GIAO TRINH MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG Tự VÀ SÔ TS NGUYỄN HỒNG MAI GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN TỦ TƯŨNG Tự VÀ SỐ TRƯỜNG OẠI HỌC QUY NHỠN _ TH Ư nặn _ _ vV ã AU €53 NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI-2016 LỜI NÓI ĐẦU Trong thiết bị đo hrờng-điều khiến, ứng dụng đại nhiều lĩnh vực kỹ thuật công nghệ cao, thiết bị điện tử chiếm tỉ trọng lớn Cỏ thể nói nay, thiết bị điện tử kĩ thuật điện tử xuất khắp nơi hoạt động người Chỉnh vậy, việc đưa kiến thức bàn nâng cao kĩ thuật điện tử vào trường đại học kĩ thuật, trường nghề cần thiết Hiện kĩ thuật điện tử tách bốn hướng nghiên cứu ứng dụng chính: - Kĩ thuật điện tử truyền thông: chủ yếu vào nghiên cứu phát triển thiết bị, công cụ truyền dẫn thông tin sử dụng công nghệ mạch thiết bị điện tử - Kĩ thuật điện lử điều khiển: chù yếu sâu vào nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển kỹ thuật sau áp dụng vào phần cứng thiết bị điện tử chuyên dụng nhic mạch tuyển tính, vỉ xừ lí vi điều khiển - Kĩ thuật vật liệu điện tử: chủ yếu nghiên cửu phát triển công nghệ vật liệu ứng dụng chế tạo linh kiện, thiết bị điện lử, thiết bị cơng suất lớn tích hợp, vi mạch, thiết bị siêu nhỏ MEMS, NEMS - Kĩ thuật điện lử tin học: chủ yếu nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ kỹ thuật số vào thiết bị điện tử: nghiên cứu thiết bị lưu trữ, xử lí liệu sổ hóa Tuy phân biệt hưởng vậy, ranh giới hướng không tách biệt rõ ràng, mà chúng có giao khó thây Chính điều mà nghiên cứu, ứng dụng hướng áp dụng hiệu quà vào hướng Do việc dùng chung nguôn tài nguyên cần thiết nên phát huy Trong ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử ngành Kỹ thuật điêu khiển VCÌ Tự dộng hóa, thiết bị kỹ thuật điện từ đóng vai trị then chốt Đặc biệt theo hướng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện từ điêu khiển để cung cấp tín hiệu cho thiết bị công suất lớn Trong đổ kết hợp cù kỹ thuật tương tự (analog) kỹ thuật số (digital) Những ứng dụng điện tư công nghiệp, ngày đa dạng, xuất nhiều yêu câu rât đặc biệt chịu đựng môi trường, độ tin cậy, tuôi thọ, phát triên thuật toán liên lục Mục tiêu đào tạo môn học sau trường, kỹ stt áp dụng kiến thức dể thiết kế, tỉnh tốn mạch diện tử, cải tiến thiết bị mà đctm bào chất lượng, độ xác độ tin cậy Đồng thời kiểm sốt q trình, thiết bị cơng suất lớn động cơ, thiết bị điều khiển lưới điện, dây chuyền sản xuất Tránh phụ thuộc công nghệ không cần thiết Dựa tinh thần đó, giáo trình " Mạch điện tìc tương tự số" nhắm vào hai mục tiêu chính: cung cấp cho sinh viên, kỹ sư ngành "Kỹ thuật điện-điện từ" ngành "Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa" kiến thức chun mơn kỳ thuật điện tử, cung cấp kỹ để thiết kế, tính tốn, mơ phỏng, chế tạo mạch điện tử írng dụng thiết bị điện, điện tử Đàm bảo cho sản phẩm có chất lượng tốt vù độ tin cậy cao Có thể đưa áp dụng vào thực tế công việc Dãy lân xuât nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác già mong nhận thơng tin đóng góp ý kiến, phản hồi nhận xét đê giáo trình hịan thiện tốt Thông tin phàn hồi vui lỗng gửi email: nhmai(cỳ.dut.iidn.vn Tác giá ghi nhận cảm ơn ý kiến dóng góp người Đà Nằng, ngày 25 tháng 07 năm 2015 Tác giả LỜI CẢM ƠN Trong trình biên soạn giáo trình, tác giả nhận nhiều giúp đỡ thơng tin, kiến thức tinh thần để giáo trình hòan chỉnh đưa vào sử dụng Tác giả chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà đỡ tạo nhiều điều kiện biên soạn thuận ỉợi đóng góp nhiêu ỷ kiến quý báu nội dung giáo trình để phù hợp với ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử ngcinh Kỹ thuật điều khiến Tự động hóa Chân thành cảm ơn thầy giáo, đồng nghiệp nước nirớc ngồi dã biên soạn sách cổ nội dung hay chuyên ngành Kỹ thuật điện tử để tác giả tham khảo bổ sung kiến thức bo ích cần thiết vào giáo trình Chân thành cảm ơn người thán thích, bè bạn nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ để giáo trình hịan thiện kịp thời đưa vào sử dụng Chân thành cám ơn người đọc dóng góp ý kiến xây dựng để giáo trình ccing ngciy ccmg ìĩịan chinh sau nciy Đà nẵng, ngày 26 tháng 07 năm 2015 Tác giả BẢNG KÍ HIỆU HÌNH VẼ VÀ THAM SỐ (Dùng giáo trình thường dùng tài liệu kĩ thuật khác) Kí hiệu p n Bán dẫn loại p Ho Mức lượng vùng hóa trị cao Ed Mức lượng vùng dẫn thấp Bán dẫn loại n AE(1 Mức lượng chuyển tiếp từ vùng hóa trị sang vùng dẫn, cịn gọi mức lượng cấm.(Energy Band gap) ni, Pi Số lượng hạt dẫn khuếch tán nhiệt tự chất bán dẫn n(n) "n »“n(n) p Số lượng hạt (nồng độ) diện tử tự lỗ trống lớp bán dẫn loại n n(p) n(p) **p ’"n Số lượng hạt (nồng độ) lỗ trống điện tử tự lớp bán dẫn loại p BJT Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor) FET Transistor trường (Field Effect Transistor) JFET Transistor trường tiếp giáp (Junction FET) MOSFET Giải thích Transistor trường cách li ơxit kim loại (Metal Oxide Semiconductor FET) Vcc —li— H llH Điện áp nguồn cung cấp chiều Uo Điộn áp tiếp xúc tiếp giáp p-n Ho OA Điện trường tiếp xúc tiếp giáp p-n Khuếch dại thuật tốn (Operational Amplifier) Is Dịng bão hòa ngược tiếp giáp p-n Ia Dòng chảy qua diode qui ước Giải thích Kí hiệu Ube>V be Ubeo»Vbeo Uce, Vce Uceo»Vceo Ue, Ve U eo»Veo Uc, Vc Uco, Vco Ub, Vb Ubo»Vbo Diện áp cực B cực E transistor BJT Diện áp phân cực chiều cực B cực E transistor BJT Diện áp giữac cực c cực E transistor BJT :Diện áp phân cực chiều cực c cực E transistor BJT Diện áp cực E so với mass (hay GND) :Diện áp chiều phân cực cực E so với mass (hay GND) :Diện áp cực c so với mass (hay GND) Điện áp chiều phân cực cực c so với mass (hay GND) Điện áp cực B so với mass (hay GND) Điện áp chiều phân cực cực B so với mass (hay GND) V dd Điện áp nguồn nuôi chiều dùng FET Vds Điện áp cực D với cực Vgs s dùng FET Điện áp cực Gvới cực s dùng FET Vd Điện áp cực D so với mass (GND) Vq Điện áp cực G so với mass (GND) Vs f, (O Điện áp cực s so với mass (GND) Tần số tần số góc Góc pha Ic> Ic, ic Dịng điện chày cực góp transistor BJT Ie? ^C9 *e Dòng điện chạy qua cực E BJT IB»Ib, ib Dòng điện chảy qua cực gốc BJT Id Dòng điện chạy từ cực D đến cực s FET ngược lại Hỉe Điện trờ tiếp giáp B-E đẳng trị BJT rC'E E, En e(t) Điên trờ khuếch tán đẳng trị từ lóp c đến lóp E BJT Điện trường ngồi đặt lẽn phần tử Nguồn tín hiệu đầu vào R Điện trở —w v — Hi-Z Trạng thái trở kháng cao T J_ n Ki hieu L Tụ điện Điện cảm Rn Điện trở nguồn tín hiệu vào Rt Điện trờ tải Rv Tổng trở vào mạch điện Rr D Tổng trở mạch điện z Diode Zener P, hFE Diode Hệ số khuếch đại dòng điện nội BJT 8m Điện dẫn phần từ, kênh dẫn hay tiếp giáp p-n p Điện trở động kênh dẫn DS, dùng FET A,anot Anốt diode, cực nối với miền bán dẫn p K, catot Ca tốt diode, cực nối với miền bán dẫn loại n CPU Vi xử lí trung tâm (Central Proccessing Unit) ALU Bộ số học logic (Arithmetic Logic Unit) ROM Bộ nhớ bán dẫn đọc sau lập trình lần (Read Only Memory) RAM Bộ nhớ bán dẫn truy cập ngẫu nhiên (Randomize Access Memory) EPROM Bộ nhớ ROM xóa tia cực tím lập trình lại (Eresable Programable ROM) EEPROM Bộ nhớ ROM có khả lập trình nhiều lần xóa điện (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) Cache Vùng nhớ đệm CPU PWM Điều chế độ rộng xung MUX Bộ dồn kênh (Multiplexer) DEMUX CODE Giải thích Bộ phân kênh (Demultiplexer) Bộ mã hóa tín hiệu số Kí hiệu Giải thích DECODE 3Ộ giải mã tín hiệu số FF Vlạch triger (Flip-Flop) - e Nguồn áp lí tưởng (có tổng trở nguồn 0) - - ® Nguồn dịng lí tưởng (có tổng trở nguồn vơ cùng) - Nguồn tín hiệu xoay chiều biến thên — © — - w Diode chỉnh lưu - -c > b - Ú - Diode ổn áp (Zener) Diode Schottky - Diode biến dung (varicap) B^ Kí hiệu BJT loại ngược (n-p-n) l Kí hiệụ BJT loại thuận (p-n-p) D Transistor trường kênh n G ẵ s D G Transistor trường kênh p ^ s ■ D!< G :i) s Bj ệ MOSFET kênh n (có diode zener bảo vệ ngược) ' MOSFET kênh p (có diode zener bảo vệ ngược) Jv + + Khuếch đại thuật tốn có nguồn ni 1V Kí hiêu Giải thích Khuếch đại thuật tốn rút gọn (mặc định có nguồn nuôi) > - Cổng logic NOT thường (tức thời) =1 ẸNABLE Cổng logic NOT có điều khiển ị> ° - ^ r> o — & Cổng logic NOT có trễ trước sau Cổng logic AND tức thời y d Cổng logic NAND tức thời & > d Cổng logic OR tức thời y— D > Cổng logic NOR tức thời J Clock, _Q_ K Q c5 Q — F* Q Kí hiệu triger có xung nhịp điều khiển Kí hiệu triger kh.ơng có xung nhịp điều khiển Ngồi kí hiệu dùng chung bảng liệt kê, cần có kí hiệu riêng có định nghĩa cụ thể chỗ 10 Biểu thức (12.15) cho thấy cấu trúc mạch phản hồi gồm khâu vi phân, tỉ lệ quán tính bậc Sơ đồ khối khâu phàn hồi hình 12.11, tham số chọn theo (12.15) Ilìtt/i 12.13: Cẩu trúc mạch phản hồi theo (12.15) Trong trường hợp không sử dụng cấu trúc dao động, ta thiết kế hoăc bơ điều khiển khâu phản hồi theo mơ hình hệ kín lí tưởng: hệ kín lí tưởng ià hệ có hàm trun đạt kín Nguyên lý sau: Theo (12.10), chuyến sang hàm truyền tần số, ta thấy diện áp hệU r (jco) = Wk(jco).Uv(jco) (12.16) Có thể phân tích thành hai thành phần modul argument: Ar (co)ej(pr(CỦ) = A k(co)e-Ñ* (to)A v(co)ej