III. Transistor l−ìng cùc - BJT
3. Transistor tr−ờng loại MOSFET
Đây là loại transistor tr−ờng có cực cửa cách điện với kênh dẫn điện bằng một lớp cách điện mỏng. Lớp cách điện th−ờng đ−ợc dùng là chất oxit nên transistor tr−ờng loại này còn đ−ợc gọi là transistor MOS.
Đặc tuyến ra của JFET kênh loại N
Ch−ơng III: Linh kiện tích cực a. Cấu tạo của MOSFET
Điện cực cửa của MOSFET đ−ợc cách
điện đối với kênh dẫn điện bằng một màng
điện môi mỏng th−ờng là oxit silic (SiO2).
Đế của linh kiện là một chất bán dẫn khác loại với chất bán dẫn làm cực S và D. (MOS – Metal – oxit – semiconductor)
MOSFET có 2 loại là MOSFET kênh có sẵn (còn gọi là DMOSFET - Depleted MOSFET - loại nghèo) và MOSFET kênh cảm ứng (còn gọi là EMOSFET – Enhanced MOSFET - loại giàu). Trong mỗi loại này lại có 2 loại là kênh dẫn loại N và kênh dẫn loại P.
MOSFET kênh có sẵn là loại transistor mà khi chế tạo người ta đã chế tạo
sẵn kênh dẫn. Loại này có nh−ợc điểm là có dòng rò lớn nên hiện nay ng−ời ta sử dụng loại này rất ít.
Ký hiệu của loại DMOSFET nh− sau:
MOSFET kênh cảm ứng là loại transistor khi chế tạo ng−ời ta không chế tạo sẵn kênh dẫn mà kênh dẫn đ−ợc hình thành trong quá trình transistor làm việc. Ký hiệu của EMOSFET nh− sau:
Dưới đây là một số hình ảnh pha tạp thực tế để tạo EMOSFET loại N.
Ch−ơng III: Linh kiện tích cực b. Nguyên tắc làm việc
Nguyên tắc hoạt động của MOSFET kênh loại P và MOSFET kênh loại N giống nhau nh−ng cực tính nguồn cung cấp ng−ợc nhau.
MOSFET kênh có sẵn (loại N)
Khi transistor làm việc thông thường cực nguồn S được nối với đế của linh kiện và nối đất nên US = 0. Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với ch©n cùc S.
Các chân cực đ−ợc cấp nguồn sao cho dòng điện chạy từ cực S tới cực D, điện áp trên cực cửa sẽ quyết định MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hay nghèo hạt dẫn.
Khi UGS = 0 trong mạch vẫn có dòng điện cực máng (dòng các hạt điện tử) nối giữa cực S và cực D
Khi UGS > 0 điện tử bị hút vào vùng kênh đối diện với cực cửa làm giàu hạt dẫn cho kênh, tức là làm giảm điện trở của kênh do đó tăng dòng cực máng ID. Chế độ làm việc này gọi là chế độ giàu của MOSFET
Khi UGS < 0 qúa trình xảy ra ng−ợc lại, tức là điện tử bị đẩy ra xa kênh dẫn làm
điện trở của kênh tăng lên, do vậy dòng cực máng ID giảm. Chế độ này gọi là chế độ nghèo hạt dẫn của MOSFET.
MOSFET kênh cảm ứng (loại N)
Loại MOSFET này kênh dẫn chỉ xuất hiện trong quá trình làm việc Khi UGS ≤ 0, kênh dẫn không tồn tại, dòng ID = 0
Khi UGS > 0 tại vùng đế đối diện cực cửa xuất hiện các điện tử tự do và hình thành kênh dẫn nối giữa nguồn và máng. Độ dẫn điện của kênh phụ thuộc vào UGS. Nh−
vậy, MOSFET kênh cảm ứng chỉ làm việc với một loại cực tính của UGS và chỉ ở chế độ giàu.
D−ới đây là hình minh hoạ cho các tr−ờng hợp trên với từng loại EMOSFET.
Chế độ giàu hạt dẫn Chế độ nghèo hạt dẫn
Họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh có sẵn loại N
Ch−ơng III: Linh kiện tích cực
Họ đặc tuyến đầu ra của EMOSFET
c. Các sơ đồ mắc FET
Cũng nh− BJT, FET có 3 cách mắc cơ bản trong các sơ đồ khuếch đại: sơ đồ mắc cực nguồn chung, mắc cực máng chung và mắc cực cửa chung.
Sơ đồ mắc cực nguồn chung (SC – source common)
Sơ đồ mắc cực nguồn chung của FET giống nh− sơ đồ mắc cực phát chung đối với BJT nh−ng có điểm khác là dòng IG thực tế bằng 0 và trở kháng vào rất lớn.
Đặc điểm của sơ đồ SC:
+ Tín hiệu vào và tín hiệu ra ng−ợc pha + Trở kháng vào vô cùng lớn Zvao = RGS ≈∞
Họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng loại N
Ch−ơng III: Linh kiện tích cực + Trở kháng ra Zra = RD // rd + Hệ số khuếch đại điện áp à ~ (150 ữ300 lần đối với JFET kênh N và 75 ữ 150 lần đối với JFET kênh P)
Sơ đồ mắc cực máng chung (DC – drain common) Sơ đồ mắc cực cửa chung giống nh−
sơ đồ mắc cực góp chung của BJT
Đặc điểm của sơ đồ DC:
+ Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha
+ Trở kháng vào cực lớn (lớn hơn cả
trong sơ đồ SC)
+ Trở kháng ra rất nhỏ Zvào = RS //
S 1
+ Hệ số khuếch đại điện áp à < 1
Sơ đồ mắc cực cửa chung (GC – gate common)
Sơ đồ này không đ−ợc dùng trên thực tế do có trở kháng vào rất nhỏ còn trở kháng ra rất lớn nên không sử dụng đ−ợc lợi thế của FET.
Sơ đồ mắc nguồn chung của JFET kênh loại N
Sơ đồ mắc cực máng chung của JFET kênh N
Sơ đồ mắc cực cửa chung của JFET kênh N
Ch−ơng III: Linh kiện tích cực
V. Một số loại linh kiện tích cực khác