chuong 06 transistor fet
TRANSCRIPT
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 1/56
Chương 6: TRANSISTOR TRƯỜNG ỨNG FET
(FIELD EFFECT TRANSISTOR)
ThS. Nguyễn Bá Vương
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 2/56
1. Đại cương và phân loại • FET ( Field Effect Transistor) -Transistor hiệu ứng trường –
Transistor trường.
• Có 2 loại:- Junction field- effect transistor - viết tắt là JFET:
Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay gọi làtransistor trường mối nối).
- Insulated- gate field effect transistor - viết tắt là IGFET:Transistor có cực cửa cách điện.
• Thông thường lớp cách điện được dùng là lớp oxit nên còngọi là metal - oxide - semiconductor transistor (viết tắt là
MOSFET).• Trong loại transistor trường có cực cửa cách điện được chia
làm 2 loại là MOSFET kênh sẵn (DE-MOSFET) và MOSFETkênh cảm ứng (E-MOSFET).
• Mỗi loại FET lại được phân chia thành loại kênh N và loại kênh P.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 3/56
FET
JFET MOSFET
N PDE-MOSFET E-MOSFET
N P N P
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 4/56
ký hiệu
P N
a). JFET
P N
b). MOSFET kênh sẵn
P N
c). MOSFET kênh cảm ứng
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 5/56
Ưu nhược điểm của FET so với BJT • Một số ưu điểm:
– Dòng điện qua transistor chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên. Do vậy FET là loại cấu kiện đơn cực (unipolar device).
– FET có trở kháng vào rất cao.
– Tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với transistorlưỡng cực.
– Nó không bù điện áp tại dòng ID = 0 và do đó nó là cáingắt điện tốt.
– Có độ ổn định về nhiệt cao. – Tần số làm việc cao.
• Một số nhược điểm: Nhược điểm chính của FET làhệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với transistor
lưỡng cực.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 6/56
Giống và khác nhau giữa FET so với BJT • Giống nhau:
– Sử dụng làm bộ khuếch đại. – làm thiết bị đóng ngắt bán dẫn.
– Thích ứng với những mạch trở kháng.
• Một số sự khác nhau:
– BJT phân cực bằng dòng, còn FET phân cực bằng điện áp.
– BJT có hệ số khuếch đại cao, FET có trở kháng vào lớn.
– FET ít nhạy cảm với nhiệt độ, nên thường được sử dụng trong các IC tích hợp.
– Trạng thái ngắt của FET tốt hơn so với BJT
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 7/56
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 8/56
2. Cấu tạo JFET
NP P
Drain(D)
Source
(S)
Gate(G)
PN N
Drain(D)
Source
(S)
Gate(G)
P
•Có 2 loại JFET : kênh n và kênh P. •JFET kênh n thường thông dụng hơn.
•JFET có 3 cực: cực Nguồn S (source); cực Cửa G (gate); cựcMáng D (drain).•Cực D và cực S được kết nối vào kênh n. •cực G được kết nối vào vật liệu bán dẫn p
N
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 9/56
Cơ bản về hoạt động của JFET JFET hoạt động giống như hoạt động của một khóa nước.
•Nguồn áp lực nước-tích lũy các hạt e- ở điện cực âm củanguồn điện áp cung cấp từ D và S. •Ống nước ra - thiếu các e- hay lỗ trống tại cực dương của
nguồn điện áp cung cấp từ D và S. •Điều khiển lượng đóng mở nước-điện áp tại G điều khiển độrộng của kênh n, kiểm soát dòng chảy e- trong kênh n từ Stới D.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 10/56
sơ đồ mạch JFET
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 11/56
JFET kênh N khi chưa phân cực
NP P
Drain(D)
Source
(S)
Gate
(G)
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 12/56
JFET kênh N khi đặt điện áp vào D và S,chân G không kết nối
P P
Drain
(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 13/56
JFET kênh N khi phân cực bảo hòa
P P
Drain(D)
Source
(S)
Gate(G)
VDS
ID
`
V G S = 0 V
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 14/56
JFET kênh N phân cực
P P
Drain(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
V G S < 0 V
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 15/56
JFET kênh N ở chế độ ngưng
P P
Drain
(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
V G S = - V e
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 16/56
JFET kênh N khi chưa phân cực
NP P
Drain(D)
Source
(S)
Gate
(G)
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 17/56
JFET kênh N khi đặt điện áp vào D và S,chân G không kết nối
P P
Drain
(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 18/56
JFET kênh N khi phân cực bảo hòa
P P
Drain(D)
Source
(S)
Gate(G)
VDS
ID
`
V G S = 0 V
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 19/56
JFET kênh N phân cực
P P
Drain(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
V G S < 0 V
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 20/56
JFET kênh N ở chế độ ngưng
P P
Drain
(D)
Source
(S)
Gate
(G)
VDS
ID
`
V G S = - V e
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 21/56
Đặc điểm hoạt động JFET
JFET kênh N có 3 chế độ hoạt động cơ bản khi VDS >0:
A. VGS = 0, JFET hoạt động bảo hòa, ID=Max
B. VGS < 0, JFET hoạt động tuyến tính, ID↓
C. VGS =-Vngắt, JFET ngưng hoạt động, ID=0
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 22/56
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 23/56
Nguyên lý hoạt động của JFET
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 24/56
Đặc tuyến truyền đạt
ế
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 25/56
0
2
4
6
8
2 4 6 8 10
ID(mA)
UDS(V)
10
UGS=-4V
UGS=-0.5V
UGS=-1V
UGS=-2V
UGS=-0V
3
Vùng dòng điện ID không đổi
Vùng
thuầntrở
UDSsat
đánhthủng
Đặc tuyến ra của JFET ,UGS=const, ID=f(UDS)
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 26/56
Các cách mắc của JFET trong sơ đồ mạch
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 27/56
Sơ đồ cực nguồn chung
VDD
RD
iDC2
URa
RSCSRG
C1
Uvào
iG
S đồ ồ h
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 28/56
Sơ đồ cực nguồn chung VDD
RD
iDC2
URa
RSCSRS
C1
Uvào
iG
• Đặc điểm của sơ đồ cực nguồn chung: - Tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha nhau. - Trở kháng vào rất lớn Zvào = RGS ≈ ∞
- Trở kháng ra Zra = RD // rd
- Hệ số khuếch đại điện áp μ ≈ S rd > 1- Đối với transistor JFET kênh N thì hệ số khuếch đại điệnáp khoảng từ 150 lần đến 300 lần, còn đối với transistor JFET kênh loại P thì hệ số khuếch đại chỉ bằng một nửa
là khoảng từ 75 lần đến 150 lần.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 29/56
Sơ đồ mắc cực máng chung
VDD
iS
C2
URa
RSRS
C1
Uvào iG
S đồ ắ á h
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 30/56
Sơ đồ mắc cực máng chung
• Đặc điểm của sơ đồ này có: - Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau.
- Trở kháng vào rất lớn Zvào = RGD = ∞
- Trở kháng ra rất nhỏ
- Hệ số khuếch đại điện áp μ < 1 - Sơ đồ cực máng chung được dùng rộng rãi hơn, cơ bản là
do nó giảm được điện dung vào của mạch, đồng thời cótrở kháng vào rất lớn. Sơ đồ này thường được dùng để
phối hợp trở kháng giữa các mạch.
VDD
iS
C2
URa
RSRS
C1
Uvào
iG
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 31/56
Sơ đồ mắc cực cửa chung
• Sơ đồ này theo nguyên tắc không được sử dụngdo có trở kháng vào nhỏ, trở kháng ra lớn.
S D
G G
Uvào URa
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 32/56
Transistor trường loại cực
cửa cách ly (MOSFET)
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 33/56
Transistor MOSFET
• Đây là loại transistor trường có cực cửa cách
điện với kênh dẫn điện bằng một lớp cách điện mỏng. Lớp cách điện thường dùng là chất oxitnên ta thường gọi tắt là transistor trường loại MOS. Tên gọi MOS được viết tắt từ ba từ tiếng Anh là: Metal - Oxide - Semiconductor.
• Transistor trường MOS có hai loại: transistorMOSFET có kênh sẵn và transistor MOSFET
kênh cảm ứng. Trong mỗi loại MOSFET này lại có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 34/56
Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn • Transistor trường MOSFET kênh sẵn còn gọi là
MOSFET-chế độ nghèo (Depletion-Mode MOSFET viết
tắt là DE-MOSFET).• Transistor trường loại MOS có kênh sẵn là loại transistor
mà khi chế tạo người ta đã chế tạo sẵn kênh dẫn.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 35/56
P N
b). MOSFET kênh sẵn
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 36/56
Nguyên lý hoạt động
• Khi transistor làm việc, thông thường cực nguồn S được nối với đế và nối đất nên US=0.
• Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng Dlà so với chân cực S.
• Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực saocho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực
máng D để tạo nên dòng điện ID trong mạch cực máng.• Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều sao cho MOSFETlàm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc ở chế độ nghèo hạt dẫn.
• Nguyên lý làm việc của hai loại transistor kênh P và
kênh N giống nhau chỉ có cực tính của nguồn điện cungcấp cho các chân cực là trái dấu nhau.
• Đặc tính truyền đạt: ID = f(UGS) khi UDS = const
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 37/56
Nguyên lý hoạt động
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 38/56
Đặ t ế
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 39/56
Đặc tuyến
a. Họ đặc tuyến điều khiển I D = f(U GS ) khi U DS không đổi b. Họ đặc tuyến ra I D = f(U DS ) khi U GS không đổi
ấ ủ ả
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 40/56
Cấu tạo của MOSFET kênh cảm ứng
• Transistor trường loại MOS kênh cảm ứng còn gọi là
MOSFET chế độ giàu (Enhancement-Mode MOSFETviết tắt là E-MOSFET).• Khi chế tạo MOSFET kênh cảm ứng người ta không chế
tạo kênh dẫn.• Do công nghệ chế tạo đơn giản nên MOSFET kênh cảm
ứng được sản xuất và sử dụng nhiều hơn.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 41/56
P N
c). MOSFET kênh cảm ứng
N ê lý h t độ E MOSFET
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 42/56
Nguyên lý hoạt động E -MOSFET • Nguyên lý làm việc của loại kênh P và
kênh N giống hệt nhau chỉ khác nhau về cực tính của nguồn cung cấp đặt lên cácchân cực.
• Trước tiên, nối cực nguồn S với đế và nối đất, sau đó cấp điện áp giữa cực cửa vàcực nguồn để tạo kênh dẫn.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 43/56
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 44/56
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 45/56
MOSFET Summary
MOSFET type Vgs >0 Vgs =0 Vgs <0
N-Channel DE-MOSFET ON ON OFF
N-Channel E-MOSFET ON OFF OFF
P-Channel DE-MOSFET OFF ON ON
P-Channel E-MOSFET OFF OFF ON
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 46/56
Cách mắc MOSFET
• Có 3 cách mắc, tương tự như JFET
• 2 cách thông dụng nhất là cực D chung vàcực S chung.
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 47/56
Phân cực JFET và DE-MOSFETđiều hành theo kiểu hiếm
ố
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 48/56
Phân cực cố định
VGG+
-
+VDD
RD
iD
D
S
GiG
0
2
4
6
8
2 4 6 8 10
ID(mA)
VDS(V)
10
VGS=-VGG
VGS=-1V
VGS=-2V
VGS=-0V
Q
DD
D
V
R
VD S Q
ID(mA)
VGS(V)
0
-6 -4 -2-7 V G S ( Of f )
Q
V G S Q=- V G G
IDSS
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 49/56
Phân cực tự động
ID(mA)
VGS(V)
0
VGS(Off)
Q
VGSQ
IDSS
RG
+VDD
RD
iD
D
S
GiG
IDQ
Đường phân cực
D GS
S
1I V
R
RSiS
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 50/56
Phân cực bằng cầu chia điện thế
ID(mA)
VGS
(V)
0
VGS(Off)
Q1
V G
S Q1
IDSS
R2
+VDD
RD
iD
D
SG
iG
ID1
GD2
S2
VI
R
RSiS
R1
RS2
RS1>RS2
VG
Q2
V G
S Q2
ID2G
D1
S1
VI
R
GS G S DV V R I
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 51/56
DE-MOSFET điều hành kiểu tăng
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 52/56
Phân cực bằng cầu chia điện thế
ID(mA)
VGS(V)
0
VGS(Off)
10.67
R2
+VDD=+18V
RD
iD
D
SG
iG
RSiS
R1
Q
VG
7.6110M
10M
1.8k
150Ω
iDSS=6mAVGS(Off)=-3V
-3V1
1.5-1
10
IDQ
V G S Q
Phâ bằ h hồi tiế
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 53/56
Phân cực bằng mạch hồi tiếpđiện thế
+VDD
RD
iD
D
SG
iG
RG
iDSS
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 54/56
Mạch phân cực E-MOSFET
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 55/56
Phân cực bằng hồi tiếp điện thế
+VDD
RD
iD
D
SG
iG
RG
ID(mA)
VGS(V)0 VGS(th) VDD
Q
DD
D
V
R
VGSQ
IDQ
5/14/2018 Chuong 06 Transistor FET - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-06-transistor-fet-55a92dde846db 56/56
Phân cực bằng cầu chia điện thế
R2
+VDD
RD
iD
D
SG
iG
RSiS
R1
ID(mA)
VGS(V)0 VGS(th)VG
Q
G
D
V
R
VGSQ
Đặc tuyến truyềnĐường phân cực
IDQ