Bài 6 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Trường (FET
BÀI 6 : MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG
TRANSISTOR TRƯỜNG (FET)
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Giúp sinh viên bằng thực nghiệm khảo sát các vấn đề chính sau đây :
Phần bắt buộc :
1. Vấn đề phân cực DC : Tìm hiểu nguyên tắc khuếch đại của transistor trường (FET), sơ đồ
mắc kiểu source chung và đo hệ số khuếch đại của transistor trường
2. Khảo sát mạch khuếch đại AC của transistor trường (FET), sơ đồ mắc kiểu source chung:
Xác định Av, Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại, vai trò của tổng trở vào Zin….
3. Khảo sát mạch khuếch đại AC sử dụng transistor MOSFET trong các sơ đồ nối kiểu Source
chung.
4. Khảo sát mạch đóng mở dùng MOSFET.
THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Bộ thí nghiệm ATS-11 và Module thí nghiệm AM-107.
2. Dao động ký, đồng hồ đo DVM và dây nối.
PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phần này nhằm tóm lược những vấn đề lý thuyết thật cần thiết phục vụ cho bài thí
nghiệm và các câu hỏi chuẩn bị để sinh viên phải đọc kỹ và trả lời trước ở nhà.
I.1. TỔNG QUAN
Transistor gồm 2 loại: BJT và FET.
- BJT là phần tử được điều khiển bằng dòng điện (iC ∈ iB ), có tổng số trở ngõ vào nhỏ
nên có tiếng ồn thường lớn và bất lợi ở các mạch khuếch đại dùng nguồn tín hiệu có
tổng trở ra lớn.
- FET là phần tử được điều khiển bằng áp (iD ∈ vGS), có tổng trở ngõ vào lớn (
≈
100M)
nên có tiếng ồn thấp (ivào
≈
0), thích hợp các tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ.
Các ưu điểm của FET:
- Fet ổn định hơn BJT.
- Có kích thước nhỏ hơn BJT nên khả năng thích hợp cao hơn. Nên FET ngày càng được
sử dụng rộng rãi.
Có nhiều loại FET đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật hiện đại trong đó có hai loại cơ
bản sau:
- Loại nối : JFET (Junction Field Effect Transistor) :
- Loại có cực cửa cách ly: MOSFET (Metal-Oxitde-Semiconductor Field Effect
Transistor). Khi nói FET ý chỉ loại JFET.
Bài 6 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Trường (FET
I.2. PHÂN LOẠI
1. Loại nối ( JFET: Junction Fet):
2. Loại có cửa cách điện MOSSFET ( Metal- Oxide-Semiconductor Fet) : gồm 2 loại
- MOSFET kênh có sẵn
- MOSFET kênh gián đoạn:
I.3. PHÂN CỰC DC
I.3.1 PHÂN CỰC FET:
a. Phân cực tự động: Trong thực tế, để tránh dùng 2 nguồn điện thế bất tiện, người
ta dùng kiểu phân cực tự động (self- bias) do điện trở R
s trong mạch cực
nguồn tạo ra.
