Giáo trình: Mạch Điện Tử

Giới thiệu, nội dung môn học Cung cấp kiến thức về đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS). Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế, các mạch điện tử cơ bản tần số thấp và các mạch số. Trình bày nguyên lý hồi tiếp và ứng dụng trong phân tích-thiết kế mạch (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán, mạch khuếch đại tần thấp có hồi tiếp) Môn học giới thiệu các đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS). Ứng dụng trong mạch khuếch đại (mô hình mạch tương đương, phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, đặc tính tần số dùng đồ thị Bode), mạch số (mô hình cổng luận lý dùng BJT, CMOS). Nguyên lý hồi tiếp, các phương pháp hồi tiếp và ứng dụng (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán). Nội dung Chương 1: ÔN TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN REVIEWS ON CIRCUIT LAWS 1.1. Ôn tập về các định luật mạch điện. Review: Sources, KCL, KVL, nodal and mesh analyses, Thevenin and Norton sources, … 1.2. Ôn tập về đặc tính bán dẫn. Review on semiconductor physics Các yêu cầu tự học đ/v sinh viên ... (số giờ) Chương 2: CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC ACTIVE COMPONENTS 2.1. Diode tiếp giáp p-n. p-n junction diode 2.2. Transistor tiếp giáp BJT. Transistor BJT 2.3. Transistor trường MOSFET. MOS Field Effect Transistor MOSFET Chương 3: CỔNG LUẬN LÝ BASIC LOGIC GATES 3.1. Mạch đảo CMOS. CMOS inverter 3.2. Các loại cổng luận lý CMOS. CMOS logic gates Chương 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ SMALL SIGNAL AMPLIFIERS 4.1. Mạch khuếch đại dùng BJT. Mạch tương đương. BJT small signal amplifier. Equivalent circuit 4.2. Kiểu mắc E-chung, B-chung, C-chung. CE model, CB model, CC model 4.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET. Mạch tương đương. MOSFET small signal amplifier. Equivalent circuit 4.4. Mô hình tần số cao. High frequency model 4.5. Đáp ứng tần số. Đồ thị Bode. Frequency responses. Bode plots Chương 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP FEEDBACK AMPLIFIERS 5.1. Khái niệm về hồi tiếp và sự ổn định. Feedback effects and stability 5.2. Mạch khuếch đại vi sai. Differential amplifier 5.3. Ứng dụng: Mạch khuếch đại thuật toán. Application: Operational amplifier Kết quả cần đạt được Nắm vững cách phân cực diode, transistor. Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu nhỏ, tần số thấp. Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode. Hiểu rõ và có khả năng vận dụng nguyên lý hồi tiếp trong phân tích, thiết kế mạch. Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản.

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Mạch Diode Chương 2: Mạch Phân Cực Và Khuếch Đại Tín Hiệu Nhỏ Dùng BJT Chương 3: Mạch Phân Cực Và Khuếch Đại Tín Hiệu Nhỏ Dùng FET Chương 4: Ảnh hưởng nội trở nguồn tín hiệu (Rs) tổng trở tải (RL) lên mạch khuếch đại Chương 5: Đáp ứng tần số BJT FET Chương 6: Các dạng liên kết BJT FET Chương 7: Op-Amp Khuếch đại ứng dụng Chương 8: Mạch khuếch đại hồi tiếp (Feedback Amp) Chương 9: Mạch khuếch đại công suất (Power Amp) Chương 10: Mạch dao động (Oscillators) mercury@Updatesofts.com Ebooks Team CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO ***** Fleeman Electronic Devices, Discrete and intergrated Printice Hall- International 1988 Boylestad and Nashelsky Electronic devices and Circuitstheory Printice Hall- International 1988 J.Millman Micro Electronics, Digital and Analog, Circuits and Systems Mc.Graw Hill Book Company 1979 Couglin Operational Amplifiers and Linear intergrated circuits Printice Hall- International 1988 Trương Văn Tám Giáo trình linh kiện ñiện tử CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 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 ñặc biệt khác ñược bàn ñến lúc cần thiết) Tùy theo nhu cầu ứng dụng, mơ hình lý tưởng, gần ñúng hay thực ñược ñưa vào cơng việc tính tốn mạch Nội dung: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 ðường thẳng lấy ñiện Diode mạch ñiện chiều Diode mạch ñiện xoay chiều Mạch cắt( Clippers) Mạch ghim áp( Clampers) Mạch dùng diode zener Mạch chỉnh lưu bội áp 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 dịng điện thuận chạy qua diode VD hiệu đầu diode, ta có: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong đó: I0 dịng 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 Ngoài ra, từ mạch điện ta cịn có: Tức E - VD - VR = E = VD + RID (1.2) Phương trình xác định điểm làm việc diode tức điểm điều hành Q, gọi phương trình ñường thẳng lấy ñiện Giao ñiểm ñường thẳng với ñặc tuyến diode ID = f(VD) ñiểm ñiều hành Q 1.2 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU - Ngược lại E < VK, mạch ñược xem hở, nên: ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.3 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH CHỈNH LƯU 1.3.1 Trị trung bình trị hiệu dụng 1.3.2 Mạch chỉnh lưu sóng 1.3.3 Chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm 1.3.4 Chỉnh lưu tồn sóng dùng cầu Diode 1.3.5 Chỉnh lưu với tụ lọc Mạch chỉnh lưu ứng dụng thông dụng quan trọng diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều (mà thường dạng Sin vng) thành điện chiều 1.3.1 Khái niệm trị trung bình trị hiệu dụng 1.3.1.1 Trị trung bình: Hay cịn gọi trị chiều Trị trung bình sóng tuần hồn ñịnh nghĩa tổng ñại số chu kỳ diện tích nằm trục (dương) diện tích nằm trục (âm) chia cho chu kỳ Một cách tổng qt, tổng đại số diện tích chu kỳ T sóng tuần hồn v(t) tính cơng thức: Một vài ví dụ: Dạng sóng CuuDuongThanCong.com Trị trung bình https://fb.com/tailieudientucntt 1.3.1.2 Trị hiệu dụng: Người ta định nghĩa trị hiệu dụng sóng tuần hồn( thí dụ dịng điện) trị số tương ñương dòng ñiện chiều IDC mà chạy qua điện trở R chu kì có lượng tỏa nhiệt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vài thí dụ: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Dạng sóng Trị trung bình hiệu dụng Hình 1.6 1.3.2 Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch ta dùng kiểu mẫu lý tưởng gần ñúng diode việc phân tích mạch Dạng mạch dạng sóng (thí dụ hình sin) ngõ vào ngõ hình 1.7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Diode dẫn điện bán kỳ dương vi(t) đưa vào mạch Ta có: - Biên ñộ ñỉnh vo(t) Vdcm = Vm - 0.7V (1.6) - Ðiện trung bình ngõ ra: - Ðiện ñỉnh phân cực nghịch diode là: VRM=Vm (1.8) Ta chỉnh lưu lấy bán kỳ âm cách đổi đầu diode 1.3.3 Chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm Mạch hình 1.8a; Dạng sóng cuộn thứ cấp hình 1.8b CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong C1 = CdS; C2 = CgS tụ liên cực FET Do C1 C2 nhỏ nên tần số dao ñộng mạch: thạch anh ñược dùng mạch cộng hưởng song song Thực tế người ta mắc thêm tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) hình 10.29 có tác ñộng giảm biến dạng tín hiệu dao ñộng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ta dùng mạch hình 10.30 với C1 C2 mắc bên Trường hợp ta thấy thạch anh ñược dùng mạch cộng hưởng nối tiếp 10.4 DAO ÐỘNG KHƠNG SIN 10.4.1 Dao động tích dùng OP-AMP 10.4.2 Tạo sóng vng, tam giác cưa với mạch dao ñộng ña hài 10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh tích phân 10.4.4 Tạo sóng tam giác đơn cực 10.4.5 Tạo sóng cưa 10.4.1 Dao động tích dùng OP-AMP (op-amp relaxation oscillator) Ðây mạch tạo sóng vng cịn gọi mạch dao ñộng ña hài phi ổn (astable mutivibrator) Hình 10.31 mơ tả dạng mạch dùng op-amp Ta thấy dạng mạch giống mạch so sánh ñảo có hồi tiếp dương với ñiện so sánh vi ñược thay tụ C CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ðiện thềm VUTP=β.(+VSAT)>0 Ðiện thềm VLTP=β.(-VSAT) Còn bảo hòa âm v0= -(VZ+0.7v) = -V0 < Ðiện ñỉnh - ñỉnh tam giác: Chú ý VR = Vmax = -Vmin Xác định tần sơ: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt + Khi VS ≠ Khi v0 = -V0 (ñường tiến) ta có: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10.4.4 Tạo sóng tam giác đơn cực: Ta xem lại mạch tạo sóng tam giác VR = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Và VS = → = tn Ðể tạo sóng tam giác ñơn 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Muốn tạo sóng tam giác đơn cực âm ta cần ñổi 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 ñiều kiện cho tụ C mạch tích phân phóng điện nhanh Ta dùng mạch hình 10.44 Do Ei âm, mở ñiện 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 khơng ảnh hưởng đến mạch tích phân Tín hiệu cưa tăng dần, Vc = Vref mạch so sánh ñổi trạng thái v0 thành +VSAT làm cho D Q dẫn bảo hịa Tụ C phóng nhanh qua Q kéo v(t) xuống 0v Mạch so sánh lại ñổi trạng thái CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... https://fb.com/tailieudientucntt - Vùng tác động: (Vùng khuếch đại hay tuyến tính) với nối B-E phân cực thuận nối B-C phân cực nghịch - Vùng bảo hòa: Nối B-E phân cực thuận Nối B-C phân cực thuận - Vùng ngưng: Nối B-E phân... Ðiện ñỉnh Vdcm ngang qua hai ñầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) - Ðiện ñỉnh phân cực nghịch VRM diode là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VD VRM =Vm-0,7V (1.13) Ðể ý dòng ñiện trung bình chạy qua cặp diode... giác diode xem lý tưởng - Khi diode dẫn ñiện: v0=V=4V - Khi vi=V=4V, Diode ñổi trạng thái từ ngưng dẫn sang dẫn ñiện ngược lại - Khi viV=4V, diode ngưng