— 0O0 —
CHƯƠNG 4:
TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
THỜI LƯỢNG (6 tiết)
LT BT TH
5 1 0
Mục tiêu (Kiến thức - Kỹ năng)
Trình bày đươc cấu tạo, nguyên lý làm việc của JFET, MOSFET, UJT. Vận dụng được các mạch ứng dụng cơ bản của JFET, MOSFET, UJT
BÀI 1. TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG - JFET
1.1. Giới thiệu chung.
1.2. Cấu tạo và phân loại.
1.3. Nguyên tắc hoạt động 1.4. Các thơng số kỹ thuật.
1.5. Các mạch phân cực cho JFET 1.6. So sánh giữa BJT và JFET
1.7. Mạch ứng dụng.
BÀI 2 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG - MOSFET
2.1. Giới thiệu chung.
2.2. Cấu tạo và phân loại. 2.3. Nguyên tắc hoạt động
2.4. Các thơng số kỹ thuật.
2.5. Mạch ứng dụng.
BÀI 3. TRANSISTOR ĐƠN NƠI UJT
3.1. Giới thiệu chung.
3.2. Cấu tạo và phân loại.3.3. Nguyên tắc hoạt động 3.3. Nguyên tắc hoạt động
3.4. Các thơng số kỹ thuật. 3.5. Mạch ứng dụng.
BÀI 1. TRANSISTOR HIỆU ỦNG TRƯỜNG JFET — 0O0 —
1.1. Giĩi thiệu chung.
Tơng quan về Transistor Phân ghi chép
Cồng dụng
Dẳn khi V£>Vp (loại trên H.2.58)
Lưu ý: Chủng loại, f,IM, VEW
Khuếch đại, tạo xung
Dần khi: + vc »VB > v£ (loại NPN), + VE»Vs>Vc(PNP) Lưu ý: Chủng loại f, Ic,vci
Giống như BJT nhưng nhạy hơn và hoạt động mạnh hơn
NJFET S»j^D WFET
Dẫn khi: +VD»VS>VG (KênhP) +VD«Vs<VG(KênhN) Lưu ý: Chủng loại f, 1D, VDS
Giống như JFET nhưng nhạy hơn và tần 95'hoạt động cao hơn
2N2796 g]^ ™os
Dẫn khi: +VD » vs > VG (Kênh P) :+võ«Vs<VG(KẻnhN) - Lưu ý: Chủng loại f,ID,VDS
FET cĩ 2 loại là JFET (Juntion Field Effect Transistor) và MOSFET (Metal Oxiide Semiconductor Field Effect Transistor). Trong đĩ MOSFET cĩ hai loại nữa là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn.
1.2. Cấu tạo và phân loại.
Giới thiệu____________________________________
Transistor hiệu ứng trường (FET = Field Effect Transistor).
FET cĩ tổng trở vào lớn, dịng ngõ ra được thay đổi bằng cách thay đổi điện áp ở ngõ vào hay nĩi cách khác dịng giữa cực máng (cực thốt) (D: Drain) và cực nguồn (S: Source) được điều khiển bởi điện áp giữa
cực cổng (G: Gate) và cực nguồn (S).
Phần ghi chép
- Cực tháo D ( Drain) - Cực nguồn s ( Source).
1.3. Nguyên lý hoạt đơng
Đặt tuyến truyền dẫn và đặt tuyến ngõ ra Phân ghi chép
Khi VGS = ov, VDS > 0: Các điện tử sẽ di chuyển từ cực
nguồn s đến cực máng D, thiết lập nên dịng điện ID = Is cĩ chiều từ D đến s, phụ thuộc vào VDS và RD.
Khi cực G cĩ điện áp âm (VGS < 0) thì tiếp giáp P-N của cực G và cực s phân cực nghịch nên dịng ID phụ thuộc vào
Rd và Vds-
Khi VGS càng âm thì tiếp giáp P-N càng bị phân cực nghịch, vùng nghèo tăng lên làm độ rộng kênh giảm xuống, điện trở kênh tăng,
Dịng ID giảm tới 1 trị số' âm nào đĩ của VGS thì 2 vùng nghèo chạm nhau và bĩp nghẽn kênh lại làm dịng ID » 0.
