Bài giảng Kỹ thuật điện tử (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP 2020 TS HOÀNG SƠN ThS ĐINH HẢI LĨNH Kü THUËT §IÖN Tö TS HOÀNG SƠN, ThS ĐINH HẢI LĨNH BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP 2020 i MỤC LỤC Mục lục i Danh mục các bảng v Danh mục các hình v Lời nói đầu 1 Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2 1 1 Tin tức và tín hiệu 3 1 2 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian 4 1 3 Các hệ thống điện tử điển hình 5 1 3 1 Hệ thống thông tin thu phát 5 1 3 2 Hệ đo lường điện tử 6 1 4 Các đại lượng cơ bản 6 1 4 1.

TS HOÀNG SƠN - ThS ĐINH HẢI LĨNH Kü THUËT §IƯN Tư TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2020 TS HOÀNG SƠN, ThS ĐINH HẢI LĨNH BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2020 MỤC LỤC Mục lục i Danh mục bảng v Danh mục hình .v Lời nói đầu Chương MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Tin tức tín hiệu 1.2 Các tính chất tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian 1.3 Các hệ thống điện tử điển hình 1.3.1 Hệ thống thông tin thu - phát 1.3.2 Hệ đo lường điện tử 1.4 Các đại lượng 1.4.1 Điện áp dòng điện 1.4.2 Nguồn điện 1.5 Một số định luật 1.5.1 Định luật Ohm 1.5.2 Định luật Kirchhoff Câu hỏi tập chương 10 Chương CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 11 2.1 Điện trở (Resistor) 11 2.1.1 Khái niệm 11 2.1.2 Các tham số đặc trưng điện trở 11 2.1.3 Phân loại ứng dụng điện trở 12 2.1.4 Cấu tạo điện trở 12 2.1.5 Cách đọc giá trị điện trở 14 2.2 Tụ điện (Capacitor) 15 2.2.1 Khái niệm 15 2.2.2 Các tham số tụ điện 16 2.2.3 Phân loại, cấu tạo, đặc tính tụ điện 17 2.2.4 Cách đọc giá trị tụ điện 20 2.2.5 Ứng dụng 21 i 2.3 Cuộn cảm (Inductor) .21 2.3.1 Khái niệm 21 2.3.2 Các tham số .22 2.3.3 Phân loại 23 2.3.4 Cách đọc giá trị cuộn cảm 23 2.4 Biến áp (Transformer) 24 2.4.1 Khái niệm 24 2.4.2 Cấu tạo 24 2.4.3 Các thông số kỹ thuật máy biến áp 25 2.4.4 Một số loại máy biến áp thường gặp .28 2.4.5 Ký hiệu số máy biến áp 29 Câu hỏi tập chương 30 Chương DIODE 31 3.1 Chất bán dẫn 31 3.1.1 Khái niệm 31 3.1.2 Mặt ghép P-N 32 3.1.3 Đặc tuyến V-A tiếp xúc P-N .35 3.2 Diode bán dẫn 36 3.2.1 Cấu tạo, hoạt động diode 36 3.2.2 Đặc tuyến V-A diode 36 3.2.3 Các tham số diode 37 3.2.4 Các loại diode 38 3.3 Một số mạch ứng dụng diode 43 3.3.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ .43 3.3.2 Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ .44 3.3.3 Mạch chỉnh lưu cầu 46 3.3.4 Mạch nhân đôi áp 48 3.3.5 Các mạch hạn chế biên độ (mạch ghim) 48 3.3.6 Ổn định điện áp diode Zener (diode ổn áp) 51 Câu hỏi tập chương 53 Chương TRANSISTOR 57 4.