1
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
2
• Nguyên lý hoạt động
• Đặc điểm - Phân loại - Ký hiệu • Cấu tạo và hoạt động phân cực Mạch phân cực (DC) • Mạch phân cực (DC) • Mạch phân cực cho JFET • Mạch phân cực cho JFET • Mạch phân cực cho MOSFET Mạch phân cực cho MOSFET Mạch tín hiệu nhỏ (AC) • Mạch tín hiệu nhỏ (AC) • Mô hình tương đương của FET: dạng S chung • Phân tích mạch tín hiệu nhỏ (CS – CD – CG)
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
3
• Đặc điểm - Phân loại - Ký hiệu
• FET kênh n • FET kênh p Cấu tạo và hoạt động phân cực • Cấu tạo và hoạt động phân cực JFET • JFET • MOSFET (IGFET) MOSFET (IGFET)
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
4
• Kênh bán dẫn được điều khiển bởi điện áp. • FET là nguồn dòng phụ thuộc áp
• FET kênh p FET kênh n • FET kênh n • Gồm 3 cực • Gồm 3 cực
P
N
• Cực cổng G ~ cực Base Cực cổng G ~ cực Base • Cực nguồn S ~ cực Emitter • Cực máng D ~ cực Collector
• Phần tử phi tuyến
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
5
• VGS = 0: dòng bão hòa IDSS (cid:1) Điểm nghẽn kênh
• Tăng VGS= -1
(cid:1) điểm nghẽn tại iD thấp hơn điểm nghẽn tại i thấp hơn
VGS = -2 = -Vp0 : điện thế nghẽn với iD=0 • VGS = -2 = -Vp0 : điện thế nghẽn với iD=0
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Vùng ñiện trở (iD thay ñổi theo vDS) Vùng ñiện trở (i thay ñổi theo v )
Vùng khuếch ñại (bão hòa)
Vùng tắt (iD=0)
6
• Họ đặc tuyến JFET kênh n và điều kiện hoạt động ở vùng dẫn
khuếch đại (bão hòa). • - Vpo ≤ VGS ≤ 0 Vp = Vpo + VGS ≤ VDS • Vp = Vpo + VGS ≤ VDS • 0 ≤ IDS = Ip ≤ Ipo • 0 ≤ IDS = Ip ≤ Ipo
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
7
• VGS = 0 • -Vp0 < VGS < 0 • VGS > 0
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Vùng ñiện trở. Vùng ñiện trở.
Vùng khuếch ñại (bão hòa).
Vùng tắt.
8
• Họ đặc tuyến MOSFET kênh n và điều kiện hoạt động ở vùng
dẫn khuếch đại (bão hòa). • - Vpo ≤ VGS • Vp = Vpo + VGS ≤ VDS • 0 ≤ IDS = Ip ≤ Ipo
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
9
Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Cho FET có phương trình ñặc tính dòng áp là IDS = 2.10-4 (1+0.25 VGS )2 (A)
a. Tìm dòng và áp nghẽn khi VGS =0. b. Tìm dòng và áp nghẽn khi VGS = -1, -2, -4 (V). c. Tìm dòng và áp nghẽn khi VGS =1, 2, 4 (V). c. Tìm dòng và áp nghẽn khi VGS =1, 2, 4 (V).
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
10
VGS = 0 thì I = 2.10-4 (1+0.25 . 0 )2 = 2.10-4 (A) = Ipo. IDS = 0 thì 2.10-4 (1+0.25 . VGS )2 = 0 giải PT ta ñược VGS = -4 (V)
(cid:1) Vpo = 4 (V).
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
JFET
-4
-2
-1
1
2
4
0
0.5
0 1.125 2.10-4 3.125
4.5
8
0
2
3
4
5
6
8
VGS Ip= IDS Vp= VDS
MOSFET
11
• Mạch phân cực cho JFET • Mạch phân cực cho MOSFET
• Chế độ nghèo • Chế độ tăng cường
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
12
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Ta có:
0 = RG IG + VGS + RS ID = 0 + VGS + RS ID
(cid:1) ðường phân cực: VGS = - RS ID (1)
ðặc tuyến truyền:
(2)
IDS =ID = Ipo
Từ (1) và (2) cho ta hệ PT hai ẩn IDSQ và VGSQ. Giải hệ ta có ñiểm Q.
13
Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Cho mạch như hình vẽ: Ipo = 0.1 mA , Vpo = 4 V. Tìm Q?
