Bài giảng Cấu kiện điện tử: Chương 5 - ĐH Nha trang

Bài giảng Cấu kiện điện tử - Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET) trình bày các nội dung: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của FET (Field-Effect Transistor), các tham số và đặc tính của FET, phân cực cho FET, sơ đồ tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần số thấp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

• Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của FET (Field-EffectTransistor)

• Các tham số và đặc tính của FET

• Phân cực cho FET

• Sơ đồ tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần

số thấp

• Là loại linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng trường để điều khiển độ dẫn điện trong bán dẫn đơn tinh thể

• Dòng điện chỉ do một loại hạt mang điện sinh ra nên nó còn được gọi là linh kiện đơn cực

(unipolar device)

• Transistor trường gồm có hai loại:

đó là transistor trường cực cửa cách ly oxit kim loại

(MOSFET); MOSFET lại có hai loại là MOSFET kênh đặt sẵn và MOSFET kênh cảm ứng

• Ưu điểm của transistor trường là: mức độ tiêu hao năng lượng thấp, hoạt động tin cậy, ít nhiễu, trở kháng vào rất lớn, trở kháng ra rất nhỏ,…

bán dẫn loại p (hoặc n) có nồng độ cao; lớp bán dẫn

(Drain) và cực Nguồn S (Source); thường JFET cócấu trúc đối xứng, nên cực D và cực S có thể đổi lẫncho nhau

– Hai miếng bán dẫn ở hai bên được nối với nhau và

Nguyên lý hoạt động JFET

• Để JFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n luôn phân cực ngược

• Xét nguyên lý làm việc của JFET kênh n:

– U DS >0 có tác dụng tạo ra dòng điện đi qua kênh

Nguyên lý hoạt động JFET

• Nếu giữ UGS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ thuộc của dòng cực máng ID vào UDS, ta có đặc tuyến ra: ID=f(UDS)|Ugs=const

hơn ở phía D và giảm dần về phía S Nếu chưa có sự

“thắt” kênh, thì điện trở của kênh là không đổi và dòng

I D tăng dần

(pinch off)

phía S, khi đó điện trở của kênh tăng dần, nên

I D =I DSS ≈const

không hoạt động được

• Khi UGS<0 thì hiện tượng thắt kênh sẽ diễn ra sớm hơn, và IDbh nhỏ hơn

Nguyên lý hoạt động JFET

• Họ đặc tuyến ra của JFET

Nguyên lý hoạt động JFET

• Nếu giữ UDS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ thuộc của dòng cực máng ID vào UGS, ta có đặc tuyến truyền đạt: ID=f(UGS)|Uds=const

yếu nhất, nên độ rộng của kênh là lớn nhất, do vậydòng I D là lớn nhất

(vẫn phân cực không đồng đều: mạnh ở phía D, yếu

dòng I D cũng giảm dần

thủng

U

U I

I

Dòng điện qua JFET/MOSFET:

• JFET tương tự như một transistor lưỡng cực, với sự

S-chung, D-chung và G-chung (G-chung ít được dùng vìtrở kháng vào nhỏ, trở kháng ra lớn)

Phân cực cho JFET

• Để JFET làm việc ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n luôn phân cực ngược

• Đối với JFET kênh n thì UGS<0 ; JFET kênh p thì

UGS>0

• JFET cũng như transistor cũng có các cách phân cực như: phân cực bằng hồi tiếp điện áp, phân cực bằng điện trở phân áp, phân cực bằng dòng cố định…Tuy nhiên các phương pháp này không thực hữu hiệu khi phân cực cho JFET

• Phương pháp thông dụng nhất để phân cực JFET là phương pháp tự phân cực (self-bias)

Phân cực cho JFET

• Phân cực cho JFET bằng phương pháp tự phân cực

D D

DD D

S D

GS

R I

V U

R I

 D S 

D DD

Phân cực cho JFET

• Phân cực cho JFET bằng điện trở phân áp

Tính dòng điện và điện áp một chiều trên các cực của JFET?

Biết U D =7V

d m

DS

u

i g

m

U

U g

g 0 1

off

DSS m

U

I

g0  2và

DS o

GS

i

u r

const U

G

GS i

DS

i

u r





Điện dung tiếp xúc giữa các cực: Do tiếp giáp p-n phâncực ngược, nên gữa các cực có điện dung của tiếp giáp p-n,giá trị này cỡ vài chục pF, ở tần số thấp có thể bỏ qua

r’ gs: điện trở giữa hai cực G-S

r’ ds: điện trở giữa hai cực D-S

r’gs và r’ds rất lớn nên coi như hở mạch

– Trên đế bán dẫn loại n (hoặc p), người ta pha tạp hai lớp bán

dẫn loại p (hoặc n) và đưa ra hai cực D và S

– Kênh dẫn nằm dưới cực cửa và nối giữa cực D và S; kênh dẫn

được cách ly với cực cổng G bởi lớp oxit cách điện (thường là

SiO2)

– Nếu kênh dẫn hình thành sẵn trong quá trình chế tạo thì ta có

loại MOSFET kênh đặt sẵn (Depletion MOSFET: DMOSFET);

Nếu kênh hình thành trong quá trình làm việc thì ta có MOSFET

kênh cảm ứng (Enhancement MOSFET: EMOSFET)

Nguyên lý hoạt động MOSFET

• Để MOSFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực cho nó băng cách đặt lên các cực của nó điện áp một chiều thích hợp Khi làm việc thì đế và cực S của MOSFET được nối với nhau

• Xét nguyên lý làm việc của DMOSFET kênh n:

của DMOSFET

DMOSFET

Nguyên lý hoạt động của EMOSFET

• EMOSFET chỉ hoạt động ở chế độ giàu : ( UGS>0

đối với EMOSFET kênh n ; và UGS<0 đối với EMOSFET kênh p )

• Xét nguyên lý hoạt động của EMOSFET kênh n

không có dòng cực máng

U GSth

GSth GS

nhờ các thông số trong datasheet của nhà sản xuất