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

Từ công thức truyền của E-MOSFET

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

Ta có: $g_m=\frac{{\text{dI}}_D}{{\text{dV}}_{\text{GS}}}=\frac{d}{{\text{dV}}_{\text{GS}}}\left[K{\left[V_{\text{GS}}-V_{\text{GS}(\text{th})}\right]}^2\right]$

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

Ngoài ra: $V_{\text{GS}}=\sqrt{\frac{I_D}{K}}+V_{\text{GS}(\text{th})}$

Thay vào trên ta được: $g_m=2\sqrt{{\text{KI}}_D}$

Trong đó:

gm: là điện dẫn truyền của E-MOSFET cho tín hiệu nhỏ

K: là hằng số với đơn vị Amp/volt2

ID: Dòng diện phân cực cực thoát D

Ta thấy gm tùy thuộc vào dòng điện thoát ID, nếu gọi gm1 là điện dẫn truyền của E-MOSFET ứng với dòng thoát ID1 và gm2 là điện dẫn truyền của E-MOSFET ứng với dòng thoát ID2

VGS (volt)ID(mA)ID1QIDmax

Tổng trở vào và tổng trở ra của fet.

- Giống như ở BJT, người ta cũng dùng hiệu ứng Early để định nghĩa tổng trở ra của FET (ở vùng bảo hòa, khi VDS tăng, dòng điện ID cũng hơi tăng và chùm đặc tuyến ra cũng hội tụ tại một điểm gọi là điện thế Early).

Nếu gọi VA là điện thế Early ta có:

• $r_o=\frac{V_A}{I_D}{\text{r}}_o\text{: Toång trôû ra cuûa FET}$
• 0VDS(volt)Early voltageID(mA)VGSHình 44ro như vậy thAy đổi theo dòng thoát ID và có trị số khoảng vài M đến hơn 10M

- Do JFET thường được dùng theo kiểu hiếm (phân cực nghịch nối cổng - nguồn) nên tổng trở vào lớn (hàng trăm M). Riêng E-MOSFET và DE-MOSFET do cực cổng cách điện hẳn khỏi cực nguồn nên tổng trở vào rất lớn (hàng trăm M). Kết quả là người ta có thể xem gần đúng tổng trở vào của FET là vô hạn.

Với FET : r   

vgsGDSrgmvgsr0vdsidHình 45 (a)vgsGDSgmvgsr0vdsidHình 45 (b)vgsGDSgmvgsvdsidHình 45 (c)Trong các mạch sử dụng với tín hiệu nhỏ người ta có thể dùng mạch tương đương cho FET như hình (a) hoặc hình (b). Nếu tải không lớn lắm, trong mạch tương đương người ta có thể bỏ cả ro

Hình 45

Cmos tuyến tính (linear cmos).

Nếu ta có một E-MOSFET kênh P và một E-MOSFET kênh N mắc như hình sau đây ta được một linh kiện tổ hợp và được gọi là CMOS (Complementary MOSFET).

G1S1D1G2D2S2vi(t)v0(t)Q1 E-MOSFET kênh PQ2 E-MOSFET kênh NQ1Q2Hình 46

p-n+n+S2G2D2SiO2Hình 47Thân n-p+p+D1S1G1Thật ra nó được cấu trúc như sau:

Cấu trúc CMOS được dùng rất nhiều trong IC tuyến tính và IC số

+ Bây giờ ta xét mạch căn bản như trên, ta thử xem đáp ứng của CMOS khi tín hiệu vào có dạng xung vuông như hình vẽ. Mạch này được ứng dụng làm cổng đảo và là tẩng cuối của OP-AMP (IC thuật toán).

- Khi vi = 5V (0  t  t1); E-MOSFET kênh P ngưng vì vGS(t)=0V, trong lúc đó E-MOSFET kênh N dẫn mạnh vì vGS(t)=5V nên điện thế ngõ ra vo(t)=0V.

- Khi vi(t)=0V (t  t1), E-MOSFET kênh P dẫn điện mạnh (vì vGS(t) = -5V) trong lúc E-MOSFET kênh N không dẫn điện (vì vGS(t) = 0V) nên điện thế ngõ ra vo(t)=VDD=5V.

