Bài 4 - Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors)

[nghiathanh2000]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Bài 1 - Lý thuyết bán dẫn
Bài 2- Phân tích mạch chứa diode
Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor)
Bài 4 - Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors)
Bài 5 - Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ
Bài 6 - Mạch khuếch đại đa tầng
Bài 7 - Khuếcg đại hồi tiếp âm và dao động sin
Bài 8 - Các mạch sử dụng OPAMP
Bài 9 - Mạch sửa dạng sóng tuyến tính RC
Bài 10 - Mạch xén và mạch so sánh
Bài 11 - Mạch kẹp và mạch giao hoán
Bài 12 - Mạch dao động đa hài (multivibrator)



4-1 Giới thiệuFET 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. 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 cung cấp 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 một thanh bán dẫn loại N có hai vùng bán dẫn loại P nằm hai bên. Hai vùng P được nối chung với nhau và kết nối chung giữa chúng được gọi là cực cổng G (gate). Một cực của thanh N được gọi là cực máng D (drain), cực còn lại được gọi là cực nguồn S (source). Vùng N nằm giữa hai vùng P được gọi là kênh dẫn (channel). Transistor này được gọi là JFET kênh N. Nếu JFET được tạo nên từ một thanh bán dẫn loại P với các vùng N ở hai bên thì JFET này được gọi là JFET kênh P. Khi tìm hiểu về lý thuyết của JFET, ta có thể so sánh cực máng của JFET với cực thu của BJT, cực nguồn của JFET tương ứng với cực phát của BJT và cực cổng của JFET tương ứng với cực nền của BJT. Như ta sẽ thấy, đối với JFET, điện áp đặt vào cực cổng sẽ điều khiển dòng giữa cực máng và cực nguồn cũng giống như điện áp tại cực nền điều khiển dòng qua cực thu và cực phát của BJT.

Khi đặt một điện áp ngoài vào giữa cực máng và cực nguồn của JFET kênh N sao cho cực máng dương hơn thì dòng điện được hình thành từ dòng electron qua kênh N sẽ xuất hiện với chiều qui ước là từ máng đến nguồn (dòng electron xuất phát từ cực nguồn). Dòng điện này bị giới hạn bởi điện trở của vật liệu bán dẫn loại N. Khi JFET hoạt động ở chế độ thông thường, một điện áp ngoài 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 hình 4-2. Phân cực ngược này gây ra hai vùng nghèo trong kênh dẫn. Vì khi thiết kế JFET, kênh dẫn được pha tạp chất với nồng độ thấp hơn so với cực cổng, do đó vùng nghèo sẽ lấn sâu hơn vào phía kênh.

Bề rộng của vùng nghèo trong hình 4-2 phụ thuộc vào độ lớn của điện áp phân cực ngược [SUB][/SUB]. 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 [SUB][/SUB] từ máng đến nguồn.
Để phân tích ảnh hưởng của việc tăng [SUB][/SUB] trên dòng máng [SUB][/SUB], ta tạm thời ngắn mạch cực máng và cực nguồn ([SUB][/SUB]). Khi [SUB][/SUB] tăng lớn hơn 0 một chút, dòng [SUB][/SUB] tăng tỉ lệ với nó như được trình bày trong hình 4-3(a). Điều này là do khi tăng điện áp trên một kênh dẫn có điện trở cố định thì dòng điện qua nó phải tuân theo định luật Ohm. Nếu cứ tiếp tục tăng [SUB][/SUB], vùng nghèo bắt đầu chiếm ưu thế như trong hình 4-3(b). Cần phải lưu ý là vùng nghèo rộng hơn tại đầu kênh dẫn gần với cực máng (điểm A) so với đầu kênh dẫn gần với cực nguồn (điểm B). Đó là do khi dòng điện chảy qua kênh dẫn, nó tạo ra một điện áp rơi dọc theo chiều dài của kênh. Ở phía đầu kênh dẫn gần cực máng điện áp xấp xỉ [SUB][/SUB], do đó có một điện áp phân cực ngược lớn đặt giữa kênh N và cực cổng P. Càng tiến xuống phía dưới của kênh dẫn điện áp ngày càng giảm vì điện áp rơi trên điện trở kênh dẫn ngày càng tăng. Kết quả là điện áp phân cực ngược giảm và vùng nghèo trở nên nhỏ hơn khi tiến đến gần cực nguồn. Nếu tiếp tục tăng [SUB][/SUB], vùng nghèo ngày càng mở rộng làm cho kênh dẫn trở nên hẹp hơn (tại điểm A) và điện trở kênh vì thế tăng lên. Lúc này dòng điện qua kênh dẫn không còn tăng tỉ lệ thuận với việc tăng điện áp [SUB][/SUB] mà chỉ tăng rất nhẹ như ta thấy ở đoạn cong trong hình 4-3(a).

