Dien tu co ban

CHƯƠNG I CƠ SỞ VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Nguồn điện áp 1.1.1 Nguồn áp độc lập Một nguồn áp líù tưởng tạo điện áp không đổi hai đầu nguồn Ví dụ đơn giản nguồn Pin điện trở nội Trong nguồn áp líù tưởng có dòng điện thay đổi thay đổi điện trở mạch hay điện trở tải (Load resistanceRL) V 10.5 V + - + - V RL 10V 10 10V 9.5 (a) 100 1e+4 1e+6 (b) Hình 1-1 (a) Kí hiệu nguồn áp lí tưởng; (b) Ví dụ nguồn áp lí tưởng Trong thực tế tồn nguồn áp mà điện trở nội, ta thường kí hiệu nguồn áp thực tế gồm nguồn áp lí tưởng mắc nối tiếp với điện trở nội RS RS I E +- U Hình 1-2 Nguồn áp với điện trở nội U=E-RSI Khi có điện trở nội: (1-1) Tuy nhiên ảnh hưởng điện trở nội nhiều trường hợp không thật đáng kể, RS100RL • RL< 0.01RS RL Hình 1-8 Đặc tuyến nguồn dòng Stiff 1.2.2 Nguồn dòng phụ thuộc dòng I1 I2 β I1 (1-8) I2=βI1 Hình 1-9 Nguồn dòng phụ thuộc dòng 1.2.3 Nguồn dòng phụ thuộc áp I1 I2 + U1 - gI1 I2=gU1 (g:điện dẫn, -mho) (1-9) Hình 1-10 Nguồn dòng phụ thuộc áp Kỹ thuật điện tử 1.3 Định luât Kirchhoff 1.3.1 Định luật Kirchhoff dòng điện – định luật Kirchhoff (K1) Tổng đại số dòng điện nút ∑ ±i k =0 (1-10) k i1 i2 A i6 i3 −i1 − i2 + i3 − i4 + i5 + i6 = i4 i5 Hình 1-11 Định luật Kirchhoff cho nút A Khi áp dụng định luật Kirchhoff 1, dấu dòng điện quy định sau: - Dòng điện vào nút nhận giá trị đại số âm (-) - Dòng điện khỏi nút nhận giá trị đại số dương (+) Chú ý: nhánh nối nút coi “mạch kín”, ∑ i =∑ i in out dòng điện nhánh 3R I1 2V +- R=2Ω Ω 3I1 A 4R 2R I=0 B Hình 1-12 nhánh nối nút mạch kín 1.3.2 Định luật Kirchhoff điện áp – định luật Kirchhoff (K2) Tổng đại số điện áp nhánh vòng ∑ ±u k =0 (1-11) k • Nếu chiều vòng theo chiều từ dương đến âm điện áp điện áp nhận giá trị đại số dương ngược lại • Quy tắc bao gồm đối tượng nguồn điện máy thu… • Nếu vòng có chứa nguồn dòng không cần sử dụng định luật Kirchhoff cho vòng Kỹ thuật điện tử Xét ví dụ mạch điện hình bên dưới, chiều dòng điện I1, I2 I3 người khảo sát đặt (tuỳ ý) Hãy xác định giá trị dòng điện R1=10Ω Ω R2=20Ω Ω I1 A I2 I3 0.1A + R3=30Ω Ω 8V - Hình 1-13 Ví dụ sử dụng định luật Kirchhoff 1.4 Tương đương mạch điện 1.4.1 Phương pháp tương đương Thevenin Xét mạch điện bao gồm hai khối A B tách biệt hai điểm ab, để đơn giản cho việc tính toán thông số mạch khối B ta biến đổi khối mạch A thành mạch đơn giản bao gồm nguồn áp mắc nối tiếp điện trở, phương pháp biến đổi tương đương gọi phương pháp tương đương Thevenin (vì phương pháp Thevenin, kỹ sư người Pháp, đưa ra), nguồn áp nói gọi nguồn Thevenin (VTH) điện trở gọi điện trở Thevenin (RTH) I a a + RTH I U A B B UTH - b b Hình 1-14 Tương đương mạch điện theo phương pháp Thevenin Phương pháp biến đổi Thevenin đảm bảo: UTH= UOC RTH= ROC (1-12) (1-13) • Sử dụng phương pháp tương đương Thevenin: - Hở mạch đoạn ab - Tính điện áp hở mạch Uab (hay UOC), theo 1-12 điện áp Thevenin Uab - Ngắn mạch tất nguồn áp khối A, tính điện trở tương đương khối A, điện trở Thevenin theo 1-13 Kỹ thuật điện tử Ví dụ: Sử dụng phương pháp tương đương Thevenin để giải mạch điện R2=90Ω Ω R4=110Ω Ω B R5=2Ω Ω R1=100Ω Ω A R3=80Ω Ω V=25V Hình 1-15 Mạch cầu 1.4.2 Phương pháp tương đương Norton Cũng giống phương pháp tương đương Thevenin, phương pháp tương đương Norton thực biến đổi khối mạch A thành mạch điện đơn giản mạch điện khối A sau biến đổi bao gồm nguồn dòng mắc song song với điện trở Nguồn dòng gọi dòng Norton (IN) điện trở gọi điện trở Norton (RN) a I a + I U A B B IN RN - b b Hình 1-16 Tương đương mạch điện theo phương pháp Norton Dòng Norton tính cách tách khối mạch A khỏi mạch điện, sau ngắn mạch đoạn ab, đo dòng điện ngắn mạch ab (ISC), IN Điện trở Norton điện trở khối mạch A hở mạch Như với phương pháp tương đương Norton ta có: IN= ISC (1-14) RTH= ROC (1-15) (RN= RTH) • Sử dụng phương pháp tương đương Norton: - Tách khối A khỏi mạch ngắn mạch đoạn ab - Tính dòng điện qua ab, theo 1-14 dòng Norton IN - Điện trở Norton RN tính điện trở Thevenin RTH Chú ý : điện áp hở mạch hai đầu ab hai phương pháp tương đương Thevenin Norton Kỹ thuật điện tử 1.4.3 Kết hợp hai phương pháp Thevenin Norton Thông thường giải mạch điện phức tạp người ta sử dụng kết hợp hai phương pháp tương đương Thevenin Norton tính tương đồng hai phương pháp Các bước thực sau: - Hở mạch đoạn ab, tính điện áp Thevenin UTH điện áp hở mạch - Ngắn mạch đoạn ab, tính dòng Norton IN dòng ngắn mạch qua ab - Do tính chất tương đồng hai mạch điện ta tính điện trở Thevenin Norton nhö sau: RTH = RN = Kỹ thuật điện tử U TH IN (1-16) BÀI TẬP CHƯƠNG I Xác định dòng điện qua điện trở mạch điện bên với VA=2V, VB=4V, R1=100Ω, R2=500Ω R3=600Ω Hình - 17 Xác định mạch tương đương Thevenin cho mạch điện hình - 18 Hình - 18 Cho mạch điện hình - 19, xác định mạch tương đương Thevenin Hình - 19 Tìm sơ đồ tương đương Thevenin Norton hai cực a,b mạch điện hình 1- 20 Xác định R để PR max 100I1 200Ω Ω 200V I2 I1 a + 200Ω Ω R 100Ω Ω _ b Kỹ thuật điện tử Hình – 20 CHƯƠNG II VẬT LIỆU BÁN DẪN 2.1 Chất bán dẫn Những chất dẫn điện tốt (vàng, bạc, đồng…) có electron hoá trị chất cách điện tốt có tám elecectron hóa trị Một bán dẫn nguyên tố hoá học có đặc tính dẫn điện nằm chất dẫn điện chất cách điện, có bốn electron hóa trị Các chất bán dẫn phổ biến tự nhiên Si, Ge, As, Te, Se… Ngoài có nhiều hợp chất có tính chất bán dẫn oxit kim loại, selenua, sunfat telurua nhiều kim loại Trong Ge Si chất bán dẫn sử dụng phổ biến 2.1.1 Germanium – Ge Ge chất bán dẫn với bốn electron hóa trị Trong thập kỷ trước, Ge vật liệu sử dụng để sản xuất thiết bị bán dẫn Tuy nhiên thiết bị bán dẫn làm từ Ge thường có lỗi kỹ thuật tránh (do tượng dòng ngược) Vì kỹ thuật điện tử đại sử dụng vật liệu khác thay Si 2.1.2 Silicon - Si Si bán dẫn có bốn electron hóa trị, Si nguyên tố phổ biến, Si có cát Tuy nhiên để sử dụng làm vật liệu bán dẫn đòi hỏi Si phải có độ tinh khiết cao, lẽ lúc đầu Si không sử dụng làm vật liệu bán dẫn Ngày nay, Si vật liệu bán dẫn sử dụng phổ biến quan trọng kỹ thuật điện tử, gần thay hoàn toàn Ge Nguyên tử Si có 14 proton 14 electron Lớp nguyên tử có bốn electron gọi bốn electron hóa trị Vì có bốn electron hoá trị lớp nên Si chất bán dẫn Quỹ đạo hóa trị +14 +4 Hình – Cấu tạo nguyên tử Silicon 2.1.3 Tinh thể Silicon Kỹ thuật điện tử Khi nguyên tử Si liên kết tạo thành khối Si, chúng tự xếp theo trật tự có hình dáng định gọi tinh thể Mỗi nguyên tử Si chia electron hóa trị chúng với bốn nguyên tử Si gần, theo cách nguyên tử Si có tám electron hóa trị lớp Các electron góp chung hai nguyên tử Si gần tạo thành liên kết cộng hoá trị Như vậy, tinh thể Si có hàng tỉ nguyên tử Si, nguyên tử có tám electron hoá trị, electron hoá trị tạo thành liên kết cộng hoá trị giúp cho tinh thể Si tồn thành khối vững Vì nguyên tử đạt đủ tám electron hoá trị lớp nhiệt độ phòng (25oC) tinh thể Si hoàn toàn chất cách điện = = = = (a) (b) Hình – (a) Tinh thể Silicon; (b) liên kết cộng hoá trị - Lỗ trống (hole): nhiệt độ môi trường tăng lên, nguyên tử Si tinh thể dao động, nhiệt độ cao nguyên tử dao động mạnh Các nguyên tử dao động mạnh làm số electron hóa trị bị đánh bật khỏi quỹ đạo hoá trị, electron thu thập đủ lượng để nhảy lên mức quỹ đạo lớn hơn, mức quỹ đạo chúng trở thành electron tự Mỗi electron bật khỏi quỹ đạo hoá trị để lại lỗ trống, lỗ trống tác động điện tích dương Sự tồn lỗ trống khác biệt quan trọng chất bán dẫn chất dẫn điện - Sự tái hợp khoảng thời gian tồn : tinh thể tinh khiết, số lượng lỗ trống số lượng electron tự Các electron tự di chuyển cách ngẫu nhiên tinh thể, electron tự di chuyển đến gần lỗ trống bị hút rơi vào lỗ trống, tái hợp Còn khoảng thời gian tồn khoảng thời gian kể từ lúc electron tạo tái hợp với lỗ trống, khoảng thời gian thường bé từ vài nano giây đến vài micro giây (a) Kỹ thuật điện tử (b) 10 ... xuất thiết bị bán dẫn Tuy nhiên thiết bị bán dẫn làm từ Ge thường có lỗi kỹ thuật tránh (do tượng dòng ngược) Vì kỹ thuật điện tử đại sử dụng vật liệu khác thay Si 2.1.2 Silicon - Si Si bán dẫn... hoá trị lớp nên Si chất bán dẫn Quỹ đạo hóa trị +14 +4 Hình – Cấu tạo nguyên tử Silicon 2.1.3 Tinh thể Silicon Kỹ thuật điện tử Khi nguyên tử Si liên kết tạo thành khối Si, chúng tự xếp theo... chế tạo để làm việc vùng đánh thủng Đường đặc tuyến V-A Diode Zener có dạng sau: Kỹ thuật điện tử 20 Hình 5: Đường đặc tính V-A diode Zener Trên đặc tuyến V-A diode Zener ta thấy có chế độ đặc