(NB) Giáo trình Điện tử cơ bản cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung về linh kiện điện tử; Các khái niệm cơ bản; Linh kiện thụ động; Linh kiện bán dẫn; Các mạch khuếch đại dùng tranzitor; Các mạch ứng dụng dùng BJT;...Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.
Bài Linh kiện bán dẫn Mục tiêu - Phân biệt linh kiện bán dẫn có cơng suất nhỏ: điốt nắn điện, điốt tách sóng, led theo đặc tính linh kiện, loại linh kiện máy đo VOM/ DVOM theo đặc tính linh kiện.; Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung học - Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện VOM/ DVOM sở đặc tính linh kiện - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập 3.1.Khái niệm chất bán dẫn Định nghĩa Chất bán dẫn chất có đặc tính dẫn điện trung gian chất dẫn điện chất cách điện Sự phân chia có tính chất tương đối, điện trở suất chất bán dẫn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, dựa vào điện trở suất để định nghĩa chưa thể biểu thị đầy đủ tính chất chất bán dẫn Các tính chất chất bán dẫn Điện trở chất bán dẫn giảm nhiệt độ tăng, điện trở tăng nhiệt độ giảm Một cách lý tưởng khơng độ tuyệt đối (- 2730C) chất bán dẫn trở thành cách điện Điện trở chất bán dẫn thay đổi nhiều theo độ tinh khiết Các chất bán dẫn hồn tồn tinh khiết coi cách điện nhiệt độ thấp Nhưng có chút tạp chất độ dẫn điện tăng lên nhiều, chí dẫn điện tốt chất dẫn điện Điện trở chất bán dẫn thay đổi tác dụng ánh sáng Cường độ ánh sáng lớn điện trở chất bán dẫn thay đổi lớn Khi cho kim loại tiếp xúc với bán dẫn hay ghép hai loại bán dẫn N P với dẫn điện tốt theo chiều Ngồi ra, chất bán dẫn có nhiều đặc tính khác 54 3.1.1 Chất bán dẫn Người ta nghiên cứu đưa kết luận: dòng điện chất dẫn điện điện tử tự chạy theo chiều định mà sinh Còn dịng điện chất bán dẫn khơng di chuyển có hướng điện tích âm (điện tử), mà cịn di chuyển có hướng điện tích dương (lỗ trống) Bán dẫn : bán dẫn không pha thêm chất khác vào Sự dẫn điện bán dẫn Ví dụ: Xét bán dẫn tinh khiết Si, Si có điện tử lớp cùng, điện tử liên kết với điện tử bốn nguyên tử kế cận nó, hình thành mối liên kết gọi liên kết cộng hóa trị nhiệt độ thấp mối liên kết bền vững thừa điện tử tự do, khơng có khả dẫn điện Gọi trạng thái trung hoà điện Hình 3.1: Mạng tinh thể Si Khi nhiệt độ tác động vào chất bán dẫn tăng lên, điện tử lớp ngồi cung cấp nhiều lượng Một số điện tử có đủ lượng thắng ràng buộc hạt nhân rời bỏ ngun tử nó, trở thành điện tử tự do, di chuyển mạng tinh thể Chỗ chúng chiếm trước trở thành lỗ trống trở thành ion dương Ion dương có nhu cầu lấy điện tử bên cạnh để trở trạng thái trung hồ điện Sẽ có điện tử Si bên cạnh nhảy vào lấp chỗ trống Lại tạo nên lỗ trống khác có điện tử cạnh nhảy vào lấp chỗ trống 55 Hình 3.2: Sự tạo thành lỗ trống điện tử tự Cứ vậy, có điện tử tự thoát khỏi ràng buộc với hạt nhân nó, di chuyển mạng tinh thể, có lỗ trống chạy Thực chất, di chuyển lỗ trống di chuyển điện tử chạy tới lấp lỗ trống Trong chất bán dẫn tinh khiết số điện tử số lỗ trống di chuyễn Ở nhiệt độ thấp có cặp điện tử lỗ trống di chuyển Nhưng nhiệt độ cao có nhiều cặp điện tử, lỗ trống di chuyễn Sự di chuyển khơng có chiều định nên khơng tạo nên dịng điện Nếu đấu bán dẫn với hai cực dương, âm pin, hai đầu bán dẫn có điện trường theo chiều từ A đến B (hình 3.3.) Các điện tử di chuyển ngược chiều điện trường, điện tử tới lấp lỗ trống chạy ngược chiều điện trường Dòng điện tử dòng lỗ trống hợp thành dòng điện bán dẫn nhiệt độ tăng dịng điện lớn E -> -> -> -> -> -> -> A dòng điện tử -> -> -> -> -> -> -> + -> -> -> -> -> -> -> -> -> o -> -> dòng lỗ trống B _ E Hỡnh 3.3: Chiều chuyển động điện tử lỗ trống 56 3.1.2 Chất bán dẫn N Bán dẫn loại N gọi bán dẫn điện tử hay bán dẫn âm Nếu cho tạp chất antimoan (Sb) vào tinh thể Si tinh khiết ta thấy tượng sau: ngun tử Sb có năm điện tử lớp ngồi cùng, nên có điện tử antimoan (Sb) kết hợp với bốn điện tử liên kết antimoan (Sb) bốn nguyên tử Si, điện tử thứ năm thừa Nó khơng bị ràng buộc với nguyên tử Si nào, nên trở thành điện tử tự di chuyển tinh thể chất bán dẫn Do đó, khả dẫn điện loại bán dẫn tăng lên nhiều so với chất bán dẫn Nồng độ tạp chất antimoan (Sb) cao số điện tử thừa nhiều chất bán dẫn dẫn điện tốt Hiện tượng dẫn điện gọi dẫn điện điện tử Chất bán dẫn gọi chất bán dẫn N Hình 3.4: Mạng tinh thể chất bán dẫn loại N Nếu cho tạp chất hoá trị phốt (P), asen (As), antimoan (Sb) vào chất hoá trị gecmani (Ge), silic (Si), cacbon (C) ta có bán dẫn N Trong chất bán dẫn loại N điện tử thừa hạt điện tích âm chiếm đa số Số lượng điện tử thừa phụ thuộc nồng độ tạp chất Còn số cặp điện tử - lỗ trống phá vỡ liên kết tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu đấu hai cực pin vào hai đầu bán dẫn loại N, tác động điện trường E điện tử chạy ngược chiều điện trường lỗ trống chạy chiều điện trường Nhờ mạch có dòng điện Dòng điện điện tử thừa sinh lớn nhiều so với dòng điện cặp điên tử - lỗ trống tạo nên Vì điện tử thừa gọi điện tích đa số 57 3.1.3 Chất bán dẫn P Bán dẫn loại P gọi bán dãn lỗ trống hay bán dẫn dương Nếu cho nguyên tử Inđi (In) vào tinh thể gecmani tinh khiết ta thấy tượng sau: nguyên tử indi có ba điện tử lớp ngồi cùng, nên ba điện tử liên kết với ba điện tử ba nguyên tử gecmani chung quanh Còn liên kết thứ tư inđi với nguyên tử gecmani lại thiếu điện tử, chỗ thiếu gọi lỗ trống, có lỗ trống nên có di chuyển điện tử nguyên tử gécmani bên cạnh tới lấp lỗ trống lại tạo nên lỗ trống khác, khiến cho điện tử khác lại tới lấp Do chất bán dẫn loại P có khả dẫn điện Lỗ trống coi điện tích dương Nguyên tử inđi trước trung tính, trở thành ion âm, có thêm điện tử Hình 3.5: Mạng tinh thể chất bán dẫn loại N Hiện tượng dẫn điện gọi dẫn điện lỗ trống Chất bán dẫn bán dẫn loại P hay cịn gọi bán dẫn dương Nếu có tạp chất hoá trị ba inđi (In), bo (B), gali (Ga) vào chất bán dẫn hoá trị bốn Ge, Si,C có bán dẫn loại P Trong chất bán dẫn loại P, lỗ trống hạt mang điện tích chiếm đa số Số lượng lỗ trống phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, số cặp điên tử - lỗ trống phá vỡ liên kết tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu đấu hai cực pin vào hai đầu bán dẫn loại P tác động điện trường E, lỗ trống (đa số) cặp điện tử - lỗ trống di chuyễn lung tung theo hướng sễ phải di chuyển theo hướng quy định Nhờ mạch có dịng điện Dịng điện lỗ trống sinh lớn nhiều so với dòng 58 điện cặp điện tử - lỗ trống Vì bán dẫn loại P lỗ trống điện tích đa số * Ưu nhược điểm linh kiện bán dẫn Ưu điểm: Linh kiện bán dẫn khơng có sợi nung, nên khơng cần nguồn sợi nung, vừa không tốn điện vừa tránh nhiễu tạp sợi nung gây Linh kiện bán dẫn tích nhỏ gọn, dễ lắp ráp Linh kiện bán dẫn có tuổi thọ tương đối dài Nhược điểm: - Linh kiện bán dẫn có điện áp ngược nhỏ so với đèn điện tử chân không - Linh kiện bán dẫn có dịng điện ngược (Dịng rỉ), - Linh kiện bán dẫn có điện trở ngược khơng lớn, lại khơng đồng đều, - Các thông số kĩ thuật linh kiện bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ 3.2.Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt 3.2.1.Tiếp giáp PN a.Cấu tạo Ghép bán dẫn loại N bán dẫn loại P tiếp xúc với hình thành lớp tiếp xúc P - N.Trong bán dẫn P lỗ trống điện tích đa số, cịn bán dẫn N điện tử thừa Hình3.6: Cấu tạo mối nối PN b Ngun lí hoạt động: - Khi chưa có điện trường đặt lên tiếp xúc : Khi ghép hai loại bán dẫn P N với điện tử thừa N chạy sang P lỗ trống bán dẫn P chạy sang N Chúng gặp vùng tiếp giáp, tái hợp với trở nên trung hoà điện Ở vùng tiếp giáp phía bán dẫn P, lỗ trống nên cịn lại ion âm Vì vậy, vùng có điện tích âm Ở vùng tiếp giáp phía bán dẫn N, 59 điện tử thừa, nên cịn lại ion dương Vì vậỵ vùng có điện tích dương, đó, hình thành điện dung mặt tiếp giáp Đến đây, khuếch tán qua lại P N dừng lại Vùng tiếp giáp trở thành rào ngăn không cho lỗ trống từ P chạy qua N điện tử N chạy qua P Riêng hạt mang điện tích thiểu số điện tử bán dẫn P lỗ trống bán dẫn N vượt qua tiếp giáp, chúng khơng bị ảnh hưởng xạ hàng rào ngăn, mà phụ thuộc nhiệt độ - Khi có điện trường ngồi đặt lên tiếp xúc : + Phân cực thuận Hình 3.7: Phân cực thuận cho mối nối PN Do tác dụng điện trường E, điện tử thừa N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giáp sang P, để tái hợp với lỗ trống P chạy phía tiếp giáp Điện tử tự từ âm nguồn chạy bán dẫn N để thay thế, tạo nên dịng thuận có chiều ngược lại Dịng thuận tăng theo điện áp phân cực Ngồi ra, phải kể đến tham gia vào dòng thuận điện tử cặp điện tử - lỗ trống Khi nhiệt độ tăng lên thành phần tăng, làm cho dòng thuận tăng lên + Phân cực ngược Hình 3.8: Phân cực ngược cho mối nối PN 60 Do tác động điện trường E điện tử thừa N lỗ trống P di chuyển hai đầu mà không vượt qua tiếp giáp, nên khơng tạo nên dịng điện Chỉ cịn số điện tích thiểu số lỗ trống vùng bán dẫn N điện tử vùng bán dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) có khả vượt qua tiếp giáp Chúng tái hợp với Do có dịng điện tử nhỏ từ cực âm nguồn chạy tới để thay điện tử P chạy phía N tạo nên dịng điện ngược nhỏ theo chiều ngược lại Gọi dịng ngược chạy từ bán dẫn âm (N) sang bán dẫn dương (P) Dòng ngược phụ thuộc vào nhiệt độ không phụ thuộc điện áp phân cực Đến điện áp phân cực ngược tăng lớn tiếp giáp bị đánh thủng dòng ngược tăng vọt lên 3.2.2 Điơt tiếp mặt Cấu tạo – Kí hiệu : Điốt tiếp mặt gồm hai bán dẫn loại P loại N tiếp giáp Đầu bán dẫn P cực dương(Anốt), đầu bán dẫn N cực âm (Katốt) Hình 3.9: Cấu tạo kí hiệu Diod Điốt tiếp mặt có nhiều cỡ to nhỏ, hình thức khác Do diện tiếp xúc lớn, nên dòng điện cho phép qua lớn hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe, điện áp ngược từ hàng trăm đến hàng ngàn vôn Nhưng điện dung cực lớn tới hàng chục picôfara trở lên, nên dùng tần số thấp để nắn điện Nguyên lý làm việc điôt tiếp mặt : Phân cực thuận diode VA > VK ( VAK > 0) : nối A với cực dương nguồn, K với cực âm nguồn Điện tích âm nguồn đẩy điện tử N lớp tiếp xúc Điện tích dương nguồn đẩy lỗ trống P lớp tiếp xúc, làm cho vùng khiếm khuyết hẹp lại Khi lực đẩy đủ lớn điện tử từ vùng N qua lớp tiếp xúc, sang vùng P đến cực dương nguồn….Lực đẩy đủ lớn lúc diode có VAK đạt giá trị Vγ, lúc diode có dòng thuận chạy theo chiều từ A sang K Vγ gọi điện ngưỡng (điện thềm, điện mở) Đối với loại Si có Vγ = 0,6 V (0,7 V); Ge có Vγ= 0,2 V 61 Phân cực nghịch diode VA < VK (VAK < ) : nối A với cực âm nguồn, K với cực dương nguồn Điện tích âm nguồn hút lỗ trống vùng P, điện tích dương nguồn hút điện tử vùng N, làm cho điện tử lỗ trống xa Vùng khiếm khuyết rộng nên tượng tái hợp điện tử lỗ trống khó khăn Như vậy, khơng có dịng qua diode Tuy nhiên, vùng bán dẫn cịn có hạt tải thiểu số nên số điện tử lỗ trống tái hợp tạo nên dòng điện nhỏ từ N qua P gọi dòng nghịch (dòng rỉ, dòng rò) Dòng nhỏ cỡ vài nA Nhiều trường hợp coi diode không dẫn điện phân cực nghịch Tăng điện áp phân cực nghịch lên dịng xem khơng đổi, tăng q mức diode hư (bị đánh thủng) Nếu xét dịng điện rỉ diode có dịng nhỏ chạy theo chiều từ K A phân cực nghịch Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động điơt Đặc tuyến volt - Ampe Is: dịng bão hòa nghịch V : Điện ngưỡng VB: Điện đánh thủng Đầu tiên phân cực thuận diode, tăng VDC từ lên, VD = bắt đầu có dịng qua V V diode gọi điện thềm (điện ngưỡng, điện mở) có trị số phụ thuộc chất bán dẫn Sau VD vượt qua theo hàm số mũ 62 V dòng điện tăng Phân cực ngược diode: tăng UAK có dịng dị nhỏ chạy qua diod Khi UAK tăng tới giá trị VB dịng ngược bắt đầu tăng mạnh.Tiếp tục tăng UAK dịng ngược tăng nhanh điện áp qua tiếp xúc PN lớn VB Hình 3.11: Đặc tuyến Volt – Ampe 3.3.Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt 3.3.1 Điốt nắn điện Do đặc tính làm việc dịng lớn, áp cao nên điôt nắn điện dùng điốt tiếp mặt trình bày phần Các mạch nắn diện bản: Mạch nắn điện bán kỳ: Hình 3.12: Mạch nắn điện bán kỳ Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: T: Biến áp dùng để tăng giảm áp (Thông thường giảm áp) D: Điốt nắn điện C: Tụ lọc xoay chiều 63 Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn Qua cầu chia Rb1 Rb2 Q dẫn điện, điện áp cực C Tranzito Q giảm đưa trở qua mạch hồi tiếp C1,C2, C3 R1, R2, R3 di pha góc 1800 nên có biên độ tăng chiều với ngõ vào (Hồi tiếp dương) Tranzito tiếp tục dẫn mạnh đến dẫn bão hồ tụ xả điện làm cho điện áp cực B Tranzito giảm thấp, tranzito chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến xả hết điện, điện áp cực B tăng lên hình thành chu kỳ dẫn điện Hình thành xung tín hiệu ngõ Điểm quan trọng cần ghi nhớ đường vòng hồi tiếp phải thoả mãn điều kiện pha tín hiệu ngõ qua mạch di pha phải lệch góc 1800, khơng thoả mãn điều kiện mạch khơng thể dao động được, dạng tín hiệu ngõ bị biến dạng không đối xứng Mạch thường dùng để tạo xung có tần số điều chỉnh mạch dao động dọc kỹ thuật truyền hình, mạch làm việc ổn định nguồn cung cấp không ổn định độ ẩm môi trường thay đổi nên sử dụng điện tử công nghiệp thiết bị cần độ ổn định cao tần số 5.1.3 Mạch dao động hình sin Dao động hình sin có ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử, chúng cung cấp nguồn tín hiệu cho mạch điện tử trình làm việc Có nhiều kiểu dao động hình sin khác tất phải chứa hai thành phần sau: - Bộ xác định tần số: Nó mạch cộng hưởng L-C hay mạch R-C Mạch cộng hưởng kết hợp điện cảm tụ điện, tần số mạch dao động tần số cộng hưởng riêng mạch L-C Mạch R-C không cộng hưởng tự nhiên dịch pha mạch sử dụng để xác định tần số mạch dao động - Bộ trì: có nhiệm vụ cung cấp lượng bổ xung đến cộng hưởng để trì dao động Bộ phận thân phải có nguồn cung cấp Vdc, thường linh kiện tích cực tranzito dẫn xung điện đặn đến mạch cộng hưởng để bổ xung lượng, phải đảm bảo độ dịch pha độ lợi vừa đủ để bù cho suy giảm lượng mạch a Mạch dao động L-C: * Mạch dao động ba điểm điện cm (Hartley) 174 +V T: Biến áp dao động Vo: ngâ C1 Rb C2 Q Hình 5.15: Mạch dao động hình sin ba điểm điện cảm Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C, với cuộn dây có điểm giữa, cuộn dây tụ C1 tạo thành khung cộng hưởng định tần số dao động mạch tụ C2 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito để trì dao động Mạch phân cực điện trở Rb Tín hiệu hồi tiếp lấy nhánh cuộn cảm nên gọi mạch dao động ba điểm điện cảm (hertlay) * Mạch dao động ba điểm điện dung(Colpitts) +V Rc T: Biến áp dao động C1 C3 Rb1 Vo: Ngâ C2 Q Rb2 Hình 5.16: Mạch dao động ba điểm điện dung Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C với cuộn dây khơng có điểm giữa, khung cộng hưởng gồm cuộn dây mắc song song với hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp nhau, tụ C3 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito Q để trì dao động, mạch phân cực cầu chia Rb1 Rb2 Tín hiệu ngõ lấy cuộn thứ cấp biến áp dao động thực tế để điều chỉnh tần số dao 175 động mạch người ta điều chỉnh phạm vi hẹp cách thay đổi điện áp phân cực B Tranzito điều chỉnh phạm vi lớn cách thay đổi hệ số tự cảm cuộn dây lõi chỉnh đặt cuộn dây thay cho lõi cố định b Mạch dao động thạch anh Thạch anh gọi gốm áp điện, chúng có tần số cộng hưởng tự nhiên phụ thuộc vào kích thước hình dạng phần tử gốm dùng làm linh kiện nên chúng có hệ số phẩm chất cao, độ rộng băng tần hẹp, nhờ độ xác mạch cao Dao động thạch anh ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử có độ xác cao mặt tần số tạo nguồn sóng mang thiết bị phát, xung đồng hồ hệ thống vi xử lí +V Rb C1 Rc Q Vo: ngâ X C2 Re Hình 5.17: Mạch dao động dùng thạch anh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: Q: tranzito dao động Rc: Điện trở tải lấy tín hiệu ngõ Re: Điện trở ổn định nhiệt lấy tín hiệu hồi tiếp C1, C2: Cầu chia dùng tụ để lấy tín hiệu hồi tiếp cực B Rb: Điện trở phân cực B cho tranzito Q X: thạch anh dao động +V: Nguồn cung cấp cho mạch Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn điện áp phân cực B cho tranzito Q đồng thời nạp điện cho thạch anh hai tụ C1 C2 Làm cho điện áp 176 cực B giảm thấp, đến mạch nạp đầy điện áp cực B tăng cao qua vòng hồi tiếp dương C1, C2 điện áp cực B tiếp tục tăng đến Tranzito dẫn điện báo hoà mạch bắt đầu xả điện qua tiếp giáp BE tranzito làm cho điện áp cực B tranzito giảm đến mạch xả hết điện bắt đầu lại chu kỳ tín hiệu Tần số mạch xác định tần số thạch anh, dạng tín hiệu ngõ có dạng hình sin để tạo tín hiệu có dạng xung số cho mạch điều khiển tín hiệu xung đưa đến mạch dao động đa hài lưỡng ổn (FF) để sửa dạng tín hiệu 5.2 Mạch xén Mạch xén cịn gọi mạch cắt tín hiệu nhằm mục đích sửa dạng, giới hạn mức biên độ tín hiệu nên dùng phổ biến mạch điều khiển xử lí tín hiệu điều khiển Mạch xén dùng Điot tranzito tuỳ theo nhu cầu mạch điện mà xén trên, xén dưới, xén hai mức độc lập Trong giới thiệu mạch xén dùng tranzito Mức xén xác lập dựa chế độ phân cực Tranzito Hình 5.18 Đặc tuyến làm việc tranzito Do tính chất làm việc tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào mạch nằm mức phân cực làm việc tranzito khơng dẫn nên tín hiệu bị xén, ngược lại tín hiệu ngõ vào vượt qua mức ngưỡng tranzito bị dẫn bão hồ tín hiệu bị xén Lợi dụng tính chất mầ người ta thiết kế nên mạch xén dùng trazitor, gồm mạch xén trên, mạch xén xén hai mức độc lập 5.2.1 Mạch xén trên, xén Mạch có cơng dụng cắt bỏ phần hay phần tín hiệu ngõ vào thường dùng để tách lấy tín hiệu riêng tín hiệu chung nhiều thành phần 177 tín hiệu khác điều chế dạng biên độ dùng để sửa dạng tín hiệu, dạng mạch Tranzito phân cực tĩnh chế độ AB,B, C, D nằm nghiêng sang vùng ngưng dẫn, tuỳ vào mức tín hiệu cần xén (hình 5-19) Là mạch dùng để tách tín hiệu đồng tín hiệu hình hỗn hợp kỹ thuật truyền hình có ngõ vào pha dương, mạch xén trường hợp mạch xén mức (cắt bỏ phần tín hiệu) +V V V c Rc C1 C2 t Q Vi Vo t Rb Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5.19 Mạch xén mức Hoạt động mạch sau: Tranzito phân cực tĩnh nằm sâu ngưng dẫn (Chế độ C) nhờ điện trở Rb phân cực B cho tranzito xuống mass Vbe =0v, Tranzito ngưng dẫn điện áp cực C = Vcc Khi có tín hiệu có pha dương ngõ vào làm cho điện áp B tăng dần lên chưa đủ lớn làm cho tranzito dẫn điện đến đạt giá trị đủ lớn tranzito chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, nhanh chóng rơi vào vùng khuếch đại, khoảng biên độ tín hiệu lại khuếch đại lấy cực C.trong trường hợp tín hiệu ngõ vào có pha âm mạch điện có cấu trúc ngược lại (hình 5-20) +V V V Rb Q C2 C1 t Vi Rc t Vo Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5.20 Mạch xén mức Ngồi dạng mạch xén trình bày cịn số dạng mạch khác dùng để tách sóng tạo xung kích thích tầng điều khiển 178 - Ngõ tín hiệu điều biên có tần số thấp +V - Ngõ vào tín hiệu điều biên có tần số cao - Tín hiệu có hai bán kỳ dương âm - Được dùng mạch tách sóng biên độ Radio - Tín hiệu lại bán kỳ dương chu kỳ tín hiệu Rb1 Q Rb2 C1 Re Vo: ngâ Hình 5-21 Mạch xén mức khơng Trên sơ đồ mạch điện (hình 5-21), tiếp giáp BE tranzito đóng vai trị điot tách sóng cắt bỏ phần âm tín hiệu (xén dưới) mức khơng volt, đồng thời đóng vai trị mạch khuếch đại dịng điện tín hiệu ngõ lấy cực E (mạch mắc theo kiểu C-C) 5.2.2 Mạch xén hai mức độc lập mạch xén tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà người ta chọn xén hai mức cân xứng hay hai mức không cân xứng Một vấn đề quan trọng mạch xén dùng Tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào phải cao để đảm bảo cho vùng tín hiệu bị xén nằm vùng ngưng dẫn vùng bão hoà tranzito, tín hiệu lấy nằm vùng khuếch đại trường hợp xén hai mức độc lập cân xứng tranzito phân cực chế độ khuếch đại hạng A, xén hai mức độc lập khơng cân xứng tuỳ vào u cầu mà người ta chọn Tranzito loại PNP hay NPN phân cực chế độ AB để tăng tuổi thọ làm việc tranzito - Mạch xén cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại A - Tín hiệu ngõ bị xén lẫn cân xứng +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Rb2 Vo: Ngâ Hình 5.22 Mạch xén hai mức độc lập cân xứng 179 +V Rb1 Rc C3 Q - Mạch xén khơng cân Vi:Ngâ vµo Rb2 Vo: Ngâ xứng, phân cực chế độ khuếch đại AB Tín hiệu ngõ bị xén lẫn không cân xứng Hình 5.23 Mạch xén hai mức độc lập khơng cân xứng Trên hình vẽ hai mạch xén hai mức độc lập đối xứng không đối xứng không khác khác chế độ phân cực để thay đổi mức tín hiệu ngõ 5.3 Mạch ổn áp Khái niệm Định nghĩa: ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ nguồn cung cấp ban đầu Phân loại: tuỳ theo nhu cầu điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều ổn áp chiêu Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước đưa vào mạng cục hay thiết bị điện Ngày với tốc độ phát triển kỹ thuật người ta có loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử, ổn áp dùng linh kiện điện tử Ổn áp chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên thiết bị, mạch điện thiết bị theo khu vực, mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định mạch điện Người ta chia mạch ổn áp chiều thành hai nhóm lớn ổn áp tuyến tính ổn áp khơng tuyến tính (cịn gọi ổn áp xung) việc thiết kế mạch 180 điện đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng Điot zêne, ổn áp dùng tranzito, ổn áp dùng IC Trong mạch ổn áp dùng tranzito thông dụng việc cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho thiết bị mạch điện có cơng suất tiêu thụ thấp.5.3.1.Mạch ổn áp tham số Mạch lợi dụng tính ổn áp diot zêne điện áp phân cực thuận tranzito để thiết lập mạch ổn áp (hình 5-24) Q Tranzito ỉn ¸p Rb + ZENER + Vi:Điện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Điện áp ngõ tụ lọc ổn ®Þnh Hình 5.24: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN Q: Tranzito ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho tranzito điot zêne Ở mạch cực B tranzito giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne điện áp ngõ điện áp điện áp zêne điện áp phân cực thuận tranzito Vo Vz Vbe Vz: Điện áp zêne Vbe: Điện áp phân cực thuận Tranzito (0,5 – 0,8v) Điện áp cung cấp cho mạch lấy cực E tranzito, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch thiết kế có dịng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, mạch điện có dịng cung cấp lớn thường song song với mạch mắc thêm điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm (hình 5-25) gọi trở gánh dòng Việc chọn tranzito chọn tương thích với dịng tiêu thụ mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải ổn định 181 Rc Q Tranzito æn áp Rb + ZENER + Vi:Điện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Điện áp ngõ tụ lọc ổn định Hỡnh 5.25: Mch n ỏp tham s dựng tranzito NPN có điện trở gánh dịng Dịng điện cấp cho mạch dòng cực C tranzito nên dòng tải thay đổi dòng cực C thay đổi theo làm dịng cực B khơng thay đổi, nên điện áp không thay đổi (trên thực tế thay đổi khơng đáng kể) dịng tải thay đổi làm cho tải làm việc không ổn định 5.3.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vịng hồi tiếp điện áp ngõ nên cò gọi ổn áp có hồi tiếp Rc Q1 Tranzito ỉn ¸p R4 Q2 R5 R3 R1 + Vi:Điện áp ngõ vào Q3 ZENER C1 C2 Vr + R2 Vo: Điện áp ngõ Tụ lọc ngõ R6 tụ lọc ổn định Hình 5.26: Mạch ổn áp có điều chỉnh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: + Q1: Tranzito ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp chiều 182 + Q3: So sánh điện áp gọi dò sai + Rc: Trở gánh dòng + R1, R2: Phân cực cho Q2 + R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3 + R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q3 gọi tham chiếu + R5, R6, Vr: cầu chia phân cực cho B Q3 gọi lấy mẫu + C1: Chống đột biến điện áp + C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp chiều từ mạch *Hoạt động mạch chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn cấp điện cho mạch thực gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ trình cấp điện từ nguồn đến cực C Q1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai tranzito Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dòng qua Q1 với dòng qua điện trở Rc gánh dòng cấp nguồn cho tải Trong mạch có dịng cung cấp thấp khơng cần điện trở gánh dòng Rc Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ phần quay trở Q3 qua cầu chia R5, R6, Vr đặt vào cực B điện áp chân E giữ cố định nên điện áp cực C thay đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R3 đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q1 để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch Điện áp ngõ điều chỉnh khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr Hoạt động Q1 mạch giống điện trở biến đổi để ổn áp Mạch ổn áp có dịng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn lên đến vài Amp điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt *Ưu nhược điểm: Mạch có ưu điểm dễ thiết kế, dễ kiểm tra, sửa chữa nhiên mạch có nhiều nhược điểm cụ thể mạch kếm ổn định nguồn thay đổi, sụt áp nguồn tương đối lớn nên tổn thất công suất nguồn cao mạch có cơng suất lớn cần phải có thêm tản nhiệt nên cồng kềnh Không cách li nguồn nên Q1 bị thủng gây tượng áp mạch gây hư hỏng mạch điện, độ ổn định không cao 183 * Mạch ổn áp khơng tuyến tính Mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhược điểm khó thiết kế có nhiều ưu điểm như: có độ ổn định cao nguồn ngồi thay đổi, tổn thất cơng suất thấp, không gây hư hỏng cho mạch điện ổn áp bị đánh thủng thiết kế mức điện áp,và dòng điện theo ý muốn Trong thực tế mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhiều dạng mạch khác nhau, mạch dùng tranzito IC thông dụng Chủ yếu ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Mạch điện điển hình dùng tranzito có dạng mạch đơn giản (hình 5.27) C1 R1 D3 C4 T C6 C7 Vo: ngâ Q C3 + R2 C2 D2 + D1 D4 R3 R4 C5 +V Hình 5.27: Mạch ổn áp ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Trong mạch Tranzito Q đóng vai trị phần tử dao động đồng thời phần tử ổn áp, T biến áp dao động nghẹt đồng thời biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điên thiết bị C1, R1 giữ vai trò mạch hồi tiếp xung để trì dao động R4 làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống áp bảo vệ tranzito Các linh kiện D1, R2, C3, C2 Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp D2 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi tham chiếu Hoạt động mạch tương tự mạch ổn áp có điều chỉnh gồm có hai giai đoạn Giai đoạn tạo nguồn: Được thực sau: Điện áp chiều từ nguồn tiếp tế đến cực C Q qua cuộn sơ cấp biến áp T, phần đưa đến cực B tranzito qua điện trở phân cực R3 làm cho tranzito chuyển trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến áp T, dòng điện biến thiên cảm ứng lên cuộn thứ cấp hình thành xung hòi tiếp cực B Tranzito Q để trì dao động gọi dao động 184 nghẹt Xung dao động nghẹt lấy cuộn thứ cấp khác nắn điôt D4 lọc tụ C7 hình nguồn chiều thứ cấp cung cấp điện áp cho mạch điện lúc điện áp ngõ chưa ổn định Giai đoạn ổn áp: Được thực nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp chiều có giá trị âm nhờ D1, C3 đặt vào cực B tranzito Q qua Diot zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực tranzito Q để ổn định điện áp ngõ Giữ điện áp ngõ ổn định Để hiểu rõ nguyên tắc ổn định điện áp mạch, giả thuyết điện áp ngõ tăng đồng thời làm cho điện áp âm hình thành từ D1 C3 tăng làm cho điện áp anôt zener D2 tăng kéo theo điện áp catơt giảm làm giảm dịng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ giảm bù lại tăng ban đầu giữ mức ổn định Hoạt động mạch sảy ngược lại điện áp ngõ giảm làm cho điện áp âm Anod D2 giảm làm cho điện áp catôt tăng nên tăng phân cực B cho tranzito Q Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ bù lại giảm ban đầu điện áp ổn định Mạch điện Hình 5.27 dùng cung cấp nguồn cho mạch điện có dịng tiêu thụ nhỏ biến động điện áp ngõ vào thấp Trong mạch cần có dịng tiêu thụ lớn, tầm dị sai rộng cấu trúc mạch điện phức tạp hơn, dùng nhiều linh kiện hơn, kể tranzito, thành phần hệ thống ổn áp hoàn chỉnh đầy đủ có: ổn áp, dị sai, tham chiếu, lấy mẫu bảo vệ hệ thống nguồn cần độ an toàn cao CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp với câu gợi ý đây? 1.1 Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp: Mạch dao động đa hài không ổn Trong mạch dao động đa hài không ổn dùng hai tranzito có thơng số loại, linh kiện định tần số dao động Trong mạch dao động đa hài không ổn, nguyên nhân tạo cho mạch dao động Ngoài linh kiện R C đưa vào mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito hoặc, người ta cịn dùng để tạo tần số dao động ổn định xác 185 Mạch xén gọi mạch Mức xén dùng tranzito xác lập dựa Ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ 1.2.Trả lời nhanh câu hỏi đây: a) Muốn thay đổi tần số mạch dao động đa hài nên thực cách ? b) Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi độ rộng xung, cần thực cách nào? c) Muốn cho tranzito dẫn trước cấp nguồn, cần thực cách nào? d) Với nguồn cung cấp 12V tần số 1kHz dòng điện tải IC = 10mA dùng tranzito C1815 (=100) chọn linh kiện RC cho mạch e) Hãy cho biết nguyên nhân mạch dao động tạo dao động được, điện áp phân cực hai tranzito hoàn toàn giống Câu Hãy lựa chọn phương án mà học viên cho câu gợi ý tơ đen vào vng thích hợp TT Nội dung câu hỏi a b c d Sơ đồ mạch dao động đa hài đơn ổn dùng tranzito khác mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito yếu tố □ sau: □ □ □ □ □ □ a.Các linh kiện mạch mắc không đối xứng Trị số linh kiện mạch không đối xứng Cách cung cấp nguồn d.Tất yếu tố Xét mặt ngun lí xác định trạng thái dẫn hay không dẫn tranzito cách: □ a Nhìn cách phân cực mạch b Đo điện áp phân cực c Xác định ngõ vào mạch d.Tất yếu tố 186 Thời gian phân cách là: a Thời gian hai xung liên tục ngõ mạch b Thời gian hai xung kích thích vào mạch □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ c.Thời gian xuất xung d Thời gian tồn xung kích thích Độ rộng xung là: a Thời gian xuất xung ngõ b Thời gian xung kích thích c Thời gian hồi phục trạng thái xung d Thời gian hai xung xuất ngõ Thời gian hồi phục là: a Thời gian từ xuất xung đến trở trạng □ thái ban đầu b Thời gian tồn xung c Thời gian mạch trạng thái ổn định d Thời gian từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu Mạch đa hài đơn ổn dùng nguồn có ưu điểm a Dễ thiết kế mạch b Có cơng suất tiêu thụ thấp c Có nguồn cung cấp thấp d Tất Mạch đa hài đơn ổn có tụ gia tốc có ưu điểm: a Có độ rộng xung nhỏ b Có biên độ lớn c Có thời gian chuyển trạng thái nhanh d Có thời gian hồi phục ngắn Bài tập Hãy làm tập theo số liệu cho Cho mạch điện có Re = 4,7K, Rb = 47K, C=0,01F Dùng tranzito C1815 (=100) với nguồn cung cấp 12V Hãy cho biết: a) Độ rộng xung mạch b) Tần số mạch 187 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [6] Basic Electronic Practices (2001, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [7] Basic Electronic Practices (2009, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [8] Electrical Basic Practice(2012, Human Resources Development Service of Korea, Gwon Hyeokdae) 188 ... chiều điện trường Dòng điện tử dòng lỗ trống hợp thành dòng điện bán dẫn nhiệt độ tăng dịng điện lớn E -> -> -> -> -> -> -> A dòng điện tử -> -> -> -> -> -> -> + -> -> -> -> -> -> -> -> ... ngun tử nó, trở thành điện tử tự do, di chuyển mạng tinh thể Chỗ chúng chiếm trước trở thành lỗ trống trở thành ion dương Ion dương có nhu cầu lấy điện tử bên cạnh để trở trạng thái trung hồ điện. .. tác động điện trường E điện tử chạy ngược chiều điện trường lỗ trống chạy chiều điện trường Nhờ mạch có dịng điện Dòng điện điện tử thừa sinh lớn nhiều so với dòng điện cặp điên tử - lỗ trống