Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng Mục tiêu: - Trình bày đƣợc đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại Tranzitor trƣờng cũng nhƣ phạm vi ứng dụng của chúng; - Nhận dạng, phân loại đƣợc các loại JFET,MOSFET; - Xác định đƣợc các cực và kiểm tra đƣợc tình trạng kỹ thuật của JFET, MOSFET. Nội dung: Transistor trình bày trƣớc đƣợc gọi là transistor mối nối lƣỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor). BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông thƣờng CE, dòng IC = IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào). Đối với transistor hiệu ứng trƣờng có tổng trở vào rất lớn. Dòng điện ở lối ra đƣợc Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 70 tăng bằng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện. Vậy ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trƣờng và trƣờng này tạo ra một dòng điện ở lối ra. Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET v à MOSFET.Cấu tạo – kí hiệu JFET (Junction Field Effect Transistor) đƣợc gọi là FET nối. JFET có cấu tạo nhƣ (hình vẽ) Cấu tạo của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b). Trên thanh bán dẫn hình trụ có điện trở suất khá lớn (nồng độ tạp chất tƣơng đối thấp), đáy trên và đáy dƣới lần lƣợt cho tiếp xúc kim loại đƣa ra hai cực tƣơng ứng là cực máng (cực thoát) và cực nguồn. Vòng theo chu vi của thanh bán dẫn ngƣời ta tạo một mối nối P – N. Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đƣa ra ngoài cực cổng (cửa). D: Drain: cực máng (cực thoát). G: Gate: cực cổng (cực cửa). S: Source: cực nguồn. Vùng bán dẫn giữa D và S đƣợc gọi là thông lộ (kênh). Tùy theo loại bán dẫn giữa D và S mà ta phân biệt JFET thành hai loại: JFET kênh N, JFET kênh P. Nguyên lí hoạt động Giữa D và S đặt một điện áp VDS tạo ra một điện trƣờng có tác dụng đẩy hạt tải đa số của bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dòng điện I D. Dòng ID tăng theo điện áp VDS đến khi đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) và điện áp tƣơng ứng gọi là điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn hơn VPO thì ID vẫn không tăng. Giữa G và S đặt một điện áp VGS sao cho không phân cực hoặc phân cực nghịch mối nối P – N. Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dòng ID đạt giá trị lớn nhất IDSS. Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích. Điện áp phân cực nghịch càng lớn thì vùng tiếp xúc (vùng hiếm) càng nở rộng ra, làm cho tiết diện của kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên dòng điện qua kênh ID giảm xuống và ngƣợc lại. VGS tăng đến giá trị VPO thì ID giảm về 0.Cách mắc JFET - Cũng tƣơng tự nhƣ BJT, JFET cũng có 3 cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), và chung cực cửa(CG) - Trong đó kiểu CS thƣờng đƣợc dùng nhiều hơn cả vì kiểu mắc này cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao. Còn các kiểu mắc CD, CG thƣờng đƣợc dùng trong tầng khuếch đại đệm và khuếch đại tần số cao. (hình 3-46) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 72 Các cách mắc của JFET - CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S. - CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G. - CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu ra S so với D. Đặc tuyến của JFET. Mạch khảo sát đặc tuyến của JFET. Khảo sát sự thay đổi dòng thoát ID theo hiệu điện thế VDS và VGS, từ đó ngƣời ta đƣa ra hai dạng đặc tuyến của JFET. Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. Giữ VDS = const, thay đổi VGS bằng cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VGS. Ta có: VGS 2 I D I DSS (1 ) VP 0 - Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn nhất và đạt giá trị bão hòa, kí hiệu: IDSS. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 73 - Khi VGS âm thì dòng ID giảm, VGS càng âm thì dòng ID càng giảm. Khi VGS = VPO thì dòng ID = 0. VPO lúc này đƣợc gọi là điện thế thắt kênh (nghẽn kênh). Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Giữ nguyên VGS ở một trị số không đổi (nhất định). Thay đổi VCC và khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VDS.(hình 3-48) - Giả sử chỉnh nguồn VDC về 0v, không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dòng ID và VDS. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v. Không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 1V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dòng ID và VDS tƣơng ứng. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Lặp lại tƣơng tự nhƣ trên ta vẽ đƣợc họ đặc tuyến ngõ ra I D(VDS) ứng với VGS = const. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 74 Họ đặc tuyến ngõ ra của JFET. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOSFET hay còn đƣợc gọi IGFET (Insulated Gate FET) là FET có cực cổng cách li. MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm) và MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng). Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N hoặc kênh P.MOSFET kênh liên tục a. Cấu tạo – kí hiệu Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 75 Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại P. Trên đó phủ một lớp mỏng SiO2 là chất cách điện. Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đƣa ra cực thoát (D) và cực nguồn (S). Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhƣng vẫn cách điện với kênh N có nghĩa là tổng trở vào cực là lớn. Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tƣ gọi là chân Sub, chân này hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N. Thực tế, chân Sub của MOSFET đƣợc nhà sản xuất nối với cực S ở bên trong MOSFET. Đặc tuyến VDS là hiệu điện thế giữa cực D và cực S. VGS là hiệu điện thế giữa cực G và cực S. Xét mạch nhƣ (hình 3-52) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 76 Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục loại N. Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dòng điện ID, khi tăng điện thế VDS thì dòng ID tăng, ID sẽ tăng đến một trị số giới hạn là IDsat (dòng ID bão hòa). Điện thế VDS ở trị số IDsat đƣợc gọi là điện thế nghẽn VP0 giống nhƣ JFET. Khi VGS < 0: cực G có điện thế âm nên đẩy điện tử ở kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID sẽ giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng. Khi điện thế cực G càng âm thì dòng ID càng nhỏ, và đến một trị số giới hạn dòng điện ID gần nhƣ không còn. Điện thế này ở cực G gọi là điện thế nghẽn –VP0. Đặc tuyến chuyển này tƣơng tự đặc tuyến chuyển của JFET kênh N. Khi VGS > 0, cực G có điện thế dƣơng thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng I D tăng cao hơn trị số bão hòa IDsat. Trƣờng hợp này ID lớn dễ làm hƣ MOSFET nên ít đƣợc dùng. Tƣơng tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Cách khảo sát tƣơng tự nhƣ khảo sát JFET nhƣng đến khi cần V GS > 0, ta đổi cực của nguồn VDC nhƣng lƣu ý chỉ cần nguồn dƣơng nhỏ thì ID đã tăng cao. Ta có hai dạng đặc tuyến Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 77 Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh liên tục loại N. Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh liên tục loại N. MOSFET kênh gián đoạn a. Cấu tạo – kí hiệu: Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 78 Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P. Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub) Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tƣơng tự nhƣ cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N nhƣng không có sẵn kênh N. Có nghĩa là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) không dính liền nhau nên còn gọi là MOSFET kênh gián đoạn. Mặt trên kênh dẫn điện cũng đƣợc phủ một lớp oxit cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D. Cực G đƣợc lấy ra từ kim loại tiếp xúc bên ngoài lớp oxit SiO2 nhƣng cách điện với bên trong. Cực Sub đƣợc nối với cực S ở bên trong MOSFET. Đặc tuyến Xét mạch sau: . Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 79 Khi VGS = 0V, điện tử không di chuyển đƣợc nên ID = 0, điện trở giữa D và S rất lớn. Khi VGS > 0V thì điện tích dƣơng ở cực G sẽ hút điện tử của nền P về phía giữa hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh N nối liền hai vùng bán dẫn N+ đã hình thành nên có dòng ID chạy từ D sang S. Điện thế cực G càng tăng thì ID càng lớn. Điện thế ngƣỡng V là điện thế VGS đủ lớn để hình thành kênh, thông thƣờng V vài volt. Tƣơng tự JFET và MOSFET kênh liên tục ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const.
Giáo trình kỹ thuật điện tử nghề sửa chữa lắp ráp máy tính cao đẳng - Phần 2: Tranzitor hiệu ứng ...
Giáo trình kỹ thuật điện tử phần 2 cung cấp kiến thức chuyên sâu về sửa chữa, lắp ráp máy tính cho sinh viên cao đẳng cơ điện xây dựng Việt Xô.
65
4
0
Phí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Tổng quan về Tranzitor hiệu ứng trường trong kỹ thuật điện tử
Tranzitor hiệu ứng trường (FET) là một trong những linh kiện quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử hiện đại nhờ vào khả năng điều khiển dòng điện bằng điện áp. FET có hai loại chính là JFET và MOSFET, mỗi loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng biệt. Việc hiểu rõ về tranzitor hiệu ứng trường sẽ giúp nâng cao khả năng thiết kế và ứng dụng trong các mạch điện tử.
1.1. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của FET
Tranzitor hiệu ứng trường có cấu tạo đơn giản hơn so với BJT. FET hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện qua một kênh dẫn bằng điện trường. JFET và MOSFET có cấu tạo khác nhau, nhưng đều có ba cực: cực nguồn (S), cực thoát (D) và cực cổng (G). Cấu tạo này cho phép FET có tổng trở vào lớn và tiêu thụ năng lượng thấp.
1.2. Phân loại Tranzitor hiệu ứng trường JFET và MOSFET
JFET (Junction Field Effect Transistor) và MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) là hai loại chính của tranzitor hiệu ứng trường. JFET có cấu tạo đơn giản và thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao. MOSFET, với khả năng cách điện tốt hơn, thường được sử dụng trong các mạch số và tần số cao.
II. Vấn đề và thách thức trong việc sử dụng Tranzitor hiệu ứng trường
Mặc dù tranzitor hiệu ứng trường mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong quá trình sử dụng. Việc lựa chọn loại FET phù hợp cho từng ứng dụng là rất quan trọng. Ngoài ra, các vấn đề về nhiệt độ và độ ổn định của linh kiện cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
2.1. Thách thức trong việc lựa chọn loại FET
Việc lựa chọn giữa JFET và MOSFET phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạch điện. JFET thường được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao, trong khi MOSFET lại phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và tiêu thụ năng lượng thấp.
2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của FET
Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của tranzitor hiệu ứng trường. Khi nhiệt độ tăng, các thông số như điện trở và dòng điện có thể thay đổi, dẫn đến hiệu suất không ổn định. Việc thiết kế mạch cần phải tính đến yếu tố này để đảm bảo hoạt động ổn định.
III. Phương pháp và giải pháp tối ưu hóa hiệu suất của Tranzitor hiệu ứng trường
Để tối ưu hóa hiệu suất của tranzitor hiệu ứng trường, cần áp dụng một số phương pháp và giải pháp kỹ thuật. Việc sử dụng các mạch điều khiển và bảo vệ có thể giúp nâng cao độ bền và hiệu suất của FET trong các ứng dụng thực tế.
3.1. Sử dụng mạch điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất
Mạch điều khiển có thể giúp điều chỉnh điện áp và dòng điện vào FET, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động. Việc sử dụng các mạch khuếch đại và điều chỉnh có thể giúp cải thiện độ nhạy và độ ổn định của mạch.
3.2. Bảo vệ Tranzitor hiệu ứng trường khỏi các yếu tố bên ngoài
Bảo vệ FET khỏi các yếu tố bên ngoài như quá tải điện áp và nhiệt độ cao là rất quan trọng. Việc sử dụng các linh kiện bảo vệ như diode và cầu chì có thể giúp bảo vệ FET khỏi hư hỏng và kéo dài tuổi thọ của linh kiện.
IV. Ứng dụng thực tiễn của Tranzitor hiệu ứng trường trong mạch điện
Tranzitor hiệu ứng trường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ mạch khuếch đại đến mạch số. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện tử.
4.1. Ứng dụng trong mạch khuếch đại
FET thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại nhờ vào khả năng khuếch đại tín hiệu với độ nhạy cao. JFET và MOSFET đều có thể được sử dụng trong các ứng dụng này, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạch.
4.2. Ứng dụng trong mạch số và điều khiển
MOSFET là lựa chọn phổ biến trong các mạch số và điều khiển nhờ vào khả năng chuyển mạch nhanh và tiêu thụ năng lượng thấp. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng như bộ điều khiển động cơ và mạch logic.
V. Kết luận và tương lai của Tranzitor hiệu ứng trường trong kỹ thuật điện tử
Tranzitor hiệu ứng trường sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại FET mới sẽ được phát triển, mang lại nhiều ứng dụng và cải tiến trong hiệu suất.
5.1. Xu hướng phát triển của Tranzitor hiệu ứng trường
Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm kích thước của FET. Công nghệ mới như FET trên nền tảng graphene hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến lớn trong lĩnh vực này.
5.2. Tương lai của ứng dụng Tranzitor hiệu ứng trường
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tranzitor hiệu ứng trường sẽ tiếp tục được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ điện tử tiêu dùng đến công nghiệp nặng. Sự phát triển của các linh kiện mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng sáng tạo.
16/08/2025
TÀI LIỆU LIÊN QUAN
Bạn đang xem trước tài liệu:
Giáo trình kỹ thuật điện tử nghề sửa chữa lắp ráp máy tính cao đẳng phần 2 trường cao đẳng cơ điện xây dựng việt xô
THÔNG TIN CHI TIẾT
Trường học: Cao đẳng Việt Xô
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Đề tài: Tranzitor hiệu ứng trường
Loại tài liệu: Bài giảng
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