ki thuat dien dien tu

ki thuat dien dien tu

HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG C S K THUT IN – IN T (Dùng cho sinh viên h đào to đi hc t xa) Lu hành ni b HÀ NI - 2006 HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG C S K THUT IN – IN T Biên son : Ths. NGÔ C THIN LI NÓI U Tài liu hng dn hc tp môn hc này đc biên son da theo bài ging môn hc "C s K thut đin - in t" dành cho h i hc chuyên ngành Công ngh Thông tin, ca Hc vin Công ngh Bu chính Vin thông. Vi mc đích trình bày các ni dung ch yu ca môn hc cho h đào to t xa, tài liu này đc biên son và sp xp li bao g m các phn sau: Phn th nht (Chng 1): Cung cp cho ngi đc các vn đ c bn ca mch đin, các đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin. Phn th hai (Chng 2): Bao gm các ni dung v các linh kin bán dn và linh kin quang đin t. Phn th ba (Chng 3, 4, 5, 6): Gm các ni dung v k thut mch đin t bao g m: - Các mch khuch đi tín hiu nh dùng tranzito, IC khuch đi thut toán .và các mch khuch đi công sut - Các mch lc tn s. - Các mch to tín hiu hình sin, xung vuông, xung tam giác, rng ca. - Các mch bin đi tn s: Mch điu ch biên đ, điu tn, điu pha. Các mch tách sóng điu biên, điu tn, đi u pha. Các mch trn tn, nhân tn, chia tn. Phn th t (Chng 7): Là ni dung c bn v các mch cung cp ngun cho các thit b đin t, vin thông. Phn này bao gm các mch chnh lu, lc ngun, các mch n đnh và bo v ngun đin. ây là ln đu tiên biên son tài liu này nên chc chn không th tránh khi thiu sót, rt mong nhn đc các ý kin đóng góp quý báu ca đng nghip và bn đc. Hà Ni, tháng 06 nm 2006 Ch biên ThS. Ngô c Thin Chng 1: Các khái nim, đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin 3 CHNG 1: CÁC KHÁI NIM, NH LUT VÀ CÁC PHNG PHÁP C BN PHÂN TÍCH MCH IN GII THIU Chng này trình bày v các dng tín hiu, biu din phc các tín hiu điu hòa. Các thông s tác đng và th đng trong mch đin. Các đnh lut Kirchhoff v dòng đin và đin áp. Mt s phng pháp phân tích mch đin nh: - Phng pháp dòng đin vòng. - Phng pháp đin áp nút. - Phng pháp ngun tng đng - Phng pháp dùng nguyên lý xp ch ng. Vic phân tích mch đin trong min thi gian trong nhiu trng hp cng gp nhng khó khn v tính toán chng hn nh các phng trình vi phân và tích phân. Nh có cách biu din trong min tn s ω mà xut phát ca nó là cp bin đi Fourier, ta đã thay th đc các phng trình này làm cho các tính toán đn gin đi rt nhiu. Thc cht  đây là ngi ta đã thc hin m t phép toán t trong min tn s. Trong phn này chúng ta s xét mt cách tng quát hn đó là vic áp dng phép toán t trong min tn s phc p đ phân tích mch đin. Trong s các phng pháp toán t thì phng pháp thng dùng là da trên cp bin đi Laplace bi vì nó thích hp cho vic bin đi các phng trình vi tích phân thng gp trong phân tích mch. Phn tip theo là mng bn cc, là mô hình ca các phn t và các phn mch đin thng gp trong thc t. Các đnh lut tng quát dùng cho mch tuyn tính đu có th áp dng cho bn cc tuyn tính, nhng lý thuyt mng bn cc ch yu đi sâu vào phân tích mch đin theo h thng, lúc y có th không cn quan tâm ti mch c th na mà coi chúng nh mt hp đen và vn đ ngi ta cn đ n là mi quan h dòng và áp  hai ca ca mch. Phn c bn ca mng bn cc là các h phng trình đc tính, bao gm: h phng trình tr kháng Z , h phng trình dn np Y , h phng trình truyn đt A , h phng trình truyn đt ngc B , h phng trình hn hp H , h phng trình hn hp ngc G . Khi ghép ni các mng bn cc thành mt mng bn cc chung, tùy theo cách mc ta có th tìm đc h phng trình đc tính ca mng bn cc chung đó. NI DUNG 1.1. TNG QUAN S to ra, thu nhn và x lý tín hiu là nhng quá trình phc tp xy ra trong các thit b & h thng khác nhau. Vic phân tích v lý thuyt s đc tin hành thông qua các loi mô hình gi là mch đin. Chng 1: Các khái nim, đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin 4 Tín hiu là dng biu hin vt lý ca thông tin, nó qui đnh tính cht và kt cu ca các h thng mch. V mt toán hc, tín hiu đc biu din bi hàm ca các bin đc lp S(x,y, .). V mt thi gian, có các loi tín hiu sau: - Tín hiu liên tc (hay còn gi là tín hiu tng t - analog signal), hình 1-1a. Liên tc c v thi gian và biên đ. - Tín hiu đc ly m u, còn gi là tín hiu ri rc (discrete signal), hình 1-1b. Tín hiu này ri rc v thi gian. - Tín hiu liên tc đc lng t hoá, hình 1-1c. Tính hiu này có biên đ  các mc c đnh (ri rc v biên đ). - Tín hiu ly mu đc lng t hoá, (hay tín hiu s - digital signal), hình 1-1d. Trên hình 1-2 là s đ phân loi x lý tín hiu liên tc. - Khi x lý tín hiu bng mch t ng t, thì không cn s dng b bin đi. - Khi x lý tín hiu bng mch ri rc, cn cho tín hiu qua 2 b bin đi: ly mu  đu vào và khôi phc li tín hiu  đu ra. - Khi x lý tín hiu bng mch s (digital circuit), so vi mch ri rc thì cn thêm hai b bin đi na là: bin đi tín hiu tng t sang tín hi u s (ADC) và ngc li t tín hiu s sang tín hiu tng t (DAC). Hình 1-1. s a (t) t a) t s s (n.T s ) b) n s d (n) d ) s q (t) t c) Chng 1: Các khái nim, đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin 5 1.2. CÁC THÔNG S TÁC NG VÀ TH NG CA MCH IN 1.2.1. Các thông s tác đng ca mch đin. Thông s tác đng còn gi là thông s to ngun. ó là các thông s đc trng cho tính cht to ra tín hiu và cung cp nng lng trong mch đin. Thông s đc trng cho ngun có th là: - Sc đin đng ca ngun: mt đi lng vt lý có giá tr là đin áp h mch ca ngun, đo bng đn v “vôn” và đc ký hiu là V. - Dòng đin ca ngun: mt đi lng vt lý có giá tr là dòng đin ngn mch ca ngun, đo bng đn v “ampe” và đc ký hiu là A. T hai thông s đc trng to ngun  trên dn đn s phân loi các ngun tác đng thành hai loi: ngun đin áp và ngun dòng đin. Theo đ nh ngha, mt ngun gi là ngun đin áp lý tng (hay còn gi là ngun đin áp) khi đin áp do nó cung cp cho mch ngoài không ph thuc vào dòng đin ca mch ngoài. Mt ngun gi là ngun dòng đin lý tng (hay ngun dòng) khi dòng đin do nó cung cp cho mch ngoài không ph thuc vào đin áp ca mch ngoài. Ngoài cách phân loi ngun theo ngun đin áp và ngun dòng đin, ng i ta còn chia ngun thành hai loi khác là: ngun kích thích (hay ngun tín hiu) và ngun cung cp nng lng. Trong tài liu này, các loi ngun đc ký hiu thng nht nh hình 1-3, lu ý rng qui c chiu sut đin đng ca ngun ngc li vi chiu dòng đin chy trong ngun. Hình 1-2. Mch tng t Ly mu Khôi phc Mch ri rc Tín hiu s Tín hiu liên tc Tín hiu ri rc ADC Mch s DAC Hình 1-3. Ngun dòng đin Ngun đin áp E ng + _ I ng + _ Chng 1: Các khái nim, đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin 6 Ngun đin lý tng là không có tn hao nng lng. Nhng trong thc t phi tính đn tn hao, có ngha là tn ti tr kháng trong ca ngun. * Xét ngun đin áp (hình 1-4): ng ab t it E UR RR = + (công thc phân áp trên các phn t mc ni tip) Nh vy ta thy rng đin áp ngun trong trng hp này là ph thuc vào ti R t . * Xét ngun dòng đin (hình 1-5): ng ab i it I I R RR = + (công thc phân dòng trên các phn t mc song song) 1.2.2. Các thông s th đng ca mch đin Xét di góc đ nng lng, mt phn t (hình 1-6) trong khong thi gian T = t 2 - t 1 nó nhn mt nng lng là: 2 1 () t T t Wptdt= ∫ Trong đó p(t) là công sut tc thì mà phn t nhn đc  thi đim t và đc tính theo công thc: p(t) =u(t).i(t) Nu u(t) và i(t) ngc chiu thì p(t) có giá tr âm, nh vy thc t ti thi đim t phn t cung cp nng lng, ngha là phn t có tính cht tích cc (ví d ngun). Nu u(t) và i(t) cùng chi u thì p(t) có giá tr dng, vy ti thi đim đó phn t nhn nng lng, ngha là phn t có tính cht th đng. Lng nng lng nhn đc đó có th đc tích lu tn ti di dng nng lng đin trng hay nng lng t trng, mà cng có th b tiêu tán di dng nhit ho c dng bc x đin t. c trng cho s tiêu tán và tích lu nng lng là các thông s th đng ca phn t. Ngi ta phân các thông s th đng này thành hai loi sau: a. Thông s không quán tính (R). u(t) i(t) R Hình 1 -7. E ng R i a R t b Hình 1-4. Phn t i(t) u(t) Hình 1 -6. Hình 1-5. I ng R i I ab a R t b Chng 1: Các khái nim, đnh lut và các phng pháp phân tích mch đin 7 Thông s không quán tính đc trng cho tính cht ca phn t khi đin áp và dòng đin trên nó t l trc tip vi nhau (hình 1-7). Nó đc gi là đin tr (R) và xác đnh theo công thc: u(t) = R.i(t) hay 1 () () . ()it ut Gut R == R có đn v vôn/ampe, hay còn đc bit là ôm (Ω). thông s 1 G R = gi là đin dn, có đn v 1/Ω, hay S (Simen). V mt thi gian, dòng đin và đin áp trên phn t thun tr là trùng pha nên nng lng nhn đc trên phn t thun tr là luôn luôn dng, vì vy R đc trng cho s tiêu tán nng lng. b. Các thông s quán tính Các thông s quán tính trong mch gm hai loi: đin dung và đin cm. Thông s đin dung (C) đc trng cho tính cht ca phn t khi dòng đin chy trên nó t l vi tc đ bin thiên ca đin áp, nó có đn v là fara (F) và đc xác đnh theo công thc: () () du t it C dt = hay () () () 0 1 t qt ut itdt CC == ∫ trong đó () () 0 t qt itdt= ∫ là đin tích tích lu đc trên phn t  thi đim t. Nng lng tích lu trên C: 2 1 () . . (). 2 E du WptdtCutdtCu dt == = ∫∫ Xét v mt nng lng, thông s C đc trng cho s tích lu nng lng đin trng, thông s này không gây đt bin đin áp trên phn t và thuc loi thông s quán tính. Xét v mt thi gian đin áp trên phn t thun dung chm pha so vi dòng đin mt góc π/2. Thông s đin cm (L) đc trng cho tính cht ca phn t khi đin áp trên nó t l vi tc đ bin thiên ca dòng đin, có đn v là henry (H) và đc xác đnh theo công thc: () () di t ut L dt = hay () () 0 1 t it utdt L = ∫ và nng lng tích lu trên L: u(t) i (t) L Hình 1-9. u(t) i(t) C Hình 1-8.