Kỹ thuật điện tử Chương 1: Mở đầu pdf

ANODE D1 DIODE CATHODE Phân cực ngược cho diode Âm nguồn thu hút hạt mang ñiện tích dương lỗ trống Dương nguồn thu hút các hạt mang ñiện tích âm ñiện tử Vùng trống càng lớn hơn.. Gần

Linh kiện quang ñiện tử

ðiện áp và dòng ñiện

Nguồn áp và nguồn dòng

ðịnh luật Ohm

ðịnh luật ñiện áp Kirchoff

ðịnh luật dòng ñiện Kirchoff

Lịch sử phát triển

transistor trong các hệ thống, thiết bị.

MSI (Medium Semiconductor IC)

LSI (Large Semiconductor IC)

VLSI (Very Large Semiconductor IC)

Diod chỉnh lưu

Diode tách sóng

Diode ổn áp (diode Zener)

Diode biến dung (diode varicap hoặc varactor)

Diode hầm (diode Tunnel)

ðiện áp, dòng ñiện và các ñịnh luật cơ bản

ðiện áp và dòng ñiện

ðiện áp:

mạch ñiện.

chung ñể so sánh các ñiện áp với nhau gọi là masse hay là ñất (thường chọn là 0V).

mang ñiện trong vật chất.

ðịnh luật ñiện áp Kirchoff

Tổng ñiện áp các nhánh trong vòng bằng 0

ΣV=0.Σ

Gustav Kirchoff

ðịnh luật dòng ñiện Kirchoff

Tổng dòng ñiện tại một nút

bằng 0

ΣΣI=0

theo một số thông số của môi trường như

nhiệt ñộ, ñộ ẩm, áp suất …

Chất bán dẫn

mang ñiện

Hạt nhân (ñiện tích dương)

ðiện tử (ñiện tích âm)

ρ↓ ρ↓

Chất cách ñiện Chất bán dẫn

Chất bán dẫn

Giãn ñồ năng lượng của vật chất

 Vùng hóa trị: Liên kết hóa trị giữa ñiện tử và hạt nhân.

 Vùng tự do: ðiện tử liên kết yếu với hạt nhân, có thể di chuyển.

 Vùng cấm: Là vùng trung gian, hàng rào năng lượng ñể chuyển ñiện tử từ vùng hóa trị sang vùng tự do

Chất bán dẫn thuần: n=p.

Chất bán dẫn tạp

Chất bán dẫn tạp loại N:

 Pha thêm chất thuộc nhóm V trong bảng tuần hoàn Mendeleev

vao chất bán dẫn thuần, ví dụ Phospho vào Si.

 Nguyên tử tạp chất thừa 1 e lớp ngoài cùng liên kết yếu với hạt

nhân, dễ dàng bị ion hóa nhờ một năng lượng yếu

 p>n

Si Si Si

Si Bo Si

Si Si Si

Cấu tạo

công nghệ với nhau, ta ñược một diode.

ANODE

D1 DIODE

CATHODE

Phân cực ngược cho diode

Âm nguồn thu hút hạt mang ñiện tích dương (lỗ trống)

Dương nguồn thu hút các hạt mang ñiện tích âm (ñiện tử)

Vùng trống càng lớn hơn.

Gần ñúng: Không có dòng ñiện qua diode khi phân cực ngược.

Dòng ñiện này là dòng ñiện của các hạt thiểu số gọi là dòng trôi.

Giá trị dòng ñiện rất bé.

E

Nguồn 1 chiều tạo ñiện trường

E như hình vẽ.

ðiện trường này hút các ñiện

tử từ âm nguồn qua P, qua N

về dương nguồn sinh dòng ñiện theo hướng ngược lại

Ing -e

Phân cực thuận cho diode

Âm nguồn thu hút hạt mang

ñiện tích dương (lỗ trống)

Dương nguồn thu hút các hạt

mang ñiện tích âm (ñiện tử)

Vùng trống biến mất.

