Bài giảng điện tử cơ bản

Cấu tạo – Ký hiệu – Phân loại a Cấu tạo • - Cấu tạo tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện dùng làm điện môi hình4, chất cách điện thông thường l

CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG

Đ1.1 ĐIỆN TRỞ VÀ BIẾN TRỞ

1 Cấu tạo - Ký hiệu – Phân loại

Màu điện trở

Chân bằng kim loại Bột than

ỐNG SỨ

b) Ký hiệu

R

Trong đó: R là Resistor c) Phân loại

- Điện trở cố định

-Điện trở biến đổi

2 Công dụng – Thông số kỹ thuật

a) Công dụng

- Dùng để phân dòng

UABI

b) Thông số đặc trưng của điện trở:

- Trị số danh định: Là trị số điện trở đo được trong điều kiện bình thường, trị số điện trở có thể từ

vài ôm đến vài triệu ôm () và

được ghi ngay trên thân điện trở bằng chữ hoặc vạch mầu.

- Dung sai: Là độ sai số của điện trở, thường có 3 cấp

5%, 10%, 20% ngoài

ra còn có điện trở đặc biệt

dùng cho các máy đo có

dung sai 1%,2%

- Công suất danh định: Là công suất tối đa có thể tiêu tán trên

điện trở mà không làm hỏng điện trở khi nhiệt độ của không khí

xung quanh là 20C Công suất

này bao giờ cũng phải lớn hơn

hoặc bằng công suất tiêu thụ của điện trở.(P = U.I).

- Vòng 4: Sai số tính theo %: Vµng kim sai

có vòng thứ 4 thì sai số là 20%

Ví dụ 1: §iÖn trë

nâu ®en cam vàng kim

= 10K±5%

-Ví dụ 2:

Điện trở có giá trị 100K±5%

Nâu đen vàng vàng kim

nâu đen vàng vàng kim

Ví dụ 1: §iÖn trë

= 102K±5%

nâu ®en ®ỏ cam vàng kim

-Ví dụ 2:

Điện trở có giá trị 337K±5%

cam cam tím cam vàng kim

cam

Câu hỏi kiểm tra Thời gian: 5 phút

1.Điện trở 4 vòng màu: Bội số 10-1,

10-2 được sử dụng khi nào?

(Đánh dấu X vào ô đúng)

a) R > 10 Ω

b) R 1 Ω

c) R ≤ 1 Ω

2 Xác định màu của những điện trở sau:

a) 1K ± 5%

b) 133 Ω ± 5%

c) 0,1 Ω ± 5%

3 Xác định giá trị điện trở thực tế

- Vßng thø nhÊt: ………

- Vßng thø 2: ………

- Vßng thø 3: ………

- Vßng thø 4: ………

- Gi¸ trÞ ®iÖn trë: ………

ĐÁP ÁN

1 Điện trở 4 vòng màu: Bội số 10-1,

10-2 được sử dụng khi:

c) R ≤ 1 Ω X

2 Màu của những điện trở như sau:

a) 1K ± 5%

b) 133 Ω ± 5%

c) 0,1 Ω ± 5%

* Câu hỏi và bài tập:

1 Trình bày cấu tạo, tác dụng của điện trở? Việc rẽ dòng, phân áp có tác dụng

3 Đọc giá trị các điện trở thực tế sau: Mỗi HS đọc 10 điện trở thực tế.

1.2 TỤ ĐIỆN

1 Cấu tạo – Ký hiệu – Phân loại

a) Cấu tạo

• - Cấu tạo tụ không phân cực gồm các

lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện dùng làm điện môi

(hình4), chất cách điện thông thường là:

Giấy, mi ca, dầu, gốm, không khí và

được lấy làm tên gọi cho tụ điện

- Tụ điện phân cực cấu tạo gồm hai điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân, khi có điện áp một

chiều tác động lên hai điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại không

dẫn điện làm chất điện môi

- Lớp điện môi càng mỏng thì điện

dung của tụ càng lớn, đây là loại tụ có cực tính xác định nên khi lắp phải đúng với cực của nguồn điện.

b) Ký hiệu c) Phân loại

- Tụ cao tần

- Tụ âm tần

2 Thông số kỹ thuật, công dụng

d là bề dày lớp điện môi (m)

Đơn vị của điện dung là Farad (F), nhưng 1F rất

lớn nên thực tế thường dùng ước số của F là:

- Chế tạo các mạch cộng hưởng LC

chọn lọc tần số

3 Cỏch mắc

- Mắc nối tiếp

- Mắc song song

L2 L1

L2 L1

c) Phân loại

- Cuộn dây lõi không khí

- Cuộn dây lõi ferit

- Cuộn dây lõi sắt từ

- Cuộn dây biến áp cảm ứng

- Cuộn dây biến áp tự ngẫu

c) ứng dụng

- Chế tạo máy biến áp

- Hạn chế dòng điện khi mở máy động cơ

- TRONG NGÀNH VẬT LIỆU NGƯỜI TA CHIA LÀM BỐN NHÓM VẬT LIỆU LÀ:

- VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

- VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

- Vật liệu bán dẫn điện

- Vật liệu dẫn từ

- Nếu chỉ xét ba nhóm vật liệu đầu thì vật liệu bán dẫn điện có tính chất dẫn điện trung gian giữa vật liệu dẫn điện

và vật liệu cách điện (gọi là chất bán dẫn).

- Hai chất bán dẫn thông dụng nhất là Silicium và Germanium có điện trở suất là:

- Trị số này rất lớn so với chất dẫn điện như

- Nhưng lại rất nhỏ so với chất cách điện

- Điện trở của chất bán dẫn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ, ánh sáng và độ tinh khiết

- Khi nhiệt độ, cường độ ánh sáng và

nồng độ tạp chất tăng thì điện trở của chất bán dẫn đều giảm.

b) Cấu tạo nguyên tử và sự dẫn điện

trong chất bán dẫn: (Si,Ge)

- Cấu tạo nguyên tử của Si có 14 điện tử

bao quanh hạt nhân và chia làm 3 tầng,

- Cấu tạo nguyên tử của Ge có 32 điện tử

bao quanh hạt nhân và chia làm 4 tầng

- Hai chất này đều có đặc điểm chung là

số điện tử vòng ngoài là 4 (hoá trị 4)

- Vì vậy trong khối bán dẫn tinh khiết các nguyên tử gần nhau liên kết theo kiểu cộng hoá trị

- Bốn điện tử của mỗi nguyên tử liên kết với bốn điện tử của nguyên tử xung quanh làm cho các điện tử được liên kết chặt chẽ với nhau

- Các điện tử khó tách tách khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do.

- Vì vậy ở điều kiện bình thường chất bán dẫn không dẫn điện.

Si Ge

Si Si

Si

Si

Si

Điện tử

2 Chất bán dẫn tạp chất loại P

- Nếu pha vào chất bán dẫn tinh khiết Si một lượng rất ít các chất có cấu tạo nguyên tử với 3 điện tử vòng ngoài cùng (hoá trị 3) như Indium (hay Al)

- 3 điện tử của các nguyên tử In khi liên kết với 4 nguyên tử Si sẽ còn lại một mối nối thiếu một điện tử chỗ thiếu điện tử gọi là lỗ trống

- (Số lỗ trống phụ thuộc vào số nguyên

tử In)

- Số nguyên tử In càng nhiều thì số lỗ trống càng nhiều lỗ trống có khả năng nhận điện tử.

- Chất bán dẫn có lỗ trống được gọi là chất bán dẫn loại P (loại dương).

In Si

Si

Si

Si

Lỗ trống

- Nếu pha vào chất bán dẫn tinh khiết Si một lượng rất ít các chất có cấu tạo nguyên tử với 5 điện tử vòng ngoài cùng (hoá trị 5) như Phosphor (hay Arsenic),

- 4 điện tử của các nguyên tử P sẽ liên kết với

4 nguyên tử Si còn lại một điện tử thừa ra sẽ trở thành điện tử tự do.

- (Số điện tử tự do phụ thuộc vào số nguyên

tử P) số nguyên tử P càng nhiều thì số điện

tử tự do càng nhiều.

3 Chất bán dẫn tạp chất loại N

- Chất bán dẫn có điện tử tự do được gọi là chất bán dẫn loại N (loại âm)

* Bình thường chất bán dẫn loại N và bán dẫn loại P đều trung hoà về điện

- Việc gọi chất bán dẫn N là nói đến khả năng cho điện tử

- Gọi chất bán dẫn P là nói đến khả năng nhận địên tử

2.2 TIẾP GIÁP P-N VÀ DIODE

1 Tiếp giáp P-N

- Trong tinh thể bán dẫn Si hay Ge được chế tạo thành vùng bán dẫn N (pha P) và vùng bán dẫn P (pha In) thì trong tinh thể bán đẫn hình thành mối nối P-N

Anot Ktot

- Trong vùng bán dẫn P có nhiều lỗ trống

- Trong vùng bán dẫn N có nhiều điện tử thừa

- Khi hai vùng này tiếp xúc với nhau sẽ có một số điện tử vùng N qua mối nối và tái hợp với lỗ trống vùng P.

- Khi bán dẫn N mất điện tử thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở thành Ion dương

- Vùng P nhận điện tử nên vùng P gần mối nối trở thành Ion âm

- Ion dương của N và Ion dương của P đẩy điện tử và lỗ trống ra xa tạo thành hàng rào điện thế

- Một bên mang điện dương (Anot), một bên mang điện âm (Ktot)

Nguyên lí làm việc của đi ốt tiếp mặt:

– Phân cực thuận

o o - +

- Nối dương nguồn vào A và âm nguồn vào K của đi ốt

- điện tích dương của nguồn sẽ đẩy các

lỗ trống trong vùng P và điện tích âm của nguồn sẽ đẩy các điện tử trong vùng N

- điện tử và lỗ trống lại gần mối nối hơn

và khi lực đẩy tĩnh điện đủ lớn, điện tử

từ N sẽ qua mối nối sang P tái hợp với

lỗ trống

- Khi vùng N mất điện tử trở thành mang điện dương thì vùng N sẽ kéo điện tích

âm từ cực âm nguồn lên thế chỗ

- Khi vùng P nhận điện tử trở thành mang điện tích âm thì cực dương nguồn sẽ kéo điện tích âm từ vùng P về

- Như vậy sẽ có dòng điện tử chạy liên tục

từ cực âm của nguồn qua đi ốt (từ N sang P) về cực dương của nguồn, nghĩa là có dòng điện qua đi ốt từ P sang N (I thuận)

Nối âm nguồn vào A

- Dương nguồn vào K của đi ốt

- điện tích âm của nguồn sẽ hút các lỗ trống trong vùng P

- điện tích dương của nguồn sẽ hút các điện tử trong vùng N

- điện tử và lỗ trống ra xa mối nối hơn

- Sự tái hợp giữa điện tử với lỗ trống càng khó khăn hơn

- Tuy nhiên trong vùng N cũng có một

- Do dòng điện này rất nhỏ nên người ta coi đi ốt không dẫn điện khi phân cực ngược.

Đặc tính và thông số kĩ thuật của đi ốt:

Đặc tuyến vôn am pe

- PHÂN CỰC THUẬN ĐI ỐT RỒI TĂNG DẦN ĐIỆN THẾ TỪ 0 LÊN KHI ĐẠT TRỊ SỐ ĐIỆN THẾ LÀ VD = V

- VD = V THỠ BẮT ĐẦU CÓ DÒNG ĐIỆN QUA ĐI ỐT V GỌI LÀ ĐIỆN THẾ THỀM HAY ĐIỆN THẾ NGƯỠNG

- VỚI SI THỠ V = 0.4 ĐẾN 0.5 V, VỚI

GE LÀ 0.1 ĐẾN 0.15V

- Khi qua điện thế ngưỡng dòng điện tăng nhanh theo hàm số mũ ta vẽ được đặc tuyến thuận

- Khi phân cực ngược và tăng dần điện

áp từ 0 lên theo trị số âm chỉ có dòng điện rò rất nhỏ qua đi ốt

- Nếu tăng cao mức điện áp ngược đến một trị số khá cao thì dòng điện qua

đi ốt tăng vọt (đi ốt bị đánh thủng), ta

vẽ được đặc tuyến ngược.

*Các thông số kĩ thuật:

- Điện áp ngược cực đại (URmax):

Là điện áp ngược tức thời lớn nhất đặt vào mà không đánh thủng đi ốt

- Dòng điện ngược cực đại (Is): Là

dòng điện xác dịnh ở điện áp ngược cực đại (thường từ 100 A đến 3 mA).

- Dòng điện thuận cực đại (IFmax): Là

dòng điện lớn nhất có thể qua đi ốt mà không làm thay đổi các đặc tính của nó.

- Khoảng nhiệt độ làm việc là khoảng nhiệt độ mà đi ốt còn làm việc bình ổn định

- Với Ge từ –60 đến + 70 với Si có thể đến 150.

– Đi ốt phát quang (LED):

+ Kí hiệu: LED

+ Khi có dòng điện chạy qua thì phát sáng, dùng trong các mạch chỉ thị, báo hiệu.

- Đi ốt quang điện:

+ Kí hiệu: D

+ Khi có ánh sáng chiếu vào sẽ sinh ra dòng điện

+ Dùng trong các hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy.

- Đi ốt tách sóng:

+ Đi ốt tách sóng có kí hiệu như đi ốt thường nhưng vỏ bên ngoài là thuỷ tinh trong suốt

+ Dùng để tách sóng dòng điện xoay chiều tần số cao.

