Bài này trình bày nguyên lý hoạt động của diode bán dẫn, và các ứng dụng điển hình của diode như: mạch chỉnh lưu, mạch ổn áp dùng diode zener, và sử dụng vi mạch IC LM78xx, 79xx, mạch ng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Biên Soạn: ThS Nguyễn Thị Ngọc Anh ThS Võ Thị Bích Ngọc www.hutech.edu.vn KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ *1.2015.ELE116* Các ý kiến đóng góp tài liệu học tập này, xin gửi e-mail ban biên tập: tailieuhoctap@hutech.edu.vn MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC I HƢỚNG DẪN VII BÀI 1: DIODE BÁN DẪN 1.1 ĐẠI CƢƠNG VỀ CHẤT BÁN DẪN 1.1.1 Chất bán dẫn 1.1.2 Chất bán dẫn tạp 1.1.3 Chuyển động trôi khuyếch tán hạt dẫn 1.2 DIODE CHỈNH LƢU 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Phân cực diode 1.2.3 Đặc tuyến Volt-Ampere diode 1.2.4 Các thông số kỹ thuật diode 1.2.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên diode 1.3 ỨNG DỤNG CỦA DIODE 1.3.1 Mạch chỉnh lƣu điện áp 1.3.2 Chỉnh lƣu bán kỳ (Half wave rectifier) 1.3.3 Chỉnh lƣu toàn kỳ (Full wave rectifier) 10 1.3.4 Mạch lọc 12 1.4 MẠCH NGUỒN ỔN ÁP 16 1.4.1 Sơ đồ khối mạch nguồn ổn áp 16 1.4.2 IC ổn áp 78xx, 79xx 16 1.4.3 IC ổn áp điều chỉnh đƣợc LM 317 18 1.5 MẠCH NHÂN ĐIỆN ÁP 19 1.5.1 Mạch nhân đôi điện áp (Voltage doubler) 19 1.5.2 Mạch nhân ba điện áp (Voltage Tripler) 19 1.5.3 Mạch nhân bốn điện áp (Voltage Quardrupler) 20 1.6 DIODE ZENER (DIODE ỔN ÁP) 20 1.6.1 Nguyên lý hoạt động 20 1.6.2 Đặc tuyến Volt- Ampere 21 1.6.3 Mạch ổn áp dùng diode Zener 22 1.7 DIODE PHÁT QUANG (LED)- LCD 28 1.7.1 Diode phát quang LED (Light emitting diode) 28 1.7.2 LED đoạn 29 1.7.3 Ma Trận Led 29 1.7.4 Bộ hiển thị tinh thể lỏng (Liquid-Crystal Displays-LCD) 30 1.8 CÁC LINH KIỆN HAI CHÂN KHÁC 33 1.8.1 Photodiodes (Diode thu quang) 33 1.8.2 Tế bào quang điện (Photo cell) 34 II MỤC LỤC TÓM TẮT 36 BÀI TẬP 37 BÀI 2: TRANSISTOR LƢỠNG CỰC- BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR) 43 2.1 CẤU TẠO BJT 43 2.2 DÒNG CHẢY TRONG BJT 44 2.3 KHUẾCH ĐẠI DÒNG TRONG BJT 45 2.4 ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE CỦA BJT 46 2.4.1 Đặc tuyến ngõ vào IB = f(VBE) 47 2.4.2 Đặc tuyến ngõ IC = f(VCE) 47 2.4.3 Đặc tuyến truyền dẫn IC = f(VBE) 48 2.5 YÊU CẦU ỔN ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC 48 2.6 PHÂN CỰC BJT 50 2.6.1 Phân cực định dòng IB .50 2.6.2 Phân cực định dịng Ib, có thêm Re 51 2.6.3 Phân cực nhờ hồi tiếp từ collector .52 2.6.4 Phân cực kiểu phân áp (độc lập ) 52 2.7 BJT HOẠT ĐỘNG NHƢ CÔNG TẮC 55 TÓM TẮT 57 BÀI TẬP 58 BÀI 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƢỜNG FET (FIELD EFFECT TRANSISTOR) 61 3.1 ĐẠI CƢƠNG 61 3.2 FET 62 3.2.1 Cấu tạo 62 3.2.2 Đặc tuyến kỹ thuật FET .63 3.2.3 Đặc tuyến truyền đạt: ID = f (VGS) 65 3.2.4 Đặc tuyến ngõ Fet: ID = f (VDS) 66 3.2.5 Các tham số FET 66 3.3 MOSFET: (TRANSISTOR TRƢỜNG CÓ CỰC CỬA CÁCH LY) 67 3.3.1 MOSFET kênh liên tục .67 3.3.2 MOSFET kênh gián đoạn 70 3.3.3 Các thông số cần quan tâm sử dụng MOSFET .71 3.4 PHÂN CỰC BẰNG ĐỒ THỊ 71 3.4.1 Phân cực cố định 72 3.4.2 Phân cực kiểu tự phân cực .74 3.4.3 Phân cực kiểu cầu phân áp 75 3.4.4 Phân cực kiểu hồi tiếp .77 TÓM TẮT 79 BÀI TẬP 81 BÀI 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) 82 4.1 TỔNG QUÁT 82 4.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA OP-AMP 83 MỤC LỤC III 4.3 KÝ HIỆU 83 4.4 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA OP-AMP 85 4.5 ỨNG DỤNG CỦA OP- AMP 86 4.5.1 Mạch so sánh 86 4.5.2 Mạch khuếch đại dùng Opamp 87 4.5.3 Mạch thực phép toán dùng Opamp 88 TÓM TẮT 90 BÀI TẬP 93 BÀI 5: LINH KIỆN NHIỀU MỐI NỐI … (PNPN OTHER DEVICES AND APPLICATIONS) 95 5.1 KHÁI NIỆM VÙNG ĐIỆN TRỞ ÂM 95 5.2 SILICON-CONTROLLED RECTIFIER (SCR) 96 5.2.1 Cấu tạo 96 5.2.2 Nguyên lý hoạt động 97 5.2.3 Các thông số kỹ thuật SCR: 99 5.2.4 SCR hoạt động điện xoay chiều 101 5.2.5 Vài ứng dụng đơn giản 102 5.3 SCS (SILICON – CONTROLLED SWITCH) 103 5.4 DIODE AC SEMICONDUCTOR SWITCH (DIAC) 104 5.4.1 Cấu tạo 104 5.4.2 Nguyên lý hoạt động 105 5.4.3 Mạch ứng dụng 106 5.5 TRIOD AC SEMICONDUCTOR SWITCH (TRIAC) 106 5.5.1 Cấu tạo 106 5.5.2 Nguyên lý hoạt động: 107 5.5.3 Đặc tính 108 5.5.4 Các cách kích Triac 109 5.5.5 Mạch ứng dụng Triac 110 5.6 GTO (GATE TURN-OFF SWITCH) 110 5.7 TRANSISTOR QUANG (PHOTOTRANSISTORS) 111 5.8 BỘ NGẪU HỢP QUANG ĐIỆN (OPTO-ISOLATORS) HAY OPTRON, OPTOCOUPLE 113 TÓM TẮT 116 BÀI TẬP 117 BÀI 6: MẠCH SỐ 118 6.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SỐ ĐẾM 118 6.1.1 Cơ số - chuyển đổi số 118 6.1.2 Các mã hóa thơng dụng 132 6.2 ĐẠI SỐ BOOLEAN 136 6.2.1 Khái niệm logic hai trạng thái 136 6.2.2 Bảng thật 137 6.2.3 CÁC PHÉP TOÁN CƠ BẢN 138 6.2.4 CÁC CỔNG LOGIC: 141 IV MỤC LỤC 6.2.5 Các định lý đại số Boolean 143 6.2.6 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TRÊN CỔNG NAND VÀ NOR 144 6.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN HÀM BOOLE 146 6.3.1 Phƣơng pháp biểu diễn thành bảng: 146 6.3.2 Phƣơng pháp biểu thức đại số: 147 6.3.3 Phƣơng pháp biểu diễn bìa Karnaugh 148 6.4 CÁC HỌ VI MẠCH SỐ: TTL VÀ CMOS 152 6.4.1 Tổng quan 152 6.4.2 Các đặc trƣng vi mạch số 152 6.4.3 Họ TTL (TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC) 155 6.4.4 MẠCH LOGIC MOS 160 6.4.5 Một số cổng 164 TÓM TẮT 165 BAI TẬP 167 BÀI 7: HỆ TỔ HỢP 171 7.1 GIỚI THIỆU 172 7.2 CÁCH THIẾT KẾ MẠCH LOGIC TỔ HỢP 172 7.3 TRƢỜNG HỢP KHÔNG XÁC ĐỊNH (DON’T CARE) 174 7.4 RÚT GỌN HÀM BOOLE BẰNG BÌA KARNAUGH 175 7.4.1 Các bƣớc thực hiện: 175 7.4.2 Tích cực tiểu ô kế cận: 175 7.4.3 Tích cực tiểu ô kế cận: 176 7.4.4 Tích cực tiểu kế cận: 177 7.5 BỘ GIẢI MÃ 178 7.6 BỘ MÃ HÓA 185 7.7 BỘ SO SÁNH 190 7.7.1 Mạch so sánh hai số bit 190 7.7.2 Mạch so sánh hai số bit có ngõ vào điều khiển 191 7.7.3 Mạch so sánh hai số n bit 192 7.8 BỘ CHỌN KÊNH – PHÂN KÊNH 193 7.8.1 Bộ chọn kênh 193 7.8.2 MẠCH PHÂN KÊNH (DEMULTIPLEXERS) 198 TÓM TẮT 201 BÀI TẬP 203 BÀI 8: HỆ TUẦN TỰ 206 8.1 TỔNG QUAN 206 8.2 MẠCH DAO ĐỘNG 208 8.2.1 Khái niệm 208 8.2.2 Dao động đa hài bất ổn 208 8.2.3 Dao động đơn ổn (một trạng thái bền) 208 8.2.4 Dao động dùng IC555: 209 MỤC LỤC V 8.3 CÁC PHẦN TỬ HAI TRẠNG THÁI BỀN 216 8.3.1 Mạch đảo 216 8.3.2 Mạch Hai Trạng Thái Bền 217 8.4 FLIPFLOP 218 8.4.1 LATCH (chốt) dùng Cổng NOR 218 8.4.2 LATCH (chốt) dùng Cổng NAND 220 8.5 XUNG CK VÀ FLIPFLOP DÙNG XUNG CK 221 8.5.1 Xung đồng hồ (CK) 221 8.5.2 Clock RS – FlipFlop 222 8.5.3 Clock JK – FlipFlop 223 8.5.4 D– FlipFlop 224 8.5.5 T– FlipFlop 224 8.5.6 Các ngõ vào không đồng 225 8.6 CÁC ỨNG DỤNG CỦA FLIPFLOP 226 8.6.1 Đồng hóa dùng FF 226 8.6.2 Mạch phát chuỗi ngõ vào 226 8.6.3 Thanh ghi dịch 227 8.6.4 Bộ chia tần số 229 8.7 MẠCH ĐẾM 231 8.7.1 Mạch đếm không đồng 232 8.7.2 Mạch đếm đồng 247 8.7.3 Ứng dụng đếm 252 TÓM TẮT 255 BÀI TẬP 257 BÀI 9: BỘ NHỚ BÁN DẪN 258 9.1 KHÁI NIỆM CHUNG 258 9.2 CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN ĐẾN BỘ NHỚ 260 9.3 ĐẠI CƢƠNG VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ NHỚ 262 9.4 ROM (READ-ONLY MEMORY) 265 9.4.1 Sơ đồ khối ROM: 265 9.4.2 Hoạt động đọc: 266 9.5 CẤU TRÚC CỦA ROM 267 9.5.1 Mảng ghi 268 9.5.2 Bộ giải mã địa 268 9.5.3 Bộ đệm ngõ 269 9.6 ĐẶC TÍNH THỜI GIAN CỦA ROM 269 9.7 CÁC LOẠI ROM 270 9.7.1 ROM mặt nạ (Mask Programmed ROM, MROM) 270 9.7.2 Programmable ROM (PROM): 272 9.7.3 Erasable Programmable ROM (EPROM) 272 9.7.4 Electrically Erasable PROM (EEPROM): 274 VI MỤC LỤC 9.7.5 FLASH ROM 275 9.8 ỨNG DỤNG CỦA ROM 275 9.9 RAM BÁN DẪN 276 9.9.1 Hoạt động đọc (Read Operation) 277 9.9.2 Hoạt động ghi (Write Operation) 277 9.9.3 Chip select (chọn vi mạch) 278 9.9.4 Ngõ vào chung (Common Input/Output) 278 9.10 RAM TĨNH (SRAM) 279 9.11 RAM ĐỘNG (DRAM) 281 9.11.1 Cấu trúc hoạt động DRAM: 281 9.11.2 Làm tƣơi DRAM 284 TÓM TẮT 286 BÀI TẬP 287 TÀI LIỆU THAM KHẢO 288 HƢỚNG DẪN VII HƢỚNG DẪN MÔ TẢ MÔN HỌC Hiện tất ngành có liên quan đến điện, thiết bị điện Khơng điện – điện tử cịn phương tiện kỹ thuật sắc bén để thúc đẩy phát triển ngành nghề khác Chính môn Kỹ Thuật Điện Tử coi môn thiếu q trình đào tạo sinh viên ngồi ngành điện tử ngành: Điện Cơng Nghiệp, Cơ Khí, Tự động hóa, Cơng nghệ thơng tin… Các tác giả biên soạn giáo trình Kỹ Thuật Điện Tử với mong muốn góp phần nhỏ đến bạn sinh viên ngành kỹ thuật trình học tập rèn luyện cho nghiệp tương lai mình, nên giáo trình trình bày chi tiết, giúp sinh viên chủ động sáng tạo học tập, phù hợp với phương pháp giảng dạy theo chương trình tín Mơn Kỹ Thuật Điện tử gồm phần mạch tương tự mạch số Môn học cung cấp cho sinh viên kiến thức nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật ứng dụng của: Diode bán dẫn, mạch nguồn ổn áp, transistor lưỡng cực (BJT), transistor hiệu ứng trường (FET), vi mạch khuếch đại thuật toán Opamp, linh kiện nhiều mối nối pnpn Hệ thống số đếm, mã hóa thơng dụng, cổng logic, hệ tổ hợp, hệ tuần tự, nhớ bán dẫn… NỘI DUNG MƠN HỌC Nội dung mơn học gồm sau: - BÀI 1: DIODE BÁN DẪN (SEMICONDUCTOR DIODES) Bài trình bày nguyên lý hoạt động diode bán dẫn, ứng dụng điển hình diode như: mạch chỉnh lưu, mạch ổn áp dùng diode zener, sử dụng vi mạch (IC LM78xx, 79xx), mạch nguồn điểu chỉnh dùng IC LM317 723, mạch nhân áp Ngồi cịn giới thiệu linh kiện chân khác như: diode phát quang, ma trận Led, Liquid-Crystal Displays (LCD), photodiodes, IR Emitters, Solar Cells … - BÀI 2: TRANSISTOR LƢỠNG CỰC BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS) Trong trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động transistor VIII HƢỚNG DẪN lưỡng cực loại NPN, PNP Đặc tuyến Volt- ampre thông số kỹ thuật BJT Các mạch phân cực điều khiển dùng BJT: sử dụng BJT công tắc điện tử, sử dụng chuyển mạch BJT cảm biến - BÀI 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƢỜNG FET (FIELD-EFFECT TRANSISTOR) Trong trình bày cấu tạo, hoạt động JFET, MOSFET and IGFET Đặc tuyến Volt-ampr, thông số đặc trưng linh kiện Đặc tính tần số, tốc độ ứng dụng - BÀI 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN OPAMP (OPERATIONS AMPLIFIERS- Opamp) Bài đề cập đến khái niệm vi mạch (IC), Các thông số kỹ thuật Opamp Mạch khuếch đại thuật toán dùng Opamp ứng dụng như: Mạch so sánh, mạch khuếch đại đảo không đảo, mạch đệm, mạch cộng, trừ … - BÀI 5: LINH KIỆN NHIỀU MỐI NỐI PNPN VÀ ỨNG DỤNG (Pnpn OTHER DEVICES AND APPLICATIONS) Bài trình bày cấu tạo, hoạt động linh kiện như: SCR, SCS, DIAC, TRIAC, GTO, Transistor quang, Bộ ngẫu hợp quang điện (Opto-Isolators) - BÀI 6: MẠCH SỐ Bài trình bày tổng quan hệ thống số đếm, mã hóa hệ mười thơng dụng, đại số Boolean phương pháp biểu diễn hàm logic Các cổng logic cách thực hàm Boolean dùng cổng logic; Các họ vi mạch số: TTL, MOS, CMOS,… - BÀI 7: HỆ TỔ HỢP (COMBINATIONAL CIRCUITS) Bài trình bày tổng quan mạch tổ hợp, phương pháp thiết kế hệ tổ hợp Ngồi ra, cịn trình bày khái niệm ứng dụng mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch so sánh độ lớn, mạch chọn kênh mạch phân kênh thông qua ứng dụng - BÀI 8: HỆ TUẦN TỰ (SEQUENCIAL CIRCUITS) Bài trình bày khái niệm dao động, mạch tạo dao động đa hài dùng vi mạch chuyên dụng; Các loại Flipflop: RS FF, JK FF, D FF, T FF ứng dụng Bộ đếm ghi dịch; Phân tích nguyên lý hoạt động mạch chia tần số đồng hồ số