Khi tăng VDS từ ov lên thì dịng ID tăng nhanh nhưng
sau đĩ đến 1 điện áp giới hạn thì dịng ID khơng tăng được nữa gọi là dịng bảo hồ IDSS(saturation). Điện áp VDS cĩ
Idss gọi là điện áp nghẽn VP0 ( Pinch-Off).
Id = OmAVcs = Vp
1.4. Các thơng số kỹ thuât.
Phân cực tự động_______________________________________
* Hệ số truyền dẫn: là tỷ số giữa mức biến thiên dịng
ID và VGSkhi VDS khơng đổi. Trị sơ' này phản ánh mức độ
ảnh hưởng của VGS tới ID.
«.=■^“-(0^/0
^GS
Phần ghi chép
* Độ khuếch đại điện áp p: là tỉ sơ' giữa mức biến
thiên ngõ ra VDS và ngõ vào VGS khi ID khơng đổi. p càng lớn thì tác dụng điều khiển của VGS đơi với dịng ID càng
nhạy.
* Ngồi các thơng sơ' trên cịn cĩ cacl thơng sơ' như là
VDSmax, ỈGmax, Ptot max , điện áp nghẽn Vp, dịng IDbảo hồ
Idss-
1.5. Các mạch phân cực cho JFET
Phân cực tự động_____________________________________
Xét mạch JFET kênh N ta cĩ:
Vdd = VD + IdRd => VD = VDD - IdRd vs = idrs.
Vdd = Vds + IdRd +IdRs => VDS = VDD - ID(RD +Rs )
Phân ghi chép
Hình 35: Phân cực tự động
Ở cực G cĩ VG = 0.
Điện trở Rg cĩ giá trị rất lớn 1MQ đến 10Mfì. Điện áp phân cực ngõ vào là:
VGS = VG — vs = 0 - IdRs = ■ IdRs-
Ị _ V[)D — Vps D RD + R.s
Phương trình đường tải tỉnh:
Tương tự như mạch phân cực định dịng cực B, mạch phân
cực cực nguồn cho JFET.
Nguồn -5V chính là nguồn Vgs- Sử dụng cơng thức
/ .. Ỹ ,
Ị = / I I-LGS. , chúng ta cĩ thê tính được Id. Khi đã cĩ Id, Vds
D DSS I TZ I \ yp )
cĩ thể được tính như sau:
1.6. So sánh giữa BJT và JFET
So sánh giữa BJT và JFET Phần ghi chép
BJT JFET .................................
BJT là linh kiện được điều khiển bằng dịng
JFET là linh kiện được
điều khiển bằng áp ................................. Dịng điện Ic là hàm của dịng IB Dịng ID của JFET là hàm của VGs ................................. BJT cĩ 2 loại là NPN và PNP
JFET cũng cĩ 2 loại JFET
kênh N và JFET kênh p .................................
BJT là linh kiện cĩ cực tính (bipolar: lưỡng cực), trong đĩ dịng điện là dịng của các hạt tải đa số: điện tử và lỗ trơng
JFET là một linh kiện
khơng cĩ cực tính (unipolar) hay cịn gọi là đơn cực, dịng tải là dịng các điện tử (kênh
N) hoặc các lỗ trống (kênh P) ................................. Tần số hoạt động của BJT tháp Tần số hoạt động của JFET cao ................................. BJT cĩ tổng trở vào tháp, chỉ khoảng vài trăm KQ
JFET cĩ tổng trở vào rất cao, cĩ thể đạt vài trăm MQ
.................................
BJT cĩ độ nhạy cao hơn
JFET về sự thay đổi tín hiệu
cung cấp ngõ và và độ thay
đổi dịng điện ngõ ra của BJT lớn hơn nhiều so với JFET,
nên độ lợi điện áp trung bình
của mạch khuếch đại BJT lớn hơn JFET.
JFET cĩ độ ổn định nhiệt
cao hơn BJT và JFET cĩ cấu
trúc nhỏ hơn BJT nên rất thích
hợp cho việc chế tạo IC.
