1. Giới thiệu:
FET cĩ các tính chất khác với BJT và hoạt động phụ thuộc vào sự điều khiển của các hạt mang điện trong một kênh đƣợc điều khiển bằng điện áp. Điện áp này điều khiển dịng điện trong phần tử bằng tác dụng của trƣờng điện. Nhƣ vậy FET chính là nguồn dịng phụ thuộc áp, nĩ khác với BJT là nguồn dịng phụ thuộc dịng. Khi so sánh giữa BJT và FET, nên chú ý là cực máng D (Drain) tƣơng tự nhƣ collector và cực nguồn S (Source) tƣơng tự với cực phát emitter. Thành phần tiếp xúc thứ ba cực cổng G (Gate) tƣơng tự với cực nền base.
2. Các ƣu điểm và khuyết điểm của FET:
Các ƣu điểm của FET:
FET là phần tử nhạy với điện áp với trở kháng vào rất cao (từ khoảng từ 107 ÷ 1012Ω). Vì trở kháng vào lớn hơn so với BJT, nên FET thƣờng đặt trƣớc BJT trong khuyếch đại đa tầng.
FET thƣờng ổn định nhiệt hơn BJT. FET thƣờng dễ chế tạo hơn BJT.
FET tác động giống nhƣ là các biến trở phụ thuộc áp với một giá trị nhỏ của điện áp máng- nguồn.
Trở kháng vào rất lớn vào rất lớn của FET cho phép nĩ cĩ thể chứa điện tích đủ lâu để cho phép tạo các phần tử nhớ.
LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ROBOCON 2007
FET cĩ cơng suất cao và cĩ thể chuyển mạch các dịng lớn. Nhiều khuyết điển giới hạn sử dụng FET trong nhiều ứng dụng nhƣ:
FET thể hiện các đáp ứng tần số kém vì điện dung đầu vào khá lớn. Tuy nhiên cơng nghệ hiện nay cho phép chế tạo nhiều loại FET cao tần, cơng suất lớn dùng trong một số lĩnh vực đặc biệt, chẳng hạn nhƣ phát thanh, truyền hình, máy thu phát vơ tuyến.
FET dễ bị hƣ hỏng khi thao tác do tĩnh điện.
3. Cấu tạo:
FETcĩ 2 loại cơ bản : JFET và MOSFET. Trong từng loại cịn chia ra nhiều loại khác nữa nhƣng trong mạch robo chúng em chỉ sử dụng MOSFET kênh gián đoạn loại tăng kênh N. Do đĩ chúng em chỉ giới thiệu loại mosfet này.
Cấu tạo và kí hiệu: Cực cửa : Gate (G) Cực cửa : Gate (G) Cực thốt : Drain (D) Cực nguồn : Source (S) D (2) G (1) S (3)
Cấu tạo MOSFET loại tăng kênh N giống nhƣ cấu tạo MOSFET loại hiếm kênh N nhƣng khơng cĩ sẵn kênh N. Cĩ nghĩa là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) khơng dính liền nhau nên gọi là MOSFET kênh gián đoạn. Mặt trên kênh dẫn điện cũng đƣợc phủ một lớp oxit cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện bên ngồi và nối vào vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và cực D. Cực G cĩ tiếp xúc bên ngồi lớp oxit và cách điện đối với cực S và D.
LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ROBOCON 2007
Cực S đƣợc nối với nền P.
Xét mạch nhƣ hình vẽ sau:
ID
Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn
Do cấu tạo kênh bị gián đoạn nên bình thƣờng khơng cĩ dịng điện qua kênh (VGS = 0V), điện tử khơng di chuyển đƣợc nên ID = 0, điện trở giữa D và S rất lớn.
Khi phân cực cho cực G cĩ VGS > 0V thì điện tích dƣơng ở cực G sẽ hút electron của nền P về phía giữa hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số electron bị hút nhiều hơn đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh đƣợc liên tục. Khi đĩ cĩ dịng điện ID chạy từ D sang S và điện trở giữa D và S giảm. điện thế tại cực G càng lớn thì dịng ID càng lớn và điện áp VDS càng nhỏ. Khi VGS đủ lớn bằng Vδ thì cĩ dịng điện ID, điện trở giữa D và S cũng nhỏ nhất bằng 0 và điện áp VD = VS = 0V. Điện áp Vδ cũng đƣợc gọi điện áp thềm và trị số khoảng 1V.
ID ID VGS = 4V +3V +2V +1V VG VGS 0 Vδ GVHD: PHAN HỮU TƢỚC
LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ROBOCON 2007