Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

sơ đồ sử dụng transistor tr-ờng (jfet) Mục đích: Nghiên cứu cấu trúc mạch và phân tích hoạt động của các mạch điện tử sử dụng transistor tr-ờng loại JFET (mạch khuếch đại một chiều, xoay chiều và các sơ đồ khóa nối tiếp, song song). Ngoài ra còn phân tích và khảo sát một số sơ đồ dùng transistor tr-ờng loại MOSFET. Phần lý thuyết 1. các vi mạch lôgíc dùng transistor tr-ờng 1.1. Khái niệm về Transistor tr-ờng. Transistor tr-ờng là một loại dụng cụ bán dẫn hoạt động dựa trên hiệu ứng tr-ờng. Dòng qua transistor tr-ờng là dòng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 6

Bµi 6 s¬ ®å sö dông transistor tr−êng (jfet) Môc ®Ých: Nghiªn cøu cÊu tróc m¹ch vµ ph©n tÝch ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch ®iÖn tö sö dông transistor tr−êng lo¹i JFET (m¹ch khuÕch ®¹i mét chiÒu, xoay chiÒu vµ c¸c s¬ ®å khãa nèi tiÕp, song song). Ngoµi ra cßn ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t mét sè s¬ ®å dïng transistor tr−êng lo¹i MOSFET. PhÇn lý thuyÕt 1. c¸c vi m¹ch l«gÝc dïng transistor tr−êng 1.1. Kh¸i niÖm vÒ Transistor tr−êng. Transistor tr−êng lµ mét lo¹i dông cô b¸n dÉn ho¹t ®éng dùa trªn hiÖu øng tr−êng. Dßng qua transistor tr−êng lµ dßng c¸c ph©n tö t¶i ®iÖn c¬ b¶n ch¹y qua kªnh dÉn ®−îc ®iÒu khiÓn bëi ®iÖn tr−êng. Cã 2 lo¹i transistor tr−êng: - Lo¹i JFET (Junction Field Effeet transistor): §iÒu khiÓn h¹t t¶i ®iÖn qua kªnh dÉn lµ líp tiÕp gi¸p p − n hoÆc b»ng hµng rµo Shottky. - Lo¹i MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effeet transistor): §iÒu khiÓn h¹t t¶i ®iÖn qua kªnh dÉn b»ng cöa c¸ch ®iÖn. C¸c ®Æc ®iÓm cña transistor tr−êng: - Cã ®iÖn trë vµo rÊt lín RV = ∞ (~ 1014 Ω). Dßng qua transistor tr−êng ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p (®©y chÝnh lµ ®iÓm kh¸c gi÷a transistor tr−êng vµ transistor l−ìng cùc). - Transistor tr−êng cã t¹p ©m néi rÊt nhá. - C«ng suÊt tiªu t¸n trªn transistor tr−êng rÊt bÐ. 1.2. CÊu t¹o vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña JFET 1.2.1/ CÊu t¹o cña JFET H×nh 6.1 tr×nh bµy cÊu tróc, ký hiÖu vµ c¸ch m¾c nguån cho transistor tr−êng JFET kªnh n. ë phÇn gi÷a cña tÊm b¸n dÉn lo¹i n ng−êi ta t¹o ra mét líp tiÕp gi¸p p − n ®Ó lµm thµnh cùc cöa ®iÒu khiÓn. Khi ®Æt mét ®iÖn ¸p ph©n cùc ng−îc vµo cùc cöa sÏ lµm thay ®æi bÒ dµy cña vïng diÖn tÝch kh«ng gian líp tiÕp gi¸p. TiÕt diÖn cña kªnh dÉn n sÏ hÑp ®i lµm dßng qua kªnh dÉn gi¶m. Do ®ã khi thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo G sÏ ®iÒu khiÓn ®−îc dßng ®iÖn qua transistor tr−êng. 115
