Tranzito trường Chương 4: Tổng quan và ứng dụng

Tranzito tr−êng

ch−¬ng 4

4.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i 4.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i 4.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i 4.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i

Tranzito tr−êng - FET (Field Effect Transistor) lµ mét cÊu kiÖn ®iÖn tö gåm 3 cùc, trong ®ã cã mét

cùc ®iÒu khiÓn. Kh¸c víi BJT sö dông hai lo¹i h¹t dÉn ®ång thêi (n vµ p) vµ ®iÒu khiÓn b»ng dßng th×

FET chØ dïng mét lo¹i h¹t dÉn (hoÆc n hoÆc p) vµ ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p. Kh¸i niÖm "Tr−êng" (field

effect) ë tªn gäi nh»m nhÊn m¹nh nguyªn lý dïng ®iÖn tr−êng ®iÒu khiÓn dßng ra.

FET ®Æc biÖt cã nhiÒu −u ®iÓm nh− tiªu thô rÊt Ýt n¨ng l−îng, trë kh¸ng vµo lín, thuËn tiÖn trong

c«ng nghÖ chÕ t¹o. V× vËy FET lµ mét cÊu kiÖn ®iÖn tö ®−îc øng dông rÊt réng rEi ®Æc biÖt lµ trong kü

thuËt sè víi nh÷ng m¹ch tæ hîp cì lín.

FET gåm ba lo¹i chÝnh:

+ JFET - lµ lo¹i FET dïng chuyÓn tiÕp PN (Junction FET);

+ MOSFET - lµ lo¹i cã cùc cöa c¸ch ly víi cÊu tróc M- O- S (Metal - Oxyde - Semiconductor tøc

lµ kim lo¹i - Oxit - b¸n dÉn). B¶n th©n MOSFET l¹i chia lµm hai lo¹i: Lo¹i MOSFET kªnh ®Æt s½n (lo¹i

D-MOSFET) vµ MOSFET kªnh c¶m øng (lo¹i E-MOSFET).

+ MESFET - lµ FET dïng tiÕp xóc kim lo¹i b¸n dÉn (Metal Semiconductor FET).

Tïy vµo lo¹i b¸n dÉn lo¹i N hay lo¹i P ®−îc sö dông, ta cã MOSFET kªnh N hay MOSFET kªnh P.

KÕt hîp hai lo¹i nµy ®Ó chÕ t¹o thµnh mét cÊu kiÖn kiÓu liªn hîp mµ ng−êi ta gäi lµ c«ng nghÖ CMOS

(Complementary MOS).

fetfetfetfet

mosfet mosfet mosfet mosfet

MESFET MESFET MESFET MESFET

JfetJfetJfetJfet

Jfet kªnh n Jfet kªnh n Jfet kªnh n Jfet kªnh n

Jfet kªnh p Jfet kªnh p Jfet kªnh p Jfet kªnh p

mosfet kªnh c¶m øng mosfet kªnh c¶m øng mosfet kªnh c¶m øng

h ®Æt s½n mosfet kªnh ®Æt s½n mosfet kªn h ®Æt s½n h ®Æt s½n mosfet kªn mosfet kªn

mosfet kªnh c¶m øng

MESfet MESfet MESfet MESfet kªnh n kªnh n kªnh n kªnh n

MESfet MESfet MESfet MESfet kªnh p kªnh p kªnh p kªnh p

lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p

lo¹i kªnh n lo¹i kªnh n lo¹i kªnh n lo¹i kªnh n

lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p lo¹i kªnh p

cmos cmos cmos cmos

Ph©n lo¹i FET ®−îc biÓu diÔn theo s¬ ®å h×nh 4-1.

H×nh 4-1: Ph©n lo¹i FET

dïng chuyÓn tiÕp pn (JFETJFETJFETJFET)))) 4.2. Tranzito tr−êng dïng chuyÓn tiÕp pn ( 4.2. Tranzito tr−êng dïng chuyÓn tiÕp pn ( dïng chuyÓn tiÕp pn ( 4.2. Tranzito tr−êng 4.2. Tranzito tr−êng

4.2.1. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña JFET

• CÊu t¹o:

CÊu t¹o cña JFET ®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-2. JFET gåm mét b¸n dÉn lo¹i N (hoÆc lo¹i P). §Çu

trªn ®−îc nèi thµnh mét cùc cã tªn lµ cùc m¸ng (Drain) - Ký hiÖu lµ D. §Çu d−íi - lµ cùc nguån

(Source) - Ký hiÖu lµ S. Hai mÆt s−ên ®−îc cÊy mét líp b¸n dÉn lo¹i P vµ ®−îc nèi víi nhau. Líp P nµy

®−îc nèi ra thµnh mét cùc cã tªn gäi lµ cùc cöa (Gate) - Ký hiÖu lµ G. Nh− vËy phÇn khèi b¸n dÉn gi÷a

cùc S vµ D t¹o thµnh mét ®−êng dÉn gäi lµ kªnh. NÕu khèi b¸n dÉn dïng lo¹i N - cho kªnh N, nÕu b¸n

dÉn P - cho kªnh P. Do b¸n dÉn ë cùc G vµ kªnh lµ kh¸c lo¹i nªn t¹o thµnh líp tiÕp xóc PN. H×nh 4-2a

Cùc m¸ng D

Kªnh N

vµ h×nh 4-2b m« t¶ cÊu tróc cña JFET còng nh− ký hiÖu ®èi víi hai lo¹i kªnh N vµ P t−¬ng øng.

D

G

Cùc cöa G

S

TiÕp xóc PN

Cùc nguån S

a) JFET kªnh N

Cùc m¸ng D

Kªnh P

D

G

Cùc cöa G

S

TiÕp xóc PN

Cùc nguån S

b) JFET kªnh P

H×nh 4-2: CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña JFET kªnh N vµ kªnh P

• Nguyªn lý lµm viÖc:

ID

D

EDS

G

EGS

S

b) JFET kªnh P

Cã hai lo¹i JFET: Kªnh N vµ kªnh P. §iÖn ¸p cÊp cho 2 lo¹i nµy ng−îc nhau nh− trªn h×nh 4-3. EGS + a) JFET kªnh N UGS < 0 UDS > 0

UGS > 0 UDS < 0

H×nh 4-3: Ký hiÖu vµ c¸ch cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu cho JFET lo¹i kªnh N vµ P

Ta lÊy JFET kªnh N ®Ó kh¶o s¸t. XÐt víi ba tr−êng hîp:

UGS = 0 ; UGS < 0 ; UGS > 0

Tr−êng hîp 1: UGS = 0, UDS = Var > 0

S¬ ®å m¾c m¹ch vµ sù thay ®æi kÝch th−íc kªnh khi cÊp c¸c ®iÖn ¸p cÇn thiÕt lªn c¸c cùc JFET

®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-4. TiÕp xóc PN më réng dÇn vÒ phÝa cùc D lµm kªnh bÞ hÑp l¹i ë vïng nµy

(h×nh 4-4a). HiÖn t−îng nµy lµ do ph©n bè ®iÖn ¸p däc theo kªnh kh¸c nhau, v× vËy ®iÖn ¸p gi÷a kªnh

vµ cùc G t¨ng dÇn vÒ phÝa cùc D lµm ph©n cùc ng−îc cña tiÕp xóc PN phÝa vïng D m¹nh h¬n, vïng

tiÕp xóc më réng h¬n lµm tiÕt diÖn kªnh gi¶m ®i. Trªn h×nh 4-4b cã ghi c¸c ®iÖn ¸p ph©n bè t¹i mét sè

®iÓm däc theo kªnh (lÊy vÝ dô víi gi¸ trÞ UDS = +2V).

ID

D

Kªnh N

+2V

G

+ 1.5V

EDS

UGS = 0V

UGS = 0

+1V

IG = 0A

+ 0.5V

IS

S

b) Ph©n bè ®iÖn thÕ däc theo kªnh

vµ h×nh d¹ng cña kªnh

a) C¸ch m¾c JFET kªnh N (víi UGS = 0, UDS = +2V)

UDS > UP D

UDS = UP D

D¶i th¾t kªnh

§iÓm th¾t kªnh

G

UGS = 0

_

S

c) HiÖn t−îng th¾t kªnh khi UGS = 0 vµ UDS ®¹t gi¸ trÞ UP

d) Sù t¹o thµnh d¶i th¾t kªnh khi UDS > UP (víi UGS = 0)

H×nh 4- 4: Sù thay ®æi kÝch th−íc cña kªnh do ph©n bè ®iÖn thÕ kh«ng ®Òu däc theo kªnh vµ hiÖn t−îng th¾t kªnh

Khi UDS t¨ng tõ gi¸ trÞ 0V, dßng ID t¨ng nhanh, tèc ®é t¨ng tr−ëng cña ID phô thuéc vµo trë kh¸ng cña kªnh. Do UDS cµng t¨ng chªnh lÖch ®iÖn ¸p gi÷a kªnh vµ cùc G phÝa cùc D cµng lín h¬n so víi vïng cùc S, do ®ã kªnh co hÑp nhiÒu h¬n ë miÒn nµy (h×nh 4-4b). Khi UDS ®¹t mét gi¸ trÞ nµo ®ã th× vïng tiÕp xóc PN ë hai phÝa më réng ®Õn møc ch¹m nhau lµm kªnh bÞ th¾t l¹i (h×nh 4-4c). §iÖn ¸p UDS øng víi tr−êng hîp nµy gäi lµ ®iÖn ¸p th¾t kªnh UP (Pinch off). Sau ®iÓm UP, t¨ng UDS n÷a dßng ID gÇn nh− kh«ng t¨ng vµ ®¹t gi¸ trÞ bEo hoµ, ®iÓm th¾t kªnh kÐo dµi vÒ phÝa cùc S t¹o thµnh mét d¶i th¾t kªnh

Vïng bEo hßa (hay vïng th¾t kªnh)

IDSS

øng víi ®iÓm th¾t kªnh

Vïng ®¸nh thñng

Vïng tuyÕn tÝnh (hay ®iÖn trë thuÇn)

UDS

UDS thñng

(h×nh 4-4d).

H×nh 4-5: Sù phô thuéc cña ID vµo UDS khi UGS = 0

Uf (

)

GSU

. Gi¸ trÞ dßng bEo Trªn h×nh 4-5 m« t¶ sù phô thuéc cña dßng ID vµo UDS:

hßa víi tr−êng hîp UGS = 0 ®−îc ký hiÖu lµ IDSS. Qua ®Æc tuyÕn (h×nh 4-5), ta thÊy cã 3 vïng râ rÖt:

Vïng UDS < UP: Dßng t¨ng nhanh, kh¸ tuyÕn tÝnh. Kªnh dÉn ®iÖn gièng nh− mét ®iÖn trë nªn

vïng nµy ®−îc gäi lµ vïng tuyÕn tÝnh hay vïng ®iÖn trë thuÇn.

Vïng UP < UDS < UDS thñng: Lµ vïng bEo hoµ, dßng ®iÖn cùc m¸ng gÇn nh− kh«ng t¨ng vµ b»ng

IDSS do hiÖn t−îng th¾t kªnh.

Vïng UDS ‡ UDS thñng: NÕu UDS t¨ng qu¸ gi¸ trÞ UDS thñng th× tiÕp gi¸p PN bÞ ®¸nh thñng, dßng ID

t¨ng vät. Vïng nµy gäi lµ vïng ®¸nh thñng.

Tr−êng hîp 2: UGS < 0 ; UDS > 0:

UP (

NÕu UGS cã gi¸ trÞ ©m, th× ®iÖn ¸p ng−îc chªnh lÖch gi÷a kªnh vµ cùc G sÏ lín h¬n tr−êng hîp xÐt ë trªn khi UGS = 0. §iÒu nµy lµm cho tiÕp xóc PN më réng m¹nh h¬n vµ ®iÓm th¾t kªnh ®Õn sím h¬n, cã nghÜa lµ gi¸ trÞ UP sÏ nhá ®i:

ViÕt gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña UP v× ë ®©y nãi chung cho c¶ tr−êng hîp kªnh N vµ kªnh P (§èi víi

‰ cµng nhá,

JFET kªnh P ®iÖn ¸p cÊp sÏ ng−îc chiÒu l¹i víi JFET kªnh N). UGS cµng ©m th× gi¸ trÞ ‰ UP vµ dßng bEo hoµ ID còng gi¶m theo.

Tr−êng hîp 3: UGS > 0; UDS > 0:

NÕu UGS > 0, tiÕp gi¸p PN gi÷a cùc G vµ kªnh sÏ ph©n cùc thuËn. Khi ®ã dßng IG sÏ t¨ng ®ét

ngét, kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn kªnh sÏ kh«ng cßn.

V× vËy JFET chØ lµm viÖc ë chÕ ®é tiÕp gi¸p PN gi÷a cùc G vµ cùc S ph©n cùc ng−îc. ChÕ ®é

nµy gäi lµ chÕ ®é nghÌo (Depletion mode - hay gäi t¾t lµ D mode). ChÕ ®é nghÌo øng víi lo¹i JFET

kªnh N lµ UGS < 0, cßn ®èi víi JFET kªnh P sÏ lµ UGS > 0.

4.2.2. Hä ®Æc tuyÕn ra vµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña JFET

Do trë kh¸ng vµo cña JFET lµ ®iÖn trë cña tiÕp xóc PN ph©n cùc ng−îc nªn rÊt lín cì > 108W

nªn dßng IG coi nh− b»ng 0. V× vËy kh«ng kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn vµo.

( Uf

)

Const

Hai ®Æc tuyÕn quan träng cña JFET lµ ®Æc tuyÕn ra vµ ®Æc tuyÕn truyÒn

( Uf

)

Const

®¹t . Tõ hä ®Æc tuyÕn ra, cã thÓ vÏ ®−îc ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t, hoÆc dùa theo

§−êng nèi c¸c ®iÓm th¾t kªnh øng víi c¸c UGS kh¸c nhau

ID(mA)

VGS = 0V

IDSS

Vïng ®¸nh thñng

VGS = -1V

VGS = -2V

VGS = -3V

8 7 6 5 4 3 2 1

UDS(V)

- 4

-3

-2

-1

UGS = - 4V = UGSoff

UGS(V)

UGSoff = UP

ph−¬ng tr×nh Schockley. Hai ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc tr×nh bµy cô thÓ d−íi ®©y.

a) Hä ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ID = f(UGS)

b) §Æc tuyÕn ra ID = f(UDS)

H×nh 4- 6: X©y dùng ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t dùa vµo ®Æc tuyÕn ra

( Uf

)

Const

Trªn h×nh 4-6a m« t¶ hä ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®−îc vÏ tõ hä ®Æc tuyÕn

ra. H×nh 4-6b m« t¶ hä ®Æc tuyÕn ra øng víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña UGS. T¹i gi¸ trÞ UGS = UP dßng ID = 0 vµ ký hiÖu gi¸ trÞ nµy lµ UGSoff gäi lµ ®iÖn ¸p khãa, tøc lµ UGSoff = UP:

NÕu gi¶m UGS ta thÊy ID sÏ gi¶m theo vµ ®iÓm th¾t kªnh sÏ ®Õn sím h¬n. §−êng cong ®øt nÐt trªn ®å thÞ ra lµ tËp hîp cña c¸c ®iÓm th¾t kªnh øng víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña UGS. §−êng cong nµy ph©n c¸ch ®Æc tuyÕn ra thµnh 2 vïng: vïng tuyÕn tÝnh phÝa tr¸i ®−êng cong vµ vïng bEo hßa ë phÝa

ph¶i ®−êng cong.

4.2.3. Ph−¬ng tr×nh Shockley m« t¶ ®Æc tuyÕn ra

XÐt biÓu thøc to¸n häc m« t¶ ph−¬ng tr×nh ®Æc tuyÕn ra t¹i hai vïng: tuyÕn tÝnh vµ bEo hßa. §ã

lµ ph−¬ng tr×nh Shockley øng víi 2 vïng sau:

* Vïng tuyÕn tÝnh (hay vïng ®iÖn trë thuÇn): ®Æc tuyÕn gÇn nh− tuyÕn tÝnh vµ ®−îc m« t¶ b»ng

ph−¬ng tr×nh:

DS]

(4-1) ID = 2K[(UGS - UP)UDS - 0,5U2

Víi gi¸ trÞ UDS nhá, cã thÓ lÊy xÊp xØ ph−¬ng tr×nh bÆc nhÊt:

(4-2) ID = 2K(UGS - UP)UDS

* Vïng bNo hßa ®−îc m« t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh:

(4-3) ID = K(UGS - UP)2

Trong ®ã K lµ mét hÖ sè tû lÖ víi tû sè ®é réng kªnh trªn chiÒu dµi kªnh vµ ®é linh ®éng cña

h¹t dÉn. HÖ sè k cã hÖ sè nhiÖt ©m:

K~ T-3/2 (4-4)

* T¹i vïng tuyÕn tÝnh - JFET nh− mét ®iÖn trë thuÇn ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p (§Æc tÝnh nµy

®óng cho c¶ JFET vµ MOSFET):

§a sè c¸c FET cã cÊu tróc ®èi xøng gi÷a cùc m¸ng (D) vµ cùc nguån (S). V× vËy c¸c tÝnh chÊt

cña FET hÇu nh− kh«ng thay ®æi khi ®æi lÉn vai trß cho nhau cña hai cùc nµy.

( Uf

)

Const

T¹i vïng gÇn gèc täa ®é cña ®Æc tuyÕn ra kh¸ tuyÕn tÝnh (trong kho¶ng

UDS < 1,5V). Phãng to vïng nµy t¹i gÇn gèc täa ®é cho h×nh 4-7 (tuyÕn tÝnh c¶ 2 phÝa cùc tÝnh cña UDS v× nh− trªn ®E nhËn xÐt FET cã cÊu tróc ®èi xøng). Sù phô thuéc cña dßng ID vµo UDS tu©n theo ph−¬ng tr×nh (4-1).

§é tuyÕn tÝnh cña ®Æc tuyÕn vïng nµy phô thuéc vµo ®é lín cña UDS ®−îc chän. VÝ dô nÕu 0,25 (UGS - UP) th×

chän UDS < 0,1(UGS - UP) th× ®é phi tuyÕn cña ®Æc tuyÕn sÏ kho¶ng 2%. NÕu UDS » ®é phi tuyÕn cã thÓ tíi 10%.

UGS = -1V

ID(mA)

UGS = -2V

UGS = -3V

UDS(V)

-0,5

-1,5

-1

0,5

1,5

H×nh 4-7 : Vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tuyÕn ra JFET

____ : §−êng nÐt liÒn ch−a dïng m¹ch tuyÕn tÝnh hãa

-----: §−êng nÐt ®øt ®3 ®−îc tuyÕn tÝnh hãa

T¹i vïng tuyÕn tÝnh, JFET nh− mét ®iÖn trë thuÇn tuyÕn tÝnh. Khi thay ®æi ®iÖn ¸p cùc cöa UGS, gãc nghiªng ®Æc tuyÕn thay ®æi t−¬ng ®−¬ng víi viÖc thay ®æi gi¸ trÞ cña ®iÖn trë JFET. Nh− vËy, t¹i vïng nµy JFET lµm viÖc nh− mét ®iÖn trë cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc gi¸ trÞ b»ng ®iÖn ¸p UGS. Trªn thùc tÕ ®iÖn trë tuyÕn tÝnh cña JFET cã thÓ thay ®æi tõ vµi chôc «m ®Õn gi¸ trÞ lín v« cïng.

Ký hiÖu ®iÖn trë cña JFET lµ rD, tÝnh theo ph−¬ng tr×nh (4-1) ta cã:

¶ - -

]

(4-5)

[ ( UK

)

I U

1 r D

Suy ra:

r D

]

[ ( UK

1 U

)

(4-6) - -

§Ó ®¶m b¶o ®é tuyÕn tÝnh cña rD, th−êng chän UDS nhá nªn cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng

thøc (4-2). Do ®ã rD cã thÓ tÝnh ®¬n gi¶n nh− sau:

r D

)

GSoff

@ @ (4-7) - -

NÕu gäi rD0 lµ gi¸ trÞ cña ®iÖn trë JFET t¹i gi¸ trÞ UGS = 0, ta cã:

r D

1 UK

)

(4-8) -

Tõ ®ã, gi¸ trÞ rD cã thÓ tÝnh qua rD0 theo biÓu thøc sau:

r D

r 0 D U U

(4-9) -

D−íi ®©y nªu vÝ dô cña viÖc øng dông JFET nh− mét biÕn trë ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p trong bé

Ura

ph©n ¸p cã ®iÒu khiÓn.

G

U®k

a)

b)

H×nh 4- 8: Bé ph©n ¸p cã ®iÒu khiÓn dïng JFET

a) M¹ch ch−a tuyÕn tÝnh hãa (øng víi ®Æc tuyÕn nÐt liÒn trong h×nh h×nh 4-7)

b) M¹ch tuyÕn tÝnh hãa ®Ó më réng d¶i tuyÕn tÝnh cña JFET (øng víi ®Æc tuyÕn ®øt nÐt trong h×nh 4-7)

Trong h×nh 4-8a, hÖ sè ph©n ¸p sÏ b»ng:

U U

r D + rR D

(4-10)

sÏ gÇn b»ng: Th«ng th−êng chän R >> rD ®Ó d¶i ®iÒu khiÓn ®ñ réng. Khi ®ã hÖ sè h

r D R

(4-11)

Tuy nhiªn trong m¹ch h×nh 4-8a, tÝnh chÊt tuyÕn tÝnh gi÷a ID vµ UDS sÏ kh«ng cßn nÕu UDS > 1V (øng víi ®−êng liÒn nÐt cña ®Æc tuyÕn h×nh 4-7). §Ó më réng vïng tuyÕn tÝnh cña JFET, ng−êi ta

dïng m¹ch h×nh 4-8b. ë ®©y sö dông håi tiÕp víi ®iÖn trë R2, R3. Th−êng chän R2 = R3 >> rD. Khi ®ã ta cã:

GSU

1= 2

(4-12) (U®k + UDS)

1,5V (øng víi ®−êng ®øt nÐt Khi ®ã, ®Æc tuyÕn ®−îc tuyÕn tÝnh hãa réng h¬n, tíi gi¸ trÞ UDS @

cña ®Æc tuyÕn trong h×nh 4-7).

8 TÝnh chÊt JFET nh− mét ®iÖn trë ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p trong vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tuyÕn ra ®−îc øng dông kh¸ réng rEi trong c¸c m¹ch ®iÓn tö ®Ó tù ®éng ®iÒu khiÓn hÖ sè khuÕch ®¹i hay æn ®Þnh biªn ®é cña m¹ch dao ®éng.

* T¹i vïng b3o hßa - Dßng ®iÖn cùc m¸ng t¹i vïng bEo hßa ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh

Schokley nh− sau:

DSS

U U

  

  

- (4-13)

Nh− vËy ID = 0 khi:

(4-14) UGS = UGS off = UP

V× vËy thay UP b»ng UGS off vµo c«ng thøc (4-13) sÏ cho kÕt qu¶:

DSS

U U

GSoff

   

   

- (4-15)

Tõ c«ng thøc (4-13) cã thÓ t×m ra UGS.

I I

DSS

   

   

- (4-16)

Tõ c«ng thøc (4-13) vµ (4-16) cã thÓ rót ra mét sè gi¸ trÞ ®Æc biÖt ®Ó tiÖn lîi cho viÖc x©y dùng

®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t mét c¸ch nhanh chãng vµ tiÖn lîi.

U =

U P 2

XÐt gi¸ trÞ víi thay vµo (4-13) ta rót ra:

= GS U

DSS 4

(4-17)

I =

DSS 2

HoÆc nÕu chän thay vµo (4-15) ta rót ra:

3,0

= D I

DSS

IDSS

IDSS/2

IDSS/4

UDS

UP/2 0,3UP

@ (4-18)

H×nh 4- 9: X©y dùng ®Æc tuyÕn ID= f(UGS) dùa theo 4 ®iÓm ®Æc biÖt

Nh− vËy biÕt UP vµ IDSS ta sÏ tÝnh nhÈm ngay ®−îc 2 ®iÓm gi¸ trÞ n÷a cña UGS vµ ID nh− vËy ta

cã 4 ®iÓm gi¸ trÞ sau:

§iÓm 1: ID = IDSS ; UGS = 0

§iÓm 2: ID = 0; UGS = UP

I =

DSS 2

§iÓm 3: ; UGS = 0,3UP

I =

U =

DSS 4

U P 2

§iÓm 4: ;

( Uf

)

Const

nh− h×nh 4- 9. Vµ dÔ dµng x©y dùng ®−îc ®å thÞ

4.2.3. §iÓm hÖ sè nhiÖt b»ng kh«ng

ID(mA)

-50oC

+25oC

+125oC

UGS(V)

-2

- 4

FET cã mét tÝnh chÊt ®¨c biÖt lµ t¹i mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña UGS th× dßng ID kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t øng víi c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®−îc cho trªn h×nh 4-10. T¹i ®iÓm M, hÖ sè nhiÖt cña dßng ID b»ng 0. §iÒu nµy thËt cã Ých nÕu chän ®−îc ®iÓm lµm viÖc cña JFET gÇn ®iÓm M sÏ cho m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh, rÊt Ýt phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng.

H×nh 4- 10: §Æc tuyÕn ID = f(UGS) phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña JFET (kªnh N)

L−u ý: TÝnh chÊt ®Æc biÖt nµy ®óng cho c¶ lo¹i JFET vµ MOSFET.

4.2.4. C¸c tham sè cña JFET

• C¸c tham sè giíi h¹n:

- Dßng IDmax: Lµ dßng m¸ng cùc ®¹i cho phÐp. IDmax = IDSS

- §iÖn ¸p m¸ng - nguån cùc ®¹i: Lµ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp gi÷a cùc D vµ cùc S ®Ó JFET ch−a

bÞ ®¸nh thñng. Th«ng th−êng chän UDSmax = 80%UDS Thñng.

- §iÖn ¸p ®¸nh thñng UDS Thñng

- §iÖn ¸p D-G cùc ®¹i UDGmax

- §iÖn ¸p G-S cùc ®¹i UGSmax: §Ó giíi h¹n tr¸nh ®¸nh thñng tiÕp gi¸p PN

- §iÖn ¸p ®¸nh thñng G-S UGS Thñng: §iÖn ¸p ®¸nh thñng tiÕp gi¸p PN (gi÷a cùc G vµ S)

- §iÖn ¸p khãa UGS off: ®iÖn ¸p gi÷a G vµ S ®Ó ID = 0

- Dßng ®iÖn cùc m¸ng bEo hßa IDSS: Lµ dßng cùc m¸ng bEo hßa khi UGS = 0

- NhiÖt ®é tiÕp gi¸p tèi ®a cho phÐp Tj

- NhiÖt ®é cÊt gi÷ Tstg

- C«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i cho phÐp t¹i cùc m¸ng PDmax:

(4-19) PDmax = UDSID

C«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i sÏ bÞ gi¶m ®i khi nhiÖt ®é t¨ng. HÖ sè gi¶m nµy th−êng ®Æc tr−ng

b»ng 2,82W/oC kÓ tõ 25oC trë lªn.

Trªn h×nh 4-11 m« t¶ vïng giíi h¹n lµm viÖc cña JFET. Vïng giíi h¹n lµm viÖc ®−îc biÓu diÔn b»ng g¹ch chÐo. Trong ®ã c¸c phÝa bÞ giíi h¹n bëi c¸c ®−êng: IDSS, PDmax, ID = 0, d¶i ph©n c¸ch vïng tuyÕn tÝnh (c¸c ®iÓm ®Çu th¾t kªnh)

ID

§−êng ph©n c¸ch víi vïng tuyÕn tÝnh

IDSS

PD max = UDSID

m viÖc Vïng lµm viÖc Vïng lµ m viÖc m viÖc Vïng lµ Vïng lµ

UDS

UDS max

H×nh 4-11: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña JFET

• C¸c tham sè tÝn hiÖu nhá:

- gm: §é hç dÉn

- rG: §iÖn trë vµo

- rD: §iÖn trë trong

m - : HÖ sè khuÕch ®¹i

- §iÖn dung gi÷a c¸c cùc:

CGS: Kho¶ng tõ 2‚ 10pF ®èi víi JFET c«ng suÊt nhá

CGD, CDS: Kho¶ng tõ 0,1‚ 2pF ®èi víi JFET c«ng suÊt nhá

(C¸c tham sè nµy sÏ kh¶o s¸t kü h¬n ë phÇn d−íi)

NhËn xÐt: JFET cã mét sè tÝnh n¨ng c¬ b¶n sau:

0 nªn JFET ®−îc coi nh− phÇn tö ®iÒu khiÓn - Cã trë kh¸ng vµo rÊt lín (tíi 109W ), dßng vµo IG @

b»ng ®iÖn ¸p.

- §iÖn trë ra lín (rD lín - §©y lµ vïng bEo hßa, øng víi miÒn th¾t kªnh). Do ®iÖn trë ra lín nªn ®Çu ra th−êng sö dông m« h×nh t−¬ng ®−¬ng nguån dßng.

- §iÖn dung ghÐp håi tiÕp nhá

- T¹p ©m nhá (nhá h¬n so víi BJT)

- PhÇn lín c¸c JFET cã cÊu tróc ®èi xøng nªn nÕu ho¸n vÞ hai cùc D vµ S th× ®Æc tuyÕn vµ tham

sè kh«ng thay ®æi

- Vïng ®Çu cña ®Æc tuyÕn ra (trong kho¶ng UDS < 1,5V) lµ vïng JFET cã tÝnh chÊt nh− mét ®iÖn

4.3. Tranzito tr−êng lo¹i MOSFET 4.3. Tranzito tr−êng lo¹i MOSFET 4.3. Tranzito tr−êng lo¹i MOSFET 4.3. Tranzito tr−êng lo¹i MOSFET

trë tuyÕn tÝnh, gi¸ trÞ ®iÖn trë cã thÓ ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p UGS

4.3.1. Ph©n lo¹i

Trong cÊu tróc cña JFET cùc cöa G ®−îc ph©n c¸ch víi kªnh b»ng tiÕp xóc PN ph©n cùc ng−îc. Víi lo¹i cÊu tróc míi, cùc G ®−îc c¸ch ly bëi chÊt c¸ch ®iÖn. §Êy lµ lo¹i Tranzito tr−êng MOSFET, ®−îc viÕt t¾t tõ tiÕng Anh: Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor, tøc lµ lo¹i FET cã cÊu tróc kim lo¹i oxyt b¸n dÉn (MOS). Do tÝnh chÊt c¸ch ly nµy mµ ng−êi ta cßn gäi chóng lµ Tranzito cã cùc cöa c¸ch ly – IGFET (Isolated Gate FET).

MOSFET gåm 2 lo¹i: Kªnh ®Æt s½n vµ kªnh c¶m øng.

MOSFET kªnh ®Æt s½n: Cßn ®−îc gäi lµ lo¹i D-MOSFET (viÕt t¾t tõ tiÕng Anh: Depletion type MOSFET - tøc lµ MOSFET lo¹i nghÌo). §©y lµ lo¹i cã kªnh ®−îc h×nh thµnh s½n trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o. Nã lµm viÖc ®−îc c¶ trong chÕ ®é lµm nghÌo vµ chÕ ®é lµm giÇu h¹t dÉn. Tuy nhiªn nã ®−îc mang tªn lµ lo¹i h¹t nghÌo (D-MOSFET) ®Ó dÔ ph©n biÖt víi lo¹i giÇu d−íi ®©y.

MOSFET kªnh c¶m øng: Cßn ®−îc gäi lµ E-MOSFET (viÕt t¾t tõ tiÕng Anh: Enhancement type MOSFET - tøc lµ MOSFET lo¹i giÇu hoÆc lo¹i t¨ng c−êng). Trong E-MOSFET kªnh kh«ng ®−îc chÕ t¹o tr−íc mµ h×nh thµnh khi ®Æt mét ®iÖn ¸p nhÊt ®Þnh lªn cùc G. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh kªnh chÝnh lµ qu¸ tr×nh lµm giÇu h¹t dÉn nhê hiÖn t−îng c¶m øng tÜnh ®iÖn tõ cùc G. Lo¹i nµy chØ lµm viÖc ®−îc ë chÕ ®é lµm giÇu (E-mode).

Tïy thuéc vµo lo¹i b¸n dÉn sö dông mµ ta cã MOSFET kªnh N hoÆc kªnh P.

4.3.2. MOSFET kªnh ®Æt s½n (D-MOSFET)

• CÊu t¹o:

MOSFET kªnh ®Æt s½n cã cÊu t¹o nh− h×nh 4-12. Trong ®ã m« t¶ cÊu t¹o vµ ký hiÖu cña hai lo¹i

kªnh N vµ kªnh P.

D

SiO2

Kªnh N

Kªnh P

TiÕp xóc kim lo¹i

G

B

S

Vïng nång ®é cao

a) D-MOSFET kªnh N

b) D-MOSFET kªnh P

H×nh 4-12: CÊu t¹o cña MOSFET kªnh ®Æt s½n (D-MOSFET)

MOSFET còng cã 3 cùc: Cùc nguån S (Source), cùc cöa G (Gate), cùc m¸ng D (Drain). Cùc nguån vµ cùc m¸ng ®−îc nèi víi vïng cã nång ®é pha t¹p N cao, ký hiÖu lµ n+. Nèi gi÷a vïng S vµ D lµ kªnh. Kªnh ®−îc c¸ch ly víi cùc G b»ng mét líp Oxyt c¸ch ®iÖn SiO2. Khèi b¸n dÉn P gäi lµ ®Õ vµ ®−îc nèi ra gäi lµ cùc ®Õ ký hiÖu lµ B (viÕt t¾t tõ ch÷ Body). Gi÷a cùc ®Õ vµ kªnh lµ tiÕp xóc PN ph©n cùc ng−îc. L−u ý r»ng trong nhiÒu tr−êng hîp cùc ®Õ B ®−îc ®Êu nèi s½n víi cùc nguån S trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o.

• Nguyªn lý ho¹t ®éng cña D-MOSFET:

D-MOSFET cã thÓ ho¹t ®éng ®−îc c¶ hai chiÒu ®iÖn ¸p UGS. øng víi UGS < 0 sÏ lµ chÕ ®é nghÌo,

13 UGS > 0 lµ chÕ ®é giµu.

* Kh¶o s¸t D-MOSFET kªnh N víi 3 tr−êng hîp: UGS = 0, UGS < 0, UGS > 0:

Tr−êng hîp UGS = 0: (H×nh 4-13a)

§iÖn tö trong kªnh ®−îc kÐo vÒ cùc D do ®iÖn ¸p trªn cùc D lµ d−¬ng, UDS > 0 t¹o thµnh dßng ID.

Víi gi¸ trÞ UGS = 0, dßng ID chÝnh lµ dßng IDSS.

D

T¸i hîp

e e

+ UDD _

G

B

e n e

UGS < 0

UGS = 0

S

ID = IS = IDSS

a) UGS = 0

b) UGS < 0

D

+ UDD _

G

B

UGS > 0

S

c) UGS > 0 e: §iÖn tö o: Lç trèng

H×nh 4-13: Nguyªn lý lµm viÖc cña D-MOSFET kªnh N víi sù thay ®æi ®iÖn ¸p UGS

a) UGS = 0

b) UGS < 0

c) UGS > 0

Tr−êng hîp UGS < 0: (H×nh 4-13b)

Do t¸c ®éng tÜnh ®iÖn nh− mét tô ®iÖn mµ mét m¸ tô lµ cùc G, m¸ tô kia lµ kªnh, cßn chÊt ®iÖn m«i lµ SiO2, sè ®iÖn tö tù do cña kªnh cã xu thÕ bÞ ®Èy bít khái kªnh ra phÇn ®Õ. MÆt kh¸c, lç trèng cã 14

®iÖn tÝch d−¬ng tõ ®Õ ®−îc kÐo vµo kªnh vµ chóng dÔ dµng t¸i hîp víi ®iÖn tö trong kªnh. Do ®ã sè h¹t dÉn chÝnh cña kªnh lµ ®iÖn tö bÞ gi¶m ®i râ rÖt, lµm trë kh¸ng kªnh t¨ng tøc dßng ID gi¶m. NÕu tiÕp tôc gi¶m UGS dßng ID sÏ b»ng 0 t¹i mét gi¸ trÞ nµo ®ã, ta gäi ®ã lµ ®iÖn ¸p khãa kªnh UGsoff. ChÕ ®é nµy víi UGS < 0 cã tªn gäi lµ chÕ ®é nghÌo.

Tr−êng hîp UGS > 0: (H×nh 4-13c)

Khi UGS > 0, t¸c dông sÏ ng−îc l¹i víi chÕ ®é trªn. §iÖn tö tõ vïng ®Õ sÏ bÞ kÐo vÒ kªnh nhiÒu h¬n lµm kªnh giµu h¹t dÉn ®a sè h¬n. Khi ®ã trë kh¸ng kªnh gi¶m ®i, dßng ID t¨ng lªn. ChÕ ®é nµy víi UGS > 0 cã tªn lµ chÕ ®é giµu.

Sù phô t¶ b»ng ®Æc tuyÕn ra: thuéc cña dßng ID vµo UGS vµ UDS ®−îc m«

( Uf

)

( Uf

)

const

vµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t: . Trªn h×nh 4-14 m« t¶ hai hä

ID(mA)

ChÕ ®é giµu

UGS = +1V

ChÕ ®é nghÌo

ChÕ ®é giµu

UGS = 0V

UGS = -1V

ChÕ ®é nghÌo

UGS = -2V

UGS = -3V

UDS

-1

-4

-2

-6

-5

-3

UGS(V)

UGS = -6V

®Æc tuyÕn trªn.

a) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

b) §Æc tuyÕn ra

H×nh 4-14: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ ®Æc tuyÕn ra cña D-MOSFET kªnh N

Khi UDS t¨ng dÇn tõ gi¸ trÞ 0V, kªnh gièng nh− mét ®iÖn trë thuÇn (t−¬ng tù JFET) vµ dßng t¨ng nhanh khi UDS t¨ng. Khi UDS t¨ng ®Õn gi¸ trÞ nµo ®ã th× còng x¶y ra hiÖn t−îng th¾t kªnh nh− ®èi víi JFET do phÝa gÇn cùc D, kªnh cµng nghÌo h¬n do chªnh lÖch ®iÖn ¸p gi÷a cùc G vµ D lín h¬n phÝa gÇn cùc S, lµm trë kh¸ng kªnh t¹i vïng nµy t¨ng lªn t−¬ng ®−¬ng víi hiÖu øng kªnh hÑp l¹i. MÆt kh¸c t¹i vïng D, ph©n cùc ng−îc lín h¬n vïng cùc S, lµm tiÕp xóc ph©n cùc ng−îc PN gi÷a kªnh vµ ®Õ më réng m¹nh vµ lµm kªnh hÑp l¹i. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p UDS øng víi ®iÓm th¾t kªnh ký hiÖu lµ UP (nh− víi JFET). Sau ®iÓm th¾t kªnh dßng ID kh«ng t¨ng vµ ®¹t gi¸ trÞ bEo hßa IDSS.

( Uf

)

const

XÐt ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cho thÊy:

Khi UGS < 0, hä ®Æc tuyÕn øng víi chÕ ®é nghÌo, cßn khi UGS > 0 øng víi chÕ ®é giµu. Khi UGS

= UP = UGS off th× dßng ID = 0.

Ph−¬ng tr×nh Shockley vÉn ¸p dông ®−îc cho lo¹i MOSFET kªnh ®Æt s½n vµ ®óng cho c¶ hai vïng nghÌo vµ giµu: UGS < 0 vµ UGS > 0.

VÝ dô: D-MOSFET kªnh N cã tham sè sau: IDSS = 10mA, UP = 4V. TÝnh dßng ID t¹i gi¸ trÞ UGS = +1V.

Gi¶i: ¸p dông c«ng thøc (4-15) cã:

)

63,15

I D

1 V V 4

- -

* Kh¶o s¸t D-MOSFET kªnh P:

ID(mA)

ChÕ ®é giµu

Víi kªnh ®Æt s½n lo¹i P, cÊu tróc ng−îc l¹i víi kªnh N: §Õ lµ b¸n dÉn N, kªnh lµ b¸n dÉn P. Nguån cÊp còng ng−îc l¹i. ChÕ ®é nghÌo øng víi UGS > 0, chÕ ®é giµu øng víi gi¸ trÞ UGS < 0. H×nh 4-15 m« t¶ ký hiÖu vµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña MOSFET kªnh P.

D

UGS = -1V

ChÕ ®é giµu

IDSS

UDS

UGS = 0V

B

ChÕ ®é nghÌo

UGS = +1V

ChÕ ®é nghÌo

UGS = +2V

G UGS (––– – )

8 7 6 5 4 3 2 1

S

UGS = +3V

UDS

-1

UGS(V)

UGS = UP = +6V

6 UP

a) CÊu t¹o

b) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

c) §Æc tuyÕn ra

H×nh 4-15: C¸ch cÊp nguån vµ ®Æc tuyÕn cña D-MOSFET kªnh P

• Ký hiÖu vµ tham sè:

Cùc ®Õ, trong mét sè tr−êng hîp ®−îc sö dông nh− mét cùc thø 4 vµ ®−îc m¾c mét ®iÖn ¸p kh¸c víi cùc S. Tuy nhiªn trong nhiÒu tr−êng hîp nã ®−îc nèi trùc tiÕp víi cùc S ngay trong vá vµ kh«ng cã ch©n riªng nèi ra ngoµi. V× vËy øng víi hai tr−êng hîp trªn cã hai kiÓu ký hiÖu t−¬ng øng.

D

B

G

S

Lo¹i 4 cùc (§Õ ®éc lËp)

Lo¹i 3 cùc (Cùc ®Õ nèi s½n víi cùc S bªn trong)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 3 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 4 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

a) D-MOSFET kªnh N

D

B

G

S

Lo¹i 4 cùc (§Õ ®éc lËp)

Lo¹i nèi 3 cùc (Cùc ®Õ nèi s½n víi cùc S bªn trong)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 4 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 3 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

b) D-MOSFET kªnh P

H×nh 4-16: Ký hiÖu D-MOSFET kªnh ®Æt s½n lo¹i N vµ P øng víi hai tr−êng hîp nèi cña cùc ®Õ

C¸c tham sè cña MOSFET kªnh ®Æt s½n còng t−¬ng tù nh− JFET gåm c¸c tham sè giíi h¹n

UDS max, UGSmax, ID max, PD max, d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc, UGS off, dßng IG ng−îc...

D−íi ®©y ®Ó minh häa, sÏ liÖt kª mét sè tham sè chÝnh cña MOSFET kªnh N-2N3797 cña

hEng Motorola (cùc ®Õ ®E nèi bªn trong víi cùc S):

Tham sè giíi h¹n:

20Vdc UDS max (®iÖn ¸p UDS cùc ®¹i):

– 10Vdc UGS max (®iÖn ¸p UGS cùc ®¹i):

20mAdc ID max (dßng ®iÖn ID cùc ®¹i):

200mW PD max (c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i trªn cùc D ë 25oC):

max

(hÖ sè gi¶m c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i trªn cùc D khi > 25oC): 1,14mW/oC

Tham sè c¾t dßng:

-7Vdc UGS off (®iÖn ¸p khãa GS khi ID= 2m A, UDS = 10V):

1pAdc IG (dßng cùc G khi UGS = -10V, UDS = 0V, t = 150oC):

Tham sè lµm viÖc:

6mAdc IDSS (dßng ID bEo hßa t¹i UDS = 10V, UGS = 0V):

18mAdc ID(UGS) (dßng ID t¹i mét ®iÓm lµm viÖc khi UDS = 10V, UGS = 3,5V):

Tham sè xoay chiÒu tÝn hiÖu nhá:

3000m S yfs (dÉn n¹p truyÒn ®¹t thuËn khi UDS = 10V, UGS = 0, f=1KHz):

60m S yos (dÉn n¹p ra khi UDS = 10V, UGS = 0, f=1KHz):

8pF Cv (®iÖn dung vµo khi UDS = 10V, UGS = 0, f=1KHz):

): 3,8dB NF (hÖ sè t¹p ©m khi UDS = 10V, UGS = 0, f=1KHz, RS = 3MW

4.3.3. MOSFET kªnh c¶m øng (E-MOSFET)

MOSFET kªnh c¶m øng cßn gäi E-MOSFET (viÕt t¾t cña tõ tiÕng anh Enhancement type MOSFET - tøc lµ MOSFET lo¹i giµu hay lo¹i t¨ng c−êng). §iÒu nµy ®−îc lý gi¶i lµ kªnh chØ ®−îc h×nh thµnh do ®−îc lµm giµu h¹t dÉn khi b¾t ®Çu víi møc ®iÖn ¸p nhÊt ®Þnh cÊp cho cùc cöa G.

• CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc:

CÊu t¹o MOSFET kªnh c¶m øng lo¹i N ®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-17

D

SiO2

Kh«ng cãkªnh

TiÕp xóc kim lo¹i

B

+ UDS _

IG = 0A G

G

B

PhiÕn ®Õ

+ + + + + +

o o o o o o o

e e e e e e e

UGS _

S

ID = IS

S

Vïng nång ®é cao

a) CÊu t¹o

b) Qu¸ tr×nh h×nh thµnh kªnh c¶m øng

D

+ UDS _

ID = 0A G

B

+ UGS _ S

e n+

ID = IS

c) Sù h×nh thµnh ®iÓm th¾t kªnh

H×nh 4-17: MOSFET kªnh c¶m øng lo¹i N vµ c¬ chÕ h×nh thµnh kªnh

CÊu t¹o cña MOSFET kªnh c¶m øng còng gåm c¸c bé phËn: ®Õ, c¸c cùc G, D, S, líp c¸ch ®iÖn SiO2, hai vïng bEn dÉn lo¹i N cã nång ®é pha t¹p cao (ký hiÖu lµ n+) ®Ó t¹o thµnh vïng nguån S vµ m¸ng D.

Khi UGS = 0. UDS > 0 kªnh ch−a h×nh thµnh, v× vËy dßng ID = 0 (thùc tÕ dßng ID lóc nµy b»ng dßng ch¶y qua hai tiÕp xóc PN ph©n cùc ng−îc ë vïng S vµ D nªn rÊt nhá).

T¨ng dÇn UGS > 0, do c¶m øng tÜnh ®iÖn nªn sè ®iÖn tö ®−îc kÐo vÒ s¸t líp SiO2 ®èi diÖn víi cùc cöa G ngµy cµng nhiÒu, trong khi ®ã lç trèng (h¹t dÉn ®a sè) bÞ ®Èy xa khái vïng l©n cËn nµy. §Õn mét gi¸ trÞ UGS nµo ®Êy ta gäi lµ ®iÖn ¸p ng−ìng UT, do sè ®iÖn tö (h¹t dÉn thiÓu sè) tËp trung t¹i vïng l©n cËn s¸t bÒ mÆt líp SiO2 nhiÒu ®Õn møc v−ît sè l−îng lç trèng p vµ h×nh thµnh mét líp ®¶o - tøc lµ t¹i vïng s¸t líp SiO2 ®èi diÖn víi cùc G nång ®é ®iÖn tö nhiÒu h¬n lç trèng t¹o thµnh b¸n dÉn lo¹i N nèi hai vïng cùc nguån S vµ m¸ng D t¹o thµnh kªnh dÉn. Víi UGS < 0, kªnh kh«ng thÓ xuÊt hiÖn. Nh− vËy lo¹i E-MOSFET chØ lµm viÖc ®−îc ë chÕ ®é nghÌo.

Víi UGS ‡ UT dßng ID ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

(4-**) ID = K(UGS - UT)2

Trong ®ã K lµ hÖ sè tû lÖ. Theo ph−¬ng tr×nh nªu trªn nÕu cho biÕt mét gi¸ trÞ lµm viÖc cña

( onD

dßng ID vµ ®iÖn ¸p UGS nµo ®ã - ký hiÖu lµ ID(on) vµ UGS(on) th× cã thÓ tÝnh hÖ sè K theo:

) U

)

U (

(

)

(4-**) -

VÝ dô: Cho E-MOSFET kªnh N cã tham sè sau: UT = 2V t¹i UGS(on) = 8V, ID(on) = 10mA. ThiÕt

lËp ph−¬ng tr×nh ID.

Gi¶i: Theo c«ng thøc (***) tÝnh ®−îc K nh− sau:

278

10.

VA /

10 V

mA )2 V

- -

VËy: ID = 0,278.10-3(UGS - 2)2 [A/V2]

• C¸c ®Æc tuyÕn:

Do dßng vµo IG = 0 (dßng ch¶y qua líp c¸ch ®iÖn) nªn ta chØ xÐt hai ®Æc tuyÕn lµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ ®Æc tuyÕn ra.

( Uf

)

const

: * §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

Nh− lý luËn ë trªn vµ theo c«ng thøc (4-**), dßng ID chØ b¾t ®Çu cã khi UGS > UGS0 vµ t¨ng theo hµm bËc hai. Sù phô thuéc nµy ®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-18a.

( Uf

)

const

: * §Æc tuyÕn ra

§−îc m« t¶ nh− trªn h×nh 4-18b víi UGS > UT. XÐt ë phÇn ®Çu ®Æc tuyÕn dßng t¨ng nhanh (UDS < 1,5V), khi ®ã kªnh gièng nh− mét ®iÖn trë thuÇn (vïng tuyÕn tÝnh gièng nh− ®èi víi JFET). Khi t¨ng ®iÖn ¸p UDS , kªnh t¨ng dÇn vÒ phÝa D lµm chªnh lÖch ®iÖn ¸p gi÷a cùc cöa - kªnh t¹i vïng gÇn cùc m¸ng D nhá h¬n vïng gÇn cùc nguån S. §iÖn ¸p nµy b»ng UDG = UDS - UGS. NÕu gi÷ UGS kh«ng ®æi,

t¨ng UDS sÏ kÐo theo gi¶m trÞ tuyÖt ®èi cña UDG (vÝ dô UGS = 8V nh− trªn ®Æc tuyÕn ë h×nh 4-***, t¨ng UDS tõ 2V ®Õn 5V th× ®iÖn ¸p UDG sÏ gi¶m tõ - 6V ®Õn -3V vµ cùc G sÏ Ýt d−¬ng h¬n so víi kªnh. §iÒu nµy lµm gi¶m hiÖu øng c¶m øng tÜnh ®iÖn t¹i vïng gÇn D nªn sè ®iÖn tö t¹i ®©y Ýt h¬n, kªnh nghÌo ®i g©y ra sù gi¶m tiÕt diÖn hiÖu dông kªnh tíi gi¸ trÞ UDS = UT sÏ x¶y ra hiÖn t−îng th¾t kªnh gièng nh− trong JFET hay MOSFET lo¹i kªnh ®Æt s½n. T¹i ®©y dßng ID ®¹t gi¸ trÞ bEo hßa. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc minh häa trªn h×nh 4-18. Trªn hä ®Æc tuyÕn ID = f(UDS), khi UGS t¨ng th× dßng ID còng t¨ng theo vµ gi¸ trÞ cña UDS bh (UDS bEo hßa) ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

(4-**) UDSbh = UGS - UT

ID(mA)

UGS = +8V

UGS = +7V

UDSbh lµ ®iÖn ¸p UDS øng víi mçi UGS dßng ID b¾t ®Çu ®¹t gi¸ trÞ bEo hßa (®iÓm th¾t kªnh).

ID

UGS = +6V

ID(on)

UGS = +5V UGS = +4V

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

UDS(V)

UGS

UGS = UT = +2V

UT

VGS(on)

a) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

b) §Æc tuyÕn ra

H×nh 4-18: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ ®Æc tuyÕn ra cña E-MOSFET kªnh N

ID(mA)

UGS = - 6V

Víi E-MOSFET kªnh P: §èi víi MOSFET kªnh c¶m øng lo¹i P, cÊu tróc vµ ®Æc tuyÕn t−¬ng tù nh− lo¹i kªnh N nh−ng chØ ®¶o l¹i b¸n dÉn vµ nguån cÊp. Trªn h×nh 4-19 m« t¶ c¸ch cÊp nguån vµ c¸c ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t, ®Æc tuyÕn ra cña lo¹i nµy.

D

UGS = - 5V

B

UDS

G UGS(-)

UGS = - 4V

UGS = - 3V

8 7 6 5 4 3 2 1

UDS

S

-6

-5

-3

-7

-4

UGS(V)

-1

UGS = UT = -2V

-2 UT

a) CÊu t¹o

b) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

c) §Æc tuyÕn ra

H×nh 4-19: CÊu t¹o vµ c¸c ®Æc tuyÕn cña E-MOSFET kªnh P

• ¶¶¶¶nh h−ëng cña ®iÖn thÕ cùc ®Õ:

Th«ng th−êng cùc ®Õ B ®−îc nèi víi cùc nguån S. Tuy nhiªn trong nhiÒu tr−êng hîp, ®Æc biÖt trong c¸c vi m¹ch, nhiÒu MOSFET cã cïng phiÕn ®Õ, c¸c MOSFET l¹i nèi víi nhau thµnh m¹ch logic nªn kh«ng thÓ nèi tÊt c¶ c¸c cùc nguån vµo phiÕn ®−îc.

UBS = 0

Do kªnh ®−îc c¸ch ly víi phiÕn ®Õ b»ng tiÕp xóc PN ph©n cùc ng−îc nªn ®iÖn ¸p t¹i cùc ®Õ ph¶i cÊp sao cho lu«n ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn nµy. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ víi D-MOSFET kªnh N (®Õ lµ P) cÇn cÊp ®iÖn ¸p ©m h¬n cùc S, víi kªnh P (®Õ lµ N) cÇn cÊp ®iÖn ¸p d−¬ng h¬n cùc S. LÊy vÝ dô kªnh N: Trªn h×nh 4-20b, 4-20c m« t¶ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ ®Æc tuyÕn ra trong tr−êng hîp cã ®iÖn ¸p chªnh lÖch gi÷a 2 cùc B-S. Do ®iÖn thÕ cùc B thÊp xuèng gi¸ trÞ UBS nªn vïng tiÕp xóc ng−îc PN gi÷a ®Õ vµ kªnh më réng ra, lµm kªnh hÑp l¹i nªn trë kh¸ng kªnh t¨ng, dÉn ®Õn dßng ID gi¶m víi cïng gi¸ trÞ cña UGS vµ UDS.

D (+)

B

UBS = 0

UBS „

G (+)

S

UDS

UGS

UBS

„ „ „

0 b) ¶¶¶¶nh h−ëng ®Õn c) ¶¶¶¶nh h−ëng ®Õn

a) Tr−êng hîp UBS „ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®Æc tuyÕn ra

H×nh 4-20: ¶¶¶¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p cùc ®Õ UBS lªn ®Æc tuyÕn cña E-MOSFET kªnh N

• B¶o vÖ MOSFET tr¸nh háng do phãng tÜnh ®iÖn:

Do MOSFET cã líp c¸ch ®iÖn SiO2 gi÷a cùc G vµ kªnh lµ rÊt máng, v× vËy rÊt dÔ bÞ ®¸nh thñng bëi c¸c h¹t tÜnh ®iÖn g©y ra. §Æc biÖt khi dïng tay ®Ó cÇm hay vËn chuyÓn MOSFET, c¸c h¹t ®iÖn tÝch th−êng ®−îc nhiÔm ë tay hoÆc quÇn ¸o vµ cã thÓ g©y nªn c¸c ®iÖn thÕ xung lín rÊt dÔ lµm háng (®¸nh thñng) MOSFET khi ch¹m vµo c¸c cùc cña chóng.

V× vËy trong viÖc cÊt gi÷, MOSFET th−êng ®−îc ®Ó trong c¸c hép giÊy cã líp dÉn ®iÖn tèt ®Ó kh«ng tån t¹i c¸c h¹t tÜnh ®iÖn. Trong khi thao t¸c víi MOSFET, tay th−êng ®−îc nèi víi c¸c vßng tiÕp ®Êt ®Ó phãng hÕt ®iÖn tÝch tr−íc khi ch¹m vµo MOSFET.

D

G

H×nh 4-21: B¶o vÖ MOSFET khái ®¸nh thñng

tÜnh ®iÖn b»ng §iot Zener

S

Tuy nhiªn, trong mét sè tr−êng hîp ng−êi ta chÕ t¹o MOSFET víi bé b¶o vÖ chèng ®¸nh thñng do tÜnh ®iÖn (h×nh 4-21). Bé b¶o vÖ nµy gåm hai §iot Zener ®Êu ng−îc chiÒu nhau nèi gi÷a cùc G vµ cùc S ®Ó b¶o vÖ theo bÊt cø chiÒu phãng ®iÖn nµo cña ®iÖn tÝch. Lo¹i Zener dïng ë ®©y cã ®iÖn ¸p UZ cì 30V. VËy theo mçi chiÒu nÕu ®iÖn ¸p v−ît qu¸ ng−ìng 30,7V, Zener th«ng vµ sÏ kh«ng lµm háng líp c¸ch ®iÖn G-S.

• Ký hiÖu vµ tham sè:

Còng nh− MOSFET kªnh ®Æt s½n, lo¹i MOSFET kªnh c¶m øng còng cã hai c¸ch nèi cùc ra. C¸ch thø nhÊt ngoµi 3 cùc G, D, S, cùc ®Õ ®−îc nèi riªng ®Ó sö dông nh− mét cùc trong mét sè tr−êng hîp (h×nh 4-22a). C¸ch thø 2 phæ biÕn h¬n lµ cùc ®Õ ®−îc nèi víi cùc S ë bªn trong vá vµ ®−îc ký hiÖu nh− trªn h×nh 4-22b.

D

B

G

S

Lo¹i 4 cùc (§Õ ®éc lËp)

Lo¹i 3 cùc (Cùc ®Õ nèi s½n víi cùc S bªn trong)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 3 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 4 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

a) Lo¹i kªnh N

D

B

G

S

Lo¹i 4 cùc (§Õ ®éc lËp)

Lo¹i nèi 3 cùc (Cùc ®Õ nèi s½n víi cùc S bªn trong)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 4 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

Ký hiÖu rót gän cho lo¹i 3 cùc (Mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn)

b) Lo¹i kªnh P

H×nh 4-22: Ký hiÖu cña MOSFET kªnh c¶m øng phô thuéc vµo c¸ch nèi cùc ®Õ

Tham sè kü thuËt cña MOSFET kªnh c¶m øng còng t−¬ng tù nh− kªnh ®Æt s½n. D−íi ®©y ®Ó minh häa sÏ ®−a ra b¶ng tham sè cña lo¹i 2N4531, lµ MOSFET kªnh c¶m øng, chøc n¨ng dïng lµm chuyÓn m¹ch (MOSFET Switching):

Tham sè giíi h¹n:

25Vdc UDS max (®iÖn ¸p UDS cùc ®¹i):

30Vdc UGS max (®iÖn ¸p UGS cùc ®¹i):

30Vdc UDG max (®iÖn ¸p m¸ng - cöa cùc ®¹i):

30mAdc ID max (dßng ®iÖn ID cùc ®¹i):

300mW PD max (c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i trªn cùc D ë 25oC):

max

(hÖ sè gi¶m c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i trªn cùc D khi > 25oC): 1,7mW/oC

Tham sè c¾t dßng:

25Vdc UDS thñng (®iÖn ¸p ®¸nh thñng D- S khi ID= 10m A, UGS = 10V):

– 10pAdc IGSS (dßng ®iÖn cùc cöa khi UGS = – 15V, UDS = 0V):

10nAdc IDSS (dßng ®iÖn cùc m¸ng khi UGS = 0V, UDS = 10V, t = 25oC):

Tham sè lµm viÖc:

5Vdc UT (®iÖn ¸p ng−ìng G - S khi UDS = 10V, ID = 10m A):

3mAdc ID(on) (dßng cùc m¸ng t¹i ®iÓm ON, UDS = 10V, UGS = 10V):

1Vdc UDS(on) (§iÖn ¸p D - S t¹i ®iÓm ON, UGS = 10V, ID = 2mA):

Tham sè xoay chiÒu tÝn hiÖu nhá:

1000m S |yfs| (dÉn n¹p truyÒn ®¹t thuËn khi UDS = 10V, ID = 2mA, f= 1KHz):

5pF Cv (®iÖn dung vµo khi UDS = 10V, UGS = 0, f= 140KHz):

1,3pF Cr (®iÖn dung truyÒn ®¹t ng−îc khi UDS = 0, UGS = 0, f= 140KHz):

5pF CDB (®iÖn dung cùc cöa - ®Õ khi UDB = 10V, f= 140KHz):

Tham sè chuyÓn m¹ch:

45ns td1 (thêi gian trÔ ®ãng khi ID = 2mAdc, UDS = 10Vdc, UGS = 10Vdc):

65ns tr (thêi gian lªn khi ID = 2mAdc, UDS = 10Vdc, UGS = 10Vdc):

60ns td2 (thêi gian trÔ ng¾t khi ID = 2mAdc, UDS = 10Vdc, UGS = 10Vdc):

100ns tf (thêi gian xuèng khi ID = 2mAdc, UDS = 10Vdc, UGS = 10Vdc):

4.3.4. Tranzito MOS c«ng suÊt - cÊu tróc VMOS

• VMOS:

MOSFET lo¹i kªnh c¶m øng xÐt ë trªn ®−îc chÕ t¹o theo ph−¬ng ph¸p ph¼ng (Planar). Ng−êi ta c¶i tiÕn b»ng c¸ch t¹o ra cÊu tróc MOS theo ph−¬ng th¼ng ®øng. Ch÷ V trong tªn gäi VMOS chÝnh lµ viÕt t¾t tõ ch÷ Vertical (th¼ng ®øng). Trªn h×nh 4-23 m« t¶ cÊu tróc cña VMOS. §èi víi MOSFET th«ng th−êng víi c«ng nghÖ Planar, ®é dµi kªnh th−êng lín (cì 5m m ®Õn 8m m víi Tranzito c«ng suÊt th«ng th−êng). Qu¸ tr×nh chÕ t¹o ®−îc m« t¶ v¾n t¾t nh− sau:

Trªn phiÕn ®Õ lo¹i n+, ng−êi ta ng−ng ®äng líp Epitaxi N pha t¹p Ýt. Trªn líp Epitaxi nµy, ng−êi ta khuÕch t¸n mét vïng P cã chiÒu dµy nhá ®Ó t¹o kªnh vµ cùc nguån. Cho ¨n mßn theo h×nh ch÷ V. Sau ®ã t¹o mét líp SiO2 phñ trªn hè ch÷ V vµ vïng l©n cËn trªn. B»ng c¸c quy tr×nh c«ng nghÖ th«ng th−êng t¹o c¸c cùc b»ng kim lo¹i. Trong cÊu tróc nµy th× c¶ hai mÆt cña rEnh ch÷ V ®Òu tham gia dÉn dßng, do vËy lµm t¨ng dßng t¶i. §é dµi kªnh rÊt ng¾n, bÒ réng kªnh l¹i lín lµm cho VMOS cã kh¶ n¨ng lµm viÖc víi c«ng suÊt lín vµ tÇn sè ho¹t ®éng còng t¨ng.

G

S -

SiO2

n+

p

ChiÒu dµi hiÖu dông cña kªnh (nhá)

Líp N-exitaxi

n+

BÒ réng kªnh

D +

H×nh 4-23: CÊu t¹o cña VMOSFET

Theo cÊu tróc trªn, VMOS cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau so víi MOSFET lo¹i Planar th«ng th−êng:

- ChiÒu dµi hiÖu dông cña kªnh rÊt ng¾n, cì 1,5m m lµm trë kh¸ng cña kªnh nhá

- Vïng tiÕp cËn n+ cña cùc D vµ cùc S víi kªnh lµ kh¸ lín do cÊu tróc th¼ng ®øng nªn gãp phÇn

lµm gi¶m trë kh¸ng kªnh D- S

- Dßng ID ®−îc h×nh thµnh tõ hai luång h¹t dÉn däc theo cÊu tróc V nªn cã thÓ cho ID lín

- Do cÊu tróc V nªn thêi gian gi÷ ®iÖn tÝch nhá, lµm cho VMOS chuyÓn m¹ch nhanh h¬n

- §iÖn dung gi÷a cùc cöa G vµ cùc m¸ng D nhá h¬n

Tõ c¸c ®Æc ®iÓm do cÊu t¹o trªn mµ VMOS cã c¸c −u ®iÓm sau so víi MOSFET, JFET lo¹i cÊu

tróc ph¼ng th«ng th−êng:

- VMOSFET cã kh¶ n¨ng cho dßng IDmax vµ c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i PDmax lín h¬n

- HÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt rÊt lín cì hµng ngh×n ®Õn hµng tr¨m ngh×n lÇn

- §é tuyÕn tÝnh cao cho phÐp thùc hiÖn c¸c bé khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh vÒ c«ng suÊt

- VMOSFET cã thêi gian chuyÓn m¹ch nhanh h¬n cì nan« gi©y, cho phÐp cho phÐp chuyÓn

m¹ch gÇn nh− lý t−ëng

T > 0) v× khi nhiÖt ®é t¨ng, ®iÖn trë kªnh t¨ng lµm dßng ID

- VMOSFET cã hÖ sè nhiÖt d−¬ng (a

gi¶m nªn rÊt tèt cho kh¶ n¨ng æn ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc

- §Ó t¹o c«ng suÊt lín ng−êi ta th−êng m¾c song song mét sè lín c¸c VMOS c¬ së ®Ó t¹o thµnh

vi m¹ch c«ng suÊt theo ý muèn

Tuy nhiªn cã nh−îc ®iÓm lµ: VMOS cã ®iÖn trë nèi tiÕp lín h¬n so víi lo¹i BJT c«ng suÊt. VMOS kªnh P cã ®iÖn trë nèi tiÕp lín gÊp 2 ®Õn 3 lÇn kªnh N v× lç trèng cã ®é linh ®éng nhá h¬n so víi ®iÖn tö.

D−íi ®©y lµ b¶ng so s¸nh mét sè th«ng sè cña VMOS víi BJT c«ng suÊt:

§iÖn trë vµo BJT c«ng suÊt 105 W VMOS 1011 W 109 ‚

HÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt 106 200 105 ‚

4ns 500ns

103 ‚ 100 ‚ 50 ‚ 500 ‚

Thêi gian ®ãng ton Thêi gian ng¾t toff §iÖn trë nèi tiÕp 2000ns 0,3W 4ns 3W

Mét sè tham sè cô thÓ VMOS cña hEng Siemens ®−îc liÖt kª d−íi ®©y:

Lo¹i BUZ14/15 Lo¹i BUZ53/54

50 39/ 45 125 1000 2,6/ 5,3 78/ 125

0,03/ 0,04 2/ 5

140 580 70/ 150 170/ 440 UDS (V) ID (A) P (W) Ron (W ) ton (ns) toff (ns)

Do nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt, VMOS cã nhiÒu øng dông trong c¸c m¹ch nguån xung, c¸c bé Invertor, chuyÓn m¹ch cho c¸c t¶i c¶m øng, c¸c bé khuÕch ®¹i ©m tÇn trong Hi-Fi, c¸c m¸y ph¸t sãng siªu ©m...

• MOSFET lo¹i kÕt hîp CMOS:

MOSFET cã nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt, ®Æc biÖt nh− trë kh¸ng vµo lín, dßng tiªu thô nhá, tèc ®é chuyÓn m¹ch cao... nªn rÊt phï hîp trong c«ng nghÖ chÕ t¹o m¹ch tæ hîp. MOSFET ®Æc biÖt cã nhiÒu øng dông trong kü thuËt sè ®Ó t¹o ra c¸c vi m¹ch cì lín, cã møc ®é tÝch hîp cao. Trong c¸c øng dông nµy, ng−êi ta hay sö dông cÊu tróc kÕt hîp gi÷a cÊu kiÖn lo¹i PMOS vµ NMOS ®Ó t¹o thµnh lo¹i CMOS. Tõ CMOS viÕt t¾t tõ ch÷ Complementary MOS, dÞch lµ MOS kÕt hîp hay MOS bï.

Mét lo¹i CMOS chÕ t¹o theo c«ng thøc ph¼ng Planar gåm hai lo¹i MOSFET kªnh P vµ kªnh N

®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-24.

Nh− vËy mét CMOSFET gåm Tranzito Q1 (kªnh P) vµ Q2 (kªnh N) t¹o thµnh mét cÊu kiÖn CMOS gåm 4 ®Çu nèi: §Çu vµo, ®Çu ra, 2 cùc nèi nguån. Trong kü thuËt sè, ®©y lµ phÇn tö ®¶o, phÇn tö nµy ho¹t ®éng nh− sau:

Uv

Ura

USS

G2

G1

S2

S1

D1

D2

SiO2

E-MOSFET kªnh N

E-MOSFET kªnh P

a) CÊu t¹o cña CMOS

USS = 5V

UGS2

Q2

E-MOSFET kªnh P

Uv

@ 0V(Tr¹ng th¸i 0)

Ura

5V (Tr¹ng th¸i 1)

E-MOSFET kªnh N

UGS1

Q1

b) S¬ ®å m¹ch

H×nh 4-24: CÊu tróc CMOS vµ s¬ ®å m¹ch

Hai Tranzito lµm viÖc lu©n phiªn nhau theo cùc tÝnh cña tÝn hiÖu vµo. VÝ dô khi ®Çu vµo lµ +5V

0V (tr¹ng th¸i 0). NÕu ®Çu vµo lµ

+5V (tr¹ng th¸i 1). (tr¹ng th¸i 1), ®Çu ra Q1 khãa (ng¾t), Q2 th«ng bEo hßa (®ãng), Ura @ 0V (tr¹ng th¸i 0) th× Q2 ng¾t, Q1 th«ng bEo hßa vµ Ura @

ë ®©y chØ giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ cÊu tróc CMOS. PhÇn tr×nh bµy kü h¬n sÏ xem trong phÇn IC sè. Tuy nhiªn cÇn nhÊn m¹nh r»ng, c«ng nghÖ CMOS lµ c«ng nghÖ chñ ®¹o t¹o nªn c¸c vi m¹ch cì lín øng dông trong kü thuËt sè hiÖn nay do nh÷ng tÝnh n¨ng v−ît tréi vÒ tiªu thô c«ng suÊt nhá, tÇn sè chuyÓn m¹ch cao, thuËn lîi trong chÕ t¹o...

• NhËn xÐt vÒ MOSFET:

- MOSFET cã hai lo¹i:

+ Kªnh ®Æt s½n (D-MOSFET): lµm viÖc ë c¶ chÕ ®é nghÌo vµ giµu víi c¶ hai cùc tÝnh UGS (– );

DSS

U U

- dßng ID tu©n theo ph−¬ng tr×nh Shockley:

onD (

+ Kªnh c¶m øng (E-MOSFET): lµm viÖc chØ ë chÕ ®é giµu víi mét lo¹i cùc tÝnh cña UGS (víi kªnh N, UGS > 0; víi kªnh P, UGS < 0); dßng ID chØ xuÊt hiÖn khi |UGS| ‡ |UT| (víi UT lµ ®iÖn ¸p ng−ìng hay ®iÖn ¸p më cña E-MOSFET) vµ tu©n theo ph−¬ng tr×nh: ID = K(UGS - UT)2, trong ®ã

) U

)

U (

(

)

- MOSFET cã cùc cöa c¸ch ly víi kªnh b»ng líp c¸ch ®iÖn SiO2 nªn cã trë kh¸ng vµo rÊt lín cì

1010W (lín h¬n JFET)

- MOSFET tiªu thô n¨ng l−îng nhá, thêi gian chuyÓn m¹ch nhanh, nªn rÊt phï hîp víi c«ng

nghÖ chÕ t¹o vi m¹ch sè cì lín

- MOSFET còng cã tÝnh chÊt cña mét ®iÖn trë tuyÕn tÝnh ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p nh− JFET t¹i

1,5V) vïng tuyÕn tÝnh (UDS < 1V‚

- MOSFET rÊt nh¹y víi t¸c ®éng cña ®iÖn tÝch, ®Æc biÖt lµ lo¹i E-MOSFET. V× vËy viÖc vËn chuyÓn hay cÊt gi÷ tr¸nh cÇm tay trùc tiÕp ®Ó kh«ng lµm háng MOSFET do phãng ®iÖn cña c¸c h¹t tÜnh ®iÖn.

OSFET . Ph©n cùc cho JFET vµ MOSFET 4.4.4.4.4444. Ph©n cùc cho JFET vµ M OSFET OSFET . Ph©n cùc cho JFET vµ M . Ph©n cùc cho JFET vµ M

C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n cùc cho JFET vµ MOSFET bao gåm:

- Ph©n cùc cè ®Þnh:

- Tù ph©n cùc (trõ MOSFET lo¹i kªnh c¶m øng)

- Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p

- Ph©n cùc b»ng håi tiÕp ®iÖn ¸p

D−íi ®©y xÐt cô thÓ c¸c ph−¬ng ph¸p vµ c¸ch tÝnh ®iÖn c«ng t¸c tÜnh Q

4.4.1. Ph©n cùc b»ng ®iÖn ¸p cè ®Þnh

Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-25 ë ®©y chän FET lo¹i kªnh N (®èi víi kªnh P c¸c

+EDS

®iÖn ¸p sÏ ng−îc l¹i)

D

G

S

UGS

EGS

EG: chØ cã thÓ < 0 EG cã thÓ > 0 hoÆc < 0 EG chØ cã thÓ > 0

a) JFET kªnh N

b) D-MOSFET lo¹i N

c) E-MOSFET lo¹i N

H×nh 4-25: Ph−¬ng ph¸p ph©n cùc b»ng ®iÖn ¸p cè ®Þnh

Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc m« t¶ trªn h×nh 4-25 ë ®©y chän FET lo¹i kªnh N (®èi víi kªnh P c¸c

®iÖn ¸p sÏ ng−îc l¹i)

§èi víi c¶ 3 lo¹i trªn cã thÓ coi IG = 0, v× vËy

(5-18) UGSQ = EGS

Ký hiÖu UGSQ chØ ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Æt lªn hai cùc G-S ë ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc chän

(gièng nh− chän ®iÓm lµm viÖc tÜnh ®èi víi BJT). ë ®©y chØ cÇn l−u ý cùc tÝnh cña c¸c lo¹i nµy:

§èi víi JFET vµ E-MOSFET (kªnh c¶m øng) chØ lµm viÖc víi mét lo¹i cùc tÝnh cña EGS. Cßn ®èi víi D-MOSFET (kªnh ®Æt s½n) cã thÓ lµm viÖc víi c¶ hai chiÒu cùc tÝnh cña EGS (EGS > 0) vµ (EGS < 0).

Gi¸ trÞ cña UDSQ sÏ ®−îc tÝnh b»ng c«ng thøc cña m¹ch ra:

(5-19) UDSQ = EDS - IDQRD

BiÕt UGSQ cã thÓ t×m ®−îc ID theo ph−¬ng tr×nh Schochley:

DSS

U U

- : §èi víi JFET vµ DMOSFET

UK (

GSQ

- : §èi víi EMOSFET

VËy ®iÓm Q ®−îc x¸c ®Þnh bëi 3 gi¸ trÞ võa tÝnh trªn: Q (UGSQ, IDQ, UDSQ)

Ng−êi ta cßn dïng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm Q dùa trªn ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t

( Uf

)

const

IDQ

Q

UGS

UGSQ = EGS

UT

UP

a) §èi víi JFET vµ D-MOSFET kªnh N

b)§èi víi E-MOSFET kªnh N

H×nh 4-26: T×m ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q ë chÕ ®é ph©n cùc cè ®Þnh b»ng ®å thÞ

4.4.2. Tù ph©n cùc

+EDS

Ph−¬ng ph¸p tù ph©n cùc ®−îc m« t¶ trªn h×nh 5-27. ë ®©y UGS ®−îc t¹o thµnh nhê dßng IS ch¶y qua ®iÖn trë m¾c ë cùc S. Trªn h×nh vÏ ta còng chän FET lo¹i kªnh N. Riªng lo¹i MOSFET kªnh c¶m øng kh«ng ¸p dông ®−îc ph−¬ng ph¸p nµy v× dßng ID = IS chØ cã khi cã mét ®iÖn ¸p UGS nhÊt ®Þnh lín h¬n hoÆc b»ng mét gi¸ trÞ ng−ìng UT. Do ë ®©y UGS = - ISRS = -IDRS mµ ID = IS = 0 nªn UGS = 0, còng cã nghÜa lµ kh«ng h×nh thµnh ®−îc c¬ chÕ t¹o kªnh b»ng c¶m øng.

RD D

G

S

UGS

a) JFET kªnh N

b) D-MOSFET (kªnh ®Æt s½n) kªnh N

H×nh 4-27: Ph−¬ng ph¸p tù ph©n cùc

Do trë kh¸ng vµo cña FET rÊt lín nªn cã thÓ coi IG = 0, ID = IS. C¸c gi¸ trÞ cña ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

(5-20) UGS = - ISRS = - IDRS

Tõ ®©y rót ra:

U GS R

(5-21)

Sö dông ph−¬ng tr×nh Shockley ta cã:

DSS

U U

- (5-22)

Thay ID tõ c«ng thøc (5-21) vµo (5-22) sÏ cho ph−¬ng tr×nh sau:

DSS

U GS R

U U

- -

DSS

Tõ ®ã rót ra:

)

IR S

DSS

2 GS

IR S U

DSS 2 P

Cã thÓ viÕt t¾t nh− sau:

2 + bUGS + C = 0

IR S U

DSS

(5-23) a UGS

DSS 2 P IR S U

DSS

    b    IRc  

Trong ®ã: (5-24)

Gi¶i ph−¬ng tr×nh trªn ta cã 2 gi¸ trÞ cña UGS:

U GS

2,1

b 2

- – (5-25)

Chän mét trong hai kÕt qu¶ trªn øng víi ®iÒu kiÖn: | UGS 1, 2| < |UP| tøc lµ: §èi víi JFET UGS 1, 2 chØ ®−îc phÐp n»m trong kho¶ng tõ 0 ®Õn gi¸ trÞ UGS = UP; cßn ®èi víi D-MOSFET (kªnh ®Æt s½n) th× khi x¸c ®Þnh ®−îc UGSQ theo c«ng thøc (5-25 ) sÏ tÝnh ®−îc IDQ theo ph−¬ng tr×nh:

GSQ R

(5-26)

HoÆc IDQ cã thÓ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh Shockley khi ®E biÕt UGS = EGS, IDSS, UP.

BiÕt IDQ sÏ tÝnh ®−îc UDS theo ph−¬ng tr×nh m¹ch ra:

(5-27) UDSQ = ED - IDQ(RD + RS)

Nh− vËy 3 gi¸ trÞ cña ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q ®E ®−îc x¸c ®Þnh: Q (UGSQ, IDQ, UDSQ). Ngoµi ra

chóng ta cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p vÏ ®å thÞ ®Ó x¸c ®inh ®iÓm Q.

Dïng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh Q: Khi ®ã Q lµ giao ®iÓm cña ph−¬ng tr×nh cho m¹ch

( Uf

)

const

vµo vµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ UGS = -IDRS. Nh− vËy giao ®iÓm cña 2 ®å thÞ nµy

sÏ cho ta ®iÓm Q (nh− h×nh vÏ 4-28 sau)

IDSS

IDQ

Q

IDQ

UGSQ

UGS

UGSQ = EGS

UGS

UP

a) JFET kªnh N b) MOSFET kªnh N

+EDS

RD D

G

S

UGS

a)JFET kªnh N

b) MOSFET kªnh

c) MOSFET kªnh

®Æt s½n lo¹i N

c¶m øng lo¹i N

E DS + 1 R R

(5-28)

Gäi ®iÖn ¸p trªn cùc G so víi ®iÓm chung lµ UG:

RI P

RE DS 2 + R R 1

(5-29)

VËy ®iÖn ¸p UGS sÏ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

(5-30) UGS = UG - ISRS = UG - IDRS

Hay: ID = (UG - UGS)/RD

®èi víi JFET vµ MOSFET kªnh ®Æt s½n nh− sau:

DSS

U U

- dïng cho JFET vµ D-MOSFET (5-31)

§èi víi MOSFET kªnh c¶m øng ta sö dông ph−¬ng tr×nh:

(5-32) ID = K(UGS - UT)2 dïng cho E-MOSFET

Thay ID tõ biÓu thøc (5-30) vµo (5-31) hay (5-32) ta cã:

DSS

§èi víi JFET vµ D-MOSFET:

21(

)

(

)

IR S

DSS

2 GS

IR S U

DSS 2 P

IR S U

DSS 2 P

DSS

- (5-33)

21(

)

IR S U

- §Æt: (5-34)

P U

)

(

IR S

DSS

    b    c  

§èi víi E-MOSFET:

21(

UUKR

)

(

)

UKR S

2 GS

UKR S

2 T

- (5-35)

)

S 21(

UKR S

- (5-36) §Æt:

(

)

  b   c 

UKR S

2 T

Gi¶i ph−¬ng tr×nh (5-33 ) hay (5-35 ) sÏ cho gi¸ trÞ cña UGSQ:

U GSQ

2,1

b 2 a

- – - (5-37)

Trong ®ã a, b, c lµ c¸c hÖ sè theo ký hiÖu ®E ghi ë trong ph−¬ng tr×nh (5-34) hoÆc (5-36).

Chän 1 trong 2 gi¸ trÞ UGSQ 1, 2 sao cho ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn sau:

§èi víi JFET: Kªnh N: UP < UGS < 0

Kªnh P: 0 < UGS < UP

§èi víi D-MOSFET (kªnh ®Æt s½n): Kªnh N: UGS > UP

Kªnh P: UGS < UP

§èi víi E-MOSFET (kªnh c¶m øng): KªnhN: UGS > UP > 0

Kªnh P: UGS < UP < 0

TÝnh ®−îc UGSQ theo (5-37). BiÕt UGSQ sÏ tÝnh ®−îc IDQ theo c«ng thøc (5-30). Gi¸ trÞ UDSQ dùa theo ph−¬ng tr×nh m¹ch ra:

(5-38) EDS = IDQRD + UDSQ + IDQRS

Rót ra:

(5-39) UDSQ = EDS - IDQ(RD + RS)

Nh− vËy x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q(UGSQ, IDQ, UDSQ). Ngoµi ra chóng ta cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p vÏ ®å thÞ ®Ó x¸c ®inh ®iÓm Q.

( Uf

)

Dïng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm Q: §iÓm Q cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng giao ®iÓm gi÷a 2

const

®å thÞ cña ph−¬ng tr×nh m¹ch vµo UGS = UG - IDRS vµ ph−¬ng tr×nh truyÒn ®¹t

IDSS

IDQ

Q

IDQ

UGSQ

UGS

UG

UT

a) JFET, D-MOSFET kªnh N b) E-MOSFET kªnh N

H×nh 4 - 30: T×m ®iÓm Q b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ

Ph©n cùc b»ng håi tiÕp ®iÖn ¸p ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch lÊy ®iÖn ¸p tõ cùc D ®−a qua mét ®iÖn trë vÒ cùc G t−¬ng tù nh− ®èi víi BJT. Tuy nhiªn ®èi víi FET kh«ng ph¶i lo¹i nµo còng dïng ®−îc ph−¬ng ph¸p nµy do ®ßi hái cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p cùc G ph¶i phï hîp. V× vËy ph−¬ng ph¸p ph©n cùc nµy sÏ ¸p dông nh− sau:

JFET: Kh«ng dïng ®−îc v× cùc tÝnh cùc G vµ D lµ tr¸i dÊu.

D-MOSFET: Cã thÓ dïng ®−îc nh−ng chØ sö dông cho D-MOSFET lµm viÖc ë chÕ ®é giµu (cùc

tÝnh cña cùc G vµ D cïng nhau).

E-MOSFET: Dïng ®−îc.

+EDS

D

G

UGS

S

C¨n cø theo m¹ch h×nh 4-31, dßng ch¶y qua ®iÖn trë RG lµ dßng cùc cöa vµ cã thÓ coi b»ng

kh«ng: IG = 0. Do vËy, ®iÖn ¸p UGS (t¹i ®iÓm lµm viÖc Q) sÏ b»ng:

(5-40) UGS = UDS = EDS - IDRD

NÕu biÕt c¸c gi¸ trÞ IDon, UGon, UT cã thÓ tÝnh ®−îc IDQ, UGSQ.

Sö dông ph−¬ng tr×nh Shockley dïng cho E-MOSFET ta cã:

Don

(5-41) ID = K(UGS - UT)2

U (

GSon

Víi K = -

Rót ID tõ ph−¬ng tr×nh (5-40) ta ®−îc:

(5-42) ID = (EDS - UGS)/RD

Thay ID tõ (5-41) vµo (5-42) ta cã:

(EDS - UGS)/RD = K(UGS - UT)2

Suy ra:

(

)

2 GS

2 T

1 R

E DS R

= Ka

- -

)

(

1 R

- §Æt:

2 T

E DS R

    b     c 

Tõ ®ã ta cã:

=+ c

2 GS

(5-43)

Gi¶i ph−¬ng tr×nh (5-43) ta ®−îc:

U GS

2,1

b 2 a

- – - (5-44)

Chän 1 trong 2 gi¸ trÞ cña UGS lµm UGSQ víi ®iÒu kiÖn |UGSQ| > |UT| (lÊy ®iÒu kiÖn gi¸ trÞ tuyÖt ®èi lµ ®Ó ¸p dông cho c¶ kªnh N vµ kªnh P).

BiÕt UGSQ ta sÏ tÝnh ®−îc IDQ theo ph−¬ng tr×nh (5-42). Gi¸ trÞ cña UDSQ sÏ b»ng:

(5-45) UDSQ = ED - IDQRD = UGSQ

Nh− vËy ta t×m ®−îc ®iÓm Q(UGSQ, IDQ, UDSQ). Ngoµi ra chóng ta cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p vÏ ®å thÞ ®Ó x¸c ®inh ®iÓm Q.

T×m Q b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ: Trªn h×nh 4 - 32 m« t¶ 2 ®å thÞ cña ph−¬ng tr×nh m¹ch vµo vµ

( Uf

)

const

®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t . Hai ®å thÞ nµy c¾t nhau sÏ cho ®iÓm Q.

IDQ

UGSQ

UGS

EDS

H×nh 4 - 32: T×m ®iÓm lµm viÖc Q b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ cho E-MOSFET kªnh N

biÕt c¸c tham sè cña JFET: IDSS = 12mA, UP = - 6V.

I I

DSS

   

   

- Gi¶i: X¸c ®Þnh 4 ®iÓm ®Æc biÖt theo c«ng thøc trong JFET ta cã :

§iÓm 1: ID = IDSS 12mA, UGS = 0

§iÓm 2: ID = 0, UGS = UP = - 6V

§iÓm 3: ID = IDSS/2 = 6mA, UGS = 0,3UP = - 1,8V

§iÓm 4: ID = IDSS/4 = 3mA, UGS = UP/2 = - 3V

( Uf

)

const

dùng nh− h×nh 4-33.

ID(mA)

UGS(V)

- 6

- 3

- 1,8

b»ng ph−¬ng ph¸p 4 ®iÓm cho vÝ dô 4-3

UGson = 8V.

Don

Gi¶i: Theo ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh dßng ID cña E-MOSFET ta cã:

U (

GSon

Víi K = ID = K(UGS - UT)2 -

278

10.

VA /

10 V

mA )4 V

- TÝnh hÖ sè K: -

Do ®ã ID b»ng: ID = 0,278.10-3.(UGS - 2)2

§Ó vÏ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña E-MOSFET theo d÷ liÖu ®E cho, t×m 4 ®iÓm:

§iÓm 1: UGS = UT = 2V, ID = 0

§iÓm 2: UGS = UGson = 8V, ID = IDon = 10mA

§iÓm 3: Cho UGS = 4V, ta cã ID = 1,1mA

§iÓm 4: Cho UGS = 10V, ta cã ID = 17,8mA

ID(mA)

UGS(V)

. 35, biÕt IDSS = 8mA, UP = - 6V, EDS = 20V, RD = 3,3KW , RS = 1KW , RG = 1MW

+EDS

HEy t×m ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q b»ng ph−¬ng ph¸p to¸n häc vµ b»ng ®å thÞ.

RD D

G

S

H×nh 4-35: X¸c ®Þnh ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q cña JFET kªnh N cho vÝ dô 4-5

Gi¶i:

a) TÝnh Q b»ng c¸c biÓu thøc to¸n häc:

U GS

2,1

b 2 a

- – -

2 = 103W

Trong ®ã:

.8.10-3A/36 = 0,22 a = RSIDSS/UP

.8.10-3A/(- 6) = 3,66 b = 1- 2RSIDSS/UP = 1- 2.103W

.8.10-3A = 8 c = RSIDSS = 103W

Thay vµo ta ®−îc:

66,3

8.22,0.4

6,2

36,3 22,0.2

- -

66,3

8.22,0.4

36,3 22,0.2

- - -

Gi¸ trÞ UGS2 bÞ lo¹i v× ®iÒu kiÖn UGS2 < UP < 0 n»m ngoµi vïng ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t. VËy ta cã

UGSQ = UGS1 = -2,6V. Tõ ®ã cã thÓ tÝnh IDQ theo ph−¬ng tr×nh Shockley:

)

6,2

DSS

6,2 V V 6

GSQ U

- - - -

UGS = - IDRS

6,2

GSQ R

6,2 K 1

- - VËy: IDQ = W

(Trïng víi kÕt qu¶ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh Shockley)

Gi¸ trÞ UDSQ cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau (víi gi¶ thiÕt IG = 0 -> ID = IS):

(5-46) EDS = UDSQ + IDQ(RD + RS)

+ 1KW ) = 8,8V -> UDSQ = EDS - IDQ(RD + RS) = 20V - 2,6mA(3,3KW

VËy ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh lµ Q(UGSQ = -2,6V, IDQ = 2,6mA, UDSQ = 8,8V).

b) T×m ®iÓm Q b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ:

( Uf

)

const

§iÓm Q lµ giao ®iÓm cña 2 ®å thÞ: ®−êng ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t vµ

ph−¬ng tr×nh t¶i ®Çu vµo.

( Uf

)

const

* X¸c ®Þnh ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t : Dïng ph−¬ng ph¸p 4 ®iÓm nªu ë vÝ

dô 4-3:

§iÓm 1: ID = IDSS = 8mA, UGS = 0V

§iÓm 2: ID = 0, UGS = UP = - 6V

§iÓm 3: ID = IDSS/2 = 4mA, UGS = 0,3UP = - 1,8V

§iÓm 4: ID = IDSS/4 = 2mA, UGS = 0,5UP = -3V

* X¸c ®Þnh ®−êng t¶i m¹ch vµo:

UGS = IGRG - IDRS

Do IG = 0 nªn UGS = - IDRS

LÊy 2 ®iÓm ®Æc biÖt:

§iÓm 1: ID = 0, UGS = 0

§iÓm 2: ID = 5mA, UGS = -5V

VÏ 2 ®å thÞ nµy trªn cïng trôc täa ®é, giao cña 2 ®å thÞ nµy cho ®iÓm Q nh− h×nh 4-36. Theo

®å thÞ cho thÊy ®iÓm Q cã täa ®é sau:

UGSQ = 2,6V

IDQ = 2,6mA

BiÕt 2 gi¸ trÞ nµy, theo c«ng thøc m¹ch ra cã thÓ tÝnh UDSQ theo biÓu thøc (4-46) nh− tÝnh ë trªn

ID(mA)

IDQ = 2,6

UGS(V)

- 6

UGSQ = 2,6

vµ cho kÕt qu¶ UDSQ = 8,8V. KÕt qu¶ trïng víi tÝnh to¸n b»ng c¸c biÓu thøc to¸n häc.

H×nh 4-36: X¸c ®Þnh ®iÓm Q b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ cho vÝ dô 4-5

. VÝ dô 4-6: X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q cña E-MOSFET kªnh N víi ph−¬ng ph¸p ph©n cùc b»ng ph©n ¸p (h×nh 4-37). Cho biÕt E-MOSFET cã c¸c tham sè sau: IDon = 3mA, UGson = 10V, UT = 5V, , R2 = 18MW EDS = 40V, RD = 3KW , R1 = 22MW , RS = 1KW

Gi¶i:

+EDS

Sö dông ph−¬ng tr×nh tÝnh dßng ID dïng cho lo¹i E-MOSFET:

RD D

G

S

UGS

H×nh 4-37: X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q cho vÝ dô 4-6

Don

Víi E-MOSFET ta cã: ID = K(UGS - UT)2

U (

GSon

Víi K = -

§Æt gi¸ trÞ cña IDon vµ UGson vµo biÓu thøc tÝnh K ta ®−îc:

10.12,0

VA /

10.3 V

10(

A )5 V

- - -

(5-47) VËy ID = 0,12.10-3(UGS - 5)2

qu¶:

S 21(

)

UKR S

2,1

U GS

b 2 a

- – - - víi

(

)

  b   c 

UKR S

2 T

V 6

10.18. +W

40 10.22

10.18

RE DS 2 + R R 1

W Vµ W

Tõ ®ã c¸c hÖ sè a, b, c sÏ ®−îc tÝnh nh− sau:

= 0,12 1/V a = KRS = 0,12.10-3A/V2.103W

.5V = -0,2 b = 1 - 2KRSUT = 1 - 2.0,12.10-3A/V2.103W

2 - UG = 0,12.10-3A/V2.103W

.25V2 - 18V = -15V c = KRSUT

VËy:

2,0

)2,0(

.(12,0.4

)15

U GS

12,0.2

- - -

2,0

)2,0(

.(12,0.4

)15

4,10

U GS

12,0.2

- - - -

Gi¸ trÞ cña UGS2 n»m ngoµi vïng lµm viÖc cña E-MOSFET (UGS2 < 0) nªn bÞ lo¹i. Gi¸ trÞ UGS1 =

12V > UT = 5V nªn phï hîp. VËy:

UGSQ = UGS1 = 12V

BiÕt UGSQ cã thÓ tÝnh ®−îc IDQ theo biÓu thøc:

ID = K(UGS - UT)2 -> IDQ = K(UGSQ - UT)2

-> IDQ = 0,12.10-3A/V2(12V - 5V)2 = 5,88mA

Gi¸ trÞ UDSQ tÝnh tõ ph−¬ng tr×nh ra:

+ 1KW ) = 16,5V UDSQ = EDS - IDSQ(RD + RS) = 40V - 5,88mA(3KW

VËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q cña E-MOSFET theo m¹ch ®E xÐt lµ: Q(UGSQ = 12V, IDQ = 5,88mA,

UDSQ = 16,5V).

( Uf

)

const

dùng ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t nh− trong vÝ dô 4-4. Sau ®ã vÏ ®å thÞ ph−¬ng tr×nh

®−êng t¶i m¹ch vµo: UGS = UG - IDRS. Giao ®iÓm cña 2 ®å thÞ nµy sÏ cho täa ®é cña ®iÓm lµm viÖc Q. Thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p ®å thÞ còng sÏ cho kÕt qu¶ t−¬ng tù nh− trªn.