CHƢƠNG I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Cấu trúc của nguyên tử CHƢƠNG II. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG CHƢƠNG III. CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC 3.1. Chất bán dẫn (Semiconductor) 3.1.1. Cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn tinh thể CHƢƠNG IV. MẠCH TÍCH HỢP CHƢƠNG V. MẠCH SỐ 5.1. Các hệ thống số đếm
Bài giảng Kỹ thuật điện tử CHƢƠNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Cấu trúc nguyên tử Vạn vật đƣợc cấu tạo nên hạt phần tử vô nhỏ bé với mật độ dày đặc chúng chuyển động với vận tốc lớn nên cảm nhận vật chất dƣờng nhƣ liên tục Không phải thực thí nghiệm phức tạp nhà vật lý chứng minh đƣợc vật chất đƣợc cấu tạo nên loại hạt nhƣng phải kỷ họ nhận thấy phức tạp trình nghiên cứu, chí ngày chƣa thể biết đƣợc hết nguyên tố tự nhiên liệu có tồn hạt phần tử nhỏ hay không? Các nhà khoa học đƣa thuyết nguyên tử (atomic theory) Trong năm đầu kỷ XIX thuyết nguyên tử không đƣợc chấp nhận, nhiên với thí nghiệm thực tế nhà khoa học chứng minh đƣợc tính đắn thuyết nguyên tử tìm thấy 92 nguyên tố tự nhiên, sau có số nguyên tố đƣợc nhân tạo Mỗi nguyên tố gồm loại hạt phần tử nhất, đƣợc gọi nguyên tử (atom) Nguyên tử nguyên tố khác khác Một thay đổi nhỏ cấu trúc nguyên tử gây nên khác biệt lớn tính chất nguyên tố.Ví dụ: Chúng ta thở môi trƣờng khí Oxy tinh khiết nhƣng sống khí Nitơ Oxy ăn mòn kim loại nhƣng Nitơ không, gỗ cháy tốt không khí có Oxy nhƣng cháy chí không bắt lửa môi trƣờng khí Nitơ Cả loại khí điều kiện nhiệt độ áp suất phòng không màu, không mùi khối lƣợng Tuy nhiên điểm khác biệt nguyên tố Oxy có proton Nitơ có proton Nguyên tử gồm hạt nhân (Nucleus) đƣợc cấu tạo loại hạt Neutron Proton Mật độ hạt hạt nhân lớn, đƣợc “nén sát” với với lƣợng vô lớn Proton Neutron có khối lƣợng nhƣng Proton tích điện Neutron không tích điện Tất proton hay neutron vũ trụ giống Số proton hạt nhân nguyên tử đƣợc gọi số nguyên tử (atomic number) đặc trƣng cho nguyên tố, định tính chất nguyên tố Bài giảng Kỹ thuật điện tử Nguyên tố đơn giản Hydro có hạt nhân gồm Proton thƣờng Neutron Đây nguyên tố đƣợc tìm thấy nhiều vũ trụ Đôi hạt nhân Hydro có Neutron Sự đột biến cấu trúc hạt nhân Hydro đóng vai trò quan trọng vật lý nguyên tử Chuyển động xung quanh hạt nhân hạt tích điện trái dấu với proton, đƣợc gọi electron Electron có khối lƣợng nhỏ nên khối lƣợng nguyên tử tập trung chủ yếu hạt nhân Electron tích điện âm, proton tích điện dƣơng Trong nguyên tử, số proton số electron nên nguyên tử trung hòa điện Điện tích electron hay proton đƣợc gọi điện tích đơn vị Một ý tƣởng sớm cấu trúc nguyên tử electron đƣợc gắn vào hạt nhân giống nhƣ nho khô đƣợc gắn vào bánh Sau đó, ngƣời ta lại cho electron chuyển động theo quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân nguyên tử giống nhƣ hệ mặt trời thu nhỏ eletron đƣợc coi nhƣ hành tinh Hình 1.1 Mô hình hệ mặt trời nguyên tử Nhƣng sau cách nhìn nhận đƣợc thay đổi Ngày nhà khoa học cho electron chuyển động với tốc độ lớn quỹ đạo phức tạp Bài giảng Kỹ thuật điện tử xác định xác vị trí điện tử thời điểm xác định Các quỹ đạo đƣợc gọi lớp electron (electron shells) Mỗi lớp electron tƣơng ứng với mức lƣợng xác định Các electron lớp đƣợc gọi electron hóa trị (valence electrons) Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân cân lực hút tĩnh điện lực quán tính ly tâm Lực hút tĩnh điện đƣợc xác định: F k Trong đó: q1q2 r2 [N] k : số, k 109 [ C 2.N m2 ] q1 : điện tích hạt nhân [C] q2 : điện tích electron [C] r : khoảng cách electron hạt nhân [m] Do lực hút tĩnh điện electron hạt nhân tỷ lệ nghịch với khoảng cách nên electron xa hạt nhân liên kết yếu với hạt nhân tồn mức lƣợng cao Electron nhảy lên mức lƣợng cao nhận đƣợc lƣợng kích thích xuống mức lƣợng thấp Các electron tồn mức lƣợng thấp trạng thái bền vững Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên có khả bứt khỏi liên kết nhận đƣợc lƣợng kích thích đủ lớn để trở thành electron tự (free electron) Mức lƣợng cần thiết để cung cấp cho electron hóa trị trở thành electron tự phụ thuộc vào số lƣợng electron lớp hóa trị Nếu lớp hóa trị electron mức lƣợng kích thích cần thiết nhỏ, electron hóa trị dễ dàng bứt khỏi liên kết với hạt nhân Ví dụ, nhƣ nguyên tử Đồng có electron hóa trị nên cần nhận lƣợng kích thích nhỏ cách đốt nóng chí nhiệt độ phòng đủ để electron tách khỏi nguyên tử nhảy sang lớp hóa trị nguyên tử liền kề Trong 1cm3 nguyên tử Đồng có khoảng 1023 electron tự nên nói Đồng vật dẫn điện tốt Ngƣợc lại, lớp hóa trị có nhiều electron (đầy gần đầy) electron hóa trị liên kết mạnh với hạt nhân nên khó bứt để trở thành electron tự Bài giảng Kỹ thuật điện tử Electron(tích điện âm) Proton (tích điện dƣơng) Hạt nhân Neutron (không tích điện) Mức lƣợng cao Sự nhảy mức lƣợng electron Mức lƣợng thấp Hạt nhân Hình 1.2 Cấu trúc nguyên tử (b) Chiều dòng electron (a) Chiều dòng điện quy ƣớc Hình 1.3 Chiều dòng điện quy ƣớc dòng electron Bài giảng Kỹ thuật điện tử Trƣớc ngƣời ta cho rằng, dòng điện chuyển dời có hƣớng hạt mang điện tích dƣơng sở ngƣời ta xây dựng định luật, công thức ký hiệu Nhƣng sau có thuyết nguyên tử, ngƣời ta nhận thấy chất dịch chuyển hạt mang điện dịch chuyển electron, tức dòng điện dòng chuyển dời có hƣớng electron có chiều quy ƣớc ngƣợc chiều với chiều chuyển động electron Vật dẫn (Conductor) đƣợc định nghĩa vật liệu mà electron có khả dịch chuyển cách dễ dàng từ nguyên tử sang nguyên tử khác Tại nhiệt độ phòng, Bạc nguyên chất có khả dẫn điện tốt Đồng, Nhôm, Sắt, Thép số kim loại khác vật dẫn điện tƣơng đối tốt Tuy nhiên giá thành cao nên Bạc ứng dụng thực tế mà thay vào Đồng Nhôm đƣợc sử dụng nhiều hệ thống mạch điện Một số chất lỏng chất dẫn điện tốt: thuỷ ngân, nƣớc muối… Các chất khí thƣờng chất dẫn điện nguyên tử phân tử chất khí chuyển động xa so với nên trao đổi electron Nhƣng chất khí đƣợc ion hóa trở thành chất dẫn điện tốt Vật cách điện (Insulator) ngăn cản chuyển động dòng electron Hầu hết chất khí, cỏ, gỗ khô, giấy nhựa chất cách điện tốt Nƣớc nguyên chất chất cách điện tốt nhƣng nó dẫn điện có số lƣợng nhỏ tạp chất Metal oxide chất cách điện tốt Metal nguyên chất chất dẫn điện tốt Vật cách điện mang dòng điện Khi xảy trình ion hóa, electron bứt khỏi nguyên tử, chuyển động tạo thành dòng Một ví dụ thực tế tƣợng phóng sét không khí Chất bán dẫn (Semiconductors): Trong chất bán dẫn tồn dòng chuyển động electron nhƣng với cƣờng độ yếu nhiều so với chất dẫn điện tốt, chất chất bán dẫn chất dẫn điện tốt chất cách điện tốt, ví dụ: Silic, Germany, Selen, Gali,…Tuy nhiên tăng khả dẫn điện chất bán dẫn cách đốt nóng pha tạp chất Trong chất bán dẫn, ngƣời ta đề cập đến chuyển động lỗ trống (hole - liên kết bị khuyết thiếu) Bài giảng Kỹ thuật điện tử 1.2 Dòng điện Cường độ dòng điện số hạt mang điện chuyển động qua tiết diện đơn vị thời gian Tuy nhiên ngƣời ta nhận thấy dòng điện có giá trị nhỏ ứng với số lƣợng lớn hạt mang điện Do đó, cƣờng độ dòng điện đƣợc xác định lƣợng điện tích hạt mang điện đơn vị thời gian Coulombs/second Dòng điện có cƣờng độ 1C/s đƣợc gọi 1Ampere đơn vị chuẩn dòng điện (1C=6,24.1018 electron lỗ trống) Thông thƣờng, cƣờng độ dòng điện đƣợc xác định với đơn vị miliampere (mA) hay microampere (µA), nanoampere (nA) 1.3 Điện điện áp Điện (Potential) đƣợc định nghĩa công cần thiết để dịch chuyển đơn vị điện tích từ điểm xa vô (quy ƣớc điện vô 0), điểm điện tích có điện xác định V A Volt q Ngoài hiểu điện lực “đẩy” electron dịch chuyển, điện đƣợc gọi sức điện động (EMF) Điện áp độ chênh lệch điện hai điểm gọi hiệu điện (potential difference) công cần thiết để dịch chuyển đơn vị điện tích từ điểm tới điểm kia: U MN VM VN AMN Volt q 1.4 Nguồn điện 1.4.1 Nguồn chiều (DC): Nguồn chiều đƣợc định nghĩa nguồn có độ lớn cực tính không đổi theo thời gian: pin ắc quy Hai thông số quan trọng nguồn chiều là: điện áp điện lƣợng Điện lƣợng danh định dung lƣợng điện đƣợc nạp vào nguồn, có đơn vị Ah (Ampe_giờ) Điện lƣợng nguồn cạn dần trình sử dụng, nguồn có điện lƣợng 100Ah cung cấp dòng I=2A thời gian sử dụng tối đa: Bài giảng Kỹ thuật điện tử Q 100 Ah 50h I 2A E Ký hiệu nguồn chiều: Công suất nguồn chiều: + t E P E.I 1.4.2 Nguồn xoay chiều (AC) Nguồn xoay chiều đƣợc định nghĩa nguồn có độ lớn cực tính thay đổi theo thời gian Ngƣời ta phân loại nguồn xoay chiều nhƣ sau: Cực tính không đổi: Độ lớn biến thiên không tuần hoàn theo thời gian Độ lớn biến thiên tuần hoàn theo thời gian Cực tính thay đổi: Độ lớn biến thiên không tuần hoàn theo thời gian Độ lớn biến thiên tuần hoàn theo thời gian Sự biến thiên điện áp xoay chiều (ac voltage) dòng điện xoay chiều (ac current) đƣợc gọi dạng sóng (waveform): sóng sin, xung vuông, xung tam giác,…Trong dạng sóng sin có vai trò tảng nhất, ngƣời ta nói đến nguồn AC tức nói đến nguồn có dạng sóng sin (biến thiên điều hòa) đƣợc gọi nguồn xoay chiều Sóng sin Xung vuông Xung tam giác Hình 1.4 Một số dạng sóng Đối với nguồn AC biến đổi tuần hoàn theo thời gian ngƣời ta đƣa khái niệm chu kỳ tần số Chu kỳ T: khoảng thời gian ngắn lặp lại trạng thái Nhƣ nguồn biến đổi nhanh chu kỳ T nhỏ Đơn vị đo chu kỳ là: s, ms, µs ns Bài giảng Kỹ thuật điện tử e(t) Điện áp dƣơng Điện áp âm e(t) Cực tính thay đổi chu kỳ (a) Sự biến thiên điện áp theo thời gian (b) Nguồn AC Giữa hai đỉnh Giữa hai điểm Giữa điểm xác định Hình 1.5 Nguồn xoay chiều Tần số f: đặc trưng cho tốc độ thay đổi nguồn tuần hoàn giây, hay số trạng thái lặp lại giây (f=1/T) Đơn vị đo tần số là:Hz, KHz, MHz… Nguồn điện sử dụng gia đình dạng biến đổi điều hòa có phân cực đƣợc gọi nguồn xoay chiều có tần số quy định là: Theo tiêu chuẩn Châu Á: 50 Hz Theo tiêu chuẩn Châu Âu: 60 Hz Cũng phân biệt nguồn AC hay DC theo cực tính: nguồn DC (Direct Current) có cực tính không đổi theo thời gian Độ lớn nguồn thay đổi giá trị điện áp, dòng điện hay công suất thay đổi nhƣng hạt mang điện chuyển động theo hƣớng xác định mạch điện Nguồn AC (Alternating Current) đảo cực tính sau khoảng thời gian Bài giảng Kỹ thuật điện tử Điện áp tức thời nguồn xoay chiều (biến đổi điều hòa có phân cực): e(t ) Em sin t Em sin 2ft Em : Biên độ (giá trị cực đại điện áp xoay chiều) Ω : Vận tốc góc (Rad/s) t : Thời gian (s) Biên độ đỉnh (peak): Ep=Em Biên độ đỉnh- đỉnh (peak_peak): Ep-p=2.Em Điện áp hiệu dụng(root mean square): Erms=Em/ điện áp nguồn chiều tƣơng đƣơng có công suất (sinh lƣợng nhiệt đơn vị thời gian) đặt vào tải Công suất nguồn xoay chiều: P T e(t ).i(t ).dt T Độ lệch pha tín hiệu xoay chiều: v,i v,i v,i t (a) Đồng pha t t (b) i nhanh pha so với u (c) i chậm pha so với u Hình 1.6 Độ lệch pha u(t) i(t) Bài giảng Kỹ thuật điện tử CHƢƠNG II LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Trạng thái điện linh kiện điện tử đƣợc đặc trƣng thông số: điện áp u cường độ dòng điện i Mối quan hệ tƣơng hỗ i=f(u) đƣợc biểu diễn đặc tuyến Volt-Ampere Ngƣời ta phân chia linh kiện điện tử theo hàm quan hệ tuyến tính hay phi tuyến Nếu hàm i=f(u) tuyến tính (hàm đại số bậc hay phƣơng trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử đƣợc gọi phần tử tuyến tính (R, L, C) áp dụng đƣợc nguyên lý xếp chồng R Điện trở: i u Tụ điện: i C du dt Cuộn dây: i u.dt L Nếu hàm i=f(u) quan hệ phi tuyến (phƣơng trình đại số bậc cao, phƣơng trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử đƣợc gọi phần tử phi tuyến (diode, Transistor) 2.1 Điện trở (Resistor) Nhƣ đề cập chƣơng trƣớc, dòng điện dòng chuyển dời có hƣớng hạt mang điện vật dẫn hạt mang điện electron tự Các electron tự có khả dịch chuyển đƣợc tác động điện áp nguồn trình dịch chuyển electron tự va chạm với nguyên tử nút mạng electron khác nên bị phần lƣợng dƣới dạng nhiệt Sự va chạm cản trở chuyển động electron tự đƣợc đặc trƣng giá trị điện trở 2.1.1 Định nghĩa: Điện trở linh kiện cản trở dòng điện, giá trị điện trở lớn dòng điện mạch nhỏ Định luật Ohm: Cƣờng độ dòng điện mạch trở tỷ lệ thuận với điện áp cấp tỷ lệ nghịch với điện trở mạch 10 Bài giảng Kỹ thuật điện tử c Biểu diễn hàm logic bìa Karnaugh Bìa Karnaugh hàm logic n biến bảng gồm n ô tƣơng ứng với n trạng thái biến, hai ô liền kề khác giá trị biến Các ô hàng hàng dƣới cùng; cột cột cuối đƣợc gọi liền kề X1 X2 X3 Y 0 0 Y X X X X X X X X X X X X 0 1 đƣợc biểu diễn bìa Karnaugh (theo cách tƣơng đƣơng) 0 1 0 1 1 1 1 1 Ví dụ 1: Với hàm logic xét X3 X1.X2 00 01 11 10 0 1 1 Ví dụ 2: X1 X X 1X X1 X X1 X X3 0 1 X3 1 Y X1 X X X1 X X X1 X X X3 X1.X2 00 01 11 10 0 1 1 5.2.4 Tối thiểu hóa hàm logic bìa Karnaugh Vấn đề tối thiểu hóa hàm logic có ý nghĩa lớn việc thiết kế mạch số: đơn giản hóa mạch tiết kiệm kinh tế Một phƣơng pháp tối thiểu hóa “phép dán” thực bìa Karnaugh Phép dán bìa Karnaugh đƣợc dựa sở thực phép tuyển: 114 Bài giảng Kỹ thuật điện tử A X A X A X X A Trong A biến biểu thức Vậy ta thực dán ô, đƣợc biểu thức giảm biến so với ban đầu Phép dán bìa Karnaugh thực với k ô (k=1,2,3,…) Nếu thực dán k ô, đƣợc kết biểu thức giảm k biến so với ban đầu Ví dụ: Cho hàm logic Y f X , X X1 X1 X2 X2 X1 X2 Y 0 0 1 `1 0 1 X1 X1 X2 X2 X2 1 X1 0 1 1 X2 Y X1 X X1 X X Đỉnh: giá trị hàm Y f X , X , X , tƣơng ứng với trạng thái đầu vào đƣợc gọi đỉnh Mỗi đỉnh mang giá trị “0”, “1” “X” (không xác định) Implicant: implicant phủ k đỉnh hội (n-k) biến Đỉnh đánh dấu: đỉnh thuộc vào implicant Implicant nguyên tố: implicant chứa đỉnh đánh dấu Quy tắc “dán”: 115 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Dán k ô (hay k đỉnh) mang giá trị “1" giá trị “X” liền kề đƣợc implicant Mỗi lần “dán” đảm bảo số đỉnh đƣợc nhóm nhiều Mỗi đỉnh đƣợc nhóm lần Thực dán đỉnh hết tất đỉnh mang giá tri “1” giá trị “X” Giữ lại implicant nguyên tố kết phủ tối thiểu tuyển implicant nguyên tố Phủ tối thiểu phủ hết tất đỉnh đỉnh X với số implicant nhỏ Khi đó, hàm logic đƣợc tối thiểu hóa Ví dụ 1: Cho hàm logic Y f X , X X1 X2 Y 0 0 1 1 X1 X1 X2 1* X2 1* X1 0 1* 1* X2 Implicant nguyên tố Đỉnh đánh dấu Ví dụ 2: Cho hàm logic Y f X1, X , X đƣợc biểu diễn bảng trạng thái X2 X1 X2 X3 Y 0 0 X3 0 1 X3 0 1 1 0 1 1 1 1 1 X2 X2 X1 X3 X1.X2 X1 00 01 11 10 0 1* 1* 1 Không phải implicant nguyên tố 116 Bài giảng Kỹ thuật điện tử X3 X1.X2 00 01 11 10 0 1* 1* 1* 1* X3 Y X X X X X X X1.X2 00 01 11 10 0 1* 1* 1* 1* Y X1 X X X X1 X X1X2 X3 Y X2 X1X2 X3X4 Y X X X1X2 X1X2 X3X4 X3X4 X2 Y X4 117 X4 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Nếu hàm logic đƣợc biểu diễn dƣới dạng hội tuyển, biểu diễn bìa Karnaugh tối thiểu hóa hàm logic cách dán ô mang giá trị “0” giá trị “X” Ví dụ: Y X1 X X X1 X X X1 X X X3 X1.X2 00 01 11 10 0 1 1 Y X X X1 X Nếu thực “dán” ô mang giá trị 1, ta đƣợc kết quả: X1 X2 00 X3 01 11 10 0 1 1 Y X1 X X X1 X X X Đôi khi, hàm logic đƣợc biểu diễn dƣới dạng ∑ (tƣơng đƣơng với dạng tuyển) dạng (tƣơng đƣơng với dạng hội) Khi ô bìa Karnaugh tƣơng ứng với giá trị thập phân Ví dụ, bìa Karnaugh biến, 16 ô tƣơng ứng với 16 giá trị thập phân 0 15 X1X2 X3X4 00 01 11 10 00 12 01 13 11 15 11 10 14 10 118 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Y m 0,1, 8, 9,11,13,15 Y X1X M 4, 5, 9,11,13,15 X1X 2 X3X4 00 01 11 10 X3X4 00 01 11 10 00 0 00 1 01 1 01 0 11 0 1 11 1 0 10 0 0 10 1 1 5.3 Các cổng logic Trong mạch số, điện áp đầu vào đầu nhận hai giá trị đƣợc gọi mức thấp mức cao Nếu mức điện áp cao tƣơng ứng với giá trị “1” mức điện áp thấp tƣơng ứng với giá trị “0”, mức logic dương Ngƣợc lại, mức điện áp cao tƣơng ứng với giá trị “0” mức điện áp thấp tƣơng ứng với giá trị “1”là mức logic âm Trong phạm vi giảng, đề cập đến mức logic dƣơng 1 0 1 0 1 Để thiết kế cổng logic ngƣời ta thƣờng sử dụng mạch Transistor, Transistor đƣợc phân cực để hoạt động chế độ cắt chế độ thông bão hòa hay nói cách khác Transistor hoạt động nhƣ “khóa điện tử” Khi tín hiệu đầu mức điện áp cao (tƣơng ứng với mức logic “1”) mức điện áp thấp (tƣơng ứng với mức logic “0”) 119 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Mức cao Mức cao Mức thấp Mức thấp Mức cao Mức thấp Mức cao Mức thấp Mức cao Mức cao Mức cao Mức cao Mức thấp Mức thấp Mức thấp Mức thấp 120 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 5.3.1 Cổng NOT Cổng NOT có đầu vào (X) đầu (Y), thực phép logic “NOT” Có thể kết cấu nên cồng NOT cách sử dụng mạch Transistor-Transistor-Logic (công nghệ TTL) sử dụng cặp MOSFET ( Complementary Metal Oxide Semi-Conductor _ công nghệ CMOS) +VCC=5V +VCC=5V R1 R1 R4 R2 T1 GND T2 D1 D2 GND “T1” T2 D1 Đầu D2 Đầu R4 T3 +VCC=5V T3 +VCC=5V R2 T4 T4 R3 R3 Khi điện áp vào mức cao “1”(+VCC); T1 ngắt U BE1 ; điện áp VC1 mức cao T2 T4 thông bão hòa nên điện áp đầu VO (mức thấp) Ngƣợc lại, điện áp đầu vào mức thấp “0”; T1 đƣợc thông bão hòa, U CE1 hay VC1 nên T2 T4 trạng thái ngắt; T3 thông bão hòa VC1 VCC điện áp đầu VO VCC (mức cao) +VCC=5V R1 R2 Y 1 GND T1 “T1” T2 5V X D1 Đầu D2 T4 R3 X Bảng chân lý +VDD=5V T3 +VCC=5V X R4 Ký hiệu 121 Y= X Y GND T2 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Đối với công nghệ CMOS, đầu vào X mức cao (5V), U GS1 U GS2 5V ; T1 ngắt T2 thông bão hòa nên đầu mức thấp (0V): Y Ngƣợc lại, X mức thấp (0V); U GS1 5V U GS2 0V ; T1 thông bão hòa T2 ngắt nên đầu mức cao: Y Có thể nhận thấy mạch CMOS đơn giản nhiều so với mạch TTL, cƣờng độ dòng đầu vào đầu nhỏ trở kháng vào trở kháng mạch lớn, công suất tổn hao nhỏ 5.3.2 Cổng AND Cổng AND có nhiều đầu vào đầu thực phép logic AND: Y X1 X X n Nếu X GND X GND ; hai Diode D1 D2 thông Khi điện áp đầu VO 0,7V tƣơng ứng với mức thấp: Y Nếu X GND X 1 E , D1 thông D2 ngắt; điện áp đầu VO 0,7V tƣơng ứng với mức thấp: Y Nếu X 1 E X GND ; D1 ngắt D2 thông điện áp đầu VO 0,7V tƣơng ứng với mức thấp: Y Nếu X E X E ; D1 D2 ngắt; điện áp đầu VO R2 E tƣơng ứng với mức cao Y R1 R2 +E R1 X.1 D1 Y X2 D2 R2 X1 X2 0 1 1 122 Y 0 X1 X2 Y=X1.X2 Bài giảng Kỹ thuật điện tử +VDD T1 T2 T5 T6 X1 T1 T2 Y X2 X1 T3 X2 T4 Y T4 T3 Cổng NAND Cổng NOT Cổng NAND Cổng NOT Mạch TTL: Nếu đầu vào X1 X2 mức thấp làm cho T1 thông bão hòa T2 T3 ngắt, nên T4 trạng thái thông bão hòa, đầu Y mức thấp (Y=0) Ngƣợc lại, đầu vào X1 X2 mức cao làm cho T1 ngắt, T2 T3 thông bão hòa, điện áp VC3 mức thấp nên T4 ngắt, đầu Y mức cao (Y=1) Vậy đầu cổng AND mức cao “1” tất đầu vào mức cao Mạch CMOS T1 T3 đƣợc kết nối kiểu bù giống cồng NOT, có đầu vào X1 T2 T4 đƣợc kết nối kiểu bù giống cồng NOT, có đầu vào X2 X 0; X , T1 T2 thông bão hòa, T3 T4 ngắt làm cho T5 ngắt T6 thông bão hòa, đầu Y mức thấp: Y=0 X 0; X , T1 T4 thông bão hòa, T2 T3 ngắt làm cho T5 ngắt T6 thông bão hòa, đầu Y mức thấp: Y=0 X 1; X , T3 T2 thông bão hòa, T1 T4 ngắt làm cho T5 ngắt T6 thông bão hòa, đầu Y mức thấp: Y=0 123 Bài giảng Kỹ thuật điện tử X 1; X 1, T1 T2 ngắt, T3 T4 thông bão hòa làm cho T5 thông bão hòa T6 ngắt, đầu Y mức cao: Y=1 Cũng nhận xét ngay, đầu vào mức thấp đầu cổng NAND mức cao, qua cồng NOT, đầu Y mức thấp: Y=0 Ngƣợc lại đầu vào mức cao, T1 T2 ngắt, T3 T4 thông bão hòa, đầu cổng NAND mức thấp qua cổng NOT, đầu Y mức cao: Y=1 5.3.4 Cổng NAND Cổng NAND gồm nhiều đầu vào có đầu ra: Y X X X X n +VDD T1 T2 X1 X2 0 1 1 Y X1 T3 X2 T4 Y 1 X1 Y X 1.X X2 +VCC R1 X1 X2 D1 X1 T1 T1 D2 R2 T2 T3 R3 T2 X2 Y T3 Đầu mức thấp tất đầu vào mức cao Cổng logic NAND đƣợc sử dụng nhiều kỹ thuật số 124 Y Bài giảng Kỹ thuật điện tử 5.3.3 Cổng OR Cổng OR gồm nhiều đầu vào đầu thực phép logic OR: Y X X X X n X.1 D1 X1 X2 0 1 1 Y X2 D R Y 1 X1 Y=X1+X2 X2 +VDD T1 +VCC R1 R3 R2 X1 R5 T4 T2 T3 T1 X2 T6 T2 D1 T5 Y D2 R4 T3 T5 T6 Y T4 X1 X2 Cổng NOR Cổng NOT Cổng NOR Cổng NOT Vậy đầu cổng OR mức thấp tất đầu vào mức thấp 5.3.5 Cổng NOR Gồm nhiều đầu vào đầu ra, thực hàm: Y X X X X n Đầu mức cao tất đầu vào mức thấp X1 Y X1 X X2 125 X1 X2 0 1 1 Y 0 Bài giảng Kỹ thuật điện tử +VDD +VCC T1 R1 T2 T4 X1 T3 T1 X2 Y T3 R3 R2 Y T2 D1 T4 D2 X1 T5 R4 X2 5.3.6 Cổng XOR Gồm đầu vào X , X đầu Y: X1 X2 0 1 1 Y X X X X X X X1 Y X1 X Y 1 X2 Đầu mức cao hai đầu vào mức logic khác Ngƣợc lại, hai đầu vào mức logic đầu mức thấp Cổng XOR đƣợc sử dụng để so sánh hai hay nhiều số nhị phân theo bit (bit-to-bit) phát lỗi (kiểm tra chẵn lẻ -check parity), chuyển đổi mã 5.3.7 Cổng XNOR Gồm đầu vào đầu ra: Y X X X X X X X1 Y X1 X X2 Đầu mức cao “1” hai đầu vào mức logic 126 X1 X2 0 1 1 Y 0 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 127 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 128 [...]... 18 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 2.2 Tụ điện 2.2.1 Định nghĩa Tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện đƣợc đặt song song với nhau, ở giữa là lớp cách điện gọi là chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, không khí) Chất cách điện đƣợc lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ dầu, tụ gốm hay tụ không khí) Lớp điện môi (không khí) Bản cực kim loại C Ký hiệu Cấu trúc tụ điện Nếu điện trở tiêu thụ điện. . .Bài giảng Kỹ thuật điện tử I E R [E]: Volt (V) [I]: Ampere (A) [R]: Ohm (Ω) 2.1.2 Các thông số của điện trở a Giá trị điện trở Giá trị điện trở đặc trƣng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngƣợc lại Giá trị điện trở đƣợc tính... điện dung thực tế và giá trị danh định của tụ điện, đƣợc tính theo % Ctt Cdd Cdd Ctt: Điện dung thực tế Cdd: Điện dung danh định Tùy theo yêu cầu của mạch mà dung sai của tụ điện có giá trị lớn hay nhỏ c Trở kháng của tụ điện Trở kháng của tụ điện đặc trƣng cho khả năng cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện Zc Xc 1 j X c j 2fC 1 : dung kháng của tụ 2fC 20 Bài giảng Kỹ thuật điện tử. .. nhiệt năng thì tụ điện tích năng lƣợng dƣới dạng năng lƣợng điện trƣờng, sau đó năng lƣợng đƣợc giải phóng Điều này đƣợc thể hiện ở đặc tính tích và phóng điện của tụ điện 2.2.2 Các tham số của tụ điện a Điện dung của tụ điện Giá trị điện dung đặc trƣng cho khả năng tích lũy năng lƣợng của tụ điện C o S d Trong đó: ε: Hệ số điện môi của chất cách điện εo=8,85.10-12(F/m): Hằng số điện môi của chân... giữa 2 bản cực Điện dung có đơn vị là F, tuy nhiên trong thực tế 1F là giá trị rất lớn nên thƣờng sử dụng các đơn vị khác: 1μF=10-6F; 1nF=10-9F; 1pF=10-12F Một số hệ số điện môi thông dụng: 19 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Chân không ε=1 Không khí ε=1,0006 Gốm ε =30-7500 Mica ε =5,5 Dầu ε =4 Giấy khô ε =2,2 Polystyrene ε =2,6 Gốm (a) C=200pF với chất điện môi là không khí (b) C=1,5μF với chất điện môi là... tối đa cho phép 12 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Khi có dòng điện cƣờng độ I chạy qua điện trở R, năng lƣợng nhiệt tỏa ra trên R P U I I 2 R với công suất: Nếu dòng điện có cƣờng độ càng lớn thì nhiệt lƣợng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thƣớc lớn để có thể tản nhiệt tốt Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể... số là độ chênh lệch tƣơng đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định, đƣợc tính theo % Rtt Rdd 100% Rdd Trong đó: Rtt: Giá trị thực tế của điện trở Rdd: Giá trị danh định của điện trở 11 Bài giảng Kỹ thuật điện tử c Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor): TCR là sự thay đổi tƣơng đối của giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi 1 oC, đƣợc tính theo phần... du dt Bài giảng Kỹ thuật điện tử 2.2.3 Phân loại và ký hiệu a.Tụ có điện dung xác định Tụ điện đƣợc phân chia thành 2 dạng chính: Tụ không phân cực (không có cực tính) và tụ phân cực hoặc cũng có thể phân loại theo chất điện môi Tụ giấy ( Paper Capacitors): Tụ giấy là tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lớp giấy tẩm dầu đƣợc cuộn lại theo dạng hình trụ Điện dung C=1nF 0,1μF, điện. .. nhựa đóng vai trò là lớp điện môi Ống ngoài cố định đóng vai trò là bản cực tĩnh, ống bên trong có thể trƣợt đóng vai trò là bản cực động, do đó diện tích hiệu dụng giữa 2 bản cực có thể thay đổi làm thay đổi điện dung của tụ Giá trị điện dung (C=n.pF-100pF), đƣợc ứng dụng trong dải cao tần 25 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Ống cố định (bên ngoài) Ống trƣợt (bên trong) Lớp điện môi Điện cực Hình 2 Tụ đồng... I: cƣờng độ dòng điện [A] 28 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Cƣờng độ từ cảm: B o H [T] (Tesla) μo: Độ từ thẩm của chân không μo=4π.10-7 (H/m) μ : Độ từ thẩm tƣơng đối của vật liệu từ so với chân không Nếu cƣờng độ dòng điện I không đổi thì H và B là từ trƣờng đều Nếu cƣờng độ dòng điện i thay đổi thì H và B là từ trƣờng biến thiên b Tạo dòng điện bằng từ trường Hiện tƣợng cảm ứng điện từ Định luật ... ƣớc điện vô 0), điểm điện tích có điện xác định V A Volt q Ngoài hiểu điện lực “đẩy” electron dịch chuyển, điện đƣợc gọi sức điện động (EMF) Điện áp độ chênh lệch điện hai điểm gọi hiệu điện. .. Kỹ thuật điện tử 2.2 Tụ điện 2.2.1 Định nghĩa Tụ điện gồm cực làm chất dẫn điện đƣợc đặt song song với nhau, lớp cách điện gọi chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, không khí) Chất cách điện. .. lƣợng điện trƣờng, sau lƣợng đƣợc giải phóng Điều đƣợc thể đặc tính tích phóng điện tụ điện 2.2.2 Các tham số tụ điện a Điện dung tụ điện Giá trị điện dung đặc trƣng cho khả tích lũy lƣợng tụ điện