Bài tập kỹ thuật điện tử

TS Đ ỗ XUÂN THỤ - TS NGUYỄN VIẾT NGUYÊN Bài tập KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ (Tái lần thú năm) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 6T0 GD - 02 1741/1039-01 Mã số: 7B254T2 Ị\ N Ĩ I Đ Ầ U Cuốn ”Bài tập ki thuật điện tủ” bién soạn tiếp sau giáo trình •|CỈ thuật điện tó" Hội đồng mồn học Bộ Giáo dục Đào Ếạo thông qua dừng làm tài liệu giảng dạy trường Dại học ki thuật Nhầ xuất Giáo dục p h t hành, Trong biên soạn chúng tơi có gàng trình bày nội dung theo trình tự giáo trình xuát bản, Sách gòm chương, chia làm hai phàn P h â n th ứ n h â t có ch n g : Chương ĩ, gòm tập liên quan tơi k ỉ thuật tương tự (ki thuật analog), Chương giói thiệu tỏm tất vấn đè lí thuyết Chương gỗm 20 tập cố lời giải uà chương gòm khoảng 50 đè tập P h â n th ứ h a i có ch n g : Chương 4, 6, bao gdm tập có liên quan tói kỉ thuật xung - số (kỉ thuật digital) cổ bố cục tương tụ phàn thứ nhát vói 10 bĩũ tập có lòi giải khoảng 40 đề tập khác nhau, Cuốn "Bài tậ p k í th u ậ t d iệ n tử" dùng làm tài liệu bổ trợ cho sinh viên học môn ”KỈ thuật điện tử" Sảch nầỵ tài liệu tham khảo cho đối tượng có liên quan tói ngành k ỉ thuật điện tử tin học Trong trình biên soạn, sách có th ể sai sót, chúng tồi mong nhận góp ỷ bạn đọc gàn xa Thư từ liên hệ xin gửi vè địa : Khoa Diện tủ ~ Viển thông, trường Dại học Bách khoa, Hầ Nội D iẻ n th o i s ố : 2 - 9 C ác tá c g iả PHẦN I K ĩ THUẬT TƯƠNG Tự■ • Chương TĨM TẤT L í THUYẾT Điện áp dòng điện hai thông sổ trạng thái mạch điện Sự liên hệ tương hỗ thổĐg số th ể qua điện trở (trở kháng) Điện trở củã phẩn tử cổ thể tuyến tính hay phi tuyến tùy theo quan hệ hàm sổ u = f(i) điện áp trẻ n đâu dòng điện qua nổ Đường đổ thị biếu diễn quan hệ hàm sổ u ~ f(i) gọi đặc tuyến VổnAmpe phân tử Hai quy tấc quan trọng để tỉnh toán mạch điện ià : a) Quy tác vòng điện áp : Tổng điện áp rơi phẩn tử ghép lỉơn vòng kín (đi dọc theo vòng nhánh n ú t gặp ỉ lắn trừ n ú t xuất phát) bàng (hay giá trị điện áp đo theo nhánh song song nối điểm khác A B mạch điện nhau) b) Quy tác nứt dòng điện : Tổng dòng điện đỉ khỏi điểm (nứt) mạch điện ln bàng tổng dòng điện vào nút đổ Hiệu ứng van (chỉnh lưu) điổt bán dẫn tính chất d ỉn điện khổng đối xứng theo hai chiổu tiếp xúc công nghệ dạng p-n a) Theo chiều mở (phân cực thuận : ^ Uq ) điện trở điốt nhỏ (10^ ^ 10^ Q), dòng qua điổt lớn (10'^ -í- lO^A), giảm áp điốt cổ định cỡ 600mV cđ hệ sổ nhiệt độ ftm (•"2.10"^/^) (xét với điốt cấu tạo từ Si) b) Theo chiéu khổa (phân cực ngược : < Uj)) điện trở điốt lớn (> ^ Q), dòng qua điốt nhỏ ( ”^ ^ 10 '^A ) táng theo nhiệt độ (khoảng 10%/^K) c) Khi điện áp ngược đặt vào đủ lớn < điốt bị đánh thủng m ất tính chát van minh (1 cách tạm thời bị đánh