Thay đổi VCC và khảo sỏt sự biến thiờn của dũng thoỏt ID theo VDS.
- Giả sử chỉnh nguồn VDC về 0v, khụng thay đổi nguồn VDC, ta cú VGS = 0V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dũng ID và VDS. Ta thấy lỳc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đú ID đạt giỏ trị bóo hũa, ID khụng tăng mặc dự VDS cứ tăng.
- Chỉnh nguồn VDC để cú VGS = 1v. Khụng thay đổi nguồn VDC, ta cú VGS = 1V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dũng ID và VDS tương ứng. Ta thấy lỳc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đú ID đạt giỏ trị bóo hũa, ID khụng tăng mặc dự VDS cứ tăng.
- Lặp lại tương tự như trờn ta vẽ được họ đặc tuyến ngừ ra ID(VDS) ứng với VGS =
const.
4.2.Ứng dụng cơ bản của JFET
Trong kỹ thuật điện tử, tranzito trường được sử dụng gần giống như tranzito lưỡng cực. Tuy nhiờn, do một số cỏc ưu nhược điểm của FET so với BJT đó núi ở trờn, đặc biệt là hệ số khuếch đại thấp, mà tranzito trường thường được sử dụng ở những mạch thể hiện được ưu thế của chỳng. Đặc biệt trong việc tớch hợp IC thỡ tranzito trường được ứng dụng rất hiệu quả vỡ cho phộp tạo ra cỏc IC cú độ tớch hợp rất cao (LSI và VLSI). FET được dựng khuyếch đại vi sai, phỏt súng RC...
5.Transistor MOSFET
Mục tiờu:
- Trỡnh bày được cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến của transistor MOSFET.
5.1.Cấu tạo, nguyờn lý, đặc tuyến của MOSFET
a.Cấu tạo của Mosfet
Khỏc với BJT, Mosfet cú cấu trỳc bỏn dẫn cho phộp điều khiển bằng điện ỏp với dũng điện điều khiển cực nhỏ.
Cấu tạo của Mosfet ngược Kờnh N G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn D : Drain gọi là cực mỏng
Trong đú : G là cực điều khiển được cỏch lý hoàn toàn với cấu trỳc bỏn dẫn cũn lại bởi lớp điện mụi cực mỏng nhưng cú độ cỏch điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai cực cũn lại là cực gốc (S) và cực mỏng (D). Cực mỏng là cực đún cỏc hạt mang điện.
Mosfet cú điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vụ cựng lớn , cũn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện ỏp chờnh lệch giữa cực G
và cực S ( UGS )
Khi điện ỏp UGS = 0 thỡ điện trở RDS rất lớn, khi điện ỏp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện ỏp UGS càng lớn thỡ điện trở RDS càng nhỏ.
Ký hiệu
Qua đú ta thấy Mosfet này cú chõn tương đương với Transitor + Chõn G tương đương với B
+ Chõn D tương đương với chõn C + Chõn S tương đương với E
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đúng và mở. Do là một phần tử với cỏc hạt mang điện cơ bản nờn Mosfet cú thể đúng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời gian đúng cắt ngắn thỡ vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .
Mạch điện tương đương của Mosfet . Nhỡn vào đú ta thấy cơ chế đúng cắt phụ thuộc vào cỏc tụh điện ký sinh trờn nú.
Ở đõy tụi khụng núi rừ chi tiết cấu trỳc bỏn dẫn của nú để nú đúng hoặc mở. Cỏc pỏc nờn hiểu nụn na là :
+ Đối với kờnh P : Điện ỏp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dũng điện sẽ đi từ S đến D
+ Đối với kờnh N : Điện ỏp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện ỏp điều khiển đúng là Ugs<=0. Dũng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đúng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kờnh N điện ỏp khúa là Ugs = 0 V cũn Kờnh P thỡ Ugs=~0.
* Thớ nghiệm về nguyờn lý hoạt động của Mosfet
Mạch thớ nghiệm
Cấp nguồn một chiều UD qua một búng đốn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phõn cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy búng đốn khụng sỏng nghĩa là khụng cú dũng điện đi qua cực DS khi chõn G khụng được cấp điện. Khi cụng tắc K đúng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện ỏp UGS > 0V
=> đốn Q1 dẫn => búng đốn D sỏng.
Khi cụng tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nờn. Q1 khúa ==>Búng đốn tắt.
=> Từ thực nghiệm trờn ta thấy rằng : điện ỏp đặt vào chõn G khụng tạo ra dũng GS như trong Transistor thụng thường mà điện ỏp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống
*Cỏc thụng số thể hiện khả năng đúng cắt của Mosfet
Thời gian trễ khi đúng/mở khúa phụ thuộc giỏ trị cỏc tụ kớ sinh Cgs.Cgd,Cds. Tuy nhiờn cỏc thụng số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss. Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện ỏp Ugs và Uds. Ta cú thể tớnh được giỏ trị cỏc tụ đú.
5.2.Ứng dụng cơ bản của MOSFET
Mosfet cú khả năng đúng nhanh với dũng điện và điện ỏp khỏ lớn nờn nú được sử dụng nhiều trong cỏc bộ dao động tạo ra từ trường Vỡ do đúng cắt nhanh làm cho dũng điện biến thiờn. Nú thường thấy trong cỏc bộ nguồn xung và cỏch mạch điều khiển điện ỏp cao.
6.Transistor đơn nối UJT
Mục tiờu:
- Trỡnh bày được cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến của transistor UJT.
6.1.Cấu tạo, nguyờn lý, đặc tuyến của UJT a.Cấu tạo – kớ hiệu
Cấu tạo (a), kớ hiệu (b) của UJT.
Transistor đơn nối gồm một nền là thanh bỏn dẫn loại N pha nồng độ rất thấp. Hai cực kim loại nối vào hai đầu thanh bỏn dẫn loại N gọi là cực nền B1 và B2. Một dõy nhụm nhỏ cú đường kớnh nhỏ cỡ 0,1 mm được khuếch tỏn vào thanh N tạo thành một vựng chất P cú mật độ rất cao, hỡnh thành mối nối P-N giữa dõy nhụm và thanh bỏn dẫn, dõy nhụm nối chõn ra gọi là cực phỏt E.
UJT ≡ Uni Junction Transistor là transistor đơn nối. B1: Base 1: cực nền 1.
E: Emitter: cực phỏt.
Mạch tương đương với cấu tạo của UJT
Transistor đơn nối cú thể vẽ mạch tương đương gồm 2 điện trở RB1 và RB2 nối từ cực B1 đến cực B2 gọi chung là điện trở liờn nền RBB và một diode nối từ cực E vào thanh bỏn dẫn ở điểm B.
Ta cú :
RBB = RB1 + RB2
Điểm B thường ở gần cực B2 hơn nờn RB1 > RB2. Mỗi transistor đơn nối cú tỉ số điện trở khỏc nhau gọi là η.
b.Đặc tuyến
Xột mạch như hỡnh vẽ
Mạch khảo sỏt đặc tuyến của UJT. RBB cú trị số từ vài kΩ đến 10 kΩ, ta cú:
IB khoảng vài mA vỡ RBB lớn.
Khi chỉnh nguồn VDC về 0, ta cú VE = 0, VE < VB nờn diode EB bị phõn cực nghịch và cú dũng điện rỉ đi từ B → E, dũng điện rỉ cú trị số rất nhỏ.
Khi chỉnh nguồn VDC tăng sao cho điện thế 0 < VE < VB thỡ dũng điện rỉ giảm dần và khi VE = VB thỡ dũng IE = 0.
Tiếp tục tăng VDC sao cho VB < VE < VB + Vγ thỡ diode EB được phõn cực thuận nhưng dũng khụng đỏng kể. Đến khi VE = VP = VB+Vγ thỡ diode EB được phõn cực thuận nờn dẫn điện và dũng IE tăng lờn cao, chiều IE từ E → B. VP = VB+Vγ: được gọi là điện thế đỉnh.
Do vựng bỏn dẫn P của diode EB cú mật độ rất cao, khi diode EB được phõn cực thuận, lỗ trống từ P đỗ dồn sang thanh bỏn dẫn N, kộo điện tử từ cực õm của nguồn VBB vào cực nền B1 tỏi hợp với lỗ trống. Lỳc đú hạt tải trong thanh bỏn dẫn N tăng cao đột ngột làm cho điện trở RB1 giảm xuống và VB cũng bị giảm xuống kộo theo VE giảm xuống trong khi dũng IE cứ tăng cao. Trờn đặc tuyến IE(VE) cú khoảng điện thế VE bị giảm trong khi dũng điện IE lại tăng nờn người ta gọi đõy là vựng điện trở õm.
Khi RB1 giảm thỡ điện trở liờn nền RBB cũng bị giảm và dũng IB tăng lờn gần bằng hai lần trị số ban đầu vỡ bõy giờ điện trở liờn nền xem như : RBB ≈ RB2 và
Đặc tuyến của UJT.
Dũng điện IE tiếp tục tăng và điện thế VE giảm đến một trị số thấp nhất là điện thế thung lũng VV (valley) thỡ dũng điện IE và VE sẽ tăng lờn như đặc tuyến của một diode thụng thường.
Vựng này gọi là vựng bóo hũa. Trờn hỡnh vẽ cú điểm P(VP; IP) là điểm đỉnh; điểm V(VV; IV) là điểm trũng (thung lũng); đoạn PV là vựng điện trở õm, xảy ra rất nhanh.
6.2.Ứng dụng cơ bản của UJT
Do UJT cú tớnh chất đặc biệt là khi VE < VP thỡ dũng IE = 0 và dũng IB rất nhỏ, nhưng khi VE = VP thỡ dũng IE tăng cao đột ngột và dũng IB cũng tăng lờn khoảng gấp đụi nờn UJT thường được dựng trong cỏc mạch tạo xung.
Mạch dao động tớch thoỏt dựng UJT
Mạch như hỡnh vẽ dựng UJT cú điện trở RBB = 10 k; η = 0,6; R1, R2 để nhận tớn hiệu xung ra (R2 cũn cú tỏc dụng ổn định nhiệt cho điện thế đỉnh VP), tụ điện C và biến trở VRlà mạch nạp để tạo điện thế tăng dần cho cực E. Khi thay đổi trị số điện trở VR là thay đổi hằng số thời gian nạp - xả của tụ.
Ta cú :
RB1 = ηRBB RB1 = 0,6. 10k = 6k RB2 = RBB – RB1 RB2 =10k – 6k = 4k
Khi mới cấp điện thỡ tụ C coi như nối tắt nờn VE = 0 V. Lỳc đú diode EB bị phõn cực ngược nờn chỉ cú dũng IB đi từ nguồn VCC xuống mass.
Điện thế ở cỏc cực nền:
VB1 = IB.R1 VB1 = 1.100 = 0,1 (V) (≈0 V)
VB2 = VCC - IBR2 VB2 = 10 V – 1.200 ≈ 9,8 V (≈ Vcc) Điện thế tại điểm B trong thanh bỏn dẫn:
Khi tụ điện C nạp điện qua VR làm điện thế tăng lờn đến trị số đỉnh VP thỡ diode EB sẽ dẫn điện.
VP = VB + Vγ = 6 + 0,6 = 6,6 (V)
Khi diode EB dẫn điện, lỗ trống từ cực E đổ sang thanh bỏn dẫn làm RB1 giảm trị số nờn VB giảm kộo theo VE giảm làm tụ xả điện qua diode EB và điện trở RB1 xuống mass.
Dạng súng của VE, VB1, VB2.
Khi RB1 giảm → IB tăng gần gấp đụi (≈ 2 mA) nờn điện thế: VB2 = VCC - IB. R2 = 10 – 2.200 ≈ 9,6 (V)
Ở cực B2 cú xung õm ra với biờn độ là 9,6 – 9,8 = - 0,2 (V). Đồng thời lỳc đú dũng điện qua RB1 và R1 là IB và IE do tụ xả ra nờn điện thế VB1 tăng cao. Cực B1 cú xung dương ra nhưng biờn độ lớn hơn xung õm ở cực B2 nhiều lần vỡ IE cú trị số lớn hơn IB.
Khi tụ C xả điện từ điện thế VP xuống trị số VV thỡ diode EB ngưng dẫn và ở hai cực B1, B2 khụng cũn xung ra. Xung ra ở hai cực B1, B2 cú dạng xung nhọn dương và õm.
Sau khi tụ xả xong thỡ điện thế cỏc chõn trở lại bỡnh thường và tụ C lại nạp điện qua VR, hiện tượng trờn được tiếp tục.
Tần số dao động của mạch:
Khi vừa mới đúng điện thỡ tụ sẽ nạp điện từ 0 V lờn đến VP rồi sau đú tụ xả điện đến VV. Những lần sau tụ nạp từ VV đến VP rồi lại xả từ điện thế VP xuống VV. Thời gian nạp và xả của tụ được tớnh giữa hai điện thế này.
Tụ C nạp điện theo cụng thức:
t1 là thời gian để tụ nạp từ VV lờn VP. Khi đú VC = VP :
Tụ C xả điện theo cụng thức: v
t2 : thời gian để tụ xả từ VP → VV, khi đú VC = VV
Chu kỡ dao động là: T = tnạp + txả = t1 + t2
Trường hợp (RB1 + R1)C cú trị số nhỏ thỡ cú thể coi như T ≈ t1, đồng thời do VV <<VC và VP = ηVCC nờn :