Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo. Giáo trình kết cấu gồm 9 bài và chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch nguồn 1 chiều; mạch khuếch đại tín hiệu; khuếch đại thuật toán;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô BÀI 5: TRANSISTOR TRƢỜNG Mã bài: MĐ14.05 Giới thiệu: Bài học giới thiệu về transistor trường JFET, MOSFET về cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến và các mạch cơ bản. Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của transistor trường. - Trình bày đúng các đặc tuyến, thông số cơ bản của transistor trường. - Trình bày đúng các kiểu mắc mạch, các đặc tính cơ bản của các kiểu mạch transistor trường. - Lắp ráp, hiệu chỉnh được các kiểu mạch của transistor trường. - Nghiêm túc, cẩn thận, an toàn. Nội dung chính: 1. Cấu tạo Transistor trình bày trước được gọi là transistor mối nối lưỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor). BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông thường CE, dòng IC = IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào). Đối với transistor hiệu ứng trường có tổng trở vào rất lớn. Dòng điện ở lối ra được tăng b ng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện. Vậy ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trường và trường này tạo ra một dòng điện ở lối ra. Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET và MOSFET. JFET được gọi là FET nối hay thường gọi là FET 1.1. JFET 1.1.1. Cấu tạo Hình 5.1. Cấu tạo của JFET kênh N và P Nếu so sánh với BJT, ta thấy: cực thoát D tương đương với cực thu C, cực nguồn S tương đương với cực phát E và cực cổng G tương đương với cực nền B. JFET kênh N tương đương với transistor NPN. JFET kênh P tương đương với transistor PNP. Hình 5.2. Sơ đồ chân tương đương JFET với transistor BJT Cũng giống như transistor NPN được sử dụng thông dụng hơn transistor PNP do dùng tốt hơn ở tần số cao. JFET kênh N cũng thông dụng hơn JFET kênh P với cùng một lý do. 1.1.2. Nguyên lý hoạt động Về cơ bản nguyên lý hoạt động của 2 loại JFET tương đối giống nhau, chỉ khác nhau về chiều dòng điện. Ở chế độ khuếch đại, ta phải cấp nguồn U GS để 2 tiếp xúc P-N phân cực ngược. Nguồn UDS làm cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D => tạo dòng ID trong mạch cực máng Hình 5.3. Mạch FET kênh N và kênh P - Ta xét JFET kênh N: Hình 5.4. Mạch FET kênh N  Điện áp VGG đặt tới cực G và S để phân cực ngược cho tiếp giáp P-N. Điện áp VDD đặt tới D và S để tạo ra dòng điện chảy trong kênh dẫn.  Điện áp phân cực ngược đặt tới G và S làm cho vùng nghèo dọc theo tiếp giáp P-N được mở rộng ra chủ yếu về phía kênh dẫn, điều này làm kênh hẹp lại hơn do đó điện trở kênh dẫn tăng lên và dòng qua kênh dẫn giảm đi. Với cách phân cực trên thì điện áp phân cực giữa G và D lớn hơn điện áp phân cực ngược giữa G và S làm cho vùng nghèo mở rộng không đều. Hình 5.5. Nguyên lý hoạt động của FET kênh N 1.2. MOSFET 1.2.1. Cấu tạo Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu. Hình 5.6. Cấu tạo của MOSFET kênh N Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N G: Gate gọi là cực cổng S: Source gọi là cực nguồn D: Drain gọi là cực máng Trong đó: G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt mang điện. Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS) Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ. Ký hiệu: Hình 5.7. Ký hiệu MOSFET kênh N, P Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor + Chân G tương đương với B + Chân D tương đương với chân C + Chân S tương đương với E 1.2.2. Nguyên lý hoạt động Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng . Mạch điện tương đương của Mosfet. Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó. Ở đây tôi không nói rõ chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở. Các bạn hiểu như sau: + Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Điện áp điều khiển đóng là Ugs 0V  đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng. Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên. Q1 khóa ==>Bóng đèn tắt. => Từ thực nghiệm trên ta thấy r ng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống 2. Đặc tính làm việc Mục tiêu: - Trình bày được đặc tính làm việc của JFET 2.1. JFET Đặc tuyến ra: Xét trường hợp JFET phân cực với điện áp VDD = 0 Hình 5.9. Phân cực với điện áp VDD Hình 5.10. Đường đặc tính của JFET Tăng dần VDD thì VDS tăng và ID tăng tuyến tính theo. Khi tăng VDD thì vùng nghèo có xu hướng rộng ra, tuy nhiên khi VDD chưa đủ lớn thì bề rộng của vùng nghèo chưa đủ rộng để gây ảnh hưởng tới I D => ID và VDS có mối quan hệ tuyến tính khi VDD đủ nhỏ. Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra A → B (Miền OHM). - VDD đủ lớn, khi đó VDS đủ lớn, lúc này bề rộng vùng nghè ...