Thật vậy, nối G xuống mass 0v qua điện trở lớn RG = 100K → 1M,
thêm Rs ta có mạch sau:
VGS = VG - VS = - ID Rs (1) (VG = 0 do G nối mass)
⇒ VGS = - Rs ID : gọi là PT đường tự động phân cực cho Fet N
và công thức Shockley : ID = IDSS(1- 2
)
p
GS
V
V (2)
Từ (1) và (2) ta suy ra: IDQ (0 < IDQ < IDSS) và VGS (VP < VGS < 0)
G
S
D
FET N
G
S
D
FET P
JFET kênh P
D
G
S
JFET kênh N
G
D
S
Hình 5-2: Ký hiệu MOSFET kênh có sẵn
Hình 5-1: Ký hiệu JFET
MOSFET kênh có sẵn loại PMOSFET kênh có sẵn loại N
MOSFET kênh gián đoạn loại N MOSFET kênh gián đoạn loại P
Hình 5-3: Ký hiệu MOSFET kênh có sẵn
FET N
RG RS
VDD
0
RD
Bài 6 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Trường (FET
RS
VGG
V DD
RGG
FET N
RD
R1
R2
RS
RD
IG-FET N
V DD
2
)(
2
γ
VV
k
IGSD −=
2
)(
2
γ
VV
k
IGSD −=
PT ngõ ra VDD = ID (Rs + RD) + VDS => VDSQ = VDD - IDQ (Rs + RD)
b. Phân cực kiểu cầu phân áp:
Ù
Cách xác định Q:
Ta có : VGS = VGG –RS.ID (1)
I
D = IDSS (1-VGS/VP)2 (2)
Từ (1) và (2) => IDQ
Phương trình ngõ ra : VDD =VDS + ID(RS + RD) (3)
=> VDSQ
I.3.2 PHÂN CỰC MOSFET:
a. Phân cực kiểu cầu phân áp:
Ta có: RG = R1//R2 , VGG = VDD.R1/(R1+R2)
Với VGS = VGG – RS ID (1)
ID = IDSS (1- 2
)
p
GS
V
V (Kênh có sẵn)
VDD = VDS + ID (RS + RD) (3)
Từ (1), (2) => VGSQ, IDQ
Từ (3) => VDSQ
b. Phân cực kiểu hồi tiếp:
Ta có: VGS = VDS (1)
ID = IDSS (1- 2
)
p
GS
V
V (Kênh có sẵn)
VDD = VDS + ID (RS + RD) (3)
Từ (1), (2) (3) => VGSQ; IDQ ; VDSQ
R1
FET N
RS
R2 RD
V DD
Với:
RG = R1//R2
VGG = (VDD. R1) /(R1+R2)
(
2
)
(Kênh gián đoạn)
(2)
(Kênh gián đoạn)
Bài 6 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Trường (FET
I.3. KHUẾCH ĐẠI AC
I.3.1. MẠCH NGUỒN CHUNG (SOURCE) :
ri :được thêm vào để kiểm soát dòng điện ngõ vào từ nguồn v1.
RL : biểu diễn tải được nhìn bởi bộ khuếch đại.
Rg, Rd, Rs : cung cấp phân cực DC để FET hoạt động.
Hệ số khuếch đại :
i
gs
gs
V
i
L
vv
v
vv
v
AL.==
với: )(
//
//
gs
dsLD
LD
Lv
rRR
RR
v
μ
−
+
= và i
iG
G
gs v
rR
R
v.
+
=
=> riR
R
rRR
RR
A
G
G
dsLD
LD
v++
−= .
//
//
μ
Tổng trở vào : Zi = RG
Tổng trở ra : Dds
o
o
oRr
i
v
Z//==
Zi
Zo
VL
Mạch tương đương AC Mạch khuếch đại dùng FET mắc CS
VDD
Vi
ri ri
s
+
Co
R
D
RL
D
RL
Vi
+
Cs
R
+
Ci
R
G
FET N
R
FET N
R
G
+-
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
rds
Vi
G
S
-
D
VL
RR
+
Vgs
RL
D
U.Vgs
G
ri
Bài 6 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Trường (FET
I.3.2. MẠCH MÁNG CHUNG (DRAIN) :
G
S
ri
R
Vi
R
VDD
FET N
Vi
FET N
R
G
RLRRL
L
+
Ci
V
L
V
ri
D
D
U.Vg
Vi
G
Vg
G
+
(Rs//RL)( u+1)
rds
L
V
R
S
ri
Hệ số khuếch đại :
i
g
g
V
i
L
vv
v
vv
v
AL.==
với: )(
)1)(//(
)1)(//(
g
dsLS
LS
Lv
rRR
RR
v
μ
μ
μ
++
+
= và i
iG
G
gv
rR
R
v.
+
=
=> )).((
)1)(//(
)1)(//(
riR
R
rRR
RR
A
G
G
dsLS
LS
v+++
+
=
μ
μ
μ
Mạch khuếch đại dùng FET mắc CD Mạch tương đương AC
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
+ -