slide kĩ thuật điện tử

1.1. Một số khái niệm: • Vật dẫn (Conductor): Là vật liệu mà các electron có khả năng dịch chuyển một cách dễ dàng từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Ví dụ về một số vật dẫn: + Bạc, đồng, nhôm, sắt, thép và một số kim loại khác. Trong đó, tại nhiệt độ phòng, bạc là chất dẫn điện tốt nhất. + Một số chất lỏng như thủy ngân, nước muối...

Chương 1 Mở đầu 4

1.1 Một số khái niệm 4

1.2 Các đại lượng điện cơ bản 4

1.3 Các phần tử điện tuyến tính thụ động 5

1.4 Nguồn điện 12

1.5 Một số định luật điện 13

Chương 2 Diode 15

2.1 Cấu tạo 15

2.2 Nguyên lý hoạt động 15

2.3 Đặc tuyến Vol-Ampere của diode 16

2.4 Các tham số giới hạn của diode 18

2.5 Sơ đồ tương đương diode 18

2.6 Một số ứng dụng của diode 21

2.7 Một số loại diode đặc biệt 28

2.8 Bài tập 30

Chương 3 Transistor lưỡng cực 32

3.1 Cấu tạo 32

3.2 Nguyên lý hoạt động 33

3.3.Phần tử 4 cực transistor 34

3.4 Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor 36

3.5 Phân cực cho transistor 42

3.6.Sơ đồ tương đương transistor 47

3.7 Bài tập 49

Chương 4 Khuếch đại 50

4.1 Khái niệm và phân loại 50

4.2 Khuếch đại tần số thấp 50

4.3 Phản hồi âm 54

4.4 Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực 58

4.5.Khuếch đại transistor nhiều tầng 65

Chương5 Vi mạch khuếch đại thuật toán 68

5.1 Giới thiệu 68

5.2 OpAmp lý tưởng và thực tế 68

5.3 Mạch khuếch đại 69

5.4 Mạch cộng trừ 71

5.5.Mạch vi tích phân 75

5.6 Bài tập 76

Ví dụ về chất bán dẫn là Silic, Germany, Selen, Gali,…

1.2 Các đại lượng điện cơ bản:

• Dòng điện:

Là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích Hạt mang điệntích có thể là hạt mang điện dương (lỗ trống) hoặc các hạt mang điện âm(electron) Chiều của dòng điện cùng chiều với chiều chuyển động của các hạtmang điện dương

• Điện áp (hiệu điện thế):

Điện áp giữa hai điểm A và B là công cần thiết để di chuyển 1 đơn vị điệntích dương từ điểm A sang điểm B

Điện thế tại một điểm là công để di chuyển một đơn vị điện tích từ điểm đó

ra xa vô cùng Vì vậy, điện áp còn được gọi là hiệu điện thế

Ký hiệu: UAB

UAB = VA - VBĐơn vị: V, mV, uV

Chú ý: khi nói điện áp bao giờ cũng nói điện áp giữa hai điểm, khi nói

dòng điện thì bao giờ cũng nói đến dòng điện tại một điểm hoặc dòng điện qualinh kiện

Trong đó: ρ: điện trở suất [Ωm]

l: chiều dài dây dẫn [m]

S: tiết diện dây dẫn [m2]

Đơn vị: Ω, KΩ, MΩ

Giá trị điện trở R đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của linh kiện.Giá trị điện trở R càng lớn thì linh kiện cản trở dòng điện càng nhiều, tức làdòng điện qua linh kiện càng nhỏ Giá trị điện trở R càng nhỏ thì linh kiện càngcho dòng điện đi qua dễ dàng, tức là dòng điện qua linh kiện càng lớn

o Sai số

Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trịdanh định, được tính theo %

%100

δ

o Công suất tối đa cho phép:

Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt

R I R

o Điện trở dây quấn:

Được chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫnđiện tốt (Nichrome) quanh một lõi hình trụ Trở kháng phụ thuộc vàovật liệu dây dẫn, đường kính và độ dài của dây dẫn

o Điện trở màng mỏng:

Được sản xuất bằng cách lắng đọng Cacbon, kim loại hoặc oxidekim loại dưới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ

+ Điện trở có giá trị thay đổi (biến trở)

Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặcdây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt Con trượt tiếpxúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyểnđiện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi Có thể có loại biếntrở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) hoặc biến trở phituyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay)

• Cách ghi và đọc các tham số điện trở

+ Biểu diễn trực tiếp

Chữ cái đầu tiên và các chữ số biểu diễn giá trị của điện trở: R(E) –Ω; K - K Ω; M - M Ω;…

Chữ cái thứ hai biểu diễn dung sai:

Ví dụ: 8K2J: R=8,2KΩ; δ=5%

R=8,2KΩ ± 0.41 KΩ= 7,79KΩ ÷ 8,61KΩ

Hoặc có thể các chữ số để biểu diễn giá trị của điện trở và chữ cái đểbiểu diễn dung sai Khi đó chữ số cuối cùng biểu diễn số chữ số 0 (bậccủa lũy thừa 10)

Ví dụ: 4703G: R=470K Ω; δ=2%

+ Biểu diễn bằng các vạch màu

Đối với các điện trở có kích thước nhỏ không thể ghi trực tiếp cácthông số khi đó người ta thường vẽ các vòng màu lên thân điện trở

4 vòng màu:

- 2 vòng đầu biểu diễn 2 chữ số có nghĩa thực

- Vòng thứ 3 biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10)

- Vòng thứ 4 biểu diễn sai số

H=2,5% M=20%

b Tụ điện:

Khái niệm: tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được 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 được lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụdầu, tụ gốm hay tụ không khí)

Ký hiệu:

C

C

Tụ không phân cực Tụ phân cực

Quan hệ điện áp – dòng điện của tụ điện:

dU C

=δtrong đó, Ctt: điện dung thực tế

Cdd: điện dung danh định

o Trở kháng của tụ điện:

c

fC j

2

=πTrở kháng của tụ điện đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điệnxoay chiều của tụ điện

o Hệ số nhiệt của tụ điện:

Là độ thay đổi tương đối của giá trị điện dung khi nhiệt độ thay đổi

1oC, được tính theo o/oo:

)/(

106 ppm C C

do đó các electron có khả năng bứt ra khỏi nguyên tử trở thành các electron

tự do, gây nên dòng rò Nếu điện áp quá lớn, cường độ dòng rò tăng, làmmất tính chất cách điện của chất điện môi, người ta gọi đó là hiện tượng tụ

bị đánh thủng Điện áp một chiều đặt vào tụ khi đó gọi là điện áp đánhthủng

• Một số loại tụ điện thông dụng:

+ Tụ điện có điện dung xác định:

o Tụ giấy:

Là tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lớp giấytẩm dầu được cuộn lại theo dạng hình trụ.

o Tụ gốm:

Là tụ không phân cực được sản xuất bằng cách lắng đọng màng kimloại mỏng trên 2 mặt của đĩa gốm hoặc cũng có thể ở mặt trong và mặtngoài của ống hình trụ, hai điện cực được gắn với màng kim loại vàđược bọc trong vỏ chất dẻo

o Tụ mica:

Là tụ không phân cực được chế tạo bằng cách đặt xen kẽ các lá kimloại với các lớp Mica (hoặc cũng có thể lắng đọng màng kim loại lêncác lớp Mica để tăng hệ số phẩm chất)

o Tụ điện phân (tụ hóa):

Là loại tụ phân cực, gồm các lá nhôm được cách ly bởi dung dịchđiện phân và được cuộn lại thành dạng hình trụ

+ Tụ xoay:

Gồm các lá động và lá tĩnh được đặt xen kẽ với nhau, hình thành nênbản cực động và bản cực tĩnh Khi các lá động xoay làm thay đổi diện tích

+ Ghi trực tiếp: Đồi với các tụ có kích thước lớn (Tụ hóa, Tụ tantal) có thể

ghi trực tiếp các thông số trên thân của tụ

 Giá trị điện dung

 Chữ số thứ 3 biểu diễn bậc của lũy thừa 10

 Chữ cái biểu diễn sai số

Ví dụ:

0.047/200V: C=0,047μF; UBR=200V2.2/35: C=2,2μF; UBR=35V

Điện lượng danh định là dung lượng điện được nạp vào nguồn, có đơn vị là

Ah (Ampe_giờ) Ví dụ một ắc quy có điện lượng là 100Ah, nếu cấp cho mạchngoài 1 dòng điện 2A thì thời gian sử dụng là:

h I

• Nguồn xoay chiều:

Là nguồn có độ lớn và cực tính thay đổi theo thời gian Thông dụng nhất lànguồn xoay chiều tuần hoàn dạng sin, xung vuông và tam giác

Xung tam giác

Xung vuông

1.5 Một số định luật điện:

• Định luật Kirchhoff về nút dòng điện

Phát biểu: tại 1 nút mạch, tổng các dòng điện vào bằng tổng các dòng điện ra

∑

∑I v = I r

• Định luật Kirchhoff về vòng điện áp

Phát biểu: trên 1 vòng mạch, tổng các điện áp bằng 0 Trong đó, các điện ápcùng chiều với chiều quy ước thì lấy dấu dương, các điện áp ngược chiều vớichiều quy ước thì lấy dấu âm

0

=

∑U i

Xét vòng điện áp cùng chiều quay kim đồng hồ như hình vẽ

ta có:

U1 –U2 – U3 – U4 + U5 =0

CHƯƠNG 2 DIODE

Diode là một trong những linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi nhất vàđóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử như mạch chỉnh lưu, mạch ghim

2.1 Cấu tạo:

Diode được tạo thành từ lớp bán dẫn pha tạp loại p và bán dẫn pha tạp loại

n ghép tiếp xúc công nghệ với nhau như hình vẽ:

Các quá trình vật lý xảy ra giữa hai lớp bán dẫn này được sử dụng để tạothành tính chất cho diode

Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong mạch điện được biểu diễn nhưsau:

Diode có hai cực:

+ Cực A (anốt) là cực nối với lớp bán dẫn p

+ Cực K (katốt) là cực nối với lớp bán dẫn n

2.2 Nguyên lý hoạt động:

Sự tác động qua lại giữa hai lớp bán dẫn p và bán dẫn n tạo nên tính chấtđặc biệt của diode

Với diode lý tưởng:

Khi UA≥UK thì diode phân cực thuận, hay còn gọi là diode thông mạch Khi

đó, dòng điện qua diode hoàn toàn, trở kháng diode bằng không, đoạn mạch chứa

Đặc tuyến Vol-Ampere của diode

Các tham số giới hạn của diode.

Sơ đồ tương đương diode

• UA<UK

trong đó, vD là điện áp đặt trên diode, iD là dòng điện chạy qua diode

vD = UA - UK

Do tính chất đóng mở mạch theo điện áp đặt trên diode nên diode được gọi

là có tính chất “van dòng điện” Tức là dòng điện sẽ được cho qua hay không là dotrạng thái đóng hay mở của van, tức là do điện áp điều khiển

2.3 Đặc tuyến Vol-Ampere của diode:

Đặc tuyến vol-ampere là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòngđiện qua diode Đặc tuyến vol-ampere của diode bán dẫn được mô tả như sau:

Đặc tuyến của diode chia thành 3 vùng:

• Vùng 1: diode phân cực thuận.

Khi một điện áp dương đặt tới hai đầu diode đủ lớn, diode sẽ cho dòng điệnchảy qua hoàn toàn Diode có thể coi như ngắn mạch.

• Vùng 2: diode phân cực ngược.

Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện chảy qua diode là rấtnhỏ Khi điện áp âm lớn hơn vài phần trăm vol, dòng điện ngược sẽ không đổi

và đạt tới dòng bão hòa ngược là ID=-I0

Tại vùng 1 và vùng 2, đặc tuyến vol-ampere của diode tuân theo biểu thứcShockley:

+ n là hằng số hiệu chỉnh, về lý thuyết lấy giá trị 1, trên thực

tế lấy giá trị từ 1 đến 2 đối với diode thực

Ở nhiệt độ phòng chuẩn (25oC, 77oF, 298.16K), q kT =38.92V− 1, ta có:

)1.( 38.92.