Hình 4-4(a) cho thấy kết quả của việc tăng [SUB][/SUB] đến một giá trị đủ lớn làm cho vùng nghèo hai bên kênh dẫn gặp nhau tại đầu gần cực máng. Điều kiện này được gọi là nghẽn (pinch-off). Tại điểm xảy ra nghẽn, chuyển tiếp giữa cực cổng và kênh được phân cực ngược bởi chính giá trị [SUB][/SUB], giá trị này được gọi là điện áp nghẽn (pinch-off voltage), [SUB][/SUB]. Thông số này rất quan trọng đối với JFET, giá trị của nó phụ thuộc vào mức độ pha tạp chất và cấu trúc của linh kiện. [SUB][/SUB] luôn có giá trị âm đối với JFET kênh N và có giá trị dương đối với JFET kênh P. Trong hình 4-4(b), dòng điện sẽ đạt đến giá trị tối đa tại điểm nghẽn và giữ không đổi khi [SUB][/SUB] tăng vượt quá [SUB][/SUB]. Dòng này được gọi là dòng bão hòa (saturation current) [SUB][/SUB].

Giá trị thông thường cho [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB], giả sử là JFET này được dùng trong hình 4-5(a). Trong hình này, cực cổng và nguồn không còn bị ngắn mạch mà được nối với nguồn [SUB][/SUB] để phân cực ngược chuyển tiếp này. Điện áp phân cực ngược này sẽ làm cho bề rộng vùng nghèo dọc theo kênh dẫn mở rộng hơn so với khi ngắn mạch. Do đó, nếu bây giờ điện áp [SUB][/SUB] được tăng dần từ 0 ta sẽ thấy là dòng điện ban đầu vẫn tiếp tục tăng tuyến tính như trong hình 4-5(b). Tuy nhiên, độ dốc của đoạn tăng này thấp hơn so với đường ứng với [SUB][/SUB] bởi vì toàn bộ điện trở của kênh là lớn hơn trường hợp trước (do bề rộng kênh hẹp hơn). Khi tiếp tục tăng [SUB][/SUB], vùng nghèo lại tiếp tục mở rộng cho đến khi gặp nhau. Điểm nghẽn sẽ xảy ra tại [SUB][/SUB] thay vì [SUB][/SUB] vì chuyển tiếp giữa kênh dẫn và cực cổng đã được phân cực ngược trước bởi điện áp [SUB][/SUB]. Trong hình 4-5(b), dòng bão hòa có giá trị [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB] tăng vượt quá [SUB][/SUB].

[mxuan]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Nếu giảm [SUB][/SUB] xuống [SUB][/SUB] thay vì [SUB][/SUB] và lặp lại quá trình ta sẽ thấy điểm nghẽn xảy ra tại [SUB][/SUB] ứng với dòng bão hòa là [SUB][/SUB]. Rõ ràng là khi tăng giá trị phân cực ngược giữa kênh và cực cổng (bằng cách làm cho [SUB][/SUB] âm hơn) thì điểm nghẽn xảy ra sớm hơn (tức là ứng với [SUB][/SUB] nhỏ hơn) và dòng bão hòa cũng nhỏ hơn. Hình 4-6 biểu diễn đường cong đặc tuyến, còn gọi là đặc tuyến máng, có được khi cho [SUB][/SUB] lần lượt là 0, -1, -2, -3 và -4 V. Đường parabol đứt nét cho thấy tập hợp các điểm xảy ra nghẽn. Giá trị của [SUB][/SUB] trên đường cong này được gọi là điện áp bão hòa [SUB][/SUB]. Tại một giá trị [SUB][/SUB] bất kỳ, giá trị [SUB][/SUB] tương ứng là hiệu số giữa [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]: [SUB][/SUB]. Biểu thức của đường parabol là:
[SUB][/SUB] (4-1)
Để minh họa, cho [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]; tại [SUB][/SUB] ta tìm được
[SUB][/SUB]
chính là dòng bão hòa của đường [SUB][/SUB]. Lưu ý là trong hình 4-6, vùng bên phải của đường parabol được gọi là vùng nghẽn. Đây là vùng hoạt động thông thường của JFET khi được sử dụng ở chế độ khuếch đại. Nó còn được gọi là vùng tích cực (active) hoặc vùng bão hòa (saturation). Vùng bên trái của đường parabol được gọi là vùng điện trở phụ thuộc áp (voltage-controlled-resistance), vùng ohmic, hoặc vùng triode. Trong vùng này, điện trở giữa cực máng và cực nguồn được điều khiển bởi [SUB][/SUB].

Đường nằm dọc theo trục hoành trong hình 4-6 cho thấy [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB]bất chấp giá trị của [SUB][/SUB]. Khi [SUB][/SUB] phân cực ngược chuyển tiếp giữa cực cổng và kênh dẫn bằng giá trị [SUB][/SUB], vùng nghèo hai bên kênh dẫn mở rộng chiếm toàn bộ kênh và dòng máng bị tắt. Vì giá trị của [SUB][/SUB] tại đó dòng máng bị tắt bằng [SUB][/SUB], điện áp nghẽn còn được gọi là điện áp tắt cổng-nguồn (gate-to-source cutoff voltage). Từ đó có thể thấy là để xác định giá trị [SUB][/SUB] từ đặc tuyến máng ta có hai cách: thứ nhất, đó là giá trị của [SUB][/SUB] tại đó [SUB][/SUB] bão hòa khi [SUB][/SUB]; thứ hai, đó là giá trị của [SUB][/SUB] tại đó toàn bộ dòng máng đều tắt, nghĩa là [SUB][/SUB].
Điểm đặc biệt đáng giá của FET khi được dùng trong các bộ khuếch đại điện áp đó là điện trở ngõ vào rất cao tại cực cổng của nó. Vì giữa cực cổng và cực nguồn là chuyển tiếp PN phân cực ngược nên dòng chảy vào cực cổng lúc này chỉ có dòng rò rất nhỏ của chuyển tiếp. Do đó, nguồn tín hiệu chỉ lái cực cổng bằng một dòng rất nhỏ và FET được xem là có điện trở ngõ vào rất cao. Giá trị này có thể đến vài trăm megaohms.
Hình 4-7 vẽ cấu trúc và đặc tuyến máng cho JFET kênh P. Trong JFET kênh P, tất cả các cực của điện áp là ngược lại so với JFET kênh N. Hình 4-7(b) chứng tỏ là các giá trị dương của [SUB][/SUB] điều khiển độ lớn dòng bão hòa trong vùng nghẽn.


Hình 4-8 vẽ ký hiệu qui ước để biểu diễn JFET kênh N và kênh P. Hình 4-9 biểu diễn đặc tuyến đánh thủng của một JFET kênh N. Đánh thủng xảy ra tại các giá trị [SUB][/SUB] lớn và do cơ chế đánh thủng thác lũ gây ra.

[jgcvnr]

Đặc tuyến truyền đạtĐặc tuyến truyền đạt của linh kiện biểu diễn quan hệ giữa dòng ngõ ra và điện áp ngõ vào với một điện áp ngõ ra cố định. Khi ngõ vào của JFET là điện áp giữa cực cổng và cực nguồn và dòng ngõ ra là dòng máng (cấu hình nguồn chung), đặc tuyến truyền đạt có thể được suy ra từ đặc tuyến máng. Ta chỉ cần dựng một đường thẳng đứng trên đặc tuyến máng ([SUB][/SUB] là hằng số) và ghi lại giá trị của [SUB][/SUB] tại mỗi giao điểm với đường [SUB][/SUB] là hằng số. Các giá trị của [SUB][/SUB] có thể được vẽ theo [SUB][/SUB] để tạo nên đặc tuyến truyền đạt. Hình 4-10 mô tả quá trình này.
Trong hình 4-10, đặc tuyến truyền đạt được vẽ cho [SUB][/SUB]. Như ta thấy trong hình, giá trị [SUB][/SUB] này làm cho tất cả các điểm làm việc đều nằm trong vùng nghẽn. Ví dụ, giao điểm của đường [SUB][/SUB] và đường [SUB][/SUB] xảy ra tại [SUB][/SUB]. Tại [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]. Tập hợp của các giá trị [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] này tạo nên một đặc tuyến truyền đạt có dạng parabol. Lưu ý là giao điểm của đường đặc tuyến này với trục [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB] và với trục [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB].

Biểu thức cho đặc tuyến truyền đạt trong vùng nghẽn là
[SUB][/SUB] (4-2)
Biểu thức này cho phép xác định được chính xác giá trị của [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB]. Đặc tuyến truyền đạt thường được gọi là đặc tuyến luật bình phương (square-law) của JFET và được sử dụng trong một số ứng dụng trong đó ngõ ra là một hàm phi tuyến của ngõ vào.
Ví dụ 4-1
Một JFET kênh N có điện áp nghẽn là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].
1. Tìm giá trị của [SUB][/SUB] trong vùng nghẽn khi [SUB][/SUB].
2. Tìm giá trị [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB].
Hướng dẫn
1. Ta dùng biểu thức 4-2 cho [SUB][/SUB]:
[SUB][/SUB]
2. Biểu thức 4-1 cho thấy liên hệ của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Chú ý là ta chọn căn bậc hai dương vì [SUB][/SUB] là dương đối với JFET kênh N. Đối với một JFET kênh P, ta cần phải chọn căn âm. Giá trị của [SUB][/SUB] cũng có thể được tính từ [SUB][/SUB].

[nvminh]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Hướng dẫn
1. Đường tải cắt trục [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB] và trục [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB]. Tại giao điểm của đường tải với [SUB][/SUB](điểm [SUB][/SUB] trên hình 4-13) giá trị của điểm tĩnh là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].
2. Đường tải giống như câu 1. Thay đổi [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] làm cho điểm [SUB][/SUB] di chuyển đến điểm [SUB][/SUB]. Ta thấy là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].
Câu 2 của ví dụ trên cho thấy một kết quả quan trọng. Lưu ý là việc thay đổi [SUB][/SUB] đến giá trị [SUB][/SUB] trong mạch phân cực của hình 4-12 làm cho điểm [SUB][/SUB] di chuyển ra khỏi vùng nghẽn và vào trong vùng điện trở phụ thuộc áp. Như đã nói, điểm [SUB][/SUB] phải nằm trong vùng nghẽn đối với các mạch khuếch đại thông thường. Để đảm bảo điểm [SUB][/SUB] nằm trong vùng nghẽn, giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] phải lớn hơn [SUB][/SUB]. Điện áp nghẽn đối với linh kiện mà đặc tuyến của nó được cho trong hình 4-13 có giá trị xấp xỉ [SUB][/SUB]. Vì [SUB][/SUB] và giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB], nên biểu thức [SUB][/SUB] không thỏa mãn. Do đó [SUB][/SUB] nằm ngoài vùng nghẽn.
Giá trị của [SUB][/SUB] cũng có thể tính được bằng cách dùng đặc tuyến truyền đạt của JFET. Vì đặc tuyến truyền đạt vẽ [SUB][/SUB] theo [SUB][/SUB], ta chỉ cần xác định [SUB][/SUB] và đọc giá trị [SUB][/SUB] tương ứng. Giá trị của [SUB][/SUB] có thể tính bằng cách dùng biểu thức 4-3. Phương pháp này sử dụng đồ thị để tính và cho phép ta thấy được hoạt động bên trong của linh kiện, trong đó các biến trong mạch ảnh hưởng lẫn nhau. Giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] cũng có thể tính bằng cách dùng các biểu thức nếu ta biết giá trị của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].
Ví dụ 4-3
Cho JFET trong hình 4-12 có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB], hãy tính giá trị tĩnh cho [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB]. Giả sử là JFET được phân cực trong vùng nghẽn.
Hướng dẫn
Từ biểu thức 4-2,
[SUB][/SUB]
Từ biểu thức 4-2, [SUB][/SUB]. Kết quả này khá chính xác so với các tính toán từ đồ thị trong ví dụ 4-3. Chú ý là ta cần phải có giả sử là JFET nằm trong vùng nghẽn. Nếu tính toán trên tạo ra kết quả [SUB][/SUB] nhỏ hơn [SUB][/SUB], ta kết luận là linh kiện không được phân cực trong vùng nghẽn và ta phải sử dụng phương pháp khác để tính điểm [SUB][/SUB].

[windy]

Các giá trị của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] có thể thay đổi rất rộng đối với các JFET khác nhau. Khi mạch phân cực cố định được dùng để xác định điểm [SUB][/SUB], một sự thay đổi trong các thông số của JFET có thể làm cho các giá trị phân cực tĩnh thay đổi rất lớn. Giả sử là một JFET có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] được thay vào mạch phân cực hình 4-12 trong ví dụ 4-3, với [SUB][/SUB] như cũ, thì
[SUB][/SUB]
Các kết quả này cho thấy là [SUB][/SUB] tăng [SUB][/SUB] so với giá trị đã có được trong ví dụ 4-3 và [SUB][/SUB] giảm [SUB][/SUB]. Do đó, ta có thể kết luận là mạch phân cực cho JFET dùng phân cực cố định có độ ổn định phân cực không được tốt.
Hình 4-14 biểu diễn một dạng mạch phân cực có sự ổn định tốt hơn mà chỉ dùng một nguồn cung cấp. Phương pháp này được gọi là tự phân cực vì điện áp rơi trên [SUB][/SUB] do dòng tĩnh ngõ ra gây ra sẽ xác định điện áp phân cực [SUB][/SUB]. Ta thấy là [SUB][/SUB] tại cực nguồn so với đất. Đối với JFET kênh N, điều này có nghĩa là cực nguồn là dương so với cực cổng vì cực cổng được nối đất. Nói cách khác, cực cổng là âm so với cực nguồn như yêu cầu phân cực của JFET kênh N: [SUB][/SUB]. Đối với JFET kênh P, cực cổng là dương so với cực nguồn [SUB][/SUB].

[SUB][/SUB] (4-5)
[SUB][/SUB] (4-6)
Các biểu thức 4-5 và 4-6 mô tả các đường thẳng khi vẽ trên hệ trục [SUB][/SUB]. Các đường này được gọi là đường phân cực (bias line). Giá trị phân cực tĩnh của [SUB][/SUB] có thể tìm được bằng đồ thị bằng cách vẽ đường phân cực trên cùng trục tọa độ với đặc tuyến truyền đạt. Giao điểm của hai đường này xác định vị trí của điểm [SUB][/SUB]. Ta cũng có thể giải hệ phương trình bao gồm biểu thức đường phân cực và biểu thức luật bình phương để tìm điểm làm việc tĩnh này. Giá trị phân cực tĩnh của [SUB][/SUB] có thể được tính bằng cách cộng các điện áp cho ngõ ra trong hình 4-14:
[SUB][/SUB] (4-7)
Ví dụ 4-4
Đặc tuyến truyền đạt của JFET trong hình 4-15 được vẽ trong hình 4-16. Tìm các giá trị phân cực tĩnh cho [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] bằng cách dùng đồ thị.

Hướng dẫn
Vì [SUB][/SUB], biểu thức đường phân cực là [SUB][/SUB]. Lưu ý là đường phân cực luôn luôn đi qua gốc tọa độ. Vẽ đường này lên hệ trục và xác định giao điểm của nó với đường đặc tuyến truyền đạt. Giao điểm của nó là [SUB][/SUB], đó là dòng máng tĩnh. Giá trị [SUB][/SUB] tương ứng là xấp xỉ [SUB][/SUB]. Giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] được tính bằng biểu thức 4-7.
[SUB][/SUB]

Phương pháp đại số - tự phân cực
Các giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] trong mạch tự phân cực cũng có thể được tính bằng cách giải hệ phương trình như đã nói ở phần trên. Để thực hiện được phương pháp này ta cần phải biết giá trị của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Cũng như trong trường hợp phân cực cố định, các kết quả chỉ có ý nghĩa nếu điểm làm việc nằm trong vùng nghẽn, nghĩa là [SUB][/SUB]. Biểu thức 4-8 cho thấy kết quả của việc tính toán giá trị tĩnh [SUB][/SUB], [SUB][/SUB], [SUB][/SUB] bằng phương pháp đại số. Các biểu thức này dùng được cho JFET kênh N lẫn JFET kênh P vì biểu thức dùng trị tuyệt đối của các giá trị trong tính toán.
[SUB][/SUB] (4-8)

[lds-1]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 4-5
Sử dụng biểu thức 4-8 để tìm điểm phân cực trong ví dụ 4-5.
Hướng dẫn
Như trong hình 4-15, [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Đặc tuyến truyền đạt trong hình 4-16 cho thấy [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Vì vậy, với biểu thức 4-8 ta có:
[SUB][/SUB]
Vì JFET là kênh N, [SUB][/SUB]. Các kết quả này phù hợp với ví dụ 4-4. Vì [SUB][/SUB], điểm phân cực nằm trong vùng nghẽn và các kết quả là có giá trị.

[info]

Để thấy là phương pháp tự phân cực cho độ ổn định phân cực tốt hơn phương pháp phân cực cố định, ta sẽ so sánh mức độ thay đổi giá trị tĩnh của [SUB][/SUB] của mỗi phương pháp, khi các thông số của JFET trong ví dụ trước bị thay đổi thành [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Trong mỗi trường hợp, ta giả sử là điểm phân cực ban đầu (khi dùng JFET có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]) được đặt tại [SUB][/SUB], sau đó JFET mới được thay vào trong mạch. Ta đã thấy là [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB], do đó mạch phân cực cố định có V[SUB]GS[/SUB] được xác định bằng một nguồn [SUB][/SUB]. Khi [SUB][/SUB] được thay đổi là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB], với [SUB][/SUB] cố định tại [SUB][/SUB], ta tìm được giá trị mới của [SUB][/SUB] trong mạch phân cực cố định là
[SUB][/SUB]
Sự thay đổi này của [SUB][/SUB] là khoảng [SUB][/SUB], từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB].
Bây giờ ta sẽ xem xét ảnh hưởng của việc thay đổi JFET trong mạch tự phân cực. Dùng biểu thức 4-8 ta có thể tìm được [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB]. Trong trường hợp này, [SUB][/SUB] chỉ thay đổi khoảng [SUB][/SUB], sự thay đổi này là ít hơn một nửa so với phân cực cố định.

Hình 4-17 biểu diễn đặc tuyến truyền đạt của JFET có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] và đặc tuyến truyền đạt của JFET có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Đường phân cực [SUB][/SUB] được vẽ cắt cả hai đặc tuyến tại các điểm đã xác định được ở trên: [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Trên đồ thị còn vẽ đường thẳng đứng [SUB][/SUB], là đường tương ứng của phương pháp phân cực cố định. Đường này cắt các đặc tuyến tại hai giá trị: [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Đồ thị này có thể cho ta thấy rõ ràng là tại sao phương pháp tự phân cực lại tạo ra ít thay đổi hơn so với phương pháp phân cực cố định khi thay đổi thông số JFET: độ dốc của đường phân cực càng nhỏ, mức độ thay đổi trong các giá trị tĩnh càng thấp.
Phân cực bằng cầu chia áp
Trên hình 4-17, ta có thể thấy là độ dốc của đường phân cực càng nhỏ thì độ thay đổi trong [SUB][/SUB] càng thấp. Độ dốc của đường này có thể càng nhỏ hơn nữa nếu ta tăng [SUB][/SUB], tuy nhiên, nếu [SUB][/SUB] quá lớn sẽ làm cho giá trị [SUB][/SUB] trở nên quá nhỏ. Có một cách khác có thể làm giảm độ dốc của đường phân cực mà vẫn giữ cho [SUB][/SUB] không quá nhỏ là nối một nguồn [SUB][/SUB] đến cực cổng (đối với JFET kênh N) trong mạch tự phân cực.


Hình 4-18(a) vẽ dạng phân cực này. [SUB][/SUB] làm cho điểm giao của đường phân cực và trục hoành dịch đến giá trị [SUB][/SUB] như trong hình 4-18(b). Biểu thức của đường phân cực lúc này là
[SUB][/SUB] (4-9)
Trong thực tế, điện áp dương tại cực cổng được tạo ra bằng cách dùng cầu phân áp nối đến cực nguồn từ áp cung cấp [SUB][/SUB]. Đối với JFET kênh P, cực cổng phải mang điện áp âm, áp này được tạo ra từ cầu phân áp [SUB][/SUB]. Hình 4-19 biểu diễn các dạng phân cực này. Vì điện trở ngõ vào cực cổng là rất lớn (do cấu trúc phân cực ngược), cầu chia áp không bị gánh tải, do đó khi phân tích ta có thể bỏ qua tải của cầu phân áp này (khác với cầu phân áp của phân cực cho BJT). Điện áp giữa cực cổng và đất là
[SUB][/SUB] (4-10)
Đối với JFET kênh P là [SUB][/SUB]. Biểu thức đường phân cực cho JFET kênh N và kênh P là
[SUB][/SUB] (4-11)
[SUB][/SUB] (4-12)
Lưu ý là [SUB][/SUB] dương trong biểu thức 4-11 và âm trong biểu thức 4-12.
Phương pháp đại số cho phương pháp phân cực dùng cầu phân áp Dạng tổng quát để tìm điểm phân cực trong phương pháp dùng cầu phân áp được cho trong biểu thức 4-13. Các kết quả này là đúng cho cả JFET kênh N lẫn kênh P. Các giá trị tìm được phải kiểm tra điều kiện [SUB][/SUB] để đảm bảo là điểm làm việc nằm trong vùng nghẽn. Biểu thức 4-13 cũng có thể được dùng như biểu thức 4-8 khi cho [SUB][/SUB] là 0.
[SUB][/SUB] (4-13)

[truong3an]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 4-6
JFET kênh P trong hình 4-20 có đặc tuyến truyền đạt được cho trong hình 4-21. Tìm các giá trị tĩnh cho [SUB][/SUB] (1) bằng đồ thị và (2) bằng phương pháp đại số.

Hướng dẫn
1. Để tìm biểu thức đường phân cực, ta cần tìm điện áp [SUB][/SUB]:
[SUB][/SUB]
Từ biểu thức 4-12, đường phân cực là
[SUB][/SUB] (4-14)
Đường này cắt trục [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB]. Điểm cắt thứ hai là giao điểm với trục [SUB][/SUB]:
[SUB][/SUB]
Đường phân cực này được vẽ trong hình 4-21. Có thể thấy là đường phân cực này cắt đặc tuyến truyền đạt tại [SUB][/SUB].
2. Từ hình 4-20, [SUB][/SUB], [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Từ đặc tuyến truyền đạt trong hình 4-21 ta thấy là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Trong phần (1) ta đã tính được [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB]. Sử dụng biểu thức 4-13, ta có
[SUB][/SUB]
Thay các giá trị này vào biểu thức tính [SUB][/SUB] ta có [SUB][/SUB].
[SUB][/SUB]
Vì JFET là kênh P nên [SUB][/SUB].
[SUB][/SUB]
Vì [SUB][/SUB], các kết quả này là được chấp nhận.

4-4Thiết kế phân cực JFET
Trong thiết kế phân cực cho JFET, ta cần phải tính [SUB][/SUB], [SUB][/SUB], và [SUB][/SUB], [SUB][/SUB] để có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] theo yêu cầu thiết kế với nguồn [SUB][/SUB] cho trước. Biểu thức 4-15 dùng cho mạch tự phân cực có thể được suy ra từ biểu thức 4-7 để tìm [SUB][/SUB], và giải biểu thức 4-5, 4-6 với biểu thức luật bình phương để tìm [SUB][/SUB]. Các kết quả này có thể dùng cho JFET kênh N và kênh P.
[SUB][/SUB] (4-15)
Lưu ý là giá trị [SUB][/SUB] có thể được chọn trước nếu giới hạn mà điểm phân cực có thể thay đổi là xác định. Đường thẳng nối các điểm phân cực mong muốn khi đặc tuyến thay đổi sẽ cắt trục hoành tại giá trị [SUB][/SUB]. Giá trị này có thể được tính từ độ dốc của đường phân cực như trong hình 4-22.
Với [SUB][/SUB] đã biết, [SUB][/SUB] có thể được tính bằng biểu thức 4-15 bằng cách chọn trước [SUB][/SUB]. Thông thường [SUB][/SUB] nhỏ hơn [SUB][/SUB] vì vậy [SUB][/SUB] xác định giới hạn trên cho điện trở ngõ vào của mạch.
[SUB][/SUB] (4-16)

[tanvinhloc]

Ví dụ 4-7
Một JFET kênh N được phân cực tại [SUB][/SUB] bằng một nguồn cung cấp [SUB][/SUB]. Đặc tuyến tối ưu của FET có [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Dòng máng tĩnh không nên thay đổi quá [SUB][/SUB] quanh giá trị tối ưu [SUB][/SUB] khi đặc tuyến của JFET thay đổi từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] với [SUB][/SUB] thay đổi từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB]. Tìm các giá trị [SUB][/SUB], [SUB][/SUB], [SUB][/SUB], [SUB][/SUB] trong mạch phân cực dùng cầu phân áp.
Tìm giới hạn thực của [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] trên giới hạn của đặc tuyến JFET khi dùng các điện trở chuẩn [SUB][/SUB], giả sử là các điện trở này có giá trị tối ưu.

Hướng dẫn
Đầu tiên ta phải tìm [SUB][/SUB] sử dụng hình 4-22. Các giá trị [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] tương ứng với [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] là
[SUB][/SUB]
Do đó [SUB][/SUB]
Và [SUB][/SUB]
Từ hình 4-22,
[SUB][/SUB]
Dùng biểu thức 4-16,
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Chọn [SUB][/SUB] ta có
[SUB][/SUB]
Các giá trị điện trở chuẩn [SUB][/SUB] gần nhất là [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Dùng các giá trị này trong biểu thức 4-18 ta có thể tìm được giới hạn của [SUB][/SUB] là từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB] thay đổi từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] trên giới hạn thay đổi của đặc tuyến JFET.