1.1.1 Giới thiệu kỹ thuật vô tuyến điện (VTĐ) Vô tuyến điện là một ngành kĩ thuật có chức năng đảm bảo thông tin liên lạc mà không cần có sự hỗ trợ của hệ thống dây dẫn giữa hai địa điểm thu và phát. Nói cách khác, quá trình thu phát thông tin sẽ được thực hiện thông qua khoảng không gian.
CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 30 B LINH KIỆN TÍCH CỰC Trong mạch điện vơ tuyến, linh kiện tích cực thành phần cấu tạo chủ chốt Trong phần này, nghiên cứu ống tia điện tử, dụng cụ bán dẫn vi mạch 1.1 ỐNG TIA ĐIỆN TỬ Ống tia điện tử linh kiện có khả biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang (hình ảnh) tương ứng Ống tia điện tử thường sử dụng nhiều thiết bị điện tử hình TV, máy sóng, Radar,… 1.1.1 Cấu tạo Ống tia điện tử cấu tạo từ thành phần sau: • Nguồn phát xạ điện tử Nguồn phát xạ điện tử hay Katốt nguồn phát sinh điện tử ống tia điện tử Katốt cấu tạo từ kim loại khó nóng chảy (thường Wonfram) Điện tử phát sinh bề mặt Katốt tác dụng chùm sáng chiếu vào (hiện tượng phát xạ quang điện tử) nhờ việc làm nóng Katốt (hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử) Sự phát sinh điện tử nhiệt phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo nên Katốt nhiệt độ đốt nóng Dòng phát xạ tồn phần tính theo cơng thức: I = ATe Trong đó: − T0 T (2.36) T nhiệt độ đốt nóng katốt A T0 hệ số phụ thuộc vào chất liệu cấu tạo nên Katốt Katốt a) Nung trực tiếp Katốt Katốt đốt (nung) nóng hai phương pháp: Sợ đốt + Nung trực tiếp: cho dòng điện chiều trực tiếp qua Katốt b) Nung gián tiếp Hình 2.14 Các phương pháp nung Katốt GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 31 + Nung gián tiếp: cho dòng điện xoay chiều qua sợi đốt đặt sát Katốt Nhiệt lượng từ sợi đốt truyền qua Katốt làm nóng Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp nung gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu kinh tế Điện áp sợi đối thường có giá trị sau: 4.5V, 6.3V hoặc12V • Các điện cực điều khiển G1 G2 K A Bóng thuỷ tinh Ngồi điện cực Katốt, ống tia điện tử có điện cực Anốt (A) điện cực điều khiển khác Khi nối K với cực âm A với cực dương nguồn điện chúng tạo điện trường hướng từ K đến A có tác dụng hút điện tử từ Katốt phía Anốt Để điều khiển dòng điện tử này, Anốt Katốt người ta đặt thêm số điện cực điều khiển, ví dụ lưới G1, G2,… Khi điện tử chuyển dịch từ K đến A ống tia điện tử xuất dòng điện gọi dòng Anốt (Ia) có hướng ngược chiều với dòng điện tử Trên đường đi, cường độ dòng điện tử bị điều khiển điện trường phụ tạo K lưới điều khiển G1, G2,… • Bóng thủy tinh có độ chân khơng cao Ống thuỷ tinh độ chân khơng cao (10-6 - 10-8 mmHg) có chức tạo mơi trường chân khơng đảm bảo cho điện tử phát xạ chuyển động khơng bị va chạm với phân tử khí nhằm giúp cho chúng theo hướng xác định khơng bị gián đoạn Tuỳ thuộc vào kích thước hình mà ống thuỷ tinh dài ngắn (hàng chục cm) • Màn huỳnh quang Màn huỳnh quang thuỷ tinh dày hình chữ nhật lồi theo dạng hình chỏm cầu, mặt phủ lớp kim loại mỏng, bên phủ lớp chất phát quang Khi có tia điện