Sơ Đồ Biểu Diễn 3 Chế Độ Hoạt Động Của Jfet

Điện áp mà cả hai lớp suy giảm này theo nghĩa đen là “chạm” được gọi là “Pinch off voltage”. được chỉ định là VP. Dòng chảy qua nó bằng không. Do đó dòng ID là một chức năng của điện áp phân cực ngược tại cổng.

Hình 5.6: Hình dáng JFET kênh N khi phân cực

Vì điện áp G điều khiển dòng ID, FET được gọi là thiết bị điều khiển điện áp. Có thể tóm lược cơ chế hoạt động theo hình sau:

Hình 5.7: Sơ đồ biểu diễn 3 chế độ hoạt động của JFET

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.

5.2.3 Đặc tuyến – phân cực

Đặc tuyến ra:

Hình 5.8 : Đường đặc tuyến ngõ ra của JFET

Xét trường hợp JFET phân cực với điện áp VGG=0

Tăng dần VDD thì VDS tăng và ID tăng tuyến tính theo. Khi tăng VDD thì vùng nghèo có xu hướng rộng ra:

Hình 5.9: Phân cực JFET theo nguồn VDD

 Khi VDD chưa đủ lớn thì bề rộng của vùng nghèo chưa đủ rộng để gây ảnh hưởng tới ID. Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra ở miền Ohmic. (ID & VDS có mối quan hệ tuyến tính khi VDD đủ nhỏ)

 VDD đủ lớn, khi đó VDS đủ lớn, lúc này bề rộng vùng nghèo bắt đầu gây ảnh hưởng dòng ID. Nó kiềm hãm sự tăng của dòng ID trước sự tăng của VDS. Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra miền bão hòa

 VDD tiếp tục tăng đến giá trị đủ lớn để đánh thủng tiếp giáp P - Nthì ID tăng đột ngột theo VDS, miền này gọi là miền đánh thủng; JFET làm việc ở chế độ này sẽ bị hỏng

Phân cực cố định

Trong cách phân cực này nguồn điện VGG được đặt vào cực cửa và mạch được gọi là phân cực cố định vì có UGS = -UGG có giá trị cố định.Như vậy, muốn xác định điểm làm việc Q thích hợp ta phải dùng 2 nguồn cung cấp. Đây là điều bất lợi của phương pháp phân cực này.

Phân cực phân áp

Phương pháp này rất hữu hiệu cho transistor lưỡng cực nhưng đối với JFET thì không tiện lợi khi sử dụng.

Phân áp tự cấp (còn gọi là tự phân cực)

Đây là cách phân cực không giống như đối với BJT và nó là cách phân cực hữu hiệu nhất đối với JFET, trong cách phân cực này thì điện áp

UGS = D-IRS.

5.3. MOSFET

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một transistor hiệu ứng trường bán dẫn ôxit kim loại với một cổng (Gate) cách điện và điện áp tại cổng sẽ xác định độ dẫn điện của thiết bị. Nó được ứng dụng để chuyển mạch hoặc khuếch đại tín hiệu tùy theo sự thay đổi độ dẫn điện với lượng điện áp áp dụng có thể được sử dụng để khuếch đại hoặc

chuyển đổi tín hiệu điện tử. MOSFETs bây giờ thậm chí còn phổ biến hơn BJT trong các mạch kỹ thuật số và analog.

MOSFET là một loại transistor phổ biến nhất trong các mạch kỹ thuật số, vì hàng triệu MOSFET được tích hợp thành chip nhớ hoặc vi xử lý. Chúng còn có thể được sử dụng để tạo ra các chuyển mạch với mức tiêu thụ điện năng rất thấp, dưới dạng logic CMOS.

Nó là một thiết bị bốn đầu cuối gồm: nguồn (Source), cổng (Gate), máng (Drain) và nền (Body). Lớp nền B thường xuyên được kết nối với lớp nguồn S làm đầu ra giảm chỉ còn ba. Nó hoạt động bằng cách thay đổi chiều rộng của một kênh dẫn các hạt sóng mang điện tích (electron hoặc lỗ trống).

Hình 5.10: Cấu trúc của MOSFET

Các hạt mang điện đi vào lớp nguồn S qua kênh dẫn và thoát ra lớp máng D. Chiều rộng của kênh được điều khiển bởi điện áp trên cổng G nằm giữa nguồn S và máng D. Nó được cách ly với kênh qua một lớp oxit kim loại cực mỏng thường là SiO2.

Hoạt động của MOSFET phụ thuộc vào tụ điện MOS. Các tụ điện MOS là phần chính của MOSFET. Bề mặt bán dẫn bên dưới lớp oxit nằm giữa lớp nguồn S và lớp máng D. Khi chúng ta áp cực dương vào cổng G, sẽ tạo một lực đẩy các lỗ trống (Holes) ở mặt dưới lớp oxit đẩy xuống dưới vùng đế B. Điện áp dương cũng thu hút các electron từ vùng n + của nguồn S và máng D vào kênh. Bây giờ, nếu điện áp được đặt giữa máng và nguồn thì điện

áp cổng sẽ điều khiển các electron trong kênh. Ngược lại, nếu chúng ta đặt điện áp âm, thì một kênh dẫn bằng lỗ trống sẽ được hình thành dưới lớp oxit.

P-Channel MOSFET

Các máng và nguồn là vùng pha tạp P + nhiều và chất nền là N. Dòng điện do dòng chảy của các lỗ tích điện dương nên cũng được gọi là MOSFET kênh P. Khi chúng ta áp điện áp âm lên cổng, các electron hiện diện bên dưới lớp oxit bị đẩy xuống bề mặt, vùng suy giảm được điền bởi các điện tích dương liên kết với các nguyên tử. Điện áp cổng âm cũng thu hút lỗ từ nguồn p

+ và vùng máng vào vùng kênh.

N-Channel MOSFET

Các máng và nguồn là vùng pha tạp N + nhiều và chất nền là P. Dòng điện do dòng điện tích điện âm, còn được gọi là MOSFET kênh N. Khi chúng ta áp điện áp cổng dương, các lỗ hiện diện bên dưới lớp oxit được đẩy xuống nền đồng thời nó cũng thu hút các electron từ vùng n + của nguồn và máng trong kênh, do đó một kênh dẫn bằng electron được hình thành.

5.3.1MOSFET kênh liên tục

Transistor trường MOSFET kênh liên tục có cấu trúc hơi khác. Nghĩa là luôn có một kênh loại N riêng biệt được thiết lập bên trong đế, nên nó còn gọi là DE-MOSFET (Depletion-Mode MOSFET).

Hình 5.11: cấu tạo của MOSFET kênh N liên tục

Vùng N + được hình thành bằng cách cấy ion sau khi vùng cổng đã được hình thành. Bằng cách này, chúng tự liên kết với cổng dẫn đến từ cổng đến nguồn và từ cổng đến máng được chồng lấp lên nhau hình thành một kênh dẫn điện liên tục. Do MOSFET có cấu trúc thường đối xứng nên nguồn và máng có thể thay đổi cho nhau. tuy nhiên, trên một số thiết kế công suất cao hơn, điều này có thể không phải lúc nào cũng đúng.

Transistor trường loại MOS có kênh sẵn là loại transistor mà khi chế tạo người ta đã chế tạo sẵn kênh dẫn.

Hình 5.12: Ký hiệu MOSFET kênh liên tục loại P và N

FETs -kênh P không được sử dụng rộng rãi. Lý do chính cho điều này là các lỗ không có mức di động cao như các electron, và do đó hiệu suất không cao. Tuy nhiên, chúng thường được yêu cầu sử dụng trong các mạch bổ sung, để sản xuất các IC tích hợp.

5.3.2 MOSFET kênh gián đoạn

MOSFET kênh gián đoạn là do người ta không chế tạo kênh dẫn sẵn, mà khi nào có sự phân cực VGS cho nó thì nó mới xuất hiện kênh để dẫn điện vì thế nó còn được gọi là MOSFET chế độ giàu EMOSFET (Enhancement Mode MOSFET).

MOSFET kênh gián đoạn tương đương với công tắc thường đóng (Normally Closed)

Hình 5.13: Cấu tạo của MOSFET kênh gián đoạn

Do công nghệ chế tạo đơn giản nên MOSFET kênh cảm ứng gián đoạn được sản xuất và sử dụng nhiều hơn.

Hình 5.14: Ký hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P và N

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Thế nào là FET? Người ta phân loại FET như thế nào? Câu 2: Trình bày cấu tạo và ký hiệu của JFET

Câu 3: Trình bày cấu tạo và ký hiệu của MOSFET Câu 4: So sánh đặc tính và cấu tạo của FET và BJT Câu 5: Trình bày các phương pháp phân cực cho JFET

Câu 6: So sánh ưu, khuyết điểm của JFET và MOSFET

Câu 7: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của mạch sau

Hướng dẫn: mạch đóng mở SW analog

Câu 8: Trình bày các ứng dụng thực tế của JFET Câu 9: Trình bày các ứng dụng thực tế của MOSFET