(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn môn vật lí bán dẫn MẠCH DAO ĐỘNG đa hài BJT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -o0o - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BJT GVHD: Trần Hồng Qn NHĨM 16 S MỤC LỤC I.Giới thiệu đề tài 1.Nội dung phân tích 2.Mục tiêu tập lớn 3.Phần mềm mô II Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung mạch dao động đa hài dùng BJT III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT Mạch đa hài bất ổn 4-5 Mạch đa hài đơn ổn 5-6 3.Mạch đa hài lưỡng ổn 6-7 IV Phân tích sơ đồ mạch-Nguyên lý hoạt động mạch đa hài NPN V.Vai trò linh kiện 10 1.Transistor NPN 10-12 2.Điện trở 12 3.Tụ điện hoá 13-16 VI.Phần lắp mạch proteus 16 I.Giới thiệu đề tài Nội dung phân tích: Với đề tài: Tìm hiểu mạch dao động đa hài BJT – nhóm 16 tập trung phân tích nội dung sau đây: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc mạch đa hài - Liệt kê ứng dụng hay gặp mạch đa hài thực tế - Giải thích nguyên lý vận hành mạch lắp Mục tiêu tập lớn: Thơng qua tập lớn này, nhóm mong muốn hồn thành mục tiêu: - Tìm hiểu thêm thiết bị - linh kiện thực tế - Liên hệ cấu tạo nguyên lý với thiết bị học - Thực hành lắp mạch thực tế thử nghiệm - Tìm hiểu nguyên lý vận hành mạch điện, mô phỏng, rút kiến thức kiến thức hạn chế Phần mềm mơ phỏng: Nhóm sử dụng phần mềm phục vụ việc vẽ mạch mô Phần mềm Protues Professional: dùng để vẽ mạch Trong trình thực hiện, hạn chế kiến thức điện tử mạch điện nên nhóm gặp nhiều khó khăn lựa chọn tính tốn thơng số thiết bị tìm tịi thêm mạch có sẵn, thử nghiệm nhiều thơng số thiết bị, kiểm chứng phần mềm mô Với mục tiêu tự tìm tịi để hiểu thêm linh kiện, nắm nguyên lý hoạt động, nhóm mong muốn hạn chế tính tốn Thầy góp ý thêm, cố gắng tự giải thích sâu học môn học sau II Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung mạch dao động đa hài dùng BJT: - Cấu tạo: Mạch dao động đa hài bao gồm BJT mắc chéo nhau, tụ điện điện trở - Nguyên lý hoạt động chung: Dựa nguyên lý nạp xả tụ điện làm cho BJT chuyển hai chế độ khóa bão hịa, để tạo tín hiệu xung dạng vuông III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT: - Dựa nguyên tắc hoạt động, mạch đa hài dùng BJT phân thành ba loại chính: Mạch đa hài bất ổn (Astable Multivibrator), mạch đa hài đơn ổn (Monostable Multivibrator), mạch đa hài lưỡng ổn (Bistable Multivibrator) Mạch đa hài bất ổn: 1 Cấu tạo mạch: - Các transitor mắc chéo với Cực C BJT thứ kết nối với cực B BJT thứ thông qua tụ điện ngược lại Các cực E hai BJT dẫn kết nối với mass (chân đất) Các điện trở tải kết nối với cực C điện trở phân cực kết nối với cực B có giá trị Các tụ điện có giá trị 1.2 Nguyên lý hoạt động mạch: - Với mạch hình vẽ: Trên lý thuyết BJT Q1 Q2 nhau; nhiên, q trình chế tạo có BJT nhạy Giả sử Q dẫn trước Như điện áp đầu Q VCE (sat) Q2 VCC Tụ C1 tích điện qua R1 điện áp C1 đạt 0,7V điều đủ để làm BJT Q2 đến trạng thái bão hịa Khi cực dương tụ C2 nối xuống mass dẫn đến điện áp cực âm tụ mang giá trị âm Điện áp tác động lên cực B Q 1, biến BJT Q1 thành trạng thái tắt BJT Q2 thành bão hòa Như điện áp đầu Q VCC (sat) Q2 VCE Điện tích tụ C qua R2 Điện áp tụ C2 đến 0,7V, bật BJT Q1 đến mức bão hòa, quay lại trạng thái ban đầu lặp lặp lại Do điện áp đầu dạng sóng đầu hình thành chuyển đổi luân phiên BJT Q1 Q2 Khoảng thời gian trạng thái bật / tắt phụ thuộc vào giá trị điện trở tụ điện sử dụng, tức vào giá trị RC sử dụng Khi hai bóng bán dẫn vận hành ln phiên, đầu dạng sóng vng, với biên độ đỉnh VCC 1.3 Các ứng dụng mạch đa hài bất ổn: - Máy tạo sóng - Máy chuyển đổi tần số điện áp - Máy dao động, Mạch đa hài đơn ổn Cấu tạo mạch: - Các BJT mắc chéo với Cực C BJT thứ kết nối với cực B BJT thứ hai thông qua tụ điện Cực B BJT thứ nối với cực C BJT thứ thông qua điện trở tụ điện Một điện áp chiều khác cấp cho cực B BJT thứ thơng qua điện trở Xung kích hoạt đưa đến cực B BJT thông qua tụ điện để thay đổi trạng thái Bên cạnh dó có hai điện trờ tải mặc vào cực C hai BJT 2.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Với mạch hình ta có ngun lý hoạt động: Đầu tiên, mạch chuyển sang trạng thái bật, BJT Q trạng thái tắt Q2 trạng thái bật Đây trạng thái ổn định Khi Q tắt, điện áp cực C VCC điểm A C1 sạc Một xung kích hoạt tích cực đặt chân BJT Q làm BJT bật Điều làm giảm điện áp cực B Q2, làm tắt BJT Q2 Tụ C1 bắt đầu phóng điện thời điểm Khi đó, Q1 bật cịn Q2 tắt Đây trạng thái gần ổn định Cho đến tụ điện C phóng điện hồn tồn Sau đó, BJT Q2 bật với điện áp áp dụng thơng qua phóng điện tụ điện Điều bật BJT Q1, trạng thái ổn định trước 2.3 Các ứng dụng mạch đa hài đơn ổn: - Mạch truyền hình - Mạch điều khiển hệ thống, 3.Mạch đa hài lưỡng ổn: 3.1 Cấu tạo mạch: - Hai BJT tương tự nhau; trở tải Các điện trở nối với nguồn chung Các điện trở phản hồi đóng ngắt tụ điện Hai tụ điện nằm đầu cấp điện áp đầu vào cho cực B BJT 3.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Với mạch hình ta có ngun lý hoạt động: Khi mạch hoạt động, lý thuyết BJT nhau; nhiên trình sản xuất có BJT nhạy Giả sử Q bật, BJT Q bị tắt Đây trạng thái ổn định mạch đa hài lưỡng ổn Bằng cách cấp xung kích hoạt âm chân BJT Q cách cấp xung kích hoạt dương chân BJT Q 2, trạng thái ổn định khơng bị thay đổi Vì vậy, hiểu điều cách xét xung kích hoạt âm chân BJT Q Kết là, điện áp cực C tăng lên, phân cực thuận cho BJT Q 2, phân cực ngược Q 1, làm cho BJT Q1 tắt BJT Q2 bật Đây trạng thái ổn định khác mạch dao động đa hài Bây giờ, trạng thái ổn định phải thay đổi lần nữa, xung kích hoạt âm BJT Q xung kích hoạt dương BJT Q1 áp dụng Các trạng thái thiết lập lại 3.3 Các ứng dụng mạch đa hài lưỡng ổn: - Bộ chia tần - Bộ đồng hóa liệu - Bộ đếm - Thanh ghi,… => Như ta thấy với mạch dao động đa hài bất ổn ta khơng cần thêm điện áp ngồi để kích hoạt mạch hoạt động, với mạch dao động đơn ổn đa ổn cần điện áp ngồi để kích mạch hoạt động IV Phân tích sơ đồ mạch-Nguyên lý hoạt động mạch đa hài NPN: Giai đoạn Khi cấp nguồn hai sáng thời gian, tất tụ C1 lẫn C2 nạp điện, transistor Q1 Q2 hoạt động trước (vì thực tế dù transistor loại khơng giống hồn tồn, có transistor nhạy kia) Ta giả sử Q1 nhạy nên hoạt động trước, đồng nghĩa Q1 có Vbe lớn 0.6V (do điện áp cực B Q1 tăng từ đến 0.6V, trước điện áp 0.6V cực âm tụ C1 nạp), dịng điện từ cực C xuống cực E xuống mass nên led D2 sáng, đầu cực dương tụ C2 không nạp điện dòng điện xuống mass Cùng lúc Q2 khơng dẫn (khơng hoạt động) nên led D1 không sáng, cực dương tụ C1 nạp điện, khơng nạp dòng điện lúc chủ yếu chạy mass, cực âm tụ C2 lẫn âm tụ C1 vậy, không nạp Khi Q1 hoạt động cực B coi nối với cực E xuống mass nên dòng điện chân B qua chân E xuống mass, đồng nghĩa điện áp B giảm từ 0.6 V 0V (cực âm tụ C1 xả điện) Khi điện áp chân B xả hết Q1 ngưng dẫn, đèn led D2 tắt, tới Giai đoạn Giai đoạn Q1 ngưng dẫn, cực âm C2 nạp điện áp thơng qua dịng điện qua điện trở R1, giá trị nạp đạt 0.6V Q2 dẫn (do VBE >= 0.6V), cực C Q2 nối thông với cực E xuống mass, đèn led D1 sáng, cực dương tụ C1 xả điện, cực dương tụ C2 nạp điện Q1 không dẫn Nguyên lý tương tự giai đoạn 1, cực âm tụ C2 xả điện áp xuống mass cực B Q2 nối thông với cực E, điện áp xả hết từ 0.6V 0V Q2 ngưng dẫn, led D1 tắt, sau cực âm tụ C1 lại nạp điện làm điện áp cực B Q1 tăng dần lên 0.6V, điện áp 0.6V Q1 lại dẫn Các trình lặp lặp lại luân phiên tạo mạch đa hài với dạng sóng điện áp cực C transistor biểu diễn hình dưới: V.Vai trò linh kiện: Transistor NPN: 1.1 Cấu tạo: - Transistor NPN có hai điốt kết nối trở lại Các diode phía bên trái gọi diode phát sở điốt phía bên trái gọi diode collectorbase Những tên đưa theo tên thiết bị đầu cuối Transistor NPN có ba thiết bị đầu cuối, phát, thu sở Phần bóng bán dẫn NPN pha tạp nhẹ, yếu tố quan trọng hoạt động bóng bán dẫn Bộ phát pha tạp vừa phải, thu pha tạp nặng 1.2 Nguyên lí làm việc: - Transistor NPN hoạt động điện áp cực B lớn cực E lớn khoảng 0,6V (tuỳ loại transistor NPN, có loại cần lớn 0.3V) Khi 10 transistor hoạt động (nghĩa VBE > 0.6 V) dịng điện từ cực C xuống cực E (nhưng không theo chiều ngược lại) Nếu VBE < 0.6 V cực C E khơng nối thơng nhau, dịng điện qua cực C E 1.1 Hình ảnh thực tế: 1.2 Ứng dụng thực tế: - Khuếch đại âm - Đóng vai trị cơng tắc dùng để chuyển hóa mạch điện tử điều khiển thiết bị khác… 11 Mạch khuếch đại dùng transistor c1815 việc khuếch địa âm Micro, loa… Điện trở : 2.1 Cấu tạo : - Người ta thường dùng dây kim loại có điện trở suất cao dùng bột than phun lên lõi sứ để làm điện trở 2.2 Nguyên lí làm việc : - Là linh kiện điện tử thụ động với tiếp điểm kết nối, chức dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch, dùng để chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện có nhiều ứng dụng khác - Giúp tiêu tán lượng lớn điện chuyển sang nhiệt hệ thống phân phối điện, điều khiển động Các điện trở thường có trở kháng cố định, bị thay đổi nhiệt độ điện áp hoạt động 12 2.3 Hình ảnh thực tế : Hình 2.1 Hình ảnh điện trở thực tế Hình 2,2 Kí hiệu điện trở 2.4 Ứng dụng thực tế: - - Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Ví dụ có bóng đèn 9V, ta có nguồn 12V Chúng ta đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V điện trở Mắc điện trở thành cầu phân áp để có điện áp theo ý muốn từ điện áp cho trước Tham gia vào mạch tạo dao động R C Điều chỉnh cường độ dòng điện qua thiết bị điện Tạo nhiệt lượng ứng dụng cần thiết Tạo sụt áp mạch mắc nối tiếp Tụ điện hoá: 3.1 Cấu tạo: - Cấu tạo tụ điện gồm hai dây dẫn điện thường dạng kim loại Hai bề mặt đặt song song với ngăn cách lớp điện mơi - Dây dẫn tụ điện sử dụng giấy bạc, màng mỏng,… - Điện môi sử dụng cho tụ điện chất không dẫn điện thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa khơng khí Các điện mơi khơng dẫn điện nhằm tăng khả tích trữ lượng điện tụ điện Tùy theo lớp cách 13 điện hai cực tụ có tên gọi tương ứng - Cấu tạo tụ điện 3.2 Nguyên lí làm việc: - Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng lượng điện trường cách lưu trữ electron, phóng điện tích để tạo thành dịng điện Đây tính chất phóng nạp tụ, nhờ có tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dòng điện tăng vọt Đây nguyên lý nạp xả tụ điện phổ biến - Tụ điện có phân cực âm dương, có dịng điện vào tụ có tích trữ lượng, để tụ khơng bị nổ tích trữ lượng điện áp cực dương phải lớn cực âm 14 - 3.3 Hình ảnh thực tế: Tụ gốm Tụ hóa 15 3.4 Ứng dụng thực tế: Tụ điện sử dụng phổ biến kỹ thuật điện điện tử.Ứng dụng hệ thống âm xe tụ điện lưu trữ lượng cho khuếch đại sử dụng Tụ điện để xây dựng nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân sử dụng ống điện tử Trong chế tạo đặc biệt vấn đề quân sự, ứng dụng tụ điện dùng máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,… Ứng dụng tụ điện thực tế lớn việc áp dụng thành công nguồn cung cấp lượng, tích trữ lượng Và nhiều tác dụng tụ điện xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,… - - VI Phần lắp mạch proteus - Gồm bước sau + Lấy linh kiện: BATTERY, CAP, RES, BC547, LED-GREEN, GROUND +Lấy dụng cụ đo: VONTAGE + Nối lắp linh kiện với + Điều chỉnh thông số linh kiện:  RES = RES = 470Ω  RES = RES =100kΩ  CAP1 = CAP2 =6uF  BATTERY=12V + Tiến hành chạy thử - Quá trình thực ghi lại thơng qua video sau: trình thực hiện.mp4 16 ... tiêu tập lớn 3.Phần mềm mô II Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung mạch dao động đa hài dùng BJT III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT Mạch đa hài bất... vuông III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT: - Dựa nguyên tắc hoạt động, mạch đa hài dùng BJT phân thành ba loại chính: Mạch đa hài bất ổn (Astable Multivibrator), mạch đa hài đơn ổn (Monostable... động, nhóm mong muốn hạn chế tính tốn Thầy góp ý thêm, cố gắng tự giải thích sâu học môn học sau II Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung mạch dao động đa hài dùng BJT: - Cấu tạo: Mạch dao động đa