BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Chơng 1: mở đầu Kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng nhiều ngành công nghệ, sở cho tất phần cứng kỹ thuật điện, máy tính lĩnh vực điện-điện tử khác kỹ thuật tơng tự kỹ thuật số Tất lĩnh vực nh: thông tin liên lạc, viễn thông, điều khiển, thiên văn, vũ trụ, quản lý lợng, xử lý tín hiệu, khoa học vật liệu, cần đến điện tử Trong ngành kỹ thuật khí, điện tử đóng vai trò chủ chốt việc điều khiển trình sản xuất, kiểm tra, đo lờng, hệ thống khí thông minh, robot, khí xác, Trong y học, thiết bị điện tử sử dụng chẩn đoán, phẫu thuật, theo dõi, điều trị, tổng hợp DNA, thay phận thể, Công nghệ nano kết hợp điện tử với công nghệ phân tử thâm nhập sâu vào tế bào nhỏ lĩnh vực công nghệ khác Do tầm quan trọng kỹ thuật điện tử mà đợc nghiên cứu rộng rãi nhiều ngành khoa học khác Nghiên cứu kỹ thuật điện tử mở rộng phát triển lý thuyết mạch tuyến tính phi tuyến Mạch tuyến tính gồm phần tử tuyến tính có tham số không đổi không sinh tần số trình làm việc Mạch tuyến tính bao gồm phần tử nh: điện trở, tụ điện, cuộn dây nguồn tuyến tính Mạch phi tuyến gồm phần tử phi tuyến nh: điốt, tranzito, thyristor, Thiết kế phân tích mạch phi tuyến yêu cầu công cụ toán kiến thức khác so với mạch tuyến tính Mạch điện tử lại thờng bao gồm mạch tuyến tính phi tuyến, nhiều trờng hợp phân tích thiết kế áp dụng phơng pháp thay tơng đơng sơ đồ tuyến tính đơn giản Một số linh kiện phi tuyến vùng làm việc cụ thể lại coi nh phần tử tuyến tính Nh lý thuyết mạch tuyến tính sở quan trọng thiếu đợc kỹ thuật điện tử Để hiểu thấu đáo môn học này, trớc hết cần phải nắm kiến thức phần tử tuyến tính, mạch tuyến tính, định luật nh định luật Kirchhoff, sơ đồ tơng đơng Thévenin Norton, phân dòng phân áp, mạch RLC, nguồn áp nguồn dòng, 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Khái niệm trở kháng dẫn nạp mạch điện I Trở kháng (Impedance) Trở kháng mạch điện đại lợng đo mức độ cản trở dòng điện chạy mạch Ký hiệu trở kháng Z, đơn vị Ohm () Trở kháng sử dụng cho mạch dòng điện xoay chiều, chứa thêm thông tin pha Trở kháng tổng quát số phức: Z = R + jX = z.e j (1-1) Môđun trở kháng: z = Z = R2 + X (1-2) ácgumen trở kháng: X = arctg , R (1-3) biểu góc lệch pha điện áp dòng điện mạch Thành phần thực R điện trở (Resistance) đặc trng cho tiêu hao lợng mạch điện, thành phần ảo X điện kháng (Reactance) đặc trng cho tích luỹ lợng mạch điện Đối với dòng điện chiều chế độ xác lập, tụ điện coi nh hở mạch có trở kháng vô Cuộn dây điện cảm có điện trở dây dẫn không đáng kể coi nh ngắn mạch, trở kháng không Khái niệm trở kháng có ý nghĩa trình độ mạch điện Đối với dòng điện xoay chiều Điện trở R (Resistor) có trở kháng thực, trở, gọi điện trở thuần: ZR = R (1-4) Quan hệ dòng áp theo định luật Ohm: U R = Z R I = R.I , (1-5) với UR điện áp điện trở, I dòng điện chạy qua điện trở Điện áp điện trở pha với dòng điện Công suất tiêu thụ điện trở: P = U R I = R.I = U R2 , R (1-6) đơn vị P W Năng lợng tiêu thụ khoảng thời gian t = t - t2: t2 WR = u (t ).i (t ) dt (1-7) t1 Đối với dòng điện xoay chiều hình sin: WR = P.t (1-8) đơn vị WR J (Joules) Tụ điện(Capacitor), điện dung C làm việc với dòng điện xoay chiều, tần số góc có trở kháng là: ZC = 1 = jX C , X C = jC C (1-9) có thành phần ảo, kháng mang tính chất dung kháng đợc gọi dung Quan hệ dòng áp theo định luật Ohm: U C = Z C I = I = jX C.I , jC (1- 10) UC điện áp đặt lên tụ, I dòng điện chạy qua tụ Điện áp tụ chậm pha so với dòng điện 900 Về lợng, tụ điện tích luỹ dới dạng điện trờng: WE = C.U C , (1- 11) đơn vị WE J (Joules) Công suất tiêu thụ tụ công suất phản kháng có dòng điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng I chạy qua: Q C = U C I = X C I , (112) đơn vị QC var Cuộn dây (Inductor), điện cảm L làm việc với dòng điện xoay chiều, tần số góc có trở kháng là: Z L = jL = jX L , X L = L (113) kháng mang tính cảm kháng gọi cảm Quan hệ dòng áp theo định luật Ohm: U L = Z L I = jL.I = jX L I , (114) UL điện áp cuộn dây, I dòng điện chạy qua cuộn dây Điện áp cuộn dây nhanh pha so với dòng điện 90 Về lợng, cuộn dây tích luỹ dới dạng từ trờng: WM = L.I , (1- 15) đơn vị WM J (Joules) Công suất tiêu thụ cuộn dây công suất phản kháng có dòng điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng I chạy qua: QL= ULI = X LI , (116) đơn vị QL var Trên tham số cuộn dây lý tởng Trong thực tế có thành phần điện trở dây R L nên trở kháng cuộn dây gồm hai thành phần nối tiếp: Z L = RL + jL = RL + jX L (117) Thành phần RL gây tổn hao nhiệt, giảm đặc tính cảm ứng cuộn dây ảnh hởng đợc đánh giá thông qua hệ số phẩm chất Q: Q= L RL (1- 18) Q lớn cuộn dây gần lý tởng II Dẫn nạp (Admittance) Giá trị nghịch đảo trở kháng dẫn nạp: Y= = G + jB = y.e j Z (1- 19) Môđun dẫn nạp: y = Y = G2 + B2 (1- 20) (-) ácgumen dẫn nạp Thành phần thực G điện dẫn (Conductance), thành phần ảo B điện nạp (Susceptance) Đơn vị dẫn nạp S (Siemens) Mho Dẫn nạp điện trở thuần: YR = 21) R Dẫn nạp tụ điện dung: YC = jC 22) (1- (1- Dẫn nạp cuộn dây cảm: YL = 1 =j jL L (1- 23) 1.1.2 Khái niệm nguồn điện Có nhiều cách ký hiệu cho nguồn khác Trên hình 1-1 cách ký hiệu thông dụng tài liệu nh phần mềm ứng dụng Hình 1-1 Ký hiệu nguồn điện Trờng hợp biết quy luật dạng nguồn, ký hiệu nguồn có thêm dạng cụ thể nguồn Hình 1-2 số ký hiệu nguồn điện Workbech Các hình 1-2a,b nguồn độc lập hình 1-2c,d,e,f nguồn phụ thuộc a) I3 V1 1A 1kHz 0Deg 1V 1kHz 0Deg b) 11 c) V2 Mho d) V3 e) I2 A/A V/V f) Hình 1-2 Các ký hiệu cụ thể nguồn điện Hình 1-2a nguồn dòng xoay chiều: ký hiệu 13, trị hiệu dụng 1A, tần số 1kHz, pha ban đầu 00 Hình 1-2b nguồn áp xoay chiều: ký hiệu V1, trị hiệu dụng 1V, tần số 1kHz, pha ban đầu 00 Hình 1-2c nguồn dòng điều khiển dòng điện: ký hiệu 11, hệ số truyền đạt 1A/A Hình 1-2d nguồn dòng điều khiển điện áp: ký hiệu 12, điện dẫn truyền (hỗ dẫn) Mho Hình 1-2e nguồn áp điều khiển dòng điện: ký hiệu V2, điện trở truyền Hình 1-2f nguồn áp điều khiển điện áp: ký hiệu V3, hệ số truyền đạt 1V/V Nguồn lý tởng điện trở nguồn: nguồn áp có điện trở nguồn 0, nguồn dòng có điện trở nguồn vô Trong thực tế, nguồn điện có điện trở nguồn hữu hạn (hình 1-3) Hình 1-3 Nguồn điện thực tế Điện áp nguồn un nguồn áp đợc xác định điện áp đo đợc hai cực xx hở mạch, điện trở nguồn R n(trờng hợp tổng quát trở kháng Zn)là điện trở hai đầu xx ngắn mạch u n (un= 0) Dòng điện nguồn in nguồn dòng đợc xác định dòng điện ngắn mạch xx, Rn điện trở xx hở mạch in (in= 0) Một nguồn điện tuyến tính đợc biểu diễn dới dạng nguồn áp nguồn dòng có điện trở nguồn R n và: in = un Rn (1- 24) 1.1.3 Khái niệm Bus điện áp Một mạch điện thờng gồm nhiều nguồn áp cố định, cung cấp nguồn lợng điện cần thiết cho phần tử mạch làm việc thông qua bus điện áp nh hình 1-4 Các nguồn áp chiều sơ đồ đợc nối nút cấp nguồn với đất Hình 1-4 Bus điện áp mạch điện Trong sơ đồ hình 1-4, theo Định luật Kirchhoff điện áp (mục 1.2.1) ta viết: UA= u1 + u2 UA- UB= u3 + u4 Các điện áp UA UB dấu trái dấu, trị số khác Ví dụ thực tế, điện áp cấp cho mạch IC khuếch đại thuật toán thờng điện áp đối xứng: trái dấu có trị số 5v, 15v, Đất (GND-Ground) đợc quy ớc điện áp 0v so với tất điểm mạch điện Một thiết bị điện tử có nhiều khối chức có nhiều đất khác nhau, điểm đất có điện áp khác so với toàn điểm mạch thiết bị 1.1.4 Khái niệm đặc tính Vôn Ampe Đặc tính V-A phần tử mạch quan hệ dòng điện chạy qua phần tử điện áp đặt vào hai đầu phần tử Đồ thị biểu diễn đặc tính V-A tập hợp tất điểm làm việc phần tử Ví dụ điện trở R có đặc tính V-A theo Định luật Ohm: i = u/R đờng thẳng có độ dốc: (di/dt) = (1/R), đợc biểu diễn hình 1-5 iR Độ dốc 1/R uR Hình 1-5 Đặc tính V-A điện trở 1.2 Một số định luật phơng pháp tính toán mạch điện 1.2.1 Các Định luật Kirchhoff Các Định luật Kirchhoff nguyên tắc vật lý phản ánh mối quan hệ điện áp dòng điện mạch điện tuyến tính phi tuyến 1.Định luật điện áp: Tổng điện áp mạch vòng khép kín không 2.Định luật dòng điện: Tổng dòng điện chạy qua nút mạch không Theo Định luật điện áp, tổng điện áp nhánh mạch điện có nút đầu nút cuối nh Ví dụ hình 1-6 ta có: u0 = u1+ u2 u0 = u3+u4+u5 nên: u1+ u2= u3+u4+u5 Theo Định luật dòng điện, tổng dòng điện vào nút tổng dòng điện khỏi nút Ví dụ hình 1.6 ta có: i0=i1+i3 (nút X) i1=i2 (nút Y) i3=i4=i5 (nút A nút B) Hình 1-6 Mạch điện áp dụng Định luật Kirchhoff 1.2.2 Nguyên lý xếp chồng mạch điện tuyến tính Một phần tử mạch mạch điện tuyến tính, có đặc tính V-A đợc biểu diễn dới dạng: u = ai1+ bi2 (125) hoặc: i = cu1+ du2, (1-26) a, b, c, d số Trong số trờng hợp hệ số thuật toán tuyến tính nh vi, tích phân: u=a di1 + b i2 dt dt (1- 27) Các phần tử mạch mạch điện tuyến tính chịu tác động nhiều nguồn, tuân theo nguyên lý xếp chồng Nguyên lý xếp chồng: Đáp ứng mạch phần tử mạch tuyến tính nhiều nguồn tác động tổng đáp ứng thành phần nguồn tác động riêng rẽ đợc tính điều kiện nguồn khác không Ví dụ tính ux sơ đồ hình 1- theo nguyên lý xếp chồng: ux = u1x+ u2x+ u3x Hình 1- Tính ux theo nguyên lý xếp chồng Khi tính đáp ứng điện áp R 2, tính lần lợt điện áp u1x, u2x, u3x nguồn i0, u1, u2 tác động riêng rẽ lên R2 1.2.3 Các mạch phân áp phân dòng Các phân tích sau cụ thể cho mạch điện trở, trờng hợp tổng quát áp dụng cho trở kháng nguồn tuyến tính I.Mạch phân áp Mạch phân áp đợc sử dụng nhiều mạch điện tử, sử dụng để chia số điện áp có giá trị khác từ nguồn áp chung Hình 1-13 Mạch phân áp sử dụng hai điện trở thì: Mạch đơn giản sử dụng hai điện trở hình 1-13 Khi i x = 0, i1 = i2 = 31) u0 R1 + R2 (1- Các điện áp phân điện trở: u1 = i1 R1 = R1 u0 , R1 + R2 (1- u2 = i2 R2 = R2 u0 , R1 + R2 (1- 32) 33) tỷ lệ thuận với giá trị điện trở thành phần Trờng hợp phân nhiều điện áp cách mắc nối tiếp nhiều điện trở, điện áp đợc xác định tơng tự, giá trị điện áp điện trở tỷ lệ thuận với giá trị điện trở Các công thức tính toán điện áp thành phần mạch phân áp nh ix = áp dụng cho trờng hợp phân nhiều điện áp có dòng điện phần tử điện trở II.Mạch phân dòng Đối ngẫu với mạch phân áp mạch phân dòng, sử dụng để phân nhiều dòng điện từ nguồn dòng điện Mạch đơn giản phân hai hình 1-14 Hình 1-14 Mạch phân dòng sử dụng hai điện trở Dòng điện i1 chạy qua nhánh R1, i2 chạy qua nhánh R2 i1= i0 - i2 Điện áp điện trở nh u0 nên: i1R1= i2R2 Các dòng điện phân nhánh: R1 R2 R2 R1 i1= i0- i1 R = R + R i0 , 2 (1- 34) i2= i0- i2 R = R + R i0 , 1 (1- 35) tỷ lệ nghịch với giá trị điện trở nhánh 1.2.4 Các mạch điện tơng đơng Thévenin Norton I Mạch điện tơng đơng Thévenin Một phần mạch điện tuyến tính có hai cực đầu bao gồm điện trở nguồn tuyến tính gọi mạch điện trở, đợc thay nguồn áp Thévenin tơng đơng đơn giản gồm nguồn áp đơn nối tiếp với điện trở nh hình 1-8 Hình 1- Mạch tơng đơng Thévenin Điện áp utđ biểu diễn tất nguồn cố định mạch thực tế, Rtđ biểu diễn tất điện trở hệ số nguồn phụ thuộc mạch thực tế Giá trị u tđ điện áp hai cực đầu xx hở mạch tải, R tđ điện trở tơng đơng hai đầu xx 10 Trên sơ đồ hình 5-29, mạch phân cực đầu vào đợc thay nguồn áp UBB,RB; tranzito đợc mắc theo kiểu côlêctơ chung (lặp lại điện áp) có trở kháng nhỏ để phối hợp trở kháng với tải có trị số nhỏ Do điểm làm việc đợc chọn vùng tích cực mà thành phần phân cực UCEQ tranzito 1/2 giá trị điện áp nguồn chiều E nên thành phần chiều tải 1/2 giá trị E Nếu điện áp vào hình sin: u v= Uosint tham số mạch nh sau: 1.Điện áp tổng cộng tải uT = E + U o sin t (5- 57) 2.Dòng điện tải iT = U E + o sin t 2.Rt Rt (5- 58) 3.Công suất tải U o2 E U o E pT = uT iT = + sin t + sin t 4.Rt Rt Rt (5- 59) Giá trị trung bình công suất: < pT >= U2 E2 + + o =< PT > P / C + < PT > t / h 4.Rt 2.Rt (5- 60) gồm hai thành phần: trung bình phân cực trung bình tín hiệu 4.Điện áp côlêctơ uCE = E uT = E U o sin t (5- 61) 5.Công suất tiêu tán côlêctơ PQ u CE iC = u CE iT = E U o2 sin t 4.Rt Rt (5- 62) < PQ >= U2 E2 o 4.Rt 2.Rt (5- 63) 6.Công suất tiêu thụ từ nguồn chiều Po = E.( U E + o sin t ) 2.Rt Rt (5- 64) 105 < Po >= E2 2.Rt (5- 65) 7.Hiệu suất mạch U o2 < PT > t / h 2.Rt U o2 = = = < Po > E E 2.Rt (5- 66) Hiệu suất phụ thuộc vào biên độ tín hiệu vào, giá trị cực đại mà đạt đợc tơng ứng với giá trị cực đại có U o Biên độ di chuyển cực đại điểm làm việc đờng tải làm việc với tín hiệu khoảng cách từ vùng tích cực đến điểm biên bão hoà đến điểm biên cắt dòng, tơng ứng với điện áp biến đổi từ U CEQ đến UCbh đến E Có nghĩa là: Uomax max E ( )2 = 2 100% = 100% = 25% E E Hiệu suất cực đại: (5- 67) 5.4.3 Mạch khuếch đại công suất chế độ B (không biến áp) Trong chế độ B, tranzito không đợc phân cực ban đầu nên làm việc có tín hiệu vào Để tín hiệu tải tồn hai nửa chu kỳ mạch phải ghép hai tranzito khác loại (Q 1là loại NPN, Q2là loại PNP) làm việc chế độ đẩy- kéo: tranzito luân phiên làm việc nửa chu kỳ +E uv + ut - Hình 5-30 Mạch KĐCS chế độ B 106 -E Các tranzito sơ đồ đợc mắc theo kiểu côlêctơ chung, điện áp tải lặp lại điện áp vào: u t uv Chọn điểm làm việc ban đầu chế độ B nên cha có tín hiệu vào, tranzito không làm việc, điện áp chiều Rt không Nguyên lý đợc phân tích qua đặc tuyến truyền dẫn ghép hai tranzito hình 5-31 Để phân tích nguyên lý hoạt động mạch giả thiết tín hiệu vào hình sin: uv= Uosint (568) + Nửa chu kỳ dơng uv bazơ tranzito dơng êmitơ, tiếp giáp êmitơ JE1 Q1phân cực thuận, tiếp giáp JE2của Q2phân cực ngợc Tranzito Q2cắt dòng, Q1làm việc chế độ tích cực, tải tín hiệu tồn nửa chu kỳ tơng ứng với nửa dơng tín hiệu vào + Nửa chu kỳ âm uv, ngợc lại Q1cắt dòng, Q2làm việc chế độ tích cực, tải điện áp có nửa chu kỳ tơng ứng nửa chu kỳ âm uv iC1 it Méo phi tuyến uBE2 Q + uBE1 iC2 - t uv + t Hình 5-31 Đặc tính truyền dẫn mạch KĐCS chế độ B Nh hai nửa chu kỳ tín hiệu tải tồn tín hiệu, tham số nh sau: 107 1.