KÕt qu¶ lµ dßng m¸ng sÏ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p gi÷a cùc m¸ng vµ cùc nguån (UDS) vµ phô thuéc c¶ vµo ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn gi÷a cùc cöa vµ cùc nguån (UGS): I D = f (U GS ,U DS ) . b) Ký hiÖu cña JFET kªnh N. a): CÊu tróc cña JFET kªnh n. c) C¸ch m¾c nguån ®iÖn. H×nh 6.1: VÏ transistor JFET kªnh n. 1.2.2/ C¸c ®Æc tr−ng cña JFET §Æc tr−ng I D = f (U GS ) ; gäi lµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t §−êng ®Æc tr−ng dßng m¸ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p gi÷a cùc cöa vµ cùc nguån khi UDS = const ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.2. §−êng ®Æc tr−ng trªn ®−îc x¸c lËp tõ thùc nghiÖm. I D = f (U DS ,U GS ) n ⎛U ⎞ I D = I Do ⎜1 − GS ⎟ ⎜U ⎟ ⎝ ⎠ Go n = 1,5 ÷ 2,5 §é dèc cña ®−êng ®Æc tr−ng: ⎛ mA ⎞ dI D ⎟= D⎜ ⎝ V ⎠ dU GS U DS = const dU DS rD = dI D U DS = const H×nh 6.2 116
b) VGS = −2V c) VGS = −3V a) VGS = 0V H×nh 6.3 Trªn h×nh 6.3 tr×nh bµy c¸c h×nh ¶nh minh häa sù thay ®æi ®é réng kªnh dÉn theo ®iÖn ¸p ph©n cùc ng−îc ®Æt vµo diode: ®é réng kªnh dÉn hÑp ®i khi ®iÖn ¸p ph©n cùc ng−îc ®Æt vµo cùc cöa t¨ng lªn. §Æc tr−ng I D = f (U DS ) : Hä c¸c ®−êng ®Æc tr−ng dßng m¸ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p gi÷a cùc cöa vµ cùc nguån øng víi c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p kh¸c nhau cña UGS = const ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.4. H×nh 6.4 §Æc tr−ng I G = f (U GS ) : 117
H×nh 6.5 biÓu diÔn ®Æc tr−ng dßng IG cña JFET. Khi ®iÖn ¸p VGS m¾c theo chiÒu ph©n cùc thuËn (h×nh 6.5a) ®Æc tr−ng cã d¹ng gièng nh− diode chØnh l−u. (a): §iÖn ¸p VGS ph©n cùc thuËn. (b): §iÖn ¸p VGS ph©n cùc ng−îc. H×nh 6-5: §Æc tr−ng dßng ë lèi vµo cña JFET kªnh n. 1.3. CÊu tróc vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña transistor lo¹i MOSFET I.3.1/ CÊu tróc cña MOSFET §iÓm kh¸c biÖt vÒ cÊu tróc gi÷a transistor tr−êng lo¹i JFET vµ MOSFET lµ cùc cöa G cña MOSFET b»ng kim lo¹i kh«ng tiÕp gi¸p trùc tiÕp víi b¸n dÉn, nã ®−îc c¸ch ®iÖn hoµn toµn víi chÊt b¸n dÉn nhê mét líp ®iÖn m«i lµ líp «xit b¸n dÉn. Tïy theo cÊu tróc cña MOSFET chóng ®−îc chia thµnh hai lo¹i: - Lo¹i cã kªnh c¶m øng. - Lo¹i cã kªnh t¹o s½n. 1. Transistor tr−êng MOSFET lo¹i cã kªnh c¶m øng. a) CÊu tróc cña Transistor tr−êng cã kªnh c¶m øng: CÊu tróc vµ ký hiÖu cña Transistor tr−êng MOSFET kªnh n c¶m øng ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.6. Trªn mét ®Õ b¸n dÉn Si lo¹i p cã ®iÖn trë suÊt rÊt cao, ng−êi ta t¹o mét líp ®iÖn m«i SiO2 c¸ch ®iÖn b»ng c¸ch nung nãng ë nhiÖt ®é cao 1000oC trong m«i tr−êng «xy. B»ng ph−¬ng ph¸p quang kh¾c, ng−êi ta t¹o hai cöa sæ ®Ó råi qua ®ã b»ng ph−¬ng ph¸p khuyÕch t¸n t¹o ra hai vïng b¸n dÉn lo¹i n pha t¹p m¹nh (n+). Hai miÒn nµy cã ®iÖn trë suÊt nhá t¹o thµnh cùc m¸ng vµ cùc nguån. 118
§Ó t¹o cùc cöa, ng−êi ta phñ líp kim lo¹i lªn líp oxide n»m gi÷a hai miÒn S vµ D. Lèi ra lÊy trªn ®iÖn cùc kim lo¹i nµy gäi lµ cùc cöa G. b) KÝ hiÖu MOSFET - n a) CÊu tróc cña MOSFET kªnh n. H×nh 6.6: CÊu tróc vµ ký hiÖu cña transistor MOSFET Nh− vËy ta thÊy gi÷a cùc cöa vµ ®Õ b¸n dÉn cã mét líp ®iÖn m«i rÊt máng lµ SiO2. H×nh 6.7 lµ h×nh ¶nh minh häa t¹o thµnh kªnh c¶m øng khi cã ®iÖn ¸p ph©n cùc ®Æt vµo cùc cöa G. b) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña Transistor tr−êng MOSFET kªnh c¶m øng. S¬ ®å m¾c nguån ®iÖn ph©n cùc cho Transistor tr−êng MOSFET kªnh c¶m øng ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.7. Khi ch−a cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo cùc cöa, cùc ®Õ vµ cùc nguån th× kªnh dÉn gi÷a S vµ D ch−a ®−îc h×nh thµnh. Khi ta nèi cùc cöa víi cùc d−¬ng vµ nèi ®Õ vµ cùc S víi cùc ©m cña nguån ®iÖn VGS. Do c¸ch cÊu t¹o nh− trªn mµ gi÷a cùc cöa vµ cùc ®Õ h×nh thµnh mét tô ®iÖn víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n tô lµ chiÒu dÇy líp ®iÖn m«i SiO2. Do ®ã phÇn bªn trong ®Õ, ngay s¸t bÒ mÆt cùc cöa sÏ h×nh thµnh mét líp ®iÖn tÝch ©m tr¸i dÊu. Líp ®iÖn tÝch nµy sÏ t¹o thµnh mét kªnh dÉn lo¹i n nèi liÒn hai cùc nguån S vµ cùc m¸ng D. §iÖn tr−êng gi÷a hai cùc cöa vµ ®Õ cµng lín th× tiÕt diÖn cña kªnh c¶m øng cµng lín, do ®ã dßng ®iÖn gi÷a cùc S vµ cùc D cµng lín. V× vËy thay ®æi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn t¸c dông lªn cùc cöa ta cã thÓ ®iÒu khiÓn dßng qua transistor. 119
H×nh 6.7: Sù h×nh thµnh kªnh c¶m øng khi cã ®iÖn ¸p ph©n cùc. Trªn h×nh 6.8 tr×nh bµy ®Æc tr−ng Von - Ampe biÓu diÔn sù phô thuéc cña dßng m¸ng vµo ®iÖn thÕ gi÷a cùc m¸ng vµ cùc nguån Transistor tr−êng MOSFET kªnh c¶m øng. H×nh 6.8 Transistor tr−êng MOSFET kªnh c¶m øng ®−îc dïng rÊt phæ biÕn trong c¸c m¹ch vi ®iÖn tö l«gic. §o¹n sau chóng ta sÏ kh¶o s¸t c¸c m¹ch vi ®iÖn tö sè hä CMOS trong ®ã ng−êi ta ®· sö dông phèi hîp hai lo¹i Transistor tr−êng MOSFET kªnh n vµ kªnh p. 120
2. Transistor tr−êng MOSFET lo¹i cã kªnh t¹o s½n. Quy tr×nh chÕ t¹o MOSFET cã kªnh ®−îc t¹o s½n còng tr¶i qua c¸c b−íc t−¬ng tù nh− chÕ t¹o MOSFET cã kªnh c¶m øng. Trªn h×nh 6.9 tr×nh bµy cÊu tróc cña MOSFET kªnh n ®−îc t¹o s½n. b) KÝ hiÖu MOSFET - n a) CÊu tróc cña MOSFET kªnh n ®−îc t¹o s½n. H×nh 6.9 Kªnh dÉn ®iÖn lo¹i n nèi liÒn gi÷a cùc nguån S vµ cùc m¸ng D còng ®−îc t¹o ra b»ng ph−¬ng ph¸p khuÕch t¸n nh− cùc nguån vµ cùc m¸ng nh−ng víi nång ®é t¹p chÊt Ýt h¬n. Sau khi hoµn thµnh c«ng ®o¹n t¹o ®−îc kªnh dÉn n ë cùc cöa ng−êi ta l¹i nung nãng ë nhiÖt ®é cao trong m«i tr−êng «xy ®Ó t¹o ®−îc mét líp c¸ch ®iÖn máng SiO2, vµ ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p phun kim lo¹i trong ch©n kh«ng ®Ó phñ mét líp kim lo¹i ë trªn líp «xit n»m trªn kªnh dÉn n ®Ó t¹o thµnh cùc cöa G. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña transistorMOSFET cã kªnh t¹o s½n. H×nh 6.10 lµ s¬ ®å m¾c nguån nu«i cho Transistor MOSFET cã kªnh t¹o s½n. Khi nèi cùc cöa víi nguån ®iÖn thÕ ©m (H×nh 6-10b), trong kªnh n sÏ h×nh thµnh líp nghÌo phÇn tö t¶i ®iÖn. Do ®ã, nã lµm gi¶m tiÕt diÖn cña kªnh vµ lµm t¨ng ®iÖn trë cña kªnh dÉn vµ lµm cho dßng IDS gi¶m. §Æt ®iÖn thÕ d−¬ng vµo cùc cöa (H×nh 6.10a), tiÕt diÖn cña kªnh dÉn t¨ng lªn, ®iÖn trë cña kªnh dÉn gi¶m lµm cho dßng IDS t¨ng lªn. Nh− vËy, thay ®æi thÕ ph©n cùc ®Æt vµo cùc cöa ta sÏ thay ®æi ®−îc tiÕt diÖn cña kªnh dÉn, vµ do ®ã thay ®æi ®−îc dßng ®iÖn gi÷a D vµ S. 121
(a) (b) H×nh 6.10: S¬ ®å m¾c nguån nu«i cho transistor MOSFET cã kªnh t¹o s½n §Æc tr−ng Von-Ampe I D = f (U DS ) cña MOSFET kªnh t¹o s½n ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.11. H×nh 6.11: Hä ®Æc tr−ng Von-ampe I D = f (U DS ) H×nh 6.11 lµ ®Æc tr−ng I D = f (U DS ) øng víi c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p kh¸c nhau gi÷a cùc cöa vµ cùc nguån UDS. Dùa vµo c¸c ®−êng ®Æc tr−ng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc ban ®Çu cho c¸c tÇng khuÕch ®¹i dïng MOSFET kªnh t¹o s½n. §Æc tr−ng h×nh 6.12 cho chóng ta thÊy khi ®Õ vµ cùc nguån nèi t¾t víi nhau UDS =0) ®−êng ®Æc tr−ng cã d¹ng tuyÕn tÝnh vµ ®é dèc tèt nhÊt nªn trong thùc tÕ ng−êi ta hay nèi cùc ®Õ víi cùc nguån S. 122
H×nh 6.12 Vi m¹ch l«gic hä MOS Transistor tr−êng MOSFET ®−îc dïng ®Ó t¹o c¸c m¹ch l«gic. C¸c m¹ch l«gic thuéc hä MOS cã c«ng suÊt tiªu thô nhá, ngµy nay c¸c m¹ch vi ®iÖn tö cì lín LSI th−êng dïng MOSFET. C¸c kÝ hiÖu kh¸c nhau cña transistor tr−êng MOSFET th−êng gÆp trong c¸c tµi liÖu n−íc ngoµi ®−îc nªu trªn h×nh 6.13. H×nh 6.13: KÝ hiÖu Transistor tr−êng MOSFET 2.§Æc tÝnh c¬ b¶n vµ tham sè cña transistor hiÖu øng tr−êng Ph©n lo¹i vµ c¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n. Transistor hiÖu øng tr−êng th−êng ®−îc ph©n lo¹i theo s¬ ®å sau: 123
FET (field effect transistor) FET cã cöa c¸ch ®iÖn MOSSFET FET cã líp chuyÓn tiÕp p - n (Metal - oxide - Semi conduetor (Junction FET) field effect transistor) JFET Kªnh t¹o s½n Kªnh c¶m øng Kªnh n Kªnh p Kªnh p Kªnh n Kªnh n Kªnh p Nh− vËy transistor hiÖu øng tr−êng cã 6 lo¹i: Ký hiÖu, c¸ch ph©n cùc vµ ®Æc tuyÕn nh− h×nh sau: Lo¹i JFET KÝ hiÖu §Æc tr−ng truyÒn ®¹t §Æc tr−ng ra ID ID Kªnh n oD I DSS U GSU = 0 G o UDS UGS U GS0 oS UP U GS UP U DS U GS0 ID Kªnh p oD ID UP UP G U DS U GS o oS I DSS U GSU = 0 124
MOSFET cã kªnh t¹o s½n ID ID Kªnh n oD G IDSS o UGS = 0 UP UGS oS UP UDS ID ID Kªnh p oD UP UP UGS G UDS o IDSS UGS = 0 oS MOSFET cã kªnh c¶m øng oD ID ID Kªnh n IDSS G o IDSS UGS = 2UP UGS = UP oS UP 2UP UGS UP UDS ID ID oD Kªnh p 2UP UP G UGS UDS o UGS = 2U p IDSS IDSS oS NÕu ®Æt vµo gi÷a cùc cöa G (Gate) vµ cùc nguån S (Source) mét tÝn hiÖu th× UGS thay ®æi lµm cho ®iÖn trë gi÷a cùc m¸ng D (Drain) vµ cùc nguån (Source) thay ®æi ®o ®ã dßng ®iÖn cùc m¸ng ID thay ®æi theo. VËy FET lµ mét dông cô ®iÖn tö ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p gièng nh− trièt ch©n kh«ng. Trong thùc tÕ cã nhiÒu FET ®èi xøng, tøc lµ cã thÓ ®æi cùc m¸ng vµ cùc 125
nguån mµ tÝnh chÊt cña FET kh«ng ®æi. - Trong JFET cùc cöa nèi víi cùc m¸ng- nguån qua mÆt ghÐp n-p hoÆc p-n. Trong ho¹t ®éng líp tiÕp xóc p-n nµy lu«n ph©n cùc ng−îc. - Víi MOSFET th× cùc cöa vµ kªnh m¸ng-nguån ®−îc c¸ch ly bëi líp SiO2 do ®ã dßng cña cùc cöa lu«n b»ng kh«ng. Khi lµm viÖc dßng cöa cña JFET cì 1pA ®Õn 10nA, cßn dßng cöa cña MOSFET nhá h¬n cña JFET cì 103 lÇn. V× vËy ®iÖn trë vµo cña JFET n»m trong kho¶ng tõ 1010 ÷ 1013Ω vµ cña MOSFET tõ 1013 ÷ 1015Ω. JFET vµ MOSFET cã kªnh t¹o s½n dßng m¸ng lín khi UGS = 0 v× vËy c¸c lo¹i transistor tr−êng nµy cßn cã tªn chung lµ JFET tù dÉn. Ng−îc l¹i FET cã kªnh c¶m øng, UGS = 0 dßng m¸ng ID = 0 do ®ã gäi lµ FET tù ng¾t. Th«ng th−êng ®èi víi MOSFET cùc ®Õ ®−îc nèi víi cùc nguån. Trªn ®Æc tuyÕn ra I D = f (U DS ) ta nhËn thÊy khi UDS qu¸ lín th× dßng m¸ng ID t¨ng ®ét biÕn, lóc ®ã sÏ xÈy ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng. §iÖn ¸p ®¸nh thñng cì 20 ÷ 50V. 3. C¸c s¬ ®å khuÕch ®¹i sö dông transistor JFET 3.1. M¹ch khuÕch ®¹i mét chiÒu dïng JFET nèi kiÓu source chung. S¬ ®å c¸ch m¾c nh− trªn h×nh 6.1 (phÇn c). S¬ ®å nµy t−¬ng ®−¬ng víi kiÓu m¾c emitter chung cña transistor l−ìng cùc, tuy nhiªn ®Ó ®iÒu khiÓn ®−îc dßng qua transistor tr−êng JFET kªnh n nµy th× nguån thÕ vµo ®iÒu khiÓn ph¶i lµ thÕ ©m (thÕ cùc G lµ ©m so víi thÕ ë cùc nguån - S). M¹ch khuÕch ®¹i nµy nh»m kh¶o s¸t mèi quan hÖ gi÷a thÕ vµo UV (thÕ gi÷a cùc G vµ cùc S) víi dßng qua transistor tr−êng ID vµ kh¶o s¸t quan hÖ gi÷a Uv vµ Ur (thÕ gi÷a 2 cùc S vµ D): I D = f (U v ) vµ U r = g (U v ) . S¬ ®å thùc nghiÖm ®−îc chØ ra trªn h×nh A6-1 (phÇn thùc nghiÖm). §Ó cã ®−îc thÕ Uv lµ ©m ta ph¶i sö dông nguån −12V vµ nèi J1, J2. ViÖc kh¶o s¸t ®−îc tiÕn hµnh tõng b−íc ®−îc nªu trong phÇn thùc nghiÖm vµ ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng 6-1. 3.2. M¹ch khuÕch ®¹i xoay chiÒu dïng JFET: (kªnh n) §Ó m¹ch lµm viÖc ®−îc víi tÝn hiÖu lèi vµo lµ xoay chiÒu ta ph¶i x¸c lËp chÕ ®é m¹ch khuÕch ®¹i ë chÕ ®é ®iÒu khiÓn ®−îc, tøc lµ ph©n ¸p cho cùc G ph¶i ©m vµ ®iÓm lµm viÖc cña transistor ë vïng tuyÕn tÝnh. TÝn hiÖu xung lèi vµo ®−îc ®−a qua tô. S¬ ®å thùc nghiÖm vÉn lµ h×nh A6-1 (phÇn thùc nghiÖm). ViÖc 126
kh¶o s¸t m¹ch nµy ®−îc tiÕn hµnh tõng b−íc vµ gåm 2 néi dung chÝnh lµ: - §o biªn ®é tÝn hiÖu ra t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ biªn ®é tÝn hiÖu vµo tõ 10mV ÷ 500mV theo b¶ng A6-2 vµ tÝnh gi¸ trÞ hÖ sè khuÕch ®¹i thÕ K = U r U v . - Kh¶o s¸t ®Æc tr−ng tÇn sè f : Thay ®æi tÇn sè tÝn hiÖu vµo. §o biªn ®é xung ra, tÝnh K = U r U v vµ vÏ sù phô thuéc cña K vµo f (tÇn sè). 4. C¸c s¬ ®å kho¸ dïng transistor tr−êng 4.1. S¬ ®å kho¸ nèi tiÕp: xem h×nh 6.14 (phÇn a) Khi khãa K më : Ura = 0 Ro Khi kho¸ K ®ãng (nèi): U ra = ( ) .U vào R ∗ + Ro 4.2. S¬ ®å kho¸ song song: xem h×nh 6.2 (phÇn b) Khi khãa K më : Ura = Uvµo Khi kho¸ K ®ãng (nèi): Ura = 0 Trong bµi nµy kho¸ K ®−îc sö dông lµm tõ transistor tr−êng JFET kªnh n. Do ®ã, kho¸ K sÏ ë tr¹ng th¸i më (R = ∞) khi thÕ cùc cöa (Date) lµ ©m so víi cùc nguån (Sourse) vµ kho¸ K ë tr¹ng th¸i ®ãng (R = 0) khi thÕ nµy UGS ≥ 0. §Ó ®iÒu khiÓn kho¸ ta dïng c¸c thÕ 1 chiÒu hoÆc m¸y ph¸t xung. TÝn hiÖu ®−a vµo c¸c lèi vµo m¹ch (gi¸ trÞ Uvµo) cã thÓ lµ c¸c thÕ mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu tÇn sè thÊp (so víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn kho¸). Ro R* o o o o K Uvµo K Uvµo Ura Ura Ro o o o o b) Kho¸ song song a) Kho¸ nèi tiÕp H×nh 6.14: M« h×nh chÕ ®é kho¸ ViÖc kh¶o s¸t kho¸ nèi tiÕp ®−îc thùc hiÖn trªn s¬ ®å ë h×nh A6-2 (phÇn thùc nghiÖm). Víi kho¸ song song ta dïng s¬ ®å h×nh A6-3. C¸c kÕt qu¶ khi thÕ Uvµo lµ c¸c gi¸ trÞ mét chiÒu ®−îc ®o vµ ghi vµo c¸c b¶ng 6-4 (víi kho¸ nèi tiÕp) vµ b¶ng 6-5 (cho kho¸ song song). Khi Uvµo lµ c¸c gi¸ trÞ xoay chiÒu th× c¸c kÕt 127
qu¶ (tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, tÝn hiÖu ra) ®−îc quan s¸t trªn dao ®éng ký vµ ®−îc vÏ l¹i. 5. C¸c s¬ ®å khuÕch ®¹i sö dông MOSFET T−¬ng tù nh− transistor l−ìng cùc, víi transistor MOSFET ta cã 3 kiÓu m¾c khuÕch ®¹i lµ: - KiÓu source chung (t−¬ng øng víi kiÓu emitter chung dïng transistor l−ìng cùc). - KiÓu drain chung (t−¬ng øng víi kiÓu collector chung). - KiÓu Gate chung (t−¬ng øng víi kiÓu base chung). §iÓm kh¸c chñ yÕu cña c¸c s¬ ®å dïng MOSFET so víi khi dïng JFET kªnh n lµ ta kh«ng cÇn ph©n cùc ©m cho cùc cöa. C¸c s¬ ®å thùc nghiÖm nµy ®−îc tr×nh bµy trªn c¸c h×nh A6.4a, h×nh A6.4b vµ h×nh A6.4c. ViÖc kh¶o s¸t chñ yÕu lµ kh¶o s¸t quan hÖ Ura = f (Uvµo) vµ tÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i. Ngoµi ra, víi s¬ ®å kiÓu emitter chung ta cßn kh¶o s¸t ®Æc tr−ng tÇn sè (sù phô thuéc cña K vµo tÇn sè f ). 128
PhÇn thùc nghiÖm A. ThiÕt bÞ sö dông: 1. ThiÕt bÞ chÝnh cho thùc tËp t−¬ng tù (Khèi ®Õ nguån) 2. Panel thÝ nghiÖm AE - 106N vÒ transistor tr−êng (G¾n lªn khèi ®Õ nguån). 3. Dao ®éng ký 2 chïm tia. 4. D©y nèi c¾m 2 ®Çu. B. CÊp nguån vµ nèi d©y Panel thÝ nghiÖm AE - 106N chøa 4 m¶ng s¬ ®å A6- 1 ... A6- 4, víi c¸c chèt c¾m nguån riªng. Khi sö dông m¶ng nµo th× cÊp nguån cho m¶ng s¬ ®å ®ã. §Êt (GND) cña c¸c m¶ng s¬ ®å ®Êt ®−îc nèi s½n víi nhau. Do ®ã chØ cÇn nèi ®Êt chung cho toµn khèi ®Õ. 1. Bé nguån chuÈn DC POWER SUPPLY cña thiÕt bÞ cung cÊp c¸c thÕ chuÈn ± 5V , ± 12V cè ®Þnh. 2. Bé nguån ®iÒu chØnh DC ADJUST POWER SUPPLY cña thiÕt bÞ cung cÊp c¸c gi¸ trÞ ®iÖn thÕ mét chiÒu 0.... + 15V vµ 0.... − 15V . Khi vÆn c¸c biÕn trë chØnh nguån, cho phÐp ®Þnh gi¸ trÞ ®iÖn thÕ cÇn thiÕt. Sö dông ®ång hå ®o thÕ DC trªn thiÕt bÞ chÝnh ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn thÕ ®Æt 3. Khi thùc tËp, cÇn nèi d©y tõ c¸c chèt cÊp nguån cña khèi ®Õ tíi tr¹m nguån cña m¶ng s¬ ®å cÇn kh¶o s¸t. (Chó ý: C¾m ®óng ph©n cùc cña nguån vµ ®ång hå ®o). C. C¸c bµi thùc tËp 1. S¬ ®å transitor tr−êng nèi kiÓu source chung. 1.1 KhuÕch ®¹i mét chiÒu (DC) NhiÖm vô: Sinh viªn hiÓu ®−îc nguyªn t¾c khuÕch ®¹i cña transistor tr−êng, s¬ ®å m¾c kiÓu source chung vµ ®o hÖ sè khuÕch ®¹i cña transistor tr−êng. C¸c b−íc thùc hiÖn: 1.1.1. CÊp nguån +12V cho m¶ng s¬ ®å A6- 1. 1.1.2. M¾c c¸c ®ång hå ®o: - §ång hå ®o sôt thÕ trªn cùc m¸ng cña transistor tr−êng: Nèi c¸c chèt ®ång hå ®o (V) cña m¹ch A6-1 víi ®ång hå ®o thÕ hiÖn sè DIGITAL VOLTMETER cña thiÕt bÞ chÝnh (khèi ®Õ). Kho¶ng ®o ®Æt ë 20V. 129
- §ång hå ®o dßng cùc m¸ng ID cña transistor tr−êng: Nèi c¸c chèt ®ång hå ®o (mA) cña m¹ch A6-1 víi ®ång hå ®o dßng hiÖn sè DIGITAL mAMETER cña thiÕt bÞ chÝnh (khèi ®Õ). Kho¶ng ®o ®Æt ë 20mA. (Chó ý: C¾m ®óng ph©n cùc cña nguån vµ ®ång hå ®o). JFET AMPLIFIER: bé khuÕch ®¹i dïng jfet 1.1.3. Nèi J3, kh«ng nèi J1, J2 - ®Õ nèi cùc gate T1 qua trë R3 vµ P1 xuèng ®Êt (kh«ng cÊp thÕ nu«i cho cæng cña JFET). 1.1.4. BËt ®iÖn nguån nu«i cho thiÕt bÞ chÝnh. 1.1.5. Ghi gi¸ trÞ dßng vµ thÕ trªn cña transistor tr−êng. ChØnh P2 ®Ó dßng ID qua T1 ~ 1mA. 1.1.6. Nªu ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt gi÷a transistor tr−êng (yÕu tè ®iÒu khiÓn b»ng thÕ) vµ transistor l−ìng cùc (yÕu tè ®iÒu khiÓn b»ng dßng). 1.1.7. Ng¾t J3, nèi J1, J2 ®Ó ph©n cùc thÕ cho cæng cña JFET. 1.1.8. VÆn biÕn trë P1 tõng b−íc tõ gi¸ trÞ cùc tiÓu tíi gi¸ trÞ cùc ®¹i. Sö dông ®ång hå DIGITAL V-A METER ®Ó ®o thÕ ®iÒu khiÓn Uv tõ biÕn trë P1. Ghi gi¸ trÞ dßng vµ thÕ trªn transistor tr−êng t¹i mçi gi¸ trÞ P1 vµo b¶ng 6-1 B¶ng 6-1 P1 I U 130
1.1.9. BiÓu diÔn trªn ®å thÞ c¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc gi÷a dßng I (trôc y) vµ thÕ uv (trôc x). 1.2 KhuÕch ®¹i xoay chiÒu (AC) NhiÖm vô: Sinh viªn hiÓu ®−îc nguyªn t¾c khuÕch ®¹i xoay chiÒu dïng transistor tr−êng, s¬ ®å m¾c kiÓu source chung. C¸c b−íc thùc hiÖn: 1.2.1. Gi÷ nguyªn s¬ ®å ®· x¸c lËp trong môc trªn (I.1), nèi J1, J2, ng¾t J3. 1.2.2. ChØnh P1 ®Ó dßng cùc m¸ng ID, 1 ÷ 2mA. 1.2.3. §Æt m¸y ph¸t tÝn hiÖu FUNCTION GENERATOR cña thiÕt bÞ chÝnh (khèi ®Õ) ë chÕ ®é ph¸t d¹ng vu«ng gãc (c«ng t¾c FUNCTION ë vÞ trÝ vÏ ®−êng vu«ng gãc), tÇn sè 1KHz (c«ng t¾c kho¶ng RANGE ë vÞ trÝ 1K vµ chØnh bæ sung biÕn trë chØnh tinh FREQUENCY), biªn ®é ra 10mV (chØnh biÕn trë biªn ®é AMPLITUDE). Nèi lèi ra m¸y ph¸t xung víi lèi vµo IN(A) cña s¬ ®å A6-1. 1.2.4. §Æt thang ®o thÕ lèi vµo cña dao ®éng ký kªnh 1 ë 50 mV cm vµ kªnh 2 ë 1V cm , thêi gian quÐt cña dao ®éng ký ë 1 ms cm . ChØnh cho c¶ 2 tia n»m gi÷a kho¶ng phÇn trªn vµ phÇn d−íi cña mµn dao ®éng ký. Nèi kªnh 1 dao ®éng ký vµo lèi vµo A. Nèi kªnh 2 dao ®éng ký vµo lèi ra C. 1.2.5. Thay ®æi biªn ®é tÝn hiÖu vµo tõ 10mV ®Õn 500mV. §o biªn ®é tÝn hiÖu ra t−¬ng øng. Ghi c¸c kÕt qu¶ vµo b¶ng A6-2. B¶ng A6-2 Uvµo (IN) 10mV 100mV 200mV 300mV 400mV 500mV Biªn ®é Ura K 1.2.6. TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i thÕ K = U ra U vào cho mçi b−íc. Ghi c¸c kÕt qu¶ vµo b¶ng A6-2. 1.2.7. Gi÷ biªn ®é tÝn hiÖu vµo ë 100mV. VÏ d¹ng tÝn hiÖu ra.1.2.8. §æi chÕ ®é ph¸t tõ ph¸t xung vu«ng gãc sang ph¸t xung d¹ng h×nh sin. Gi÷ nguyªn biªn ®é xung vµo, thay ®æi tÇn sè xung vµo tõ cùc tiÓu ®Õn cùc ®¹i (b»ng c¸ch chØnh tÇn sè m¸y ph¸t cña khèi ®Õ). 131
§o biªn ®é xung vµo vµ xung ra ë mçi tÇn sè. TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i thÕ K = U ra U vào cho mçi b−íc dÞch tÇn sè. Ghi c¸c kÕt qu¶ vµo b¶ng A6-3. B¶ng A6-3 f Biªn ®é Ura K 1.2.9. BiÓu diÔn kÕt qu¶ sù phô thuéc hÖ sè khuÕch ®¹i vµo tÇn sè. 1.2.10. §o biªn ®é tÝn hiÖu vµo t¹i lèi vµo IN(A) / A6- 1. Sau ®ã th¸o d©y tÝn hiÖu khái ch©n IN. §o biªn ®é tÝn hiÖu tõ lèi ra m¸y ph¸t xung (kh«ng t¶i). So s¸nh biªn ®é xung trong hai tr−êng hîp, tÝnh sù mÊt m¸t biªn ®é (%) do ¶nh h−ëng ®iÖn trë vµo cña s¬ ®å. 2. S¬ ®å khãa nèi tiÕp dïng transistor tr−êng NhiÖm vô: Sinh viªn hiÓu ®−îc nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña transistor tr−êng trong s¬ ®å kho¸ t−¬ng tù kiÓu nèi tiÕp (transistor tr−êng m¾c nèi tiÕp víi nguån tÝn hiÖu). C¸c b−íc thùc hiÖn: 2.1. ChÕ ®é 1 chiÒu (DC) 2.1.1. Nèi lèi vµo IN/A s¬ ®å A6-2 víi nguån ®iÒu chØnh 0 ÷ +15V cho thiÕt bÞ chÝnh. 132
2.1.2. Nèi chèt V víi nguån −12V ®Ó cÊm transistor tr−êng T1 . Thay ®æi thÕ nguån V - IN/A theo c¸c gi¸ trÞ cho trong b¶ng A6-4. §o gi¸ trÞ thÕ ra DC t¹i OUT/C. Ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng A6- 4. 2.1.3. Ng¾t chèt V khái nguån −12V. Nèi J1. Thay ®æi thÕ nguån V - IN/A theo c¸c gi¸ trÞ cho trong b¶ng A6-4. §o gi¸ trÞ thÕ ra t¹i OUT/C. Ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng A6- 4. B¶ng 6-4 Uvµo (IN) 0,5V 1V 2V 3V 4V 5V Biªn ®é Ura V → −12V Biªn ®é Ura (J1 nèi) 2.1.4. KÕt luËn vÒ mèi liªn hÖ gi÷a thÕ ra vµ thÕ vµo theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. 2.2 ChÕ ®é xoay chiÒu (AC) 2.1. §Æt m¸y ph¸t tÝn hiÖu FUNCTION GENERATOR cña thiÕt bÞ chÝnh ë chÕ ®é: - Ph¸t d¹ng vu«ng gãc (c«ng t¾c FUNCTION ë vÞ trÝ vÏ ®−êng vu«ng gãc), tÇn sè 1KHz (c«ng t¾c kho¶ng RANGE ë vÞ trÝ 1K vµ chØnh bæ sung biÕn trë chØnh tinh FREQUENCY). - Biªn ®é ra cùc ®¹i (chØnh biÕn trë biªn ®é AMPLITUDE). 2.2. Sö dông d©y cã chèt c¾m ®Ó nèi s¬ ®å h×nh A6-2 • CÊp nguån AC 9V qua biÕn trë cho lèi vµo s¬ ®å: - Nèi chèt ~9V cña nguån AC SOURCE víi chèt r×a tr¸i cña biÕn trë 10K (khèi ®Õ). Chèt ~0V nèi ®Êt. Chèt r×a ph¶i biÕn trë nèi ®Êt. - Nèi ®iÓm gi÷a cña biÕn trë víi lèi vµo IN/A s¬ ®å A6-2. • Nèi lèi vµo ®iÒu khiÓn (CTRL) víi lèi ra m¸y ph¸t xung thiÕt bÞ chÝnh. 2.3. §Æt thang ®o thÕ lèi vµo cña dao ®éng ký kªnh 1 ë 5V cm vµ kªnh 2 ë 5V cm , thêi gian quÐt cña dao ®éng ký ë 1 ms cm . ChØnh cho c¶ 2 tia n»m gi÷a kho¶ng phÇn trªn vµ phÇn d−íi cña mµn dao ®éng ký. Nèi kªnh 1 dao ®éng ký víi ®iÓm thÕ vµo (IN). Nèi kªnh 2 dao ®éng ký víi ®iÓm thÕ ra OUT/ C. 2.4. Nèi chèt V víi nguån −12V. Quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu ra. NhËn xÐt hiÖn t−îng. 133
2.5. Ng¾t chèt V khái nguån −12V. Nèi chèt J1. Quan s¸t d¹ng xung ra theo xung ®iÒu khiÓn CTRL vµ tÝn hiÖu vµo. 2.6. Th¸o d©y tõ ngoµi tíi lèi vµo (IN). Nèi ®Êt lèi vµo IN/A. Quan s¸t xem cã tÝn hiÖu ra kh«ng. §o gi¸ trÞ thÕ ra nµy (th−êng gäi lµ thÕ ®Õ truyÒn qua). 3. S¬ ®å khãa song song dïng transistor tr−êng NhiÖm vô: Sinh viªn hiÓu ®−îc nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña transitor tr−êng trong s¬ ®å kho¸ t−¬ng tù kiÓu song song (transistor tr−êng m¾c song song víi nguån tÝn hiÖu). C¸c b−íc thùc hiÖn: 3.1. §Æt nguån 0... + 15V cña thiÕt bÞ chÝnh ë +4V. Nèi lèi vµo IN cña s¬ ®å h×nh A6- 3 víi chèt nguån 0... + 15V . 3.2. §Æt m¸y ph¸t tÝn hiÖu FUNCTION GENERATOR cña thiÕt bÞ chÝnh ë chÕ ®é: - Ph¸t d¹ng vu«ng gãc (c«ng t¾c FUNCTION ë vÞ trÝ vÏ ®−êng vu«ng gãc), tÇn sè 1KHz (c«ng t¾c kho¶ng RANGE ë vÞ trÝ 1K vµ chØnh bæ sung biÕn trë chØnh tinh FREQUENCY). - Biªn ®é ra 5V (chØnh biÕn trë biªn ®é AMPLITUDE). 3.3. Nèi lèi ra cña m¸y ph¸t tÝn hiÖu cña thiÕt bÞ chÝnh víi lèi vµo ®iÒu khiÓn (CTRL) cña m¹ch A6-3. 134