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến tham số transistor lưỡng cực (BJT - Bipolar Junction Transistor) 57 ii 4.1.1 Cấu tạo BJT 57 4.1.2 Nguyên lý làm việc BJT 57 4.1.3 Tham số transistor 59 4.1.4 Cách mắc transistor tham số chế độ tín hiệu nhỏ 60 4.1.5 Các họ đặc tuyến tĩnh transistor 61 4.2 Các dạng mắc mạch transistor họ đặc tuyến 62 4.2.1 Sơ đồ emitơ chung (EC) 62 4.2.2 Sơ đồ bazơ chung (BC) 64 4.2.3 Mạch colectơ chung (CC) 66 4.3 Đường tải tĩnh điểm công tác tĩnh 68 4.3.1 Xác định đường tải tĩnh điểm công tác tĩnh 68 4.3.2 Ổn định điểm công tác tĩnh nhiệt độ thay đổi 71 4.4 Các phương pháp phân cực cho transistor 71 4.4.1 Phân cực transistor dòng cố định 71 4.4.2 Phân cực transistor điện áp phản hồi 72 4.4.3 Phương pháp tự phân cực (Phân cực dòng emitơ) 73 4.5 Transistor trường (FET - Field Effect Transistor) 74 4.5.1 Transistor có cực cửa tiếp giáp JFET (Junction gate Field - Effect Transistor) 75 4.5.2 Transistor có cực cửa cách li MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) 78 4.5.3 Đặc điểm transistor trường 80 Câu hỏi tập chương 81 Chương MẠCH KHUẾCH ĐẠI 86 5.1 Những vấn đề chung 86 5.1.1 Nguyên lý xây dựng tầng khuếch đại 86 5.1.2 Các tham số tầng khuếch đại 87 5.1.3 Các chế độ làm việc tầng khuếch đại 88 5.1.4 Hồi tiếp khuếch đại 90 5.2 Mạch khuếch đại dùng transistor BJT 92 5.2.1 Tầng khuếch đại EC 92 5.2.2 Tầng khuếch đại CC 98 5.2.3 Tầng khuếch đại BC 100 iii 5.3 Ghép tầng tầng khuếch đại .101 5.3.1 Ghép tầng điện dung 102 5.3.2 Ghép tầng biến áp 103 5.4 Khuếch đại thuật toán (Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán) .105 5.4.1 Khái niệm chung 105 5.4.2 Đặc tuyến truyền đạt .106 5.4.3 Các giả thiết lý tưởng 107 5.4.4 Các hệ .107 5.4.5 Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán 107 Câu hỏi tập chương 115 Chương PHẦN TỬ NHIỀU MẶT GHÉP P-N .119 6.1 Thyristor .119 6.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc Thyristor 119 6.1.2 Đặc tuyến V-A Thyristor .121 6.1.3 Các thông số Thyristor .122 6.1.4 Một số ứng dụng Thyristor .122 6.2 Triac 124 6.2.1 Đặc điểm cấu tạo làm việc Triac .124 6.2.2 Ứng dụng .125 6.3 Điac .126 6.3.1 Đặc điểm cấu tạo làm việc Điac 126 6.3.2 Các tham số đặc trưng Điac 128 6.3.3 Ứng dụng Điac .128 Câu hỏi ôn tập chương 129 Phụ lục A Một số mạch điện tử ứng dụng .130 Phụ lục B Giới thiệu số phần mềm mô mạch điện tử 132 Tài liệu tham khảo 142 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các giá trị màu điện trở 14 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Tín hiệu tuần hoàn Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin dân dụng Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống đo lường Hình 1.4 Ký hiệu nguồn áp Hình 1.5 Nguồn dòng Hình 1.6 Dịng nút mô tả định luật Kirchhoff Hình 1.7 Hình minh họa định luật Kirchhoff Hình 2.1 Ký hiệu điện trở mạch điện 11 Hình 2.2 Điện trở than 13 Hình 2.3 Kết cấu ký hiệu chiết áp, biến trở 13 Hình 2.4 Hình dạng chiết áp 13 Hình 2.5 Ký hiệu loại tụ điện mạch điện 16 Hình 2.6 Hình ảnh tụ giấy 18 Hình 2.7 Hình ảnh tụ mica 18 Hình 2.8 Hình ảnh tụ gốm 19 Hình 2.9 Cấu tạo tụ xoay 20 Hình 2.10 Hình ảnh cuộn cảm 22 Hình 2.11 Ký hiệu loại cuộn cảm mạch điện 22 Hình 2.12 Hình ảnh máy biến áp công suất nhỏ 24 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy biến áp pha 26 Hình 2.14 Ký hiệu số máy biến áp mạch điện 29 Hình 3.1 Sự hình