Ôn tập môn linh kiện điện tử

Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử ÔN TẬP CÁC KIẾN THỨC CĂN BẢN Môn: Linh Kiện Điện Tử Mục Lục Chương 1: R L C Điện trở Tụ điện: Cuộn dây 10 Chương 2: Diod .14 Cấu tạo Diod 14 Kiểu mẫu Diod .14 Các loại Diod (chủ yếu loại diod diod thông thường zener) 15 Ứng dụng Diod .16 Chương : Transistor 18 Cấu tạo transistor .18 Các vùng hoạt động BJT .19 Ứng dụng thực tế transistor 19 Mạch phân cực transistor 19 - Phân cực cố định: 19 - Phân cực ổn định cực phát 20 - Phân cực hồi tiếp điện 21 - Phân cực cầu chia điện .22 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor 22 - Mạch khuếch đại cực phát chung 22 - Mạch khuếch đại cực thu chung 23 - Mạch khuếch đại cực chung .24 - Bài tập minh họa 24 Chương TRANSISTOR TRƯỜNG ỨNG – FET 28 Cấu tạo FET 28 Ứng dụng thực tế FET 29 Mạch phân cực FET 29 - Phân cực cố định: 29 - Phân cực tự động 30 - Phân cực cầu chia điện .30 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET 31 - Mạch khuếch đại cực nguồn chung 31 - Mạch khuếch đại cực thoát chung 31 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử - Mạch khuếch đại cực cổng chung .31 Bài tập minh họa FET 32 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Chương 1: R L C Điện trở - Cách đọc giá trị điện trở dựa vào vòng màu + Dựa vào vòng màu điện trở, ta đọc trị số điện trở: + Thơng thường điện trở có vịng màu, có loại vịng ta tiếp cận nhiều Loại vòng màu nên cách đọc mơ tả hình trên: vịng liền kề từ ngồi vào là: vịng số đầu, vòng số kế tiếp, vòng 10 lũy thừa số đó, vịng sai số: nhũ vàng, hoàng kim 5%, nhũ bạc 10% Bảng màu tượng trưng cho giá trị sau: Nâu Cam Vàng Xanh Xanh Tím Xám Trắng Đen Đỏ dương Nhũ vàng, hoàng kim Nhũ bạc Sai số 5% Sai số 10% - Ứng dụng điện trở: dùng để hạn dòng điện mạch điện, dùng cho bếp điện thường dùng hàng ngày, ứng dụng nhiều công nghiệp,… - Cơng thức tính điện trở tương đương: mắc nối tiếp, mắc song song Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử + Mắc nối tiếp: điện trở tương đương điện trở mắc nối tiếp tổng điện trở thành phần: 𝐑 𝐓Đ = 𝐑 𝟏 + 𝐑𝟐 + ⋯ + 𝐑 𝐧 𝐈𝐓Đ = 𝐈𝟏 = 𝐈𝟐 = ⋯ = 𝐈𝐧 𝐔𝐓Đ = 𝐔𝟏 + 𝐔𝟐 + ⋯ + 𝐔𝐧 + Mắc song song: điện trở tương đương điện trở mắc song song nghịch đảo điện trở tương đương tổng nghịch đảo điện trở thành phần 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 = + +⋯+ 𝐑 𝐓Đ 𝐑𝟏 𝐑𝟏 𝐑𝐧 𝐈𝐓Đ = 𝐈𝟏 + 𝐈𝟐 + ⋯ + 𝐈𝐧 𝐔𝐓Đ = 𝐔𝟏 = 𝐔𝟐 = ⋯ = 𝐔𝐧 Mắc song song điện trở: 𝐑 𝐓Đ = 𝐑𝟏𝐑𝟐 𝐑𝟏 + 𝐑𝟐 Mắc song song điện trở 𝐑 𝐓Đ = 𝐑𝟏𝐑𝟐𝐑𝟑 𝐑 𝟏 𝐑 𝟐 + 𝐑 𝟐 𝐑 𝟑 + 𝐑𝟏 𝐑 𝟑 - Cơng thức định luật Ohm (tính I – đơn vị Ampe, U – đơn vị Volt, R – đơn vị Ohm) 𝐈= 𝐔 𝐑= 𝐑 𝐔 𝐈 𝐔 = 𝐈 𝐑 - Cầu chia điện thế: điện lấy điện trở mắc nối tiếp Điện tính theo cơng thức: 𝐕𝐨𝐮𝐭𝟏 = 𝐕𝐜𝐜 (𝐑𝟐 +𝐑𝟑 ) 𝐑 𝟏 +𝐑 𝟐 +𝐑𝟑 𝐕𝐨𝐮𝐭𝟐 = 𝐑 𝐕𝐜𝐜 𝐑 𝟑 𝟏 +𝐑 𝟐 +𝐑 𝟑 (V) (V) Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử - Cơng thức tính cơng suất P – đơn vị Watt 𝐏 = 𝐔 𝐈 Các câu hỏi liên quan: - Đọc giá trị điện trở vịng màu? - Tính điện trở tương đương mạch? - Tính cường độ dịng điện I qua mạch điện? - Tính hiệu điện U? - Tính cơng suất tiêu