Học tập diện

FIFA World Cup, hay đơn giản là World Cup, còn gọi là Giải vô địch bóng đá thế giới hoặc Cúp bóng đá thế giới trong tiếng Việt, là giải đấu bóng đá do Liên đoàn Bóng đá Quốc tế tổ chức với chu kỳ 4 năm 1 lần cho tất cả các đội tuyển bóng đá quốc gia của những nước thành viên FIFA.

Bài tập Kỷ thuật điện tử (phần giải sinh viên) Họ & tên sinh viên: Nhóm hp: Lớp: -1- Lưu ý:  Mổi sinh viên tự làm tập trực tiếp vào tài liệu (trên khổ giấy A4) Không chép giải người khác  Tài liệu tham khảo: - [Dư Quang Bình] - Bài giảng Kỷ thuật điện tử, (2000) - [Rizzoni G] - Principles and Applications of Electrical Engineering, (2004)  Địa liên hệ cần: Thầy Dư Quang Bình, 0905894666, hoặc: Email: binhduquang@.gmail.com  Thời hạn hoàn thành nộp tập: bm: K ỹ t h u ậ t Điện tử, Khoa Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng – 54 Nguyễn Lương Bằng, Quận Liên Chiểu, Tp Đà Nẵng (không chấp nhận chậm trể) -2- -3- Các chất bán dẫn diode Tóm tắt nội dung phần diode     Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện thuộc khoảng độ dẫn điện chất dẫn điện chất cách điện Đặc tính độ dẫn điện vật liệu bán dẫn hữu dụng việc chế tạo nhiều cấu kiện điện tử để có biểu đặc tuyến i-v phi tuyến Trong số cấu kiện bán dẫn diode cấu kiện thông dụng Diode bán dẫn hoạt động giống van dẫn điện theo chiều, cho phép dòng điện chảy phân cực thuận Mặc dù hoạt động diode mô tả theo phương trình hàm mủ ta xét gần hoạt động diode mơ hình mạch đơn giản Mơ hình mạch đơn giản xem diode ngắn mạch hở mạch (mơ hình đóng-mở hay mơ hình lý tưởng) Mơ hình lý tưởng mở rộng để bao gồm nguồn điện áp ngưỡng (thường từ 0,2 V đến 0,7 V), tương ứng với hiệu tiếp giáp tiếp giáp diode Mơ hình thực tế chi tiết mơ hình diode chi tiết tính ảnh hưởng điện trở thuận diode Bằng mơ hình mạch diode ta phân tích mạch diode sử dụng kỹ thuật phân tích mạch DC AC khảo sát chương Một đặc tính quan trọng diode bán dẫn chỉnh lưu, tức cho phép chuyển đổi mức điện áp dòng điện AC thành mức điện áp dòng điện DC Các mạch chỉnh lưu diode kiểu bán kỳ kiểu tồn kỳ Các chỉnh lưu tồn kỳ cấu trúc theo dạng mạch hai diode thông dụng mạch cầu Các mạch chỉnh lưu diode phận chỉnh nguồn cung cấp DC thường sử dụng kết hợp với tụ lọc để nhận dạng sóng điện áp DC tương đối phẳng Ngồi việc chỉnh lưu lọc cần phải ổn định mức điện áp nguồn cung cấp DC; diode Zener thực nhiệm vụ ổn định điện áp cách giữ mức điện áp không đổi mức điện áp phân cực ngược vượt mức điện áp Zener Ngoài ứng dụng làm nguồn cung cấp, diode sử dụng nhiều mạch xử lý tín hiệu điều hịa tín hiệu Trong có mạch xén diode, mạch tách sóng diode, mạch ghim khảo sát chương Hơn nửa, đặc tính vật liệu bán dẫn bị tác dụng cường độ sáng nên số loại diode gọi photodiode, có ứng dụng làm mạch tách quang [light detector], pin mặt trời [solar cell], hay diode phát-quang [LED] -4- Các chất bán dẫn 1.1 Trong vật liệu bán dẫn, điện tích thực 0, điều cần phải có mật độ điện tích dương cần với mật độ điện tích âm Cả hai loại hạt tải điện (điện tử lỗ trống tự do) nguyên tử tạp chất bị ion hóa có điện tích độ lớn điện tích điện tử Do vậy, phương trình trung hịa điện tích (CNE – charge neutrality equation) là: po  Nd  no  Na  đó: no = nồng độ hạt tải điện tích âm trạng thái cân po = nồng độ hạt tải điện tích dương trạng thái cân N a = nồng độ chất nhận [acceptor] bị ion hóa N d = nồng độ chất cho [donor] bị ion hóa Phương trình tích hạt tải điện (CPE – carrier product equation) phát biểu rằng, chất bán dẫn pha tạp tích nồng độ hạt tải điện không đổi: nopo = số silicon T = 300 K:  2 16  Constant = niopio = nio  pio  1,5 10  2, 25 1032 3  m  m  Vật liệu bán dẫn dạng-n hay –p tùy thuộc vào nồng độ tạp chất donor hay acceptor lớn hay không Phần lớn nguyên tử tạp chất bị ion hóa nhiệt độ phòng Nếu silicon pha tạp: ND = N A  N a  1017 ; m Hãy xác định: a Đây bán dẫn tạp dạng-p hay –n b Hạt tải điện đa số thiểu số loại ? c Nồng độ hạt tải điện đa số thiểu số -5- 1.2 Nếu silicon pha tạp: N A  N a  1017 ; m3 N D  N d  1018 m3 Hãy xác định: d Đây bán dẫn tạp dạng-p hay –n e Hạt tải điện đa số thiểu số loại ? f Nồng độ hạt tải điện đa số thiểu số 1.3 Hãy mô tả vi cấu trúc loại vật liệu bán dẫn Ba loại thông dụng sử dụng loại vật liệu bán dẫn ? 1.4 Hãy mô tả phát nhiệt hạt tải điện chất bán dẫn trình phát nhiệt hạn chế đến hoạt động cấu kiện bán dẫn 1.5 Hãy mô tả đặc tính nguyên tử tạp chất donor acceptor ảnh hưởng chúng đến nồng độ hạt tải điện vật liệu bán dẫn 1.6 Mô tả sơ lược hoạt động hạt tải điện nguyên tử tạp chất ion hóa lân cận tiếp giáp pn cấu kiện bán dẫn để tạo nên rào có khuynh hướng chặn hạt tải điện di chuyển ngang qua tiếp giáp -6- Các mơ hình mạch diode 1.7 Tính điện áp vL mạch hình P1.7, D diode lý tưởng Sử dụng trị số vS < > 1.8 Trong mạch hình P1.7, vS = V; R1 = RS = RL = 500 Hãy xác định iD vD theo phương pháp đồ thị, cách dụng đặc tuyến diode 1N461A 1.9 Cho diode mạch hình P1.9 yêu cầu mức dòng nhỏ mA mức dòng khuỷu đặc tuyến i-v diode a Trị số điện trở R để thiết lập mức dòng mA mạch cần phải ? b Với trị số R xác định phần (a), trị số nhỏ để điện áp E bị giảm xuống trì mức dòng diode mức dòng khuỷu ? Sử dụng diode có V = 0,7 V 1.10 Mạch hình P1.10 có nguồn cung cấp sóng sin 50 Vrms Sử dụng mơ hình diode thực tế cho diode a Mức dòng thuận lớn ? b Hãy tính mức điện áp ngược đỉnh (PIV) diode ? -7- 1.11 Hãy xác định diode phân cực thuận diode phân cực ngược mạch hình P1.11 1.12 Hãy xác định khoảng trị số điện áp Vin để diode mạch hình P1.12, phân cực thuận Giả thiết diode lý tưởng 1.13 Hãy xác định diode mạch hình P1.13, diode phân cực thuận diode phân cực ngược Giả sử sụt áp diode phân cực thuận 0,7 V, tính mức điện áp đầu -8- 1.14 Hãy vẽ dạng sóng đặc tính truyền đạt điện áp cho mạch hình P1.14 Giả sử đặc tính diode lý tưởng, vS(t) = 10 sin (2000t) 1.15 Diode mạch hình P1.15, chế tạo từ silicon có: iD  I S (evD /VT  1) , T = 300 K; IS = 250 x 10-12 A; VT  kT  26mV ; q vS = 4,2 V + 110 cos(t) mV;  = 377 rad/s; R = k Sử dụng chồng chập xác định thông số DC hay mức dòng điểm-Q diode: a Sử dụng mơ hình diode thực tế b Sử dụng cách giải theo đặc tuyến mạch (tức phương trình đường tải DC) đặc tuyến diode (phương trình diode) 1.16 Nếu diode mạch hình P1.15, chế tạo từ silicon có: iD  I S (evD /VT  1) ; T = 300 K; IS = 2,030 x 10-15 A; VT  kT  26mV ; q vS = 5,3 V + cos(t) mV;  = 377 rad/s; R = 4,6 k Sử dụng chồng chập mơ hình thực tế diode, xác định thơng số DC hay mức dịng điểm-Q diode -9- 1.17 Nếu diode mạch hình P1.15, chế tạo từ silicon có: iD  I S (evD /VT  1) ; T = 300 K; IS = 250 x 10-12 A; VT  kT  26mV q vS = 4,2 V + 110 cos(t) mV;  = 377 rad/s; R = k; điểm làm việc DC hay điểm tĩnh (điểm-Q) là: IDQ = 0,5458 mA; VDQ = 379,5 mV Hãy xác định trị số điện trở tương đương AC tín hiệu nhỏ diode nhiệt độ phòng điểm-Q cho 1.18 Nếu diode mạch hình P1.15, chế tạo từ silicon có: iD  I S (evD /VT  1) ; đó: T = 300 K; IS = 2,030 x 10-15 A; VT  kT  26mV ; q vS = 5,3 V + 70 cos(t) mV;  = 377 rad/s; R = 4,6 k; điểm làm việc DC hay điểm tĩnh (điểm-Q) là: IDQ = 1,000 mA; VDQ = 0,700 V Hãy xác định trị số điện trở tương đương AC tín hiệu nhỏ diode nhiệt độ phòng điểm-Q cho 1.19 Nếu diode mạch hình P1.15, chế tạo từ silicon có: iD  I S (evD /VT  1) ; đó: T = 300 K; IS = 250 x 10-12 A; VT  kT  26mV q vS = 4,2 V + 110 cos(t) mV;  = 377 rad/s; R = k; điểm làm việc DC hay điểm tĩnh (điểm-Q) là: IDQ = 0,548 mA; VDQ = 0,365 V; rd = 47,45  Hãy xác định điện áp AC diode dòng AC chảy qua diode phương pháp chồng chập -10- 1.20 Diode mạch hình P1.20, chế tạo từ silicon mạch có: R = 2,2 k; VS2 = V Hãy xác định trị số nhỏ VS1 để diode dẫn có mức dịng đáng kể Các mạch chỉnh lưu nguồn điện áp 1.21 Tính giá trị trung bình điện áp cho mạch hình P1.21, điện áp vào dạng sin có biên độ V Cho V = 0,7 V 1.22 Trong mạch chỉnh lưu hình P1.22, v(t) = A sin (2 100)t V Giả sử sụt áp thuận 0,7 V diode diode dẫn Nếu dẫn điện cần phải bắt đầu suốt bán kỳ dương góc dẫn khơng lớn 5, trị số đỉnh, A nhỏ để tạo nên nguồn AC ? -11- 1.23 Điện áp trung bình đầu mạch chỉnh lưu bán kỳ 50 V a Hãy vẽ sơ đồ mạch mạch chỉnh lưu bán kỳ b Vẽ dạng sóng điện áp c Xác định trị số đỉnh điện áp d Vẽ dạng sóng điện áp vào e Mức điện áp hiệu dụng (Vrms) đầu vào ? 1.24 Hãy thiết kế mạch chỉnh lưu cầu toàn kỳ cho nguồn cung cấp Biến giảm áp chọn sẵn Biến áp cung cấp mức điện áp 12 V rms đến mạch chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu toàn kỳ thể mạch hình P1.24 a Nếu diode có mức điện áp ngưỡng 0,6 V, vẽ dạng sóng điện áp nguồn đầu vào, vS(t); dạng sóng điện áp ra, vL(t); cho biết diode dẫn diode ngưng dẫn chu kỳ phù hợp vS(t) Tần số nguồn 50 Hz b Nếu RL = 000  tụ điện mắc song song với RL để lọc có trị số µF, vẽ dạng sóng điện áp đầu ra, vL (t) c Lặp lại câu (b), với tụ có điện dung 100 µF -12- 1.25 Trong nguồn chỉnh lưu toàn kỳ thể hình P1.25, diode có số hiệu 1N4001 có thông số điện áp ngược đỉnh (PIV) 25 V Các diode chế tạo từ silicon n = 0,05883; C = 80 µF; RL = k Vline = 170 cos (377t) V a Hãy xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế diode b Hãy giải thích diode phù hợp không phù hợp với thông số cho 1.26 Trong nguồn chỉnh lưu toàn kỳ thể hình P1.25, n = 0,1; C = 80 µF; RL = k; Vline = 170 cos (377t) V Các diode diode chuyển mạch 1N914 (nhưng sử dụng để chuyển đổi AC-DC), chế tạo silicon với thông số định mức sau: Pmax = 500 mW nhiệt độ T = 25C; Vngược-đỉnh = 30 V Hệ số suy giảm công suất mW/C nhiệt độ khoảng: 25C < T  125C mW/C nhiệt độ khoảng: 125C < T  175C a Hãy xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế diode b Hãy giải thích diode phù hợp không phù hợp với thông số cho -13- 1.27 Các diode nguồn DC toàn kỳ mạch hình P1.25, silicon Dạng sóng điện áp tải thể hình P1.27 Nếu: IL = 60 mA; VL = V; Vr = 5%; Vline = 170 cos (t) V  = 377 rad/s Hãy xác định giá trị của: a Tỷ số cuộn dây, n b Trị số tụ điện, C 1.28 Các diode nguồn DC tồn kỳ mạch hình P1.25, silicon Nếu: IL = 600 mA; VL = 50 V; Vr = 8% = V; Vline = 170 cos (t) V  = 377 rad/s Hãy xác định giá trị của: a Tỷ số cuộn dây, n b Trị số tụ điện, C -14- 1.29 Các diode nguồn DC toàn kỳ mạch hình P1.25, silicon Nếu: IL = mA; VL = 10 V; Vr = 20% = V; Vline = 170 cos (t) V  = 377 rad/s Hãy xác định giá trị của: a Tỷ số cuộn dây, n b Trị số tụ điện, C 1.30 Trong mạch hình P1.25: IL = 600 mA; VL = 50 V; Vr = V; C = 1000 µF; vS1(t) = vS2(t) = VS0 cos (t) V  = 377 rad/s Các diode silicon Nếu thông số công suất diode bị vượt diode bị nổ hay hở mạch, xác định giá trị điện áp DC hay điện áp tải điện áp gợn: -15- 1.31 Trong nguồn chỉnh lưu toàn kỳ thể hình P1.31, diode 1N4001 có thơng số điện áp ngược đỉnh (PIV) 50 V Các diode chế tạo từ silicon Vline = 170 cos (377t) V; n = 0,2941; C = 700 µF; RL = 2,5 k a Hãy xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế diode b Hãy giải thích diode phù hợp không phù hợp với thông số cho 1.32 Trong nguồn chỉnh lưu toàn kỳ thể hình P1.31, diode 1N4001 có thơng số điện áp ngược đỉnh (PIV) 10 V Các diode chế tạo từ silicon Vline = 156 cos (377t) V; n = 0,04231; Vr = 0,2 V; IL = 2,5 mA; VL = 5,1 V; a Hãy xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế diode b Hãy giải thích diode phù hợp không phù hợp với thông số cho -16- 1.33 Các diode nguồn DC tồn kỳ thể hình P1.31, silicon Nếu: IL = 650 mA; VL = 10 V; Vr = V;  = 377 rad/s; Vline = 170 cos (t) V;  = 23,66 Hãy xác định trị số dịng trung bình dịng ngược chảy qua diode 1.34 Các diode nguồn DC toàn kỳ thể hình P1.31, silicon Nếu: IL = 85 mA; VL = 5,3 V; Vr = 0,6 V;  = 377 rad/s Vline = 156 cos (t) V Hãy xác định trị số của: a Tỷ số cuộn dây, n b Điện dung tụ, C 1.35 Các diode nguồn DC toàn kỳ silicon Nếu: IL = 250 mA; VL = 10 V; Vr = 2,4 V;  = 377 rad/s Vline = 156 cos (t) V Hãy xác định trị số của: a Tỷ số cuộn dây, n b Điện dung tụ, C -17- Diode Zener ổn định điện áp 1.36 Diode mạch hình P1.36, có đặc tuyến tuyến tính chi tiết thơng qua điểm (- 10 V, - µA), (0 V, µA), (0,5 V, mA), (1 V, 50 mA) Hãy xác định mơ hình chi tiết sử dụng mơ hình tính i v 1.37 Hãy xác định trị số nhỏ RL mạch hình P1.37, mức điện áp trì mức 5,6 V 1.38 Hãy xác định trị số nhỏ trị số lớn để điện trở mắc nối tiếp có mạch ổn định mà điện áp đầu mạch 25 V, điện áp vào mạch thay đổi từ 35 V đến 40 V, mức dòng tải lớn mạch ổn định 75 mA Diode Zener sử dụng mạch có thơng số dịng lớn 250 mA -18- 1.39 Hình P1.39, đặc tuyến i-v diode bán dẫn chế tạo để làm việc vùng đánh thủng Zener Zener hay vùng đánh thủng trải rộng từ mức dòng nhỏ điểm khuỷu đặc tuyến vào khoảng – mA (từ đặc tuyến) mức dòng định mức lớn – 90 mA (từ trang số liệu) Hãy xác định điện trở Zener điện áp Zener diode 1.40 Diode Zener mạch ổn định điện áp đơn giản thể hình P1.40, 1N5231B Điện áp nguồn nhận từ nguồn cung cấp DC có mức DC thành phần gợn: vS = VS + Vr, đó: VS = 20 V; Vr = 250 mV; R = 220 ; IL = 65 mA; VL = 5,1 V; VZ = 5,1 V; rZ = 17 ; Pđịnh mức = 0,5 W; iZ = 10 mA Hãy xác định dòng định mức lớn để diode xử lý mà khơng vượt q giới hạn công suất diode -19- 1.41 Diode Zener 1N963 mạch ổn định điện áp đơn giản hình P1.40, có thơng số: VZ = 12 V; rZ = 11,5 ; Pđịnh mức = 400 mW; Tại điểm khuỷu đặc tuyến: iZk = 0,25 mA; rZk = 700  Hãy xác định dòng định mức lớn để diode xử lý mà khơng vượt q giới hạn công suất diode 1.42 Trong mạch ổn định điện áp đơn giản hình P1.40, R cần phải trì mức dịng diode Zener phạm vi giới hạn quy định diode tất giá trị điện áp nguồn, dịng tải, điện áp diode Zener Hãy tìm trị số nhỏ lớn R sử dụng VZ = V ± 10%; rZ = 15 ; iZ = 3,5 mA; iZ max = 65 mA; VS = 12 V ± V; IL = 70 ± 20 mA 1.43 Trong mạch ổn định điện áp đơn giản hình P1.40, R cần phải trì mức dịng diode Zener phạm vi giới hạn quy định diode tất giá trị điện áp nguồn, dòng tải, điện áp diode Zener Nếu: VZ = 12 V ± 10%; rZ = ; iZ = 3,25 mA; iZ max = 80 mA; VS = 25 V ± 1,5 V; IL = 31,5 ± 21,5 mA Hãy xác định trị số nhỏ lớn R sử dụng -20- ... binhduquang@.gmail.com  Thời hạn hoàn thành nộp tập: bm: K ỹ t h u ậ t Điện tử, Khoa Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng – 54 Nguyễn Lương Bằng, Quận...Lưu ý:  Mổi sinh viên tự làm tập trực tiếp vào tài liệu (trên khổ giấy A4) Không chép giải người khác  Tài liệu tham khảo: -