Điện áp tải ut uv=Uosint 69) 2.Dòng điện tải it = (5- ut U o = sin t Rt Rt (5- 70) 3.Công suất tải Pt = u t it = < Pt >= U o2 sin t Rt U o2 2.Rt (5- 71) 4.Công suất tiêu thụ từ nguồn chiều Công suất tiêu thụ từ nguồn chiều mạch tổng công suất tiêu thụ hai tranzito nên cần tính cho tranzito tiêu thụ nửa chu kỳ: < Po1 >=< Po >= T T /2 E.it dt = T T /2 E Uo E.U o sin t.dt = Rt Rt (5- 72) < Po >= < Po1 >= E.U o Rt (5- 73) 5.Hiệu suất khuếch đại: B = 74) < Pt > U o2 / 2.Rt Uo = = < Po > E.U o / Rt E (5- Giá trị cực đại B đạt đợc Uo E là: B max = 100% = 78,5% (5- 75) Nh hiệu suất chế độ B đạt cực đại 78,5% công suất lại 21.5% tiêu tán tranzito 108 5.4.4 Mạch khuếch đại công suất chế độ AB (không biến áp) +E D1 D1 D2 D2 uv uv -E (a) (b) Hình 5-32 Mạch KĐCS chế độ AB Mạch sử dụng hai tranzito khác loại làm việc chế độ đẩy- kéo nh mạch chế độ B (hình 5-32) Phân cực cho tiếp giáp BE tranzito nhờ điện áp phân cực thuận hai điốt D 1và D2: UBE1+UEB2=UD1+UD2=2.Uf (576) Tín hiệu vào hình sin u v dơng, Q1 làm việc vùng tích cực với uR: uR= uv+ UD1- UBE1 = uv (577) Khi uv âm Q2 làm việc vùng tích cực: uR= uv- UD2+ UEB2 = uv (578) Các tham số sơ đồ hầu nh giống mạch chế độ B Do chọn chế độ AB nên méo phi tuyến nhỏ chế độ B Mạch KĐCS sử dụng nguồn nh hình 5-32b Tranzito Q3 vừa khuếch đại vừa kết hợp với R c , D1,D2 tạo phân cực cho Q Q2 Chế độ làm việc Q3 ảnh hởng trực tiếp đến chế độ làm việc Q1và Q2 ghép trực tiếp Tụ C dùng để ngăn cách thành phần chiều đầu khuếch đại với tải Khi có tụ C 2, đầu lại tải mắc vào cực nguồn chiều ý cực tính tụ sử dụng tụ hoá Mạch KĐCS làm việc chế độ tín hiệu lớn có công suất tổn hao trazito lớn Để tiêu tán nhanh lợng nhiệt tranzito 109 thực tế mạch công suất lớn, tranzito phải đợc làm mát cách gắn thêm cánh toả nhiệt quạt Đối với mạch KĐCS lớn tranzito đợc ghép phức hợp +E IC IB IE uv -E hay gọi ghép Darlington: Hình 5-33 Mạch KĐCS ghép Darlington Khi ghép phức hợp hệ số khuếch đại dòng điện tăng: Ic=Ic1+Ic2=F1.IB1+F2.(1+F1)IB1 (Ic/IB1) = F1+F2(1+F1) (5- 79) hệ số khuếch đại công suất tăng Trong mạch KĐCS ghép phức hợp cặp (Q 1,Q2) (Q3,Q4) làm việc đẩy- kéo; Q5 vừa khuếch đại vừa kết hợp với R c,D1,D2,D3 phân cực cho tranzito công suất, chế độ làm việc Q ảnh hởng trực tiếp đến chế độ làm việc tầng KĐCS ghép trực tiếp 5.5 Mạch khuếch đại thuật toán 5.5.1 Khái niệm chung: Mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT) mạch khuếch đại ghép trực tiếp có đầu vào vi sai KĐTT có đặc tính phi tuyến nhng nhiều trờng hợp làm việc nh phần tử tuyến tính sử dụng phơng pháp tính toán mạch tuyến tính để phân tích thiết kế mạch Mạch KĐTT thực đợc nhiều chức nh thực hàm xử lý tín hiệu, khuếch đại, lọc tơng tự, đệm, chỉnh lu, tách ngỡng, chuyển mạch xung sốnên gọi mạch đa 110 KĐTT thờng đợc chế tạo đồng thời từ nhiều phần tử mạch nh tranzito điện trở phiến đế gọi chíp mạch tích hợp (IC) Cấu trúc điển hình bên KĐTT gồm tầng: đầu vào vi sai, tầng khuếch đại trung gian tầng mạch KĐCS +E up un + uRA - -E Tầng đầu vào Tầng KĐ Tầng Trung gian dịch mức Tầng Hình 5-34 Sơ đồ cấu trúc bên KĐTT Phân cực cho tầng đầu vào tầng trung gian sử dụng nguồn dòng gơng dòng Tầng dịch mức để bù trừ chênh lệch thành phần chiều ghép trực tiếp gây Tầng KĐCS đảm bảo công suất dòng tải lớn Nguồn cấp chiều thờng đối xứng E, nhng làm việc đợc với nguồn Các phần tử tích cực sử dụng KĐTT năm 1960 BJT Công nghệ MOSFET phát triển, KĐTT đợc chế tạo kết hợp đồng thời BJT FET (BiFET) có trở kháng vào cao FET tầng đầu vào có hệ số khuếch đại lớn BJT tầng khuếch đại trung gian Đặc biệt với công nghệ CMOS tạo đồng thời FET kênh dẫn N kênh dẫn P IC làm cho tính chất KĐTT tối u Đặc tính quan trọng KĐTT hệ số khuếch đại lớn (A >10 ), trở kháng vào lớn(Rv >106), trở kháng nhỏ (Rr [...]... Dẫn điện tốt, độ dẫn điện giảm khi nhiệt độ tăng do xáo động nhiệt làm tăng va chạm của các điện tử Phần tử mang điện đơn (chỉ có điện tử) Mật độ các phần tử mang điện lớn (theo bậc Avogardro) Bán dẫn Cấu trúc tinh thể Dẫn điện khá, độ dẫn điện tăng khi nhiệt độ tăng do quá trình tạo cặp điện tử lỗ trống tăng bởi nhiệt năng Phần tử mang điện lỡng cực (gồm cả điện tử và lỗ trống) Mật độ các phần tử mang... chuyển động của điện tử nhng có chiều ngợc với chiều chuyển động của điện tử Chuyển động này đợc gọi là chuyển động của lỗ trống Lỗ trống và điện tử trong chất bán dẫn đều đợc gọi là các phần tử mang điện Lỗ trống có điện lợng bằng điện tử, trái dấu với điện tử Quá trình điện tử nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn gọi là tạo cặp điện tử và lỗ trống Quá trình tạo cặp càng nhiều thì độ dẫn điện của chất... phần tử mang điện là lỗ trống và điện tử I Mật độ dòng điện trôi Dòng trôi là quá trình vật lý cơ bản theo Định luật Ohm Khi đặt điện áp ngoài lên khối bán dẫn, điện trờng sinh ra trong nó có tác dụng tăng tốc cho các điện tử tự do Trong quá trình chuyển động, các điện tử có thể bị va chạm vào các ion cố định tại các nút mạng làm tốc độ của nó giảm đi nên tốc độ trôi của điện tử ngoài phụ thuộc vào điện. .. của điện tử àe trong chất bán dẫn: ve= - àeE (2.5) Dấu trừ trong biểu thức biểu thị chiều chuyển động của các điện tử ngợc chiều với điện trờng Dòng điện trôi của các điện tử bằng tổng số các điện tích qua tiết diện A, quãng đờng dx của khối bán dẫn trong một đơn vị thời gian: 20 i= (qn)( Adx ) = qnve A = qnàe EA , dx / ve (2.6) trong đó n là nồng độ các điện tử trong chất bán dẫn, q là điện lợng điện. .. Các điện tử tự do đợc trờng phân cực ngợc tăng tốc lớn va chạm vào các nguyên tử trung hoà tạo ra cặp các điện tử và lỗ trống mới, tăng thêm các phần tử mang điện, quá trình dồn dập nh thác lũ (avalanche) - Hiệu ứng zener: Do nồng độ các phần tử mang điện pha tạp cao, độ rộng lớp nghèo thu hẹp lại, điện áp phân cực ngợc đạt đến giá trị có thể xảy ra hiện tợng xuyên hầm (tunnel) lợng tử, các điện tử. .. Mã hoá dơng có mức điện áp cao (H) tơng ứng với số 1, mức điện áp thấp (L) tơng ứng với số 0 Mã hoá âm thì ngợc lại u(t) 1 0 1 0 0 1 0 1 t Hình 1-17 tín hiệu số Hình 1-17 là một ví dụ tín hiệu số mã hoá dơng: 10100101 Mạch điện gia công, xử lý các tín hiệu số gọi là mạch điện kỹ thuật số (Digital circuits) Môn học kỹ thuật điện tử nghiên cứu những kiến thức cơ sở về các dụng cụ điện tử và ứng dụng cơ... điện tử bằng 1,6 x 10-19 coulomb Mật độ dòng trôi là dòng điện qua một đơn vị diện tích tiết diện: jtr = i = qnve = qnàe E = E A (2.7) là độ dẫn điện tử của chất bán dẫn Trong chất bán dẫn, cả điện tử (electron: e) và lỗ trống (hole: h) đều tham gia dẫn điện nên dòng trôi tổng cộng sẽ là: jtr = jtr e + jtr h = qnàe E + qpà h E (2.8) Dòng điện trôi của điện tử và lỗ trống đều dơng, cùng dấu với điện. .. điện trờng, tuy nhiên chuyển động của các điện tử ngợc chiều với chiều dơng của dòng điện II Mật độ dòng điện khuếch tán Dòng khuếch tán của các phần tử mang điện trong chất bán dẫn xuất hiện khi có chênh lệch về nồng độ, thoả mãn điều kiện trung hoà điện tích Trong kim loại vì chỉ có các điện tử mang điện tích âm nên nếu có chênh lệch nồng độ sẽ xuất hiện điện trờng nội bộ, sinh dòng trôi, san bằng... cân bằng điện tử và lỗ trống, và ni là nồng độ các phần tử mang điện thuần ni = A0 T 3e E / KT (2.2) Với A0 là hằng số, EG0 là độ rộng vùng cấm tại nhiệt độ 0 K phụ thuộc vào chất bán dẫn, T là nhiệt độ Kelvin Đối với chất bán dẫn thuần, nồng độ các điện tử và lỗ trống nh nhau: n0= p0 = ni (2.3) II.Chất bán dẫn pha tạp Kim loại là vật liệu dẫn điện, các phần tử mang điện chỉ gồm các điện tử mà không... năm trong bảng hệ thống tuần hoàn, ví dụ Arsenic (hoặc Antimony, Phosphorus) Nguyên tử As thừa một điện tử khi liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử Si Điện tử thừa liên kết yếu với hạt nhân As, dễ dàng bứt ra trở thành điện tử tự do (hình 2-2b) khi đợc cung cấp năng lợng nhỏ ( khoảng 0,05 eV), nguyên tử As cho đi điện tử trở thành ion dơng As+ gọi là ion Đôno (Donor) Trên biểu đồ năng lợng trong vùng