thành vùng nghèo mặt ghép P-N 32 Hình 3.2 Mặt ghép P-N phân cực thuận 33 Hình 3.3 Mặt ghép P-N phân cực ngược 34 Hình 3.4 Đặc tuyến V-A chuyển tiếp PN 35 Hình 3.5 Các kiểu ký hiệu diode mạch điện 36 v Hình 3.6 Đặc tuyến Von-ampe diode bán dẫn 36 Hình 3.7 Ký hiệu đặc tính V-A diode Zener 38 Hình 3.8 Ký hiệu diode biến dung .39 Hình 3.9 Mối quan hệ điện dung điện áp ngược 40 Hình 3.10 Ký hiệu đặc tuyến diode ổn dòng 40 Hình 3.11 Cấu tạo ký hiệu diode Schottky 41 Hình 3.12 Cấu tạo diode PIN 41 Hình 3.13 Ký hiệu đặc tuyến V-A diode Tunel 42 Hình 3.14 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu nửa chu kỳ 43 Hình 3.15 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu hai nửa chu kỳ 44 Hình 3.16 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu cầu .46 Hình 3.17 Sơ đồ mạch nhân đơi điện áp 48 Hình 3.18 Sơ đồ mạch hạn chế nối tiếp 49 Hình 3.19 Giản đồ điện áp mạch hạn chế nối tiếp mức E 49 Hình 3.20 Giản đồ điện áp mạch hạn chế nối tiếp mức E .50 Hình 3.21 Sơ đồ mạch hạn chế nối tiếp 50 Hình 3.22 Kí hiệu, đặc tuyến V-A sơ đồ ứng dụng diode Zener 51 Hình 4.1 Mơ hình lý tưởng hóa kí hiệu transistor pnp (a) npn (b) 57 Hình 4.2 Sơ đồ phân cực transistor NPN (a) PNP (b) 58 Hình 4.3 Phương pháp mắc transistor thực tế 60 Hình 4.4 Transistor mạng bốn cực 60 Hình 4.5 Sơ đồ xác định đặc tuyến transistor mắc EC 62 Hình 4.6 Họ đặc tuyến vào transistor mắc EC 62 Hình 4.7 Đặc tuyến truyền đạt (a) đặc tuyến (b) transistor cách mắc EC transistor NPN 63 Hình 4.8 Sơ đồ xác định đặc tuyến transistor mắc BC 64 Hình 4.9 Đặc tuyến vào transistor mắc BC 65 Hình 4.10 Đặc tuyến truyền đạt đặc tuyến transistor mắc BC 65 Hình 4.11 Sơ đồ xác định đặc tuyến transistor mắc CC 66 Hình 4.12 Đặc tuyến vàocủa transistor mắc BC 67 Hình 4.13 Đặc tuyến truyền đạt đặc tuyến transistor mắc BC 68 Hình 4.14 Xây dựng đường tải tĩnh 68 Hình 4.15 Chọn điểm công tác tĩnh 70 vi Hình 4.16 Sơ đồ phân cực dòng cố định 72 Hình 4.17 Sơ đồ phân cực điện áp phản hồi 72 Hình 4.18 Sơ đồ tự phân cực 73 Hình 4.19 Hình ảnh loại transistor trường 74 Hình 4.20 Sơ đồ cấu tạo kí hiệu JFET 75 Hình 4.21 Họ đặc tuyến JFET 76 Hình 4.22 Họ đặc tuyến truyền đạt JFET 77 Hình 4.23 Cấu tạo MOSFET 78 Hình 4.24 Ký hiệu quy ước MOSFET 79 Hình 4.25 Đặc tuyến đặc tuyến truyền đạt MOSFET 80 Hình 5.1 Nguyên lý xây dựng tầng khuếch đại 86 Hình 5.2 Sơ đồ tầng khuếch đại dùng BJT 86 Hình 5.3 Biểu đồ thời gian dòng điện điện áp mạch 87 Hình 5.4 Sơ đồ mạch khuếch đại transistor kiểu EC đặc tuyến 88 Hình 5.5 Dạng tín hiệu vào, KĐ chế độ A 89 Hình 5.6 Sơ đồ khối khuếch đại có hồi tiếp 91 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại EC 93 Hình 5.8 Xác định chế độ tĩnh tầng khuếch đại EC 93 Hình 5.9 Đồ thị thời gian minh họa hoạt động tầng khuếch đại EC 95 Hình 5.10 Sơ đồ tương đương tầng khuếch đại EC 97 Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ thay tương đương tầng khuếch đại CC 98 Hình 5.12 Đồ thị thời gian minh họa hoạt động tầng khuếch đại CC 99 Hình 5.13 