thụ mạch? - Ứng dụng điện trở? VD1: Cho mạch điện hình a) Đọc giá trị điện trở dựa vào vòng màu điện trở mạch? b) Tính điện trở tương đương RTĐ, dịng điện I, I1, I2 cơng suất P tiêu tán mạch điện Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử B A Giải: Câu a) Đọc giá trị điện trở dựa vào vòng màu - Điện trở R1 = 10.103 = 10.000 Ω = 10k Ω - Điện trở R2 = 47.103 = 47.000 Ω = 47k Ω - Điện trở R3 = 56.103 = 56.000 Ω = 56k Ω Câu b) Điện trở tương đương: Ta thấy điện trở R2//R3 nối tiếp với R1 nên ta tính R23 tương đương điện trở song song sau nối tiếp với điện trở cịn lại Theo cơng thức tính điện trở song song ta có R 23 = R2 R3 R2 +R3 = 47.56 47+56 = 25,55k RTĐ = R1 + R23 = 10 + 25,55 = 35,55k Tính cường độ dịng điện Để tính cường độ dịng điện I1 I2 ta phải biết hiệu điện điểm AB UAB cầu chia điện điện trở R1 R23 Do đó: UAB = I1 = I2 = UAB R2 UAB R3 15 R23 R1 +R23 = = = 10,78 47 10,78 56 15.25,55 10+25,55 = 10,78 𝑉 = 0,23 𝑚𝐴 = 0,19 𝑚𝐴 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử I = I1 + I2 = 0,23 + 0,19 = 0,42 mA Hoặc I = 15 RTĐ = 0,42 mA Công suất tiêu tán: P = UI = 0,42.15000 = 6300 mW = 6,3W Tụ điện: - Tính chất tụ điện: + Khơng cho dịng điện chiều qua, cho dịng điện xoay chiều qua nó, tần số xoay chiều lớn tụ điện dây dẫn điện + Dùng để lọc nguồn điện cho điện chiều đạt ổn định cao + Dùng để lọc tín hiệu nhiễu nhiều ứng dụng khác - Tính điện dung tương đương + Mắc song song: 𝐂𝐓Đ = 𝐂𝟏 + 𝐂𝟐 + ⋯ + 𝐂𝐧 + Mắc nối tiếp: 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 = + + ⋯+ 𝐂𝐓Đ 𝐂𝟏 𝐂 𝟏 𝐂𝐧 Nối tiếp tụ điện: 𝐂𝐓Đ = 𝐂 𝟏 𝐂𝟐 𝐂𝟏 + 𝐂𝟐 Nối tiếp tụ điện: 𝐂𝐓Đ = 𝐂𝟏 𝐂𝟐 𝐂𝟑 𝐂𝟏 𝐂𝟐 + 𝐂𝟐 𝐂𝟑 + 𝐂𝟏 𝐂𝟑 - Nhận dạng mạch lọc: thượng thơng hạ thơng, tính tần số cắt Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Các câu hỏi liên quan: - Tính điện dung tương đương? - Tụ điện có cho dịng điện xoay chiều qua khơng? - Tính tần số cắt mạch lọc hạ thông, thượng thông? - Tụ điện thường dùng nhiều mạch thực tế mà thường thấy? - Tụ điện có cực có mắc ngược lại khơng? VD1: Cho mạch lọc hình vẽ Cho R, C,Vin = Asin(2πft) C (µ F) A (V) Trường hợp R (kΩ) Bài giải 4.7 11 15 x mm dd dd mm Với mm: tháng sinh sinh viên dd: ngày sinh sinh viên Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử R + + VR=1V C Vin - Vout - a) Hãy cho biết mạch lọc gì? Tính chất nó? b) Tính Tần số cắt fc Vout fc c) Tính Vout tần số sau: 1000Hz, 10kHz So sánh với Vout_fc? Giải: Trường hợp a) Đây mạch lọc hạ thơng Tính chất: Dùng để lọc tần số cao cho tần số thấp qua b) Tần số cắt với R = 4,7K, C = 11µF, Vin = 15sin(2πft) (V) fcắt = 2πRC = 2.3,14.4700.0,000011 = 0,32Hz Theo tính chất mạch lọc dãy số nhỏ 0,32Hz qua mạch Tính Vout tần số cắt: Vout−fc = (15 − 1) sin(2.3,14.0,32t) = 14 sin 2t c) Tính Vout tần số 1000Hz, 10KHz Vout−1000 = 14 sin(2.3,14.1000t) = 14sin(6280𝑡) Vout−10000 = 14 sin(2.3,14.10000t) = 14sin(62800𝑡) So với Vout-fc độ dao động lớn nhiều Do với tần số 1000Hz, 10KHz khơng qua mạch lọc Trường hơp 3: sinh viên tự thực thơng thơng tin riêng VD2: Cho mạch lọc hình vẽ Cho R, C, Vin = Asin(2πft) C (nF) A (V) Trường hợp R (kΩ) Bài giải 3.9 30 x mm dd 35 dd mm 40 C + + R Vin - Vout - Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử a) Hãy cho biết mạch lọc gì? Tính chất nó? b) Tính Tần số cắt fc Vout fc c) Tính Vout tần số sau: 1000Hz, 10kHz So sánh với Vout_fc? Giải: Trưởng hợp 1: a) Đây mạch lọc thượng thơng Tính chất: lọc tần số thấp cho tần số cao qua b) Tính số cắt với R = 3,9K, C = 8.10-9F, A = 30 fcắt = 2πRC = 2.3,14.3900.8.10−9 = 5103Hz Theo tính chất mạch lọc tần số nhỏ 5103Hz khơng qua mạch lọc Vout−fc = 30 sin(2.3,14.5103t) = 30sin(32051𝑡) c) Tính Vout-1000 Vout-10000Hz Vout−1000 = 30 sin(2.3,14.1000t) = 30sin(6280𝑡) Vout−10000 = 30 sin(2.3,14.10000t) = 30sin(62800𝑡) Ở tần số 1000Hz mạch lọc khơng cho tín hiệu qua nhỏ số cắt Ở số 10000Hz mạch lọc cho qua tín hiệu lớn số cắt Các trường hợp sinh viên tự thực theo thông tin cá nhân Cuộn dây - Tính chất cuộn dây Đối với dịng điện chiều: Cuộn dây có tác dụng đoạn dây dẫn có điện trở chiều, cho dòng điện chạy qua phát sinh nhiệt + Đối với dịng điện xoay chiều: Cuộn dây có điện trở chiều bình thường thành phần điện cảm kháng XL xác định sau ZL = RL + j XL Trong đó: ZL: Trở kháng cuộn dây, RL: điện trở cuộn dây, XL: điện cảm kháng, XL =  f.L L hệ số tự cảm tính mH, XL đơn vị ohm, f tần số đơn vị Hz Thành phần điện cảm kháng sức điện động cảm ứng sinh chống lại thay đổi từ trường dòng điện xoay chiều Do cuộn dây ngăn dịng điện xoay chiều tần số cao 10 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Mạch phân cực cố định Bước 2: xác định IC Bước 3: Xác định phương trình dịng điện ngõ - Phân cực ổn định cực phát Mạch phân cực ổn định cực phát 20 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Nhận dạng: giống mạch phân cực cố định có điện trở nối mass chân E - Phân cực hồi tiếp điện 21 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử - Phân cực cầu chia điện Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor Có dạng mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ - Mạch khuếch đại cực phát chung Nhận dạng: mạch cực phát chung lấy tín hiệu ngõ V0(t) chân C có pha ngược với tín hiệu ngõ vào, nên độ lợi điện mang dấu trừ 22 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử + Tính tổng trở ngõ vào Zin + Tổng trở ngõ Zout + Độ lợi điện AV - Mạch khuếch đại cực thu chung Nhận dạng: mạch cực thu chung có tín hiệu ngõ lấy chân E, pha ngõ pha với ngõ vào nên độ lợi điện dương 23 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử - Mạch khuếch đại cực chung Nhận dạng: mạch có chân B nối mass có thêm điện trở nối mass, tín hiệu ngõ pha với tín hiệu ngõ vào nên độ lợi điện dương - Bài tập minh họa VD1: Cho mạch điện hình vẽ Biết: Trường hợp R1 (kΩ) R2 (kΩ) RC (kΩ) RE (kΩ) 22 3.3 1.5 0.39 dd 1.5 1.2 0.22 dd+20 10 4.7 dd+10 6.8 1.8 0.56 dd 3.9 1.5 0.47 Trong : dd ngày sinh sinh viên mm tháng sinh sinh viên a Đây mạch phân cực ? b Các điện phân cực VC, VB, VE, VCE ? c Lặp lại câu b với trường hợp 2, 3, 4, Vcc (V) 24 mm+12 mm+10 mm+8 mm+6 β/Si 100 80 120 150 80 Vcc R1 RC Q1 R2 RE Giải: a) Đây mạch phân cực cầu chia điện b) Tìm VC, VB, VE, VCE với thông số R1 = 22k, R2 = 3.3k, RC = 1.5k, RE = 0.39k, VCC = 24V, β/Si = 100 24 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Ta có : VB = VCC R2 R1 +R2 = 24.3,3 22+3,3 = 3,1V VE = VB – VBE = 3,1 – 0,7 = 2,4V VC = Vcc – ICRC Ta có: IE = VE RE = 2,4 0,39 = 6,1 mA IE = (1+ β)IB => IB = IE 1+β = 6,1 1+100 = 0,06mA IC = βIB = 100.0,06=6mA Do đo : VC = Vcc – ICRC = 24 – 6.1.5 = 15V VCE = VC – VE = 15 – 2,4 = 12,6V c) Trưởng hợp 2,… VD2: Cho mạch phân cực hình vẽ Tìm thơng số VB, VC VE IC IE độ lợi AV a Đây mạch khuếch đại cực chung? b Tính thông số với trường hợp 1, Với VCC = +12V c Làm câu b) với trường hợp 2, Trường hợp R1 (kΩ) R2 (kΩ) RC (kΩ) RE (kΩ) 40 10 2 dd mm mm mm dd mm 1,8 Với mm: tháng sinh sinh viên dd: ngày sinh sinh viên RE Giải: a) Đây mạch phân cực cầu chia điện thế, cực phát chung 25 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử b) Tính thơng số VB, VC VE IC IE độ lợi AV R1 = 40k, R2 = 10k, RC = 5k, RE = 2k Ta có: VB = VCC R2 R1 +R2 = 12.10 40+10 = 2,4V VE = VB – VBE = 2,4 – 0,7 = 1,7V VC = Vcc – ICRC Ta có: IE = VE RE = 1,7 = 0,85 mA IE = (1+ β)IB => IB = IE 1+β = 0,85 1+100 = 0,008 mA IC = βIB = 100.0,008=0,8 mA Do đo: VC = Vcc – ICRC = 12 – 0,8 = 7,75 V VCE = VC – VE = 7,75 – 1,7 = 6,05 V Áp dụng cơng thức tính độ lợi điện mạch cực phát chung AV = AV = V0 Vi V0 Vi =− =− RC re RC re với re = =− 5000 3250 26mV IE = 26 0,008 = 3250 ohm = −1,5 lần c) Các trường hợp 2, sinh viên tự thực theo thông tin cá nhân VD3: Cho mạch điện hình Với thông số bảng VCC = +15V Trường hợp R1 (kΩ) R2 (kΩ) RC (kΩ) RE (kΩ) 400 5 dd+450 mm mm mm+500 dd a) Đây mạch phân cực gì? Khuếch đại cực chung? b) Tính thơng số VB, VC VE IC IE độ lợi AV trường hợp c) Lặp lại câu b) cho trường hợp Giải: Câu a): Đây mạch phân cực hồi tiếp điện thế, khuếch đại cực phát chung Câu b) Tính thơng số VB, VC VE IC IE độ lợi AV R1 = 400k, R2 = 5k, RC = 5k, RE = 4k Ta thấy chân E transistor nối điện trở song song xuống mass Do đó, ta tính điện trở tương đương trước 26 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử R ETĐ = RE R2 RE +R2 = 4.5 4+5 = 2,2 𝑘 Dựa vào tính chất mạch phân cực hồi tiếp điện Ta có phương trình ngõ vào: VCC = VBE + IBR1+ βIB(RC+RETĐ)  IB = 𝑉𝐶𝐶 −0,7 R1 +β(RC +𝑅𝐸𝑇Đ ) = 15−0,7 400+100(5+2,2) = 0,01 𝑚𝐴  IE = (1+ β)IB = 101 0,01 = 1,01 mA VE = IERETĐ = 1,01 2,2 = 2,222 V VB = VBE + VE = 0,7 + 2,222 = 2,722 V IC = βIB = 100 0,01 = mA VC = VCC – ICRC = 15 – = V Mạch khuếch đại cực phát chung với độ lợi điện AV = AV = V0 Vi V0 Vi =− =− RC re RC re với re = =− 5000 25,7 26mV IE = 26 1.01 = 25,7 ohm = −194,5 lần Câu c) thực trường hợp 2,3 theo thơng tin cá nhân sinh viên 27 Ơn tập môn Linh Kiện Điện tử Chương TRANSISTOR TRƯỜNG ỨNG – FET Cấu tạo FET Transistor hiệu ứng trường hay Transistor trường, viết tắt FET (tiếng Anh: Field-effect transistor) nhóm linh kiện bán dẫn loại transistor có sử dụng điện trường để kiểm sốt tác động đến độ dẫn kênh dẫn vật liệu bán dẫn FET transistor đơn cực nên chúng liên quan đến hoạt động phần tử tải điện đơn Khái niệm FET có trước transistor lưỡng cực (BJT), khơng đưa vào ứng dụng, transistor lưỡng cực gặp hạn chế vật liệu bán dẫn sản xuất BJT tương đối dễ so với FET vào thời điểm Ngày FET có sáu loại tùy theo cấu trúc kênh dẫn p hay n, hai loại JFET bốn loại MOSFET Cấu tạo Mosfet ngược Kênh N G (Gate): cực cổng G cực điều khiển cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn cịn lại lớp điện mơi cực mỏng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic S (Source): cực nguồn D (Drain): cực máng đón hạt mang điện Mosfet có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vô lớn, điện trở cực D cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) 28 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử - Hình dáng bên ngồi FET giống transistor Ứng dụng thực tế FET Trong thực tế FET ứng dụng nhiều - Dùng mạch tạo nguồn điện cấp cho mạch điện - Mạch tạo nguồn ổn áp - Dùng mạch khuếch đại công suất âm thanh, loại mạch công suất, - Dùng điều khiển thiết bị công nghiệp (rờ le điện, khởi động từ, ) Mạch phân cực FET - Phân cực cố định: 29 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử - Phân cực tự động - Phân cực cầu chia điện 30 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET - Mạch khuếch đại cực nguồn chung - Mạch khuếch đại cực thoát chung - Mạch khuếch đại cực cổng chung 31 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Bài tập minh họa FET 32 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Chương - Op - am Thiết kế mạch dùng Opamp thực phép tính sau: v0 = 4v2 − 3v1 a Sử dụng mạch vi sai b Sử dụng cộng khuếch đại đảo c Sử dụng mạch trừ, khuếch đại đảo, mạch cộng d Sử dụng mạch khuếch đại không đảo, khuếch đại đảo, mạch cộng Công thức tính trung bình cộng dãy số định nghĩa sau: v0  v1  v2   n → Trung bình cộng 2, số: v0  v1  v2 v0  v1  v2  v3 Giả sử ta có sẳn mạch Opamp tính trung bình cộng 2, số R R V1 2R U1 U2 R V2 2R Va V0 OPAMP OPAMP Trung bình cộng 2: v0  R V1 3R v1  v2 R U1 U2 R V2 3R Va 3R V0 OPAMP OPAMP V3 Trung bình cộng 3: V1 V2 v0  v1  v2  v3 5R 5R R R U1 V3 5R U2 R 33 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Hãy thiết kế mạch Opamp tính biểu thức sau: a v0  v  v  v  v  4 b v0  v1  v2  v3  v4  v5  v6  c v0  v  v  v  v  v  v  v  v  8 d v0  v  v  v  v  v  v  v  v  v  9 e v0  v1  v2  v3  v4  v5  v6  v7  v8  v9  v10  10 34 .. .Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử - Mạch khuếch đại cực cổng chung .31 Bài tập minh họa FET 32 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Chương 1: R L C Điện trở - Cách đọc giá trị điện. .. phát 20 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Nhận dạng: giống mạch phân cực cố định có điện trở nối mass chân E - Phân cực hồi tiếp điện 21 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử - Phân cực cầu chia điện Mạch khuếch... đại cực thoát chung - Mạch khuếch đại cực cổng chung 31 Ơn tập mơn Linh Kiện Điện tử Bài tập minh họa FET 32 Ôn tập môn Linh Kiện Điện tử Chương - Op - am Thiết kế mạch dùng Opamp thực phép tính