Giao trinh cau kien dien tu Phan Thi Nam Mac Van Bien

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Chủ biên: Ths PHAN THỊ NĂM GIÁO TRÌNH CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ (Lưu hành nội ) BẮC GIANG – 2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Chủ biên: Ths PHAN THỊ NĂM Thành viên: Ths MẠC VĂN BIÊN GIÁO TRÌNH CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ (Lưu hành nội ) BẮC GIANG - 2016 LỜI NÓI ĐẦU Cấu kiện điện tử kiến thức bước đầu ngành điện tử, phần tử linh kiện rời rạc, mạch tích hợp (IC) tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử Vì nắm vững học phần Cấu kiện Điện tử vấn đề chủ chốt học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật Giáo trình “ Cấu kiện điện tử” biên soạn dựa sở học phần dùng cho sinh viên cao đẳng chuyên ngành Điện, Điện tử, Cơng nghệ thơng tin Nó cung cấp cho người học kiến thức kỹ mơn học Nội dung giáo trình gồm phần Phần I: Lý thuyết Chương 1: Linh kiện thụ động Chương 2: Chất bán dẫn Diode bán dẫn Chương 3: Transistor lưỡng cực (BJT) Chương 4: Transistor trường (FET) Chương 5: Các linh kiện bán dẫn khác Chương 6: Cấu kiện quang điện tử Chương 7: Vi mạch Phần II: Thực hành Bài 1: Khảo sát linh kiện thụ động Bài 2: Khảo sát linh kiện tích cực Bài 3: Khảo sát vi mạch Bài 4: Thực tập hàn nối Mặc dù cố gắng, chắn giáo trình cịn có nhiều thiếu sót, mong dẫn, góp ý kiến độc giả để giáo trình hồn thiện Mọi ý kiến xin gửi về: Khoa Điện tử - Tin học, trường Cao đẳng kỹ thuật Công nghiệp,số 202 Trần Nguyên Hãn, TP Bắc Giang, Bắc Giang, điện thoại 0240.3858.611 Giáo trình Hiệu trưởng phê duyệt làm tài liệu thức dùng cho giảng dạy, học tập học phần Cấu kiện điện tử trường Cao đẳng kỹ thuật Công nghiệp Chúng trân trọng cám ơn! TM NHÓM TÁC GIẢ Chủ biên Ths Phan Thị Năm MỤC LỤC PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG LINH KIỆN THỤ ĐỘNG .1 1.1 ĐIỆN TRỞ (Resistor) 1.2 BIẾN TRỞ (Variable Resistor: VR) .8 1.3 TỤ ĐIỆN (Capacitors) 1.4 CUỘN CẢM (Inductor) 19 1.5 BIẾN ÁP .22 1.6 RƠLE 24 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 26 CHƯƠNG CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE BÁN DẪN 27 2.1 CẤU TRÚC VÙNG NĂNG LƯỢNG CỦA CHẤT RẮN TINH THỂ .27 2.2 CHẤT BÁN DẪN THUẦN 28 2.3 CHẤT BÁN DẪN PHA TẠP .30 2.4 MẶT GHÉP P – N VÀ TÍNH CHẤT CHỈNH LƯU 31 2.5 DIODE BÁN DẪN .33 2.6 CÁC DIODE BÁN DẪN THÔNG DỤNG .37 2.7 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DIODE 40 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 44 CHƯƠNG TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT) 45 3.1 CẤU TẠO, KÝ HIỆU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC 45 3.2 CÁC CÁCH GHÉP CƠ BẢN .47 3.3 CÁC CÁCH PHÂN CỰC CHO TRANSISTOR 51 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 57 CHƯƠNG TRANSISTOR TRƯỜNG (FET) .59 4.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TRANSISTOR TRƯỜNG 59 4.2 JFET 60 4.3 MOSFET .64 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 72 CHƯƠNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN KHÁC 73 5.1.TRANSISTOR MỘT CHUYỂN TIẾP (UJT) 73 5.2 THYRISTOR (SCR) 77 5.3 TRIAC 82 5.4 DIAC 84 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 88 CHƯƠNG CẤU KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 89 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG 89 6.2 CÁC CẤU KIỆN CHUYỂN ĐỔ ĐIỆN QUANG 90 6.3 CÁC CẤU KIỆN CHUYỂN ĐỔI QUANG ĐIỆN 102 6.4 LINH KIỆN TÍCH ĐIỆN KÉP (CCD) .106 6.5 CÁC CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH CẢM ỨNG 109 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 112 CHƯƠNG VI MẠCH 113 7.