Vbe=0,7V ị Ie JFET DSS V„=Q.7V isa. - 7g = (U . VP D~1s Ig=OA G I r Vgs |ị E ■ 'S Ic=PIb BJT
Các phương trình của JFET và BJT được xác định như sau:
BJT
1.7. Mạch ứng dụng.
Phần ghi chép Mạch khuếch đại __t__________ *2__
N-Channel N-Channel N-Channel
p-Channel p-Channel p-Channel
BÀI 2 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG MOSFET
----- oOo----
2.1. Giới thiệu chung.
Giới thiệu chung về MOSFET Phần ghi chép
MOSFET là một dạng cải tiến của JFET. Cĩ hai loại MOSFET là MOSFET kênh gián tiếp (cịn gọi là MOSFET kênh
cảm ứng) và MOSFET kênh liên tục (cịn gọi là MOSFET kênh cĩ sấn). Trong mỗi loại này lại chia ra MOSFET kênh N và MOSFET kênh p.
* MOSFET kênh cĩ sẵn :
MOSFET kénh cĩ sẵn loại N MOSFET kênh cỏ sẵn loại p
* MOSFET kênh gián đoạn:
MOSFET kênh gián đoạn loại N MOSFET kêiih gián đoạn loại p
...................................................
2.2. Cấu tạo và phân loại.
cấu tạo Phần ghi chép
Transistor MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field -
Effect Transistor) chia ra làm 2 loại là MOSFET kênh liên tục
và MOFET gián đoạn.
s
MOSFET kênh N
s
MOS FEI kênh p
Hình 39: MOSFET kênh liên tục
Cấu tạo, ký hiệu MOSFET kênh gián đoạn:
2.3. Nguyên lý hoạt đơng
Đặc tính MOSFET kênh liên tục
- Đặc tuyến truyền dẫn :
Khi VGS = 0V: dịng điện đi qua kênh theo chiều
từ VDD vào cực D và ra ở cực s xuống mass. Lúc này, kênh
cĩ tác dụng như 1 điện trở, dịng IDchỉ phụ thuộc vào VDS
và Rd.
Phân ghi chép
Vgs
Khi VGS < 0: cực G cĩ VG < 0 nên đấy các electron từ kênh N vào vùng nền p làm thu hẹp tiết diện
kênh dẫn (điện trở kênh dẫn điện tăng) làm dịng ID giảm.
Khi càng tăng điện áp âm ở cực G thì dịng ID càng nhỏ và đến trị số giới hạn thì dịng ID = 0, điện áp VGS1ÚC này gọi là điện áp nghẽn -Vp0.
Khi VGS > 0: cực G cĩ VG > 0 nên electron ở vùng
nền p bị hút vào nền N làm tăng tiết diện kênh, điện trở .................................
kênh bị giảm xuống và dịng ID tăng cao hơn trị số bảo hồ.
Trường hợp này ID lớn dễ làm hư MOSFET nên ít được sử dụng.
- Đặc tuyến ngõ ra:
Giữ nguyên VGS, khi tăng nguồn VDS từ ov lên thì
dịng ID tăng nhanh nhưng sau đĩ đến 1 điện áp giới hạn thì .................................
dịng ID khơng tăng được nữa gọi là dịng bảo hồ IDSS .................................
(saturation).
Điện áp VDS cĩ IDSS gọi là điện áp nghẽn Vpo (Pinch-Off). Điệu hành I E kiểu tăng I I Idss 1 -4V 0 V -VGS= 02V -VGS=0V -VGS=-1V -Vgs=-2V -Vg$=-3V Vds Hình 41: Đặc tuyến ngõ ra
Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn Phần ghi chép
Do cấu tạo kênh bị gián đoạn nên bình thường
Khi VGS > 0: thì điện tích dương ở cực G sẽ hút
electron của nền p về phía của 2 vùng bản dẫn N+ và khi
lực hút đủ lớn thì sơ' electron bị hút nhiều hơn đủ để nơ'i liền
2 vùng bán dẫn N+ và kênh được liên tục.
Khi đĩ cĩ dịng ID đi từ cực D sang cực s. Điện áp
phân cực cho cực G càng tăng thì dịng ID càng lớn.
Hình 42: Đặc tuyến ngõ ra
Đặt tuyến trên ta thấy, VGS>Vy thì cĩ dịng ID. Điện
áp Vy gọi là điện áp thềm và trị sơ' khoảng IV (giơng VBE trasistor BJT).
2.4. Các thơng số kỹ thuật.
Phần ghi chép
* Hệ số truyền dẫn GfS: là tỷ sơ' giữa mức biến thiên
của dịng điện cực máng ID trên mức biến thiên của điện áp
cổng nguồn VGS khi điện áp máng - nguồn khơng thay đổi.
<7 = 11
fs ^GS
.................................
*Điện áp cắt của cổng - nguồn VGS (off): là điện áp
VGS mà ở đĩ transistor trường khơng làm việc.
*Dịng cực máng bão hịa IDss là dịng điện ID khi VGS
= 0
* Dịng điện cực máng cho phép IDmax.
* Dung kháng ngõ vào CIGS : là dung kháng ký sinh
giữa cực cổng và cực nguồn.
* Điện áp đánh thủng cổng - nguồn BVGss • là điện áp
tối đa giữa cực cổng và cực nguồn khi cực máng để hở.
* Trở kháng ngõ ra của FET RDSS : là trở kháng giữa
cực máng và cực nguồn.
.................................
*Cơng suất tiêu tc
của FET.
V = DSS Md
ín PD : là cơng suất tiêu thụ tốì đa
2.5. Mach ứng dụng.
Phần ghi chép IC 4047 để tạo xung đa hài. Điện áp đầu ra của 4047 là
11 V ở mức cao và 0.05 V ở mức thấp.
Dịng điện và điện áp làm việc của IC nhỏ, cịn ở mạch
động lực dịng làm việc lớn. Để cáchly giữa mạch điều khiển và mạch động lực ta sử dụng PC817
Khi được cấp nguồn 4047 sẽ hoat động tạo xung 50Hz
và lệch pha nhau 180 độ. Diode của PC phat sáng cĩ xung trên
Colecto của PC.
Xung điện áp đối xứng kích mở cho K956, K956 dẫn luân phiên, tạo dịng làm cho máy biến áp điểm giữa xuất hiện dịng điện AC trong cuộn sơ cấp ở cả hai bán kỳ.
BÀI 3. TRANSISTOR ĐƠN NĨI UJT — oOo —
3.1. Giĩi thiệu chung.
Giới thiệu______________________________________________
Transistor đơn nốì UJT (Unijunction Transistor), là transistor một tiếp giáp.
UJT hoạt động ở chế độ đĩng ngắt, được sử dụng
phổ biến trong các mạch dao động tạo xung điều khiển cho SCR hoặc TRIAC.
Phần ghi chép
Hình 44: UJT
3.2. Cấu tạo và phân loại.
Cấu tạo
_____•_____ __________________________________________ _
Gồm một thanh bán dẫn loại N chứa ít tạp chất được
dùng làm lớp nền, ở hai đầu cĩ hai điện cực kim loại tạo thành 2 cực nền B1, B2.
Dùng phương pháp nĩng chảy để gắn vào một tinh thể bán dẫn khác loại là p.
Tinh thể bán dẫn này sẽ khuếch tán vào thanh bán dẫn
ban đầu tạo ra một vùng tiếp giáp PN giống như diode, người ta lấy ra một điện cực ký hiệu E cực phát
UJT được ứng dụng trong các mạch dao động tạo
B;
xung để kích cho SCR, TRIAC vv...mạch tạo xung.
B1: Base 1: cực nền 1 B2: Base 2: cực nền 2
E: Emitter: cực phát.
ứng dụng_______________________________________
Do UJT cĩ tính chất đặc biệt khi VE < Vm3 dịng IE » 0 là dịng của các phần tử dẫn điện thiểu sơ' cĩ trị sơ' rất nhỏ.
Khi VE > vmở thì IE sẽ tăng nhanh, dịng Igg cũng tăng gấp 2 lần, chính vì vậy UJT được ứng dụng trong các mạch dao động tạo xung để kích cho SCR, TRIAC vv...
3.3. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên lý hoạt động Phần ghi chép
Khi VE < VA diode D1 phân cực ngược khơng dẫn, khi đĩ cĩ dịng điện ngược IE0 gọi là dịng rị khơng đáng kể khoảng vài pA đi qua tiếp giáp EB1, nên UJT ở trạng thái ngắt.
Khi VE > VA + 0,6 diode Dj phân cực thuận và dẫn điện. Dịng của các phần tử dẫn điện đa sơ' là lỗ trơng di chuyển
từ cực phát E vào cực nền, làm cho độ dẫn điện của tiếp .................................
giáp EB] tăng, làm điện trở tiếp giáp này là Rbi giảm một .................................
cách đột ngột.
Cịn điện trở RB2 vẫn giữ nguyên giá trị cũ bởi vì EB2 ................................. phân cực ngược, UJT ở trạng thái dẫn. .................................
3.4. Các thơng số kỹ thuật.
Thơng số kỹ thuật UJT ■ X
Phân ghi chép
* Điện trở liên nền RDD là điện trở giữa hai cực nền
BB
khi cực phát để hở.
* Tỷ số r|: hệ sơ' điện trở liên nền (r| = 0,5 - 0,8)
* Điện thế đỉnh Vm và dịng điện đỉnh Im của cực phát:
là điện thế và dịng tương ứng tại đỉnh.
* Điện thế thung lũng Vv và dịng điện thung lũng Iv
của cực phát: là điện thế và dịng điện tương ứng tại thung
lũng của đặc tuyến.
* Điện thế cực phát bão hịa VEsat là hiệu thế giảm
giữa cực phát và nền 1 ở vùng bão hịa.
...........................................................
3.5. Mach ứng dụng.
Trong cơng nghiệp, mạch tạo xung răng cưa thường dùng để cung cấp xung điều khiển cho các bộ biến tần điều
khiển tốc độ động cơ.
Ngồi ra, mạch tạo xung răng cưa cịn được sử dụng
phổ biến trong các mạch dao động tạo xung điều khiển cho
SCR hoặc TRIAC.
Hĩnh 46: Sơ đồ nguyên lý mạch dao động tạo xung nhọn dùng UJT ti ị t2 Vjji 0 Vbi 0
Hình 47:Dạng sĩng mạch dao động tạo xung nhọn dùng UJT.
*Nguỵên lý hoạt động của mạch:
Khi vừa cấp nguồn, điện áp trên tụ c là vc = VE = 0 do tụ c chưa nạp nên điện áp Va > VE. diode phân cực ngược khơng dẫn, dịng IB1 là dịng điện ngược.
Mạch điều chinh độ sáng đèn dùng UJT và Triac
sơ' VE = va + 0,6V thì diode chuyển sang trạng thái phân cực thuận và dẫn điện. Điện trở Rbi giảm đột ngột, tụ điện c bắt đầu phĩng điện và đặt trên R] một xung điện áp.
Điện áp trên tụ c giảm dần, khi VE giảm tới trị số
nhỏ hơn Va, diode lại phân cực ngược ngưng dẫn. Tụ c lại
nạp, điện áp trên R] ® 0.
Khi điện áp trên tụ tăng thì quá trình được lặp lại theo chu kỳ như ban đầu. Dạng xung điện áp trên R] như sau:
Chu kỳ dao động được tính đơn giản: T = T1 + T2
T] : Thời gian UJT tắt, c nạp từ vc đến Umđ =Vp
T2 : Thời gian UJT mở, c phĩng nhanh qua D, RB1, R] điện áp tụ c giảm về vkhĩa.
Chu kỳ dao động được tính gần đúng theo cơng thức:
..................................................................................................
T = 7?,.„Cln „ Vf!B = Ã,.„Clní— iR y BB y p V _J7 lRk 1 1 -n'/ 7
..................................................................................................
p: là hệ sơ' điện trở liên nền (r| = 0,5 - 0,8) ..................................................................................................
Phần ghi chép
Hình 48: Mạch điều chỉnh độ sáng đèn dùng UJT và Triac
kích cho Triac thơng qua Biến áp xung để cách ly mạch điều