tử bắn vào, điểm tiếp xúc phát sáng; cường độ thời gian phát sáng phụ thuộc vào cường độ thời gian tác động chùm tia điện tử Phụ thuộc vào chất liệu chất phát quang mà hình phát ánh sáng trắng, màu xanh nước biển • Hệ thống hội tụ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 32 Hệ thống hội tụ sử dụng để hội tụ điện tử rời rạc thành tia điện tử mảnh có cường độ lớn Hệ thống hội tụ tạo nên từ trường điện trường • Hệ thống lái tia Hệ thống lái tia điện tử sử dụng để điều khiển tia điện tử qt lên tồn bề mặt huỳnh quang theo hai chiều ngang dọc Tương tự hệ thống hội tụ, hệ thống tạo nên điện trường từ trường Sợi đốt Katốt Lưới điều khiển G1 Lưới gia tốc G2 Hệ thống hội tụ Hệ thống lái tia Anốt Màn huỳnh quang Hình 2.15 Ống tia điện tử sử dụng hệ thống hội tụ lái tia từ trường 1.1.2 Ngun lý làm việc Khi Katốt đốt nóng nhờ sợi đốt, bề mặt xuất đám mây điện tử Để hút điện tử đến hình (được nối với Anốt), người ta cấp cho A điện cao đến hàng chục nghìn vơn so với K (thường gọi đại cao áp) Ngồi ra, lưới gia tốc G (được cấp điện khoảng 800-1000V) tạo lực hút phụ Bình thường điện tử, đập vào hình, khơng tạo hiệu ứng đáng kể chúng nằm rải rác Để làm cho huỳnh quang sáng lên chụm lại thành điểm, người ta dùng hệ thống hội tụ để tập trung điện tử lại thành tia mảnh có cường độ lớn Khi khơng có hệ thống lái tia, có điểm hình tia điện tử tác động vào sáng lên Hệ thống lái tia giúp tia điện tử qt tồn hình theo hai chiều ngang dọc GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM Hình 2.16 Chuyển động điện tử tác dụng hệ thống hội tụ lái tia CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 33 Tại thời điểm tia điện tử tác động vào điểm huỳnh quang, vậy, có điểm sáng hình tương ứng với thời điểm Để phát/thu ảnh tồn hình người ta phải thực cơng việc dựa đặc điểm sau mắt người: • Mắt người có khả lưu ảnh Khi có nguồn sáng tác động tới mắt, ảnh nguồn sáng khơng bị biến sau thơi khơng tác động đến mắt mà lưu lại võng mạc mắt khoảng thời gian 1/25s Vì vậy, tồn điểm hình phát sáng thời gian t VT có dòng máng ID MOSFET kênh cảm ứng làm việc chế độ giàu Nếu phiến Si ban đầu thuộc loại N, miền nguồn máng thuộc loại P+ có MOSFET kênh cảm ứng loại P Ký hiệu hình 2.53 Nguyên lý làm việc tương tự, điện áp VGS VDS có cực tính ngược lại Tham số đặc trưng cho MOSFET gần giống JFET: điện trởû vi phân ngõ r D, điện trởû vi phân ngõ vào ri, hỗ dẫn gm, điện dung liên cực, tham số giới hạn v.v… đáng ý có lớp cách điện SiO2, điện trởû ngõ vào MOSFET vô lớn Lớp SiO2 mỏng nên gm lớn, điện áp đánh thủng G-S G-D thường tương đối thấp GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 75 ID (mA) Khôn g bão hoà Ba õo ho V =8V GS A Đán h I thủ D ng (mA) B VGS=8V VGS=7V VGS=6V VGS=5V VGS=4V O a) Đặc tuyến cực máng VDS(V) VT=4V VGS(V) a) Đặc tuyến Hình 2.56 Đặc tuyến MosFET kênh cảm ứng loại N 1.5.3 Nhận xét chung FET JFET MOSFET hoạt động dựa điều khiển điện trởû kênh dẫn điện trường (điện trường điện áp hai ngõ vào sinh ra, dòng điện vào luôn xấp xỉ không) Từ khống chế