Ta có: VGS = VG - VS = - VS = - RS IDQ (IG =0)
(cid:1) VGSQ = - RS IDQ (1)
Mặt khác: Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta có :
6.25x10-3 (VGSQ)2 + 1.05 VGSQ + 0.1 = 0 VGSQ = -0.095V VGSQ= - 168V ( Lọai vì < -Vpo)
(cid:1) VDS = VDD - IDQ (RS + RD )= 19.81 (V)
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Nhận xét: RG không ảnh hưởng ñến sự phân cực do IG =0.
14
VDS = VDD - ID (RS + RD ) VG = VDD R2 / (R1 + R2) VG = RG IG + VGS + RS ID = 0 + VGS + RS ID
(cid:1) VVVVGS GS GS GS = V= V= V= VG G G G - RRRRSSSS IIIIDDDD (Đường phân cực Đường phân cực ) Đường phân cực Đường phân cực
Đặc tuyến truyền: Đặc tuyến truyền: Đặc tuyến truyền: Đặc tuyến truyền:
IDS =ID = Ipo
Điểm tĩnh Q: Điểm tĩnh Q: Điểm tĩnh Q: Điểm tĩnh Q:
IDQ = Ipo và VGSQ = VG - RS IDQ Giải hệ trên tìm được Q (IDQ , VGSQ )
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
15151515
VDS = VDD - ID RD
Ðường phân cực : Ðường phân cực : Ðường phân cực : Ðường phân cực : VGS = VDS = VDD –RDID (1)
Đặc tuyến truyền đạđạđạđạt:t:t:t: Đặc tuyến truyền Đặc tuyến truyền Đặc tuyến truyền
(2)
IDS =ID = Ipo
Từ (1) và (2) ta có hệ PT hai ẩn IDSQ và VGSQ. Giải hệ ta có điểm Q
4/2/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
16
Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Cho mạch như hình vẽ: Ipo = 6mA , Vpo = 3V. Tìm Q?
Ta có :
VG = VDD R2 / (R1 + R2) = 1.5 V VGSQ = VG - RS IDQ (1)
Mặt khác: Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta có :
0.1 (VGSQ)2 + 1.6 VGSQ -0.6 = 0 VGSQ = 0.366 V VGSQ= - 16.366 V (Lọai vì < -Vpo)
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
17
Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Ví dụ: Cho mạch như hình vẽ : Ipo = 4mA, Vpo = 4V. Tìm Q?
Ta có:
VGS = VDD –RDID – RGIG = VDD –RDID (IG =0) (cid:1) VGSQ = VDD –RDIDQ (1) D DQ
GSQ
DD
Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta có :
0.5(VGSQ)2 + 5 VGSQ – 10 = 0 VGSQ = 1.7 V VGSQ= - 11.7 V ( Lọai vì < -Vpo)
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Nhận xét: RG không ảnh hưởng ñến sự phân cực do IG =0.
18
• Mô hình tương đương của FET: dạng S chung
• Các thông số AC của FET • Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp • Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp
• Phân tích mạch tín hiệu nhỏ (CS – CD – CG) • Phân tích mạch tín hiệu nhỏ (CS – CD – CG) • Tính toán độ lợi dòng-áp và trở kháng vào-ra Tính toán độ lợi dòng-áp và trở kháng vào-ra • Kỹ thuật phản ánh trong FET: bảo toàn dòng iDS • Mô hình tương đương của mạch khuếch đại
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
19
Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp • Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp
dsr
ds
=
r ds
: Tổng trở ra của FET ∂ v ∂ i
ds
: hỗ dẫn
mg
Q
|
=
I 2
=
g m
P 0
∂ ∂ i ds ∂ v gs
V V GSQ + 1 V P 0
Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp • Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp
1 V P 0 : Hệ số khuếch ñại của FET
µ
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
20
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
21
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
22
=
/ /
Z
iZ
R 1
R 2
0
R= d
=
a A ) v
v L v i
=
=
×
A v
v L v i
v L . g v m gs
g v . m gs v i
/ /
/ /
.
⇒ = − A v
r ds
R d
R g . L
m
R 1 / /
R 2 +
/ / R 2
R 1
r i
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
23
= −
/ /
/ /
.
A v
r ds
R d
R g . L
m
R 1 / /
R 2 +
/ / R 2
R 1
r i
Thường chọn: Thường chọn:
•
•
(chọn RL=3k)
dsr dR R L
:50k~100k (chọn 50k) :khoảng 5k~10k R<≈ d
• • Chọn R1 và R2 phải lớn hơn và ri phải nhỏ
=>
≈
1
R 1 / /
R 2 +
/ / R 2
R 1
r i
− 3
2.10
−Ω 1
≈
vA⇒ ≈ − 3
mg
0,
>
<
1
A v
A • Nhận xét: v • Vậy tín hiệu ra ñược khuếch ñại và bị ñảo pha
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
24
Nếu ta chuyển ñổi nguồn dòng phụ thuộc thành nguồn áp phụ thuộc thì
µ=
g r .m ds
Với
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
25
µ v
gs
=
=
= −
µ . .