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 113 7.2 CÁC LOẠI VI MẠCH LƯỠNG CỰC .114 7.3 CÁC LOẠI VI MẠCH MOS 116 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 122 PHẦN II THỰC HÀNH 123 BÀI KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 123 1.1 ĐIỆN TRỞ 123 1.2 TỤ ĐIỆN 123 1.3 CUỘN DÂY 123 1.4 BIẾN ÁP 124 1.5 RƠLE 124 BÀI KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC 125 2.1 KHẢO SÁT DIODE VÀ TRANSISTOR 125 2.2 KHẢO SÁT THYRISTOR, TRIAC, DIAC 126 BÀI KHẢO SÁT VI MẠCH 127 3.1 NHẬN DẠNG VÀ XÁC ĐỊNH CHÂN VI MẠCH 127 3.2 VI MẠCH ỔN ÁP NGUỒN .127 3.3 VI MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN SỬ DỤNG LM358 128 BÀI THỰC TẬP HÀN NỐI 129 4.1 HÀN NỐI DÂY 129 4.2 HÀN BO MẠCH .129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG LINH KIỆN THỤ ĐỘNG (Passive Components) Trạng thái điện linh kiện điện tử đặc trưng thơng số: điện áp u cường độ dịng điện i Mối quan hệ tương hỗ i=f(u) biểu diễn đặc tuyến V-A Người ta phân chia linh kiện điện tử theo hàm quan hệ tuyến tính hay phi tuyến Nếu hàm i=f(u) tuyến tính (hàm đại số bậc hay phương trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử gọi phần tử tuyến tính (R, L, C ) Nếu hàm i=f(u) quan hệ phi tuyến (phương trình đại số bậc cao, phương trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử gọi phần tử phi tuyến (diode, Transistor ) 1.1 ĐIỆN TRỞ (Resistor) Dịng điện dịng chuyển dời có hướng hạt mang điện vật dẫn hạt mang điện electron tự Các electron tự có khả dịch chuyển tác động điện áp nguồn trình dịch chuyển electron tự va chạm với nguyên tử nút mạng electron khác nên bị phần lượng dạng nhiệt Sự va chạm cản trở chuyển động electron tự đặc trưng giá trị điện trở 1.1.1 Định nghĩa ký hiệu - Điện trở linh kiện đặc trưng cho khả cản trở dòng điện, giá trị điện trở lớn dịng điện mạch nhỏ - Đơn vị (Ohm) Các bội số thường dùng điện trở K(Kilo Ôm), M(meega Ôm), m( mili Ôm) M =103 K = 106  = 109 m - Ký hiệu: Điện trở Hình 1.1 Ký hiệu điện trở - Hình dạng thực tế cúa điện trở: Hình 1.2 Hình dạng thực tế loại điện trở 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Điện trở có giá trị xác định a Điện trở than ép (Điện trở hợp chất Cacbon): Được chế tạo cách trộn bột than với vật liệu cản điện, sau nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng hỗn hợp Hình 1.3 Điện trở than ép Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng (từ1Ω đến 100MΩ), công suất danh định (1/8W-2W), phần lớn có cơng suất 1/4W 1/2W Một ưu điểm bật điện trở than ép có tính trở nên sử dụng nhiều phạm vi tần số thấp (trong xử lý tín hiệu âm tần) b Điện trở dây quấn: Được chế tạo cách quấn đoạn dây chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh lõi hình trụ Trở kháng phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, đường kính độ dài dây dẫn Điện trở dây quấn có giá trị nhỏ, độ xác cao có cơng suất nhiệt lớn Tuy nhiên nhược điểm điện trở dây quấn có tính chất điện cảm nên khơng sử dụng mạch cao tần mà ứng dụng nhiều mạch âm tần Hình 1.4 Điện trở dây quấn c Điện trở màng mỏng: Được sản xuất cách lắng đọng Cacbon, kim loại oxide kim loại dạng màng mỏng lõi hình trụ Điện trở màng mỏng có giá trị từ thấp đến trung bình, thấy rõ ưu điểm bật điện trở màng mỏng tính chất trở nên sử dụng phạm vi tần số cao, nhiên có cơng suất nhiệt thấp giá thành cao Hình 1.5 Điện trở màng mỏng 1.1.2.2 Điện trở có giá trị thay đổi a Điện trở nhiệt: Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ Có loại nhiệt trở: Hình 1.6 Ký hiệu điện trở nhiệt (1) Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Giá trị điện trở giảm nhiệt độ tăng (NTC), (2) Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: Giá trị điện trở tăng nhiệt độ tăng Nhiệt trở sử dụng để điều khiển cường độ dòng điện, đo điều khiển nhiệt độ: ổn định nhiệt cho tầng khuếch đại, đặc biệt tầng khuếch đại công suất linh kiện cảm biến hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ b Điện trở quang (Photo Resistor) Hình 1.7 Ký hiệu điện trở quang Quang trở linh kiện nhạy cảm với xạ điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy Quang trở có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào Cường độ ánh sáng mạnh giá trị điện trở giảm ngược lại Khi bị che tối: R = n.100k   n.M Khi chiếu sáng: R = n.100  n.k Quang trở thường sử dụng mạch tự động điều khiển ánh sáng như: Phát người vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét Camera; Tự động bật đèn trời tối; Điều chỉnh độ nét LCD;… 1.1.3 Các thông số điện trở 1.1.3.1 Giá trị điện trở Giá trị điện trở đặc trưng cho khả cản trở dòng điện điện