Giáo trình mạch điện tử
Chương 1 1 KÝ HIỆU Giá trò tại tónh điểm Q (quiescent-point): I EQ , V CEQ Giá trò một chiều (DC): I E , V CE Tổng giá trò tức thời: i E , v CE Giá trò tức thời của thành phần thay đổi theo thời gian: i e , v ce e E E iIi 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 2 CHƯƠNG 1: DIODE BÁN DẪN 1.1 Giới thiêu 1.2 Vật liệu bán dẫn 1.3 Diode bán dẫn thông thường 1.4 Chỉnh lưu 1.5 Phân tích mạch Diode 1.6 Mạch xén (Clippers) và mạch ghim điện áp (Clampers) 1.7 Diode Zener 1.8 Các loại Diode khác 1.9 nh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 3 1.1 GIỚI THIỆU x Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất. x Các loại diode: Diode chân không, Diode khí, Diode chỉnh lưu kim loại, Diode bán dẫn, vv. x Diode bán dẫn : Cấu tạo và tính chất. Phương pháp phân tích mạch. Ứng dụng. 1.2 VẬT LIỆU BÁN DẪN Các vật liệu bán dẫn thường dùng: x Silicon (Si) x Germanium (Ge) x Gallium Arsenide (GaAs) 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 4 1.2.1 Cấu trúc nguyên tử và cấu trúc tinh thể 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 5 1.2.2 Sự dẫn điện x Các mức năng lượng x Sự dẫn điện trong chất bán dẫn Dòng khuếch tán (diffusion current): Khi có sự thay đổi mật độ electron (hole) Dòng chảy (drift current): Khi có điện trường ngoài 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 6 1.2.3 Bán dẫn loại p và bán dẫn loại n x “Doping”: Là quá trình đưa vào chất bán dẫn các chất khác cần thiết. x Bán dẫn loại p 9 Chất đưa vào: Chất nhận (acceptor material). Ví dụ: Boron (III) 9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng 9 Phần tử mang điện chủ yếu: Lỗ trống (positive): p-type material 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 7 x Bán dẫn loại n 9 Chất đưa vào: Chất cho (donor material). Ví dụ: Phosphorus (V) 9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng 9 Phần tử mang điện chủ yếu: Electron (negative): n-type material 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 8 1.3 DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG 1.3.1 Cấu trúc của Diode bán dẫn x Cấu trúc và ký hiệu x Lớp tiếp xúc pn (pn junction) 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 9 x Sự phân cực của Diode (bias) 1.3.2 Quan hệ giữa dòng điện và điện áp của Diode x Diode lý tưởng 9 v i > 0: i D > 0 và v D = 0 (Diode ngắn mạch: short circuit) 9 v i < 0: v D < 0 và i D = 0 (Diode hở mạch: open circuit) v i r i v D i D + _ 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 10 x Đặc tuyến Volt-Ampere (VA) của Diode )1()1( T D D mV v o mkT qv oD eIeIi I o : Dòng phân cực nghòch bão hòa (reverse saturation current), A q = 1,6E-19 C k = 1,38E-23 J/ o K: Hằng số Boltzmann T: Nhiệt độ tuyệt đối, o K m: 1d m d 2: Hằng số thực nghiệm q k T V T | 25 mV, tại nhiệt độ phòng (27 o C) 9 Phân cực thuận (v D > 0): Khi T D mVv !! : T D mV v oD eIi | 9 Phân cực nghòch (v D < 0): Khi TD mVv !! : oD Ii | T D mV v o eI 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com [...]... wave) Tụ C: C Vmax Vf p RL Điện áp gợn sóng hiệu dụng: (vr ) rms Vmax Vmin 2 3 Chứng minh: 1.4.4 Mạch nhân đôi điện áp (Voltage-doubling circuit) Ví dụ 1: (Nhân đôi điện áp một bán chu kỳ) C1 1 4 D2 + 5 vS D1 + C2 8 Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện qua D1 đến điện áp VSmax Bán kỳ dương của vS: Điện áp chồng chập của C1 và vS nạp điện cho C2 qua D2 đến điện áp 2VSmax Chương 1... có phương trình: id Điện trở động (dynamic resistance): rd Chương 1 vD iD http://www.khvt.com vd rd Q 24 Tính giá trò điện trở động Từ phương trình: iD vD iD rd với: vD iD Q Q I oe vD mVT mVT I DQ , giá trò điện trở động: m 25(mV ) I DQ IDQ: Dòng điện tónh điểm qua Diode Mạch tương đương RT + _ VDQ IDQ Vdc rd RT id vi (a) (b) Mạch (a): Tìm tónh điểm Q (IDQ và VDQ), sử dụng phương pháp đồ thò Mạch (b):... đôi điện áp hai bán chu kỳ) D1 1 5 4 8 D2 vS Bán kỳ dương của vS: + C2 + + RL _ C1 C2 nạp điện qua D1 đến điện áp VSmax Tổng điện áp vS và VSmax trên C1 (được nạp từ bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D1 Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện qua D2 đến điện áp VSmax Tổng điện áp vS và VSmax trên C2 (được nạp từ bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D2 1.4.5 Nhân tần số (Frequency multiplication) Mạch. ..Diode thực tế và Xấp xỉ tuyến tính hóa từng đoạn (piecewiselinear approximation) 1.3.3 Mạch điện tương đương của Diode 1.3.4 Các phương pháp phân tích mạch dùng Diode Chương 1 http://www.khvt.com 11 1.4 CHỈNH LƯU (Rectification) Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (ac) thành tín hiệu một chiều (dc) Lưu ý: Các ví dụ... bán sóng: Mạch lọc dùng để lọc bỏ các hài xoay chiều (harmonics) nhằm giữ lại thành phần một chiều của tín hiệu vL(t): Lọc thông thấp (lowpass filter – LPF) Các dạng mạch lọc cơ bản: R R L R C (a) L C C (b) (c) Giả sử dùng mạch lọc (a) với RC = 100/ o và R >> RL Biên độ điện áp ngõ ra của mạch lọc tại tần số n Von C VLn 1 n o RC 2 o (n 1) là: VLn 100n với VLn là biên độ điện áp ngõ vào của mạch lọc... mạch tương đương Chương 1 http://www.khvt.com 28 1.6 MẠCH XÉN VÀ MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP 1.6.1 Mạch xén (Clippers) Mạch xén dùng để loại bỏ tín hiệu nằm dưới (hay trên) một mức chuẩn (reference level) Ví du 1: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB Ví dụ 2: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB Chương 1 http://www.khvt.com 29 Ví dụ 3: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB1 VB2 1.6.2 Mạch. .. 1.4.3 Mạch lọc (Filtering) D1 5 1 vi C 6 4 _ D2 8 RL + vo Hoạt động Tụ C được nạp nhanh đến giá trò Vmax của điện áp vo(t) t Khi vo(t) giảm, tụ C phóng điện qua RL với quy luật: vo (t ) Vmax e RLC Quá trình tuần hoàn với tần số của điện áp chỉnh lưu fp: fp 2 fo : Chỉnh lưu toàn sóng fp fo : Chỉnh lưu bán sóng với fo: Tần số của nguồn vi Chương 1 http://www.khvt.com 18 Phân tích và tính toán mạch Xấp... o Sử dụng mạch lọc thích hợp để tách lấy thành phần hài cần thiết Chương 1 http://www.khvt.com 20 1.5 PHÂN TÍCH MẠCH DIODE Lưu ý: Các ví dụ trong phần này sử dụng đặc tuyến Diode thực 1.5.1 Mạch Diode đơn giản – Đường tải một chiều (DC Load Line) iD ri + vD vi _ iD + RL vL _ RT vT + vD _ Diode hoặc các phần tử phi tuyến Mạch tương đương Thevenin của phần tuyến tính Phương pháp đồ thò Phần tử phi tuyến... thực tế và Độ thay đổi điện áp (percent regulation) Diode Zener thực tế: Đặc tuyến VA Dùng phương pháp đồ thò để phân tích mạch Chương 1 http://www.khvt.com 35 Độ thay đổi điện áp: Ví dụ: Xét Ví dụ 1a) trong phần trước Giả sử IZmin = 0.1IZmax = 0.053A Diode Zener thực tế có giá trò điện trở động: rd = 2 Mạch tương đương: iL Ri Diode Zener lý tưởng VZ iZ rd + vo _ Điện áp ra: Vomax = 10... phương pháp đồ thò Mạch (b): Tìm đáp ứng tín hiệu nhỏ (id và vd), sử dụng điện trở động và các đònh luật Kirchhoff Dùng nguyên lý xếp chồng để tìm tổng đáp ứng Chương 1 http://www.khvt.com 25 Mạch điện có thành phần điện kháng - reactive elements (LC) Ví dụ: + vD _ ri C vi = Vimsin t R1 Vdc RL Giả sử: 1/C . v i r i v D i D + _ 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 10 x Đặc tuyến Volt-Ampere (VA) của Diode )1()1( T D D mV v o mkT qv oD eIeIi I o : Dòng phân cực nghòch bão hòa (reverse saturation current), A q = 1,6E-19 C. 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 3 1.1 GIỚI THIỆU x Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất. x Các loại diode: Diode chân không, Diode khí, Diode chỉnh lưu kim loại,. (reverse saturation current), A q = 1,6E-19 C k = 1,38E-23 J/ o K: Hằng số Boltzmann T: Nhiệt độ tuyệt đối, o K m: 1d m d 2: Hằng số thực nghiệm q k T V T | 25 mV, tại nhiệt độ phòng (27 o C) 9