Giáo trình Điện tử cơ bản - Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN THU HÀ (Chủ biên) - TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ - NGUYỄN THỊ LƯỠNG BÙI THỊ TUYẾT ĐAN - PHÙ THỊ NGỌC HIẾU - DƯƠNG THỊ CẨM TÚ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* PGS TS TRẦN THU HÀ (Chủ biên) - ThS TRƢƠNG THỊ BÍCH NGÀ TS NGUYỄN THỊ LƢỠNG - ThS BÙI THỊ TUYẾT ĐAN ThS PHÙ THỊ NGỌC HIẾU - ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ GIÁO TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Điện tử tập thể giáo viên môn Cơ sở Kỹ thuật Điện tử, Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh biên soạn biên dịch dùng Giáo trình sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên khối ngành kỹ thuật ngành có liên quan đến kỹ thuật Nội dung giáo trình đề cập cách có hệ thống tổng hợp kiến thức đại làm tảng cho việc học tập mơn học chun ngành Giáo trình biên soạn bổ sung hiệu đính với hỗ trợ bạn đồng nghiệp dựa tài liệu tham khảo giảng cô Trương Thị Bích Ngà thầy Nguyễn Đình Phú sách trường đại học Arizona State, Ohio đại học khác Mỹ Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM khuyến khích tạo điều kiện thuận lợi để sách mắt kỷ niệm 50 năm thành lập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trường tiên phong nước đào tạo kỹ sư thực hành, sinh viên tốt nghiệp có kiến thức kỹ làm việc tốt kỹ thuật công nghiệp Sinh viên trường sau tốt nghiệp nắm giữ vị trí chủ chốt quản lý, vận hành, bảo trì kỹ thuật tập đồn lớntrong ngồi nước cơng ty Intel, Jabil, Renesas, Mitsubishi, Toyota… Trong biên soạn giáo trình này, chúng tơi trao đổi đóng góp chuyên gia doanh nghiệp, cựu sinh viên, để biết yếu tố cần thiết mà tập đồn địi hỏi sinh viên kỹ sư cần phải trang bị thời gian cịn sinh viên Chúng tơi hệ thống lại toàn mạch điện điện tử nhất, xếp theo trình tự logic hợp lý xuyên suốt tồn giáo trình, dẫn dắt sinh viên vào giới kỳ diệu nguyên tử làm quen với cặp điện tử lỗ trống phần tử bé nhỏ nhất, trừu tượng nhất, cấu hình lên tinh thể chất rắn tạo thành linh kiện bán dẫn, thực chức năng, tổ hợp tuyệt vời làm chuyển biến tồn nhân loại, mơ tượng vật lý thông qua mạch điện tử: mạch khuếch đại, mạch dao động tạo sóng, , khám phá bí mật vũ trụ, thiên nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Nội dung sách chia thành chương sau: Chƣơng 1: Vật liệu bán dẫn chuyển tiếp P-N: PGS.TS.Trần Thu Hà giới thiệu cho sinh viên cấu trúc vật liệu bán dẫn phần tử nhỏ làm điều vĩ đại nhất, vận hành chuyển tiếp P-N trình trao đổi lượng trung hòa điện tử lổ trống làm nên đặc tính dẫn điện chiều chuyển tiếp P-N, thành phần cốt lõi linh kiện bán dẫn Chƣơng 2: Diode bán dẫn:TS Nguyễn Thị Lưỡng giới thiệu linh kiện bán dẫn có cấu tạo chuyển tiếp P-N mạch ứng dụng thực tế diode Chƣơng 3, 4: Cô Bùi Thị Tuyết Đan PGS.TS.Trần Thu Hà giới thiệu linh kiện bán dẫn có cực tính, transistor lưỡng cực mạch phân cực cho BJT Đây linh kiện bán dẫn mạch điện tử mạch điều khiển sau Chƣơng 5, 6: Cô Phù Thị Ngọc Hiếu giới thiệu linh kiện ứng dụng rộng rãi đặc biệt công nghệ chế tạo vi mạch đại có kích thước nhỏ cỡ nanơ mét transistor trường FET Họ linh kiện FET, MOSFET linh kiện thống lĩnh công nghệ kỹ thuật số giới Chƣơng 7, 8, 9: Cô Dương Thị Cẩm Tú giới thiệu mạch khuếch đại tín nhỏ, dạng ghép tầng khuếch đại hệ thống khuếch đại thành phần cốt yếu tất hệ thống mạch khuếch đại âm tần, hệ thống tương tự số, hệ thống điều khiển tự động, công nghệ viễn thơng tự động hóa Chƣơng 10: Cơ Trương Thị Bích Ngà giới thiệu tổ hợp mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại trung gian, mạch phối hợp trở kháng ngõ để hình thành mạch khuếch đại thuật toán OP-AMP Các mạch ứng dụng OP-AMP như: mạch lọc tích cực, mạch khuếch đại tạo hàm, mạch điều khiển