Bài giảng Các thiết bị và mạch điện tử - Chương 5: Transistor hiệu ứng trường FET

Chương 5
CÁC THIẾT BỊ VÀ 
MẠCH ĐIỆN TỬ
Transistor Hiệu ứng
trường FET
 Cấu tạo, đặc tính JFET
 Phân cực JFET
 Cấu tạo, đặc tính và phân
cực MOSFET kênh liên tục
 Cấu tạo, đặc tính và phân
cực MOSFET kênh gián
đoạn
TRỊNH LÊ HUY 1
Transistor hiệu ứng trường JFET
TRỊNH LÊ HUY 2
➢ 1930: Julius Lilienfeld được cấp bằng
sáng chế cho ý tưởng về một transistor 
có thể thay đổi khả năng dẫn nhờ vào
hiệu ứng trường.
Tuy nhiên, trong thời điểm này, vật liệu
để biến ý tưởng của J. Lilienfeld thành
thực tế vẫn chưa tồn tại. Do đó ý tưởng
này chỉ nằm trên giấy!
➢ 1959: Khi vật liệu bán dẫn đã được
nghiên cứu và chế tạo, transistor FET 
đầu tiên được ra đời bởi Dawon Kahng
và Martin Atalla
Transistor hiệu ứng trường JFET
TRỊNH LÊ HUY 3
➢ Ý tưởng về transistor hiệu ứng trường
Transistor hiệu ứng trường JFET
TRỊNH LÊ HUY 4
➢ Transistor hiêu ứng trường FET là một
switch đóng ở trạng thái bình thường. 
(cho dòng điện chạy qua)
➢ Khi phân cực cho transistor FET, 
switch sẽ chuyển dần từ đóng sang mở. 
(cường độ dòng điện sẽ giảm dần và
bằng không)
➢ FET cấu tạo gồm 2 vật liệu bán dẫn
loại N và P.
➢ Cực Drain (máng) và Source (nguồn) 
sẽ được nối với kênh N.
➢ Cực Gate (cổng) sẽ được nối vào 2 
kênh P của FET.
Transistor hiệu ứng trường JFET
TRỊNH LÊ HUY 5
➢ Cách thức hoạt động
VGG
VGG < 0
Transistor hiệu ứng trường JFET
TRỊNH LÊ HUY 6
➢ Kí hiệu
Đặc tính của JFET
TRỊNH LÊ HUY 7
➢Đồ thị đặc trưng tại cực Drain (máng)
Đặc tính của JFET
TRỊNH LÊ HUY 8
➢Đồ thị đặc trưng tại cực Drain (máng)
Đặc tính của JFET
TRỊNH LÊ HUY 9
Đặc tính của JFET
TRỊNH LÊ HUY 10
VP
Thông thường,
|Vpinch-off| = |Vcut-off|
Cách phân cực JFET
TRỊNH LÊ HUY 11
➢ Tự phân cực (self-bias)
➢ Phân cực nhờ nguồn chia áp (voltage-divider bias)
➢ Phân cực nhờ nguồn dòng (current-source bias)
Cách phân cực JFET
TRỊNH LÊ HUY 12
➢ Tự phân cực
▪ Thường xuyên được sử dụng để phân
cực cho transistor JFET
▪ Để JFET hoạt động, ta cần phải phân cực
nghịch mối nối Gate-Source.
▪ Cực Gate sẽ được nối đất thông qua
một điện trở RG.
▪ Điện trở RG có tác dụng cách ly dòng
xoay chiều AC rò từ GND ảnh hưởng đến
JFET.
𝑽𝑮𝑺 = 𝑽𝑮 – 𝑽𝑺 = 𝟎 – 𝑰𝑺𝑹𝑺
= −𝑰𝑫𝑹𝑺
Cách phân cực JFET
TRỊNH LÊ HUY 13
➢ Phân cực bằng cầu chia áp
▪ Hoạt động ổn định hơn phương pháp tự phân cực
▪ Sử dụng một cầu phân áp để cấp nguồn cho cực
Gate của JFET.
▪ Để JFET hoạt động, ta cần phải phân cực nghịch mối
nối Gate-Source. Tức là VG < VS. Do đó, việc lựa chọn
các giá trị của R1, R2 và RS cần được tính toán thật
chính xác.
𝑉𝐺 =
𝑅2
𝑅1+ 𝑅2
𝑉𝐷𝐷
𝑉𝑆 = IDRS
𝑽𝑮𝑺 = 𝑽𝑮 – 𝑽𝑺 < 𝟎 (𝑽)
MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 14
➢MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
➢ Khác với JFET, cực Gate của MOSFET không kết nối trực tiếp với phần vật liệu
bán dẫn mà được cách ly nhờ vào một lớp Silicon Oxide (SiO2).
➢ Có hai loại transistor MOSFET:
➢ MOSFET kênh liên tục (D-MOSFET)
➢ MOSFET kênh gián đoạn (E-MOSFET)
D-MOSFET E-MOSFET
Thường được sử dụng trong thực tế
Cấu tạo của D-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 15
➢ Cấu tạo của D-MOSFET bao gồm 2 phần, phần vật liệu bán dẫn loại N và vật
liệu bán dẫn loại P nối với nhau.
➢ Cực Drain và Source sẽ được nối trực tiếp với 2 đầu của vật liệu bán dẫn loại N
➢ Cực Gate sẽ được nối gián tiếp với vật liệu bán dẫn loại N thông qua 1 lớp SiO2
Depletion Mode Enhancement Mode
Đặc tính của D-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 16
➢ Sự biến thiên của dòng điện ID phụ thuộc vào hiệu điện thế VGS
Enhancement Mode
Depletion Mode
n channel
Cách phân cực cho D-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 17
➢ Để E-MOSFET hoạt động, ta phải cấp cho VGS một giá trị lớn hơn VGS(off)
➢Vì D-MOSFET hoạt động được khi VGS 0. Do đó, trong thực
tế, để đơn giản hóa, người ta phân cực cho D-MOSFET bằng cách nối cực Gate
xuống GND để đảm bảo VGS = 0 và ID = IDSS
Cấu tạo của E-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 18
➢ Cấu tạo của D-MOSFET bao gồm 3 phần, 2 phần vật liệu bán dẫn loại N và vật
liệu bán dẫn loại P nối với nhau.
➢ Cực Drain và Source sẽ được nối trực tiếp với 2 đầu của vật liệu bán dẫn loại N
➢ Cực Gate sẽ được nối gián tiếp với vật liệu bán dẫn loại N thông qua 1 lớp SiO2
Enhancement Mode
Đặc tính của E-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 19
➢ Sự biến thiên của dòng điện ID phụ thuộc vào hiệu điện thế VGS
Cách phân cực cho E-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 20
➢ Để E-MOSFET hoạt động, ta phải cấp cho VGS một giá trị lớn hơn VGS(th)
➢ Có 2 cách phân cực cho E-MOSFET:
➢ Cầu phân áp
➢ Drain-feedback
Cách phân cực cho E-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 21
➢ Tính hiệu điện thế phân cực VGS và VDS của E-MOSFET bên dưới?
Biết ID(on) = 200mA, VGS = 4V, VGS(th) = 2V
VGS = ?
K = ?
ID = ?
VDS = ?
Cách phân cực cho E-MOSFET
TRỊNH LÊ HUY 22
➢ Tính hiệu điện thế phân cực VGS, VDS và ID của E-MOSFET bên dưới?
Biết giá trị đo được bởi voltmeter là 5V
VGS = ?
VDS = ?
ID = ?
Câu hỏi
TRỊNH LÊ HUY 23
➢ Tên 3 cực của JFET?
➢ Để JFET kênh N hoạt động, giá trị của VGS là dương hay âm?
➢Dòng trong cực Drain sẽ thay đổi như thế nào khi ta thay đổi VGS?
➢ Khi JFET kênh n tự phân cực, ID=8mA, RS=1kOhm, Tính VGS?
➢ Tên của 2 loại MOSFET cơ bản?
➢ Đối với E-MOSFET, VGS tăng thì dòng ID sẽ tăng hay giảm?
➢Đối với D-MOSFET, VGS giảm thì dòng ID sẽ tăng hay giảm?
Thank you!
TRỊNH LÊ HUY 24