Giáo Trình Mạch Điện Tử

Chương 1: Mạch Diode CHƯƠNG I MẠCH DIODE Trong chương này, khảo sát số mạch ứng dụng diode bán dẫn (giới hạn diode chỉnh lưu diode zener - Các diode đặc biệt khác bàn đến lúc cần thiết) Tùy theo nhu cầu ứng dụng, mơ hình lý tưởng, gần hay thực đưa vào công việc tính tốn mạch 1.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE): Xem mạch hình 1.1a Nguồn điện chiều E mắc mạch làm cho diode phân cực thuận Gọi ID dòng điện thuận chạy qua diode VD hiệu đầu diode, ta có: Trong đó: I0 dòng điện rỉ nghịch η=1 ID lớn (vài mA trở lên) η=1 Khi ID nhỏ diode cấu tạo Ge η=2 Khi ID nhỏ diode cấu tạo Si Ngồi ra, từ mạch điện ta có: E - VD - VR = E = VD + RID Tức Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com (1.2) I-1 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Phương trình xác định điểm làm việc diode tức điểm điều hành Q, gọi phương trình đường thẳng lấy điện Giao điểm đường thẳng với đặc tuyến diode ID = f(VD) điểm điều hành Q 1.2 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU - Ngược lại E < VK, mạch xem hở, nên: ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E 1.3 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH CHỈNH LƯU Mạch chỉnh lưu ứng dụng thông dụng quan trọng diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều (mà thường dạng Sin vuông) thành điện chiều 1.3.1 Khái niệm trị trung bình trị hiệu dụng 1.3.1.1 Trị trung bình: Hay gọi trị chiều Trị trung bình sóng tuần hồn định nghĩa tổng đại số chu kỳ diện tích nằm trục (dương) diện tích nằm trục (âm) chia cho chu kỳ Một cách tổng quát, tổng đại số diện tích chu kỳ T sóng tuần hồn v(t) tính cơng thức: Một vài ví dụ: Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-2 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Dạng sóng Trị trung bình 1.3.1.2 Trị hiệu dụng: Người ta định nghĩa trị hiệu dụng sóng tuần hồn( thí dụ dòng điện) trị số tương đương dòng điện chiều IDC mà chạy qua điện trở R chu kì có lượng tỏa nhiệt Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-3 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Vài thí dụ: Dạng sóng Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com Trị trung bình hiệu dụng I-4 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-5 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode 1.3.2 Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch ta dùng kiểu mẫu lý tưởng gần diode việc phân tích mạch Dạng mạch dạng sóng (thí dụ hình sin) ngõ vào ngõ hình 1.7 Diode dẫn điện bán kỳ dương vi(t) đưa vào mạch Ta có: - Biên độ đỉnh vo(t) Vdcm = Vm - 0.7V (1.6) - Ðiện trung bình ngõ ra: - Ðiện đỉnh phân cực nghịch diode là: VRM=Vm (1.8) Ta chỉnh lưu lấy bán kỳ âm cách đổi đầu diode Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-6 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode 1.3.3 Chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm Mạch hình 1.8a; Dạng sóng cuộn thứ cấp hình 1.8b - Ở bán kỳ dương, diode D1 phân cực thuận dẫn điện lúc diode D2 phân cực nghịch nên xem hở mạch (hình 1.9) - Ở bán kỳ âm, diode D2 phân cực thuận dẫn điện lúc diode D1 phân cực nghịch nên xem hở mạch (Hình 1.10) Ðể ý trường hợp, IL chạy qua RL theo chiều từ xuống dòng điện có mặt hai bán kỳ Ðiện đỉnh đầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V (1.9) Và điện đỉnh phân cực nghịch diode ngưng dẫn là: VRM=Vdcm+Vm=2Vm-0,7V (1.10) - Dạng sóng thường trực đầu RL diễn tả hình 1.11 Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-7 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Người ta chỉnh lưu để tạo điện âm đầu RL cách đổi cực diode lại 1.3.4 Chỉnh lưu tồn sóng dùng cầu diode Mạch - Ở bán kỳ dương nguồn điện, D2 D4 phân cực thuận dẫn điện lúc D1 D2 phân cực nghịch xem hở mạch Dùng kiểu mẫu điện ngưỡng, mạch điện vẽ lại hình 1.13 Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-8 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode - Ở bán kỳ âm nguồn điện, D1 D3 phân cực thuận dẫn điện lúc D2, D4 phân cực nghịch xem hở mạch (Hình 1.14) Từ mạch tương đương ta thấy: - Ðiện đỉnh Vdcm ngang qua hai đầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) - Ðiện đỉnh phân cực nghịch VRM diode là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VD VRM =Vm-0,7V (1.13) Ðể ý dòng điện trung bình chạy qua cặp diode dẫn điện 1/2 dòng điện trung bình qua tải Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-9 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode 1.3.5 Chỉnh lưu với tụ lọc Ta xem lại mạch chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm Như kết qủa phần trên: - Ðiện đỉnh đầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V - Ðiện trung bình đầu RL là: VDC=0,637Vdcm Nếu ta thay RL tụ điện có điện dung C Trong thời điểm từ t=0 đến t=T/4, tụ C nạp nhanh đến điện đỉnh Vdcm Nếu dòng rỉ tụ điện khơng đáng kể, tụ C khơng phóng điện điện đầu tụ giữ không đổi Vdcm Ðây trường hợp lý tưởng Thực tế, điện trung bình thay đổi từ 0,637Vdcm đến Vdcm Thực nguồn điện phải cung cấp cho tải, thí dụ RL mắc song song với tụ C Ở bán ký dương tụ C nạp điện đến trị Vdcm Khi nguồn điện bắt đầu giảm, tụ C phóng điện qua RL gặp bán kỳ tụ C nạp điện lại đến Vdcm chu kỳ lặp lặp lại Hình 1.16 mơ tả chi tiết dạng sóng đầu tụ C (tức RL) Hiệu sóng dư đỉnh đối đỉnh ký hiệu Vr(p-p) Do điện đỉnh tối đa Vdcm nên điện trung bình tối thiểu Vdcmin=Vdcm-Vr(p-p) Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com I-10 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Ta dùng thạch anh để thay mạch nối tiếp LC, mạch dao động tần số fS Còn thay mạch song song LC, mạch dao động tần số fp (hoặc fop) Do thạch anh có điện cảm LS lớn, điện dung nối tiếp nhỏ nên thạch anh định tần số dao động mạch; linh kiện bên ngồi khơng làm thay đổi nhiều tần số dao động (dưới 1/1000) Thường người ta chế tạo thạch anh có tần số dao động từ 100khz trở lên, tần số thấp khó chế tạo Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-22 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động 10.3.2 Dao động thạch anh: Dao động dùng thạch anh mạch cộng hưởng nối tiếp gọi mạch dao động Pierce (Pierce crystal oscillator) Dạng tổng quát sau: Ta thấy dạng mạch giống mạch dao động clapp thay cuộn dây tụ điện nối tiếp thạch anh Dao động Pierce loại dao động thơng dụng thạch anh Hình 10.29 loại mạch dao động Pierce dùng linh kiện Thạch anh nằm đường hồi tiếp từ cực cực cổng Trong C1 = CdS; C2 = CgS tụ liên cực FET Do C1 C2 nhỏ nên tần số dao động mạch: thạch anh dùng mạch cộng hưởng song song Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-23 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Thực tế người ta mắc thêm tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) hình 10.29 có tác động giảm biến dạng tín hiệu dao động Ta dùng mạch hình 10.30 với C1 C2 mắc bên Trường hợp ta thấy thạch anh dùng mạch cộng hưởng nối tiếp 10.4 DAO ÐỘNG KHÔNG SIN 10.4.1 Dao động tích dùng OP-AMP (op-amp relaxation oscillator) Ðây mạch tạo sóng vng gọi mạch dao động đa hài phi ổn (astable mutivibrator) Hình 10.31 mơ tả dạng mạch dùng op-amp Ta thấy dạng mạch giống mạch so sánh đảo có hồi tiếp dương với điện so sánh vi thay tụ C Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-24 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Ðiện thềm VUTP=β.(+VSAT)>0 Ðiện thềm VLTP=β.(-VSAT) Còn bảo hòa âm v0= -(VZ+0.7v) = -V0 < Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-30 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Ðiện đỉnh - đỉnh tam giác: Chú ý VR = Vmax = -Vmin Xác định tần sô: + Khi VS ≠ Khi v0 = -V0 (đường tiến) ta có: Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-31 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động 10.4.4 Tạo sóng tam giác đơn cực: Ta xem lại mạch tạo sóng tam giác VR = Và VS = → = tn Ðể tạo sóng tam giác đơn cực (giả sử dương) ta mắc thêm diode nối tiếp với R1 hình 10.43a Khi v0 = -V0: diode D dẫn Khi v0 = +V0: diode D ngưng Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-32 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Muốn tạo sóng tam giác đơn cực âm ta cần đổi chiều diode D Tần số dao động khơng thay đổi 10.4.5 Tạo sóng cưa: Như phần trước, để tạo sóng cưa, ta giảm nhỏ T2 Muốn vậy, ta tạo điều kiện cho tụ C mạch tích phân phóng điện nhanh Ta dùng mạch hình 10.44 Do Ei âm, mở điện tụ C nạp tạo v(t) dương (tích phân đảo) tăng dần từ 0v Lúc Vref > lớn v(t) nên v0 trạng thái -VSAT ( diode D transistor Q ngưng không ảnh hưởng đến mạch tích phân Tín hiệu cưa tăng dần, Vc = Vref mạch so sánh đổi trạng thái v0 thành +VSAT làm cho D Q dẫn bảo hòa Tụ C phóng nhanh qua Q kéo v(t) xuống 0v Mạch so sánh lại đổi trạng thái Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-33 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-34 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG X Bài 1: Cho mạch dao động dịch pha RC sau: Chứng minh tần số dao dộng cho 2.Tìm giá trị R’ Bài 2: Cho mạch điện: Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-35 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 10: Mạch dao động Bài 3: Cho mạch điện: D1, D2 cấu tạo Si có điện Zener VZ1 VZ2 Chứng minh độ rộng xung dương v0 cho bởi: Chứng minh độ rộng xung âm v0 cho bởi: Nếu VZ1 > VZ2 T1 lớn hay nhỏ T2 Giải thích Tìm tần số f mạch dao động VZ1 = VZ2 = VZ Bài 4: Trong mạch điện thay R mạch sau: Giải thích hoạt động mạch (JFET hoạt động vùng ID bảo hòa) Nếu dùng JFET 2N4869 có đặc điểm ID bảo hòa: VGS =-1V, ID = 3mA VGS =-2V, ID = 1mA Trong điều kiện op-amp bảo hòa |v0| =20v; R1 =R2 Ðể dòng nạp tụ 3mA, dòng phóng 1mA cho chu kỳ T=1ms RS1, RS2, C phải Trương Văn Tám CuuDuongThanCong.com X-36 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt ... Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode 1.5 MẠCH GHIM ÁP (Mạch kẹp - clampers) Ðây mạch đổi mức DC (một chiều) tín hiệu Mạch phải có tụ điện, diode điện trở Nhưng mạch. .. CuuDuongThanCong.com I-11 Mạch Điện Tử https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Hệ số sóng dư định chất lượng mạch chỉnh lưu * Phương trình điện sóng dư Nếu gọi ic dòng phóng điện tụ điện có điện dung... thường dùng mạch điều hòa điện để tạo điện chuẩn Mạch hình 1.30 mạch điều hòa điện đơn giản để tạo điện không đổi đầu RL Khi dùng tạo điện chuẩn, điện zener mức chuẩn để so sánh với mức điện khác