Để đơn giản, biểu thức Shockley thường được viết dưới dạng sau:

trong đó: V T =kT q gọi là điện áp nhiệt, là hàm chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.Khi diode phân cực thuận với điện áp đủ lớn, thành phần -1 trong biểu thức

tính I D có thể bỏ qua Ví dụ, khi n=1, V D=0.1 ở nhiệt độ phòng, thành phần

01.49892 3

e V D n So với giá trị 1, nếu chấp nhận sai số 2% thì ta có thể

bỏ qua giá trị -1 trong biểu thức tính I D khi v D>0.1V

0 (V D>0.1V)

Khi diode phân cực ngược, với V D<-0.1V thì thành phần e38.92.V D n =e− 3 892 =0.02

có thể bỏ qua khi so với 1, vì vậy:

• Dòng điện cực đại qua diode khi phân cực thuận IAcf

• Công suất tiêu hao cực đại trên cho phép trên diode để chưa bị hỏng vìnhiệt PAcf

• Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên diode để nó còn có tính chấtvan fmax

2.5 Sơ đồ tương đương diode:

Việc tính toán toán học các mạch diode gặp rất nhiều khó khăn do tính phituyến, đặc biệt là sự xuất hiện của các thành phần hàm mũ trong đó Vì vậy, đểđơn giản người ta đưa ra một số các sơ đồ tuyến tính tương đương của diode Mỗimột sơ đồ có độ chính xác khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà người thiết kếquyết định chọn sơ đồ nào cho phù hợp

a Sơ đồ tương đương ở chế độ 1 chiều:

Các sơ đồ tương đương tuyến tính của diode bán dẫn trong chế độ một

chiều được gọi là các mô hình tuyến tính thông minh piecewise-linear models.

Đặc tuyến vol-ampere của diode được xấp xỉ bằng một chuỗi các đoạn thẳng Bốn

sơ đồ tương đương của diode ở chế độ 1 chiều được chỉ ra như hình vẽ:

Với mỗi hình vẽ, hình phía trên là sơ đồ tương đương, đồ thị phía dưới làđặc tuyến vol-ampere tương ứng Trong mỗi đồ thị, đường nét đứt là đường củadiode thực, đường nét đậm là đặc tuyến tạo ra được của các sơ đồ tương đương

Hình (a) là sơ đồ tương đương đơn giản nhất cho diode bán dẫn gọi là

diode lý tưởng Khi v D>0 thì diode cho dòng điện đi qua hoàn toàn Diode coi như

bị ngắn mạch Khi v D<0 thì diode ngăn không cho dòng điện đi qua Diode coi như

bị hở mạch Hình biểu diễn của diode lý tưởng giống như diode bán dẫn nhưng cóthêm chữ Ideal (lý tưởng) ở phía trên

Hình (b) là một sơ đồ tương đương chính xác hơn Điện trở Rth cho phépđiện áp phân cực thuận nhận giá trị khác 0.Giá trị của Rth nằm trong khoảng 1 đến50Ω

Hình (c) một nguồn điện 1 chiều V0 mắc nối tiếp với điện trở sẽ làm chođặc tuyến vol-ampere gần với đặc tuyến thực hơn Giá trị của V0 nằm trongkhoảng 0.4 đến 0.7V

Từ sơ đồ tương đương hình (c) ta có:

th D

V = 0 + (khi V D >V0)

Hình (d) là sơ đồ tương đương cho vùng đánh thủng Zener.Giá trị của

nguồn 1 chiều đúng bằng điện áp đánh thủng VBR

b Sơ đồ tương đương ở chế độ xoay chiều:

Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều xây dựng ở phần trước thường đượcdùng để tính toán điểm làm việc DC của diode bán dẫn

• Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số thấp

Ở đây, ta sẽ xem xét các mạch tín hiệu nhỏ, tức là tín hiệu có biên độ là nhỏ

so với điện áp và dòng điện 1 chiều tại điểm làm việc Khi tín hiệu nhỏ, chỉ cần

mô hình tương đương tuyến tính là phù hợp Khi các thành phần tần số của tínhiệu là thấp, chúng ta có thể bỏ qua tác động điện dung trong diode

Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ chỉ là mộtđiện trở động r được xác định như hình vẽ

Chú ý giá trị điện trở động chỉ phụ thuộc vào điểm làm việc 1 chiều (I D) và

nhiệt độ (V T)

• Sơ đồ tương đương ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao

Khi ở tần số cao, diode sẽ tạo ra giá trị điện dung tác động lên tín hiệu Vìvậy, mô hình cuối cùng mà ta tìm hiểu sẽ cho thấy tác động của diode lên các tín

Hình (a) là sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ,tần số cao khi phân cực ngược.

Hình (b) là sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ,tần số cao khi phân cực thuận

+ T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành

dòng xoay chiều có biên độ thay đổi

+ D1 là diode, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng

xoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1chiều

Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều

Bài giảng số 3

Thời lượng: 4 tiết.

Tóm tắt nội dung

Các ứng dụng của diode bao gồm:

Mạch chỉnh lưu: mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, hai nửa chu kỳ

và chỉnh lưu cầu.

Mạch ghim: mạch ghim trên nối tiếp, mạch ghim dưới nối tiếp.

+ Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U2 là

điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U 2)

2 0 2

0 2

_

2

)2cos(

2)

sin(

2

1

U

U f

ft T

U dt

t U

D1 V1

220 V

50 Hz 0Deg

R1

T1

Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn

• Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ:

D1 V1

220 V

50 Hz 0Deg

R1 10k Ω

+ T1 là biến áp có điểm đất chung ở giữa Hai điện áp ra U21 và U22

sẽ ngược pha nhau

+ Hai diode D1 và D2 phối hợp với nhau đảm bảo điện áp ra tồn tạitrong cả hai chu kỳ

Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều

Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toántrên 1 chu kỳ từ 0 đến T Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn

 0 < t < T/2:

U21>0 => Diode 1 phân cực thuận

U22<0 => Diode 2 phân cực ngược

 T/2 < t < T:

U21<0 => Diode 1 phân cực ngược

U22>0 => Diode 2 phân cực thuận

Nhận xét:

+ Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnhlưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều Điện áp ra tồn tại trong cả hainửa chu kỳ Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ

+ Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U21 và

U22 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U 2) Dễ thấy giá trị trung bìnhcủa điện áp ra trong mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh lưu

1 nửa chu kỳ, vậy U _0 =0 U.9 2

+ Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp ra, thường sử dụng hệ sốgợn sóng được định nghĩa đối với thành phần sóng bậc n:

0

U

U

n = với Unm là biên độ sóng có tần số n.ω, U0 là thành phần điện áp 1

chiều trên tải Đối với mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ta có: q 1 = 0.67

+ Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổnđịnh Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định Để làmcho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau:

=> U0=U21

=> U0=U22

D1 V1

220 V

50 Hz 0Deg

R1 T1 U

• Mạch ghim trên nối tiếp:

Mạch ghim trên là mạch giữ cho điện áp ra không vượt quá một giá trịngưỡng E Khi điện áp vào nhỏ hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào Khi điện

áp vào lớn hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E

Sơ đồ mạch ghim trên nối tiếp được biểu diễn trên hình vẽ:

+ D1 là diode

Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy:

+ Điện áp vào U1 đặt tới đầu Katốt của diode

+ Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Anốt của diode

Phân tích hoạt động của mạch:

• Mạch ghim dưới nối tiếp:

Mạch ghim dưới là mạch giữ cho điện áp ra không nhỏ hơn một giá trịngưỡng E Khi điện áp vào lớn hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào Khi điện ápvào nhỏ hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E

Sơ đồ mạch ghim trên nối tiếp được biểu diễn trên hình vẽ:

+ Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Katốt của diode.

Phân tích hoạt động của mạch:

2.7 Một số loại diode đặc biệt:

a Diode Zener:

Diode Zener là diode đặc biệt được chế tạo để hoạt động trong vùng đánhthủng Trong miền phân cực thuận, diode Zener hoạt động như một diode chỉnhlưu bình thường Trong miền phân cực ngược, khi điện áp phân cực ngược đạt tớigiá trị điện áp đánh thủng VD=VBR thì dòng điện ngược qua diode sẽ tăng mạnh vànhưng điện áp VD=const, nên diode Zener thường được sử dụng để ổn áp 1 chiều

b PhotoDiode (Diode thu quang):

PhotoDiode là thiết bị chuyển hóa quang năng thành điện năng PhotoDiodehoạt động ở chế độ phân cực ngược Các photon ánh sáng khi chiếu vàophotodiode sẽ tạo ra dòng điện phân cực ngược tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếuvào

c LED (Light Emitting Diode - Diode phát quang)

LED là diode bán dẫn đặc biệt có khả năng phát quang khi phân cực thuận.Cường độ sáng của diode tỷ lệ với dòng phân cực thuận LED thường được sử

điện, giá trị điện dung của tụ điện thay đổi theo giá trị điện áp phân cực ngược.Diode biến dung thường được ứng dụng trong các mạch cộng hưởng chọn tần:Mạch điều chỉnh tần số tự động - AFC (Automatic frequency Controller) hayVCO (Voltage-Controlled Oscillator).

e Schottky Diode:

Schottky Diode được cấu thành từ lớp tiếp xúc giữa lớp bán dẫn và lớp kimloại Dạng đặc tuyến của Schottky Diode giống với diode bán dẫn nhưng có 2điểm khác như sau:

+ Thời gian chuyển mạch từ phân cực thuận sang phân cực ngược củaSchottky Diode là rất ngắn so với diode bán dẫn

+ Dòng điện phân cực thuận cho cùng 1 điện áp của Schottky Diode lớnhơn so với diode bán dẫn

Nhờ những đặc điểm trên, Schottky Diode thường được ứng dụng trong cácchuyển mạch có thời gian chuyển đổi nhanh

2.8 Bài tập.

Bài 2.1: Cho mạch điện như hình vẽ:

Giả thiết diode là lý tưởng Cho U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua gốctọa độ, có biên độ ±6V, chu kỳ T=30ms Biết E=+2V

a Phân tích hoạt động của mạch và xác định dạng đặc tuyến truyền đạt củamạch U2(U1)

b Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) phù hợp với dạng tín hiệu vào U1(t)

c Tính các tham số của điện áp ra U2(t)

Giả thiết các diode là lý tưởng Biết E1=2V, E2=-3V Cho điện áp vào U1(t)

là điện áp tam giác đối xứng qua trục tung, có biên độ ±5V, chu kỳ T=20ms ChoR=1KΩ

a Phân tích hoạt động của mạch và xác định dạng đặc tuyến truyền đạt củamạch U2(U1)

b Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) phù hợp với dạng tín hiệu vào U1(t)

c Tính các tham số của điện áp ra U2(t)

Bài 2.3: Mạch điện trong hình vẽ sau được dùng để xấp xỉ tín hiệu hình sin

bằng một điện áp tam giác kiểu dùng đường gãy khúc

a Phân tích hoạt động của mạch

b Cho U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua gốc có biên độ ±6V,

R1=R2=4R3=4R4, E1=±3V Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) theo thời gian phù hợp với tínhiệu vào

Bài 2.4: Sử dụng điện trở, diode, nguồn 1 chiều để thực hiện mạch có đặc

tuyến vol-ampere như sau:

3.1 Cấu tạo:

Transistor lưỡng cực cấu tạo gồm các miền bán dẫn pha tạp p và n xen kẽ

nhau, tùy theo trình tự sắp xếp các miền p và n mà ta có hai loại cấu trúc điển hình

và hai tiếp giáp:

+ tiếp giáp pn giữa Emitter và Base gọi là JE.+ tiếp giáp pn giữa Collector và Base gọi là JC

Về mặt cấu trúc, có thể coi transistor như hai diode mắc đối nhau như hình

vẽ Nhưng điều này không có nghĩa là cứ mắc hai diode như hình là có thể thựchiện chức năng của transistor

Dòng điện và điện áp trên các cực của transistor:

3.2 Nguyên lý hoạt động:

Transistor có 2 tiếp giáp pn, mỗi tiếp giáp pn có 2 khả năng hoặc phân cựcthuận hoặc phân cực ngược Kết hợp lại, ta có thể có 4 trường hợp hoạt động củatransistor như sau:

Phân cực ngược Phân cực ngược Miền cắt Khóa

Phân cực thuận Phân cực ngược Miền tích cực Khuếch đại

Phân cực thuận Phân cực thuận Miền bão hòa Khóa

Phân cực ngược Phân cực thuận Tích cực ngược

Để transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại, JE phân cực thuận và JC phâncực ngược Sự tác động qua lại của 3 lớp bán dẫn trong transistor tạo ra những liên

hệ cơ bản trong transistor như sau:

+

=

111

+

=

+

=β

βα

βα

C C

2 12 1 11 2 1 1

),(

),(

I r I r I I f U

I r I r I I f U

=>  =  2

1 22 21

12 11 2

I

I r r

r r U

2 12 1 11 2 1 1

),(

),(

U g U g U U f I

U g U g U U f I

=>  =  2

1 22 21

12 11 2

U

U g g

g I

2 12 1 11 2 1 1

),(

),(

U h I h U I f I

U h I h U I f U

=>  =  2

1 22 21

12 11 2

U

I h h

h I

U

Đặc tuyến tĩnh là đồ thị mô tả quan hệ của hai đại lượng ở chế độ mộtchiều Trong trường hợp tổng quát, ta có 4 họ đặc tuyến tĩnh như sau:

const U I f

U1 = ( 1) 2=

+ Đặc tuyến phản hồi:

const I U f

U1 = ( 2) 1=

+ Đặc tuyến truyền đạt:

const U I f

I2 = ( 1) 2=

+ Đặc tuyến ra:

const I U f

I2 = ( 2) 1=

3.4 Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor:

Khi sử dụng, về nguyên tắc có thể dùng 2 trong 3 cực của transistor làmđầu vào và cực thứ 3 còn lại cùng với 1 cực đầu vào làm đầu ra Như vậy, có tất cả

6 cách mắc khác nhau Nhưng dù mắc thế nào cũng cần có 1 cực chung cho cả đầu

ra và đầu vào Trong 6 cách mắc đó, chỉ có 3 cách mắc là transistor có thể khuếchđại công suất đó là cách mắc chung Emitter (EC), chung Base (BC) và chungCollector (CC) Ba cách mắc còn lại không có ứng dụng trong thực tế Sau đây ta

sẽ xem xét từng cách mắc, đặc tuyến vào ra tương ứng

a Mạch chung Emitter (EC):

Trong cách mắc E chung, cực E được lấy làm cực chung cho đầu vào vàđầu ra Điện áp vào là UBE, điện áp ra là UCE Dòng điện vào là dòng IB, dòng điện

ra là dòng IC

• Đặc tuyến vào: I B = f(U BE)U CE=const

Mắc Collector chung.

Từ hình vẽ, ta thấy đặc tuyến vào của transistor mắc EC giống như đặctuyến của diode phân cực thuận, vì dòng IB trong trường hợp này chính là 1 phầncủa dòng IE chảy qua chuyển tiếp JE phân cực thuận.

Với UBE=const, khi UCE càng lớn thì IB càng nhỏ và ngược lại

• Đặc tuyến ra: I C = f(U CE)I B=const

Từ họ đặc tuyến ra, ta có nhận xét:

+ Khi điện áp UCE nhỏ, độ dốc của đặc tuyến là khá lớn Quan hệgiữa IC và UCE gần như là đường thẳng

+ Khi UCE lớn hơn 2V, dòng điện IC gần như không phụ thuộc vào

UCE Trong vùng này, giá trị của IC bằng khoảng 100 lần IB

Đối với transistor mắc EC, miền tích cực là miền có JE phân cực thuận, JCphân cực ngược JE phân cực thuận tương ứng với UBE>0, từ đặc tuyến vào ta thấykhi UBE>0 thì IB>0 JC phân cực ngược ứng với UBC<0 Miền tích cực được giớihạn bởi đường IB=0 và UBC=0

Khi IB<0, JE phân cực ngược Như vậy, vùng nằm dưới đường IB=0 có cả

Vì tiếp giáp JE luôn phân cực thuận nên đặc tuyến vào của transistor mắc Bchung cơ bản giống với đặc tuyến của diode phân cực thuận IE chính là dòng điệnqua diode, UEB chính là điện áp trên diode.

So với cách mắc EC, ta thấy dòng điện vào IE ở đây lớn hơn rất nhiều (đơn

vị là mA)

Từ hình vẽ, ta thấy với UEB=const, dòng điện IE sẽ càng lớn khi UCB cànglớn và ngược lại

• Đặc tuyến ra: I C = f(U CB)I E=const

Từ đặc tuyến ra ta thấy, với IE cố định, IC gần bằng IE và gần như không phụthuộc vào điện áp ra UCB Điều này có thể dễ thấy từ công thức: I C =α.I E

với α ≈ 1

c Mạch chung Collector: