III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI FET
1. Chế độ làm việc DC và phân cực FET
1.1. Chế độ làm việc DC: xem mục 4.1 trong phần II.
1.2. Phân cực FET
1.2.1. Phân cực cho JFET kiểu tự cấp
Các JFET thường được tự phân cực nhờ điện trở Rs mắc giữa cực nguồn và đất (hình 1.30, vẽ cho trường hợp JFET kênh N). Dịng máng ID sẽ hạ trên điện trở đĩ một điện áp VSM = IdRs. Chính điện áp này phân cực nghịch cho chuyển tiếp p - N giữa cực cửa và kênh dẫn, bởi vì dịng qua R<.j xấp xỉ bàng khơng cho nên điểm G gần như dẳng thế với điểm M.
Vgs = - IdRs (1.100)
Ớ ngõ ra, điện áp VDS tạo bởi nguồn ED giảm áp qua RD và Rs:
Các điện áp VGS, Vds này sẽ quyết định dịng điện trên các cực, nĩi cách khác: xác định nên điểm làm việc tĩnh.
Ta cĩ thể xác định điểm làm việc tĩnh Q bằng đồ thị. Thật vậy, giả sử đã cĩ đặc tuyến truyền đạt ID = f(VGS) của JFET như ở hình 1.31 (đường sổ 1). Đặc tuyến này thường được mơ phỏng bằng biểu thức:
Id - Idss v r
Vp /
Mặt khác, từ (4.3.37) rút ra:
( 1.102)
(1.103)
Đơ thị biểu diễn quan hệ này là dường thẳng OL trên hình 1.31. Giao điểm Q của hai đồ thị nĩi trên xác định cặp giá trị cần tìm: VGSQ và IDQ.
Ở ngõ ra, giả sử đã cĩ họ đặc tuyến máng của JFET như hình 1.32. Mặt khác, từ (1.10 ĩ ) suy ra hàm giải tích của đường tải:
En I n - -
Rd + Rsv , , + Rd + Rs (1.104)
thể hiện bằng đường MN, trên hình vẽ. Giao điểm của đường này với đặc tuyến tĩnh ứng với VGS = Vgsq sẽ xác định trị số dịng và áp tĩnh trong mạch ra.
Người ta cũng cĩ thể xác định điểm tĩnh Q theo phương pháp giải tích, khi đã biết các tham số Vp, IDSS, RD, Rs,...
Thật vậy, thay (1.100) vào biểu thức giải tích (1.102) của đặc tuyến, sau vài biến đổi đơn giản, sẽ đi đến:
r R v v V p, I 1 DSS 1 DI - R I ^ 2, — +1 K 1 D I DSS — 0 (1.105)
Đây là phương trình bậc hai đổi với ID. Nghiệm của nĩ chính là I[)Ọ. Từ đĩ, áp dụng (1.100), (1.101) sẽ xác định được VGSQ và V DSQ.
Ví dụ 1.5: Xác định điểm làm việc tĩnh của JFET kênh N mắc theo mạch nguồn chung, phân cực tự cấp (hình 1.30) biết rằng Vp = -4V, IDSS = 8mA, RD = l,5kQ, Rs =
1 kQ, Ed = 15V, (R o= 1MQ).
Giải: Dùng phương pháp giải tích, áp dụng phương trình 1.105, sau khi thay các giá trị bằng số ta cĩ:
0,5.103.1 D - 5 I0 +8.10'3 = 0 (đơn vị mA)
Phương trình bậc 2 này cĩ 2 nghiệm là 8 mA và 2 mA, trong đĩ chỉ cĩ nghiệm IDỌ = 2mA là thích hợp.
Từ đĩ:
Vgsq = -RsIdq = -103.2.10-3 = -2V Vdsq = Ed- Idq(Rs + Rd) = 1 5 - 2 ( 1 ,5 + 1)= 10V
1.2.2. Phân cực cho JFET (hoặc MOSFET) kiểu phân áp
ỉ lai điện trở R<iị, R<J2 tạo nên bộ phân áp. Do IG ~ 0 cho nên:
VGM = Ep - R°* = const (1.106)
Ro. + Rg2
Hình 1.33. Phân cực cho JFET kỉểu phân áp
Hình 1.34. Xác định điểm tĩnh tầng đị thị
Vì vậy điện áp phân cực ở ngõ vào xác định bởi:
Vgs = VGM - IdRs (1.108)
và ở ngõ ra:
Vds = Ed — Ip(R[) + R-s) (1.109)
Muốn xác định điểm làm việc tĩnh bằng đồ thị, từ ( 1.108) ta rút ra:
1 V .
ID = - — VCS+-1^L
Rs GS Rs
Quan hệ này (dạng y = ax + b) thể hiện đường thẳng AB trên hình 1.34 (cắt trục
V
hồnh tại hồnh độ VGM, căt trục tung tại tung đ ộ —— ). Giao diêm cùa đường nàv với R c
đặc tuyển truyền đạt ID = f(VGS) sẽ là điểm tĩnh Q.