Dòng ñiện này là dòng ñiện của các hạt ña số gọi là dòng khuếch tán.

Giá trị dòng ñiện lớn.

E

Nguồn 1 chiều tạo ñiện trường

E như hình vẽ.

ðiện trường này hút các ñiện

tử từ âm nguồn qua P, qua N

về dương nguồn sinh dòng

ñiện theo hướng ngược lại

Ith -e

Dòng ñiện qua diode

Nhiệt ñộ tuyệt ñối: T ( 0 K).

ðiện áp trên diode: U.

Dòng ñiện ngược bão hòa: IS chỉ phụ thuộc nồng ñộ tạp chất, cấu tạo các lớp bán dẫn mà không phụ thuộc U (xem như hằng số).

Dòng ñiện qua diode

Vậy:

Gọi ñiện áp trên 2 cực của diode là U

Dòng ñiện tổng cộng qua diode là:

Dòng ñiện qua diode

ðặc tuyến tĩnh và các tham số của diode

ðặc tuyến t nh của diode

ðoạn AB (A’B’): phân cực thuận,

U gần như không ñổi khi I thay ñổi.

Ge: U~0.3V Si: U~0.6V.

ðoạn làm việc của diode chỉnh lưu

ðoạn CD (C’D’): phân cực ngược,

U gần như không ñổi khi I thay ñổi ðoạn làm việc của diode zener

Các tham số của diode

Diode tần số cao, diode tần số thấp

Diode công suất cao, trung bình, thấp

Hệ số chỉnh lưu: Kcl=Ith/Ing=Rng/Rth.

Kclcàng lớn thì diode chỉnh lưu càng tốt

Sơ ñồ khối Chỉnh lưu bán kỳ

V0=0, vs<VD0.

V0=(vs-VD0)R/(R+rD)

Chỉnh lưu toàn kỳ Chỉnh lưu cầu

Mạch lọc tụ C Ổn áp bằng diode zener

Cấu tạo BJT

BJT (Bipolar Junction Transistors)

nhau.

Chiều dòng, áp của các BJT

B

C E

IB-

+

VBE VBC

+ -

+

- VCE

B

C E

IE IC

IB-

+

VEB VCB

+

+ VEC -

+ _

IC

IE

IB

E B

z12: Trở kháng ngược của BJT khi hở mạch ngõ vào.

z21: Trở kháng thuận của BJT khi hở mạch ngõ ra

z22: Trở kháng ra của BJT khi hở mạch ngõ vào

y12: Dẫn nạp ngược của BJT khi ngắn mạch ngõ vào

y21: Dẫn nạp thuận của BJT khi ngắn mạch ngõ ra

y22: Dẫn nạp ra của BJT khi ngắn mạch ngõ vào

h12: Hệ số hồi tiếp ñiện

áp của BJT khi hở mạch ngõ vào

h21: Hệ số khuếch ñại dòng ñiện của BJT khi ngắn mạch ngõ ra

h22: Dẫn nạp ra của BJT khi hở mạch ngõ vào

Tiếp xúc B-E ñược phân cực thuận.

Tiếp xúc B-C ñược phân cực ngược

ðối với BJT Ge: Vγ~0.3V

ðối với BJT Si: Vγ~0.6V

ðường tải tĩnh và ñiểm làm

việc tĩnh của BJT

ðường tải tĩnh ñược vẽ

trên ñặc tuyến tĩnh của

BJT Quan hệ: IC=f(UCE)

ðiểm làm việc tĩnh nằm

trên ñường tải tĩnh ứng

với khi không có tín hiệu

Giao ñiểm giữa ñường tải

tĩnh với ñặc tuyến BJT của

Nếu không tản nhiệt ra môi trường, ñiểm làm việc có thểsang A’’ và tiếp tục

Vị trí ñiểm làm việc thay ñổi, tín hiệu ra bị méo

Trường hợp xấu nhất có thểlàm hỏng BJT

A A’

ðể BJT họat ñộng ở chế ñộ khuếch ñại, chọn UBE=Vγ

A(6V,4mA)

6

40µA 4

Phân cực bằng ñiện áp hồi tiếp

II

II

ICC

Phân cực bằng ñiện áp hồi tiếp

 UCE giảm xuống UCEA’.

 Mà IB=(UCE-UBE)/RB Nên IB

và UBE giảm, dẫn ñến ICgiảm trở lại.

 ðiểm làm việc từ A’ lại trở

về A.

 Mạch ổn ñịnh nhiệt.

Phân cực bằng ñiện áp hồi tiếp

Lấy 1 phần tín hiệu ngõ ra, ñưa ngược về ngõ vào

tín hiệu ñưa về cùng pha với ngõ vào

ứng dụng trong mạch dao ñộng

tín hiệu ñưa về ngược pha với ngõ vào

dùng ñể ổn ñịnh mạch

giảm hệ số khuếch ñại

Phân cực bằng ñiện áp hồi tiếp

Mạch hồi tiếp âm ñiện áp bằng cách lấy ñiện áp UCE ñưa vềphân cực UBEcho BJT

Mạch ổn ñịnh nhiệt nhưng hệ

số khuếch ñại giảm

Khắc phục:

 Tách RB thành 2 ñiện trở và nối với tụ C xuống masse

 Tụ C gọi là tụ thoát tín hiệu xoay chiều.

 Tín hiệu ñưa về thoát xuống masse theo tụ C mà không ñược ñưa về cực B của BJT

2 TH

B

RR

RVccV

2 1 TH

B

RR

RRR

 Phương trình tải tĩnh:

VCC=IC(RC+αRE)+UCE.

Là phương trình ñường thẳng.

Phân cực tự ñộng

Tính ổn ñịnh nhiệt

 Khi nhiệt ñộ tăng, IC tăng từ ICA

sang ICA’, ñiểm làm việc di

chuyển từ A sang A’ IC tăng

Mạch ổn ñịnh nhiệt bằng hồi tiếp

âm dòng ñiện emitter qua RE

RE gọi là ñiện trở ổn ñịnh nhiệt

RE càng lớn thì mạch càng ổn ñịnh

Mạch khuếch ñại dùng BJT

Mô hình tín hiệu nhỏ của BJT

Mạch khuếch ñại E-C

hiệu xoay chiều ñi qua.

 CE: Tụ thoát xoay chiều,

nâng cao hệ số khuếch ñại

Mạch khuếch ñại E-C

Mạch khuếch ñại E-C

v t C I

v

v B v v B v v v

t

t C B t

t C B t t r

r R

R R R K

R

r i i r i R i u

R

R R i i R R i R i u

.

//

//

.

β

β β

i

i dòngvào dòngra

Mạch khuếch ñại E-C

n v

t I n v v

t t U

n v v n

v

n v

t t r

RR

RKRRi

RiK

RRienR

R

ei

Riu

+

=+

=

+

=

⇒+

=

=

.)(

)(

n

r U

e

u ápvào

vừa khuếch ñại dòng ñiện, vừa khuếch ñại

ñiện áp.

nên tín hiệu ngõ ra ngược pha với tín hiệu

ngõ vào.

giá trị trung bình trong các sơ ñồ khuếch ñại.

Mạch khuếch ñại B-C

RE: Phân cực cho BJT Q

Mạch khuếch ñại E-C

v t C I

v

v E v v E v v v

t

t C E t t C E t t r

r R

R R R K

R

r i i r i R i u

R

R R i i R R i R i u

.

//

//

.

α

α α

i

i dòngvào

dòngra

Mạch khuếch ñại E-C

t I t

t U

n v v n

v

n v

t t r

RR

RKRRi

RiK

RRienR

R

ei

Riu

+

=+

=

+

=

⇒+

=

=

.)(

)(

n

r U

e

u ápvào

ápra

KI~1 nhưng Rt>>Rv, Rnnên KU>1 : mạch khuếch ñại ñiện áp.

Mạch khuếch ñại E-C

nên mạch không khuếch ñại dòng ñiện, chỉ khuếch ñại ñiện áp.

dương nên tín hiệu ngõ ra cùng pha với tín hiệu ngõ vào.

trong các sơ ñồ khuếch ñại.

chiều, cho tín hiệu

xoay chiều ñi qua

V t

v t C I

v

v B v v B v v v

t

t C B t

t C E t t r

r R

R R R K

R

r i i r i R i u

R

R R i i

R R i R i u

.

.

//

) 1 ( //

i

i dòngvào

dòngra

Mạch khuếch ñại C-C

t I t

t U

n v v n

v

n v

t t

r

RR

RKRRi

RiK

RRienR

=

+

=

⇒+

=

=

.)(

)(

n

r U

e

u ápvào

ápra

KI~(1+β), Rv~rv~(1+β)RE//Rt>>Rn nên KU~1: không khuếch ñại ñiện áp

Mạch khuếch ñại C-C

nên chỉ khuếch ñại dòng ñiện, không khuếch

ñại ñiện áp.

dương nên tín hiệu ngõ ra cùng pha với tín

hiệu ngõ vào.

trong các sơ ñồ khuếch ñại Mạch này dùng

phối hợp trở kháng rất tốt.

Phương pháp ghép các tầng khuếch ñại

Ghép tầng

Yêu cầu mạch khuếch ñại từ tín hiệu rât nhỏ ở ñầu vào

thành tín hiệu rất lớn ở ñầu ra Không thể dùng 1 tầng

khuếch ñại mà phải dùng nhiều tầng

Giải pháp: Ghép tầng

Hệ số khuếch ñại bằng tích các hệ số khuếch ñại các

tầng

Ghép tầng bằng tụ

Ưu: ðơn giản, cách ly thành phần 1 chiều giữa các tầng

Nhược: Suy giảm thành phần tầng số thấp

Ghép tầng bằng biến áp

Ưu: Cho phép nguồn có ñiện áp thấp, dễ phối hợp trở

kháng và thay ñổi cực tính qua các cuộn dây

Nhược: ðặc tuyến tần số không bằng phẳng trong dải

Công suất ra tải

Công suất tiêu thụ

Hệ số khuếch ñại

ðộ méo phi tuyến

ðặc tuyến tần số

Chế ñộ làm việc của BJT

BJT làm việc với cả hai bán kỳ của tín hiệu vào

Ưu: Hệ số méo phi tuyến nhỏ

Nhược: Hiệu suất thấp η<50%

BJT chưa ñược phân cực, BJT làm việc với một bán

kỳ của tín hiệu vào

Ưu: Hiệu suất cao, η~78%

Nhược: Méo phi tuyến

Chế ñộ làm việc của BJT

Chế ñộ làm việc của BJT

Là chế ñộ trung gian giữa chế ñộ A vfa chế ñộ B

BJT ñược phân cực yếu

BJT chỉ làm việc với 1 phần của 1 bán kỳ

Hiệu suất cao, η~100% Dùng cho mạch tần số cao

Khuếch ñại công suất chế ñộ A

suất ra mới lớn Dùng cho mạch công suất nhỏ.

biến áp.

