0.5 Transitor trường ứng (field effect transitor)  (Page 6/8)

Người ta chứng minh được rằng:

$I_D=K{\left[V_{\text{GS}}-V_{\text{GS}(\text{th})}\right]}^2$

Trong đó:ID là dòng điện thoát của E-MOSFET

K là hằng số với đơn vị $\frac{A}{V^2}$

VGS là điện thế phân cực cổng nguồn.

VGS(th) là điện thế thềm cổng nguồn.

Hằng số K thường được tìm một cách gián tiếp từ các thông số do nhà sản xuất cung cấp.

Thí dụ: Một E-MOSFET kênh N có VGS(th) =3,8V và dòng điện thoát ID = 10mA khi VGS = 8V. Tìm dòng điện thoát ID khi VGS = 6V.

Giải: trước tiên ta tìm hằng số K từ các thông số:

$K=\frac{I_D}{{\left[V_{\text{GS}}-V_{\text{GS}(\text{th})}\right]}^2}=\frac{\text{10}\text{.}{\text{10}}^{-3}}{{\left[8-\mathrm{3,8}\right]}^2}=\mathrm{5,}\text{67}\text{.}{\text{10}}^{-4}\frac{A}{V^2}$

Vậy dòng thoát ID và VGS là:

$I_D=K{\left[V_{\text{GS}}-V_{\text{GS}(\text{th})}\right]}^2=\mathrm{5,}\text{67}\text{.}{\text{10}}^{-4}{\left[6-\mathrm{3,8}\right]}^2$

 ID = 2,74 mA

Thân p-n+SGDSiO2- VDD +- VGG +n+Thông lộ tạm thờiVGS  VGS(th) 00VGSVGS = 6VVGS = 5VVGS = 4VVGS = 3VVGS = 2VVDS (volt)ID (mA)VGS(th)Hình 32VGS = 7VIDmaxĐặc tuyến truyềnĐặc tuyến ngõ raID (mA)VGSmax

Xác định điểm điều hành:

~C2C1RD = 820RG 100Kv0(t)vGS(t) +-+VDD = 20V-VGG = -1VHình 33Ta xem mô hình của một mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng JFET kênh N mắc theo kiểu cực nguồn chung

RD = 820VGS +-VDD = 20VHình 34VGG = -1V+-VDS IGSS ID RG 100KMạch tương đương một chiều (tức mạch phân cực) như sau:

Cũng giống như transistor thường (BJT), để xác định điểm điều hành Q, người ta dùng 3 bước:

Áp dụng định luật Krichoff ở mạch ngõ vào để tìm VGS.

Dùng đặc tuyến truyền hay công thức: $I_D=I_{\text{DSS}}{\left[1-\frac{V_{\text{GS}}}{V_{\text{GS}(\text{off})}}\right]}^2$ trong trường hợp DE-MOSFET hoặc công thức $I_D=K{\left[V_{\text{GS}}-V_{\text{GS}(\text{th})}\right]}^2$ trong trường hợp E-MOSFET để xác định dòng điện thoát ID.

Áp dụng định luật Krichoff ở mạch ngõ ra để tìm hiệu điện thế VDS.

Bây giờ, ta thử ứng dụng vào mạch điện hình trên:

Mạch ngõ vào, ta có:

$V_{\text{GG}}-R_G{I}_{\text{GSS}}+V_{\text{GS}}=0$

Suy ra, $V_{\text{GS}}=-V_{\text{GG}}+R_G{I}_{\text{GSS}}$

Vì dòng điện IGSS rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua.

Như vậy, $V_{\text{GS}}\approx -V_{\text{GG}}$

Trong trường hợp trên, VGS = -1

Đây là phương trình biểu diễn đường phân cực (bias line) và giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến truyền là điểm điều hành Q.

Nhờ đặc tuyến truyền, ta có thể xác định được dòng thoát ID.

00VGS(off) VGSVGS = 0VVGS = -1VVGS = -2VVGS = -3VVGS = -4VVDSIDIDIDSSHình 35IDSSIDID-1VDS(off) =VDDVDSQ

- Để xác định điện thế VDS, ta áp dụng định luật Kirchoff cho mạch ngõ ra:

VDD = RDID + VDS

 VDS = VDD – RDID

Đây là phương trình của đường thẳng lấy điện tĩnh. Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến ngõ ra với VGS = -VGG = -1V chính là điểm tĩnh điều hành Q.

Fet với tín hiệu xoay chiều và mạch tương đương với tín hiệu nhỏ

~C2C1RD = 820RG 100Kv0(t)vGS(t) +-+VDD = 20V-VGG = -1VHình 36vS(t) vDS(t) +-vS(t) t 0 -10mV +10mV Giả sử ta áp một tín hiệu xoay chiều hình sin vs(t) có biên độ điện thế đỉnh là 10mV vào ngõ vào của một mạch khuếch đại cực nguồn chung dùng JFET kênh N

C1 và C2 là 2 tụ liên lạc, được chọn sao cho có dung kháng rất nhỏ ở tần số của tín hiệu và có thể được xem như nối tắt ở tần số tín hiệu.

Nguồn tín hiệu vs(t) sẽ chồng lên điện thế phân cực VGS nên điện thế cổng nguồn vGS(t) ở thời điểm t là:

vGS(t) = VGS + Vgs(t)

= -1V + 0,01sin t (V)

vGS(t) t -1V -1,01V -0,99V 0Hình 37

Nguồn tín hiệu có điện thế đỉnh nhỏ nên điện thế cổng nguồn vẫn luôn luôn âm. Nhờ đặc tuyến truyền, chúng ta thấy rằng điểm điều hành sẽ di chuyển khi VGS thay đổI theo tín hiệu. Ở thời điểm khi VGS ít âm hơn, dòng thoát iD(t) tăng và khi VGS âm nhiều hơn, dòng thoát iD(t) giảm. Vậy dòng điện thoát iD(t) thay đổi cùng chiều với vGS(t) và có trị số quanh dòng phân cực ID tỉnh (được giả sử là 12,25mA). Độ gia tăng của iD(t) và độ giảm của iD(t) bằng nhau với tín hiệu nhỏ (giả sử là 0,035mA). (Xem hình trang sau).