– Đi ốt biến dung:

+ Kí hiệu:

CD

+ Là đi ốt có điện dung thay đổi theo điện áp đặt vào

+ đi ốt biến dung được ứng dụng như

tụ điện biến đổi để thay đổi tần số cộng hưởng.

2.3 Các mạch ứng dụng dùng điốt bán

dẫn

1 Mạch chỉnh lưu nửa sóng ( nửa chu kỳ)

Uo=

2 Mạch chỉnh lưu toàn sóng ( 2 nửa chu kỳ)

a) Trường hợp 1: tải điện trở Rt

b) Trường hợp 2: Mắc tụ C song song

với Rt

:

Np 4

: Ns 1

Giản đồ thời gian

CHƯƠNG 3 TRANSISTOR LƯỠNG

CỰC BJT 3.1 CẤU TẠO, CÁCH MẮC, CHẾ ĐỘ

- Ký hiệu trên thân tranzito:

+ Tranzito thuận PNP thường dùng

chữ A hoặc B cùng các con số đi kèm VD: A671; A1015

+ Tranzito ngược NPN thường dùng

chữ C hoặc D,H cùng các con số đi kèm.

VD: C1815; C828; H1061

- Sơ đồ tương đương của tranzito với

2 Nguyên lí làm việc của tranzito

- Tranzito có 4 chế độ làm việc

+ Điốt DEB mở, điốt DBC khoá: Chế độ khuếch đại

+ Điốt DEB khoá, điốt DBC mở: Chế độ đảo

+ Điốt DEB và điốt DBC cùng mở: Chế độ bão hoà

+ Điốt DEB và điốt DBC cùng khoá: Chế độ cắt dòng

*Phân tích chế độ khuếch đại của tranzito loại NPN

- Mắc mạch điện như hĩnh vẽ: VC >VB

VB >VE;

- Tiếp giáp PN của BE mở các electron (e)

từ N của cực E sang vùng P của cực B,

một phần về dương nguồn UBE tạo thành dòng IB

- Vì VC > VB nên phần lớn e vượt qua tiếp giáp PN của BC về dương nguồn UCC tạo thành dòng IC

- Bán dẫn N của cực E bị mất e nên sẽ hút e của âm nguồn tới thay thế tạo thành dòng

IE

3 Các thông số kĩ thuật:

- Từ mạng đặc tuyến của tranzito ta tính được

các thông số kĩ thuật cơ bản sau:

+ Điện trở vào: Rv = Uv/Iv = Ub/Ib

+ Điện trở ra: Rr = Ur/Ir = Uc/Ic

4 ứng dụng của BJT

- BJT được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện và điện tử

- Thực hiện được rất nhiều chức năng

nhưng chủ yếu là khuếch đại, chuyển

mạch, ổn áp

3.2 PHÂN CỰC CHO BJT

1 Mạch phân cực cơ bản

- Nguồn U BB cung cấp điện áp phân cực thuận

cho tiếp giáp BE để đạt được U BE = 0,7V

- Với BJT loại pnp cần có U C < U B < U E ở đây

U C , U B , U E là các điện thế một chiều tương

ứng trên các cực của BJT

2 Phân cực bằng dòng bazơ

- Chỉ dùng 1 nguồn U CC làm cả hai nhiệm vụ phân cực cho bazơ và colectơ

3 Phân cực dùng mạch chia áp

Ucc

- Ở ĐÂY DÙNG CẶP ĐIỆN TRỞ R1, R2 ĐỂ CUNG CẤP ĐIỆN ÁP 1

CHIỀU TỚI CỰC BAZƠ

4 Phân cực bằng dòng emitơ

- Mạch phân cực bằng dòng I E thường gặp khi

nguồn nuôi 1 chiều có 2 cực tính U CC > 0 và U EE

< 0

- Loại phân cực này giống như cấu trúc loại dùng

bộ chia nhờ có sự tham gia của điện trở R E

- Trong mạch emitơ thực hiện hồi tiếp âm dòng điện

1 chiều nên tính chất ổn định của điểm công tác Q đặc biệt là ổn định về nhiệt được nâng cao rõ rệt.

Rc 1k

10V

5 Phân cực kiểu hồi tiếp điện áp

+Ucc= 15V

Rc 2,2k RB

330k

k=150

- Điện trở R B thay vì nối tới nguồn U CC , như

mạch phân cực bằng dòng bazơ thì lại được

nối tới colectơ.

- Có thể coi đây là một dạng cải tiến của kiểu

phân cực bằng dòng I B

- Tuy nhiên nhờ có đường liên hệ trực tiếp qua

R B từ cực C về cực B cả thành phần 1 chiều và xoa chiều tức là có thực hiện hồi tiếp âm về

điện áp 1 chiều nên chất lượng ổn định của

điểm làm việc một chiều Q được nâng cao rõ rệt.

- Giả thiết dc tăng khi nhiệt độ tăng, => I C

tăng => U RC tăng

- Điện áp U CE = U CC - I C giảm và U RB giảm

- Do đó I B giảm => I C giảm và qua 1 vòng (hồi tiếp) dòng I C đã được bù kiểu ngược pha và điểm làm việc Q nhờ đó được ổn định tốt hơn trước đây

- Trong trường hợp ngược lại, giả thiết dc giảm, quá trình dẫn tới dòng I C tăng bù lại trạng thái ban đầu I C giảm do dc giảm

- Chú ý đảm bảo điều kiện UBE = - 0,7V;

UCE < 0 để BJT làm việc ở chế độ khuếch đại thông thường

+Ucc=

Ube=

20V

RE 390k

Rc 1,5k

R2 33k

R1 4,7k

0,7V

+ Cvào, Cra: Tụ dẫn tín hiệu từ tầng trước vào

và dẫn tín hiệu ra tầng sau (tụ nối tầng)

+ CE: Tụ chống hồi tiếp âm

+ R1, R2: Điện trở phân áp định thiên cho Q làm việc

+ Rra RC





+ Hệ số khuếch đại dòng (ki) tương đối lớn

+ Hệ số khuếch đại áp (kU) tương đối lớn (từ

100-200)

+ Tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha nhau hay

ta nối mạch EC gây đảo pha tín hiệu

Đặc tuyến ra.

7 mA

6 mA 5mA

4 mA 3mA 2mA

4 5

IE(mA)

UCB=15V

UCB=5V

Đặc tuyến truyền đạt.

- Đặc điểm

+ Điện trở vào tương đối lớn (vài chục K )

+ Trở kháng đầu vào lớn

3.3.2 Tầng khuếch đại mắc colectơ chung (CC)

C

Uv

Ur

+ Trở kháng đầu ra nhỏ (nhỏ hơn 100 ) + Hệ số khuếch đại điện áp ku < 1

+ Hệ số khuếch đại dòng điện lớn

+ Mạch không đảo pha tín hiệu



3.3.3 Tầng khuếch đại

Darlington

4,7K

R3 VR

R1

R5

Q2

C2 1uF

+ Ura

R2

Q1

0.47uF 100K

4,7K

A

C

D B

3.3.4 Tầng khuyếch đại mắc Bazơ chung (Bc)

- Sơ đồ

- Đặc điểm

+ Cực B vừa nằm ở mạch vào vừa nằm ở mạch ra + Rvào nhỏ (từ 10 – 50 )

+ Rra RE

+ Hệ số khuếch đại điện áp ku không lớn lắm

+ Hệ số khuếch đại dòng điện ki<1

+ Mạch làm việc ổn định ở lĩnh vực siêu cao tần + Mạch không đảo pha tín hiệu





1 Một LED có: I=20mA, U=1,8V Để sử

dụng ở điện áp 220V phải đấu thêm 1 điện trở Hãy vẽ sơ đồ đấu và tính toán giá trị điện trở đó.

2 Vẽ mạch phân cực cho BJT dùng mạch

chia áp (với BJT PNP)?

- Đó là mạch B,C,E chung? Vì sao?

- Nêu đặc điểm của mạch?

CHƯƠNG IV TRANZITO TRƯỜNG FET 4.1 CẤU TẠO, TÍNH CHẤT CỦA FET

4.1.1 Cấu tạo của FET

- Tranzito trường JFET (Junction Field

Effect Transistor) được gọi tắt là FET;

JFET có hai loại là JFET kênh N và JFET kênh P, đều có ba cực là:

+ Cực máng D (Drain)

+ Cực nguồn S (Source)

+ Cực cửa G (Gate)

- JFET kênh N (hình 4.1a) có cấu tạo gồm một thanh bán dẫn N, hai đầu là cực máng D và

cực nguồn S, hai bên thanh bán dẫn N là hai vùng bán dẫn loại P tạo thành mối nối P - N như đi ốt, hai vùng này nối với nhau tạo thành cực G

- Cũng có thể để hở cực G1, G2 độc lập.

- JFET kênh P (hình 4.1b) có cấu tạo tương tự nhưng chất bán dẫn ngược lại với JFET kênh N.