thủng điện cách vĩnh viễn bị đánh thủng vi nhiệt) Người ta sử dụng tính c h ỉt đánh thủng tạm thời (Zener) để ỉàm điốt ổn áp tạo điện áp ngưỡng điểm cấn thiết mạch điện Điện áp ngưỡng cd hệ số nhiệt dương, khoảng ^/^K ứ n g dụng quan trọng điổt : a) Nán điện xoay chiểu thành chiéu nhờ sơ đổ chỉnh lưu (một nửa chu ki, hai nửa chu ki, cấu, bội áp) Khi tải điện trở thuẩn, điện áp có dạng xung nửa hình sin với trị trung bình (1 chiéu) xác định hệ thức 2“ 15 (SGK), tải điện dung, sơ đổ chinh lưu làm việc chế độ xung, tụ điện san bàng điện áp nháp nhô sau chỉnh ỉưu, giá trị chiéu tính (2.21) (2.29) (SGK) b) Hạn chế biên độ điện áp xoay chiéu (phía trơn hay phía dưới) giá trị ngưỡng cho trước dịch mức điện th ế chiều điểm khác mạch điện ỏ chế độ mở JỈ c) On định giá trị điện áp chiéu giá trị ngưỡng Ư nhờ đánh thủng Zener nối tiếp thêm đỉốt mở đ ế bù nhiệt tạo phân tử gọi ống ổn áp chuẩn kỉ th u ật mạch, cd độ ổn định điện áp theo nhiệt độ gấn lí tưởng Khi phân tích tác dụng điốt mạch điện, người ta thường dùng vài mô hinh gẩn đơn giản để mổ tả điốt : a) Là nguốn dòng điện lí tưởng mức ngưỡng mở > ) điện trở điốt bàng , sụt áp trôn nố bỏ qua, dòng mạch ngồỉ qua điốt điện áp điện trở mạch định Khi đdng (u^j^ < 0) điốt coi nguổn dòng lí tưởng (điện trở VCL, dòng ngán mạch s Ij, » 0) b) mức điện áp = U q , điổt chuyển từ khda saiìg mỏ tương đương nguổn điện áp có nội trở bàng (R^ = ), với giá trị điện áp lúc hở mạch Uị) cd thể tương đương điổt nguón điện áp thực cố nội trở nguổn điện áp hở mạch Uị^ c) ỏ chế độ xoay chiều, tân số tác động thâp điốt tương đương điện trở ocoay chiều cd giá trị = Còn tẩn số đẫ Câo, cẩn ý tới giá trị điện điổt nối song song với điện trở xoay chiểu dung Tranzito lưỡng cực (Bi-T) phần tử phi tuyến có cấu tạo gổm hai tiếp xúc pn (hai điổt JE JC) đ ặt rát gẩn với ba điện cực lối bazơ (B), Coỉectơ (C) emitơ (E> Bi-T cđ th ể làm việc chế độ sau : a) Phân cực chiéu ngn điện áp chỉéu tù ngồi cho điốt JE mở, điốt JC khổa Đây chế độ khuếch đại b) Phân cực chiéu cho J E khda JC mở gọi chế độ đảo c) Điểu khiển cho hai điốt đéu khđa (khơng phân cực phân cực thích hợp) hai điổt mở Đây chế độ chuyển mạch (chế độ khốa) Bi-T Hai biện pháp để phân cực chiểu cho Bi-T để làm việc chế độ khuếch đại phân cực bầng chia áp điện trô ho&c ph&n cực bàng dòng cực bazơ Chế độ chiều tốt đạt với Ugp = 0,6V (vật liệu làm tranzito Si) giá trị điện áp trôn cực cđ giá trị Ujr = (0 -í- 0,1)E ; - (0,4 -ỉ" 0,6) E = 0,5 E giá trị nguổn chiéu, Ip Ig = 0,5 (ở điểm m út trẽn msx đường tải chiều tẩn g khuếch đại) 6 Các hệ thức quan trọng vơ dòng chiổu Bi-T chế độ khuếch đại th ể công thức (2.37) đến (2.41) SGK dùng cho ba kiểu mác mạch B chungỉ c chung E chung a) Vớỉ dòng xoay chiéu