Tài liệu Giáo trình điện tử cơ bản

GT ÑIEÄN TÖÛ CÔ BAÛN Ch7. Khueách ñaïi MOSFET tín hieäu lôùn 1 5.1. Khueách ñaïi tín hieäu Sô ñoà maïch khueách ñaïi hai cảng(tứ cực) cho caû xöû lyù töông töï vaø soá Nguoàn caáp ñieän IN AMP. OUT Trong chöông tröôùc, ta ñaõ xeùt ñoä khueách ñaïi cuûa maïch soá ñeán hoaøn thaønh söï choáng nhieãu. Trong chöông naøy ta seõ xeùt khueách ñaïi töông töï. Maïch khueách ñaïi thöôøng coù maët trong caùc thieát bò söû duïng trong ñôøi soáng nhö maùy taêng aâm, trong ñieän thoaïi di ñoäng… Khueách ñaïi coøn giuùp laøm giaûm thieåu aûnh höôûng nhieãu trong truyeàn thoâng tin. 2 Truyeàn tin khoâng coù khueách ñaïi nhieãu 10 mV 1 mV Tín hieäu vaøo keânh truyeàn Truyeàn thoâng coù khueách ñaïi AMP nhieãu keânh truyeàn tín hieäu khueách ñaïi Nguồn cấp điện cung cấp năng lượng cho caùc thaønh phaàn beân trong maïch ñeå hoaøn thaønh khueách ñaïi toát 3 Maïch khueách ñại laøm lôùn ñieän theá hoaëc doøng cuûa tín hieäu vaøo hoaëc cuûa caû hai Ta coù ñònh nghóa: 1. Ñoä lôïi theá: vi ii io vo AMP. Av  VO Vi AV  dB   20log  AV  2. Ñoä lôïi doøng: AI  vi vo AMP. Io Ii AI  dB   20 log  AI  3. Ñoä lôïi coâng suaát: Ap  AV AI  Vs Vo I o Vi I i AP  dB   10 log  Ap  Bieán theá coù ñoä lôïi ñieän theá nhöng khoâng coù ñoä lôïi coâng suaát. AMP. vi vo ** 4 Field Effect Transistors JFET MOSFET CMOS How a JFET transistor works? When the gate is negative ,it repels the electron in the N-channel. So there is no way for electrons to flow from source to drain. When the negative voltage is removed from Gate ,the electrons can flow freely from source to drain .so the transistor is on. How a MOSFET Transistor works? In MosFET, the Gate is insulated from p-channel or nchannel. This prevents gate current from flowing, reducing power usage. When the Gate is positive voltage ,it allows electrons to flow from drain to source .In this case transistor is on. How a CMOS transistor works? N-channel & P-channel MOSFETs can be combined in pairs with a common gate . When Gate (input) is high ,electrons can flow in N-channel easily . So output becomes low. (opposite of input) When Gate (input) is low ,holes can flow in P-channel easily. So output becomes high. (opposite of input) 5.2. Nguoàn theá vaø nguoàn doøng phuï thuoäc Trong caùc chöông tröôùc, ta ñaõ xeùt nguoàn ñoäc laäp laø nhöõng nguoàn theá hoaëc nguoàn doøng khoâng tuyø thuoäc laãn nhau nhö: - + R I=V/R i=I I i Tröôùc khi xeùt maïch khueách ñaïi, ta seõ xeùt ñeán nguoàn phuï thuoäc nhö: - Nguoàn doøng kieåm theá, : Caûng ñieàu khieån ngoõ vaøo + i1 vi io vo Caûng ngoõ ra 9 1. Nguoàn doøng kieåm theá: I  f V  V  IR  Thí duï: Hay: K V R + - K R V V I =f(V)=K/V 10-3 K= Amp. Volt V2 = KR V  KR  103.103  1Volt + Vs Nguoàn phuï thuoäc khaùc iD  f  vi  K 2   vi  1 vi  1 2 0 otherwise iiN R iD + + vI ID Vo - Vaäy Vo laø haøm soá cuûa vi. 10 Giaûi theo Ñònh luaät Kirchhoff, cho: VS  iD RL  vo  0 vo  VS  K 2 v  1  I  RL 2 vI  1 VS vI  1 Thí duï: Cho maïch coù nguoàn doøng kieåm theá coù doøng ra phuï thuoäc ñieän aùp vaøo io = f (vI). Giaû söû ñaàu tieân phaân tích maïch khi ngoõ ra cuûa nguoàn doøng phuï thuoäc ñieän theá ra: iO = f (vI) = −gmvI. Theo maïch cho ta: Do vo  io  f  vI  R f  vI    gmvI vI + RI RL iI - io=f(vI) Thay vaøo treân, ñöôïc ñoä lôïi theá: Av  sau.] vO   g m RL vI [seõ trieån khai khueách đại vôùi linh kieän 11 io theo iI Ta coù: iO RL   g m RL .iI RI iO   g m RI iI Ñoä lôïi doøng ñieän: iO Ai    g m RI iI vI + RI iI - RL f  vI    gmvI io=f(vI) PO theo PI: vO iO  g m2 RL RI vI iI PO  g m2 RL RI PI AP  PO  g m2 RL RI PI Do ñoù, nguoàn phuï thuoäc taïo ra moät ñoä lôïi coâng suaát lôùn hôn ñôn vò g m2 RL RI  1 12 1. Nguoàn doøng kieåm doøng Xeùt maïch ñieän treân giôø cho ta vO theo vI giaû söû raèng ngoõ ra laø doøng ñieän phuï thuoäc vaøo doøng ñieän: Ta coøn coù: iO  f  iI    iI vO  iO  f  iI  RL vO  f  iI     iI RL vì vI iI  RI RL vO    vI Thay vaøo: Ta coù ñoä lôïi theá: RI vO  RL [seõ xeùt maïch khueách ñaïi duøng BJT] AV   vI RI 13 5.3. Ñaëc tuyeán thöïc cuûa MOSFET Trong chöông tröôùc, ta chæ xeùt MOSFET hoaït ñoäng giao hoaùn (chuyeån maïch on/off), Döôùi ñaây ta xeùt ñaëc tuyeán MOSFET hoaït ñoäng khueách ñaïi (töông töï). iDS iDS vDS = vGS – VT vuøng Triod vGS1 vGS2 vGS  VTH iDS 1 vuøng baûo hoaø vGS3  vDS RON khi vDS  VTH vGS < VTH vDS vGS < VTH vDS S Model SR model SCS Model vGS vDS Model SCS chính xaùc hôn Model SR vaø model S MOSFET gioáng nhö nguoàn doøng 14 Theo ñaëc tuyeán MOSFET thöïc coù ba vuøng hoaït ñoäng keå töø ñöôøng cong ñöùt khoaûng bieåu dieãn quæ tích nhöõng ñieåm coù: vDS  vGS  VTH vGS  VTH Vuøng ngöng daãn ( Cuttoff Region) MOSFET ngöng daãn (cutoff) khi: vGS  VTH Vuøng triod (Triod Redgion): Vuøng maø nhöõng ñieåm hoaït ñoäng naèm phía traùi ñöôøng cong ñöùt khoaûng, taïi ñoù: v  v  V DS GS TH vGS  VTH Vuøng baûo hoaø (Saturation Region): Vuøng maø nhöõng ñieåm hoaït ñoäng naèm phía phaûi ñöôøng cong ñöùt khoaûng, taïi ño thoaû hai ñieàu kieänù: vDS  vGS  VTH vGS  vTH 15 16 17 18 Model SCS ( Switch Current Source Model) Khi vGS < VTH, MOSFET ngöng maïch cöïc thoaùt vaø cöïc nguoàn iG=0 hôû, doøng iG = 0 Ñöôøng vDS = VGS – VTH, doøng iD trôû thaønh: iDS K 2  vDS 2 D vGS  VT iD = f(vGS) 2 K  vGS  VT  iDS  2 S Trong vuøng baûo hoaøvôùi vDS VTH coù: iDS K  vGS  VTH   2 0 2 vGS  VTH , vDS  vGS  VTH vGS  VTH Thí duï: MOSFET coù: K = 1 mA/V2 vaø VTH = 1 V, VDS = 5V, hoaït ñoäng taïi vuøng baûo hoaø lôùn hôn vGS – VTH ( 2V – 1V= 1V). Thay vaøo ñöôïc: K  vGS  VTH  1mA / V 2  2V  1V     0,5mA 2 2 2 iDS 19 20