G1S1D1G2D2S2vi(t)v0(t)Q1Q2Hình 48VDD = 15Vvi(t)t05Vt1vo(t)t05Vt1

Như vậy, tác dụng của CMOS là một mạch đảo (inverter)

G1S1D1G2D2S2vi(t)v0(t)Q1 PQ2 NHình 49VDD = +15V

$V_{\text{GG}}=\frac{V_{\text{DD}}}{2}=\mathrm{7,5}V$

- Khi vi(t) dương, E-MOSFET kênh N dẫn điện mạnh hơn và E-MOSFET kênh P bắt đầu dẫn điện yếu hơn. Do đó vo(t) giảm.

- Khi vi(t) dương, E-MOSFET kênh P dẫn điện mạnh hơn và E-MOSFET kênh N bắt đầu dẫn điện yếu hơn, nên vo(t) tăng.

Như vây ta thấy tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha nhau (lệnh pha 180o)

Mosfet công suất: v-mos và d-mos.

Các transistor trường ứng (JFET và MOSFET) mà ta đã khảo sát ở trên chỉ thích hợp cho các mạch có biên độ tín hiệu nhỏ như tiền khuếch đại, trộn sóng, khuếch đại cao tần, trung tần, dao động… năm 1976, người ta phát minh ra loại transistor trường có công suất vừa, đến lớn với khả năng dòng thoát đến vài chục ampere và công suất có thể lên đến vài chục Watt.

V-mos:

Thật ra đây là một loại E-MOSFET cải tiến, cũng là không có sẵn thông lộ và điều hành theo kiểu tăng. sự khác nhau về cấu trúc E-MOSFET và V-MOS được trình bày bằng hình vẽ sau:

Thông lộ sẽ hình thànhp- thânn+n+NguồnSCổngGThoátDSiO2Hình 50E-MOSFET kênh NThông lộ sẽ hình thànhNguồnSCổngGSiO2V-MOS kênh NNguồnSn+n-n+n+ppThoátD

Khi VGS dương và lớn hơn VGS(th), thông lộ được hình thành dọc theo rãnh V và dòng electron sẽ chạy thẳng từ hai nguồn S đến cực thoát D. Vì lý do này nên được gọi là V-MOS (Vertical MOSFET).

D-mos:

Cũng là một loại E-MOSFET hoạt động theo kiểu tăng, ứng dụng hiện tượng khuếch tán đôi (double-diffused) nên được gọi là D-MOS. Có cấu trúc như sau:

n+n+Thân n+n-p+p+NguồnSCổngGNguồnSThoát DDMOS kênh NThông lộ sẽ hình thànhHình 51

Các đặc tính hoạt động của V-MOS và D-MOS cũng giống như E-MOSFET. Ngoài ra, các đặc điểm riêng của V-MOS và D-MOS là:

- Điện trở động rds khi hoạt động rất nhỏ (thường nhỏ hơn 1)

- Có thể khuếch đại công suất ở tần số rất cao

- Dải thông của mạch khuếch đại công suất có thể lên đến vài chục MHz

- V-MOS và D-MOS cũng có kênh N và kênh P, nhưng kênh N thông dụng hơn

- V-MOS và D-MOS cũng có ký hiệu như E-MOSFET

Họ FET có thể tóm tắt như sau

FETJFETMOSFETJFETkênh NJFETKênh PDE-MOSFETKiểu hiếm + tăngE-MOSFETKiểu tăngDE-MOSFETKênh NDE-MOSFETKênh PE-MOSFETKênh NE-MOSFETKênh PV-MOSKênh ND-MOSKênh NCMOSV-MOSKênh PD-MOSKênh P

Bài tập cuối chương

1. Tính VD, và điện dẫn truyền gm trong mạch:

1. 

   IDSS = 4mAVGS(off) = -4VTrong mạch điện sau, tính điện thế phân cực VD và điện dẫn truyền gm.

2. 

   Trong mạch điện sau, tính điện thế phân cực VD, VG. Cho biết E-MOSFET có hệ số $k=1\frac{\text{mA}}{V^2}$ và VGS(th) = 3V.