Giáo trình Mạch điện tử 1 - Chương 6: Transistor hiệu ứng trường FET (Phần 2)

Chương 6 14 
6.6 Giải tích tín hiệu nhỏ 
6.6.1 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 
Mạch tương đương tìn hiệu nhỏ (tần số dải giữa): 
ƒ Điện trở gate-source: 
hi = rgs = ∞→∂
∂
QG
GS
i
v : Hở mạch 
ƒ Hệ số khuếch đại áp ngược: hr ≈ 0 
Chương 6 15 
ƒ Độ xuyên dẫn (transconductance): 
 gm = 
QGS
DS
v
i
∂
∂ (S) 
 Từ công thức: 
2
2 1][ ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +=−=
po
GS
poTNGSnDS V
v
IVvki 
 ⇒ gm = DSQn Ik2 
ƒ Điện trở drain-source: 
 rds = 
QDS
DS
i
v
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
∂
∂ 
 Lý thuyết: rds → ∞ 
 Thực tế: rds ≈ 20 – 500 KΩ; rds ∼ 1/IDQ 
ƒ Hệ số khuếch đại: 
QGS
DS
v
v
∂
∂−=µ = gmrds 
6.6.2 Mạch khuếch đại áp cực nguồn chung (CS): 
Mạch CS: 
Chương 6 16 
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 
Trở kháng vào nhìn từ nguồn: Zi = R3 + (R1 // R2) 
Trở kháng ra nhìn từ tải: Zo = Rd // rds 
Hệ số khuếch đại áp: 
ii
i
oLm
i
L
v rZ
Z
ZRg
v
vA +−== )//( 
Chương 6 17 
Ví dụ: Xác định Av, Zi, Zo của mạch KĐ dùng MOSFET sau: 
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 
Tại D: 
Lds
ds
gsm
f
dsgs
Rr
v
vg
R
vv
i
//
+=−= 
Chương 6 18 
Với vgs = vi ⇒ )//(1//
1)/1(
1
Ldsm
fLds
fm
i
ds
v RrgRRr
Rg
v
v
A −≈⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−−==
−
 = - 12 
Zi = 
v
f
fdsi
ii
A
R
Rvv
v
i
v
−=−= 1/)( = 7,7 KΩ 
Zo = dsf
vo
ds rR
i
v
i
//
0
=
=
 = 13 KΩ 
6.6.3 Mạch theo nguồn (Source follower – CD): 
Mạch CD: 
DCLL: VDD = vDS + iDS (Rs1 + Rs2) 
Điện áp phân cực: VGSQ = - IDSQ Rs1 
Thông thường, để Q nằm giữa DCLL: vDS ≈ (VDD / 2) >> VGSQ ⇒ Rs1 << Rs2 
Chương 6 19 
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: (Giả sử bỏ qua R1 rất lớn) 
ƒ Trở kháng ngõ ra (nhìn từ Rs): 
0=
=
ivo
s
o i
vZ 
Ngõ ra: vs = µvgs + iords 
Do vi = 0 → vgs = - vs 
⇒ vs = - µvs + iords 
⇒ Zo = 1+µ
dsr ≈ 
mg
1 (Giả sử µ >> 1) 
ƒ Độ lợi áp hở mạch (không có Rs): 
g
s
Rv v
v
A
s
=∞→
' 
Ngõ ra: vs = µvgs = µ (vg – vs) 
⇒ 
1
'
+= µ
µ
vA ≈ 1 (Giả sử µ >> 1) 
Chương 6 20 
ƒ Trở kháng ngõ vào: 
i
g
i i
v
Z = 
Để xác định Zi, sử dụng nguồn tương đương Thevenin ngõ ra: 
⇒ 
sm
sm
sm
sv
g
s
i
s
v Rg
Rg
Rg
RA
v
v
v
vA +×+=+=== 11/1
'
µ
µ 
Với giả sử R1 >> Rs2: iiR1 = vg – va ≈ vg - s
ss
s v
RR
R
12
2
+ = vg - gvss
s vA
RR
R
12
2
+ 
⇒ 
i
g
i i
v
Z = ≈ 
21
2
1
1
1
ss
s
RR
R
R
+×+− µ
µ ≈ (µ + 1)R1 (Giả sử Rs2 >> Rs1) 
ƒ Nhận xét: Giống như mạch Emitter Follower (BJT): Zi lớn; Zo nhỏ; Av ≈ 1 
Chương 6 21 
6.6.4 Phản ánh trở kháng: 
ƒ Xét mạch sau: 
Mạch tương đương tin hiệu nhỏ: 
Chương 6 22 
⇒ 
ddss
gs
ds RrR
vvv
i ++
−+= 23µ 
trong đó: vgs = v1 – v2 – ids Rs 
⇒ 
ddss
ds RrR
vvv
i +++
+−+=
)1(
)1( 231
µ
µµ ⇒ Mạch tương đương khi phản ánh vào cực D: 
Chương 6 23 
Viết lại: 
)1/()1/(
)1/()1/( 231
++++
−+++= µµ
µµµ
ddss
ds RrR
vvv
i ⇒ Mạch tương đương khi phản ánh vào cực S: 
Chương 6 24 
ƒ Các bước thực hiện phản ánh trở kháng: 
1) Tương đương đoạn DS của FET bằng điện trở rds nối tiếp nguồn áp (µv1) [cực 
dương ở S]. Xem đoạn mạch này gắn liền với phần mạch cực D 
2) Phản ánh vào D: 
Giữ nguyên phần mạch cực D và đoạn tương đương DS 
Phần mạch cực S × (µ + 1) 
3) Phản ánh vào S: 
Giữ nguyên phần mạch cực S 
Phần mạch cực D và đoạn tương đương DS : (µ + 1) 
ƒ Ví dụ: Phân tích lại mạch CD bằng cách phản ánh trở kháng vào phần mạch cực S 
Mạch tương đương: 
Chương 6 25 
Phân tích mạch: KVL, KCL 
Chương 6 26 
6.6.5 Mạch tách pha (phase-splitting circuit): 
Tín hiệu nhỏ: ids = 
s
o
d
o
R
v
R
v 21 =− ⇒ 12 o
d
s
o vR
R
v −= 
Nếu Rs = Rd ⇒ vo2 = - vo1 : Mạch tách pha 
Để xác định Av1, Av2, Zo1, Zo2: Sử dụng pp phản ánh trở kháng với v2 = v3 = 0 
⇒ 
ddss
d
i
o
v RrR
R
v
v
A +++−== )1(
1
1 µ
µ 
ddss
s
i
o
v RrR
R
v
v
A +++−== )1(
2
2 µ
µ 
 ])1(//[1 sdsdo RrRZ ++= µ 
 ]
11
//[2 +++= µµ
dds
so
RrRZ 
Chương 6 27 
6.6.6 Mạch khuếch đại cực cổng chung (CG): 
Mạch CG: 
ƒ Trở kháng ngõ vào: 
Phản ánh vào mạch cực S: 
⇒ Zi = Rsg = 1+
+
µ
dds Rr 
ƒ Trở kháng ngõ ra: 
Phản ánh vào mạch cực D: 
Chương 6 28 
⇒ Zo = rds + (µ + 1)ri 
Hệ số khuếch đại: 
idsd
d
i
d
v rrR
R
v
v
A
)1(
)1(
+++
+== µ
µ
Chương 6 29 
6.7 Mở rộng 
6.7.1 FET kênh p: 
ƒ p-channel JFET 
Cấu tạo: 
Đặc tuyến VA: 
Chương 6 30 
ƒ p-channel MOSFET 
Cấu tạo: 
Đặc tuyến VA: 
Chương 6 31 
Nhận xét: p-channel FET (iSD, vSD, vSG) tương tự n-channel FET (iDS, vDS, vGS) 
6.7.2 Depletion-mode MOSFET: 
ƒ So sánh: 
Khi vGS = 0: Enhancement-mode: Không có kênh dẫn giữa D và S 
 Depletion-mode: Có kênh dẫn giữa D và S 
⇒ Enhancement-mode: VTN > 0: Điện áp ngưỡng hình thành kênh dẫn. 
 Depletion-mode: VTN < 0: Điện áp ngưỡng tắt kênh dẫn. 
ƒ Đặc tuyến: