Tìm hiểu về Transistor trường FET, Đỗ Tiến Đức
| Tên đề tài | Tìm hiểu về Transistor trường FET |
| Tên môn học | Kỹ thuật Điện Tử |
| Tên giáo viên hướng dẫn | Nguyễn Phan Kiên |
| Học hàm | Phó Giáo sư |
| Học vị | Tiến Sỹ |
| Tên trường | Đại học Bách Khoa Hà Nội |
| Tên khoa | Viện Điện tử viễn thông |
| Bộ môn | Đỗ Tiến Đức |
| Tên sinh viên làm tiểu luận | Công nghệ phần mềm |
| Tên lớp | 52 |
| Khóa học | 2 tuần |
| Thời gian làm tiểu luận | DoTienDuc-CNPMK52_-_20050851.doc |
Nội dung tóm tắt[sửa]
I. Đại cương và phân loại FET ( Field Effect Transistor) -Transistor hiệu ứng trường – Transistor trường. Có 2 loại: 1. Junction field- effect transistor - viết tắt là JFET: Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay gọi là transistor trường mối nối). 2. 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 còn gọi 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 MOSFET kênh cảm ứng (E-MOSFET). Mỗi loại FET lại được phân chia thành loại kênh N và loại kênh P.
Ưu
nhược
điểm
của
FET
so
với
BJT
1.
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
transistor
lưỡng
cực.
Nó
không
bù
điện
áp
tại
dòng
ID
=
0
và
do
đó
nó
là
cái
ngắt
điện
tốt.
Có
độ
ổn
định
về
nhiệt
cao.
Tần
số
làm
việc
cao.
2.
Một
số
nhược
điểm:
Nhược
điểm
chính
của
FET
là
hệ
số
khuếch
đại
thấp
hơn
nhiều
so
với
transistor
lưỡng
cực.
Giống
và
khác
nhau
giữa
FET
so
với
BJT
1.Giống
nhau:
Sử
dụng
làm
bộ
khuếch
đại.
làm
thiết
bị
đóng
ngắt
bán
dẫn.
Thích
ứng
với
những
mạch
trở
kháng.
2.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
________________________________________
II.Tìm
hiểu
JFET
1.Phân
loại
và
cấu
tạo
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);
cực
Máng
D
(drain).
Cực
D
và
cực
S
được
kết
nối
vào
kênh
n.
cực
G
được
kết
nối
vào
vật
liệu
bán
dẫn
p
2.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
của
nguồn
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
độ
rộng
của
kênh
n,
kiểm
soát
dòng
chảy
e-
trong
kênh
n
từ
S
tới
D.
2.1Đặc
điểm
hoạt
động
JFET
JFET
kênh
N
có
3
chế
độ
hoạt
động
cơ
bản
khi
VDS
>0:
VGS
=
0,
JFET
hoạt
động
bảo
hòa,
ID=Max
VGS
<
0,
JFET
hoạt
động
tuyến
tính,
ID↓
VGS
=-Vngắt,
JFET
ngưng
hoạt
động,
ID=0
2.2 Nguyên lí hoạt động của JFET
2.3 Đặc tính truyền đạt
2.4 Đặc tính ra của JFET UGS=const, ID=f(UDS)
3.Các cách mắc của JFET trong sơ đồ mạch 3.1 Sơ đồ cực nguồn chung
3.2 Sơ đồ mặc 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 có trở kháng vào rất lớn. Sơ đồ này thường được dùng để phối hợp trở kháng giữa các mạch. 3.3 Sơ đồ mắc cực cửa chung
Sơ đồ này theo nguyên tắc không được sử dụng do có trở kháng vào nhỏ, trở kháng ra lớn. ________________________________________ III.Tìm hiểu Transistor trường loại cực cửa cách ly (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 oxit nên 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: transistor MOSFET có kênh sẵn. transistor MOSFET kênh cảm ứng. Trong mỗi loại MOSFET này lại có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N. 1. Transistor MOSFET có 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.
1.1 Nguyên lí 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 D là so với chân cực S. Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho 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 MOSFET làm 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 cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau. Đặc tính truyền đạt: ID = f(UGS) khi UDS = const
1.2 Đặc tuyến
2.Transistor MOSFET kênh cảm ứng 2.1 Cấu tạo
Transistor trường loại MOS kênh cảm ứng còn gọi là MOSFET chế độ giàu (Enhancement-Mode MOSFET viết 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.
2.2Nguyên 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 các chân cực. Trước tiên, nối cực nguồn S với đế và nối đất, sau đó cấp điện áp giữa cực cửa và cực nguồn để tạo kênh dẫn.
2.3 Cách mắc MOSFET Có 3 cách mắc, tương tự như JFET 2 cách thông dụng nhất là cực D chung và cực S chung. 3.Phân cực JFET và DE-MOSFET điều hành theo kiểu hiếm
4.DE-MOSFET điều hành kiểu tăng
Do E-MOSFET chỉ điều hành theo kiểu tăng, nên thường được phân cực bằng cầu chia điện thế hoặc hồi tiếp điện thế.
Thí dụ: Ta xem mạch hình 3.30a có mạch tương đương xoay chiều hình 3.30b
Thông thường gmRG >>1 nên AV = -gm(RG //rd //RD) Nhưng RG thường rất lớn nên AV # -gm (rd//Rd) - Xác định giá trị của gm: gm thường được nhà sản xuất cho biết ở một số điều kiện phân cực đặc biệt, hay có thể được tính từ điểm tĩnh điều hành. Hoặc gm có thể được tính một cách gần đúng từ công thức: gm = 2k[VGS - VGS(th)] với k có trị số trung bình khoảng 0.3mA/V2. - Tổng trở vào:
- Tổng trở ra: Z0 = RD //rd //RG
