Ebook Dụng cụ bán dẫn và vi mạch: Phần 2 - Lê Xuân Thê

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

0
129
lượt xem
55
download

Ebook Dụng cụ bán dẫn và vi mạch: Phần 2 - Lê Xuân Thê

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ebook Dụng cụ bán dẫn và vi mạch: Phần 2 trình bày về Transistor và các dụng cụ bán dẫn khác, mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán. Tham khảo nội dung phần 2 tài liệu để hiểu rõ hơn về các nội dung trên.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ebook Dụng cụ bán dẫn và vi mạch: Phần 2 - Lê Xuân Thê

  1. Chương 3 TRANSISTOR VÀ CÁC DỤNG cụ BÁN DẪN KHẢC 3 .1 . Transistor lưõng cực 3.1.1. Nguyên tác hoạt động và các tham sò cơ bản Transistor là dụng cụ bán dẫn được chế tạo từ Ge hoặc Si. Người ta pha các tạp chất khác nhau để tạo các bán dẫn loại p hoặc loại N. Các bán dẫn này được sắp xếp theo ba miền p - n - p hoặc n - p - n. Từ 3 miền này người ta lấy ra 3 cực khác nhau emitơ (E), bazơ (B), colectơ (Q. Tuỳ theo trật tự sắp xếp mà ta có loại Transistor p - n - p hay n - p - n. Hình 3.1 mô tả cấu trúc, ký hiệu và cách mắc nguồn điện cung cấp cho Transistor để nó có thể làm việc được. D o có 3 miền bán dẫn khác nhau mà trong Transistor có 2 lớp tiếp giáp p - n lớp tiếp giáp BE và BC. Để Transistor làm việc được ở chế độ khuếch đại tín hiệu thì giữa BE người ta đặt một điện áp một chiều đấu theo chiều phân cực thuận, giữa bazơ - colecto đặt điện áp phân cực ngược. Trên kí hiệu của Transistor chiều mũi tên là chiều phân cực thuận. Transistor có cấu tạo p - n - p được gọi là bóng thuận và n - p - n gọi là bóng ngược. Ta hãy xét 1 transistor p - n - p trên hình 3.1 pnp npn ■ ộ " ' B __ p n ^ị B ------- U be -------► UcB + Rb iB Ic Ec Rc ll i Hình 3.1 : Cấu trúc và cách mắc nguồn của transistor thuận, transistor ngược. a) Khi điện áp Ugg = 0, ƯC£ = 0, không có dòng qua các cực Transistor. b) Khi đặt điện áp phân cực thuận vào U[Ị£ lỗ trống ở E dễ dàng khuếch tán sang bazơ. Miền bazơ mỏng, nồng độ các pỉiần tử tải điện ở E lớn hơn nhiều nồng độ các phần tử tải điệh cơ bản ở B nên hầu hết các lỗ trống từ p vượt qua tiếp giáp EB sang bazơ sẽ đi tiếp sang iniên p thứ hai tạo nên dòng colecta. Một phần lỗ trống tái hợp với điện tử ở bazơ tạo nên dòng bazơ. Như vậy : 60
  2. Ie - Trongđó: Dòng 1(2 phụ thuộc vào điện áp U r[; và U f [r Người ta đưa vào các thông số : I a = ^ và (3 = » 1 ‘b Hệ số p được gọi là hệ số khuếch đại ci n e, nó nói lên dòng ỈQ lớn hơn so với dòng Ig bao nhiêu lần (vài chục đến vài trăm), a là hệ số truyền đạt dòng điện. Ic - P I b (3 -1 ) ĨE = I b + P I e = ( 1 + P ) I b (3 -2 ) a = Ic P (3 -3 ) (I + P) Khi dùng transistor cần quan tâm đến các thông số Uqe max, I(- inax, Ug£ max. Các giá trị điện áp U 3£, Uq£, I(- không được vượt quá các giá trị cực đại. 3.1.2. Các đặc trưng tĩnh của transistor Dòng Ig và Ic phụ thuộc vào Uq£ và U(2£ : (U bE’^ ce ) 1(^ = Ỉ2 (UbE’ ^^Ce) Để biểu thị mối quan hệ giữa 1^, Ijị, I|: vào Ufịg và người ta lập các đường đặc trưng như hình 3.2 leímA) U ce = -5V / ỵ u c E = ov -U be(V) I e - ^ Í U be ) khi Ucg = const 1(2 = f ( U( - £) khi Ig = const ỉb = H ^ be) U cE = const Hình 3.2 : Các đặc trưng tĩnh của transistor thuận. 61
  3. Các đặc trưng tĩnh trên được đo bằng thực nghiệm. Nhờ các đường đặc trưng tĩnh này ta có thể biết được các quy luật biến đổi của dòng điện chạy qua các cực của transistor phụ thuộc vào điện áp đặt vào các cực như thế nào. Dựa vào đặc trưng tĩnh ta có thể xác định chế độ làm việc cho các transistor khi chúng được dùng trong các sơ đồ khuếch đại tín hiệu. 3.1.3. Các sơ đồ mắc transistor Hình 3.3 vẽ các sơ đồ mắc transistor. Có 3 cách mắc transistor : kiểu emitơ chung (EC) (hình 3.3a,b), bazơ chung (BC) (hình 3.3c,d), kiểu colecta chung (CC) (hình 3.3e,g). +v 0 R b R t Rt Ui Ư2 a) b) .+ Vcc R t R b, r ^2 . T II . II / ’ Ir • )1 1 R b h Ư2 tc 3 R b, ỉ d) + Vcc 1 Rb Ci [ ^ * II • ^ U1 R t U2 g) Hình 3.3 : Các sơ đồ mắc transistor. Trong cả 3 sơ đồ mắc transistor bao giờ ta cũng phải bảo đảm chế độ điện áp một chiều đặt vào các chân của transistor sao cho điện áp giữa bazơ - colectơ phân cực ngược. 62
  4. Trong thực tế, người ta dùng một nguổn nuôi chung cho cả mạch điện và dùng các điện trở tạo thành mạch phân áp. Các điện trở mắc ở cực bazơ Rg trong các sơ đồ mắc ở hình 3.3 là các điện trở phân cực, tạo điện áp một chiều ở cực B của các transistor để có một thiên áp phân cực thuận giữa B và E. 3.1.4. Tính chất tần sô của transistor Khi dùng transistor để khuếch đại tín hiệu xoay chiều ở tần số cao, người ta thấy rằng tính chất khuếch đại của transistor giảm khi tần số tăng hình 3.4 và hình 3.5. Khi tăng tần số hệ số khuếch đại a , p giảm là do 2 nguyên nhân : • Nguyên nhân thứ nh ất: là do quán tínli của quá trình khuếch tán gây nên chuyển dời lỗ trống qua miền bazơ đến colẹctơ. Sự phụ thuộc của hệ số truyền dòng transistor mắc theo sơ đồ BC vào tần số mà tại đó h 2 iE giảm đi \Í2 (3dB) so với giá trị của nó ở tần số thấp được gọi là tần số giới hạnf^ = 1,2Dp / ndị . Trong đó Dplà hệ số khuếch tán lỗ trống, dg là độ dày miền bazơ. • Nguyên nhân thứ hai : là do điện dung lớp tiếp giáp colectơ. - rgCgf- là hằng số thời gian của mạch phản hồi ở tần sô' cao. Hằng số này càng nhỏ càng nâng cao giới hạn tần số của mạch colectơ. - tần số máy phát cực đại, tần số cao nhất khi dùng transistor làm máy phát. Hệ số khuếch đại công suất KpCủa transistor : Kp = 1 a.f. ^max 30rbCb, Hình 3.4 Hình 3.5 63
  5. 3.2. Transistor trưòng Transistor trường là một loại dụng cụ bán dẫn mà hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng trường. Dòng qua transistor trườiig là dòng các phần tử tải điện cơ bản chạy qua kênh dẫn, kênh này được điều khiển bởi điện trường. Người ta đã chế tạo 2 loại transistor trường có cửa điều khiển hạt tải điện qua kênh dẫn cấu tạo khác nhau. 1. Transistor trường loại JFET (Junction Field Effect Transistor) là transistor trường điều khiển hạt tải điện qua kênh dẫn bằng lớp tiếp giáp p - n hoặc bằng hàng rào Shottky. 2. MOSFET (Metal oxide Semiconductor Field Effect transistor) là loại transistor trường điều khiển hạt tải điện qua kênh dẫn bằng cửa cách điện. Transistor trường có những đặc điểm đặc biệt sau : • Transistor trường có điện trở lối vào rất lớn T » oo(ry y lO'^^Q) khác vói transistor lưõng cực dòng điện qua transistor trưòíng được điều khiển bằng điện áp chứ không phải bằng dòng điện như transistor lưỡng cực, dòng vào của transistor trường vô cùng nhỏ I, « 0(1, « lOpA). • Transistor trường có tạp âm nội rất nhỏ. Tạp âm nội trong transistor trường nhỏ hơn rất nhiều so với transistor lưỡng cực. Công suất tiêu tán trên transistor trường rất bé. 3.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của JFET 3.2.1.1.Cấutạo cuaJFET Hình 3.6a, b, c trình bày cấu trúc, ký hiệu và cách mắc nguồn điện cung cấp cho transistor trường JFET kênh n. D G— JFET-N ±s b) Ký hiệu của JFET kênh n — Vdd a) Hình 3.6 : cấu trúc, kí hiệu và cách mắc nguồn cho JFET kênh n. 64
  6. Transistor trường đơn giản nhất có Ihé lạo từ mót tấrn bán dẫn loại n, có lớp tiếp giáp p - n. Tại phần trung tâm của tấm bán dẫn, níỉười la lao mót ịớp licp giáp p - n tạo thành cửa điều khiổn. Người la đật vào cửa diéu khien một diện áp phân cực ngược. Điện thế đặt vào cực cứa (G) lãng sẽ làm thay đổi bé dày của vùnR diện tích không gian lớp tiếp giáp. Tiết diện của kênh dẫn hẹp đi, điện trớ cúa kẽnh dản tăng, dòng điện qua kênh dẫn giảm bởi vì phần tử tải điện cơ bản của bán dẫn loại n ớ cực neuồn (S) đi vào miền điện tích không gian cúa lófp tiếp giáp p - n SC trung hoà với lồ trống. Thay đổi điện áp đặt vào G có thể thay đổi dòng qua kênh dẫn, điện áp đật vào cực cửa đóng vai irò điện áp điều khiển dòng điện qua transistor trường. Dòng máng phụ thuộc vào điện áp giữa cực máng và cực nguồn V|3 S và phụ thuộc vào điện áp giữa cực điều khiển với cực nguồn ; ỈQ = f(VQ§, Vqs). 3.2.ỉ . 2. Các đặc trưng của JFET Đặc tn(n^\ỵ^ = f (Vqs ); Đường đặc trưng dòng máng phụ thuộc \'ào điện áp giữa cực cửa và cực nguồn khi Vqs = consiđược trình bày trên hình 3.7. Đường đặc trưng trên được Hình 3.7 ; Đặc trưng dòng máng phụ thuộc Vq s JFET. lD=f(VDS-Vos) Vọs khi n = 1,5 - 2,5 5-VI MẠCH 65
  7. Độ dốc cúa đường đặc trưng : s (n .ỵ ) = dl D dYGS dVps dl D V ị3s= consl D 1° Lớp tiếp giáp . 3 ÍE Rd ^ R d — V dd --W ■ ■ ■ í* " " Vqd 1 ^ V dd ị-V cs T n ễ a) V gs = o v b) V g s = - 2V c) V gs = - 3V Hình 3.8 : Hình ảnh kênh dẫn thay đổi theo V(3 S- Trên hình 3.8 trình bày hình ảnh minh hoạ sự thay đổi độ rộng kênh dẫn theo điện áp phân cực ngược đặt vào điốt : độ rộng kênh dẫn hẹp đi khi điện áp phân cực ngược đặt vào cực cửa tàng lên. Đặc triừigỈQ = f(Vj 3s) V -const . Họ các qs đường đặc trưng dòng cực máng phụ thuộc vào điện áp giữa cực máng và cực nguồn ứng với các giá trị điện áp của U qs = const được trình bày trên hình 3.9. Từ đường đặc trưng ta thấy : khi lăng Vqs phân cực ngược giữa kênh n và cửa p tăng lên độ rộng chuyển tiếp d tăng lớn nhất phía cực D làm hẹp và đóng kín kênh gây nên miền bão hoà. Nếu v ẽ đường đặc trưng Hình 3.9 : Đặc trưng dòng m áng phụ thuộc ứng với các Vq5 khác nhau ta thấy : vào Vqs Vq 5 càng âm, phân cực ngược càng lớn, kênh hẹp ngay từ đầu, Vj3s càng tăng thì kênh càng sớm đóng, Iq bão hoà sớm. Đặc trưng 1q = f(VQg); Hình 3.10 biểu diễn đặc trưng dòng vào Iq của JFET. Khi điện áp V qs mắc theo chiểu phân cực thuận. Đặc trưng có dạng giống như đặc trưng của 66
  8. điốt chỉnh lưu. Còn dòng Iq ứng với điện áp V qs phân cực ngược cực kỳ nhỏ, điều này cũng có nghĩa là điện trở lối vào của JFET cực kỳ lớn. Để JFET có thể khuếch đại được tín hiệu thì trong các sơ đồ khuếch đại dùng JFET phải đảm bảo cho cực eửa có điện áp phân cực ngược. iG(nA) D R d s ỈV dd Vgs(V) o',5 1 Vgs(V) Hình 3.10 ; Đặc trưng dòng cực cửa Iq phụ thuộc V(3 S- D D t>rjFET N R d ^ hT j f e t n R d s s R g Rs ---- V dd =pCs— '^dd R g Rs r ] _ I Hình 3.11: Phân cực cho JFET và sơ đồ khuếch đại điện áp. Hình 3.11 là sơ đồ tạo điện áp phân cực cho JFET và sơ đồ khuếch đại tín hiệu xoay chiều dùng điện trở phân cực Ry. Trong thực tế người ta chỉ dùng một nguồn V ịịo để nuôi mạch khuếch đại dùng JFET. Để tạo điện áp phân cực cho cực cửa ta dùng điện trở Rg mắc ở cực nguồn (hình 3.1 la). Từ sơ đồ ta có điện áp tại cực s : Vs = Rs-Is = ^S -^D • Dòng Ig * 0 nên V q = 0, điện áp trên cực s được nâng lên một lượng là Vg = Rglo cũng có nghĩa làVgs = - R sI d - không cần dùng nguồn V qs cũng có thể tạo được điện áp phân cực âm đặt vào cực cửa. Hình 3.1 Ib là sơ đồ khuếch đại theo kiểu nguồn chung s c trong đó có dùng mạch R g .C sđ ể tạo nên điện áp phân cực cho cực cửa G. Tụ điện Cg có giá trị lớn để trở kháng của nó nhỏ đối với tín hiệu xoay chiểu. Cực s của JFET coi như vẫn được nối thẳng xuống đất như là trong mạch không có điện trở Rg. Các tụ điện c được dùng làm các tụ truyền tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào cực cửa G và lấy ra ở cực máng qua tụ c . 67
  9. 3.2.1.3. Các sơ đồ mắc transistor trường JFET Cũng tương tự như transistor lưỡng cực JFET có 3 kiểu mắc : nguồn chung (SG) (hình 3.11), máng chung (DC) và cửa chung (GC) (hình 3.12). 0 JFETN c s Rg Rs Cs — ( Uz a) Sơ đồ máng chung b) Sơ đổ cửa chung Hình 3.12 : Sơ đồ máng chung và sơ đồ cửa chung. 3.2.2. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của transistor trường loại MOSF ET Cấu trúc của MOSFET Điểm khác biệt về cấu trúc giữa transistor trường loại JFET và MOSFET là cực cửa G của MOSFET bằng kim loại không tiếp xúc trực tiếp với bán dẫn, nó được cách điện hoàn toàn với chất bán dẫn nhờ một lớp điện môi là lóp oxit bán dẫn. Tuỳ theo cấu trúc của MOSFET chúng lại được chia làm 2 lo ạ i: - Loại có kênh cảm ứng. - Loại có kênh tạo sẵn. 3.2.2.I. Transistor trường MOSFET loại có kênh cảm ứng Cấu trúc cùa transistor trường có kênh cảm ứng : Trên một đế bán dẫn Si loại p có điện trở suất rất cao, người ta tạo một lớp điện môi SÌO2 cách điên bằng cách nung nóng ở nhiệt độ cao lOOO^C trong môi trưcmg oxi. Bằng phưomg pháp quang khắc, người ta tạo 2 cửa sổ để rồi qua đó bằng phương pháp khuếch tán tạo ra hai vùng bán dẫn loại n pha tạp mạnh (n"^). Hai miền này có điện trở suất nhỏ tạo thành cực máng và cực nguồn. Để tạo cực cửa người ta phủ lớp kim loại lên lớp oxit nằm gịữa hai miền s và D. Lối ra lấy trên điện cực kim loại này gọi là cực cửa G Như vậy . ta thấy giữa cực cửa và đế bán dẫn có một lớp điện môi rất mỏng là SÌO2. Hình 3.13 là hình ảnh minh hoạ sự tạo thành kênh cảm ứng khi có điện áp phân cực đặt vào cực cửa G. 68
  10. D b) Ký hiệu MOSFET - n a) Cấu trúc của MOSFET kênh n Hình 3.13 : Cấu trúc và ký hiệu MOSFET kênh n. Nguyên tắc hoạt động của transistor trườììg MOSFET kênh củm ứng: Sơ đồ nguồn điện phân cực cho transistor trường MOSFET kênh cảm ứng được trình bày trên hình 3.14. V dd Hình 3.14 : Sự hình thành kênh cảm úrig khi có điện áp phân cực (kênh n). Khi chưa có điện áp đặt vào cực cửa G cực đế và cực nguồn thì kênh dẫn giữa s và D chưa được hình thành. Ta hãy nối cực cửa với cực dương, nối đế và cực s với cực âm của nguồn điện Vqs. D o cách cấu tạo như trên mà giữa cực cửa và cực đế hình thành một tụ điện với khoảng cách giữa hai bản tụ là chiều dày lớp điện môi SÌO2. Do đó phần bên trong đế, ngay sát bề mặt cực cửa sẽ hình thành một lớp điện tích âm trái dấu. Lớp điện tích âm này sẽ hình thành một kênh dẫn loại n nối liền 2 cực nguồn s và cực máng D. Điện trưòfng giữa hai cực cửa và đế càng lớn khi tiết diện của kênh cảm ứng càng lớn, do đó dòng điện giữa cực s và D càng lớn. Nếu cực cửa G mắc thế âm, thì càng âm kênh càng hẹp và sẽ đóng kín tại thế ngưỡng v„g dòng Iq = 0 (hình 3.15b). Vì vậy, thay đổi điện áp điều khiển tác dụng lên cực cửa ta có thể điều khiển dòng điện qua transistor. Trên hình 3.15a trình bày đặc trưng von - ampe biểu diễn sự phụ thuộc dòng máng vào điện thế giữa cực máng và cực nguồn của transistor trường MOSFET kênh cảm ứng. 69
  11. a) Hình 3.15 : Đặc trưng V - A của MOSFET. (■ ? Đặc trưng được giải thích : Vqs tăng thì Ij3 tăng, tiếp tục tăng phân cực ngược giữa D và đế Si loại p tăng, độ rộng lớp nghèo tăng và đóng kênh về phía D làm cho Iq bão hoà. b) Ký hiệu MOSFET - p a) Hlnh 3.16 : Cấu trúc và kí hiệu MOSFET kênh p. Transistor tnrcfng MOSFET kênh cảm ứng được dùng rất phổ biến trong các mạch vi điện tử logic. V í dụ vi điện tử số họ CMOS trong đó người ta đã sử dụng phối hợp hai loại transistor trường MOSFET kênh n và kênh p. Cấu tạo của MOSFET kênh p cho trên hình 3.16 nguyên tắc hoạt động và các đưcmg đặc trưng cũng tưomg tự. Chỉ cần lưu ý điện áp phân cực cho các cực là ngứợc nhau. 3.2.2.2. Transistor trường MOSFET loại có kênh tạo sẵn (n) Quy trình chế tạo MOSFET có kênh tạo sẵn cũng trải qua các bước tương tự như chế tạo MOSFET có kênh cảm ứng, Trên hình 3.17 trình bày cấu trúc của MOSFET kênh n đươc tao sẩn. 70
  12. D b) Ký hiệu MOSFET - n a) Cấu trúc của MOSFET kênh n đươc tạo san Hình 3.17 : cấu trúc và kí hiệu của MOSFET có kênh n tạo sẳn. Kênh dẫn điện loại n nối liền ỉíiữa cực nguổn s và cực máng D cũng được tạo ra sẵn bằng phương pháp khuếch tán như cực nguồn \'à cực mántỉ nhưng với nồng độ tạp chất ít hơn. Sau khi hoàn thành công đoạn tạo dược kênh dẫn n ở cực cửa người ta lại nung nóng ở nhiệt độ cao trong môi trường oxi dc tạo dược một lớp cách diện mỏng SiO'7. Sau đó dùng phương pháp phun kim loại Irong chân không để phú một lớp kim loại lên trên SÌO2 dùng làm cực cửa G. Hình 3.18 là sơ đồ mắc nguồn nuôi cho transistor MOSFET có kênh tạo sẵn. Nguyên tắc hoạt động của transistor MOSFET có kC ih lạo sẵn như sau: khi nối cực cửa với nguồn M điện thế âm (hình 3.18b), irong kênh n sẽ hình ihành lớp nohèo phẩn lử lải điện. Do đó, nó làm giảmtiếtdiện của kènh và làm lãng diện irớ của kênh dần, làrn cho dòng I|)t^giảin. Đật điệnihế dương vào cực cứa (hình 3.18a), liết diện kẽnh dẫn tảng lén, diện trớ kênh dẫn giám làm cho dòng tâng. Như vậy, thay đổi thc phân cực đậl \'ào cực cửa la sẽ thav đổi được tiết diện của kênh dẫn, do đó thav dổi dược dònịỊ diên giữa D \'à s. V dd Vdd ---------- H | l --------- H 1 Vgs Vus Vgs 1 “1 + 1 I 1. :ị:i ih Rd R d s G SÌO 2 s G SIO2 a) Ché' độ giầu phần tử tải điện b) Chế độ nghèo phẩn tử tải điện Hỉnh 3.18 ; Sơ đổ mắc nguồn cho MOSFET. 71
  13. Đặc trưng von - ampe của transistor trường MOSFET kênh tạo sẵn. loítnA) Hinh 3.19 : Đặc trưng Iq phụ thuộc V q s - Đặc trưng von - ampe I d = f (^ D s) MOSPET kênh tạo sẵn được trình bày trên hình 3.19. Hình 3.20 là đặc trưng I |3 = f ( ) ứng với các giá trị điện áp khác nhau giữa cực đế và cực nguồn Vy 3. Hình 3.20 : Đặc trưng dòng máng phụ thuộc V qs- Các sơ đồ mắc transistor trường MOSFET Transistor MOSFET có kênh tạo sẵn cũng có 3 cách mắc giống như JFET. Chỉ khác là ở đây có các điện trở phân cực để tạo thế ban đầu cho cực cửa. Hình 3. 2la là sơ đồ mạch phân cực cho MOSFET có kênh tạo sẵn, hình 3.2 Ib là sơ đồ khuếch đại mắc theo kiểu nguồn chung cs. 72
  14. r c R d N R GẼ N d rH I ■ s R g , R g , r 1 c= z> . L Rg2 Rs R q. Rs C s— V dd I— I X “ 1 1 a) b) Hinh 3.21 : Sơ đồ phân cực và sơ đổ khuếch đại điện áp của MOSPET. Từ sơ đồ ta có : Điện thế tại cực cửa : Vr.r.-R, y — Điện thế tại cực nguồn : Vs = I d -R s Hiệu điện thế giữa cực cửa và cực nguồn : ^DD-Rg2 U g s = - I d -Rs ( Rq, + Rq2) Dựa vào đặc trưng von - ampe hình 3.19 ia có llìể chợiì clĩế độ lầm việc ban đầu cho tầng khuếch đại ứng với giá trị điện thế ban đầu và dòng máng ban đầu Hình 3.22 là sơ đồ khuếch đại máng chung và cửa chung. 1 R g , D c G Ì N N R d Rg, s c © R; G Rs " Vdd (Ậ Rs R; G =FCg-=t Vdd a) b) Hình 3.22 : Sơ đổ máng chung (a) và cửa chung (b). 73
  15. sc GC DC Hệ số truyền thế Ky -Y 2,.R t * (Y2, + Y 2 2 ) R t Y2,R t 1 + Y22-Rt 1 + Y22RT 1 + (Y2, + Y 2 2 ) R t Hệ số truyền dòng Kj 00 1 00 Điện trở vào 00 1 co Y2 , + Y22 Điện trở ra 1 I 1 Y22 Y22 Y 21 + Y22 Các transistor trưòíng MOSFET, kênh tạo sẵn là kênh n có tốc độ hạt tải cao hơn kênh p nhiều nên thường được dùng để khuếch đại phát ở tần số cao hoặc siêu cao tần. Khi làm việc ở tần số cao tần, siêu cao tần các tụ kí sinh giữa các cực không được bỏ qua. Các thông số liên quan đến hệ số khuếch đ ạ i : Độ dốc đặc trưng lối vào : _ dl s = dU GS Điện trở nội : dUno r.4 = khi Unt- = const GS dl D Hệ số khuếch đại th ế ; K = Sr. = dU GS S = 1^10 2qN Ta = I. Chiều dài của kênh dẫn ; 1 = lOịxm Transistor trường MOSFET hoạt động ở tần số siêu cao nên tạp âm rất nhỏ. Khi sử dụng cần chú ý bảo vệ cực cửa khỏi bị đánh thủng. 74
  16. 3.3. Transistor m ột lóp tiếp giáp UJT (Uní - Junction Transistor) Transistor một lớp tiếp giáp là một dụna cụhán dẫn có mót l('íp tiếp giáp p - n trong đó điện trở của bán dản được điều khicn biến dổi nhò các phấn tứ tải diC phun qua lóp tiếp giáp. 'ii Cấu tạo của UJT ; Irên một tám bán IB- dần có điện trở suất lớn loại n, nmíừi la E 1 gọi là điốt 2 đáy. Hình 3.23 trình bày cấu trúc, kí hiệu và sơ đồ tương đương của U ? í3,B điốt 2 đáy loại n. B2 P y Ue Các thông số đặc trưng của UJT. B2 - Điện trở giữa hai cực B|, Bì là lỊỊiị : các UJT trong thực tế có : b) c) rjjB = 4, 7 kQ^9. 1 kQ Hình 3.23 : Ký hiệu, cấu trúc và sơ đồ tương Từ sơ đồ tương đương của điỏt 2 dáv đương của UJT. la có hộ s ố r i: 'BI : Hê sỏ tý lê dién trớ nòi lỉl Các transistor một lớp tiếp giáp irong thực íế có i] = 0,5 0,8. ầ ÌẸÍniA) Ub,b, = 0 15 10 lEđỏng U r, b, = 6V 5 ỈE ỏ rn A ♦ 0 Uu Unìỏ 10 U,:b.,(V) u, 'maxl U-tia2 r x Hỉnh 3.24 : Đặc trưrg V - A của UJT. 75
  17. Đặc trưng von - ampc I|. ^ l Ị L |,|ị^ I khi aiữ nguyên U|ị ịị^ không đối của điốt 2 đáy được trình bày Irên hình 3.24. Điic tiLiìis irên hình 3.24 cho thấy : Đặc trưng von - ampc có doạn dien trờ âm ứng với đoạn dòng tãng khi điện áp giảm. Có thể giải thích đường dặc trưng như sau ; Uị.; lăng đến gọi là phân cực thuận E - Bt tăng, sự phun hạt tái từ p santĩ lăna. điện trở Bt giảm. Sự lãng dòng giảm trớ tạo nên R vi phân âm (đoạn AB), u íiiàm xuống chi còn phân cực thuận nhỏ nên u tăng thì I tăng như một điốt bình thường (doạn BC). Thế mỡ phụ Ihuộc vào Ußß, Ví dụ vứi UJT có kí hiệu MSU132. Ư,3B = 4 V thì =3,7V U b b - 6V thì =5,4V U bb = 8 V thì =6,8V Nhờ sơ đồ tương đương hình 3.23c ta có thế giải thích được nguyên tắc hoạt động của UJT. Thật vậy từ sơ đồ tưưng dương la có : ^max - Trong đó ; U [3 là điện thế tiếp xúc của điốt. Khi Ugß < điốt chưa được mở dòng Iị;; nhỏ. Cá c Ihỏiìg sô'cơ bán ciia UJT : ^E.inơ '• I 1 ỉicii.ián ’• ^- ^B.dổnp ’ • 'bh Hệ sô' tỷ lệ điện áp nội 1 = ] . ’-•'bh Ví dụ : KT117A: = 20 ụA •li-cióng = ) niA p =300mW TI = 0.5 - 0, 8 5 . Khi Uj;ß > điốt mứ dòng Ip lăng mạnh. Các phần tử tải điện phun qua lớp tiếp xúc khi điốt mở làm thay đổi diện trờ cùa inột I(ífp bán dẫn giữa emitơ và bazơ, do đó làm giảm điện áp . Điện áp giữa hai cực B|. : Ußß càng lớn dẫn đến lớn. 76
  18. ứ n g dụng : Do đặc trưng von - anipe có đoạn điện trở âm nôn người ta dùng transistor một lớp tiếp xúc làm máy phát xung. Trên hình 3.25a trình bàv sơ đồ nguyên lý máy phát xung dùng UJT. Dạng xung của máy phát đưọc VC irên hình 3.25b. Hình 3.25 : Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung kim dùng UJT và dạng xung lối ra. Giải thích hoạt động của máy phát xung dùng UJT. u < Uq không có dòng qua điốt. Tụ điện được nạp điện qua R. Điện áp trên tụ điện Khi tăng dần lên cho đến u > thì tụ điện phóng điện qua điốt, điện áp trên tụ giảm. Cho đến khi u < Uq thì quá trình trên lại tiếp tục diễn ra một cách tuần hoàn. Khi tụ điện phóng điện qua điốt dòng qua điện trở R| tăng, tại cực B| xuất hiện xung kim dưofng, B 2 xuất hiện xung kim âm. Chu kỳ máy phátT = 0 ,8RC . Để mạch có thể phát được phải chọn R < 100 Q . Vì rgg có hệ số nhiệt độ dương nên khi tăng thì ĩgB giảm, điện áp trên Rt giảm làm cho Ugg tăng. Bù trừ nhiệt độ giữ cho Ub 3 ổn định rất khó vì sự phụ thuộc của rg3 theo nhiệt độ là không tuyến tính. R _ I ^1 (^ ~ ’ ) n ^ ti Để phát được dao động, điện trở R phải thoả mãn điều kiện sau ; U bb ~ U|nin < ~ Umax I, ■min I "max Độ kéo dài của xung phụ thuộc vào thời gian phóng điện của tụ, tụ phóng điện qua điốt và điện trở R ị , điện trở này có giá trị rất nhỏ nên quá trình phóng điện diễn ra rất nhanh nên xung kim rất hẹp. 77
  19. +20 V Để mở rộng độ kéo dài của xung người ta thưòrng mắc mạch theo sơ đổ hình 3.26. Từ sơ đồ ta có : điện áp trên cực E của transistor một lớp tiếp xúc Vg = U q + U q . Khi Vg < tụ c được nạp điện qua điện trở R, điốt D, điện áp trên cực E của UJT tăng dần cho tới khi Vg > , UJT thông mạnh dòng qua R tăng, điện áp Vg giảm, điốt D cấm tụ không nạp điện được nữa nó xả điện qua điện trở R 3. Như vậy ta có thể thay đổi thời gian kéo dài Hình 3.26 : Sơ đồ nguyên lý mạch của xung bằng cách thay đổi giá trị R 3. phát xung kim có thể thay đổi độ rộng xung. 3.4. Transistor th ác lũ Transistor thác lũ là một loại transistor lưỡng cực nhưng hoạt động của nó lại dựa trên sự hình thành phát sinh thác lũ do sự tăng đột ngột các phần tử mang điện tại lớp tiếp xúc colector. Sự tăng đột ngột các phần tử mang điện là do có quá trình ion hoá do va chạm. Trên hình 3.27a trình bày cấu trúc và cách mắc điện của transistor thác lũ. Đặc trưng von - ampe của transistor thác lũ được trình bày trên hình 3.27b. Đối với transistor lưỡng cực ta có : Ic = Trong đó a là hệ số truyền dòng và : a = ay.M - tto là hệ số truyền dòng trong sơ đồ BC khi chưa có thác lũ. - M là hệ số nhân các phần tử tải điện tạo bởi sự ion hoá do va chạm. 1 M = 1 uC E - u* u* là điện áp đánh thủng lớp tiếp xúc colectơ, u* thay đổi theo điện áp đặt vào lớp tiếp xúc bazơ, Ig ngược lớn dẫn đến u* lớn. Khi xảy ra hiện tượng thác lũ, người ta thấy có hiện tượng nhân dòng qua bazơ. 78
  20. a) b) Hình 3.27 : cấu trúc, mạch điện phân cực và đặc trưng V - A của transistor thác lũ. ư n g dụng : Transistor thác 1Ü được dùng để phát các dao động ở tần số siêu cao, phát xung, hình thành các xung siêu cao tần. Transistor thác lũ có những ưu điểm sau : - Có thể tạo được những xung công suất lớn, sườn xung rất dốc một cách tương đối đofn giản. - Các tham số của xung hình thành khi dùng transistor thác lũ thực tế không phụ thuộc vào các tham số ở xung lối vào. Nhược điểm của transistor ửiác 10 là các đoạn trở âm chỉ xảy ra ở điện áp tương đối lÓ i (20V). T Trên hình 3.28a trình bày sơ đồ nguyên lý máy phát xung răng cưa. Hình 3.28b là dạng xung lấy ra. Khi mắc thêm một tụ c ở mạch colectơ, tụ điện được nạp điện qua Rq, điện áp trên tụ tăng, transistor ở trạng thái đóng, đặt điện áp phân cực ngược vào bazơ. Điện áp U c tăng dần làm cho giá trị a = ttg . M tăng lên. Khi Uc = u * dòng ngược colecto 1 1 (3 3 Khi dòng qua Rg sẽ gây ra sụt áp trên Rg và hạ thấp điện áp trên bazơ và emitơ. Transistor thông mạch, tụ điện phóng điện qua transistor, điện áp trên colectơ giảm dần đếnư ^ (a - 1). Khi U c < transistor lại bị đóng, không có dòng chạy qua, quá trình tích điện lại lặp lại. b) a) Hình 3.28 : Sơ đồ nguyên lí máy phát xung răng cưa dùng transistor thác lũ. 79

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản