CÁC LOẠI TRANZITO TRƯỜNG
7.2.2. Đặc trưng tĩn h của JFET kênh N
Giả sử cửa G và cực gốc s nối với nhau và nối đất, thế của cực dẫn là Vq. K h i V[J còn bộ, ta thấy dũng Iò tăng tuyến tớnh với Vq, vỡ chuyển tiếp giữa cửa và cực dẫn hầu như không thay đổi so với trước. V ì Vps = Vos > 0 nên chuyển tiếp D -G phân cực ngược, khi Vp tăng thì “ vùng sa mạc” sẽ lan rộng (hình 7.3a) làm thiết diện ngang của kênh bị thu hẹp, điện trở của kênh vì thế cũng tăng lên, kéo theo sụt thế trong kênh cũng tăng. K h i kênh bị đóng ở gần cực dẫn D (điểm P), thì dòng không tăng luôn luôn giữ giá trị bão hoà Ipss- trong kh i sụt thế trong kờnh (tớch Iò R es với R es là điện trở của kờnh) tiếp tục tăng mạnh. Nếu tiếp tục tăng thế Vd cao hơn thế Vp, ta thấy dũng Iò khụng đổi và bằng loss-
Nếu V j3 tăng cao sẽ xuất hiện thế đánh thủng: dòng tăng đột ngột trong khi thế VgR giữ không đổi. Như vậy, ta có các đặc trưng JFET như trên hình 7.3c, với thế cửa Vq = 0.
K hi kênh chưa bị cắt, tranzito có tính chất ôin - mic. Đặc trưng tĩnh có độ dốc:
dV.
V ớ iV D > V p th ì
R,. = d l
d l a v „ = o
dv, ỠVo=0 ằ 0 cú nghĩa là điện trở lố i ra của JFET cú giỏ tậ rất lún.
99
D Í D s s l '^ _
iDsat
V,: nhỏ, Vq = 0; a) Vo > 0 ; Vg < 0 b) cắt kênh; c) Đặc trưng l(V) Hình 7.3. Thret diện của kênh thay đổi với th ế Vq.
Vai trò của ih ế cửa Vq :
Thế này đảm bảo chuyển tiếp cửa/kênh luôn luôn phân cực ngược. Nếu tãng về giá trị tuyệl đối Vq thì độ rộng của vùng chuyển tiếp tăng, thiết diện dẫn giảm xuống, vì vậy Ij3
giảm theo. K h i Vo = -V p thì JFET đóng hoàn toàn, tức là Id = 0. Chế độ này gọi là chế độ khoá (cut - off).
Hình 7.4. Họ đặc trưng của JFET kênh N:
a) Lý thuyết; b) Thực nghiệm.
7.2.2.2. Nghiên cứu định lượng
Giả sử JFET kênh N đối xứng (hình 7.5). Để đơn giản mô hình, ta giả thiết:
o 0 ọ
Hình 7.5. Mô hình của vùng ĐTKG trong JFET.
100
* Chiểu dài của kênh (L) ít nhất lớn gấp hai lần chiều rộng của nó.
* Hai cửa giống hệt nhau, dài z và pha tạp mạnh loại p.
* Chuycn tiếp cứa/kênh phẳng và nhấy bậc.
* Nồng độ lạp chất của kênh N,| và độ linh động của các hạt tải |a„ không đổi.
* Điện trường trong vùng điện tích không gian vuông góc với mặt phẳng chuyển tiếp cửa/kênh (theo Irục Oy).
Còn Irong vùng trung hoà của kênh thì hướng theo trục Ox. V ớ i các gần đúng đó, cho phép giải phương trình Poission chỉ theo phương Ox. Do vậy nếu thế cửa bằng 0 thì chiều dày của vùng chuyển tiểp cửa/kênlì thay đổi theo X dưới dạng:
( v , + v ( x ) )
trong đó: V (x) là thế lại điểm X ở Irong kênh với Vc = 0 và V j > 0 : Vj, là hàng rào thế của chuyểrì liếp cửa/kênh.
Nếu tác dộng thế âm vào kênh, thì;
w (x) = 2 s 1
\ -1
q N ( V, + v ( x ) - v „ ) (7^1)
với V(; < 0.
Điện Irớ của đoạn dài dx của kênh là:
ƠN 2 Z ( a - v v ( x ) )
Sụt thế khi có dòng Iu chạy trong kênh là:
1 dx
dV = I „ d R = - - - ...Ip 2 Z (a - w (x ))
Tích phân dọc ihco chiổu dài của kênh đại lượng dV(a - w (x)); dể ý đến hệ thức (7.1) ta thấy rằng bícu Ihức dầu tiên th ỉ phụ thuộc V, biểu thức thứ hai chỉ vào X , do vậy:
í í a - I — — ( v , + V ( x ) - V ^ ) ì d V = --- dx
! [ V q N-. ^ ^ ^ J / 2 q N , M „ Z
Tliế ờ Irong kênh thay đổi lừ 0 (thế của cực gốc 0) đến v „ (ih ế của cực dẫn); còn X thay dổi từ X = 0 dến X = L (chiều dài của kênh).
Sau khi lấy tích pliàn và dặt: G„ = là độ dẫn của kênh khi không có vùng L
clìuvcn tiếp, ta tìm được;
= [ ~ ^ Í ( V „ + V , - V „ ) L ( V , - V „ ) Ỉ Ì (7.2)
L 3 \ qN^a^ 1, )_
Hệ Ihức này áp dụng cho Ihế V|J < V |,; thế mà lại đó kênh bắt đầu bị cắt; tại giá trị này thì: \v(x) = a. Do vậy, hệ thức 7.1 kéo iheo;
. a N .a - ' ...
V|,+ V|, = ; Thờ'cắt kênh nội (7.3)
101
Khi đó biểu thức của dòag (ỉán được viel lại dưới dạng:
r
I.. = Go ! V,. - - Ặ ĩ ĩ { (V„ + V, - v„)ỉ - {V, - v„) (mA) (7.4)
I \ / •> •'
Biểu thức này cho ihấv dònu dần tâng theo thế dẫn Vp với các giá trị khác nhau của Ihế cửa Vf, cho đến tận giới hạn cúa miền bão hoà.
Xét m ột sỏ'trườn iị hợp ri.ừii<^\
* K h i Vp ô Vh - V^. ( V( < 0 ), irường hợp này ta cú thể khai triển:
(V „ + V , - = (V , - + 3/2 ( V , - Vo)''^ Vd +...
K h i đó biểu thức 7.4 trờ thành:
In = Gn r
1 - V. - V,- h tì
ỉ V ■ Vị3 (m A ) (7.5)
Hệ thức này cho phép rút ra một sỏ nhận xét:
* Ip thay đổi một cách luyến lính đối với Vp (miền tuyến tính).
* Thế cửa Vp càng âm, t h ì hệ sô đứng trước V|5 sẽ càng giảm vì thế điện trở giữa S--D sẽ càng tăng. L in h kiện hoạt dộng như một điện trở được điều khiển bằng thế.
* K h i Vị, - V(. = Vpo Ihì diện trở giữa S-D trở nên vô hạn. Hệ thức 7.3 cho thấy kênh bị đóng kín hoàn toàn khi thế cửa V(; = -Vp.
K h i kênh bắt đầu bị đóng thì thế S-D bằng Vd = Vj,^, - Vq ; vì vậy:
Vo 1,. V , + v„ = V,, + V, = Vpo
hay: - v , > „ p „ + V , _ (7.6)
thay (7.6) vàO (7.4) ta tìm dược bicu Ihức của dòng D -S:
" 2 :
V - V
VPO (m A ) (7.7)
Hệ thức này biểu ihị dòiíg bão hoà theo thế cửa Wer Đ ó là đặc triơĩg truyền. K hi V(5 = 0, hệ thức trên cho biểu tliứũ của ìklo lìoìi cực đại'.
I„.., = - ' Ỹ “ + V. I (‘" A ) (7-8) Đây là đặc trưng trong mén hữo lioà, cũng là miền mà tranzito JFET thường được sử dụng như một máy phát dcm's, kliònỊ> dổi (Id không phụ thuộc vào Vp) được điều khiển băng
thếVo. •