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại BC 100 Hình 5.14 Sơ đồ biến đổi tương đương sơ đồ thay tương đương tầng khuếch đại BC 100 Hình 5.15 Sơ đồ khối khuếch đại nhiều tầng 102 Hình 5.16 Sơ đồ khuếch đại ghép tầng điện dung 102 Hình 5.17 Sơ đồ khuếch đại ghép biến áp 103 Hình 5.18 Sơ đồ tầng khuếch đại vi sai uv = biểu đồ tín hiệu 104 Hình 5.19 Sơ đồ tầng khuếch đại vi sai uv1 > 0, uv2 = biểu đồ tín hiệu 104 Hình 5.20 Ký hiệu khuếch đại thuật toán sơ đồ điện tử 105 Hình 5.21 Sơ đồ cấu tạo bên khuếch đại thuật toán μA741 106 Hình 5.22 Đặc tuyến truyền đạt khuếch đại thuật toán 106 vii 3.2.4.6 Diode Tunel Đặc tính quan trọng diode Tunel có miền điện trở âm Đặc tính sử dụng máy tạo dao động khuếch đại viba Ký hiệu đặc tính V-A diode Tunel mạch điện hình 3.13 Hình 3.13 Ký hiệu đặc tuyến V-A diode Tunel Diode Tunel có cấu tạo từ miền bán dẫn P N (chất bán dẫn gốc Ge GaAs) pha tạp mạnh nhiều so với diode chỉnh lưu Do pha tạp mạnh nên vùng nghèo hẹp dẫn điện vùng phân cực ngược, khơng có vùng đánh thủng diode chỉnh lưu Do vùng nghèo vô hẹp cho phép electron qua mặt ghép P-N theo đường hầm điện áp phân cực thuận thấp diode hoạt động chất dẫn điện 3.2.4.7 Diode Lazer Diode Lazer phát ánh sáng đơn sắc, diode phát quang phát ánh sáng đa sắc Diode Lazer có cấu tạo từ mặt ghép P-N pha tạp mạnh từ chất bán dẫn gốc GaAs Chiều dài mặt ghép P-N có ảnh hưởng tới bước sóng ánh sáng phát Khi phân cực thuận cho diode Lazer, electron di chuyển qua mặt ghép PN, chúng tái hợp với lỗ trống photon giải phóng Các photon đập vào nguyên tử làm cho photon khác lại giải phóng Khi dịng thuận tăng, electron vào vùng nghèo làm cho photon phát Cuối cùng, số photon di chuyển vùng nghèo đập vào bề mặt phản xạ phát ánh sáng 42 3.3 Một số mạch ứng dụng diode 3.3.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Chỉnh lưu trình biến đổi lượng điện xoay chiều thành lượng điện chiều cung cấp cho phụ tải điện chiều a) Sơ đồ mạch Hình 3.14 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu nửa chu kỳ b) Hoạt động mạch Khi cấp điện áp xoay chiều U1 vào hai đầu cuộn L1 hai đầu cuộn L2 xuất điện áp cảm ứng xoay chiều U2 + Xét nửa chu kỳ dương U2: Giả sử điểm A có điện dương, điểm B có điện âm; UA > UK , diode thơng (phân cực thuận) Vì vậy, dịng điện chạy mạch theo chiều A + → D → Rt → B- + Xét nửa chu kỳ âm U2: Thì điểm A có điện âm, điểm B có điện dương; UA < UK, diode khóa  Nhận xét: Điện áp xuất nửa chu kỳ dương U2 điện áp điện áp chiều - Đặc điểm: Kết cấu mạch đơn giản; độ gợn sóng lớn, để điện áp phẳng mắc thêm tụ lọc song song với Rt.351 c) Tính tốn giá trị dịng áp tải Điện áp xoay chiều hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: U  43 N2 U1 N1 Trong đó: N1, N2 số vòng dây dây quấn sơ cấp thứ cấp máy biến áp Nếu dùng mơ hình tương đương thực tế diode biên độ điện áp tải là: U rp  U p  0,7 V Trong đó: Urp: Là điện áp đỉnh; U2p: Là điện áp thứ cấp đỉnh Giá trị trung bình điện áp tải là: U  (T / 2) T /2 U 2( p ) sin tdt     2.U sin tdt  0, 45U Giá trị trung bình dịng điện tải là: It  U Rt 3.3.2 Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ a) Sơ đồ mạch Hình 3.15 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu hai nửa chu kỳ b) Hoạt động Xét nửa chu kỳ dương U21 (tức nửa chu kỳ âm U22): Diode D1 thơng nên có dịng điện chạy mạch theo chiều A → D1 → Rt → V Xét nửa chu kỳ âm U21 (tức nửa chu kỳ dương U22): Diode D2 thơng nên có dịng điện chạy mạch theo chiều B → D2 → Rt → V 44 Nhận xét: Trong hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều có dòng điện qua tải Sơ đồ mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ sử dụng diode hai sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ mắc song song có tải chung Đặc điểm: - Mạch dùng hai diode; - Điện áp ngược đặt lên diode lớn; - Cấu tạo biến áp dùng cuộn thứ cấp có điểm chung: Công suất bé, điện áp bé; - Độ gợn sóng mạc chỉnh lưu nửa chu kỳ Vì vậy, để điện áp phẳng ta mắc thêm tụ lọc song song với Rt c) Tính tốn giá trị dịng áp tải Điện áp xoay chiều hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: U2  N2 U1 N1 Nếu dùng mô hình tương đương thực tế diode biên độ điện áp tải là: U rp  U p  0,7 V  Giá trị trung bình điện áp tải là: U   T /2 U 2( p ) sin tdt     2.U sin tdt  0,9U  Giá trị trung bình dịng điện tải trường hợp tải trở: It  U Rt Khi dịng qua diode D1 D2 là: I D1  I D  45 It Và dòng cực đại qua diode là: I Dmax   It  Điện áp ngược cực đại đặt vào diode khóa tổng điện áp cực đại cuộn thứ cấp biến áp: U ng max  2U  3,14U Khi cần chọn van D1, D2 có điện áp chược cho phép lớn điện áp ngược cực đại  Khi tải có tụ lọc C, tượng nạp phóng tụ điện C mạch lúc làm việc chế độ khơng liên tục trường hợp với tải điện trở Với trường hợp tải điện dung, ta thấy hình 3.15b van làm việc khoảng thời gian nhỏ nửa chu kỳ thông mạch nạp cho tụ điện Trong khoảng thời gian cịn lại van khóa (do điện áp tụ nạp lớn giá trị tức thời điện áp pha tương ứng U22 U21) Lúc tụ C phóng điện cung cấp điện áp tải Rt Điện áp trung bình trường hợp bị thay đổi, đó: U  1, 41 U 3.3.3 Mạch chỉnh lưu cầu a) Sơ đồ mạch Hình 3.16 Sơ đồ mạch giản đồ điện áp chỉnh lưu cầu b) Hoạt động Xét nửa chu kỳ dương U2: Diode D1 D3 thơng nên có dịng điện chạy mạch theo chiều A → D1 → Rt → D3 → B 46 Xét nửa chu kỳ âm U2: Diode D2 D4 thơng nên có dòng điện chạy mạch theo chiều B → D2 → Rt → D4 → A Nhận xét: Trong hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều có dịng điện qua tải Đặc điểm: - Mạch dùng bốn diode; - Điện áp ngược đặt lên diode nhỏ so với mạch chỉnh lưu dùng hai diode; - Cấu tạo biến áp đơn giản c) Tính tốn giá trị dịng áp tải Điện áp xoay chiều hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: U2  N2 U1 N1 Nếu dùng mơ hình tương đương thực tế diode biên độ điện áp tải là: U rp  U p  0,7 V  Giá trị trung bình điện áp tải là: U   T /2 U 2( p ) sin tdt     2.U sin tdt  0,9U  Giá trị trung bình dịng điện tải trường hợp tải trở là: It  U Rt  Điện áp ngược cực đại đặt vào diode khóa biên độ U2m: U ng max  2U 47  Khi tải có tụ lọc C: Do tượng nạp phóng tụ điện C mạch lúc làm việc chế độ không liên tục trường hợp với tải điện trở điện áp tải là: U  1, 41 U 3.3.4 Mạch nhân đơi áp Hình 3.17 Sơ đồ mạch nhân đơi điện áp Mạch hình 3.17 cho phép nhận điện áp chiều có giá trị gấp đơi điện áp vào Ở nửa chu kỳ dương điện áp vào, diode D1 mở, D2 khóa, tụ C1 nạp với giá trị điện áp U2m; nửa chu kỳ âm điện áp vào, diode diode D1 khóa, D2 khóa, tụ C2 nạp với giá trị điện áp U2m Các tụ C1 C2 phóng điện nửa chu kỳ sau nạp nửa chu kỳ trước Do điện áp ln có giá trị tổng điện áp tụ C1 C2 Ura  UC1  UC2  2U2m  2U 3.3.5 Các mạch hạn chế biên độ (mạch ghim) Các mạch hạn chế biên độ sử dụng để hạn chế biên độ điện áp lớn hơn, nhỏ nằm hai giá trị gọi mức ngưỡng Thông thường giá trị mức ngưỡng không vượt biên độ lớn điện áp đưa vào hạn chế Tùy theo mắc phần tử hạn chế so với tải cách lấy điện áp mà ta có mạch hạn chế nối tiếp, song song, mạch hạn chế trên, hạn chế hai phía 3.3.5.1 Mạch hạn chế nối tiếp Mạch hạn chế mắc nối tiếp mạch có diode hạn chế mắc nối tiếp với mạch tải Có hai dạng hạn chế hạn chế biên độ phía hạn chế biên độ phía 48 b) Mạch hạn chế mức E a) Mạch hạn chế mức E Hình 3.18 Sơ đồ mạch hạn chế nối tiếp  Mạch hạn chế nối tiếp mức E Giải thích hoạt động: Giả thiết tín hiệu vào hình sin diode lý tưởng Gọi RDth RDng điện trở thuận điện trở ngược diode Khi UD > → Diode D mở điện áp bằng: Áp dụng nguyên lý xếp chồng mạch điện ta tính được: U ra1  R R  RDth  Rng Uv  RDth  Rng R  RDth  Rng E Khi UD < → Diode D khóa điện áp bằng: U  R R  RDng  Rng Uv  RDng  Rng R  RDng  Rng E Vậy thỏa mãn điều kiện RDth + Rng → Diode D mở → Ura = E 3.3.6 Ổn định điện áp diode Zener (diode ổn áp) Diode ổn áp làm việc dựa hiệu ứng đánh thủng Zener đánh thủng thác lũ tiếp giáp P-N phân cực ngược, bị đánh thủng không hỏng Diode ổn áp dùng để ổn định điện áp đặt vào phụ tải Kí hiệu, đặc tuyến V-A, sơ đồ ổn áp đơn giản dùng diode Zener hình 3.22 Hình 3.22 Kí hiệu, đặc tuyến V-A sơ đồ ứng dụng diode Zener - Nhánh thuận đặc tuyến V-A diode giống diode chỉnh lưu thông thường nhánh ngược có phần khác: Lúc đầu điện áp ngược cịn nhỏ Ingược có trị số nhỏ giống diode thông thường + Khi điện áp ngược đạt tới giá trị điện áp ngược đánh thủng dịng điện ngược qua diode tăng lên đột ngột điện áp ngược diode không đổi Đoạn đặc tuyến gần song song với trục dòng điện (đoạn A-B) Đoạn (A-B) giới hạn bới (Iôdmin, Iôdmax) đoạn làm việc diode ổn áp 51 + Để đảm bảo cho tượng đánh thủng điện không kép theo đánh thủng nhiệt cho diode bị hỏng, chế tạo người ta tính tốn để tiếp giáp P-N chịu dòng điện ngược Mặt khác, mạch điện đặt điện trở hạn chế để hạn chế khơng cho dịng điện ngược qua diode vượt dòng điện ngược cho phép + Khi dòng điện qua diode nhỏ giá trị Iơdmin diode làm việc đoạn OA nên khơng có tác dụng ổn định điện áp + Khi dòng điện qua diode lớn giá trị Iơdmax cơng suất tỏa diode vượt q cơng suất cho phép làm cho diode bị phá hỏng nhiệt - Trong mạch ổn áp diode ổn áp mắc song song với phụ tải - Nếu uv thay đổi, Rt không đổi, đặc tuyến V-A uv thay đổi lượng Δuv lớn ura thay đổi lượng Δura nhỏ, thay đổi uv hạ Rhc, đảm bảo điện áp tải không thay đổi - Nếu uv không đổi, Rt không đổi Lúc nội trở diode thay đổi dẫn tới hân bố lại dòng điện qua diode qua tải đảm bảo cho điện áp tải không đổi 52 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Khái niệm chất bán dẫn Trình bày chất bán dẫn tạp loại n chất bán dẫn tạp loại p Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến V-A diode bán dẫn Tại nói diode bán dẫn có tính chất chỉnh lưu? Cho ví dụ minh họa Nêu chức năng, nhiệm vụ phần tử sơ đồ sau qua chứng minh diode bán dẫn có tính chất chỉnh lưu Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến V-A diode ổn áp Nêu điểm giống khác diode bán dẫn diode ổn áp (diode Zener) BÀI 3.1 Cho mạch điện hình BT3.1 Nêu chức mạch Cho điện áp vào tín hiệu xung vng có Uvàom = 10 V; điện áp rơi diode UD = 0,7 V Vẽ dạng điện áp vào điện áp đồ thị thẳng hàng R Uvào D Ura Hình BT3.1 BÀI 3.2 Cho mạch điện hình BT3.2 Nêu chức mạch Vẽ cực tính hai tụ C1; C2 53 Tính điện áp Ura Uvàom = 12 VAC D2 C1 Uvào C2 D1 Ura Hình BT3.2 BÀI 3.3 Cho mạch điện hình BT3.3 Biết hệ số biến áp Ku = 10:1; u vào  220 2Sin 100 t  V  Nêu chức mạch Vẽ dạng điện áp vào, điện áp đồ thị thẳng hàng Tính điện áp Ura khơng có tụ có tụ 10:1 D1 I C Uvào Rt Ura D2 Hình BT3.3 BÀI 3.4 Cho mạch điện hình vẽ Biết u vào  220 2Sin 100 t  V  ; hệ số biến áp Ku = 11:1 11:1 D1 D2 Uvào D4 D3 C Hình BT3.4 Nêu chức mạch Vẽ dạng điện áp vào, điện áp đồ thị thẳng hàng Tính điện áp Ura khơng có tụ có tụ 54 Rt Ura BÀI 3.5 Cho mạch điện hình BT3.5 Tín hiệu vào điện áp hình sin, biên độ 9V; E = -1,5 V Nêu chức mạch Vẽ dạng điện áp vào, đồ thị thẳng hàng D R Uvào Ur Rt E Hình BT3.5 BÀI 3.6 Cho mạch điện hình BT3.6 Biết tín hiệu vào điện áp hình sin, biên độ 10 V; E = -3,5 V Nêu chức mạch Vẽ giản đồ điện áp R D Rt Uvào Ura E Hình BT3.6 BÀI 3.7 Cho mạch điện hình BT3.7 R 10:1 U1 U2 C Hình BT3.7 55 DZ Ura a) Hãy vẽ diode vào mạch cho phù hợp nêu chức mạch b) Xác định giá trị hiệu dụng U2 biết R = 250 Ω; UZ = 4,5 V; IZ = 10 mA BÀI 3.8 Cho mạch điện hình BT3.8 10:1 220VAC 50Hz n1 R K n2 C DZ1 Rt Ura DZ2 Hình BT3.8 a) Vẽ diode vào mạch cho phù hợp b) Xác định cực tính tụ C khóa K đóng c) Cho UZ1 = UZ2 = 4,5 V; IZ1 = IZ2 = mA Tìm giá trị điện trở R khóa K mở 56 ... Chương 6: Phần tử nhiều mặt ghép P-N Bài giảng biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên ngành Cơng nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng sinh viên bắt đầu làm quen với kỹ thuật điện tử nói chung giảng tham... xác định Tín hiệu điện thường sử dụng dạng điện áp, dòng điện hay sóng điện từ 1.3 Các hệ thống điện tử điển hình Hệ thống điện tử tập hợp thiết bị điện tử nhằm thực nhiệm vụ kỹ thuật định gia công... kiện điện tử thụ động gồm điện trở, tụ điện, cuộn cảm 2.1 Điện trở (Resistor) 2.1.1 Khái niệm Điện trở đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện vật thể dẫn điện Ký hiệu điện