tín hiệu nhỏ, cố phương pháp gán tuyến tính hda Bi-T dùng tham sổ điện trở, dùng tham số điện dẫn, dùng tham số hỗn hợp dùng tham số vật H cấu tạo Từ dó cổ Bơ đổ tương đương xoay chiểu tương ứng b) Với kiểu mác Bi-T, có ba dạng họ đặc tuyến Vôn-Ampe quân trọng n h ất họ đặc tuyến vào, họ đặc tuyến họ đặc tuyến truyén đạt c) Cổ th ể xác định tham số chiểu hoậc xoay chiều Bi“T dựa họ đặc tuyến chiéu (tĩnh) hay họ đặc tuyến xoa} :hiểu (động) Đó tham số điện trở vào, điện trở ra, hệ số khuếch đại dòng điện hố dẫn Các kết quan trọng với sơ đổ khuếch đại : a) Kiểu mác EC : Chú ý tới hệ thức (2.131) đến (2.140) kết luận vật lí tấng EC cd nhỏ, lớn, hệ số khuếch đại điện áp dòng điện iớn ; làm đảo pha tín hiệu xoay chiéu b) Kiểu mác c c : ý hệ thức (2.141) đến (2.149) kết luận vật lí : Tẩng c c có lớn, nhỏ, hệ số khuếch đại dòng điện lớn hệ số khuếch đại điện áp bàng , khồng làm đào pha tín hiệu c) Kiểu BC : ý hệ thức (2.150) đến (2.153) kết luận vật lí : Tẩng BC khơng làm đảo pha tín hiệu, cđ R nhồ, Ìớiì, h ệ St6 k h u ế c h đ i đ iệ n p lớ n v h ệ 8Ố k h u ế c h đại dòng điện xấp xỉ d) Hệ số khuếch đại nhiều tấng ghép liên tiếp bàng tích số hệ số phấn Tranzito trường (FET) phấn từ cực (gọi cực nguổn - s, máng - D cửa - G) cổ hiệu ứng khuểch đại giống Bi-T dòng cực máng Ij) (hay cực nguổn I ) điéu khiển bàng điện áp đạt cực điéu khiển G a) Hấu hết FET có tính đổi xứng cực s D cd điện trỏ lối vào G kênh dẫn rát lớn nên chúng thích hợp với chế độ làm việc ctí dòng điện lối vào nhỏ so với Bi-T vài cấp độ b) Theo chất cấu tạo ctí dạng FET : loại cđ cực cửa tiếp xúc pn (JFET) loại cđ cực cửa lớp cách điện (MOSFET) Theo tính chát dản điện kênh dẫn D s c (3.30) sơ đổ tích phân tạo lối điện áp chiổu ^ độc lập với Uj (t) a) Phân tích hoạt động mạch ứng với trạng thái khác Sj S (theo trình tự) 1) S2 nối mạch Sj hở mạch 2) S2 mạch hở m ạch Sj D ổi 3) §2 hò mạch hd Hlnh i.3 mạch Qua đtí xác định biếu thức Uj.g (t) theo Uj(t) tham 8Ổ khác mạch b) Biết khoảng thời gian tg z= 5ms đến tị = = 15ms Sj mạch S hở mạch U |(t) cd dạng xung 103 vuông gdc biên độ -5V, lúc t < Sj hở mạch $2 nối mạch, lúc t > t | S Sị hở mạch Xác định gỉá trị biên độ điện áp Ư2(t) lúc t =tp biết ràng c = 0,5/iF, R = 50kQ ; Eo = 3V ; Rj^ = k n ; = l,5 k fi c) Nếu lúc t = bát đẩu thực mạch S2 Sị h m c h , t ín h th i g ia n c ẩ n t h i ế t đ ể t r n g t h i đ iệ n p đ t tới giá trị xác lập ban đắu Giả thiết điện trở tải sơ đổ (h.3.30) 27 kQ, xác định khoảng thời gian để điện áp giảm e lán 80 với giá trị nổ lúc tính B ầi tẠp 3.31 Mạch điện hinh 3.31 cđ tên tich phân lấy tổng cố đảo dâu Biết lúc t = điện áp lối = 0,5V, IC lí tưdng ; c = 4,7/íF ; R = lOkQ a) Xác định biểu thức tính theo điện áp vào Up Ư2 , U thạm số mạch b) Cho Up Ư2, U xung điện áp cd bién độ +5V xuất Hình 3.3Ĩ khoảng thời gian < t < tị = 5ms xác định biên độ điện áp lúc t| : u_(ti) ra' 1' ? c) Nếu giảm giá trị tụ c đỉ 10 lấn c* = 0,47ụF cổ tượng gỉ xảy đổi với u^(t) ? B ài tậ p 3.32.* Mạch điện hinh 3.32 bao gổm sơ đổ tích phân Ì sơ đổ khuếch đại đảo dấu Ơ2 ià hàng «ổ thực dương nhỏ a) Chứng minh ràng điện áp u^(t) đđ u (t) cổ dạng hinh sin, tỉm biếu thức xác định tđn số cửa dao dộng tạo b) Biết điện áp chiéu trồn tụ Cị C trước khỉ lấy tích phân u = = 0,5V Xác định gdc pha đẩu dao động u,,(t) 104 Hình 3.32 c) Cho Oị = Ơ2 = a CÓ thể biến đổi dải ,2 < a í ,8 Biết Rj = R2 = 10kfi ; Cị = C2 = 0,2fi¥ Tính dải tẩn số biến đổi Ujj đáu d) Xác định sổ đao động trường hợp = 0,2 ; « = 0,45 ; Ri = lOkQ ; R = 2kQ ; Cj = 0,lụ ¥ ; C = 0,2^F B ài tậ p 3.33 Cho mạch hỉnh 3.33 Biết R = 8,25kỉỉ = 4,7kQ ; E = ±5V Hình 3.33 a) Thiết lập biểu thúc tổng quát xác định theo điện áp lói vào Ujj, u , tham số mạch 105 b) Xác định giá trị điện trở Rj, R 2, R R để mạch thực đượchàm số : Ura = +2.5U, - 4,7ưy + 4,1U, B ài tậ p 3.34* Tìm điéu kiện để tính R^, Ry, cho m c h hinh 3.34 thực hàm sau ; a) = aU^ + bUy + + tr o n g đtí a , b, c hiệ số thực (còn Rjyj Rp điện trở đă biết) b) Tính Rjj, Ry Ur = -X - 4y + I Rj^ = Rp = 16 kíỉ Hình 3.34 c) Xác định biểu thức tính trường hợp = =R^ = R^/a ; = /3Rp vởi a, /3 hệ số thực dương Bài tậ p 3.35.* Mạch hinh 3.35 thực biến đổi điện áp thành dòng Ip d lệ với ntí Hây xác định biểu thức Iq theo chl điểu kiện điện trở sơ đ để cd ĐS : I = R^2 R^ „ - R^, R^3 u.vào R Ri = R2 B ài tậ p 3.36 * Cho mạch hinh 3.36 với tham số sau : E = ±9V ; R, = lOOkQ ; R2 = = lOOkQ ; 0,1 ^ = 100 = W, R, = Q a) Tính tham số sơ đổ cống suát n g u ổ n Pjj, Ic(Ạ)» ^B(A) > I cmax’ Bmax ú CEmax » max’ R: b) Xác định tỉ sổ biến áp phối hợp n để cổ r, Ptmax B ài tẠp 3.41 Hinh 3.41 mạch điện khuếch đại cổng suãt đẩy kéo chế độ AB khổng biến áp Biết E = ± V : R, = 4.7Q, Rg = 0,30 ; Ri/Àỉ2 = 5kQ -ô C: R, Rr X Tz u BE U o I = ,6 V E Hình 3.41 a) Xác định mạch phân áp để 80 đổ làm 109 việc trán h méo gốc Tính I|tmax p.Itnax b) Xác định nguổn ±E cung cấp, vẽ đường tài tinh tải động Tranzito khuếch đại R u n A -p C í _L i Đ^ — w c) Tính công suất tiêu tán Tranzito p t B ài tâ p 3.42 mạch hinh 3.42 a) Hãy vẽ dạng điện áp U^(t) điểm A 1) khóa kj hở, k2 hở 2) khóa kj đdng, k2 hở 3) H ình 3.42 Cho khóa k, hở, 4) khđa k| đổng, k2 b) Biết = 8V ; = lOmA ; ƯỊ = 220V hiệu dụng, n = Xác định giá trị điện trở R (ở trạng thái kj đống) c) Tính hệ số ổn định mạch St biết = 7fì ^lảimax “ SOniA Tính giá trị điện trở tải ứng với dòng 50mA k 20 k2 = B ài t ậ p 3.43 Mạch hinh 3.43 sơ đổ chỉnh iưu cẩu có lọc Ổn định điện áp kiểu nối tiếp Biết = 5,6V, = 5£2 = lOmA ; = lOOmA ; = 50 ; = V (tri hiệu dụng), Rg =>= 5kQ x L f~ T — ĐZ _L Hình 3.43 110 a) Tính giá trị điện áp dòng điện nhánh sơ đố ổn định trạng thái 1) Khi Rj hở mạch 2) Khi R, = Xác định giá trị sơ đỗ b) Tính R xác định hệ sơ đố đả cho ứng với dòng số ổn áp s , điện trở c) Xác định giá trị điện áp ngược cực đại đặt lên van Tính độ Ổn định đường dây độ ổn định tải Sj sơ đố cho Bài 3.44 Mạch hinh 3.44 ià ỉ sơ đổ ổn áp kỉểu nối tiếp, cd độ Ổn định cao dùng IC tuyến tính Biết tham số sơ ao đổ : u , == 6,3V D,c>v ;; uu„ == 0,7V t (loại silic) VR = 2,5kQ 12m  ; = = 7,2kQ ; R = l, kQ ; E zmin ; lo max = 250m A ỉĩình 144 a) Viết biểu thức tính theo tham số mạch tính dài đến thay đổi VR toàn thang giá trị 111 b) Thxh giá trị R xác định sai số AE^ gây dải - ”c đến +80”c biết nhiệt độ = aUp/aT = -l,8 ‘ ^°K a j ^ = aUz/3T = +1,95.10"^/^ c) Xác định cơng suất nhiệt tiêu tán Tranzito tài có dòng ứng với t r n g thái giới hạn VR Tính giá trị điện trở tải Rj nguổn tiêu thụ dòng cực đại với trị VR = VR = 2,5kQ d) Nếu thay đổi nguổn +E thành cực tính “E (ví dụ chân só nối tới -E , chân sổ tới OV), cẩn thay đổi gỉ sơ đổ hỉnh 3.44 để mạch làm việc bình thường ? B ài tẠp 3.45 Hình 3.45 sơ đổ ổn áp nối tiếp, tự động hạn chế dòng cổ thể thay đổi mức điện áp E o Biết tham số mạch : E = +30V - c -— 1— u_ = ,6 V _ V£ = l , kQ R2 = kQ 5£JƠJ5 R3 = 3kQ —u — /i > L R4 = kQ VR = 2,5kQ •Đ: h ỷ íA 74-1 /3j = 100 IN3567 ổ- +Eo Dòng IC ImA a) Giải thích hoạt động sơ đổ, xác định biểu thúc điện áp Hình 145 theo tham số mạch Tính giới hạn thay đổi -ikhi VE thay đổi trị sổ (trên toàn thang từ điểm m út đến m út dưới) b) Phân tích tác dụng Tj xác định giá trị Rg đảm bảo cho nhiệm vụ đố, cán chọn công suát Rp ? 112 c) Tính dòng điện Xác định thiơn áp điểm khơng ưyQ cùa IC biết dòng định thiên 500nA B ài tậ p 3.46 Hình 3.46 nguổn ổn áp nối tiếp dùng vi mạch ổn áp loại LM317 (loại điểu chinh điện áp ra, Các tụ C = C = ÌOụY để triệt dao động cd thể xảy điện dung tải kết hợp với mạch tiếp gây cải thiện tính chất độ (cao tấn) sơ đổ Trị số linh kiện cho hình vẽ, giả thiết > = +35V ± 10% Đi + -Ỷ - ? -9 LM I + c our T a d j Ur -rfg » Ịp \^ ^000M 'T —L ' ỏ - -ó^ I q i l "tL i ^ ,u Q n iL p ^ T _L - ỈOỊi F Hình 3.46 Dòng tỉnh chân điéu chỉnh ADJ : Iq = 50m Id max ^ In b) Xác định giới hạn R2 thay đổi giới hạn -i- kQ Biết ràng xác định tài cực tiểu sơ đồ cho biết Iq = 240Q, = 1,5A B ài tậ p 3.49 Cho mạch ổn áp hình 3.49 cd mức điện áp lựa chọn bàng tín hiệu số lối vào chọn Biết xung chọn cd cực tính dương biên độ +5V Hây xác định mức điện áp có th ể chọn trạn g thái điéu khiển bất kỉ Già th iết điện áp chuẩn IC ổn áp đặt tới lối vào p tấng khuếch đại vi sai LM113 cđ ngưỡng chuẩn vùng -fO Eo R b2^0si ■