Nguyên lý kỹ thuật điện tử

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the wa Trần Quang Vinh (Chủ biên) v Chử văn an NGUYêN Lí Kỹ thuật điện tử nh xuất gi¸o dơc - 2005 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 6T7 1749 / 45 − 01 GD − 02 M∙ sè : 7B594M2 Lời nói đầu Tài liệu "Nguyên lý kỹ thuật điện tử" trình bày nguyên tắc hoạt động linh kiện mạch điện tử thông dụng Ngày kỹ thuật điện tử đợc áp dụng hÕt søc réng r∙i nhiÒu lÜnh vùc khoa häc công nghệ đời sống Ta thấy diện mạch điện tử thiết bị gia đình, công sở nh từ máy thu vô tuyến truyền hình tới hệ thống máy vi tính đại Kiến thức điện tử hành trang thiếu đợc cho sinh viên chuyên ngành mà công cụ tốt cho cán sinh viên ngành khác liên quan ham muốn tìm hiểu kỹ thuật tiên tiến Do tài liệu đ đợc cố gắng biên soạn cho đảm bảo đủ nội dung nhng cập nhật đợc vấn đề đại khuôn khổ hạn chế Sách đ đợc dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên bắt đầu học kỹ thuật điện tử ngành §iƯn tư - ViƠn th«ng, C«ng nghƯ th«ng tin, VËt lý kỹ thuật, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội năm gần Do kiến thức tiên đòi hỏi ngời đọc không nhiều số hiểu biết liên quan đến sở toán học vật lý Sách đợc chia thành chơng Ba chơng đầu tóm lợc khái niệm liên quan đến tín hiệu, mạch điện hệ thống điện tử Chơng trình bày dụng cụ bán dẫn - linh kiện chủ yếu kỹ thuật điện tử đại - nh mạch điện tử khuếch đại sử dụng linh kiện Chơng trình bày mạch phát sóng, thành phần hay gặp hệ thống điện tử Chơng chơng sâu vào tìm hiểu kỹ thuật điện tử phi tuyến Đó mạch điều chế, giải điều chế, trộn tần, dùng nhiều kỹ thuật thông tin, phát thanh, truyền hình, kỹ thuật dẫn đờng, v.v Chơng đề cập tới lĩnh vực giáp ranh kỹ điện tử tơng tự (analog) điện tử số (digital), mạch biến đổi D/A vµ A/D Cuèi PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark cïng, ch−¬ng cung cÊp cho ngời đọc kiến thức số mạch nguồn nuôi hệ thống điện tử điển hình Cuốn sách không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đợc ý kiến đóng góp bạn đọc Các ý kiến xin gửi về: Bộ môn Điện tử Kĩ thuật Máy tính, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội, 144 Đờng Xuân Thuỷ, Quận Cầu giấy, Hà nội Công ty cổ phần sách Đại học - Dạy nghề, trực thuộc Nhà Xuất Giáo dục, 25 Hàn Thuyên - Hà Nội Các tác giả PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark Chơng khái niệm chung hệ thống điện tử 1.1 Tín hiệu, mạch điện v hệ thống điện tử Mục tiêu giáo trình nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật mạch điện tử Cụ thể mạch điện tử tơng tự Các mạch đợc thiết kế xây dựng sở kết nối linh kiƯn ®iƯn tư nh− ®iƯn trë, tơ ®iƯn, cn cảm, dụng cụ bán dẫn, v.v với Hơn nữa, từ mạch điện tử bản, ngời ta tổ hợp chúng lại để tạo nên hệ thống điện tử đợc dùng cho nhiều mục đích Lan truyền mạch tín hiệu điện, biểu vật lý tin tức Trong mạch điện tử, dạng vật lý tín hiệu dòng điện, điện áp, v.v tổng quát sóng điện từ Vì lý vừa đợc nêu, tín hiệu mạch điện hai khâu có mối quan hệ chặt chẽ bổ sung cho cần đợc trọng việc nghiên cứu thiết kế xây dựng nên hệ thống điện tử Các hệ thống thiếu ứng dụng thuộc công nghệ thông tin truyền thông đại Có thể mô tả đơn giản hệ thống nh hình 1.1 sau Nhiễu Nguồn tin Cảm biến Mạch điện tử Kênh thông tin Mạch điện tử Cảm biến Tin đợc nhận Hình 1.1 Các thành phần hệ thống điện tử Tin tức nh tiếng nói, hình ảnh, số liệu, v.v từ nguồn tin qua cảm biến đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện tơng ứng Thí dụ cảm biến nh microphone đợc đặt trớc ngời ®ang nãi, hai ®Çu lèi cđa nã sÏ xt điện áp biến thiên có biên độ tỷ lệ với áp suất âm Tín hiệu đợc đa tới lối vào mạch điện tử để gia công, xử lý Trong trờng hợp mạch khuếch đại, có tác dụng tăng biên độ tín hiệu lối vào mạch (là lối PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark microphone) từ cỡ mili-vôn lên hàng vôn vài chục vôn đủ để kích phát công suất loa Trong vài trờng hợp khác, mạch điện lại có chức nh điều chế tín hiệu, đổi tần, m hoá, v.v Nếu cần truyền xa, tín hiệu đợc gửi qua vài kênh thông tin Các kênh môi trờng truyền sóng điện từ, thí dụ nh cáp đồng trục, cáp quang không gian xung quanh (trong trờng hợp thông tin vô tuyến) đầu kênh, mạch điện thu có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu gia công, xử lý cho mục đích đó, thí dụ nh khuếch đại, tái tạo lại dạng gốc tín hiệu, giải điều chế, giải m, v.v Trong hệ thống nh vậy, tín hiệu nh ta vừa nói, đợc quy ớc gọi thành phần tín hiệu có ích, hệ thống luôn chịu tác động nhiều nguyên nhân khác làm ảnh hởng tới tín hiệu Thí dụ nh thăng giáng điện tử nhiệt gây nên dòng điện có biên độ pha thay đổi ngẫu nhiên gọi ồn nhiệt lối vào khuếch đại điện tử có mức tín hiệu thấp, sóng điện từ dòng điện thành phố 50 Hz, xung điện phát từ thiết bị điện phòng thâm nhập vào hệ điện tử, v.v Các tác động gọi chung nhiễu đợc coi nh thành phần tín hiệu vô ích Nhiễu đợc cộng nhân với thành phần tín hiệu có ích gây nên méo dạng tín hiệu làm tín hiệu bị nhận chìm Trong nhiều trờng hợp, điều làm cho mạch điện thu phát đợc tín hiệu có Ých nÕu kh«ng cã sù gia c«ng xư lý thÝch hợp Vì việc chống lại can nhiễu hay làm giảm ảnh hởng chúng nhiệm vụ quan trọng thiết kế mạch điện tử 1.2 Các đại lợng tín hiệu Các đại lợng điện mạch điện tử bao gồm: điện tích, điện thế, hiệu điện thế, dòng điện, trở kháng công suất Các đại lợng đ đợc khảo sát kỹ giáo trình điện từ học nhắc lại cách khái quát định nghĩa áp dụng chúng mạch điện tử Điện tích thuộc tính vật chất Các loại vật liệu (bao hàm vật dẫn điện cách điện) đợc tạo thành từ nguyên tử có hạt nhân điện tử Tính chất dẫn điện vật liệu PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark phụ thuộc vào điện tử liên kết yếu với nguyên tử Mỗi điện tử mang điện tích 1,6ì10-19 Coulomb, ký hiệu C Coulomb đơn vị điện tích đợc chuẩn hoá nh tơng đơng với tổng điện tích cỡ 6,25ì1018 điện tử Các điện tích tự nhiên có giá trị số nguyên lần điện tích điện tử Điện tích điện tử đợc quy ớc có dấu âm (-), điện tích hạt nhân nguyên tử có dấu dơng (+) Sự tồn điện tích đợc phát qua tơng tác lực chúng Lực tơng tác đợc xác định nh sau: F = Fe (q1, q2 , R) + Fm (q1, v1, q2, v2, R) Trong Fe lực tĩnh điện phụ thuộc vào vị trí điện tích, Fm lực từ phụ thuộc vào vị trí chuyển động điện tích; q1 q2 giá trị tơng ứng hai điện tích, v1 v2 vận tốc chuyển động điện tích R khoảng cách chúng Năng lợng trao đổi điện tích sinh lực điện Lực gây nên chuyển động điện tích sinh công Điện Vx điểm x không gian công phải thực để đa đơn vị ®iƯn tÝch tõ v« cïng ®Õn ®iĨm ®ã NÕu mét điểm y khác có điện Vy hiệu số điện điểm x y gọi điện áp hai điểm đó, đợc ký hiệu Uxy Điện áp đợc quy ớc dơng điểm x có điện dơng so với điểm y ngợc lại Tức là: Uxy = Uyx Theo định nghĩa trên, gọi A công lực điện sinh để chuyển lợng điện tích Q từ điểm x đến y hiệu thÕ U b»ng: U xy = A Q Trong s¬ đồ mạch điện, thờng bỏ qua số kép thờng viết điện áp so với điểm đợc chọn làm điểm gốc nh thí dụ với điểm z sau: PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark Uxz = 5V , Uyz = 7V → viÕt: Ux = 5V vµ Uy = 7V coi điện điểm gốc z V Khi nói điện áp điểm ®ã cã nghÜa lµ ®iƯn thÕ cđa ®iĨm ®ã so với gốc chung Dòng điện lợng điện tích chuyển dời qua dây dẫn hay qua phần tử mạch điện đơn vị thời gian (dòng điện dẫn) hay có biến thiên điện trờng theo thời gian (dòng điện dịch) Chiều dòng điện mạch đợc quy ớc chảy từ nơi có điện cao (+) tới nơi có điện thấp () Do định nghĩa nh dòng điện I đoạn mạch có lợng điện tích Q chuyển qua thêi gian t sÏ lµ: I= Q t Công suất công mà dòng điện sản đoạn mạch đơn vị thời gian Do công suất P đợc sinh dòng điện I chảy điểm đoạn mạch có điện áp đặt vào U là: P= công công diện tÝch A Q = × = × = UI thêi gian diÖn tÝch thêi gian Q t Trong thùc tÕ tính đến công suất trung bình khoảng thời gian T đ cho Giá trị gọi công suất hiệu dụng bằng: Peff = T T P( t )dt 1.3 Các phần tử thực v phần tử lý tởng mạch điện Phân tích trình xảy mạch điện phải tìm đợc giá trị dạng dòng điện điện áp phần tử, linh kiện, đoạn mạch, v.v trờng hợp Các phần tử mạch điện thực tế phần tử thực Chúng bao gồm thông số thông số ký sinh Để rõ khái niệm ta hy lấy thí dụ điện trở đợc chế tạo cách quấn dây có điện trở suất cao (nh constantan) lên ống sứ cách điện nh hình vẽ 1.2.a Vì đoạn dây constantan đợc lõi sứ theo dạng lò xo ruột gà đ tạo nên cuộn điện cảm có giá trị ®iƯn c¶m rÊt nhá Lks, cã chØ cì PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark phÇn m−êi μH (10-7 H), nh−ng vÉn khác không Chỉ số ks viết tắt từ chữ "ký sinh" có nghĩa phần tử tạp tán, nhỏ so với giá trị bình thờng Mặt khác, vòng dây đợc sát nhng cách điện với đ tạo nên tụ ký sinh mà tổng điện dung cđa chóng rÊt nhá, chØ cì 1pF (10-12 F), nhng khác không Nh vậy, cách xác sơ đồ thực điện trở không đơn có điện trở R đoạn dây constantan nh sơ đồ lý tởng hình 1.2.c mà phải thêm vào cuộn cảm Lks mắc nối tiếp với tụ điện Cks mắc song song với hai nh hình 1.2.b Đoạn dây constantan cã ®iƯn trë b»ng R Lks R → èng sø cách điện A A B B (a) R Cks (b) (c) Hình 1.2 Phần tử thực lý tởng Nh sau thấy, giá trị trở kháng phần tử ký sinh phụ thuộc vào tần số Do phân tích mạch điện chứa phần tử hoạt động thực tế dải tần số không đặc biệt thờng ngời ta đơn giản hoá, coi phần tử mạch lý tởng, tức giá trị thông số ký sinh không Tức phải đảm bảo giá trị thông số ký sinh dải tần số tín hiệu hoạt động đủ nhỏ để cã thĨ bá qua so víi th«ng sè chÝnh, cho kết phân tích chấp nhận đợc Thí dụ với điện trở thông thờng đợc chế tạo nh hình 1.2.a có giá trị điện trở cỡ 1.000 Ω th× cã thĨ thiÕt kÕ cho sư dơng mạch điện khuếch đại dải tần số âm vài chục kHz trở xuống mà không cần quan tâm tới giá trị điện cảm điện dung ký sinh Trong phải thiết kế mạch điện khác hoạt động dải tần sè rÊt cao cì vµi chơc GHz nh− kü thuật ra-đa không tính đến thông số ký sinh thiết kế mạch muốn dùng đến mà không muốn thay điện trở đợc chế tạo đặc biệt có thông số ký sinh nhỏ PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark ... 02 M∙ sè : 7B594M2 Lêi nói đầu Tài liệu "Nguyên lý kỹ thuật điện tử" trình bày nguyên tắc hoạt động linh kiện mạch điện tử thông dụng Ngày kỹ thuật điện tử đợc áp dụng réng r∙i nhiỊu lÜnh vùc khoa... Ch−¬ng khái niệm chung hệ thống điện tử 1.1 Tín hiệu, mạch điện v hệ thống điện tử Mục tiêu giáo trình nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật mạch điện tử Cụ thể mạch điện tử tơng tự Các mạch đợc thiết... vào điện tử liên kết yếu với nguyên tử Mỗi điện tử mang điện tích 1,6ì10-19 Coulomb, ký hiệu C Coulomb đơn vị điện tích đợc chuẩn hoá nh tơng đơng với tổng điện tích cỡ 6,25ì1018 điện tử Các điện