Kỹ thuật điện tử - Transistor hiệu ứng trường - Võ Kỳ Châu

FET cũng là một linh kiện ba cực giống như BJT. Tuy nhiên, FET hoạt động dựa trên nguyên lý khác với BJT. FET được xem là một linh kiện đơn cực (unipolar) vì dòng điện qua linh kiện chỉ do một trong hai loại hạt dẫn: lỗ trống hoặc electron tự do.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật điện tử - Transistor hiệu ứng trường - Võ Kỳ ChâuBiên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn 4 Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors)4-1 Giới thiệu FET cũng là một linh kiện ba cực giống như BJT. Tuy nhiên, FET hoạt động dựa trên nguyênlý khác với BJT. FET được xem là một linh kiện đơn cực (unipolar) vì dòng điện qua linh kiện chỉdo một trong hai loại hạt dẫn: lỗ trống hoặc electron tự do. Tên gọi FET (Field-Effect Transistor)xuất phát từ lý do dòng điện trong linh kiện được điều khiển dựa trên điện trường ngoài được cungcấp từ một nguồn áp đặt vào linh kiện. FET có hai loại chính: JFET (Junction FET) và MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET).4-2 JFET Hình 4-1 trình bày cấu trúc của JFET cũng như ba cực của linh kiện. Cấu trúc này gồm mộtthanh bán dẫn loại N có hai vùng bán dẫn loại P nằm hai bên. Hai vùng P được nối chung với nhauvà kết nối chung giữa chúng được gọi là cực cổng G (gate). Một cực của thanh N được gọi là cựcmáng D (drain), cực còn lại được gọi là cực nguồn S (source). Vùng N nằm giữa hai vùng P đượcgọi là kênh dẫn (channel). Transistor này được gọi là JFET kênh N. Nếu JFET được tạo nên từ mộtthanh bán dẫn loại P với các vùng N ở hai bên thì JFET này được gọi là JFET kênh P. Khi tìm hiểuvề lý thuyết của JFET, ta có thể so sánh cực máng của JFET với cực thu của BJT, cực nguồn củaJFET tương ứng với cực phát của BJT và cực cổng của JFET tương ứng với cực nền của BJT. Nhưta sẽ thấy, đối với JFET, điện áp đặt vào cực cổng sẽ điều khiển dòng giữa cực máng và cực nguồncũng giống như điện áp tại cực nền điều khiển dòng qua cực thu và cực phát của BJT. 1/29Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 4-1 Cấu trúc của JFET kênh N. Khi đặt một điện áp ngoài vào giữa cực máng và cực nguồn của JFET kênh N sao cho cựcmáng dương hơn thì dòng điện được hình thành từ dòng electron qua kênh N sẽ xuất hiện với chiềuqui ước là từ máng đến nguồn (dòng electron xuất phát từ cực nguồn). Dòng điện này bị giới hạnbởi điện trở của vật liệu bán dẫn loại N. Khi JFET hoạt động ở chế độ thông thường, một điện ápngoài sẽ được đặt giữa cực cổng và cực nguồn để hai chuyển tiếp PN ở mỗi bên bị phân cực ngược.Vì vậy, cực cổng sẽ mang điện thế âm tương ứng so với cực nguồn như được trình bày trong hình4-2. Phân cực ngược này gây ra hai vùng nghèo trong kênh dẫn. Vì khi thiết kế JFET, kênh dẫnđược pha tạp chất với nồng độ thấp hơn so với cực cổng, do đó vùng nghèo sẽ lấn sâu hơn vào phíakênh. Hình 4-2 Phân cực ngược chuyển tiếp gate- source tạo nên vùng nghèo. VGS là điện áp phân cực ngược nhỏ cho trường hợp này. Bề rộng của vùng nghèo trong hình 4-2 phụ thuộc vào độ lớn của điện áp phân cực ngược VGS .Khi điện áp phân cực ngược âm dần, vùng nghèo sẽ mở rộng và độ rộng của kênh dẫn giảm xuống.Kết quả là điện trở kênh dẫn tăng lên và vì vậy làm giảm dòng I D từ máng đến nguồn. Để phân tích ảnh hưởng của việc tăng VDS trên dòng máng I D , ta tạm thời ngắn mạch cựcmáng và cực nguồn ( VGS = 0 ). Khi VDS tăng lớn hơn 0 một chút, dòng I D tăng tỉ lệ với nó nhưđược trình bày trong hình 4-3(a). Điều này là do khi tăng điện áp trên một kênh dẫn có điện trở cốđịnh thì dòng điện qua nó phải tuân theo định luật Ohm. Nếu cứ tiếp tục tăng VDS , vùng nghèo bắtđầu chiếm ưu thế như trong hình 4-3(b). Cần phải lưu ý là vùng nghèo rộng hơn tại đầu kênh dẫngần với cực máng (điểm A) so với đầu kênh dẫn gần với cực nguồn (điểm B). Đó là do khi dòngđiện chảy qua kênh dẫn, nó tạo ra một điện áp rơi dọc theo chiều dài của kênh. Ở phía đầu kênh dẫngần cực máng điện áp xấp xỉ VDS , do đó có một điện áp phân cực ngược lớn đặt giữa kênh N và cựccổng P. Càng tiến xuống phía dưới của kênh dẫn điện áp ngày càng giảm vì điện áp rơi trên điện trởkênh dẫn ngày càng tăng. Kết quả là điện áp phân cực ngược giảm và vùng nghèo trở nên nhỏ hơn 2/29Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vnkhi tiến đến gần cực nguồn. Nếu tiếp tục tăng VDS , vùng nghèo ngày càng mở rộng làm cho kênhdẫn trở nên hẹp hơn (tại điểm A) và điện trở kênh vì thế tăng lên. Lúc này dòng điện qua kênh dẫnkhông còn tăng tỉ lệ thuận với việc tăng điện áp VDS ...