Bài giảng Linh kiện điêhn tử - Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET)

N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Chương 5
Transistor hiệu ứng trường (FET)
• Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của FET (Field-Effect
Transistor)
• Các tham số và đặc tính của FET
• Phân cực cho FET
• Sơ đồ tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần
số thấp
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Transistor trường 
(Field-Effect Transistor)
• Là loại linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng
trường để điều khiển độ dẫn điện trong bán dẫn
đơn tinh thể
• Dòng điện chỉ do một loại hạt mang điện sinh ra
nên nó còn được gọi là linh kiện đơn cực
(unipolar device)
• Transistor trường gồm có hai loại:
– Nếu cực cửa cách ly với kênh bởi tiếp giáp p-n thì đó
là transistor trường cực cửa tiếp giáp JFET
– Nếu cực cửa cách ly với kênh bởi lớp oxit kim loại thì
đó là transistor trường cực cửa cách ly oxit kim loại
(MOSFET); MOSFET lại có hai loại là MOSFET kênh
đặt sẵn và MOSFET kênh cảm ứng
• Ưu điểm của transistor trường là: mức độ tiêu
hao năng lượng thấp, hoạt động tin cậy, ít nhiễu,
trở kháng vào rất lớn, trở kháng ra rất nhỏ,
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Transistor trường có cực cửa tiếp 
giáp (JFET)
• Cấu tạo
– Trên đế bán dẫn loại n (hoặc p) ta pha tạp hai lớp
bán dẫn loại p (hoặc n) có nồng độ cao; lớp bán dẫn
loại n (hoặc p) đó gọi là kênh dẫn
– Hai đầu của kênh dẫn đưa ra hai chân là cực Máng D
(Drain) và cực Nguồn S (Source); thường JFET có
cấu trúc đối xứng, nên cực D và cực S có thể đổi lẫn
cho nhau
– Hai miếng bán dẫn ở hai bên được nối với nhau và
được đưa ra một chân là cực cửa G (Gate)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Để JFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì phải
phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n
luôn phân cực ngược
• Xét nguyên lý làm việc của JFET kênh n:
– Để tiếp giáp p-n phân cực ngược thì UGS<0
– UDS>0 có tác dụng tạo ra dòng điện đi qua kênh
– Dòng điện đi qua kênh (dòng cực máng ID) phụ thuộc
vào cả UGS và UDS
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Nếu giữ UGS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ
thuộc của dòng cực máng ID vào UDS, ta có đặc
tuyến ra: ID=f(UDS)|Ugs=const
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Khi UGS=0
– Nếu UDS=0, chưa có điện trường cuốn các electron từ
S→D, nên ID=0
– Tăng dần UDS>0, tiếp giáp p-n bị phân cực ngược
mạnh dần, nhưng không đồng đều: phân cực mạnh
hơn ở phía D và giảm dần về phía S. Nếu chưa có sự
“thắt” kênh, thì điện trở của kênh là không đổi và dòng
ID tăng dần
– Tiếp tục tăng UDS, đến khi hai lơp tiếp giáp p-n gặp
nhau tại một điểm, đó là sự “thắt” kênh→UDS=UDSS
(pinch off)
– Tiếp tục tăng UDS thì điểm “thắt” sẽ dịch chuyển về
phía S, khi đó điện trở của kênh tăng dần, nên
ID=IDSS≈const
– Tiếp tục tăng UDS thì tiếp giáp p-n bị đánh thủng, JFET
không hoạt động được
• Khi UGS<0 thì hiện tượng thắt kênh sẽ diễn ra
sớm hơn, và IDbh nhỏ hơn
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
a. Kênh chưa thắt
b. Bắt đầu xảy ra hiện 
tượng thắt kênh
c. Điểm thắt dịch chuyển 
về phía S
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Họ đặc tuyến ra của JFET
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Nếu giữ UDS ở một giá trị cố định, và xét sự phụ
thuộc của dòng cực máng ID vào UGS, ta có đặc
tuyến truyền đạt: ID=f(UGS)|Uds=const
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
• Cho UDS=const>0
– Nếu UGS=0, lúc này tiếp giáp p-n bị phân cực ngược
yếu nhất, nên độ rộng của kênh là lớn nhất, do vậy
dòng ID là lớn nhất
– Nếu giảm UGS<0, tiếp giáp p-n phân cực mạnh dần
(vẫn phân cực không đồng đều: mạnh ở phía D, yếu
ở phía S), nên độ rộng của kênh giảm dần, do vậy
dòng ID cũng giảm dần
– Nếu tiếp tục giảm UGS<0, thì dòng ID tiếp tục giảm,
đến khi ID=0, thì UGS=Uoff (cut off)
– Nếu tiếp tục giảm UGS<0 thì tiếp giáp p-n bị đánh
thủng
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động JFET
2
1









off
GS
DSSD
U
U
IIDòng điện qua JFET/MOSFET:
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Các cách mắc JFET trong mạch 
khuếch đại
• JFET tương tự như một transistor lưỡng cực, với sự
tương ứng các cực là: D≡C; S≡E; G≡B, do vậy cũng có
các cách mắc trong mạch khuếch đại tương ứng là S-
chung, D-chung và G-chung (G-chung ít được dùng vì
trở kháng vào nhỏ, trở kháng ra lớn)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Phân cực cho JFET
• Để JFET làm việc ở chế độ khuếch đại thì phải
phân cực cho nó theo nguyên tắc tiếp giáp p-n
luôn phân cực ngược
• Đối với JFET kênh n thì UGS<0; JFET kênh p thì
UGS>0
• JFET cũng như transistor cũng có các cách
phân cực như: phân cực bằng hồi tiếp điện áp,
phân cực bằng điện trở phân áp, phân cực bằng
dòng cố địnhTuy nhiên các phương pháp này
không thực hữu hiệu khi phân cực cho JFET
• Phương pháp thông dụng nhất để phân cực
JFET là phương pháp tự phân cực (self-bias)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Phân cực cho JFET
• Phân cực cho JFET bằng phương pháp tự phân cực
DDDDD
SDGS
RIVU
RIU


Phương trình đường 
tải một chiều
 SDDDDDS RRIVU 
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Phân cực cho JFET
• Phân cực cho JFET bằng điện trở phân áp
Tính dòng điện và 
điện áp một chiều trên 
các cực của JFET? 
Biết UD=7V
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Các tham số của JFET ở chế độ tín 
hiệu nhỏ
constUgs
d
m
DS
u
i
g


Độ hỗ dẫn: Biểu thị khả năng điều khiển dòng điện cực 
máng của điện áp UGS
Trong datasheet của JFET thường cho độ hỗ dẫn ở 
UGS=0V: g0m









GSoff
GS
mm
U
U
gg 10
off
DSS
m
U
I
g
2
0 và
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Các tham số của JFET ở chế độ tín 
hiệu nhỏ
constUD
DS
o
GS
i
u
r


Trở kháng ra: Biểu thị sự ảnh hưởng của điện áp ra 
với dòng cực máng. 
Trở kháng vào: Do tiếp giáp p-n phân cực ngược, nên trở 
kháng vào rất lớn, khoảng 10-100MΩ, đây là ưu điểm của 
FET so với BJT
constUG
GS
i
DS
i
u
r


Điện dung tiếp xúc giữa các cực: Do tiếp giáp p-n phân
cực ngược, nên gữa các cực có điện dung của tiếp giáp p-n,
giá trị này cỡ vài chục pF, ở tần số thấp có thể bỏ qua
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Sơ đồ tương đương của JFET ở chế 
độ tín hiệu nhỏ, tần số thấp
Ở tần chế độ
làm việc với tín
hiệu nhỏ, tần số
thấp có thể bỏ
qua ảnh hưởng
của các tụ tiếp
xúc của các cực
r’gs: điện trở giữa hai cực G-S
r’ds: điện trở giữa hai cực D-S
r’gs và r’ds rất lớn nên coi như hở mạch
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Transistor trường có cực cửa cách ly 
(MOS-FET)
• Cấu tạo:
– Trên đế bán dẫn loại n (hoặc p), người ta pha tạp hai lớp bán
dẫn loại p (hoặc n) và đưa ra hai cực D và S
– Kênh dẫn nằm dưới cực cửa và nối giữa cực D và S; kênh dẫn
được cách ly với cực cổng G bởi lớp oxit cách điện (thường là
SiO2)
– Nếu kênh dẫn hình thành sẵn trong quá trình chế tạo thì ta có
loại MOSFET kênh đặt sẵn (Depletion MOSFET: DMOSFET);
Nếu kênh hình thành trong quá trình làm việc thì ta có MOSFET
kênh cảm ứng (Enhancement MOSFET: EMOSFET)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Transistor trường có cực cửa cách ly 
(MOS-FET)
• MOSFET kênh cảm ứng
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
MOSFET
MOSFET kênh đặt sẵn
MOSFET kênh cảm ứng
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động MOSFET
• Để MOSFET hoạt động ở chế độ khuếch đại thì
phải phân cực cho nó băng cách đặt lên các cực
của nó điện áp một chiều thích hợp. Khi làm việc
thì đế và cực S của MOSFET được nối với nhau
• Xét nguyên lý làm việc của DMOSFET kênh n:
– Đặt vào kênh điện áp UDS>0 có tác dụng tạo ra dòng
điện đi qua kênh ID
– Nếu UGS>0, điện trường do nó gây ra có tác dụng kéo
các hạt dẫn thiểu số từ đế vào kênh→chế độ giàu
của DMOSFET
– Nếu UGS<0, điện trường do nó gây ra có tác dụng kéo
các hạt dẫn đa số từ kênh về đế→chế độ nghèo của
DMOSFET
– Dòng điện đi qua kênh (dòng cực máng ID) phụ thuộc
vào cả UGS và UDS
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của DMOSFET
Giống JFET
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của EMOSFET
• EMOSFET chỉ hoạt động ở chế độ giàu: (UGS>0
đối với EMOSFET kênh n; và UGS<0 đối với
EMOSFET kênh p)
• Xét nguyên lý hoạt động của EMOSFET kênh n
– Khi UGS≤0, chưa có kênh dẫn, nên dù UDS>0, vẫn
không có dòng cực máng
– Khi UGS>0, kênh dẫn hình thành do điện trường do
UGS gây ra kéo các electron từ đế về kênh; điện áp
UGS bắt đầu hình thành kênh gọi là điện áp ngưỡng
UGSth
– Người ta tính được dòng ID:
 2GSthGSD UUKI 
K: là hằng số, đơn vị A/V2; thường được xác định 
nhờ các thông số trong datasheet của nhà sản xuất
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của EMOSFET