dòng điện Do đặc điểm này, người ta xếp transistor trường vào loại linh kiện điều khiển điện áp (tương tự dèn điện tử), BJT thuộc loại điều khiển dòng điện (BJT có ngõ vào tiếp giáp P-N phân cực thuận, dòng điện vào biến đổi nhiều theo tín hiệu, điện áp vào thay đổi ít) Dòng điện máng ID tạo nên loại hạt dẫn (hạt đa số kênh), transistor trường thuộc loại đơn cực tính Do vai trò hạt dẫn thiểu số, trình sản sinh tái hợp hai loại hạt GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 76 dẫn tham số FET chòu ảnh hưởng nhiệt độ Tạp âm nội bé BJT Ngõ vào FET có điện trởû lớn, dòng điện vào gần không nên mạch vào không tiêu thụ lượng Điều đặc biệt thích hợp cho việc khuếch đại nguồn tín hiệu yếu, nguồn có nội trở lớn Vai trò cực nguồn cực máng đổi lẫn cho tham số FET không thay đổi đáng kể Kích thước điện cực S, G, D giảm xuống bé (dựa công nghệ MOS), thu nhỏ thể tích transistor cách đáng kể nhờ transistor trường thông dụng vi mạch có mật độ thích hợp cao Cuối cùng, BJT, FET Có thể mắc theo ba sơ đồ bản: mạch nguồn chung (viết tắt: S.C), máng chung (D.C) cửa chung (G.C) Các mạch giới thiệu thuộc loại S.C Mạch máng chung (có sơ đồ dặc điểm tương tự mạch collector chung BJT: điện trởû vào lớn, điện trởû nhỏ, điện áp đồng pha xấp xỉ trò số với điện áp vào) Còn mạch cửa chung thực tế dùng 1.6 VI MẠCH 1.6.1 khái niệm chung Vi mạch, gọi mạch tích phân, mạch tích hợp (xuất phát từ tên tiếng Anh Intergrated Circuit – IC), tập hợp hay nhiều mạch điện Đặc điểm mạch điện linh kiện cấu tạo nên chúng có kích thước nhỏ nhờ công nghệ chế tạo tiên tiến Các mạch điện đặt thể tích nhỏ đổ kín lại nhờ loại vật liệu cách điện đặc biệt Nhờ cấu tạo từ vi mạch nên thiết bò VTĐ thiết bò điện tử nói GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 77 chung có kích thước trọng lượng ngày nhỏ gọn 1.6.2 Phân loại cấu tạo: Vi mạch phân loại dựa dạng tín hiệu cần xử lý, chúng chua thành hai loại chính: Vi mạch tuyến tính dùng để xử lý tín hiệu liên tục, tương tự (ANALOG) Vi mạch số dùng để xử lý tín hiệu xung, số (DIGITAL) Vi mạch thò trường có nhiều cách ký hiệu tùy thuộc vào quốc gia hãng sản xuất Ví dụ : TBA 217600P, Sony 2038, MCA 199500 Trong sơ đồ vi mạch có ký hiệu: IC 1.6.3 mạch : IC ưu điểm thiết bò dùng vi • Nhỏ, gọn, nhẹ • Hiệu suất làm việc cao • Giá thành hạ • Bền, độ tin cậy cao • Tăng chức làm việc mật độ tích hợp mạch điện cao GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM ... phiến b n dẫn đơn tinh B B thể Về mặt cấu tạo, có JE JC thể xem BJT ba lớp E C E P+ N P C b n dẫn tiếp xúc tạo nên, lớp B có b dày b (cỡ 10 B cm) khác kiểu dẫn a) b) điện với hai lớp b n cạnh... a Mạch base chung (BC) es V EB IB B V CB R1 Mạch vừa khảo sát thuộc loại Tín hiệu cần khuếch đại đưa vào Hình 2.31 đơnđơn giảngiả hố Hình 2.5.4 MạcMạch h baseBC chung n hoá cực E cực B, tín hiệu... (2.39) hệ thức mạch BC b Mạch emiter chung (EC) Cực E cực chung mạch vào mạch Dòng điện vào: IB, dòng điện IC, điện áp vào VBE, điện áp VCE C2 IC C1 es E1 IB B C V BE E IC IB B RC IE E V CE RL