Bài giảng Electronic devices and circuit - Chapter 3: Field-Effect Transistor - Võ Tấn Phương

BK TP.HCM 2016 dce ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT Faculty of Computer Science and Engineering Department of Computer Engineering Vo Tan Phuong 2016 dce 2 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Chapter 3 Field-Effect Transistor 2016 dce 3 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Nội dung trình bày • Phân loại FET • Cấu tạo và hoạt động của JFET • Cấu tạo và hoạt động của MOSFET • Phân cực cho FET 2016 dce 4 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phân loại Field-Effect Transistor (FET) 2016 dce 5 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phân loại Field-Effect Transistor (tt) • Phân loại FET kênh p JFET kênh n MOSFET kênh p kênh n không cầu nối (E) có cầu nối (D) không cầu nối (E) có cầu nối (D) 2016 dce 6 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Cấu tạo JFET • Có hai loại, kênh n và kênh p • Gồm khối bán dẫn chính nối hai cực D và S và hai khối bán dẫn khác loại bên hông nối lại với nhau và nối với cực G 2016 dce 7 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Nguyên lý hoạt động JFET • G và S luôn phân cực ngược – VGS càng âm làm vùng nghèo càng mở rộng sâu  càng tăng điện trở giữa D và S – VGS giảm âm làm vùng nghèo thu hẹp lại  giảm điện trở giữa D và S • VDD là điện thế cấp nguồn cho dòng điện ID từ D đến S, điện trở RDS thay đổi dẫn đến ID thay đổi 2016 dce 8 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Đặc tuyến của JFET khi VGS = 0 • VGS = 0, tăng từ từ VDD : – Đoạn AB tuyến tính VDS = RID (điện trở gần như không đổi) – Đoạn BC (VDS > VP ), dòng điện ID không đổi (VDS càng tăng, vùng nghèo càng bịt kín, làm RDS tăng theo) 2016 dce 9 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Họ đặc tuyến của n JFET • Càng phân cực ngược, 0 < VGS < VGS(off) – Càng mở rộng vùng nghèo  càng dễ đạt trạng thái bịt kín – Các điểm trạng thái bịt kín nằm trên một đường cong parapol • Khi VGS âm đủ lớn (VGS = VGS(off)), vùng nghèo tự bịt kín, JFET ngưng dẫn 2016 dce 10 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phương trình truyền tải của JFET • Thể hiện mối quan hệ giữa VGS và ID lớn nhất • JFET kênh n có 0 ≥ VGS ≥ VGS(off) (hình dưới); kênh p ngược lại VGS(off) ≥ VGS ≥ 0 2016 dce 11 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 So sánh giữa JFET và BJT 2016 dce 12 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Nội dung trình bày • Phân loại FET • Cấu tạo và hoạt động của JFET • Cấu tạo và hoạt động của MOSFET • Phân cực cho FET 2016 dce 13 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 MOSFET có cầu nối (D-MOSFET) • Cực D và S là hai khối bán dẫn được nối với nhau bằng một kênh nhỏ (cầu nối), tất cả nằm trong một khối bán dẫn nền (substrate) khác loại • Cực G áp trên kênh nhỏ bằng lớp cách điện SiO2 • Cực SS nối vào khối bán dẫn nền; thông thường SS được nối vào S 2016 dce 14 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Nguyên lý hoạt động của D-MOSFET • Gần giống JFET, điểm khác: – VGS có thể dương (chế độ hỗ trợ - enhancement) 2016 dce 15 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Đồ thị của p D-MOSFET • Ngược VGS so với loại n 2016 dce 16 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 MOSFET không cầu nối (E-MOSFET) • Cấu tạo gần giống D-MOSFET, khác là không có kênh nhỏ nối D-S • Kênh nhỏ được tạo ra khi đặt một điện thế VGS dương vào cực G và S 2016 dce 17 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Hoạt động của E-MOSFET • Khi VGS dương đủ lớn (VGS ≥ VT), kênh dẫn được tạo ra cho phép dòng electron di chuyển từ S sang D • Khi VDS tăng đến ngưỡng sẽ làm kênh dẫn bị bịt kín • VGS càng dương kênh dẫn càng rộng  khó bị bịt kín 2016 dce 18 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phương trình truyền tải của E-MOSFET • ID quan hệ với VGS theo biểu thức: • Hệ số k được tính dựa vào thông số trong datasheet 2016 dce 19 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Datasheet của E-MOSFET 2016 dce 20 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Nội dung trình bày • Phân loại FET • Cấu tạo và hoạt động của JFET • Cấu tạo và hoạt động của MOSFET • Phân cực cho FET 2016 dce 21 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phân cực cho JFET • Có 3 kiểu: phân cực tĩnh, tự phân cực và phân cực dùng cầu chia áp 2016 dce 22 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 3 © Spring 2016 Phân cực cho MOSFET