MẠCH ĐIỆN TỬ - CHƯƠNG 3

- 3.1 Phân cực JFET và DE-MOSFET điều hành theo kiểu hiếm..
- 3.2 DE-MOSFET điều hành theo kiểu tăng..
- 3.3 Mạch phân cực E-MOSFET..
- 3.5 Thiết kế mạch phân cực dung FET..
- 3.7 Mạch khuếch đại dùng JFET hoặc DE-MOSFET điều hành theo kiểu hiếm..
- 3.9 Thiết kế mạch khuếch đại dùng FET..
- Một sự khác biệt nữa là ở BJT người ta dùng sự biến thiên của dòng điện ngõ vào (I B ) làm công việc điều khiển, còn ở FET, việc điều khiển là sự biến thiên của điện thế ngõ vào V GS.
- FET có thể được dùng như một linh kiện tuyến tính trong mạch khuếch đại hay như một linh kiện số trong mạch logic.
- 3.1.1 Phân cực cố định..
- 3.1.2 Phân cực tự động..
- 3.1.3 Phân cực bằng cầu chia điện thế..
- Vì khi điều hành theo kiểu hiếm, 2 loại FET này đều hoạt động ở điện thế cực thoát dương so với cực nguồn và điện thế cực cổng âm so với cực nguồn (thí dụ ở kênh N), nên có cùng cách phân cực.
- Việc DE- MOSFET điều hành theo kiểu tăng (điện thế cực cổng dương so với điện thế cực nguồn) sẽ được phân tích ở phần sau của chương này..
- 3.1.1 Phân cực cố định:.
- Ta có: I G = 0.
- Ðường thẳng V GS =-V GG được gọi là đường phân cực.
- Ta cũng có thể xác định được I D từ đặc tuyến truyền.
- Ðiểm điều hành Q chính là giao điểm của đặc tuyến truyền với đường phân cực..
- 3.1.2 Phân cực tự động:.
- Ðây là dạng phân cực thông dụng nhất cho JFET.
- Trong kiểu phân cực này ta chỉ dùng một nguồn điện một chiều V DD và có thêm một điện trở RS mắc ở cực nguồn như hình 3.3.
- Þ V GS = V G - V S = -R S I D (3.3) Ðây là phương trình đường phân cực..
- Trong trường hợp này V GS là một hàm số của dòng điện thoát I D và không cố định như trong mạch phân cực cố định..
- Dòng I D cũng có thể được xác định bằng điểm điều hành Q.
- Ðó là giao điểm của đường phân cực với đặc tuyến truyền..
- V D = V DD -R D I D 3.1.3 Phân cực bằng cầu chia điện thế:.
- Ta có: V GS = V G - V S.
- Þ V GS = V G - R S I D (3.7) Ðây là phương trình đường phân cực..
- Do JFET điều hành theo kiểu hiếm nên phải chọn R 1 , R 2 và R S sao cho V GS <.
- I DQ và V GSQ chính là tọa độ giao điểm của đường phân cực và đặc tuyến truyền..
- Ta thấy khi R S tăng, đường phân cực nằm ngang hơn, tức V GS âm hơn và dòng I D nhỏ hơn.
- Từ điểm điều hành Q, ta xác định được V GSQ và I DQ .
- 3.2.1Phân cực bằng cầu chia điện thế..
- 3.2.2 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế..
- Ðể điều hành theo kiểu tăng, ta phải phân cực sao cho V GS >0 nên I D >I DSS , do đó ta phải chú ý đến dòng thoát tối đa I Dmax mà DE-MOSFET có thể chịu đựng được..
- 3.2.1 Phân cực bằng cầu chia điện thế:.
- Ðây là dạng mạch phân cực thông dụng nhất.
- Nên chú ý là do điều hành theo kiểu tăng nên không thể dùng cách phân cực tự động.
- Thí dụ ta xem mạch phân cực hình 3.7..
- Ðường phân cực được xác định bởi:.
- 0,15 (kW) Từ đồ thị hình 3.8 ta suy ra:.
- V DS = V DD - (R S +R D )I D = 3.18v 3.2.2 Phân cực bằng mạch hồi tiếp điện thế:.
- Ðường phân cực xác định bởi:.
- Vẽ hai đặc tuyến này ta có thể xác định được I DQ và V GSQ.
- 3.3.1 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế..
- 3.3.2 Phân cực bằng cầu chia điện thế..
- Do E-MOSFET chỉ phân cực theo kiểu tăng (V GS >0 ở kênh N và V GS <0 ở kênh P), nên người ta thường dùng mạch phân cực bằng cầu chia điện thế hoặc hồi tiếp điện thế..
- 3.3.1 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế:.
- V GS = V DS = V DD - R D I D (3.13) Ta thấy đường phân cực trùng với đường thẳng lấy điện.
- Giao điểm của đường phân cực và đặc tuyến truyền là điểm điều hành Q..
- 3.3.2 Phân cực bằng cầu chia điện thế:.
- Mạch này thông dụng hơn và có dạng như hình 3.13.
- Þ V GS = V G - R S I D (3.14) Ðây là phương trình đường phân cực..
- Do điều hành theo kiểu tăng nên ta phải chọn R 1 , R 2 , R S sao cho:.
- Giao điểm của đặc tuyến truyền và đường phân cực là điểm điều hành Q.
- Từ đồ thị ta suy ra I DQ và V GSQ và từ đó ta có thể tìm được V DS , V D , V S.
- Ðể ổn định điểm tĩnh điều hành cho FET, người ta có thể dùng mạch phân cực kết hợp với BJT.
- Mạch phân cực cho BJT thường dùng là mạch cầu chia điện thế hay ổn định cực phát.
- Thí dụ ta xác định V D và V C của mạch hình 3.15..
- Ðể ý là: bR E = 288k >10R2 = 240k nên ta có thể áp dụng phương pháp tính gần đúng:.
- Ta có thể giải phương trình trên để tìm V GS .
- V C = V B - V GS = 7.32v.
- Người ta cũng có thể dùng FET như một nguồn dòng điện để ổn định phân cực cho BJT như ở hình 3.17.
- Công việc thiết kế mạch phân cực dùng FET thật ra không chỉ giới hạn ở các điều kiện phân cực.
- Tùy theo nhu cầu, một số các điều kiện khác cũng phải được để ý tới, nhất là việc ổn định điểm tĩnh điều hành..
- Từ các thông số của linh kiện và dạng mạch phân cực được lựa chọn, dùng các định luật Kirchoff, định luật Ohm.
- và phương trình Schockley hoặc đặc tuyến truyền, đường phân cực.
- Tổng quát trong thực hành, để thiết kế một mạch phân cực dùng FET, người ta thường chọn điểm điều hành nằm trong vùng hoạt động tuyến tính.
- Ngoài ra, V DS cũng không được vượt quá trị số tối đa mà FET có thể chịu đựng được..
- Thí dụ: Trong mạch điện hình 3.18a, chọn I D = 2.5 mA, V D = 12v.
- Xác định R D và R S.
- 3.6 TÍNH KHUẾCH ÐẠI CỦA FET VÀ MẠCH TƯƠNG ÐƯƠNG XOAY CHIỀU TÍN HIỆU NHỎ:.
- Người ta cũng có thể dùng FET để khuếch đại tín hiệu nhỏ như ở BJT.
- JFET và DE-MOSFET khi điều hành theo kiểu hiếm có dạng mạch giống nhau.
- Trong lúc đó ở BJT, sự thay đổi dòng điện ngõ ra (dòng cực thu) được điều khiển bằng dòng điện ngõ vào (dòng cực nền), thì ở FET, sự thay đổi dòng điện ngõ ra (dòng cực thoát) được điều khiển bằng một điện thế nhỏ ở ngõ vào (hiệu thế cổng nguồn V GS.
- Với tín hiệu nhỏ, mạch tương đương xoay chiều của FET như hình 3.19a, trong đó r p là tổng trở vào của FET..
- Do đó, thực tế người ta có thể bỏ r p trong mạch tương đương (hình 3.19b)..
- g m =y fs ở một điểm điều hành nào đó..
- Nếu trong mạch thiết kế, R D (điện trở nối từ cực thoát lên nguồn) không lớn lắm (vài kW), ta có thể bỏ r d trong mạch tương đương (hình 3.19c)..
- Có thể dùng mạch phân cực cố định (hình 3.20), mạch phân cực tự động (hình 3.21) hoặc mạch phân cực bằng cầu chia điện thế (hình 3.22).
- Mạch tương đương xoay chiều vẽ ở hình 3.23..
- Trong đó R i =R G ở hình 3.20 và 3.21.
- R i =R 1 //R 2 ở hình 3.22.
- 3.7.2 Ðộ lợi điện thế của mạch khuếch đại cực nguồn chung với điện trở R S.
- Giả sử ta xem mạch hình 3.24 với mạch tương đương hình 3.25..
- Người ta có thể dùng mạch phân cực tự động hoặc phân cực bằng cầu chia điện thế như hình 3.26 và hình 3.27.
- Mạch tương đương xoay chiều được vẽ ở hình 3.28.
- R i =R G trong hình 3.26 và R i = R 1 //R 2 trong hình 3.27..
- Ðộ lợi điện thế:.
- Ta có: v 0 = (g m v gs.
- Nếu ta thay thế nguồn dòng điện này bằng một nguồn điện thế nối tiếp với điện trở 1/g m và đặt nguồn điện thế này bằng 0 trong cách tính Z 0 , ta tìm được tổng trở ra của mạch:.
- Common-gate circuit) Mạch căn bả n và mạch tương đương xoay chiề u như hình 3.29a và 3.29b..
- Do E-MOSFET chỉ điều hành theo kiểu tăng, nên thường được phân cực bằng cầu chia điện thế hoặc hồi tiếp điện thế..
- Thí dụ: Ta xem mạch hình 3.30a có mạch tương đương xoay chiều hình 3.30b..
- g m thường được nhà sản xuất cho biết ở một số điều kiện phân cực đặc biệt, hay có thể được tính từ điểm tĩnh điều hành.
- Hoặc g m có thể được tính một cách gần đúng từ công thức: g m = 2k[V GS - V GS(th).
- Vấn đề thiết kế mạch khuếch đại dùng FET ở đây giới hạn ở chỗ tìm các điều kiện phân cực, các trị số của linh kiện thụ động để có được độ lợi điện thế mong muốn..
- Thí dụ: Thiết kế mạch khuếch đại phân cực tự động dùng JFET như hình 3.31 sao.
- cho độ lợi điện thế bằng 10..
- Thí dụ ta có thể chọn R G = 10MW.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt