bai giang mon cau kien dien tu ths tran thuy ha 2422

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Giảng viên: ThS Trần Thúy Hà Điện thoại/E-mail: 0912166577 / thuyhadt@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử- Khoa KTDT1 Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ năm 2009 Giới thiệu mơn học BÀI GIẢNG MƠN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Mục đích mơn học: - Trang bị cho sinh viên kiến thức nguyên lý hoạt động, đặc tính, tham số lĩnh vực sử dụng loại cấu kiện (linh kiện) điện tử để làm tảng cho môn học chuyên ngành - Mơn học khám phá đặc tính bên linh kiện bán dẫn, từ SV hiểu mối quan hệ cấu tạo hình học tham số cấu kiện, hiểu đặc tính điện, sơ đồ tương đương, phân loại ứng dụng chúng Cấu kiện điện tử? Là phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử Gồm nội dung sau: + Giới thiệu chung cấu kiện điện tử + Vật liệu điện tử + Cấu kiện thụ động: R, L, C, Biến áp + Điốt + Transistor lưỡng cực – BJT + Transistor hiệu ứng trường – FET + Cấu kiện quang điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang Cấu kiện điện tử www.ptit.edu.vn BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN : Giới thiệu chung Cấu kiện điện tử CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Cấu kiện điện tử ứng dụng nhiều lĩnh vực Nổi bật ứng dụng lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT - Cấu kiện điện tử phong phú, nhiều chủng loại đa dạng - Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo vi mạch có mật độ lớn (Vi xử lý Intel COREi7 khoảng 1,3 tỉ Transistor…) - Xu cấu kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày cao, có tính mạnh, tốc độ lớn… www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN : Ứng dụng cấu kiện điện tử CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Các linh kiện bán dẫn diodes, transistors mạch tích hợp (ICs) tìm thấy khắp nơi sống (Walkman, TV, ơtơ, máy giặt, máy điều hồ, máy tính,…) Chúng ta ngày phụ thuộc vào chúng thiết bị có chất lượng ngày cao với giá thành rẻ - PCs minh hoạ rõ xu hướng - Nhân tố đem lại phát triển thành cơng cơng nghiệp máy tính việc thông qua kỹ thuật kỹ công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo Transistor với kích thước ngày nhỏ → giảm giá thành công suất www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang Cấu trúc chương trình BÀI GIẢNG MƠN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Chương 1- Giới thiệu chung Chương – Vật liệu điện tử Chương - Cấu kiện thụ động Chương -Điốt Chương -Transistor lưỡng cực Chương - Transistor hiệu ứng trường Chương - Thyristor Chương - Cấu kiện quang điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN : Tài liệu học tập CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Tài liệu chính: + Bài giảng: Cấu kiện Điện tử - Đỗ Mạnh Hà, Trần Thục Linh, Trần Thúy Hà + Slide giảng Cấu kiện Điện tử - Trần Thúy Hà - Tài liệu tham khảo: Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition, Robert Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall International, Inc, 2006 MicroElectronics, an Intergrated Approach, Roger T Home University of California at Berkeley, Charles G Sodini – MIT , 1997 Giáo trình Cấu kiện điện tử quang điện tử, Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT, 2002 Electronic Devices, Second edition, Thomas L.Floyd, Merill Publishing Company, 1988 Introductory Electronic Devices and Circuits, conventional Flow Version, Robert T Paynter, Prentice Hall, 1997 Linh kiện bán dẫn vi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN : Chương – Giới thiệu chung CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1 Khái niệm 1.2 Phần tử mạch điện 1.3 Phương pháp phân tích mạch điện 1.4 Phương pháp phân tích mạch phi tuyến 1.5 Phân loại cấu kiện điện tử 1.6 Giới thiệu vật liệu điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 1.1 Khái niệm BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ + Điện tích dịng điện + DC AC + Tín hiệu điện áp dịng điện + Tín hiệu (Signal) Hệ thống (System) + Tín hiệu Tương tự (Analog) Số (Digital) + Tín hiệu điện áp Tín hiệu dịng điện www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN : Điện tích dịng điện CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ + Mỗi điện tử mang điện tích: –1.602 x 10-19 C (Coulombs) + 1C = Điện tích 6.242 x 1018 điện tử (electron) + Ký hiệu điện tích: Q Đơn vị: coulomb (C) Dòng điện (Current) – Là dòng dịch chuyển điện tích thơng qua vật dẫn phần tử mạch điện – Ký hiệu: I, i(t) – Đơn vị: Ampere (A) 1A=1C/s – Mối quan hệ dịng điện điện tích d i (t )  q(t ) dt t q(t )   i (t )dt  q(t ) t0 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 11 BÀI GIẢNG MÔN : DC AC CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ DC (Direct current): Dòng chiều – Dịng điện có chiều khơng đổi theo thời gian – Tránh hiểu nhầm: DC = không đổi, – Ví dụ I=3A, i(t)=10 + sin(100t) (A) AC (Alternating Current): Dịng xoay chiều – Dịng điện có chiều thay đổi theo thời gian – Tránh hiểu nhầm: AC = Biến thiên theo thời gian – Ví dụ: Thomas Edison (1847 – 1931) i(t )  cos2t ; i(t )   12 cos200t  Nikola Tesla (1856 – 1943) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 12 BÀI GIẢNG MƠN : Signal (Tín hiệu) CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ • Tín hiệu: đại lượng vật lý mang thơng tin vào hệ thống • Ví dụ – Tiếng nói, âm nhạc, âm … – Dao động từ hệ thống học – Chuỗi video ảnh chụp – Ảnh cộng hưởng từ (MRI), Ảnh x-ray – Sóng điện từ phát từ hệ thống truyền thơng – Điện áp dịng điện cấu kiện, mạch, hệ thống… – Biểu đồ điện tâm đồ (ECG), Điện não đồ – Emails, web pages … www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN : Hệ thống (Systems) mơ hình CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ • Mơ hình (Model): Các hệ thống thực tế mơ tả mơ hình thể mối quan hệ tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu hệ thống • Một hệ thống chứa nhiều hệ thống • Mơ hình hệ thống biểu diễn biểu thức tốn học, bảng biểu, đồ thị, giải thuật … • Ví dụ hệ thống liên tục: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 14 CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Tín hiệu Tƣơng tự (Analog) Số (Digital) BÀI GIẢNG MÔN :  Tương tự (Analog)    Tín hiệu có giá trị biến đổi liên tục theo thời gian Hầu hết tín hiệu tự nhiên tín hiệu tương tự Digital Tín hiệu có giá trị rời rạc theo thời gian  Tín hiệu lưu hệ thống máy tính tín hiệu số, theo dạng nhị phân x[n] x(t)  … … t Analog Signal t , x(t )   www.ptit.edu.vn n Digital Signal n, x[n]   GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN : Tín hiệu điện áp Tín hiệu dịng điện CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Dòng điện (Current) – Là dòng dịch chuyển điện tích thơng qua vật dẫn phần tử mạch điện – Ký hiệu: I, i(t) – Đơn vị: Ampere (A) 1A=1C/s – Nguồn tạo tín hiệu dòng điện: Nguồn dòng Điện áp (Voltage) – Hiệu điện điểm – Năng lượng truyền đơn vị thời gian điện tích dịch chuyển điểm – Ký hiệu: v(t), Vin; Uin; Vout; V1;U2… – Đơn vị: Volt (V) – Nguồn tạo tín hiệu điện áp: Nguồn áp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN : 1.2 Các phần tử mạch điện CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ + Nguồn độc lập + Nguồn có điều khiển + Phần tử thụ động + Ký hiệu phần tử mạch điện sơ đồ mạch (Schematic) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Nguồn độc lập Nguồn áp Nguồn Pin + Nguồn áp độc lập lý tưởng Nguồn áp độc lập không lý tưởng + + _ V + _ V; v(t) RS V; v(t) _ Nguồn dòng Nguồn dòng độc lập lý tưởng I, i(t) www.ptit.edu.vn I, i(t) Nguồn dòng độc lập không lý tưởng I, i(t) GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 RS Trang 18 Nguồn có điều khiển BÀI GIẢNG MƠN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Nguồn áp Nguồn áp có điều khiển lý tưởng Nguồn áp có điều khiển khơng lý tưởng + _ U(I) + _ U(U) RS U(I) + _ + _ RS U(U) Nguồn dòng Nguồn dòng có điều khiển lý tưởng Nguồn dịng có điều khiển không lý tưởng I(I) www.ptit.edu.vn I(U) I(I) RS GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 I(U) RS Trang 19 CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 1.3 Phƣơng pháp phân tích mạch điện BÀI GIẢNG MÔN : + m1 (method 1) : Các định luật Kirchhoff : KCL, KVL + m2: Luật kết hợp (Composition Rules) + m3:Xếp chồng (Superposition) + m4:Biến đổi tương đương Thevenin, Norton www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang 20 ... áp + Điốt + Transistor lưỡng cực – BJT + Transistor hiệu ứng trường – FET + Cấu kiện quang điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang Cấu kiện... -Transistor lưỡng cực Chương - Transistor hiệu ứng trường Chương - Thyristor Chương - Cấu kiện quang điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang... tiên tiến người ta chế tạo Transistor với kích thước ngày nhỏ → giảm giá thành công suất www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 Trang Cấu trúc chương trình