tranzitor trường

I. Giới thiệu chung
- Transistor trường – FET (Field Effect transistor) hay transistor đơn cực
hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường , điều khiển độ dẫn điện
của đơn tinh thể bán dẫn nhờ tác dụng của một điện trường ngoài
- Dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo nên ( hạt cơ bản : điện
tử tự do đối với nhóm kênh N , lỗ trống đối với nhóm kênh P) chạy qua
kênh dẫn , kênh này được điều khiển bằng điện trường
Các vấn đề về transistor trường

1.1 Cấu tạo chung

- Transistor trường có 3 chân cực : cực nguồn , cực cổng , cực máng

Cực nguồn S ( Source) : nơi mà các hạt dẫn cơ bản đi vào kênh tạo ra
dòng điện nguồn IS

Cực máng D ( Drain) : nơi các hạt dẫn đa số đi ra khỏi kênh

Cực cổng G ( Gate) : là cửa điều khiển dòng điện hạy qua kênh

1.2 Phân loại

- Transistor trường FET gồm 2 loại chính

Transistor trường loại JFET (Junction Field Effect Transistor) là loại
transistor điều khiển hạt tải diện qua kênh dẫn bằng lớp tiếp xúc p-n (gọi là
FET mối nối đơn)

Transistor trường loại MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Efect
Transistor) là loại transistor trường điều khiển hạt tải điện qua kênh dẫn
bằng cực cửa cách điện


MOSFET gồm 2 loại :

▪Mosfet kênh đặt sẵn (kênh liên tục)

▪Mosfet kenh gián đoạn (kênh cảm ứng)

- Mỗi loại FET lại được chia làm 2 loại : kênh N và kênh P

1.3 Ưu điểm , nhượcđiểm

-Ưu điểm :

Dòng điện qua FET chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên do
vậy FET là linh kiện một loại hạt dẫn , FET có trở kháng rát
cao , tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với transistor lưỡng
cực BJT (do 2 loại hạt điện hoat động)

Nó không bù điện áp tại vùng ID = 0 → là phần tử ngắt điện

FET có độ ổn định nhiệt độ cao và tần số làm việc cao

- Nhược điểm :

Hệ số khuếch đại thấp hơn so vớ BJT

П. Transistor trường loại JFET

Gồm :


JFET kênh N

JFET kênh P

1. JFET kênh N

1.1 - Cấu tạo và ký hiệu

- Một phiến bán dẫn pha tạp ít loại N hình khối chữ nhật , hai đầu phiến bán
dãn này là hai điện cực : cực nguồn S và cực máng D

- Hai phía của phiến bán dẫn này được khuếch tán tạp chất để tạo ra bán dẫn
loại P. Hai miền bán dẫn loại P được nối với nhau và đưa ra 1 điện cực gọi là
cực cổng G

- Phần bán dẫn nằm dưới cực cổng G từ cực nguồn S và cực máng D gọi là
kênh dẫn. Kênh dẫn là bán dẫn loại N, bán dẫn nối với cực cổng G là loại P
→Giữa cực G và kênh dẫn hình thành tiếp xúc P –N

1.2 Nguyên lý hoạt động

Để cho JFET kênh N hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải cung cấp nguồn
điện sao cho tiếp xúc P – N là phân cực ngược. Tức là cực D nối với dương
nguồn, cực S nối với âm nguồn (UDS ≥ 0 , UGS < 0). Khi P-N phân cực thuận
→ có dòng điện từ cực nguồn S đến cực máng D lớn nhưng không điều khiển
được

● Khi cực G hở (UGS = 0, UDS > 0)


- Lúc này dòng điện sẽ đi qua kênh theo chiều từ cực dương nguồn vào cực D và
ra ở cực S trở về âm nguồn của UDS → kênh có tính chất giống như 1 điện trở

- Tăng UDS lên từ 0v thì dòng ID tăng lên nhanh nhưng sau đó đến 1 giới hạn
thì dòng ID không tăng nữa gọi là dòng bão hoà IDSS. Điện thế UDS khi đó gọi
là hiệu điện thế bão hoàt Ubh

Khi cực G có điện áp âm (UGS < 0, UDS = const)

- Khi cực G có điện áp âm nối vào chất bán dẫn P trong kênh N
có dòng điện chạy qua → có điện áp dương ở giữa chất bán dẫn
N làm cho tiếp xúc P-N bị phân cực ngược→ điện tử trong chất
bán dẫn cua kênh N bị đẩy vào làm thu hẹp tiết diện kênh→điện
trở kênh dân tăng lên→ ID- giảm xuống

- Khi tăng điện áp âm ở cực G mức phân cực ngược càng tăng
→ ID càng giảm nhỏ và đến 1 giá trị giới hạn dòng ID gần như
không còn. Điện áp này ở cực G gọi là điện áp ngắt Up
Khi cực G có điện áp âm
1.3- Đặc tuyến lối ra : ID phụ thuộc f(UDS) khi UGS =
const

Nhận xét

Ban đầu UDS tăng (dương) lên → ID tăng nhanh tuyến tính theo UDS đến 1
giá trị nào đó thì không tăng nữa mặc dù UDS tiếp tục tăng. Nhưng khi UDS
tăng đến 1 giá trị nào đó thì ID tăng vọt

Giải thích


- Các hạt dẫn điện tử từ cực nguồn S đến cực máng D phụ thuộc vào điện
trường do UDS sinh ra hữu hạn → Ban đầu khi UDS tăng, số hạt dịch chuyển
qua kênh tăng → ID tăng

- Khi UDS tăng tới giá trị nào đó thì toàn bộ hạt dẫn đã dịch chuyển tạo thành
dòng ID nên UDS tăng thì ID không tăng nữa. Khi UDS tăng tới giá trị này thì
tiếp xúc P-N chạm nhau tạo ra điểm thắt của kênh → điện áp đó là Ubh →ID
đạt giá trị dòng bão hoà IDSS

- Khi ID đạt đến IDSS → điện áp UDS càng tăng dương lên nhưng ID không
tăng nữa mà chỉ có tiếp xúc P-N được phân cực mạnh hơn, chúng chùm phủ lên
nhau làm cho 1 đoạn kênh bị lấp→chiều dài kênh ngắn lại, khi UDS quá cao
dẫn đến hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N →ID tăng vọt

Tất cả các đặc tuyến đều đi qua gốc toạ độ

Giải thích : Khi UDS = 0 →không có điện trường do UDS sinh ra, mặc dù có điện trường do
UGS sỉnha nhưng không phù hợp với chiều dịch chuyển của các hạt dẫn điện tử tạo thành
dòng điện →ID = 0 đặc tuyến qua gố toạ độ

 Khi UGS = 0→ Đặc tuyến cao nhất. UGS càng âm→ Đặc tuyến hạ thấp dần

Giải thích :

- Khi UGS ≤ 0, UDS > 0 →hai tiếp xúc P-N phân cực ngược từ cực nguồn S về phía cực
máng D→ bề dày lớp tiếp xúc P-N tăng dần từ cực nguồn S về cực máng D→ kênh hẹp dần
vè phía cực máng

UGS = 0 → tiết diện kênh là lớn nhất→ số hạt dẫn điện tử dịch chuyển từ ực nguồn S về cực

máng D là nhiều nhất → dòng điện qu kênh là lớn nhất → Đặc tuyến cao nhất

UGS << 0 → tiếp xúc P-N phân cực ngược mạnh hơn → tiết diện kênh hẹp
lại → số hạt dẫn điện tử dịch chuyển từ cực nguồn S đến cực máng D giảm
dần → ID giảm → Đặc tuyến hạ thấp dần

 Đặc tuyến được chia làm 3 vùng rõ rệt

Vùng điện trở ( vùng tuyến tính) : Khi UDS nhỏ, ID tăng tuyến tính theo
UDS ít phụ thuộc vào UGS → Kênh dẫn làm việc như 1 điện trở

Vùng bão hoà ( vùng ngưng) : Khi ID đạt đến IDSS , UDS đạt đến Ubh

Vùng đánh thủng : Khi ID tăng vọt → JFET bị hỏng
1.4 - Đặc tuyến truyền đạt : ID phụ thuộc f(UGS) khi UDS
= const

Nhận xét:

-Khi UGS = 0(V )ID đạt giá trị bão hoà IDSS

-Khi UGS < 0(V) dẫn đến ID giảm vì vùng tiếp xúc P-N mở rộng ra kênh dẫn
thu hep lại => điện trở kênh dẫn tăng => ID giảm

-Khi UGS =UP →ID ≈ 0 không có dòng qua kênh dẫn vì khi đó 2 lớp tiếp
xúc P-N trùm phủ lên nhau và kênh dẫn hoàn toàn biến mất

Trong vùng bão hoà đặc tuyến truyền đạt được biểu thị gần đúng như sau:

ID=IDSS(1-UGS∕UP)2- (0≥UGS≥UP)

2.JFET kênh P

-Một phiến bán dẫn pha tạp ít loại P hình khối chữ nhật hai đầu
phiến là hai điện cực: cực nguồn S và cực máng D

-Hai phiến bán dẫn này được khuếch tán tạo ra bán dẫn N, hai
miền bán dẫn này nối với nhau và đưa ra một điện cực:cực cổng G

-Phần bán dẫn nằm dưới cực cổng G ,từ cực nguồn S đến cực
máng D gọi là kênh dẫn. Kênh dẫn là loại bán dẫn P, bán dẫn nối
với cực cổng là bán dẫn loại N → giữa cực cổng G và kênh dẫn
hình thành lớp tiếp xúc P-N
C u t o & Kí hi uấ ạ ệ
2.2.Nguyên lý hoạt động

-Để JFET kênh P hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải cung cấp
diện áp sao cho tiếp xúc P-N phân cực ngược.Tức là cực nguồn S
nối với dương nguồn, cực máng D nối với âm nguồn hay UDS≤
0,UGS > 0

+ Khi cực G hở (UDS< 0,UGS= 0)

Dòng điện qua kênh theo chiều từ dương nguồn vào cực nguồn S
và ra ở cực máng D,rồi về âm nguồn UDS → kênh có tính chất như
một điện trở

UDS càng âm lên → ID tăng lên nhanh nhưng đến một trị số giới
hạn nào đó thì ID không tăng nữa ( dòng bão hoà IDSS ) điện thế
UDS khi đó là điện thế ngắt


+ Khi cực G có điện áp dương( UGS> 0, UDS =const)

Khi đó trong kênh dẫn P có dòng điện chạy qua → có điện áp âm giữa
chất bán dẫn P làm cho tiếp xúc P-N phân cực ngược → hạt dẫn cơ bản
trong kênh dẫn P bị đẩy vào làm thu hẹp tiết diện kênh → điện trở kênh
tăng → ID giảm

Khi tăng điện áp dươg ở cực G mức phân cực ngược càng mạnh → ID
giảm mạnh đến một trị số tới hạn dòng ID gần như không còn → có điện
áp ngắt UP
2.3. Đặc tuyến lối ra

Nhận xét:

- Khi UDS tăng âm →ID tăng dương nhanh đến giá trị nào đó thì UDS tăng âm nhưng ID không tăng nữa,
đến giá trị UDS nào đó thì UDS tăng vọt

- Tất cả đặc tuyến đều đi qua gốc toạ độ

- UGS = 0 : đặc tuyến cao nhất

- UGS >> 0 : đặc tuyến hạ thấp dần

Giải thích: Tương tự như JFET kênh N chỉ đổi chiều UDS và UGS

- Chia đặc tuyến làm 3 vùng: - Vùng điện trở (vùng tuyến tính)

- Vùng bão hoà (vùng ngưng)


- Vùng đánh thủng
2.4. Đặc tuyến truyền đạt

ID phụ thuộc f(UDS) khi UDS
= const (UDS ≤ 0) ID

- UDS = 0 →ID đạt giá trị
IDSS ( bão hoà)

- UGS > 0 → ID giảm

- UDS = UP → ID = 0

- Gồm : + MOSFET kênh gián đoạn ( kênh cảm ứng)

+ MOSFET kênh liên tục (kênh đặt sẵn)
III- Transistor trường loại MOSFET