Giáo trình Cấu kiện điện tử - Dư Quang Bình

ược 
sử dụng như một điện trở được điều khiển bằng điện áp (VCR) [voltage controlled resistance]. 
Các giá trị điện trở có thể được tạo ra sẽ thay đỗi từ một vài chục Ω [ohm] (hoặc thấp hơn đối 
với FET công suất) lên đến một vài GΩ (1 GΩ = 1000 MΩ). 
Ứng dụng thông thường của mạch này trong phạm vi các mạch điều khiển hệ số khuyếch đại tự 
động [automatic gain control circuits]. Khi đó điện áp điều khiển điện trở được lấy từ mạch phân 
áp với một điện trở cố định để tạo thành một bộ suy giảm được điều khiển bằng điện áp [voltage 
controlled attenuator] như mạch cho ở hình 3.48. 
Mạch suy giảm được dùng trong đường hồi tiếp âm của 
bộ khuyếch đại để làm thay đổi hệ số khuyếch đại của 
mạch. Điện áp cung cấp cho FET để điều khiển điện trở 
của mạch suy giảm là được trích từ tín hiệu ra của mạch 
khuyếch đại và được bố trí sao cho nếu biên độ điện áp ra 
tăng, thì lượng hồi tiếp âm tăng, dẫn đến làm giảm hệ số 
khuyếch đại của bộ khuyếch đại. Điều này cho phép duy 
trì biên độ ra tại một giá trị không đổi nào đó độc lập với 
biên độ của tín hiệu vào. Kỹ thuật này thường được sử 
dụng, ví dụ như: giữ âm lượng của một máy thu radio 
không đổi, ngay khi cường độ của tín hiệu radio luôn 
thay đổi. 
Một ứng dụng khác của các bộ suy giảm được điều khiển 
bằng điện áp là trong việc chế tạo các bộ dao động, mà 
trong đó mạch điều khiển hệ số khuyếch đại tự động 
dùng để ổn định hệ số khuyếch đại của bộ dao động mà 
không làm méo dạng tín hiệu ra. 
Các mạch suy giảm được điều khiển bằng điện áp có thể được sử dụng với các tín hiệu vào DC 
hay AC, do FET là dụng cụ có tính đối xứng trong nguyên tắc làm việc của nó (mặc dù đặc tính 
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG 
95
của các FET đối với các tín hiệu vào có cực tính khác nhau thường rất khác nhau), nhưng để 
tránh gây méo dạng thì biên độ của tín hiệu vào cần phải được hạn chế ở một vài chục milivolts. 
g) FET như một chuyển mạch tương tự. 
Bằng cách đặt một điện áp thích hợp đến cực cổng của FET, ta có thể biến đổi điện trở máng-
nguồn hiệu dụng từ vài chục ohm hay thấp hơn (ngắn mạch một cách hiệu dụng trong nhiều ứng 
dụng) đến một giá trị cao, tức là có thể xem mạch hầu như là hở mạch. Điện trở của FET ở hai 
trạng thái như trên được gọi là điện trở dẫn [ON resistance] và điện trở ngưng [OFF resistance]. 
Khả năng chuyển dụng cụ từ ‘ Dẫn’ [ON] sang ‘Ngưng’ [OFF] theo phương pháp này sẽ cho 
phép FET được sử dụng như một chuyển 
mạch, như hình 3.49. 
Hình 3.49a là chuyển mạch nối tiếp 
dùng JFET. MOSFET có thể được sử 
dụng theo cách tương tự. Khi FET được 
chuyển sang Dẫn [ON] thì điện trở giữa 
lối vào và lối ra của mạch rất nhỏ, bằng 
điện trở ON của FET, dụng cụ được xem 
như ngắn mạch. Khi FET chuyển sang 
Ngưng [OFF] thì điện trở giữa lối vào và 
lối ra của mạch sẽ bằng với điện trở OFF 
của FET. 
Do có nhiều khoảng giá trị khác nhau giữa điện trở ON và OFF, nên FET thường được dùng như 
một chuyển mạch rất hiệu quả. 
Hình 3.49b mô tả FET được sử dụng ở mạch song song. Ở đây điện trở nối tiếp R được chọn lớn 
so với RON , và nhỏ so với ROFF. Bộ phân áp sẽ tạo nên một điện áp ra gần bằng Vi khi dụng cụ 
chuyển sang OFF, và gần bằng không khi dụng cụ chuyển sang ON. 
Khi dùng FET như các chuyển mạch tương tự, cần phải đảm bảo các điều kiện làm việc thích 
hợp cho dụng cụ. Chủ yếu đảm bảo không được vượt quá điện áp đánh thủng của cổng, nhưng 
cũng cần phải đảm bảo điện áp thích hợp ở cổng để dụng cụ làm việc theo cả hai trạng thái: Dẫn 
hoàn toàn hoặc Ngưng hoàn toàn. Đối với MOSFET kênh-n, thì cổng có thể lấy điện áp dương 
lớn hơn để chuyển dụng cụ sang Dẫn [ON], và phải có điện áp 
âm so với điện áp vào để chuyển dụng cụ sang Ngưng [OFF]. 
Đối với JFET trạng thái hơi khác với MOSFET, đặc biệt khi sử 
dụng ở các mạch nối tiếp, vì tiếp giáp cổng của JFET cần phải 
không được phân cực thuận. Mạch dùng cho JFET cho ở hình 
3.50. Khi điện áp chuyển mạch VS dương hơn so với điện áp 
vào Vi thì diode sẽ được phân cực ngược và điện áp cổng sẽ 
bằng với Vi do điện trở R, sẽ chuyển FET sang ON. Nếu VS có 
giá trị âm thì diode sẽ dẫn và đưa điện áp âm vào cổng so với 
nguồn và chuyển FET về OFF. 
h) FET như một chuyển mạch số. 
Ngoài ứng dụng FET làm chuyển mạch tương tự, các FET 
(riêng các MOSFET) được sử dụng rộng rãi trong các ứng 
dụng số. Trong đó, các mạch thường theo hai trạng thái hay 
nhị phân [binary], trong các mạch số, tất cả các tín hiệu đều 
được quy về một trong hai dải điện áp, một dải điện áp biểu diễn trạng thái thứ nhất (ví dụ trạng 
thái ON), và dải điện áp khác biểu diễn trạng thái thứ hai (ví dụ trạng thái OFF). Các khoảng 
điện áp này thường được xem như mức ‘logic 1’ và ‘logic 0’. Trong các mạch dùng MOSFET 
thì thường đối với các mức điện áp gần bằng 0 sẽ tương đương với một mức logic 0, và đối với 
các điện áp gần bằng điện áp dương của nguồn cung cấp sẽ tương đương với mức logic 1. 
Một mạch logic đơn giản nhất là bộ đảo logic [logical inverter] cần cho việc tạo ra một điện áp 
tương ứng với mức logic 1 nếu đầu vào tương ứng với mức logic 0, và ngược lại. Mạch đảo đơn 
giản để thực hiện chức năng này cho ở hình 3.51a. Mạch sử dụng một MOSFET tăng cường 
kênh-n và một điện trở. Khi được dùng như một mạch đảo logic, thì điện áp vào sẽ thay đổi theo 
cả hai hướng: gần bằng 0 (mức logic 0) hoặc gần bằng điện áp nguồn VDD (mức logic 1). Khi 
điện áp vào gần bằng 0 V, thì MOSFET tăng cường sẽ được chuyển về ngưng dẫn [OFF] (vì 
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG 
96
dụng cụ cần phải có điện áp dương đặt trên cổng để tạo ra kênh dẫn giữa vùng máng và vùng 
nguồn), vì vậy dòng máng là không đáng kể, tức là không có sụt áp trên điện trở R, do đó điện 
áp ra gần bằng với điện áp nguồn cung cấp 
VDD (mức logic 1). Khi điện áp vào gần 
bằng với điện áp nguồn cung cấp, thì 
MOSFET sẽ được chuyển sang dẫn [ON] 
và có dòng chảy qua điện trở R, điện áp ra 
giảm gần bằng với mức đất chung (mức 
logic 0). Như vậy, khi điện áp lối vào cao 
thì sẽ có điện áp lối ra thấp và ngược lại 
nên mạch có chức năng của một bộ đảo. 
Mạch ở hình 3.51a hoàn toàn có thể thực 
hiện với các linh kiện rời nhưng ít được 
dùng trong các vi mạch (IC). Một trong 
những lý do giải thích tại sao các MOSFET được sử dụng rộng rải trong các vi mạch số là do 
mỗi MOSFET chỉ cần một diện tích rất nhỏ trên phiến Silicon, nên cho phép chế tạo một số 
lượng lớn các dụng cụ trên một chíp đơn. Ngược lại các điện trở thường chiếm một tỷ lệ diện 
tích lớn hơn nhiều. Do vậy, khi chế tạo các mạch đảo logic bằng MOSFET người ta thường sử 
dụng mạch như ở hình 3.51b. Trong đó, một MOSFET thứ hai được dùng như một tải tích cực, 
làm giảm nhiều diện tích vùng Silicon cần thiết để chế tạo các mạch đảo trong các vi mạch. 
Tương tự, cũng có thể chế tạo các mạch đảo bằng MOSFET tăng cường kênh-p ở cả dạng rời và 
dạng vi mạch như trên. 
i) Các mạch CMOS. 
Trong các mạch NMOS và PMOS được giới thiệu ở trên, giá trị của điện trở tải R (hoặc điện trở 
hiệu dụng của MOSFET được dùng thay vào vị trí của điện trở) sẽ ảnh hưởng đến điện trở ra của 
mạch khi lối ra ở mức cao, và có sự tiêu tán công suất của cổng khi lối ra ở mức thấp. 
Khi điện áp lối vào thấp , thì chuyển mạch MOSFET chuyển về ngưng dẫn [OFF] và lối ra được 
đẩy lên cao bởi điện trở tải R. để nhận được điện trở ra thấp thì R cần phải nhỏ. 
Khi lối vào ở mức cao, thì chuyển mạch MOSFET sẽ được chuyển sang dẫn [ON] và lối ra được 
đẩy xuống thấp. Do sự chuyển mạch MOSFET có điện trở ON thấp nên điện trở ra thấp, làm cho 
mạch hút mức dòng cao từ tải ngoài. Trong trường hợp này hầu như toàn bộ điện áp nguồn cung 
cấp được đặt trên điện trở tải R tạo ra một dòng lớn và vì vậy sẽ tiêu tán công suất lớn. Để tối 
thiểu hóa công suất tiêu tán này thì điện trở tải cần phải lớn. 
Rõ ràng là các đòi hỏi điện trở ra thấp và tiêu tán công suất thấp là các yêu cầu đối lập nhau trên 
giá trị của R. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng mạch như ở hình 3.52. 
Trong đó cả hai transistor NMOS và PMOS được ghép thành một mạch mà bây giờ được mô tả 
như mạch MOSFET bổ phụ [Complementary MOS] hay mạch logic CMOS. Khi điện áp vào 
gần bằng 0, thì dụng cụ kênh-n T2 sẽ được chuyển về ngưng dẫn [OFF] nhưng dụng cụ kênh-p 
T1 được chuyển sang dẫn [ON]. Khi điện áp lối vào gần bằng với mức điện áp nguồn cung cấp 
thì vị trí được đảo ngược, với T1 ngưng [OFF] và T2 dẫn [ON]. Như vậy, với cả hai trạng thái ở 
lối vào thì một trong hai transistor sẽ dẫn [ON] và transistor kia ngưng [OFF]. 
Mạch ở hình 3.52a có thể được tương đương bởi mạch hình 3.52b. Với chuyển mạch T1 kín và 
T2 hở, thì lối ra sẽ được đẩy lên mức cao và điện trở lối ra thấp, được xác định bởi điện trở mở-
điện trở ON của T1. Với T2 kín và T1 hở, thì lối ra sẽ được đẩy xuống thấp và điện trở ra cũng 
xuống thấp mà bây giờ được xác định bởi điện trở ON của T2. Trong cả hai trường hợp, vì một 
trong hai chuyển mạch được chuyển về ngắt [OFF] nên chỉ có sự cung cấp dòng là dòng là dòng 
kéo về bởi tải. Nếu tải là một MOSFET khác loại thì dòng kéo về sẽ không đáng kể vì điện trở 
vào cao của các MOSFET. Vì vậy, cả hai trạng thái điện trở ra của mạch CMOS là rất thấp và sự 
tiêu tán công suất là cực nhỏ. Trên thực tế, khi ở trạng thái tĩnh, thì sự tiêu tán công suất thường 
không đáng kế. Ở các mạch ứng dụng thì công suất được tiêu thụ bởi một mạch CMOS được xác 
định bằng một lượng nhỏ dòng điện chảy qua khi các dụng cụ chuyển mạch từ trạng thái này 
sang trạng thái khác. Trong một khoảng thời gian ngắn, cả hai transistor đều dẫn, tạo ra một 
ngắn mạch đột ngột từ nguồn cung cấp đến đất chung. Do tiêu thụ công suất thấp, nên các mạch 
CMOS được sử dụng rộng rải trong các ứng dụng làm việc bởi nguồn cung cấp bằng pin. Vấn đề 
này sẽ được thảo luận trong các giáo trình khác. 
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG 
97