Bài giảng Mạch điện tử - Chương III: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET

Mặt khác: 
 VDS = VDD - (RD + RS)ID (3.8) 
 VD = VDD - RDID (3.9) 
 VS = RSID (3.10) 
3.2 DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH KIỂU TĂNG: 
3.2.1Phân cực bằng cầu chia điện thế. 
3.2.2 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế. 
 Ta xét ở DE-MOSFET kênh N. 
 Ðể điều hành theo kiểu tăng, ta phải phân cực sao cho VGS >0 nên ID >IDSS, do 
đó ta phải chú ý đến dòng thoát tối đa IDmax 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. Các điện trở R1, R2 , RS phải được chọn 
Page 4 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
sao cho VG>VS tức VGS >0. Thí dụ ta xem mạch phân cực hình 3.7. 
 - Ðặc tuyến truyền được xác định bởi: 
 IDSS = 6mA
 VGS(off) =-3v 
 - Ðường phân cực được xác định bởi: 
 VGS = VG-RSID 
 Vậy VGS(off) = 1.5volt - ID(mA). 0,15 (kW) 
 Từ đồ thị hình 3.8 ta suy ra: 
IDQ =7.6mA 
VGSQ = 0.35v 
VDS = VDD - (RS+RD)ID = 3.18v 
 3.2.2 Phân cực bằng mạch hồi tiếp điện thế: 
 Mạch cơ bản hình 3.9 
Page 5 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 - Ðặc tuyến truyền giống như trên. 
 - Ðường phân cực xác định bởi: 
 VGS = VDS = VDD - RDID (3.11) 
trùng với đường thẳng lấy điện. 
 Vẽ hai đặc tuyến này ta có thể xác định được IDQ và VGSQ 
3.3 MẠCH PHÂN CỰC E-MOSFET: 
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 (VGS >0 ở kênh N và VGS <0 ở 
kênh P), nên người ta thường dùng mạch phân cực bằng cầu chia điện thế hoặc hồi tiếp điện thế. 
 Ở E-MOSFET kênh N khi VGS còn nhỏ hơn VGS(th) thì dòng thoát ID =0 mA, 
khi VGS >VGS(th) thì ID được xác định bởi: 
 Hệ số k được xác định từ các thông số của nhà sản xuất. Thường nhà sản xuất 
cho biết VGS(th) và một dòng ID(on) tương ứng với một điện thế VGS(on). 
 Suy ra: 
 Ðể xác định và vẽ đặc tuyến truyền người ta xác định thêm 2 điểm: một điểm ứng 
với VGS VGS(on) 
Page 6 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 3.3.1 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế: 
 Vì IG = 0 nên VD = VG và VGS = VDS
 VGS = VDS = VDD - RDID (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 
 Từ mạch cổng nguồn ta có: VG = VGS - RSID 
 Þ VGS = VG - RSID (3.14) 
Ðây là phương trình đường phân cực. 
 Do điều hành theo kiểu tăng nên ta phải chọn R1, R2, RS sao cho:
Page 7 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 VGS >VS = RSID tức VGS >0 
 Giao điểm của đặc tuyến truyền và đường phân cực là điểm điều hành Q. Từ đồ 
thị ta suy ra IDQ và VGSQ và từ đó ta có thể tìm được VDS, VD, VS ... 
3.4 MẠCH KẾT HỢP BJT VÀ FET: 
 Ðể ổn định điểm tĩnh điều hành cho FET, người ta có thể dùng mạch phân cực 
kết hợp với BJT. BJT ở đây đóng vai trò như một nguồn dòng điện. Mạch phân cực cho BJT 
thường dùng là mạch cầu chia điện thế hay ổn định cực phát. Thí dụ ta xác định VD và VC của 
mạch hình 3.15. 
 Ðể ý là: bRE = 288k >10R2 = 240k nên ta có thể áp dụng phương pháp tính gần 
đúng: 
 Ta có thể giải phương trình trên để tìm VGS. Ðơn giản hơn ta dùng phương pháp 
đồ thị. Cách vẽ đặc tuyến truyền như ở phần trước. Từ đồ thị ta suy ra: VGS=-3.7volt. Từ đó: 
Page 8 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 VC = VB - VGS = 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. Sinh viên thử phân giải để xác định VC, VD của mạch. 
3.5 THIẾT KẾ MẠCH PHÂN CỰC DÙNG FET: 
 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... để xác định các thông số chưa biết. 
 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. Trị số tốt nhất thường được 
chọn là hoặc . Ngoài ra, VDS 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 ID = 2.5 mA, VD = 12v. Dùng FET có 
IDSS = 6mA, VGS(off) =-3v. Xác định RD và RS. 
 Từ đặc tuyến truyền Þ Khi ID = 2.5mA thì VGS=-1v. 
 Vậy: VGS=-RSID (RS =-VGS/ID =0.4kW (chọn RS = 390W) 
Page 9 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
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. Ðiểm khác nhau chủ yếu 
ở JFET và DE-MOSFET là tổng trở vào của DE-MOSFET lớn hơn nhiều (sinh viên xem lại 
giáo trình linh kiện điện tử). 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 
VGS). Ở BJT ta có độ lợi dòng điện b thì ở FET có độ truyền dẫn gm. 
 Với tín hiệu nhỏ, mạch tương đương xoay chiều của FET như hình 3.19a, trong 
đó rp là tổng trở vào của FET. 
 Ở JFET, rp khoảng hàng chục đến hàng trăm MW, trong lúc ở MOSFET thường 
ở hàng trăm đến hàng ngàn MW. Do đó, thực tế người ta có thể bỏ rp trong mạch tương đương 
(hình 3.19b). 
 rd là tổng trở ra của FET, được định nghĩa: 
 tức tùy thuộc vào điểm điều hành, rd có thể thay đổi từ vài chục 
kW đến vài chục MW. 
 rd và gm thường được nhà sản xuất cho biết dưới dạng rd=1/yos; gm=yfs ở một 
điểm điều hành nào đó. 
Page 10 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Nếu trong mạch thiết kế, RD (điện trở nối từ cực thoát lên nguồn) không lớn lắm 
(vài kW), ta có thể bỏ rd trong mạch tương đương (hình 3.19c). 
3.7 MẠCH KHUẾCH ÐẠI DÙNG JFET HOẶC DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH THEO KIỂU 
HIẾM: 
3.7.1 Mạch cực nguồn chung. 
3.7.2 Mạch cực nguồn chung với điện trở cực nguồn RS. 
3.7.3 Mạch khuếch đại cực thoát chung. 
3.7.4 Mạch khuếch đại cực cổng chung. 
 3.7.1 Mạch cực nguồn chung: 
 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 Ri=RG ở hình 3.20 và 3.21; Ri=R1 //R2 ở hình 3.22. Phân giải mạch ta 
tìm được: 
Page 11 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 - Tổng trở ra: Z0 = rd //RD (3.17) 
 3.7.2 Ðộ lợi điện thế của mạch khuếch đại cực nguồn chung với điện trở RS : 
 Giả sử ta xem mạch hình 3.24 với mạch tương đương hình 3.25. 
 3.7.3 Mạch khuếch đại cực thoát chung hay theo nguồn(Common Drain or source 
follower) 
 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 
Page 12 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Mạch tương đương xoay chiều được vẽ ở hình 3.28. Trong đó: 
 Ri=RG trong hình 3.26 và Ri = R1 //R2 trong hình 3.27. 
 - Ðộ lợi điện thế: 
 Ta có: v0 = (gmvgs)( RS //rd) 
 Vgs = vi - v0 
 - Tổng trở vào Zi = Ri (3.20) 
 - Tổng trở ra: Ta thấy RS song song với rd và song song với nguồn dòng điện 
gmvgs. Nếu ta thay thế nguồn dòng điện này bằng một nguồn điện thế nối tiếp với điện trở 1/gm
và đặt nguồn điện thế này bằng 0 trong cách tính Z0, ta tìm được tổng trở ra của mạch: 
 Z0 = RS //rd // 1/gm (3.21) 
 3.7.4 Mạch khuếch đại cực cổng chung: ( Common-gate circuit) 
 Mạch căn bản và mạch tương đương xoay chiều như hình 3.29a và 3.29b. 
Page 13 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
3.8 MẠCH KHUẾCH ÐẠI DÙNG E-MOSFET: 
 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. 
Page 14 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Thông thường gmRG >>1 nên AV = -gm(RG //rd //RD) 
 Nhưng RG thường rất lớn nên AV ¹ -gm(rd //RD) (3.25) 
 - Xác định giá trị của gm: 
 gm 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 gm có thể được tính một cách gần đúng từ công 
thức: gm = 2k[VGS - VGS(th)] 
 với k có trị số trung bình khoảng 0.3mA/V2. 
 - Tổng trở vào: 
 - Tổng trở ra: 
 Z0 = RD //rd //RG (3.27) 
3.9 THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ÐẠI DÙNG FET: 
 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 
Page 15 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
cho độ lợi điện thế bằng 10. 
 RG nên chọn khá lớn để không làm giảm tổng trở vào của mạch. Thí dụ ta có thể 
chọn RG= 10MW. 
Giảng viên: Trương Văn Tám 
Page 16 of 16Chương 3:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...