Nội dung

Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - VDD + - VGG + S SiO2 Điều hành theo kiểu tăng G D nn+ n+ Điện tử tập trung dưới sức hút nguồn dương của cực cổng làm cho điện trở thông lộ giảm Thân p- Hình 26 Khi VGS = 0V (cực cổng nối thẳng với cực nguồn), điện tử di chuyển giữa cực âm của nguồn điện VDD qua kênh n- đến vùng thoát (cực dương của nguồn điện VDD) tạo ra dòng điện thoát ID. Khi điện thế VDS càng lớn thì điện tích âm ở cổng G càng nhiều (do cổng G cùng điên thế với nguồn S) càng đẩy các điện tử trong kênh n- ra xa làm cho vùng hiếm rộng thêm. Khi vùng hiếm vừa chắn ngang kênh thì kênh bị nghẽn và dòng điện thoát ID đạt đến trị số bảo hoà IDSS. Khi VGS càng âm, sự nghẽn xảy ra càng sớm và dòng điện bảo hoà ID càng nhỏ. Khi VGS dương (điều hành theo kiểu tăng), điện tích dương của cực cổng hút các điện tử về mặt tiếp xúc càng nhiều, vùng hiếm hẹp lại tức thông lộ rộng ra, điện trở thông lộ giảm nhỏ. Điều này làm cho dòng thoát ID lớn hơn trong trường hợp VGS = 0V. Vì cực cổng cách điện hẳn khỏi cực nguồn nên tổng trở vào của DE-MOSFET lớn hơn JFET nhiều. Cũng vì thế, khi điều hành theo kiểu tăng, nguồn VGS có thể lớn hơn 0,2V. Thế nhưng ta phải có giới hạn của dòng ID gọi là IDMAX. Đặc tuyến truyền và đặc tuyến ngõ ra như sau: Trang 106 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com DE-MOSFET kênh N ID (mA) Đặc tuyến truyền Điều hành kiểu tăng ID (mA) Đặc tuyến ngõ ra IDmax VGS = +2V VGS = +1V IDSS VGS = 0V Điều hành kiểu hiếm VGS = -1V VGS = -2V VGS(off) < 0 VGS = -3V VGS 0 2V VDS (volt) 0 Hình 27 DE-MOSFET kênh P ID (mA) Đặc tuyến truyền Điều hành kiểu tăng ID (mA) Đặc tuyến ngõ ra IDmax VGS = -2V VGS = -1V IDSS VGS = 0V Điều hành kiểu hiếm VGS = +1V VGS = +2V VGS(off) > 0 VGS 0 -2V VGS = +3V VDS (volt) 0 Hình 28 Như vậy, khi hoạt động, DE-MOSFET giống hệt JFET chỉ có tổng trở vào lớn hơn và dòng rỉ IGSS nhỏ hơn nhiều so với JFET. VI. MOSFET LOẠI TĂNG (ENHANCEMENT MOSFET: E-MOSFET) MOSFET loại tăng cũng có hai loại: E-MOSFET kênh N và E-MOSFET kênh P. Về mặt cấu tạo cũng giống như DE-MOSFET, chỉ khác là bìng thường không có thông lộ nối liền giữa hai vùng thoát D và vùng nguồn S. Mô hình cấu tạo và ký hiệu được diễn tả bằng hình vẽ sau đây: Trang 107 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com D Nguồn S Cổng G Thoát D Tiếp xúc kim loại Thân U G SiO2 n+ S Ký hiệu n+ D Thân p- Thân nối với nguồn G E-MOSFET kênh N S Thân U Hình 29 D Nguồn S Cổng G Thoát D Tiếp xúc kim loại Thân U G SiO2 p+ S Ký hiệu p+ D Thân n- Thân nối với nguồn G E-MOSFET kênh P S Thân U Hình 30 Trang 108 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Khi VGS < 0V, (ở E-MOSFET kênh N), do không có thông lộ nối liền giữa hai vùng thoát nguồn nên mặc dù có nguồn điện thế VDD áp vào hai cực thoát và nguồn, điện tử cũng không thể di chuyển nên không có dòng thoát ID (ID # 0V). Lúc này, chỉ có một dòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua. - VDD + S SiO2 VGS = 0V G D n+ n+ Thân pMạch tương đương Hình 31 Khi VGS>0, một điện trường được tạo ra ở vùng cổng. Do cổng mang điện tích dương nên hút các điện tử trong nền p- (là hạt tải điện thiểu số) đến tập trung ở mặt đối diện của vùng cổng. Khi VGS đủ lớn, lực hút mạnh, các điện tử đến tập trung nhiều và tạo thành một thông lộ tạm thời nối liền hai vùng nguồn S và thoát D. Điện thế VGS mà từ đó dòng điện thoát ID bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng - nguồn (gate-to-source threshold voltage) VGS(th). Khi VGS tăng lớn hơn VGS(th), dòng điện thoát ID tiếp tục tăng nhanh. Người ta chứng minh được rằng: [ I D = K VGS − VGS( th ) ] 2 Trong đó: ID là dòng điện thoát của E-MOSFET A K là hằng số với đơn vị 2 V VGS là điện thế phân cực cổng nguồn. VGS(th) là điện thế thềm cổng nguồn. Hằng số K thường được tìm một cách gián tiếp từ các thông số do nhà sản xuất cung cấp. Thí dụ: Một E-MOSFET kênh N có VGS(th) =3,8V và dòng điện thoát ID = 10mA khi VGS = 8V. Tìm dòng điện thoát ID khi VGS = 6V. Giải: trước tiên ta tìm hằng số K từ các thông số: Trang 109 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com K= ID [V GS − VGS( th ) = 10.10 −3 ] [8 − 3,8] 2 Vậy dòng thoát ID và VGS là: [ I D = K VGS − VGS( th ) ] 2 2 = 5,67.10 − 4 A V2 = 5,67.10 − 4 [6 − 3,8] 2 ⇒ ID = 2,74 mA - VDD + - VGG + S SiO2 VGS ≥ VGS(th) G D Thông lộ tạm thời n+ n+ Thân p- ID (mA) ID (mA) Đặc tuyến ngõ ra IDmax Đặc tuyến truyền VGS = 7V VGS = 6V VGS = 5V VGS = 4V VGS = 3V VGS = 2V VGS 0 VGS(th) VGSmax VDS (volt) 0 Hình 32 Trang 110 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com VII. XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐIỀU HÀNH: Ta xem mô hình của một mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng JFET kênh N mắc theo kiểu cực nguồn chung +VDD = 20V RD = 820Ω C2 C1 v0(t) + vGS(t) - ~ RG 100KΩ -VGG = -1V Hình 33 Mạch tương đương một chiều (tức mạch phân cực) như sau: ID RD = 820Ω IGSS + VGS RG + VDS - - 100KΩ VDD = 20V VGG = -1V Hình 34 Cũng giống như transistor thường (BJT), để xác định điểm điều hành Q, người ta dùng 3 bước: Áp dụng định luật Krichoff ở mạch ngõ vào để tìm VGS. Trang 111 Biên soạn: Trương Văn Tám Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2 ⎤ ⎡ V Dùng đặc tuyến truyền hay công thức: I D = I DSS ⎢1 − GS ⎥ trong trường hợp DE⎢⎣ VGS( off ) ⎥⎦ 2 MOSFET hoặc công thức I D = K VGS − VGS( th ) trong trường hợp E-MOSFET để xác định [ ] dòng điện thoát ID. Áp dụng định luật Krichoff ở mạch ngõ ra để tìm hiệu điện thế VDS. Bây giờ, ta thử ứng dụng vào mạch điện hình trên: Mạch ngõ vào, ta có: VGG − R G I GSS + VGS = 0 Suy ra, VGS = − VGG + R G I GSS Vì dòng điện IGSS rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Như vậy, VGS ≈ −VGG Trong trường hợp trên, VGS = -1 Đây là phương trình biểu diễn đường phân cực (bias line) và giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến truyền là điểm điều hành Q. Nhờ đặc tuyến truyền, ta có thể xác định được dòng thoát ID. ID ID I D ( sat ) = IDSS Đường phân cực VGS = -VGG = -1V Q VDD RD Đường thẳng lấy điện IDSS VGS = 0V Q ID ID VGS = -1V VGS = -2V VGS = -3V VGS = -4V VGS VGS(off) -1 0 0 VDS VDS VDS(off) =VDD Hình 35 - Để xác định điện thế VDS, ta áp dụng định luật Kirchoff cho mạch ngõ ra: VDD = RDID + VDS ⇒ VDS = VDD – RDID Đây là phương trình của đường thẳng lấy điện tĩnh. Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến ngõ ra với VGS = -VGG = -1V chính là điểm tĩnh điều hành Q. Trang 112 Biên soạn: Trương Văn Tám