Bài giảng Mạch điện tử - Chương 3: FET - Nguyễn Thanh Tuấn

1Chương 3: 
FET
Chương 3-2
NỘI DUNG
 Nguyên lý hoạt động
 Mạch phân cực (DC)
 Mạch tín hiệu nhỏ (AC)
Chương 3-3
3.1 Nguyên lý hoạt động
 Đặc điểm - Phân loại - Ký hiệu
 FET kênh n
 FET kênh p
 Cấu tạo và hoạt động phân cực
 JFET
 MOSFET (IGFET)
Chương 3-4
 Kênh bán dẫn được điều khiển bởi điện áp. 
 FET kênh p
 FET kênh n
 3 cực
 Cực cổng G
 Cực nguồn S
 Cực máng D
 Phi tuyến
Đặc điểm – Phân loại – Ký hiệu
PN
Chương 3-5
Cấu tạo JFET
NP P
Drain 
(D)
Source 
(S)
Gate 
(G)
PN N
Drain 
(D)
Source 
(S)
Gate 
(G)
Hoạt động phân cực JFET
 V
GS
= 0
 V
GS
= -1
 V
GS
= -2 = -V
p0
Chương 3-6
Vùng điện trở.
Vùng khuếch đại
(bão hịa).
Vùng tắt.
Hoạt động phân cực JFET (tt)
 Họ đặc tuyến JFET kênh n và điều kiện hoạt động ở vùng
dẫn khuếch đại (bão hòa).
Chương 3-7
 - Vpo ≤ VGS ≤ 0
 Vp = Vpo + VGS ≤ VDS
 0 ≤ IDS = Ip ≤ Ipo
Cấu tạo MOSFET
Chương 3-8
Hoạt động phân cực MOSFET
 V
GS
= 0
 -V
p0
< V
GS
< 0
 V
GS
> 0
Chương 3-9
Vùng điện trở.
Vùng khuếch đại
(bão hịa).
Vùng tắt.
 Họ đặc tuyến MOSFET kênh n và điều kiện hoạt động ở
vùng dẫn khuếch đại (bão hòa).
Chương 3-10
 - Vpo ≤ VGS
Vp = Vpo + VGS ≤ VDS
0 ≤ IDS = Ip ≤ Ipo
Ví dụ tìm dòng và áp nghẽn của FET
Chương 3-11
Cho FET cĩ phương trình đặc tính dịng áp là
IDS = 2.10
-4 (1+0.25 VGS )
2 (A)
a. Tìm dịng và áp nghẽn khi VGS =0.
b. Tìm dịng và áp nghẽn khi VGS = -1, -2, -4 (V).
c. Tìm dịng và áp nghẽn khi VGS =1, 2, 4 (V).
Cách 1:
Ta cĩ: IDS = 2.10
-4 (1 + 0.25 VGS )
2 (1).
Mặt khác: IDS = Ipo (2).
Đồng nhất (1) và (2) ta cĩ : Ipo =2. 10
-4 (A), Vpo = 4 (V)
Giải
Ví dụ tìm dòng và áp nghẽn của FET (tt)
Chương 3-12
Cách 2:
VGS = 0 thì I = 2.10
-4 (1+0.25 . 0 )2 = 2.10-4 (A) = Ipo.
IDS = 0 thì 2.10
-4 (1+0.25 . VGS )
2 = 0 
giải PT ta được VDS = -4 (V) Vpo = 4 (V).
VGS -4 -2 -1 0 1 2 4
Ip= IDS 0 0.5 1.125 2.10
-4 3.125 4.5 8
Vp= VDS 0 2 3 4 5 6 8
JFET
MOSFET
Chương 3-13
3.2 Mạch phân cực
 Mạch phân cực cho JFET
 Mạch phân cực cho MOSFET
 Chế độ nghèo
 Chế độ tăng cường
Mạch phân cực cho JFET
Chương 3-14
Từ (1) và (2) cho ta hệ PT hai ẩn
IDSQ và VGSQ. Giải hệ ta cĩ điểm Q.
Ta cĩ:
0 = RG IG + VGS + RS ID
= 0 + VGS + RS ID
 VGS = - RS ID (Đường phân cực ) (1)
Đặc tuyến truyền:
IDS =ID = Ipo (2)
Ví dụ mạch phân cực JFET
Chương 3-15
Cho mạch như hình vẽ : Ipo = 0.1 mA , Vpo = 4 V. Tìm Q (IDS , VGS , VDS)?
Giải
Ta cĩ: VGS = VG - VS = - VS = - RS IDQ (IG =0)
 VGSQ = - RS IDQ (1)
Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta cĩ :
6.25x10-3 (VGSQ)
2 + 1.05 VGSQ + 0.1 = 0
VGSQ = -0.095V
VGSQ= - 168V ( Lọai vì < -Vpo)
 VDS = VDD - IDQ (RS + RD )= 19.81 (V)
Nhận xét: RG khơng ảnh hưởng đến sự phân cực do IG =0.
Mạch phân cực cho MOSFET
Chương 3-16
VG = VDD R2 / (R1 + R2)
VDS = VDD - ID (RS + RD )
VG = RG IG + VGS + RS ID = 0 + VGS + RS ID
 VGS = VG - RS ID (Đường phân cực )
Đặc tuyến truyền:
IDS =ID = Ipo
Điểm tĩnh Q:
IDQ = Ipo và VGSQ = VG - RS IDQ
Giải hệ trên tìm được Q (IDQ , VGSQ ) 
Mạch phân cực cho MOSFET (tt)
Chương 3-17
Ðường phân cực xác định bởi:
VGS = VDS = VDD –RDID (1)
Đặc tuyến truyền:
IDS =ID = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta cĩ hệ PT 
hai ẩn IDSQ và VGSQ. 
Giải hệ ta cĩ điểm Q
VDS = VDD - ID RD
Ví dụ mạch phân cực MOSFET
Chương 3-18
Cho mạch như hình vẽ: Ipo = 6mA , Vpo = 3V. Tìm Q?
Giải
Từ (1) và (2) ta cĩ :
0.1 (VGSQ)
2 + 1.6 VGSQ -0.6 = 0
VGSQ = 0.366 V
VGSQ= - 16.366 V (Lọai vì < -Vpo)
Ta cĩ :
VG = VDD R2 / (R1 + R2) = 1.5 V
VGSQ = VG - RS IDQ (1)
Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Ví dụ mạch phân cực MOSFET (tt)
Chương 3-19
Cho mạch như hình vẽ : Ipo = 4mA, Vpo = 4V. Tìm Q?
Giải
Ta cĩ:
VGS = VDD –RDID – RGIG = VDD –RDID (IG =0)
 VGSQ = VDD –RDIDQ (1)
Mặt khác:
IDQ = Ipo (2)
Từ (1) và (2) ta cĩ :
0.5(VGSQ)
2 + 5 VGSQ – 10 = 0
VGSQ = 1.7 V
VGSQ= - 11.7 V ( Lọai vì < -Vpo)
Nhận xét: RG khơng ảnh hưởng đến sự phân cực do IG =0.
Chương 3-20
3.3 Mạch tín hiệu nhỏ
 Mô hình tương đương của FET: dạng S chung
 Các thông số AC của FET
 Mô hình nguồn dòng phụ thuộc áp
 Mô hình nguồn áp phụ thuộc áp
 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ (CS – CD – CG)
 Tính toán độ lợi dòng-áp và trở kháng vào-ra
 Kỹ thuật phản ánh trong FET: bảo toàn dòng i
DS
 Mô hình tương đương của mạch khuếch đại
Mô hình tương đương của FET
Chương 3-21
Phân tích mạch CS
Chương 3-22
Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-23
Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-24

Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-25
Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-26

Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-27

Phân tích mạch CS (tt)
Chương 3-28

Phân tích mạch CD
Chương 3-29
Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-30
Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-31
Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-32
Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-33

Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-34

Phân tích mạch CD (tt)
Chương 3-35
 mạch CD dùng làm mạch đệm, để
cách ly áp giữa các tầng

Kỹ thuật phản ánh trong FET
Chương 3-36
Kỹ thuật phản ánh trong FET (tt)
Chương 3-37
* Phản ánh về D (S giả):
+ Mạch D  S* 
+ Cực D: giữ nguyên
+ Cực S*:
Trở kháng: (µ + 1)
Nguồn áp : (µ + 1)
Nguồn dịng giữ nguyên
Từ những chỗ khác nhau giữa (1) và (2) ta đưa ra
nguyên tắc phản ánh như sau:
Kỹ thuật phản ánh trong FET (tt)
Chương 3-38
+ Cực S: giữ nguyên
+ Cực D*:
Trở kháng: /(µ + 1)
Nguồn áp : /(µ + 1)
Nguồn dịng giữ nguyên
Phân tích mạch CD dùng phản ánh
Chương 3-39
Phân tích mạch CD dùng phản ánh (tt)
Chương 3-40

Phân tích mạch CD dùng phản ánh (tt)
Chương 3-41

Phân tích mạch CD dùng phản ánh (tt)
Chương 3-42
Phân tích mạch CD dùng phản ánh (tt)
Chương 3-43
Phân tích mạch CG
Chương 3-44
Phân tích mạch CG (tt)
Chương 3-45
Phân tích mạch CG dùng phản ánh
Chương 3-46
Phân tích mạch CG dùng phản ánh (tt)
Chương 3-47
Phân tích mạch CG dùng phản ánh (tt)
Chương 3-48
Phân tích mạch CG dùng phản ánh (tt)
Chương 3-49
Chương 3-50
Mô hình tương đương của MKĐ dòng
Chương 3-51
Mô hình tương đương của MKĐ áp
Chương 3-52
So sánh MKĐ dùng BJT và FET
Chương 3-53
Cách ghép Sơ đồ mạch
CS vs CE
< 0 < 0
CD vs CC
> 0
CG vs CB
> 0 > 0
Chương 3-54
TÓM TẮT
 Nguyên lý hoạt động
 Mạch phân cực (DC)
 Mạch tín hiệu nhỏ (AC)
Chương 3-55
BÀI TẬP 1
Hai IGFET được nối với nhau song song như trong hình
B9.3. Nếu kết quả cho thấy thiết bị 3 đầu cuối này là
JGFET thì hãy tìm gm. Ứng với mỗi IGFET ta cĩ:
Chương 3-56
BÀI TẬP 2
Chương 3-57
BÀI TẬP 3
10K
C --> 
88k 
12k 
S
D
G
500 
1.5k 
C --> 
2k 
20VVDD
a/ Tìm điểm hoạt động Q khi sử dụng 2N3796
b/ Tính µ, rds, gm
c/ Tính độ lợi vL/vi
Chương 3-58
BÀI TẬP 4
Thiết kế một mạch khuếch đại cĩ độ lợi là 10.
Điện áp cung cấp là 24V. Sử dụng linh kiện 2N3796 (gm=4m 
mho, rds=17KΩ, µ=68).
Chương 3-59
BÀI TẬP 5
Bộ kéo theo nguồn được thiết kế sử dụng trong mạch
điện hình B9.8. JFET 2N4223 được sử dụng trong mạch
này. Độ lợi lớn hơn 0,8. Tìm R1,RS1 và Rs2.
Chương 3-60
BÀI TẬP 6
Đặc tuyến vi của khuếch đại CG cho trong hình B 9.9 được mơ tả
xấp xỉ từ phương trình:
a) Vẽ đặc tuyến
b) Tìm điểm Q bằng đồ thị
c) Tính gm
d) Cho rds = 10k, hãy tính µ
e) Xác định Zi, Zo và độ lợi vd/vi 
Chương 3-61
BÀI TẬP 7
Cả 2 FET đều được
xác định trước các
thơng số gm, µ và rds.
Hãy tính
a/ iL như là một hàm
của v1 và v2
b/ v01, v02, v03
c/ điện trở ngõ ra
nhìn từ đầu cuối S1S2’
VGG2
V2
S
D
G
RL
Rd
S
D
G
V1
VGG2
VDD
8
Chương 3-62
BÀI TẬP 8
Cho T1 và T2 đồng nhất cĩ cùng thơng số. (H.B9.11)
a) Tìm vd2 như là một hàm của v1 và v2.
b) So sánh CMRR của FET và BJT.
c) Cho Rs =10k, Rd=10k, gm=5 m mho và rds=10kΩ, hãy tính CMRR và
Zo tại cực máng của T2.
Chương 3-63
BÀI TẬP 9
Cấu hình Darlington cĩ
thể được xây dựng lại
bằng cách sử dụng
JFET và BJT như hình.
a/ Xác định Zif và Zof
b/ Tìm dạng mơ phỏng
của độ lợi vc/vi
Vi
ri
C
Re1
S
D
G
E
C
B
VDD
Re2
Re1
Chương 3-64
BÀI TẬP 10
Ba transistor T1, T2 và
T3 tạo thành một mạch
khuếch đại vi sai. JFET 
T4 là bộ khuếch đại
Darlington được sử
dụng để đạt được tổng
trở ngõ vào cao. 
(H.B9.15)
a) Nếu điện trở nhìn từ
collector của T3 là vơ
cùng lớn, hãy xác
định Zi.
b) Tính vL/vi .
Chương 3-65
ĐÁP ÁN 1
Chương 3-66
ĐÁP ÁN 2
Chương 3-67
ĐÁP ÁN 3
Chương 3-68
ĐÁP ÁN 3 (tt)
Vi
10k 
12k 88k 
1.5k 
2k rds
µVg
88(1+µ)k
5
0
0
G
D
S
0,5
+
VL
-
Chương 3-69
ĐÁP ÁN 4
Để thuận lợi cho bài tốn ta chọn Rs=0
Để tính R1,R2 ta chọn giá trị VGSQ=6 V
Ta cĩ:
VGS=VG-VS=VG =
→ 18R1= 6R2
→R2=3R1
Vậy Rb= >>10k
Chương 3-70
ĐÁP ÁN 4 (tt)
Av= 
Thay giá trị µ=68 vào.
6,8( ) =17k+
5,8( ) =17k Ω
= 4.41k Ω
Chương 3-71
ĐÁP ÁN 5
Chương 3-72
ĐÁP ÁN 6
b) Tìm điểm Q gồm
Dựa vào mạch ta tìm được
=
Thay =15 V, 
ta được phương trình sau
Chương 3-73
ĐÁP ÁN 6 (tt)
biến đổi
Điều kiện
- = -1 V
Loại giá trị -4 chọn giá trị 1 
=1 +1=2V 
Thay =1V vào đồ thị,chiếu lên trục tung
ta tính được = 4. mA
Chương 3-74
ĐÁP ÁN 6 (tt)
c)Tính
Thay vào ta được
= 0,4 mΩ
d) Cho =10k
Ta tính µ dựa vào cơng thức
= 0,4.10=4
Chương 3-75
ĐÁP ÁN 6 (tt)
=
=
= 7,5k
=
=
= 15k
= = = =0,57
Chương 3-76
ĐÁP ÁN 7
V2
RL
rd
µ1Vgs1
Rd
rd
µ2Vgs2
V1
Chương 3-77
ĐÁP ÁN 7 (tt)
Chương 3-78
ĐÁP ÁN 8
Chương 3-79
ĐÁP ÁN 8 (tt)
b) Trong mạch FET: Trong mạch BJT:
Đối với FET, giá trị này phụ thuộc cơ bản vào:
Chương 3-80
ĐÁP ÁN 8 (tt)
Chương 3-81
ĐÁP ÁN 8 (tt)
CMRR
Mà µ =
Vậy CMRR
Chương 3-82
ĐÁP ÁN 8 (tt)
Vì 2 FET này giống nhau nên cĩ chung hệ số µ. 
=
=
= 
Chương 3-83
ĐÁP ÁN 9
Chương 3-84
ĐÁP ÁN 10