Tìm hiểu về Transistor hiệu ứng trường JFET

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
MÔN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Giáo viên hướng dẫn : Lê Ngọc Tuân
Nhóm thực hiện thuyết trình :
Nhóm J-Fet
Danh sách thành viên nhóm
HỌ VÀ TÊN MSV
LÊ MINH DŨNG
NGUYỄN ĐỨC THIỆN
HOÀNG VĂN THÀNH
NGUYỄN HÙNG THANH
NGUYỄN QUYẾT THẮNG
ĐINH PHẠM PHƯƠNG THÀNH
3
CHỦ ĐỀ : TÌM HIỂU VỀ JFET
Một số loại J-FET
FET
JFET
MOSFET
N P
DE-MOSFET E-MOSFET
N P N P
SƠ LƯỢC VỀ FET
Transistor hiệu ứng trường FET (Field
Effect Transistor) là một dạng linh kiện bán
dẫn ứng dụng hiệu ứng điện trở suất của bán
dẫn được điều khiển bằng điện trường, đây là
một loại cấu kiện được điều khiển bằng điện áp
5

FET có ba chân cực là cực
FET
S Source Cực nguồn : các hạt dẫn đa số đi vào kênh tạo ra
dòng điên nguồn Is.
G Gate Cực cửa: cực điều khiển dòng điện chạy qua kênh
D Drain Cực máng: các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh tạo ra
dòng ID.
Ký hiệu FET
Ưu nhược điểm của FET so với BJT
•
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.
•
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
•

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
9
Sơ lược về JFET
Transistor hiệu ứng trường cổng tiếp giáp, gọi
tắt là JFET ( Junction Field-Effect Transistor) là
một kiểu khác của transistor hiệu ứng trường có
thể tạo thành mà không cần phải có lớp axit cách
li với cực cổng bằng cách sử dụng các tiếp giáp
p-n.
Nguyên tắc làm việc của dụng cụ là được điều
khiển bằng điện trường

10

Cấu tạo – kí hiệu JFET
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
Lưu ý:
Các tranzito
trường JFET hầu hết
đều là loại đối xứng,
có nghĩa là khi đấu
trong mạch có thể
đổi chỗ hai chân cực
máng và nguồn cho
nhau thì các tính chất
và tham số của
tranzito không hề
thay đổi.
C
h
â
n

D

v
à

S

c
ó

t
h
ể

đ
ổ
i

c
h
ỗ

c
h
o

n
h
a
u
Hình 3
Cấu trúc JFET kênh N
như hình 3. Các cực D, G, S
đều lấy ra từ trên bề mặt
của phiến bán dẫn. Các
vùng N+ để tạo tiếp xúc

không chỉnh lưu giữa cực
máng, cực nguồn với kênh
dẫn loại N. Vùng P+ đóng
vai trò cực cổng. Lớp cách
điện SiO2 để bảo vệ bề mặt.

Vùng
P+
Vùng
N+
13
JFET hoạt động giống như hoạt động của một khóa
nước.
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC

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.
Hàng rào điện áp
Kênh dẫn
14

JFET kênh N
khi chưa phân cực
Khi các cực để hở,
JFET chưa hoạt
động, Hàng rào điện
áp ( miền nghèo)
được hình thành giữa
các lớp bán dẫn N-P.
Hàng rào điện áp mở
rộng phía D ( kênh dẫn bị
thu hẹp)
15
JFET kênh N khi đặt điện áp vào
D và S, chân G không kết nối
Xuất hiện dòng
ID chạy từ D
sang S
Dòng điện mạnh dần
theo sự gia tăng điện áp
VDS.
Hàng rào điện áp giữa
2 lớp bán dẫn P-N được
mở rộng về phía D, tức
kênh dẫn thu hẹp về phía
D.
Tới VDS xác định thì
JFET ở trạng thái bão
hòa.
16
JFET kênh N khi phân

cực bảo hòa
Khi VGS < 0 v
thì kênh N phân
cực.
Khi đó kênh dẫn
tiếp tục bị thu hẹp
hơn về phía D dẫn
đến điện trở kênh
dẫn tăng và dòng
máng ID giảm.
17
JFET kênh N phân cực
Kênh N
phân
cực
Nếu tiếp tục tăng
VGS theo chiều
âm thì tới 1 giá trị
xác định = -Ve,
trong kênh dẫn sẽ
không còn dòng
ID chạy qua, điện
trở khi này là rất
lớn.
18
JFET kênh N ở chế
độ ngưng
19
Đặc 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
PHÂN CỰC CHO JFET
Ở FET, sự liên hệ giữa ngõ vào và ngõ ra không
tuyến tính như ở BJT. Một sự khác biệt nữa là ở BJT
người ta dùng sự biến thiên của dòng điện ngõ vào
(IB) làm công việc điều khiển, còn ở FET, việc điều
khiển là sự biến thiên của điện thế ngõ vào VGS.
Các phương trình liên hệ dùng để phân giải mạch là:
-) IG = 0 A (dòng điện cực cổng)
-) ID = IS (dòng điện cực phát = dòng điện cực
nguồn).
-) Phương trình schockley:
Với IDSS = IDmax = (VDD / RD)


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 VGS = -VGG 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.

Mạch phân cực cố định của
JFET kênh loại N
Rg
VGG
G
+ VDD
U ra
U vào
C1
ID
S
D
C2
RD
0
RG
VGG
G
+ VDD
U ra
U vào
C1
ID
S
D
C2
RD
0
Ta có: VGS = -RG IG -
VGG; IG = 0

⇒ RG IG = 0 VGS = ⇒
-VGG
Thay VGS=-VGG vào công thức
schockley ta được:
Từ mạch ngõ vào

Ta cũng có thể xác định được ID từ đặc
tuyến truyền. Ðiểm điều hành Q chính là
giao điểm của đặc tuyến truyền với đường
phân cực.
V
G
S
=
-
V
G
G
Đ
ặ
c

t
u
y
ế
n

t
r

u
y
ề
n
Đ
ư
ờ
n
g

p
h
â
n

c
ự
c
Ðường thẳng
VGS=-VGG
được gọi là
đường phân
cực
Từ mạch ngõ ra ta có:
VDS = VDD - RD ID
Ðây là phương trình đường thẳng lấy điện.
Ngoài ra:
VS = 0
VD = VDS = VDD – RDID
VG = VGS = -VGG

RG
VGG
G
+ VDD
U ra
U vào
C1
ID
S
D
C2
RD
0

Phân áp tự cấp (còn gọi là
tự phân cực)
•
Ðây là dạng phân cực thông dụng
nhất cho JFET. Trong kiểu phân
cực này ta chỉ dùng một nguồn
điện một chiều VDD và có thêm
một điện trở RS mắc ở cực nguồn
, trong cách phân cực này thì điện
áp VGS = - ID.RS
Phân cực tự cấp cho JFET
kênh loại N
+ Vdd
U vào
0
C3

0
C1
D
0
RD
Rg
C2
G
ID
S
Rs
U ra