Điện trở, tụ điện, diode, sò

Điện trở là cấu kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện trong mạch. Tụ điện là linh kiện dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có điện tích ở bản cực tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt trên nó Cuộn cảm là phần tử sinh ra hiện tượng tự cảm khi dòng điện chạy qua nó biến thiên. Khi dòng điện qua cuộn cảm biến thiên sẽ tạo ra từ thông thay đổi và một sức điện từ được cảm ứng ngay trong cuộn cảm hoặc có thể cảm ứng một sức điện từ sang cuộn cảm kề cận với nó.

CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 3.1 Cấu kiện thụ động 3.1.1 Điện trở (resistor) + Định nghĩa Điện trở cấu kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện mạch Mức độ cản dòng đặc trưng trị số điện trở xác định theo định luật Ơm sau: (3.1) đó: U - hiệu điện điện trở [V]; I - dòng điện qua điện trở [A]; R điện trở [Ω] Ký hiệu điện trở theo cách hình 3.1 R R Hình 3.1 Ký hiệu điện trở Trên điện trở, dòng điện điện áp pha điện trở dẫn dòng điện chiều xoay chiều (3.2) Quan hệ dòng điện điện áp điện trở Biểu thức định luật Ơm theo dòng điện (3.3) Công suất tiêu tán tức thời điện trở: Cơng suất tiêu tán trung bình: Điện trở có nhiều ứng dụng như: định thiên cho cấu kiện bán dẫn, điều khiển hệ số khuyếch đại, cố định số thời gian, phối hợp trở kháng, phân áp, tạo nhiệt Tùy theo ứng dụng, yêu cầu cụ thể dựa vào đặc tính loại điện trở để lựa chọn thích hợp a Các tham số kỹ thuật đặc trưng điện trở + Trị số điện trở dung sai + Hệ số nhiệt điện trở + Công suất tiêu tán danh định + Tạp âm điện trở - Trị số điện trở dung sai Trị số điện trở tham số nhất, yêu cầu phải ổn định, thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm, v.v Trị số điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, vào kích thước điện trở nhiệt độ môi trường Trị số điện trở đo đơn vị Ôm bội số ước số nó: μΩ, mΩ, kΩ, MΩ, GΩ, TΩ Giá trị điện trở thường đo dòng điện chiều tần số thấp Muốn dùng điện trở tần số cao phải chọn điện trở có kết cấu, kích thước, vỏ bọc cụ thể Trị số điện trở: (Resistance [Ohm]-Q) tính theo cơng thức: (3.4) đó: ρ - điện trở suất vật liệu dây dẫn cản điện l - chiều dài dây dẫn S- tiết diện dây dẫn Dung sai hay sai số (Resistor Tolerance): Biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế điện trở so với trị số danh định tính theo % Tùy theo dung sai phân chia điện trở thành cấp xác (tolerance levels ): Cấp 005: có sai số ± 0,5 % Cấp 01: có sai số ± % Cấp I: có sai số ± % Cấp II: có sai số ± 10 % Cấp III: có sai số ± 20 % Trong mạch điện yêu cầu độ xác cao thường dùng điện trở cấp 005 01 Còn kỹ thuật điện tử thông dụng người ta dùng loại điện trở từ cấp I đến cấp III Các điện trở có độ xác cao đắt - Hệ số nhiệt điện trở - TCR TCR (temperature coefficient of resistance): biểu thị thay đổi trị số điện trở theo nhiệt độ, tính sau: (3.5) TCR trị số biến đổi tương đối tính theo phần triệu điện trở 1°C (viết tắt ppm/°C) Hệ số nhiệt điện trở âm dương tùy loại vật liệu: + Kim loại thường hệ số nhiệt dương + Một số hợp kim constantin, manganin có hệ số điện trở nhiệt + Carbon, than chì có hệ số điện trở nhiệt âm - Tạp âm điện trở Tạp âm điện trở gồm: + Tạp âm nhiệt (Thermal noise): sinh chuyển động hạt mang điện bên điện trở nhiệt độ (3.6) + Erms = Điện áp hiệu dung nhiễu + k = Hằng số Boltzmans () + T = Nhiệt độ làm việc [0K] + R = Trị số điện trở + ∆f = Dải tần làm việc mạch [Hz] + Tạp âm dòng điện (Current Noise): sinh thay đổi bên điện trở có dòng điện chạy qua nó, giá trị hiệu dung tạp âm dòng điện: (3.7) + - Hệ số nhiễu (Noise Index ) + : điện áp không đổi đặt đầu điện trở + : điện áp tạp âm dòng điện + : khoảng tần số làm việc điện trở Mức tạp âm phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu cản điện Bột than nén có mức tạp âm cao Màng kim loại dây quấn có mức tạp âm thấp b Cách ghi đọc tham số thân điện trở - Cách ghi trực tiếp: ghi đầy đủ tham số đơn vị đo thân điện trở, ví dụ: 220KΩ 10%, 2W - Cách ghi theo quy ước: có nhiều quy ước khác Xét số cách quy ước thông dụng: + Quy ước đơn giản: Không ghi đơn vị Ơm Ví dụ: 2M=2MΩ, 0K47 =0,47KΩ = 470Ω, 100K = 100 KΩ, 220E = 220Ω, R47 = 0,47Q + Quy ước theo mã: Mã gồm chữ số chữ để % dung sai Trong chữ số chữ số cuối số số cần thêm vào Các chữ % dung sai qui ước gồm: F = %, G = %, J = %, K = 10 %, M = 20 % Ví dụ: 103F = 10000 Q ± 1% = 10K ± 1% 153G = 15000 Q ± 2% = 15 KQ ± 2% 4703J = 470000 Q ± 5% = 470KQ ± 5% + Quy ước mầu: Quy ước giá trị màu, sử dụng vòng màu để ghi giá trị điện trở Thông thường người ta sử dụng vòng màu, vòng màu, vòng màu, vòng màu * Loại vòng màu qui ước: - Hai vòng màu số có nghĩa thực - Vòng màu thứ số số cần thêm vào (hay gọi số nhân) * Loại vòng màu qui ước: - Hai vòng màu số có nghĩa thực - Vòng màu thứ số số cần thêm vào (hay gọi số nhân) - Vòng màu thứ phần trăm dung sai (%) * Loại vạch màu qui ước: - Ba vòng màu đầu số có nghĩa thực - Vòng màu số số cần thêm vào (hay gọi số nhân) - Vòng màu thứ % dung sai * Loại vạch màu qui ước: - Ba vòng màu đầu số có nghĩa thực - Vòng màu số số cần thêm vào (hay gọi số nhân) - Vòng màu thứ % dung sai - Vòng màu thứ số nhiệt điện trở - TCR Màu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Tím Xám Trắng Vàng kim Bạch kim Không màu Color Black Brown Red Orange Yellow Green Blue Violet Gray White Gold Silver None Trị số Hệ số nhân x100 x101 x102 x103 x104 x105 x106 x107 x108 x109 x10-1 x10-2 Dung sai TCR ±1% (F) ±2% (G) 100ppm 50ppm 15ppm 25ppm ±0.5% (D) ±0.25% (C) ±0.1% (B) ±0.05% (A) ±5% (J) ±10% (K) ±20% (M) Hình 3.2 Giá trị trở kháng theo mầu c Phân loại điện trở Phân loại điện trở có nhiều cách Thơng dụng phân chia điện trở thành hai loại: điện trở có trị số cố định điện trở có trị số thay đổi (hay biến trở) Trong loại lại phân chia theo tiêu khác thành loại nhỏ sau: - Điện trở có trị số cố định Điện trở có trị số cố định thường phân loại theo vật liệu cản điện như: + Điện trở than tổng hợp (than nén): cấu trúc từ hỗn hợp bột cacbon (bột than chì) đóng thành khn, có kích thước nhỏ giá thành rẻ + Điện trở than nhiệt giải than màng (màng than tinh thể) + Điện trở dây quấn gồm sợi dây điện trở dài (dây NiCr manganin, constantan) quấn ống gốm ceramic phủ bên lớp sứ bảo vệ + Điện trở màng kim, điện trở màng oxit kim loại điện trở miếng: Điện trở miếng thuộc thành phần vi điện tử Dạng điện trở miếng thông dụng in ráp mạch + Điện trở cermet (gốm kim loại) - Điện trở có trị số thay đổi (hay gọi biến trở - Variable Resistor) Biến trở có hai dạng: Loại kiểm sốt dòng Loại chiết áp (tùy theo cách sử dụng) Hình 3.3 Ký hiệu loại biến trở Cấu tạo biến trở so với điện trở cố định chủ yếu có thêm kết cấu chạy gắn với trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay) theo kiểu trượt (chiết áp trượt) Chiết áp có đầu ra, đầu ứng với trượt hai đầu ứng với hai đầu điện trở d Một số điện trở đặc biệt - Điện trở nhiệt: Tecmixto Đây linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ Khi nhiệt độ bình thường tecmixto điện trở, nhiệt độ tăng cao điện trở giảm Hệ số nhiệt TCR điện trở nhiệt tecmixto có giá trị âm lớn Điện trở nhiệt thường dùng để ổn định nhiệt cho mạch thiết bị điện tử, để đo điều chỉnh nhiệt độ cảm biến - Điện trở Varixto: Đây linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi ta thay đổi điện áp đặt lên - Điện trở Mêgơm : có trị số điện trở từ - Điện trở cao áp: Là điện trở chịu điện áp cao từ KV đến 20 KV - Điện trở chuẩn: Là điện trở dùng vật liệu dây quấn đặc biệt có độ ổn định cao - Điện trở quang: Là điện trở có trị số thay đổi có ánh sáng chiếu vào, trị số điện trở thay đổi theo bước sóng cường độ dòng điện chiếu vào - Mạng điện trở: Mạng điện trở loại vi mạch tích hợp có hàng chân Một phương pháp chế tạo dùng cơng nghệ màng mỏng, dung dịch chất dẫn điện lắng đọng hình dạng theo u cầu, ví dụ số hình ảnh tương đương mạng điện trở sau: Hình 3.4 Mạng điện trở 3.1.2 Tụđiện (capacitor) a Định nghĩa Tụ điện linh kiện dùng để chứa điện tích Một tụ điện lý tưởng có điện tích cực tỉ lệ thuận với hiệu điện đặt theo công thức: Q = C U [culông] b Cấu tạo Tụ điện Cấu tạo tụ điện bao gồm lớp vật liệu cách điện nằm hai cực kim loại có diện tích S Điện dung tụ điện đo số lượng điện tích mà tích linh kiện điện áp hai cực V Điện dung tính biết kích thước tụ điện số điện môi chất cách điện Dung lượng tụ điện C[F] (3.8) Trong đó: - số điện mơi tương đối chất điện môi - số điện môi tuyệt đối khơng khí hay chân khơng S - diện tích hữu dụng cực [m2] d - khoảng cách cực [m] Đơn vị đo C: F, μF, nF, pF c Các tham số kỹ thuật đặc trưng tụ điện Trị số dung lượng dung sai Điện áp làm việc Hệ số nhiệt Dòng điện rò Sự phân cực +Trị số dung lượng (C) Trị số dung lượng tỉ lệ với tỉ số diện tích hữu dụng cực S với khoảng cách cực Đơn vị đo dung lượng theo hệ SI Farad [F], thông thường ta dùng ước số Farad Giá trị chuẩn loại tụ thông dụng: 10pF l2pF l5pF l8pF 22pF 27pF 33pF 39pF 47pF 56pF 68pF 82pF l.0μF 1.2 μF 1.5 μF 1.8 μF 2.2 μF 2.7 μF 3.3 μF 3.9 μF 4.7 μF 5.6 μF 6.8 μF 8.2 μF + Dung sai tụ điện Đây tham số độ xác trị số dung lượng thực tế so với trị số danh định Dung sai tụ điện tính theo cơng thức: Dung sai điện dung tính theo % Dung sai từ ± 5% đến ± 20% bình thường cho hầu hết tụ điện có trị số nhỏ, tụ điện xác dung sai phải nhỏ (Cấp 01: 1%, Cấp 02: 2%) + Điện áp làm việc Điện áp cực đại cung cấp cho tụ điện hay gọi "điện áp làm việc chiều“, điện áp lớp cách điện bị đánh thủng làm hỏng tụ + Hệ số nhiệt Mỗi loại tụ điện chịu ảnh hưởng với khoảng nhiệt độ nhà sản xuất xác định Khoảng nhiệt độ tiêu chuẩn thường từ: -200C đến +650C -400C đến +650C -550C đến +1250C Để đánh giá thay đổi trị số điện dung nhiệt độ thay đổi người ta dùng hệ số nhiệt TCC tính theo cơng thức sau: (3.9) TCC thường tính đơn vị phần triệu 1°C (viết tắt ppm/°C) đánh giá thay đổi cực đại trị số điện dung theo nhiệt độ Khi giá trị điện dung thay đổi nhiều theo nhiệt độ, người ta dùng giới hạn cực đại thay đổi giá trị điện dung khoảng nhiệt độ làm việc tính %: (3.10) + Dòng điện rò Do chất cách điện đặt cực không lý tưởng nên có dòng điện rò bé chạy qua cực tụ điện Trị số dòng điện rò phụ thuộc vào điện trở cách điện chất điện mơi Đặc trưng cho dòng điện rò dùng tham số điện trở cách điện tụ (có trị số khoảng vài MQ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ) tụ có dòng điện rò nhỏ Tụ điện màng Plastic có điện trở cách điện cao 100000 MQ, tụ điện điện giải dòng điện rò lên tới vài điện áp đặt vào cực tụ 10 Vôn Đối với điện áp xoay chiều, tổn hao công suất tụ thể qua hệ số tổn hao D: (3.11) Trong C thành phần dung, R thành phần điện trở tổn hao + Sự phân cực Các tụ điện điện giải chân tụ thường có đánh dấu cực tính dương (dấu +) âm (dấu -) gọi phân cực tụ điện Khi sử dụng phải đấu tụ vào mạch cho cực tính tụ Như sử dụng loại tụ vào vị trí có điện áp làm việc khơng thay đổi cực tính d Cách ghi đọc tham số tụ điện Hai tham số quan trọng thường ghi thân tụ điện trị số điện dung (kèm theo dung sai sản xuất) điện áp làm việc (điện áp lớn nhất) Có cách ghi bản: + Ghi trực tiếp: cách ghi đầy đủ tham số đơn vị đo chúng Cách dùng cho loại tụ điện có kích thước lớn Ví dụ: Trên thân tụ mi ca có ghi: 5.000PF ± 20% 600V Cách ghi gián qui ước: + Ghi theo qui ước số đơn giản: Cách ghi thường gặp tụ Pôlystylen, (Cách ghi thường gặp tụ Pôlystylen), kiểu giá trị ghi số nguyên đơn vị tương ứng pF, kiểu giá trị ghi số thập phân đơn vị tương ứng μF Ví dụ 1: Trên thân tụ có ghi 47/ 630: tức giá trị điện dung 47 pF, điện áp làm việc chiều 630 Vdc Ví dụ 2: Trên thân tụ có ghi 0.01/100: tức giá trị điện dung 0,01 μF điện áp làm việc chiều 100 Vdc + Quy ước theo mã: XYZ = XY * 10z pF Ví dụ: 123K/50V =12000 pF ± 10% điện áp làm việc lớn 50 Vdc + Ghi theo quy ước màu: Sử dụng vòng mầu, vạch màu, chấm mầu để ghi giá trị: Sử dụng vạch mầu chấm màu để ghi giá trị: + Cách ghi chấm mầu, sử dụng chấm mầu, Cả kiểu kiểu chấm mầu nhiều thông tin như: Hệ số nhiệt, dung sai Sử dụng vòng mầu để ghi giá trị: Hình 3.5 Các loại ký hiệu tụ điện Loại có vòng màu: Hai vòng đầu số có nghĩa thực Vòng thứ ba số nhân (đơn vị pF) số số cần thêm vào Loại có vòng màu: Ba vạch màu đầu giống loai vạch màu Vạch màu thứ tư % dung sai Vạch màu thứ điện áp làm việc Hình 3.6 Các loại ký hiệu tụ điện e Phân loại + Tụ điện có trị số điện dung cố định tụ điện có trị số điện dung thay đổi - Tụ điện có trị số điện dung cố định Tụ điện có trị số điện dung cố định thường gọi tên theo vật liệu chất điện môi + Tụ giấy: chất điện mơi giấy, thường có trị số điện dung khoảng từ 500 pF đến 50 μF điện áp làm việc đến 600 Vdc Tụ giấy có giá thành rẻ so với loại tụ có trị số điện dung Ưu điểm: kích thước nhỏ, điện dung lớn Nhược điểm: Tổn hao điện môi lớn, TCC lớn + Tụ màng chất dẻo: chất điện mơi chất dẻo, có điện trở cách điện lớn 100000 MQ Điện áp làm việc cao khoảng 600V Dung sai tiêu chuẩn tụ ± 2,5%; hệ số nhiệt từ 60 đến 150 ppm/0C Tụ màng chất dẻo nhỏ tụ giấy đắt Giá trị điện dung tụ tiêu chuẩn nằm khoảng từ pF đến 0,47 μF + Tụ mica: chất điện mơi mica, tụ mica tiêu chuẩn có giá trị điện dung khoảng từ pF đến 0,1 μF điện áp làm việc cao đến 3500V Nhược điểm: giá thành tụ cao Ưu điểm:Tổn hao điện môi nhỏ, Điện trở cách điện cao, chịu nhiệt độ cao + Tụ gốm: chất điện môi gốm Màng kim loại lắng đọng mặt 10 khuếch đại cơng suất, cách mắc chung Emitter (EC), chung Base (BC) chung Colectơ (CC) Ba cách mắc lại khơng có ứng dụng thực tế Từ cách mắc dùng thực tế transistor, mặt sơ đồ coi transistor mạng cực gần tuyến tính có hai đầu vào hai đầu Có thể viết cặp phương trình mơ tả quan hệ đầu vào đầu mạng cực dòng điện vào điện áp biến số độc lập Nhưng thực tế tính tốn thường dùng cặp phương trình tuyến tính sau: Cặp phương trình trở kháng có coi điện áp hàm, dòng điện biến có dạng sau: Hình 3.37 Các cách mắc transistor (3.33) Cặp phương trình dẫn nạp có coi dòng điện hàm biến điện áp: (3.34) Cặp phương trình hỗn hợp: (3.35) đó: rij, gij, hij tương ứng tham số trở kháng, dẫn nạp hỗn hợp transistor Bằng cách lấy vi phân tồn phần hệ phương trình trên, ta xác định tham số vi phân tương ứng transistor (3.36) (3.37) (3.38) (3.39) 3.5.3 Các cách mắc Đồ thị diễn tả mối tương quan dòng điện điện áp BJT gọi đặc tuyến volt – ampere (hay đặc tuyến tĩnh) Người ta thường phân biệt thành loại đặc tuyến: đặc tuyến vào (nêu quan hệ dòng điện điện áp ngõ vào), đặc tuyến (nêu quan hệ dòng điện điện áp ngõ ra), đặc tuyến truyền đạt dòng điện (nêu phụ thuộc dòng điện theo dòng điện vào) đặc tuyến hồi tiếp điện 34 áp (nêu biến đổi điện áp hai ngõ vào điện áp thay đổi) Dưới giới thiệu loại đặc tuyến thường dùng cho kiểu mạch a Mạch base chung + Họ đặc tuyến vào Mắc BJT theo sơ đồ BC trạng thái tĩnh (tức có điện áp chiều phân cực) E1, E2 nguồn điện áp chiều thay đổi giá trị Các đồng hồ mA kế dùng để đo dòng điện, volt kế đo điện áp hai cực Giữ điện áp V CB = const, hay đổi giá trị E1 đọc cặp giá trị tương ứng I E UEB, kết vẽ đồ thị (3.40) Đó đặc tuyến vào BJT mắc BC Tập hợp nhiều đặc tuyến vào (mỗi đường ứng với giá trị không đổi VCB) tạo nên họ đặc tuyến vào Hình 3.38 Đặc tuyến vào BJT mắc BC Có thể thấy dạng đặc tuyến tương tự đặc tuyến thuận diode, cực E cực B BJT có chuyển tiếp I E phân cực thuận Điện áp ngõ V CB ảnh hưởng đến dòng điện ngõ vào + Họ đặc tuyến Nếu giữ dòng IE giá trị định, thay đổi nguồn E2 xác định cặp giá trị tương ứng IC VCB, ta có đặc tuyến mạch BC (3.41) - Đặc tuyến gần song song với trục hoành, chứng tỏ V CB = 0, dòng IC có giá trị khác việc tăng V CB ảnh hưởng đến trị số IC - Đường thấp ứng với I E = cách trục hồnh khoảng hẹp Tung độ giá trị dòng điện ngược collector - Phạm vi hẹp phía đặc tuyến miền tắt, tương ứng với trạng thái tắt BJT (cả chuyển tiếp JE JC phân cực nghịch) - IE tăng IC tăng Đó số hạt dẫn đa số miền emitter phun vào miền base lớn số tới cực collector nhiều 35 - Đặc tuyến bao gồm đoạn Đoạn gần song song với trục hoành ứng với trạng thái khuếch đại thông thường BJT (J E phân cực thuận, JC phân cực nghịch) Đoạn chếch xiên bên trái trục tung (vẽ nét đứt) tương ứng với trạng thái dẫn bão hoà BJT (cả hai chuyển tiếp JE, JC phân cực thuận) Đoạn thứ ba bên phải (vẽ chấm chấm) trình đánh thủng chuyển tiếp J C, xảy VCB lớn làm dòng IC tăng vọt Đây miền cấm sử dụng để khỏi phá hỏng BJT Hình 3.39 Đặc tuyến BJT mắc BC + Đặc tuyến truyền đạt dòng điện Hình 3.40 Đặc tuyến truyền đạt BJT (3.42) Nó có dạng gần tuyến tính, phù hợp với hệ thức lý thuyết (coi α không đổi) Trên thực tế, hệ số α số dòng điện IE tương đối nhỏ Còn IE lớn, nghĩa dòng hạt dẫn khuếch tán qua miền base có mật độ lớn tỷ lệ phần trăm số hạt dẫn bị tái hợp đường tăng lên, khiến α giảm Điều làm cho đặc tuyến vùng dòng điện lớn ngày lêch khỏi quy luật tuyến tính b Mạch emitter chung + Đặc tuyến vào (3.43) Đặc tuyến vào phản ánh mối quan hệ dòng áp chuyển tiếp J E ngõ vào Thực chất nhánh thuận đặc tuyến diode 36 Hình 3.41 Đặc tuyến vào BJT mắc E chung Đặc tuyến (3.44) Đặc tuyến mạch BJT mắc EC thể hình 3.42 Hình 3.42 Đặc tuyến mạch BJT mắc EC So với đặc tuyến mạch BC, họ đặc tuyến mạch EC có vài khác biệt: - Đường thấp (ứng với IB = 0) phản ánh giá trị dòng điện ngược collector mạch EC (ICEO) Dòng lớn dòng I CBO mạch BC Phạm vi đặc tuyến gọi miền tắt, ứng với trạng thái JE JC đểu phân cực nghịch - Các đặc tính phía ứng với IB≠ bao gồm đoạn: đoạn chếch xiên ứng với trạng thái dẫn bão hoà BJT, đoạn nằm ngang ứng với trạng thái khuếch đại BJT có độ dốc lớn so với đặc tuyến mạch BC, đoạn dốc đứng ứng với trình đánh thủng + Đặc tuyến truyền đạt dòng điện (3.45) Độ dốc đặc tuyến hệ số khuếch đại dòng điện β Trong phạm vi dòng điện dòng lớn, giá trị β giảm nên đặc tuyến khơng tuyến tính 37 Hình 3.43 Đặc tuyến truyền đạt mạch BJT mắc EC c Mạch collector chung (CC) + Đặc tuyến vào (3.46) Họ đặc tuyến vào có tính chất lý thuyết thực tế dùng + Đặc tuyến đặc tính truyền đạt dòng điện (3.47) đặc tuyến mạch CC gần giống với mạch EC IE≈ IC 3.5.4 Phân cực ổn định điểm làm việc cho Transistor + Dùng nguồn chiều VBB Định luật Kirchoff II cho vòng có chứa VBB: Mà (3.48) Hình 3.44 Phân cực dùng nguồn chiều VBB Định luật Kirchoff II cho vòng từ VCC đến đất: (3.49) 38 Đây phương trình đường tải chiều Để ICQ ổn định, phải chọn Để ICQ ổn định thường chọn + Dùng điện trở RB Hình 3.45 Phân cực dùng điện trở Định luật Kirchoff II từ VCC -> RB -> mass: (3.50) Định luật Kirchoff II từ VCC -> RC -> mass: (3.51) Đây phương trình đường tải chiều mạch c Dùng điện trở phân áp Theo định lý Thevenil: Theo cách tính toán tương tự mạch phân cực dùng điện áp VBB, ta có: (3.52) Hình 3.46 Phân cực dùng điện trở phân áp + Phân cực nhờ hồi tiếp từ Collector Ở mạch này, điện trở RB dẫn điện áp từ ngõ (cực collector) đưa ngược ngõ vào (cực base): 39 Vì nhiệt độ làm dòng IC tăng lên ảnh hương tác động ngược ngõ vào, làm VBE giảm làm IC, nghĩa bù trừ lại biến động điểm làm việc nhiệt độ Định luật Kirchoff II cho vòng từ VCC -> RC -> RB -> mass: (3.53) Hoặc Hình 3.47 Phân cực nhờ hồi tiếp từ Collector 3.6 Transistor trường Transistor trường (FET – Field Effect Transistor) hoạt động dựa điều khiển độ dẫn điện phiến bán dẫn điện trường ngoài, đồng thời dùng loạt hạt dẫn (hạt đa số) thuộc loại đơn cực tính Tuy đời muộn BJT, tính có nhiều ưu việt (điện trở vào lớn, hệ số khuếch đại cao, tiêu thụ lượng bé, thuận tiện phát triển theo xu hướng vi điện tử hố …) ngày ứng dụng rộng rãi Transistor trường bao gồm nhóm: transistor trường dùng chuyển tiếp P – N gọi tắt JFET (Junction Field Effect Transistor) transistor trường có cực cửa cách ly gọi tắt IGFET (Isolated Gate Field Effect Transistor) MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Nhóm IGFET chia thành loại: loại kênh có sẵn loại kênh cảm ứng 3.61 Transistor trường JFET + Cấu tạo Cấu tạo đơn giản hố JFET mạch hoạt động hình 3.48 Thỏi bán dẫn Si loại N hình trụ có điện trở suất lớn (tức nồng độ tạp tương đối thấp), gắn với hai sợi dây kim loại đáy đáy (tiếp xúc không chỉnh lưu) Đáy gọi cực máng – D (drain), đáy gọi cực nguồn – S 40 (source) Vòng theo chu vi thỏi bán dẫn loại N người ta tạo lớp loại P, ranh giới hai bán dẫn hình thành chuyển tiếp P – N (vùng nghèo) có điện trở suất lớn Phần thể tích lại thỏi Si (khơng bị vùng nghèo chốn chỗ) gọi kênh dẫn Lớp bán dẫn loại P tạo tiếp xúc không chỉnh lưu với sợi kim loại, dùng làm cực cửa – G (gate), gọi cực điều khiển Toàn hệ thống đặt vỏ kim loại nhựa gắn kín, có điện cực G, D, S thò ngồi Đó JFET loại N Một cấu trúc tương tự dùng thỏi bán dẫn ban đầu loại P lớp bao quanh loại N tạo nên JFET loại P Nguyên tắc hoạt động Xét nguyên tắc hoat động JFET kênh N làm ví dụ Nối JFET với nguồn điện áp phân cực EG, ED hình 3.48 Nguổn ED, thơng qua điện trở RD đặt điện áp VDS cực máng cực nguồn, gây dòng chuyển động qua kênh dẫn điện tử (hạt đa số thỏi bán dẫn N), tạo nên dòng điện máng ID Mặt khác, nguồn EG tạo điện áo cực cửa cực nguồn, làm cho chuyển tiếp P – N (hình thành cực cửa kênh dẫn) bị phân cực nghịch, nghĩa bề dày vùng nghèo tăng lên thu hẹp tiết diện kênh dẫn Nếu giữ nguyên ED không đổi, tăng dần giá trị EG, tình trạng phân cực nghịch chuyển tiếp P – N tăng: vùng nghèo ngày mở rộng, kênh dẫn thu hẹp Do điện trở kênh dẫn tăng dòng máng I D giảm Còn dòng cực G cưc S dòng ngược chuyển tiếp P – N, thường nhỏ không đáng kể Hình 3.48 Cấu tạo ký hiệu JFET Nguyên tắc hoạt động Xét nguyên tắc hoat động JFET kênh N làm ví dụ Nối JFET với nguồn điện áp phân cực EG, ED hình 3.48 Nguổn ED, thông qua điện trở RD đặt điện áp VDS cực máng cực nguồn, gây dòng chuyển động qua kênh dẫn điện tử (hạt đa số thỏi bán dẫn N), tạo nên dòng điện máng ID 41 Mặt khác, nguồn EG tạo điện áo cực cửa cực nguồn, làm cho chuyển tiếp P – N (hình thành cực cửa kênh dẫn) bị phân cực nghịch, nghĩa bề dày vùng nghèo tăng lên thu hẹp tiết diện kênh dẫn Nếu giữ nguyên ED không đổi, tăng dần giá trị EG, tình trạng phân cực nghịch chuyển tiếp P – N tăng: vùng nghèo ngày mở rộng, kênh dẫn thu hẹp Do điện trở kênh dẫn tăng dòng máng I D giảm Còn dòng cực G cưc S dòng ngược chuyển tiếp P – N, thường nhỏ khơng đáng kể Nếu ngồi điện áp phân cực E G có thêm tính hiệu xoay chiều e s đặt vào cực G cực S tuỳ theo trị số dấu e s mà tình trạng phân cực nghịch chuyển tiếp P – N thay đổi Điện trở kênh dẫn bị biến đổi dòng máng biến đổi theo Nếu es tăng giảm theo quy luật hình sin I D tăng giảm theo hình sin Dòng hạ RD thành điện áp, biến thiên dạng với es biên độ lớn hơn, nghĩa JFET khuếch đại tín hiệu Nguyên lý hoạt động JFET kênh P hoàn toàn tương tự, lưu ý điện áp EG, ED có cực tính ngược lại Các lỗ trống, hạt dẫn đa số kênh P, tạo nên dòng máng Đặc tuyến Volt – Ampere * Đặc tuyến (đặc tuyến máng) (3.54) Hình 3.49 Đặc tuyến Xét VGS = (ngắn mạch G – S) Tăng dần V DS từ giá trị trở đi, quan hệ ID theo VDS có dạng hình 3.49 Đặc tuyến gồm đoạn: đoạn bên trái gần tuyến tính với độ dốc lớn Khi đạt tới giá trị VDS = Vp, vùng nghèo mở rộng tới mức choán hết tiết diện kênh vùng gần cực máng, nghĩa kênh dẫn bị thắt lại phía cực máng V p gọi điểm thắt Điểm A điểm bắt đầu thắt kênh hay điểm bắt đầu bão hoà Vùng đặc tuyến nằm 42 bên trái điểm A gọi vùng điện trở Nếu tiếp tục tăng V DS lớn Vp, đặc tuyến chuyển sang đoạn thứ 2, gần nằm ngang Lúc này, vùng nghèo tiếp tục mở rộng, miền kênh bị thắt trải dài phía cực nguồn, làm cho điện trở kênh dẫn tăng Vì VDS tăng dòng ID thay đổi Vùng đặc tuyến gọi vùng thắt kênh (hoặc vùng bão hoà) Nếu JFET sử dụng phần tử khuếch đại làm việc vùng Đoạn đặc tuyến thứ tương ứng với tượng đánh thủng chuyển tiếp P – N, xày V DS lớn Vùng đặc tuyến gọi vùng đánh thủng * Đặc tuyến truyền đạt (3.55) Hình 3.50 Đặc tuyến truyền đạt Trường hợp VGS≠ 0, đặc tuyến bao gồm đoạn trên, khác có thêm tác dụng VGS, chuyển tiếp P – N bị phân cực nghịch nhiều hơn, điện trở kênh dẫn tăng giá trị dòng I D nhỏ Trị số tuyệt đối V GS tăng, dòng ID giảm, đặc tuyến dịch phía Mặt khác, điểm bắt đầu thắt kênh đặc tuyến xê dịch phía trái Điểm bắt đầu xảy đánh thủng đặc tuyến dịch dần bên trái Dạng đặc tuyến phản ánh trình điện trường điều khiển dòng điện máng: trị số tuyệt đối VGS tăng, vùng nghèo mở rộng, điện trở kênh dẫn tăng dòng máng giảm Khi V GS đạt tối giá trị điện áp thắt Vp dòng máng giảm xuống Tham số đặc trưng cho JFET * Điện trở vi phân ngõ (3.56) Đây nghịch đảo độ dốc đặc tuyến Khi làm việc vùng bão hoà (vùng thắt kênh), giá trị rD thường lớn (khoảng 500kΩ) * Hỗ dẫn (Độ dốc đặc tuyến truyền đạt) (3.57) 43 Trị số gm phản ánh mức độ ảnh hưởng điện áp điều khiển VGS tới dòng máng Các JFET thường có gm = (7 ÷ 10) mA/V * Điện trở vi phân ngõ vào (3.58) Ngõ vào JFET chuyển tiếp P-N phân cực nghịch, dòng I G bé (thường cỡ 0,1 µA 25oC) điện trở ri thường lớn (cỡ 10 ÷ 100 MΩ 250C) * Hệ số khuếch đại tĩnh (3.59) Hệ số so sánh mức độ ảnh hưởng dòng máng điện áp VGS VDS µ lớn thể tác dụng điều khiển V GS dòng ID nhạy (so với VDS) * Điện dung liên cực CGS, CDS CGD Đây điện dung ký sinh, hình thành điện cực với Thường cỡ (3 ÷ 10) pF Khi JFET làm việc số thấp, điện dung bỏ qua Ngồi tham số trên, người ta quan tâm đến số tham số giới hạn như: dòng máng cực đại cho phép IDmax, điện áp cực đại cho phép V DSmax, VGSmax, công suất tiêu tán cực đại PDmax, điện áp thắt kênh VP, dòng máng bão hoà IDSS v.v… 3.6.2 Tranzitotrường MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) + Cấu tạo Xét loại kênh dẫn n Trên khối bán dẫn loại p, người ta tạo hai vùng bán dẫn loại n có nồng độ tạp chất cao Hai vùng nối thông với kênh dẫn loại n kênh đặt sẵn hay kênh cảm ứng Trên hai khối bán dẫn n lấy hai điện cực cực nguồn S cực máng D Phía đối diện với kênh dẫn sau phủ lớp cách điện SiO lấy điện cực thứ ba gọi cực cửa G b Nguyên lý làm việc +Với kênh n đặt sẵn - Khi UDS> 0; UGS> 0, điện tử tự từ vùng đế hút phía gần cực cửa G làm cho kênh dẫn có nồng độ hạt dẫn tăng lên làm cho điện trở kênh dẫn giảm nên dòng ID tăng, ta nói MOSFET làm việc chế độ giàu - Nếu UGS< 0, số điện tử từ kênh dẫn bị đẩy khỏi kênh dẫn làm cho hạt dẫn điện kênh dẫn giảm làm cho điện trở kênh dẫn tăng nên dòng ID giảm, ta nói đèn 44 làm việc chế độ nghèo b Nguyên lý làm việc +Với kênh n đặt sẵn - Khi UDS> 0; UGS> 0, điện tử tự từ vùng đế hút phía gần cực cửa G làm cho kênh dẫn có nồng độ hạt dẫn tăng lên làm cho điện trở kênh dẫn giảm nên dòng ID tăng, ta nói MOSFET làm việc chế độ giàu - Nếu UGS< 0, số điện tử từ kênh dẫn bị đẩy khỏi kênh dẫn làm cho hạt dẫn điện kênh dẫn giảm làm cho điện trở kênh dẫn tăng nên dòng ID giảm, ta nói đèn làm việc chế độ nghèo Hình 3.51 Cấu tạo ký hiệu MOSFET b Nguyên lý làm việc +Với kênh n đặt sẵn - Khi UDS> 0; UGS> 0, điện tử tự từ vùng đế hút phía gần cực cửa G làm cho kênh dẫn có nồng độ hạt dẫn tăng lên làm cho điện trở kênh dẫn giảm nên dòng ID tăng, ta nói MOSFET làm việc chế độ giàu - Nếu UGS< 0, số điện tử từ kênh dẫn bị đẩy khỏi kênh dẫn làm cho hạt dẫn điện kênh dẫn giảm làm cho điện trở kênh dẫn tăng nên dòng ID giảm, ta nói đèn làm việc chế độ nghèo + Với kênh n cảm ứng - Khi UDS> 0; UGS< nên dòng IDchạy qua MOSFET khơng, cực D cực S tồn điện trở lớn - Khi UDS> 0; UGS> nên điện tử bị hút phía cực G tập trung tạo thành kênh dẫn nối cực D cực S xuất dòng ID Khi UGS lớn giá trị trở kháng kênh dẫn giảm nên dòng ID tăng Như loại làm việc chế độ giàu + Đặc tuyến V – A 45 Hình 3.52 Đặc tuyến đặc tuyến truyền đạt MOSFET BÀI TẬP CHƯƠNG Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Lam - vàng - cam - đen - vàng kim b Tụ điện: 0.05/500; 104F/250V Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Tím - cam - lục - không màu; b Tụ điện: 0.05/150; 107J/150V Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Tím - lục - đỏ - cam - vàng kim b Tụ điện: 0.03/200; 106K/150V Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Vàng - đỏ - đen - lam - vàng kim b Tụ điện: 0.01/150; 106M/200V Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Tím - xám - đỏ - nâu - vàng kim b Tụ điện: 0.05/100; 105J/50V Xác định tham số loại linh kiện có cách ghi sau: a Điện trở: Lục - trắng - bạch kim - không màu; b Tụ điện: 0.08/100; 107J/150V Mạch điện hình 1, D điơt Si, sử dụng sơ đồ tương đương nguồn áp lý tưởng () Tính dòng I mạch D D D R R1 R2 + E 10V + E 20V + E 20V R 46 Hình Hình Hình Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E =20V, giá trị trở kháng điện trở , Tính dòng điện chạy qua điện trở R2? Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = -20V giá trị trở kháng điện trở R=22kΩ Tính điện áp điện trở R? 10 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = -20V giá trị trở kháng điện trở R=22kΩ Tính dòng điện chạy qua điện trở R? 11 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = 8V giá trị trở kháng điện trở R1=1.2kΩ, R2 =4.7 kΩ Tính dòng điện chạy qua điện trở R2? 12 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = 8V giá trị trở kháng điện trở R1=1.2kΩ, R2 =4.7 kΩ Tính điện áp điện trở R2? 13 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = 20V giá trị trở kháng điện trở R1= 2kΩ, R2 =2 kΩ Tính điện áp điện trở R2? 14 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn E = 10V, E1 = -2V, giá trị trở kháng điện trở R1= 1.2kΩ, R2 =4.7 kΩ Tính điện áp điện trở R2? D1 R1 D2 R1 R2 + E 8V R2 + E D Hình Hình 15 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn dòng I=10mA, giá trị trở kháng điện trở R1= 2.2kΩ, R2 =1.2 kΩ Tính điện áp điện trở R2? D R1 D R2 + E1 + I 10mA R1 R2 E2 Hình Hình 47 16 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , nguồn dòng I=10mA, giá trị trở kháng điện trở R1= 2.2kΩ, R2 =1.2 kΩ Tính dòng điện chạy qua điện trở R2? 17: Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , giá trị trở kháng điện trở Rb= 240kΩ, Rc =2.2 kΩ, β = 90, Điện áp nguồn nuôi V = 12V a Hãy cho biết dạng định thiên mạch? b Tính dòng điện chạy qua điện trở Rb, Rc? c Tính điện cực base, cực collector so với đất? 18 Cho mạch điện hình Biết giá trị điện áp , giá trị trở kháng điện trở Rb= 250kΩ, Rc =4.7 kΩ, β = 90, Điện áp nguồn nuôi V = 10V a Tính dòng điện chạy qua cực Base, collector? b Tính điện áp cực transistor? +V +V Rc Rb Rc C1 10uF C2 10uF Q Hình Rb C1 10uF C2 10uF Q1 Hình 48 ... màu thứ điện áp làm việc Hình 3.6 Các loại ký hiệu tụ điện e Phân loại + Tụ điện có trị số điện dung cố định tụ điện có trị số điện dung thay đổi - Tụ điện có trị số điện dung cố định Tụ điện có... vào nhiệt độ) tụ có dòng điện rò nhỏ Tụ điện màng Plastic có điện trở cách điện cao 100000 MQ, tụ điện điện giải dòng điện rò lên tới vài điện áp đặt vào cực tụ 10 Vôn Đối với điện áp xoay chiều,... S Điện dung tụ điện đo số lượng điện tích mà tích linh kiện điện áp hai cực V Điện dung tính biết kích thước tụ điện số điện môi chất cách điện Dung lượng tụ điện C[F] (3.8) Trong đó: - số điện