a A ) v
R d + + ( (
R L / / / /
) )
) )
v L µ µ v v
v L v v i i
gs gs
v v i i
/ / R R d d
R R L L
R / / 1 + + 1 R ( ( R 1
R 2 R / / / / R 2 2
r r i i
= −
/ /
/ /
.
r ds
R d
R g . L
m
r r ds ds R 2 +
R 1 / /
r i
/ / R 2
R 1
=
b Z )
/ /
i
R 2
=
v
=
(
c Z )
= => 0
0)
0
v i
gs
/ /
=
=>
0
R 1 v 0 i 0 R d
Kết quả tương tự như trên. R Z L
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
26
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
27
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
28
L
a A )
=
v
v v
i
µ
=
g
.
r d s
m = =
. . µ µ
v v
i . . i
+ +
R R
/ / / /
g s g s
r r d s d s
d s d s
S S
R i . . R i L L
d s d s
. µ
v
(1)
= >
i
=
d s
g s /
+
R
/
R
L
v
d s
L
L
= >
A
=
=
.
.
v
r d s v v
S v i
i v
g s v
d s
i
i
g s Nhận xét: sẽ tìm ñược nếu tìm ñược tỷ lệ
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
29
• Dễ làm hơn: tìm
v g v i
• Như vậy ta sẽ chuyển vgs thành vg
v
=
v
−
=
v
−
gs
g
v s
g
R s
/ /
R i . / / L ds µ µ− v . .( g
R i ) L ds
=>
=
i ds
R S / /
+
R L
r ds
R S
+
/ /
=
v .
/ /
• Thay vào (1): ( => R . s
r ds
i ds
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
( − µ µ g
R s
) R i . d L
s
) R L . v µ
g
=>
=
i d
s
+ + (1
µ ).
/ /
(
)
r ds
R s
R L
30
v
L
= >
A
=
=
.
.
=
v
v L v
v i
i ds v
g v
i
ds
g
=
R
/ /
R
.
S
L
i µ ).
+
(1
+
R
/ /
R
µ
(
)
r ds
s
L
b Z )
∞
i
=
0
c Z ) ) c Z
= =
( (
v v
= − = −
v v
= − = −
v v
) )
Áp dụng KVL, ta có Áp dụng KVL, ta có
0 0
gs gs
s s
0 0
v i i
0
0
−
v
+
i
−
−
v
=
0
0
r ds
0
v 0 R
S
0
µ
(1
)
= >
i
=
+
+
v
= >
=
0
0
r ds R
v i
. r R ds S R . +
+
( 1
) µ
S
0
S
r ds
ds
i r . . 0
µ
R
+
) 1 .
r ds
S
Z
R
/ /
= >
=
=
S
0
r d s + µ
1
R
+
S
1
( / r ds + µ
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
31
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
=
R
/ /
R
.
A v
S
L
+ + (1
R
/ /
R
µ ( ). µ
)
r ds
s
L
• Thường chọn
:Khoảng 50k~100k (chọn 50k)
(Chọn 3k) (Chọn 3k)
≈
1.5
k
=>
/ /
− 3
µ
1 − Ω =>
=
=
R L 100
g
2.10
R S g r . m ds
.8 0
≈
=
m >
≈ vA Nhận xét: • >
0
(cid:1) mạch CD dùng làm mạch đệm, để cách ly áp giữa các tầng
•
≈
1
A v A v
32
• Ta xét lại ví dụ ở mạch CD, từ phương trình của ids:
. v µ
gs
=
i ds
(1)
+
/ /
r ds
R . 1 S
R L
= =
Nhận thấy ta có thể dễ dàng hơn bằng cách chuyển Vgs thành Vg g i i ds
(2)
/ /
+
(1
µ vµ . g v . g µ+ R . ) S
R L
r ds
=> Cùng với một dòng ids nhưng ñược biểu diễn theo 2 ñiện áp khác nhau. => Ta có thể chuyển ñổi qua lại 1 cách nhanh gọn giữa (1) và (2) không phải dùng KVL như trước bằng “kỹ thuật phản ánh FET” với nguyên lý bảo toàn dòng (ids ).
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
33
• Từ những chỗ khác nhau giữa (1) và (2) ta đưa ra nguyên
tắc phản ánh như sau: * Phản ánh về D (S giả): * Phản ánh về D (S giả): * Phản ánh về D (S giả): * Phản ánh về D (S giả):
+ Mạch D (cid:2) S* + Mạch D (cid:2) S*
+ Cực D: giữ nguyên
Trở kháng: (cid:1)(µ + 1)
+ Cực S*:
Nguồn áp: (cid:1)(µ + 1)
Nguồn dòng giữ nguyên
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
34
* Phản ánh về S (D giả): * Phản ánh về S (D giả): * Phản ánh về S (D giả): * Phản ánh về S (D giả):
+ Cực S: giữ nguyên + Cực S: giữ nguyên
Trở kháng: /(µ + 1)
+ Cực D*:
Nguồn áp : /(µ + 1)
Nguồn dòng giữ nguyên
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
35
*
R
=
R
(1
+
) µ
S
S
*
R
=
R
(1
+
) µ
L
*
v
=
v
+
) µ
L (1
L
L
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
36
v v
* * L
µ
µ
* a A )
=
=
.
.
=
=
v
i i ds v
* * R R L +
* * R R S / /
R R / / / / ( ( S + + (1
)
* * v v L v i
v v i ds
g
g v i
/ / / / * R L
* R S
r ds
R R )(1 )(1 L R ).( µ S
+ µ+ ) ) µ R / / L
r ds
=
=
/ /
.
A v
R S
R L
µ
* A v µ + )
(1
µ ).(
+ + (1
/ /
)
r ds
R S
R L
b)
= → =
0
v
0
g
v i Z
= ∞
i
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
37
0
c) Tính Z0 chỉ cần bỏ nguồn ñộc lập Vì Z0 nằm trong vùng phản ánh nên:
*
*
Z
=
R
/ /
0
s
r ds
*
=>
Z
=
=
/ /
0
R s
Z (1 +
0 ) µ
r ds + µ
1
=> Giống với kết quả ở trên!
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
38
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
39
v
µ
a
)
=
A v
v L v
g + (1 ) µ v i
µ
(1 / /
R L
g µ + ) R S
. .
= =
µ + +
) ) µ µ
(1 (1
+
/ /
R L
R S
r r s d + ) µ
1 (
=
/ /
R S
R L
+ + (1
/ /
)
µ )( µ
r ds
R S
R L
= ∞
) b Z
i
)
Z
=
/ /
c
0
R S
r ds + µ
1
=> Giống với kết quả ở trên!
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
40
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
41
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
42
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
43
v
= ⇒ 0
=
0
vµ
g
g
a
)
=
=
(1
+
=
(1
+
µ )
µ )
A v
v L + + (1 (1
R L + +
(1 (1
+ +
/ / / /
µ µ ) )
R d µ µ + + ) )
v L v v i
v v i
/ / r r ds
R R S
R R d
R R L
b
)
Z
/
/
+
+
+
=
(1
µ )
* i
Z
=
+
+
i
R S
R L µ
c
)
Z
Do Zi nằm trong vùng phản ánh nên: R R S d Z = + 1 =
R L / / + ]
R d 1 µ )
+
r ds r ds µ 1 + + R (1 S
* i µ R d
r / /[ ds
0
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
44
*
v
=
L
1
v v L µ +
R
=
* d
1
d µ
R
=
* L
R + R +
1
L µ
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
45
• Nhìn vào mạch ta có
*
*
/ /
R
d
L
)
=
=
(1
+
=
(1
+
a
µ )
µ )
A v
*
*
v L + (1
µ )
v L v i
v i
+
+
/ /
R
R
d
R S
L
1
R r ds µ +
=
(1
+
µ )
(1
+
R R L +
/ /
R R d µ + )
R S
/ / / / r ds
R d
R L
*
*
b
)
Z
=
+
+
R
/ /
R
=
+
+
i
R S
d
L
R S
1
/ / +
R d 1
1
r ds µ +
r ds µ +
R L µ
*
R S
r ds
Z
/ /[
]=
R
+
=
/
/
R S
* 0
d
1
1
R d µ +
(1
Z
+
/ /
1 (
Z
=
=
+
+
µ )
µ )
c) Do Z0 nằm trong vùng phản ánh nên: µ r + + (1 ) ds µ µ + + 1 [
]
R S
R d
r ds
* 0
0
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
46
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Mô hình tương đương của MKĐ dòng
=
.
=
.
.
i L
i . m
i . i
A i 0
A i 0
Z 0 +
Z
Z 0 +
r i +
Z
Z
0
R L
0
R L
r i
i
47
=
.
=
.
v
L
. A v 0 v i
n
A v
0
v . i
R L +
R L +
Z i +
Z
R L
0
. Z Z 0
i
r i
R L
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
48
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
Cách ghép
Sơ ñồ mạch
CS vs CE
< 0 < 0
< 0 < 0
CD vs CC
> 0
CG vs CB
> 0
> 0
49
• 5.
4/2/2013 Khoa ðiện – ðiện tử - ðHBK Tp.HCM