hệ thống điện tử công nghiệp, vi mạch điện tử y học, viễn thông… Chƣơng 11: Giới thiệu chế độ khuếch đại công suất, chế độ công suất lớp A, lớp B, lớp AB, lớp C lớp D Mỗi chế độ khuếch đại có ưu điểm riêng ứng dụng thực tế mạch khuếch đại công suất Chƣơng 12: Giới thiệu khối dao động tạo sóng sin, sóng vng sóng tam giác ứng dụng mạch đo lường, điều khiển, công nghệ truyền thông Chƣơng 13: Giới thiệu cấu trúc mạch khuếch đại cộng hưởng phương pháp thiết kế mạch lọc tích cực như: mạch lọc thơng thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc thông giải mạch lọc chắn dải Chƣơng 14, 15: Giới thiệu họ linh kiện lớp đóng vai trị quan trọng mạch điện tử công suất, mạch điều khiển học kỹ thuật công nghệ đại ngành tế quốc dân Khối nguồn ổn áp, khối tích hợp tất mạch điện tử biến lượng AC thành DC để cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch điện tử Chƣơng 16: Cung cấp thông tin mạch điện tử thực tế, để sinh viên tham khảo để phân tích, nhận dạng thực tế gắn kết với lý thuyết Các mạch thực tế có cấu trúc thật có tính tốn đến yếu tố ổn định yếu tố môi trường độ ẩm, độ tin cậy hệ thống mạch thiết kế thực tế Cuốn sách tảng cho môn học điện tử bản, điện tử công suất, thiết kế vi mạch, mạch điều khiển mơn chun ngành năm cuối Theo chương trình đào tạo hệ tín chỉ, tự học sinh viên phải gấp đơi số học lớp biên soạn sách đúc kết, tổng hợp đọng ý logic để bước hướng dẫn sinh viên củng cố giảng Phần tập có chương mục giúp sinh viên tự đánh giá kết tự đọc hiểu mình, củng cố thêm kiến thức tảng vô quan trọng cho công việc tương lai Thay mặt nhóm biên soạn, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đồng nghiệp môn Cơ sở Kỹ thuật Điện tử, đặc biệt giảng viên trẻ Trần Vũ Hoàng, Lê Hồng Minh, thầy Hồng Ngọc Văn, thầy Phạm Xuân Hổ giáo viên Khoa Điện – Điện tử, cựu sinh viên giúp đỡ, tư vấn đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành sách Do thời gian hạn chế, chắn sách không tránh khỏi sơ xuất nhỏ Chúng tơi mong nhận nhiều góp ý đóng góp bạn đọc để tái tốt Địa liên hệ: Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Địa mail: thuha@hcmute.edu.vn Chủ biên PGS.TS.Trần Thu Hà GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Alternative Current Dòng điện xoay chiều ACLL Alternative Current Load Line Đường tải xoay chiều Độ lợi dòng điện Ai AM Amplitude modulation Điề u chế biên đô ̣ Ap Độ lợi công suất Av Độ lợi điện áp AVOL Open-loop voltage gain Độ lợi điện áp vòng hở B Base Cực nề n BJT Bipolar junction transistor Transistor lưỡng cực BPF Band-pass filter Mạch lọc thông dải BSF Band-stop filter Mạch lọc dải triê ̣t BW Bandwidth Băng thông C Collector Cực thu Điê ̣n dung tiế p xúc C0 CB Common base Mạch khuếch đại chung cực nề n CC Common collector Mạch khuếch đại chung cực thu CD Diffusion capacitance Điê ̣n dung khuế ch tán CD Common Drain Mạch khuếch đại chung cực máng CE Common Emitter Mạch khuếch đại chung cực phát CG Common Gate Mạch khuếch đại chung cực cổ ng CMRR Common -mode rejection ratio Tỉ số nén tín hiệu cách chung CS Common Sourse Mạch khuếch đại chung cực nguồ n CT Transistion capacitance Điện dung chuyển tiếp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN D Diode Diode D Drain Cực máng D_MOSFET Depletion_MOSFET MOSFET kênh có sẳ n DAC Digital Analog Converter Bô ̣ chuyể n đổ i số sang tương tự DC Direct Current Dòng điện một chiều DCLL Direct Current Load Line Đường tải một chiều Diac Diode AC Semiconductor Switch Linh kiện chuyển mạch hai chiều E Emitter Cực phát E_MOSFET Enhancement_MOSFE T MOSFET kênh cảm ứng fave Average frequency Tầ n số trung bình fc Cutoff frequency Tầ n số cắ t FET Field effect transistor Transistor trường fH Tầ n số cắ t cao fL Tầ n số cắ t thấ p FM Frequency modulation Điề u biế n tầ n số Tầ n số trung tâm fo fr Resonant frequency Tầ n số cô ̣ng hưởng G Gate Cực cổ ng GaAsP Gallium arsenide phosphide Hợp chất GaAsP GaP Gallium phosphide Hợp chất GaP Ge Germanium Bán dẫn Ge gm Transconductance Độ xuyên dẫn GTO Gate turn-off Linh kiê ̣n tắ t bằ ng cực cổ ng IB Dòng điện cực nền GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Dòng điện cực thu IC IC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Integrated circuit Mạch tích hợp ICBO Dòng rò giữa cực C và B ICEO Dòng rò giữa cực C và E ID Dòng điện qua diode IDSS Dòng điện cực máng bão hòa IE Dòng điện cực phát IGFET Isolated Gate FET Transistor trường cực cổ ng cách ly IR Reverse current Dòng điện ngược IS Saturation current Dòng ngược bão hòa JC Lớp chuyể n tiế p phía cực thu JE Lớp chuyể n tiế p phiá cực phát JFET Junction Field effect transistor Transistor trường tiế p xúc LASCR Light - activated SCR SCR điều khiển ánh sáng LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng LED Light Emitter Diode Diode phát quang Bề rô ̣ng vùng tiế p xúc lo Transistor trường cấ u trúc kim loa ̣i cách điện bán dẫn MOSFET Metal oxide semiconductor FET N Negative semiconductor Bán dẫn loại N N+ Bán dẫn loại N pha tạp cao N++ Bán dẫn loại N pha tạp rất cao Na Nồ ng đô ̣ ta ̣p chấ t nhâ ̣n Nd Nồ ng đô ̣ ta ̣p chấ t cho nN Nồ ng đô ̣ điê ̣n tử chấ t bán dẫn loại N nP Nồ ng đô ̣ điê ̣n tử chấ t bán dẫn loại P DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Op-Amp Operational amplifier GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mạch khuếch đại thuật toán Opto Bô ̣ ngẫu hơ ̣p quang điê ̣n P+ Bán dẫn loại P pha tạp cao P++ Bán dẫn loại P pha tạp rất cao PCmax Công suất tiêu tán cực đại cực C PDmax Công suất cực đại của Diode PLL Phase-locked loop Vịng khóa pha PN Tiế p xúc P-N pN Nồ ng đô ̣ lỗ trố ng chấ t bán dẫn loại N pP Nồ ng đô ̣ lỗ trố ng chấ t bán dẫn loại P PUT Programable UJT Transistor lập trình được Q Quiscent Điể m làm viê ̣c tiñ h Q Quality factor Hê ̣ số phẩ m chấ t RD Điê ̣n trở tiñ h rd Điê ̣n trở đô ̣ng Rth Điê ̣n trở tương đương thevenin Cực nguồ n S Sourse SBS Silicon Bilateral Switch SBS SCR Silicon controlled Rectifier Chỉnh lưu điều khiển được SCS Silicon control switch Công tắ c điề u khiể n Si Silicon Bán dẫn Si Triac Triode AC Semiconductor Switch Linh kiện công tắc bán dẫn xoay chiều ba cực trr Reverse recover time Thời gian khôi phu ̣c ngươ ̣c ts Thời gian lưu trữ tt Thời gian ngưng dẫn 10 GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN UJT Unijunction transistor DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Transistor đơn nố i VBD Điê ̣n áp đánh thủng VCEsat Điê ̣n áp cực thu-phát bão hòa VCO Voltage-controlled oscillator Dao đô ̣ng có điề u khiể n VF Forward Voltage Điê ̣n áp thuâ ̣n Vm Peak voltage ( Max Voltage) Điê ̣n áp đỉnh Vo Output voltage Điê ̣n áp ngõ VP Pinch off voltage Điê ̣n áp thắ t kênh VTh Threshold voltage Điê ̣n áp ngưỡng Vth Thevenin voltage Điê ̣n áp tương đương thevenin Điê ̣n áp tiế p xúc Vtx VZ Vγ Zener Voltage Điê ̣n áp Zener Điê ̣n áp ngưỡng 11 ... 20 GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN CHƢƠNG mạng tinh thể mà mức lượng bị phân kế cận tạo vùng lượng giao tạo chế dẫn điện bán dẫn W 4d 3d 4p 4s 3p 3s 2p 2s 1s W - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -. .. - N - - - + - - + - - - - - + - + - + + + - + + + + - P + - + Hình 1.11 Chuyển tiếp P-N + Ký hiệu Ion dương “+” vùng chuyển tiếp - Ký hiệu Ion dương “+” vùng chuyển tiếp E - - - - - + N - + -. .. tử bán dẫn ln ln có bốn ngun tử kế cận liên kết với ngun tử đó, ngun tử ln đạt trạng thái bão hịa 15 CHƢƠNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN - - Shells - + - Nucleus - - - + - Orbiting electrons - -