trở Yêu cầu giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm thời gian,…Điện trở dẫn điện tốt giá trị nhỏ ngược lại Giá trị điện trở tính theo đơn vị Ohm (Ω, kΩ, MΩ, GΩ) Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, kích thước điện trở nhiệt độ môi trường R l S (1.1) Trong đó: ρ: điện trở suất [Ωm] l: chiều dài dây dẫn [m] S: tiết diện dây dẫn [m2] Trong thực tế điện trở sản xuất với số thang giá trị xác định Khi tính tốn lý thuyết thiết kế mạch, cần chọn thang điện trở gần với giá trị tính 1.1.3.2 Sai số Sai số độ chênh lệch tương đối giá trị thực tế điện trở giá trị danh định, tính theo %  Rtt  Rdd 100% Rdd (1.2) Trong đó: Rtt: Giá trị thực tế điện trở Rdd: Giá trị danh định điện trở Tuỳ theo dung sai phân điện trở cấp xác: Cấp 005: có sai số ± 0,5% Cấp 01: có sai số ± 1% Cấp I: có sai số ± 5% Cấp II: có sai số ± 10% Cấp III: có sai số ± 20% 1.1.3.3 Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor) TCR thay đổi tương đối giá trị điện trở nhiệt độ thay đổi 1oC, tính theo phần triệu TCR    R / T 106 [ppm/0C] R (1.3) Khi nhiệt độ tăng, số lượng electron bứt khỏi quỹ đạo chuyển động tăng va chạm với electron tự làm tăng khả cản trở dòng điện vật dẫn Trong hầu hết chất dẫn điện nhiệt độ tăng giá trị điện trở tăng, hệ số  > (PTC: Positive Temperature Coefficient) Đối với chất bán dẫn, nhiệt độ tăng số lượng electron bứt khỏi nguyên tử để trở thành electron tự gia tăng đột ngột, va chạm mạng tinh thể tăng không đáng kể so với gia tăng số lượng hạt dẫn, làm cho khả dẫn điện vật liệu tăng, hay giá trị điện trở giảm, có hệ số  < (NTC: Negative Temperature Co-efficient) Hệ số nhiệt  < nhỏ, độ ổn định giá trị điện trở cao Hình 1.8 Ảnh hưởng nhiệt độ tới giá trị điện trở vật dẫn Tại nhiệt độ xác định có hệ số nhiệt  xác định, giả sử nhiệt độ T1 điện trở có giá trị R1 hệ số nhiệt 1 , giá trị điện trở nhiệt độ T2: R2 = R1[1+α1(T2 – T1)] (1.4) 1.1.3.4 Công suất tối đa cho phép Công suất tối đa cho phép công suất nhiệt lớn mà điện trở chịu ngưỡng điện trở bị nóng lên bị cháy Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả chịu nhiệt Pmax  U max  I max R R (1.5) Trong mạch thực tế, khối nguồn cấp, cường độ dòng điện mạnh nên điện trở có kích thước lớn, cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để tản nhiệt Tại khối xử lý tín hiệu, cường độ dịng điện yếu nên điện trở có kích thước nhỏ phải chịu công suất nhiệt thấp Nếu A B nối chung với hay Q1 có cực phát mạch NAND chuyển thành mạch NOT Để tăng tốc độ chuyển mạch cao hẳn loại trên, số cải tiến công nghệ thêm vào TTL bắt đầu mã số 54 hay 74 Mã 54 dùng qn hay cơng nghệ cao nên khơng trình bày, nói đến mã 74 dùng dân hay thương mại Theo công nghệ chế tạo, loại 74 khác bao gồm:  TTL loạt thường 74XX: Loại đời sớm từ năm 1964, sản phẩm tập đoàn Texas Instruments Ngày cịn dùng Loại dung hồ tốc độ chuyển mạch mát lượng (cơng suất tiêu tán) Một số kí hiệu cho cổng logic loại 7400 IC chứa cổng nand ngõ vào, 7404 cổng đảo,… Cần để ý tra IC, mã số chung đầu 74, số sau chức logic, cịn có số chữ đứng trước mã 74 để nhà sản xuất SN Texas Instrument, DM National Semiconductor,…  TTL công suất thấp 74LXX: Có cơng suất tiêu tán giảm 10 lần so với loại thường tốc độ chuyển mạch giảm 10 lần  TTL công suất cao 74HXX: Có tốc độ cơng suất gấp đơi loại thường Hai loại ngày khơng cịn dùng nữa, công nghệ schottky công nghệ CMOS thay chúng  TTL Schottky 74SXX 74LSXX: Hai loại sử dụng công nghệ Schottlky nhằm tăng tốc độ chuyển mạch Với loại 74LSXX, điện trở phân cực giảm xuống đáng kể so với loại 74SXX nhằm giảm công suất tiêu tán mạch 74LSXX coi chủ lực họ TTL năm 1980 ngày khơng cịn loại tốt loại thơng dụng  TTL shorttky tiên tiến 74ASXX 74ALSXX: Hai loại phát triển từ 74SXX 74LSXX có thêm nhiều sửa đổi mạch có nhiều đặc điểm bật hẳn loại trước  TTL nhanh 74FXX: Đây loại TTL sử dụng kĩ thuật làm mạch tích hợp kiểu nhằm giảm bớt điện dung linh kiện hầu rút ngắn thời gian trễ truyền, tức tăng tốc độ chuyển mạch Loại hãng Motorola sản xuất thường dùng máy vi tính nơi cần tốc độ rất nhanh 7.3 CÁC LOẠI VI MẠCH MOS Công nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor – Kim loại oxit bán dẫn) có tên gọi xuất xứ từ cấu trúc MOS điện cực nằm lớp oxit cách nhiệt, lớp oxit đế bán dẫn Transistor công nghệ MOS transistor hiệu ứng trường, gọi MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) Có nghĩa điện trường phía điện cực kim loại lớp oxit cách nhiệt có ảnh hưởng đến điện trở đế Phần nhiều IC số MOS thiết kế hết MOSFET, không cần đến linh kiện khác 116 Ưu điểm MOSFET dễ chế tạo, phí tổn thấp, cỡ nhỏ, tiêu hao điện Kĩ thuật làm IC MOS rắc rối 1/3 kĩ thuật làm IC lưỡng cực (TTL, ECL, ) Thêm vào đó, thiết bị MOS chiếm chỗ chip so với BJT, thông thường, MOSFET cần 1mm2 diện tích chip, BJT địi hỏi khoảng 50 mm2 Quan trọng hơn, IC số MOS thường không dùng thành phần điện trở IC, vốn chiếm nhiều diện tích chip IC lưỡng cực Những lý lẽ khẳng định IC MOS dung nạp nhiều phần tử mạch chip đơn so với IC lưỡng cực Bằng chứng ta thấy MOS dùng nhiều vi mạch tích hợp cỡ LSI, VLSI hẳn TTL Mật độ đóng gói cao IC MOS làm chúng đặc biết thích hợp cho IC phức tạp, chip vi xử lí chip nhớ Sửa đổi công nghệ IC MOS cho thiết bị nhanh 74, 74LS TTL, với đặc điểm điều khiển dòng gần Do vậy, thiết bị MOS đặc biệt CMOS đã sử dụng rộng rãi mạch MSI tốc độ có thua IC TTL cao cấp dễ bị hư hại bị tĩnh điện Mạch số dùng MOSFET chia thành nhóm là:  PMOS dùng MOSFET kênh P  NMOS dùng MOSFET kênh N tăng cường  CMOS (MOS bù) dùng thiết bị kênh P kênh N Các IC số PMOS NMOS có mật độ đóng gói lớn (nhiều transistor chip hơn) kinh tế CMOS NMOS có mật độ đóng gói gần gấp đơi PMOS Ngồi ra, NMOS nhanh gần gấp lần PMOS, nhờ kiện điện tử tự hạt tải dòng NMOS, lỗ trống (điện tích dương chuyển động chậm hơn) hạt tải dòng cho PMOS CMOS rắc rối có mật độ đóng gói thấp họ MOS, có điểm mạnh tốc độ cao công suất tiêu hao thấp IC NMOS CMOS dùng rộng rãi lĩnh vực kĩ thuật số, IC PMOS khơng cịn góp mặt thiết kế Tuy nhiên MOSFET kênh P quan trọng chúng dùng mạch CMOS Do CMOS có cấu tạo kết hợp PMOS NMOS mạch, nhờ tận dụng mạnh loại, nói chung nhanh đồng thời mát lượng thấp dùng rời loại nên ta tập chung tìm hiểu cơng nghệ chế tạo CMOS 7.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động CMOS Cấu tạo CMOS cồng NOT gồm transistor NMOS transistor PMOS hình 8.2 117 Hình 7.2 Cấu tạo CMOS Khi ngõ vào (nối chung cực cổng transistor) mức cao có Q1 dẫn mạnh áp lấy từ điểm chung cực máng transistor xấp xỉ 0V nên ngõ mức thấp Khi ngõ vào thấp Q1 ngắt Q2 dẫn mạnh, áp xấp xỉ nguồn, tức ngõ mức cao Ở transistor khơng dẫn lúc nên khơng có dòng điện từ nguồn đổ qua transistor xuống mass nhờ cơng suất tiêu tán gần Tuy nhiên transistor chuyển mạch có tải có dịng điện chảy qua hay transistor nên công suất tiêu tán lại tăng lên Trên nguyên tắc cổng đảo, giống trước cách mắc song song hay nối tiếp thêm transistor ta thực cổng logic khác (hình 8.3) Chẳng hạn mắc chồng NMOS mắc song song PMOS ta cổng NAND Còn mắc chồng PMOS mắc song song NMOS ta cổng NOR Hình a) Hình b) Hình 7.3 Các cách mắc cổng 7.3.2 Phân loại CMOS Có nhiều loại IC logic CMOS với đóng vỏ (package) chân giống loại TTL Ở IC có quy mơ tích hợp nhỏ SSI vỏ DIP (Dual Inline Package): với hai hàng chân thẳng hàng 14 hay 16 chân hay dùng  CMOS cũ họ 4000, 4500: Hãng RCA Mỹ cho đời loại CMOS lấy tên CD4000A Về sau RCA có cải tiến loạt CD4000B có thêm tầng đệm ra, sau hãng lại bổ sung thêm loạt CD4500, CD4700 118  Hãng Motorola (Mỹ) sau cho loạt CMOS MC14000, MC14000B, MC14500 tương thích với sản phẩm cũ RCA Đặc điểm chung loạt :  Điện áp nguồn cung cấp từ (3÷18)V mà thường từ (5÷15)V  Chúng có cơng suất tiêu hao nhỏ Riêng loại 4000B có thêm tầng đệm nên dòng lớn hơn, kháng nhiễu tốt mà tốc độ nhanh loại 4000A trước  Tuy nhiên loại tốc độ tỏ chậm chạp dịng nhỏ nhiều so với loại TTL CMOS khác Chính chúng khơng sử dụng rộng rãi thiết kế đại  Loại 74CXX: Đây loại CMOS sản xuất để tương thích với loại TTL nhiều mặt chức năng, chân nguồn ni rộng Các đặc tính loại tốt loại CMOS trước chút nhiên lại sử dụng có nhiều loại CMOS sau thay loại CMOS tốc độ cao  74HCXX 74HCTXX: Đây loại CMOS phát triển từ 74CXX 74HCXX có dịng lớn tốc độ nhanh hẳn 74CXX, tốc độ tương đương với loại 74LSXX, cơng suất tiêu tán thấp Nguồn cấp từ (2÷6)V Cịn 74HCTXX 74HCXX tương thích với TTL nhiều nguồn cấp gần giống TTL (4,5÷5,5)V Do 74HCTXX thay trực tiếp cho 74LSXX giao tiếp với loạt TTL bình thường Ngày 74HC 74HCT trở thành loại CMOS hay dùng mà lại thay trực tiếp cho loại TTL thông dụng  Loại CMOS tiên tiến 74AC, 74ACT: Loại chế tạo có nhiều cải tiến giống bên TTL, hẳn loại trước việc sử dụng cịn hạn chế lí giá thành cao Chẳng hạn cấu trúc mạch chân xếp hợp lí giúp giảm ảnh hưởng đường tín hiệu vào chân loại khác chân TTL Kháng nhiễu, trì hỗn truyền, tốc độ đồng hồ tối đa hẳn loại 74HC, 74HCT Kí hiệu chúng khác chút 74AC11004 tương ứng với 74HC04 74ACT11293 tương ứng với 74HCT293  Loại CMOS tốc độ cao FACT: Đây sản phẩm hãng Fairchild, loại có tính trội sản phẩm tương ứng có  Loại CMOS tốc độ cao tiên tiến 74AHC, 74AHCT: Đây sản phẩm có cải tiến từ loại 74HC 74HCT, chúng tận dụng ưu điểm lớn TTL tốc độ cao CMOS tiêu tán thấp thay trực tiếp cho 74HC 74HCT Ngoài loại công nghệ CMOS phát triển số loại như:  BiCMOS: Đây sản phẩm kết hợp công nghệ lưỡng cực TTL với công nghệ CMOS nhờ tận dụng ưu điểm cộng nghệ tốc độ nhanh công suất tiêu tán thấp Nó giảm 75% cơng suất tiêu tán so với loại 74F lúc giữ tốc độ đặc điểm điều khiển tương đương Nó có chân tương thích với TTL hoạt động áp nguồn 5V Tuy nhiên Bi CMOS thường chì tích hợp 119 quy mơ vừa lớn dùng nhiều giao diện vi xử lí nhớ, mạch chốt, đệm, điều khiển hay thu phát  Loại CMOS điện thấp: Đây loại CMOS đặc biết có áp nguồn giảm xuống khoảng 3V Khi áp giảm kéo theo giảm công suất tiêu tán bên mạch nhờ mật độ tích hợp mạch tăng lên, tốc độ chuyển mạch tăng lên điều cần thiết vi xử lí nhớ với quy mơ tích hợp VLSI Cũng có nhiều loại CMOS áp thấp, xu hướng mai sau, nói qua số loại hãng Texas Instruments  74LV (Low Voltage): Là loại CMOS điện thấp tương ứng với vi mạch số SSI MSI công nghệ khác Nó hoạt động với vi mạch 3,3V khác  74LVC (Low Voltage CMOS ): Gồm nhiều mạch SSI MSI loại 74 Nó nhận mức 5V ngõ vào nên dùng để chuyển đổi hệ thống dùng 5V sang dùng 3,3V khác Nếu giữ dòng điện ngõ đủ thấp để điện ngõ nằm giới hạn cho phép, giao tiếp với ngõ vào TTL 5V Tuy nhiên áp vào cao VIH CMOS 5V 74HC hay 74AHC khiến chúng thúc từ vi mạch LVC  74ALVC (Advanced Low Voltage CMOS): Là loạt CMOS điện thấp, chủ yếu để dùng cho mạch giao diện bus hoạt động 3,3V  74LVT (Low Voltage BiCMOS): Giống 74LVC hoạt động mức logic 5V dùng mạch số chuyển mức V sang 3V 7.3.3 Đặc tính kỹ thuật CMOS  Công suất tiêu tán (PT): Khi mạch CMOS trạng thái tĩnh (khơng chuyển mạch) cơng suất tiêu tán mạch nhỏ Có thể thấy điều phân tích mạch mạch cổng NAND hay NOR Với nguồn 5V, PT cổng khoảng 2,5nW Tuy nhiên PT gia tăng đáng kể cổng CMOS phải chuyển mạch nhanh Chẳng hạn tần số chuyển mạch 100KHz PT=10nW, cịn f=1MHz PT=0,1mW Đến tần số cỡ hay MHz PT CMOS tương đương với PT 74LS bên TTL, tức dần ưu Lý có điều chuyển mạch transistor dẫn khiến dòng bị hút mạnh để cấp cho phụ tải điện dung (sinh xung nhọn làm biên độ dòng bị đẩy lên có cỡ 5mA thời gian tồn khoảng 20 đến 30 ns) Tần số chuyển mạch lớn sinh nhiều xung nhọn làm dòng điện tăng kéo theo P tăng theo P cơng suất động lưu trữ điện dung tải Điện dung bao gồm điện dung đầu vào kết hợp tải kích thích điện dung đầu riêng thiết bị 120 Hình 7.4 Ảnh hưởng tải điện dung  Tốc độ chuyển mạch (tần số chuyển mạch): Cũng giống mạch TTL, mạch CMOS phải có trì hỗn truyền để thực chuyển mạch Nếu trì hỗn nửa chu kì tín hiệu vào dạng xung vng trở thành xung tam giác khiến mạch tác dụng logic Tuy nhiên tốc độ chuyển mạch CMOS nhanh hẳn loại TTL điện trở đầu thấp trạng thái Tốc độ chuyển mạch tăng lên tăng nguồn điều làm tăng cơng suất tiêu tán, ngồi cịn ảnh hưởng tải điện dung  Điện áp vào loại CMOS: Cũng giống bên TTL kí hiệu, tên gọi bên CMOS có phức tạp nguồn ni cho loại IC khác nhau, ta rút tương đối Quan tâm đến áp tính đến việc giao tiếp cổng khác loại khác áp nuôi…  Dịng điện ngõ vào ngõ ra: Nói chung ta quan tâm đến dịng nhiều dòng max cho phép mà đảm bảo mức logic  Hệ số tải: Dòng CMOS lớn lúc điện trở vào CMOS lại lớn (thường khoảng 1012Ω) tức dòng vào rất nhỏ nên số toả lớn Nhưng cổng CMOS có điện dung ngõ vào thường khoảng 5pF nên có nhiều cổng tải mắc song song số điện dung tăng lên làm tốc độ chuyển mạch chậm lại khiến số toả tần số thấp (dưới 1MHz) vài chục, tần số cao số tạo giảm 10  Tính kháng nhiễu: Đặc tính chuyển (trạng thái) loại CMOS dứt khoát trừ loại 4000A chúng có tầng đệm trước ngõ Dẫn đến giới hạn nhiễu tốt loại TTL Tốt loại 4000A,B Giới hạn nhiễu cịn tốt ta tăng nguồn ni lớn 5V, nhiên lúc tổn hao tăng theo  Các IC cổng logic: Có nhiều IC loại CMOS có mã số chức logic tương tự IC TTL chẳng hạn bên TTL IC cổng NAND ngõ vào 7400, 74LS00, 74AS00, bên CMOS tương tự có 74C00, 74HC/HCT00, 74AC11000, Tuy nhiên khơng phải tất bên TTL có bên CMOS có CMOS cịn có loại riêng, ví dụ: Schmitt Trigger 74HC/HCT14 gồm cổng đảo, 74HC/HCT132 gồm cổng NAND ngõ vào cịn có 4014, 4534 gồm cổng đảo, 4093 gồm cổng NAND ngõ vào; hay 4066 cổng truyền chiều số tương tự vv 121 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Mạch tích hợp gì? Cho ví dụ minh họa? Câu 2: Trình bày ưu, nhược điểm mạch tích hợp? Câu 3: Trình bày cấu trúc nguyên lý hoạt động vi mạch lưỡng cực TTL? Câu 4: Các loại vi mạch lưỡng cực TTL? Câu 5: Vi mạch IIL gì? Cho ví dụ minh họa? Câu 6: Vi mạch MOS gì? Cho ví dụ minh họa? Câu 7: Hãy nêu đặc tính kỹ thuật CMOS? Câu 8: Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động CMOS?Có loại CMOS? Đặc điểm loại? Câu 9: Hãy nêu đặc tính kỹ thuật CMOS? Câu 10: So sánh vi mạch lưỡng cực TTL vi mạch MOS? 122 PHẦN II THỰC HÀNH BÀI KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 1.1 ĐIỆN TRỞ 1.1.1 Đọc giá trị điện trở Xem mục 1.1.4 (chương 1) 1.1.2 Kiểm tra chất lượng điện trở Để kiểm tra chất lượng điện trở, điện trở có trị số danh định nhỏ (dưới 1MΩ) dùng Ơm kế hay đồng hồ vạn (VOM) để thang đo thích hợp để kiểm tra (thang đoΩ) Với điện trở có giá trị danh định lớn (trên MΩ) dùng Meega Ôm kế để kiểm tra chất lượng Nếu giá trị đo đồng hồ lớn trị số danh định điện trở điện trở bị tăng trị số, ngược lại giá trị đo đồng hồ nhỏ trị số danh định đồng hồ điện trở bị giảm trị số Nếu kim đồng hồ nằm vị trí ∞ điện trở bị đứt, kim đồng hồ giá trị gần với giá trị danh định điện trở điện trở tốt 1.2.3 Kiểm tra chất lượng biến trở Dùng đồng hồ VOM đặt thang đo điện trở (thang đo Ω) đo hai đầu dây xem có đứt khơng, sau đo giá trị đầu với điểm giữa, xoay chiết áp xem điện trở có thay đổi khơng, mức độ tiếp xúc chạy có tốt khơng Khi xoay chiết áp, kim đồng hồ trị số điện trở phải thay đổi liên tục, thay đổi đột ngột tiếp xúc chạy → Chất lượng biến trở giảm 1.2 TỤ ĐIỆN 1.2.1 Cách đọc trị số tụ điện Xem mục 1.3.4 (chương 1) 1.2.2 Kiểm tra chất lượng tụ điện Sử dụng đồng hồ VOM để kiểm tra chất lượng tụ Đặt thang đo đồng hồ thang đo điện trở với nguyên tắc kiểm tra tụ là: Tụ có giá trị điện dung lớn đặt đồng hồ thang điện trở nhỏ, ngược lại tụ có giá trị điện dung nhỏ đặt thang đo lớn phải đảo chiều que đo đồng hồ kiểm tra Đặt que đo đồng hồ vào hai chân cực tụ nếu: - Kim đồng hồ chạy lên từ từ trả vị trí cũ tụ cịn tốt - Kim đồng hồ chạy lên dừng lại không trả vị trí ban đầu tụ bị dị - Kim đồng hồ chạy lên 0Ω, đứng nguyên tụ bị chập - Kim đồng hồ chạy lên trả không (trả không hết) tụ bị khô 1.3 CUỘN DÂY 1.3.1 Cách đọc trị số cuộn dây Quy định màu cách đọc màu tương tự điện trở 123 1.3.2 Kiểm tra chất lượng cuộn dây Dùng đồng hồ VOM đặt thang đo Ω để kiểm tra xem cuộn dây có bị đứt hay chập vịng dây với khơng Tuy nhiên cuộn dây bị chập số vịng khó xác định, phải dùng máy chuyên dụng Khi thay cuộn dây cần phải thay cuộn có số liệu cuộn dây cũ Cuộn cảm sau quấn lại có hệ số phẩm chất giảm, đặc biệt với loại cuộn cảm có kết cấu phức tạp 1.4 BIẾN ÁP Kiểm tra chất lượng máy biến áp Dùng đồng hồ vạn đặt thang đo phù hợp (thang Ω), chập hai đầu que đo đồng hồ chỉnh kim đồng hồ vị trí 0Ω Đặt que đo đồng hồ vào cuộn dây sơ cấp thứ cấp biến áp quan sát kim đồng hồ, nếu: Kim đồng hồ 0Ω cuộn dây đặt que đo bị chập Kim đồng hồ ∞Ω cuộn dây bị đứt Trường hợp cuộn dây bị chạm vịng dây phải sử dụng máy chuyên dùng để kiểm tra 1.5 RƠLE 1.5.1 Kiểm tra Rơle đơn Rơle kép tiếp điểm thường mở Dùng VOM để đo cặp chân cuộn dây (đo có Ω) cặp chân tiếp điểm (Đo không lên Ω) tốt 1.5.2 Kiểm tra Rơle có tiếp điểm thường mở - thường đóng Dùng VOM để đo cặp chân cuộn dây(đo có Ω), cấp nguồn cho cuộn dây, đo cặp chân tiếp điểm thường mở kim đồng hồ không lên (Đặt đồng hồ thang đo Ω) cặp chân tiếp điểm thường đóng kim đồng hồ chạy 0Ω tốt 124 BÀI KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC 2.1 KHẢO SÁT DIODE VÀ TRANSISTOR 2.1.1 Diode Sử dụng đồng hồ VOM đặt thang đo Ω (thường đặt thang X1) đặt hai que đo đồng hồ vào hai chân cực diode nếu: - Kim đồng hồ chạy lên (chỉ giá trị khoảng từ 4,5÷10Ω) que đen đồng hồ tương ứng với cực Anot, que đỏ đồng hồ tương ứng với cực Katot Đảo chiều que đo kim không lên → Diode tốt - Kim đồng hồ chạy lên tới 0Ω (khi đảo chiều que đo) → chập P-N - Kim đồng hồ nằm vị trí ∞Ω (khi đảo chiều que đo) → đứt P-N 2.1.2 Transistor lưỡng cực (BJT)  Cách xác định chân Để đồng hồ thang x1Ω , đặt cố định que đo vào chân , que chuyển sang hai chân cịn lại, kim lên (thơng thường khoảng 5÷10Ω) chân có que đặt cố định chân B, que cố định que đen Transistor ngược, que đỏ Transistor thuận Với Transistor ngược NPN, sau xác định chân B, chuyển thang đo đồng hồ thang X10K (hoặc thang X1K), đặt hai que đo đồng hồ vào hai chân cịn lại, sau can nhiêu vào chân B, phép đo kim đồng hồ lên chân đặt que đen chân C, chân đặt que đỏ chân E Với Transistor thuận xác định tương tự transistor ngược chân đặt que đỏ chân C chân đặt que đen chân E  Cách kiểm tra chất lượng linh kiện  Transistor tốt: Bước : Chuẩn bị đo để đồng hồ thang x1Ω Bước 2: Đo thuận chiều BE BC => kim lên thơng thường khoảng 5÷10Ω (Với transistor ngược que đen đặt vào cực B que đỏ đặt vào C E Transistor thuận que đỏ đặt vào B, que đen đặt vào C E) Bước 3: Đo ngược chiều BE BC => kim không lên Bước : Đo C E kim không lên  Transistor bị chập, đứt tiếp giáp P-N: - Đo thuận B E kim lên = 0Ω, Đo ngược B E kim lên = 0Ω => transistor chập BE - Đo hai chiều BE kim đồng hồ không lên => transistor đứt BE - Đo thuận C E kim lên = 0Ω, Đo ngược C E kim lên = 0Ω => transistor chập CE - Trường hợp đo C E kim lên chút bị dò CE 2.1.3 Transistor trường (FET) Cách đo kiểm tra Bước : Chuẩn bị để thang x1KΩ x10KΩ Bước : Nạp cho G điện tích: - Với FET kênh N: Để que đen vào G que đỏ vào S D; - Với FET kênh P: Để que đỏ vào G que đen vào S D; 125 Bước : Sau nạp cho G điện tích ta đo D S (que đen vào D que đỏ vào S, sau đảo chiều que đo) => kim lên Bước : Chập G vào D G vào S để thoát điện chân G Bước : Sau thoát điện chân G: - Đo lại DS bước kim không lên => Kết Mosfet tốt - Đo G S G D kim lên = 0Ω chập GS GD - Đo D S mà hai chiều đo kim lên = 0Ω chập DS 2.2 KHẢO SÁT THYRISTOR, TRIAC, DIAC 2.2.1 Cách đo kiểm tra Thyristor Đặt động hồ thang x1Ω , đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên , dùng Tovit chập chân A vào chân G => thấy đồng hồ lên kim, sau bỏ Tovit => đồng hồ lên kim => Thyristor tốt 2.2.2 Cách đo kiểm tra Triac Bước 1: Kiểm tra sơ Triac giống kiểm tra Thyristor Bước 2: Phân biệt Thyristor Triac sơ đồ sau: Hở K đèn khơng sáng Đóng K: 1- Đèn không sáng → Thyristor 2- Đèn sáng hết công suất → Triac điều khiền trái dấu âm 3- Đèn sáng 1/4 công suất → Triac điều khiền trái dấu dương 2.2.3 Cách đo kiểm tra Diac Sử dụng đồng hồ VOM đặt thang X1, đặt hai que đo đồng hồ VOM vào hai chân cực diac: - Nếu kim đồng hồ chạy 0Ω → Diac chập tiếp giáp P-N - Nếu kim đồng hồ nằm im ∞Ω → Diac tốt đứt tiếp giáp P-N Cách kiểm tra tiếp thực theo sơ đồ sau: Điều chỉnh nguồn DC tới ≥30V Diac tốt → đèn sáng Diac bị đứt tiếp giáp → đèn không sáng 126 BÀI KHẢO SÁT VI MẠCH 3.1 NHẬN DẠNG VÀ XÁC ĐỊNH CHÂN VI MẠCH Muốn nhận dạng vị trí chân IC, dù loại digital, IC ổn áp IC analog ta phải dựa vào sổ tay IC truy cập vào Website: http://datasheetcatalog.com Tuy nhiên, ta cần phải biết phương pháp xác định vị trí cho chân mang số thứ tự cho IC Khi nhìn thẳng từ xuống IC, ta nhận thấy IC (dạng có hai hàng chân song song) phía thân khuyết đầu phần bán nguyệt, đơi phía in vạch thẳng sơn trắng, có điểm chấm trắng phía trái Vị trí chân phía chấm trắng bên trái xác định chân số 1, sau đếm theo chiều ngược kim đồng hồ ta tìm chân cịn lại Tùy thuộc vào tính kỹ thuật ghi sổ tay, chức chân tương ứng với số thứ tự chân Trong nội dung giáo trình này, tơi trình bày dạng chân cho số IC thông dụng IC LM555 IC LM741 Sơ đồ chân IC LM555 Chân 1: Ground (GND) Chân 2: Trigger (TRG) Kích khởi Chân 3: Output (OUT) Ngõ Chân 4: Reset Chân 5: Cont Chân 6: Threshold (THRES) Chân 7: Discharge (DISCH) Chân 8: VCC (Nguồn) Sơ đồ chân IC LM741 Chân 1: Offset null Điều chỉnh Chân 2: Inverting input Ngõ vào đảo Chân 3: Non-Inverting input Ngõ vào không đảo Chân 4: VChân 5: Offset null Chân 6: Output Ngõ Chân 7: V+ Chân 8: NC (Normal close) Chân bỏ trống 3.2 VI MẠCH ỔN ÁP NGUỒN 3.2.1 Họ vi mạch 78xx 79xx 127 3.2.2 Họ vi mạch LM317 LM337 3.3 VI MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN SỬ DỤNG LM358 128 BÀI THỰC TẬP HÀN NỐI 4.1 HÀN NỐI DÂY - Bước 1: Làm điểm hàn đầu mỏ hàn trước hàn thiếc Bước 2: Tráng thiếc đầu mỏ hàn Bước 3: Đặt điểm cần hàn lên Bước 4: Làm nóng điểm hàn chấm thiếc vào mối hàn 4.2 HÀN BO MẠCH Bước 1: Làm mạch in trước hàn linh kiện Trước hàn linh kiện phải làm mạch in (đặc biệt điểm hàn) để đảm bảo mối hàn dính thiếc với tỷ lệ diện tích bề mặt cao Công việc quan trọng mạch in chưa phủ thiếc Để làm điểm hàn đồng dùng cục cao su bào mòn vật liệu tương tự - Bước 2: Vệ sinh đầu mỏ hàn trước hàn: Lau đầu mỏ hàn xốp thấm nước nước lần trước hàn - Bước 3: Tráng thiếc đầu mỏ hàn: Dùng nhựa thông thiếc hàn để tráng đầu mỏ hàn trước lần hàn Chú ý không để thiếc bám dính nhiều đầu mỏ hàn - Bước 4: Cắm linh kiện vào lỗ hàn: Cắm linh kiện vào lỗ hàn Bẻ nghiêng chân linh kiện phía bên mặt hàn để linh kiện bám vào mạch in tránh trường hợp linh kiện bị rơi hàn Ngoài ra, việc bẻ nghiêng chân linh kiện có tác dụng tăng độ bền vật lý cho linh kiện trình sử dụng - Bước 5: Bấm (cắt) chân linh kiện: Chúng ta thường hay thực khâu bấm chân linh kiện sau hàn làm theo cách dễ hơn, tránh việc linh kiện rơi khỏi mạch in Tuy nhiên, việc khơng có lợi cho mạch in Tốt nhất, việc bấm chân linh kiện thực trước hàn Điều giúp cho ta có mối hàn đẹp tránh rủi ro làm hỏng đồng mạch in - Bước 6: Làm nóng chân linh kiện, điểm hàn chấm thiếc vào mối hàn Đặt đầu mỏ hàn tiếp xúc với chân linh kiện điểm hàn (mạch in) để nung nóng hai lúc Nhiều người tâm vào nung nóng điểm hàn mạch in kết đồng mạch in dễ bị bung thiếc bao phủ xung quanh chân linh kiện khơng có tiếp xúc mặt điện đơi có độ bền vật lý mối hàn không đảm bảo  Cách hàn chân IC dãy nhiều chân: - Dùng mỏ hàn bôi nhựa thông tới tất chân IC - Dùng lượng thiếc nhiều cho chân dãy Bấm mỏ hàn cho thiếc nóng chảy di đến chân chân cuối (chỉ di chiều) Chân cịn chạm di lại (hoặc thêm nhựa thông) tiếp tục đến cuối Trong trình di thiếu thiếc châm thêm Đến chân cuối thừa thiếc vẩy đầu mỏ hàn để loại bỏ bớt thiếc - 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Minh Trí Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2005 Đỗ Xuân Thụ Dụng cụ bán dẫn Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1985 Đỗ Thanh Hải Điện tử Nhà xuất niên, 1999 Cấu kiện điện tử quang điện tử Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, 2001 Nguyễn Viết Ngun Nhà xuất Giáo dục, Jmillman Micro electronics, Digital and Analog, Circuits and System Mc Graw Hill Book company, 1997 Trang Web www.alldatasheet.com.vn 130 ... biểu diễn đặc tuyến V-A Người ta phân chia linh kiện điện tử theo hàm quan hệ tuyến tính hay phi tuyến Nếu hàm i=f(u) tuyến tính (hàm đại số bậc hay phương trình vi phân, tích phân tuyến tính),... phần tử gọi phần tử tuyến tính (R, L, C ) Nếu hàm i=f(u) quan hệ phi tuyến (phương trình đại số bậc cao, phương trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử gọi phần tử phi tuyến (diode, Transistor... trở cực thứ cực cịn lại thay đổi Có thể có loại biến trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) biến trở phi tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc