MOSFET Và JFET "Transistor Trường"

1.Mosfet là gì?

MOSFET, viết tắt của "Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor" trong tiếng Anh, có nghĩa là "transistor hiệu ứng trường Oxit Kim loại - Bán dẫn", là một thuật ngữ chỉ các Transistor hiệu ứngtrường được sử dụng rất phổ biến trong các mạch điện số và các mạch điện tương tự.

Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim loại và bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic)

2. Nguyên lý hoạt động:

Có thể hiểu như sau: Khi cho dòng điện đi qua một môi trường bán dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông góc với lớp bán dẫn đó. Nếu thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trở của lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó. Lớp bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện.

3. Ưu nhược điểm và ứng dụng cơ bản

Ưu điểm 

- Dòng điện qua tranzito chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên. Do vậy FET là loại cấu kiện đơn cực (unipolar device). 

- FET có trở kháng vào rất cao. 

- Tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực.

- Nó không bù điện áp tại dòng ID = 0 và do đó nó là cái ngắt điện tốt. 

- Có độ ổn định về nhiệt cao. 

- Tần số làm việc cao. 

Nhược điểm:

Nhược điểm chính của FET là hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực.

Ứng dụng:

- Dùng làm khóa điện tử, bộ khuếch đại tín hiệu vi sai phat sóng RC và tham gia cùng các linh kiện điện tử khác để hình thành các mạch chức năng trong hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay.

4. Các loại JFET và MOSFET

- Tranzito trường điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay gọi là tranzito trường mối nối): Junction field- effect transistor - viết tắt và gọi là JFET. 

- Tranzito có cực cửa cách điện viết tắt và gọi là: MOSFET

4.1. JFET

+ Có hai loại JFET

JFET Kênh-N và JFET Kênh-P

       Hình ảnh ký hiệu trên bản vẽ: JFET kênh-N và JFET kênh-P

+ Điều kiện làm việc của JFET kênh-N

                          Hình ảnh mô tả điều kiện làm việc của JFET kênh-N

Thỏa mãn điều kiện sau thì JFET làm việc:

UD>Us (Cực D phải được áp đặt điện áp lớn hơn cực S)

UG<Us (Cực G phải có điện áp nhỏ hơn cực S)

                           Hình ảnh mô tả điều kiện làm việc của JFET kênh-P

- Us>UD (Cực S phải được áp đặt điện áp lớn hơn cực D

- UG>Us (Cực G phải có điện áp lớn hơn cực S)

(Các điện áp chênh lệch nhau bao nhiêu thì JFET làm việc và khóa? dòng "id" trong những trường hợp đó như thế nào? Các vấn đề chi tiết cụ thể người viết sẽ tiếp tục đề cập đến khi phân tích về MOSFET) 

+ Minh họa dòng điện khi JFET làm việc:

                    Hình ảnh minh họa mạch điện cơ bản định chế độ cho JFET làm việc

* Trên hình với JFET kênh-N ở góc độ lý thuyết ta có:- Điện áp VGG áp đặt tới cực G và cực S để phân cực ngược cho tiếp giáp P-N, điện áp VDD áp đặt tới cực D và cực S để tạo đủ điều kiện cho JFFT làm việc tạo ra dòng điện chạy trong kênh dẫn và mạch điện.

- Đồng thời điện áp phân cực ngược áp đặt tới G và S làm cho vùng tiếp giáp P-N được mở rộng ra chủ yếu về phía kênh dẫn, điều này làm kênh dẫn hẹp bớt lại dẫn đến điện trở kênh dẫn tăng lên và dòng qua kênh dẫn giảm đi.

- Với kiểu phân cực như trên thì điện áp phân cực giữa G và D lớn hơn điện áp phân cực ngược giữa G và S làm cho vùng tiếp giáp sẽ bị mở rộng nhưng không đều.

 Về cơ bản nguyên lý hoạt động của 2 loại Jfet là như nhau, nhưng khác nhau về mặt cấp điện áp tại các cực D, S (ngược dấu nhau) và do đó khác nhau về chiều dòng điện ID.

- Ở chế độ khuếch đại, ta phải cấp nguồn UGS 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.

4.2. MOSFET

+ Cấu trúc MOSFET

Hình ảnh cấu trúc của MOSFET Kênh-N và MOSFET kênh-P

+ Đặc điểm của MOSFET

- MOSFET có cực cửa cách điện có hai loại là kênh-P và kênh-N. Khi Mosfet làm việc, thường là cực nguồn S được nối với đế và nối đất hoặc gần như nối đất nên US coi như = 0.Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S.

- Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực máng D và ngược lại từ cực máng D về cực nguồn S để tạo nên dòng điện ID có chiều ngược nhau trong mạch cực máng. Còn điện áp đặt trên cực cửa G có chiều sao cho MOSFET làm việc ở chế độ nhiều hạt dẫn hoặc ở chế độ ít hạt dẫn. 

- Nguyên lý làm việc của hai loại MOSFET kênh-P và MOSFET kênh-N như nhau nhưng cũng như JFET là khác nhau về mặt cấp điện áp cho cực D và S là (trái dấu nhau) nên chiều dòng điện Id là ngược nhau.

+ Ký hiệu trên bản vẽ mạch điện của MOSFET

Hình ảnh ký hiệu mosfet thuận và mosfet ngược trên các bản vẽ mạch điện

+ Tạo dòng ID cho Mosfet thuận và Mosfet ngược

- Trước tiên, nối cực nguồn S với đế và nối đất, sau đó cấp điện áp giữa cực cửa và cực nguồn để tạo kênh dẫn.

- Điều kiện làm việc của MOSFET thuận:

Us>Ud

Ug<Us 

- Theo điều kiện cấp nguồn điện cho các chân cực, ta cấp nguồn điện UGS < 0 (Vì chân s đấu với đế và đấu Mss) để tạo kênh, còn UDS < 0 để tác động cho các lỗ trống chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo nên dòng điện ID. 

- Khi áp đặt một điện áp lên cực cửa âm hơn so với cực nguồn (UGS < 0) và khi đạt đến một giá trị "gọi là điện áp ngưỡng" (ký hiệu là UGSth) thì một số các lỗ trống được hút về tạo thành một lớp mỏng các lỗ trống trên bề mặt của lớp bán dẫn đế Si(N), nối liền cực nguồn S với cực máng D và kênh dẫn điện được hình thành có dòng Id.

Nếu tiếp tục cho UGS càng <0 nhiều hơn, nghĩa là |UGS|>|UGSth|, thì số lỗ trống được hút về kênh càng nhiều, mật độ hạt dẫn trong kênh càng tăng lên, độ dẫn điện của kênh càng tăng dẫn đến cường độ dòng điện chạy qua kênh cũng tăng lên, dòng id sẽ càng tăng lên.

+ Tạo dòng cho Mosfet ngược cũng tương tự như mosfet thuận nhưng có khác là việc áp đặt nguồn vào các cực sẽ diễn ra theo chiều cực tính ngược lại với mosfet thuận và do đó đương nhiên dòng ID cũng sẽ có chiều ngược lại.

- Điều kiện làm việc của Mosfet ngược

UD>US

UG<US

Nguồn:http://daynghedatviet.vn/

Bạn có đam mê ngành thiết kế vi mạch và bạn muốn có mức lương 1000 usd cùng lúc bạn

đang muốn tìm một Trung tâm để học vậy hãy đến với ngành vi mạch tại SEMICON

  HotLine: 0972 800 931 or 0938 838 404  Ms Duyên