Khuếch ñại công suất chế ñộ B có

biến áp

Chế ñộ B: BJT Q1và Q2 chưa ñược phân cực

R: ðảm bảo chế ñộ làm việc cho Q1 và Q2 Mỗi bán kỳ

Khuếch ñại công suất chế ñộ AB

có biến áp

Chế ñộ AB: Q1 và Q2 ñược phân cực yếu nhờ R1, R2

T1: Biến áp ñảo pha, cho 2 tín hiệu ra ngược pha nhau

Khuếch ñại công suất chế ñộ AB

Khuếch ñại công suất chế ñộ AB

không biến áp

Khuếch ñại công suất chế ñộ AB không biến áp

Kỹ thuật ñiện tử

Nguyễn Duy Nhật Viễn

Chương 4 OPAMP và ứng dụng

Nội dung

Mạch khuếch ñại không ñảo

Mạch khuếch ñại ñảo

OPAMP (Operational Amplifier)

hiệu ngõ ra cùng dạng nhưng có biên ñộ lớn

hơn.

dụng với mục ñích thực hiện phép tính toán học.

Circuit) tuyến tính (cho tín hiệu tương tự).

hiện một chức năng nhất ñịnh.

OPAMP

• i(+), i(-): dòng vào OP-AMP ở ngõ vào không ñảo và ñảo.

• vid: ñiện áp vào giữa hai ngõ vào không ñảo và ñảo của OPAMP.

• +VS, -VS: nguồn DC cung cấp, thường là +15V và –15V

• Ri: ñiện trở vào

• A : ñộ lợi của OPAMP Với OPAMP lý tưởng, ñộ lợi bằg vô cùng.

• RO: ñiện trở ra của OPAMP, lý tưởng bằng 0.

• vO: ñiện áp ra; vO= AOLvid trong ñó, AOLñộ lợi ñiện áp vòng hở

+VS

-VS

vidInverting

RiN

Mạch khuếch ñại không ñảo

vin: ñiện áp vào.

vo: ñiện áp ra.

RF: ñiện trở hồi tiếp.

R1: ñiện trở lấy tín hiệu.

Giả sử OPAMP là lý tưởng:

vin+

+ -

iL

N P

RF: ñiện trở hồi tiếp

R1: ñiện trở lấy tín hiệu

Giả sử OPAMP là lý tưởng:

vin+

+ -

v1

+ -

Mạch cộng ñảo

v1-vn: các nguồn tín hiệu vào.

Giả sử OPAMP là lý tưởng:

RF: ñiện trở hồi tiếp

R1: ñiện trở lấy tín hiệu

P

Mạch vi phân

vin: ñiện áp vào

vo: ñiện áp ra

RF: ñiện trở hồi tiếp

R1: ñiện trở lấy tín hiệu

N

P C

iC

Khái niệm

Tín hiệu xung: tín hiệu rời

rạc theo thời gian

Hai loại thường gặp

Xung hai cực tính

t

Xung cực tính âm U

ðộ rộng xung tx: thời gian biên ñộ xung trên mức 0.5Um

Khái niệm

Chu kỳ xung T: là thời

gian bé nhất mà xung lặp

lại biên ñộ của nó

Thời gian nghỉ tng: thời

gian trống giữa hai xung

Ura=+Ec.

RT nhỏ nhất khi RT=RC Lúc này, Ura=Ec/2 Chọn UH≤ Ec/2

UCEbh thực tế không thể giảm

ñược, muốn SL tăng, cần tăng

1 1

1 0

0 1

0 1

1 0

Qn Qn

0 0

Qn+1 Qn+1

Sn Rn

Bảng trạng thái

Trigger Schmitt dùng BJT

Xét Uvào tăng từ thấp ñến cao

Khi Uvào <Uv dẫn thì Q1 tắt,

VC/Q1=VB/Q2 ~VCC nên Q2 dẫn, Ura=VC/Q2~0

Khi Uvào >Uv dẫn thì Q1 dẫn,

VC/Q1=VB/Q2~0 nên Q2 tắt,

Ura=VC/Q2~VCC

Quá trình diễn ra theo hướng ngược lại khi Uvào từ cao ñến thấp

R4

Q2 Q1

R3

R1 R2

Ura VCC

Uvào

Trigger Schmitt dùng OPAMP:

Mạch không ñồng bộ

1 trạng thái ổn ñịnh

ða hài ñợi dùng BJT

V B2

V B1

0.6V Vcc-0.6V Vcc 0.6V

ða hài ñợi dùng OPAMP

ða hài hai trạng thái không ổn ñịnh

ða hài dùng BJT

Giả sử ban ñầu, Ur1=0, Q1dẫn, Q2 tắt, Ur2=Urmax

C2 xả, C1 nạp với dòng như hình vẽ

ðiện áp trên C2 càng giảm,

VB/Q2 càng tăng, cho ñến khi Q2dẫn

Q2 dẫn thì Ur2=VC/Q2=0, Q1 tắt, Ur1=Urmax

C1 xả, C2 nạp với chiều ngược lại

Quá trình tiếp tục

ða hài dùng OPAMP

Ban ñầu, Ur=Urmax+,

Tụ C nạp theo chiều ngược

lại, ñiện áp trên tụ giảm ñến

khi =UP, mạch lại thay ñổi

trạng thái

Quá trình cứ tiếp diễn

R C

Ung

Kỹ thuật ñiện tửNguyễn Duy Nhật Viễn

ðại số logic

tổng hợp các thiết bị và mạch số.

tóan logic) giữa các biến logic (chỉ nhận 1

trong 2 giá trị là “0” hoặc “1”).

1 0

1

1 1

0

0 0

0

FORY

1

0 0

1

0 1

0

0 0

0

FANDY

X

0 0

1

0 1

0

1 0

0

FNORY

1

1 0

1

1 1

0

1 0

0

FNANDY

X

Tối giản hàm logic

Biểu diễn hàm logic

Tối giản hàm logic bằng ñịnh lý

khi không xác ñịnh ñược phương hướng

)

, , (

)

, , (

)

, , (

) , , (

) , , (

x z z y x

F

z x z x z z y x

F

z x z z y x

F

z x z y z y z y x

F

z y x z y x z y x z y x z y x z y x z y x

F

+

=

+ +

=

+

=

+ +

=

+ + + + +

1 1 0 0 1

1 0 1 0 0

AB AB AB AB AB C

Lân cận

Lân cận Không lân cận

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

1 0

10 11 01

00

xy z

10 11 01 00

10 11 01

00

xy zt

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

biến

không ñổi trong nhóm và bỏ ñi những biến có giá trị thanh ñôir

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

theo ví dụ 1:

(ñề bài ñã cho sẵn).

Hàm 3 biến, ta có bìa Karnaugh như sau:

z y x z y x z y x z y x z y x z y x z y x

F ( , , ) = + + + + +

1 0

10 11

01 00

xy z

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

Ban ñầu, ta lập bảng sau:

1 1 1 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 0 0 1

1 1 1 0

0 1 0

1 1 0 0

0 0 0

F Z Y X

z y x z y x z y z y z y x z y x z y x

F ( , , ) = + + + + +

1 1 1 1 1

1 1 0

10 11 01 00

xy z

Chú ý: Ta thấy rằng, nếu biến không ñảo sẽ tương ứng với trị bằng 1 và nếu biến ñảo thì tương ứng với trị bằng 0

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

Trong nhóm A: x=1 không ñổi, ta giữ nguyên; y, z thay ñổi bị

loại, vậy, A=x;

Trong nhóm B: z=1 không ñổi, ta giữ nguyên; x, y thay ñổi bị

loại, vậy, B=z;

1 1

1 1

1

1 1

0

10 11

01 00

tích nên chỉ lưu ý ñến những giá trị bằng 1 của hàm logic

ứng với ñảo

những biến thay ñổi

Tối giản hóa bằng bìa Karnaugh

t z y x t z y x t z y x t z y x t z y x t z y x t z y x t z y x t

1 1

11

1

01

1 1

1 1

00

10 11

01 00

t z x C

t y x B

t z A

.

.

.

.

+ + +

= + + +