Bài giảng môn học điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ môn: Điện tử Viễn thông ĐIỆN TỬ 1 MỤC ĐÍCH MƠN HỌC  Trang bị cho sinh viên kiến thức nguyên lý hoạt động, đặc tính, tham số lĩnh vực sử dụng loại linh kiện điện tử  Trang bị nguyên lý hoạt động mạch điện tử mạch nguồn, mạch khuếch đại dung transistor, mạch khuếch đại thuật tốn U CẦU MƠN HỌC - Sinh viên phải đọc trước tài liệu, giảng trước lên lớp - Sinh viên phải tích cực trả lời câu hỏi giảng viên tích cực đặt câu hỏi lớp - Làm tập thường xuyên, nộp tập Giảng viên yêu cầu, qua email - Tự thực hành với phần mềm: Proteus, Altium Designer Winter Lecture GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM EDA HỖ TRỢ MÔN HỌC - Circuit Maker: Phân tích, mơ cấu kiện tương tự số dễ sử dụng - Proteus Design : Vẽ mạch nguyên lý, mô mạch - Altium Designer Winter: Vẽ thiết kế mạch nguyên lý mạch in - OrCAD Design : Vẽ thiết kế mạch nguyên lý, mô mạch vẽ mạch in - Multisim (R 7) - Electronic Workbench Lecture GIỚI THIỆU MÔN HỌC  Số tín chỉ: (LT: 3, TH:1)  Đánh giá: Điểm trình: 30% (Chuyên cần, tham gia giảng, thực hành, kiểm tra): Điểm thi kết thúc: 70%  Hình thức thi: Thi viết, thời gian 60-90 phút  Giáo trình: - Tài liệu dịch, Mạch vi điện tử, ĐH Thủy Lợi - Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục - Bài giảng Điện tử I NỘI DUNG HỌC PHẦN Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật điện tử Chương 2: Khuếch đại thuật toán Chương 3: Diode Chương 4: Transistor hiệu ứng trường FET Chương 5: Transistor tiếp giáp lưỡng cực BJT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ • Tín hiệu, phổ tần tín hiệu • Linh kiện thụ động • Khuếch đại • Biến đổi số - logic BÀI 1: TÍN HIỆU, PHỔ TẦN TÍN HIỆU 1.1 Tín hiệu 1.2 Phổ tần tín hiệu 1.3 Phần tử mạch điện 1.4 Phân loại cấu kiện điện tử 1.1 Tín hiệu Tín hiệu (Signal) Hệ thống (System)  Tín hiệu Tương tự (Analog) Số (Digital)  DC AC  Tín hiệu điện áp dịng điện TÍN HIỆU (SIGNAL) VÀ HỆ THỐNG (SYSTEM) output input Microphone signals output signals Speaker Encoder signals Decoder Transmitter signals Channel Receiver input Ví dụ hệ thống điện thoại XÉT TRẠNG THÁI TĨNH ĐIỆN Mạch điện hình 8.1 giống mạch phân cực cho cực B cầu phân áp hình 7.6 nên việc tính tốn dịng điện điện áp transistor giống Ta có: Trong đó: VBB RB tính theo định lý Thevenin Suy ra: IC = IE = 2mA VC = 7V; VE = 1V; VB = 1,7V VBE = 0,7V; VCE = 6V XÉT TRẠNG THÁI TĨNH ĐIỆN Tương tự, ta vẽ đường tải tĩnh đặc tuyến ngõ hình 8.2b theo phương trình đường tải là: XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU - Tác dụng tụ điện: Ở trạng thái xoay chiều phải xét dung kháng tụ C1, C2 CE Giả sử mạch khuếch đại tín hiệu âm tần tần số âm tần chọn để tính tốn f = 1kHz Ta có: XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Dung kháng XC1, XC2 XCE có giá trị nhỏ so với trị số điện trở mạch nên coi nối tắt Mặt khác, điện áp nguồn VCC có tụ lọc nguồn trị số lớn nên nguồn VCC coi nối tắt xuống mass xoay chiều (gọi mass xoay chiều) Như vậy, trạng thái xoay chiều mạch điện hình 8.1 vẽ lại hình 8.3: XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Tổng trở ngõ vào: Trong mạch tương đương trạng thái xoay chiều hình 8.3 ri điện trở ngõ vào transistor xét từ cực B đến cực E Ba điện trở RB1, RB2 ri song song với gọi tổng trở ngõ vào Ri RB1 RB2 song song RB Ta có: XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Đường tải động: Ở ngõ tụ phân dòng CE nối tắt xoay chiều nên cực E nối mass Lúc đó, điện trở tải cịn có RC, đó, đường tải trạng thái xoay chiều gọi đường tải động khác với đường tải tĩnh Đường tải động đường qua điểm Q cắt trục IC điểm ICmax = XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Xét biến thiên tín hiệu: Giả sử nguồn tín hiệu VS có biên độ tín hiệu trị số đỉnh VS(p) = 22mV điện áp giảm qua nội trở nguồn RS cho điện áp xoay chiều vào transistor theo công thức: Như vậy, điện áp vào transistor có trị số đỉnh là: Vi(p) = 0,68*VS(p) = 0,68*2.10-3 = 15mV2 XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Khi tín hiệu vào transistor có bán kỳ dương (+ 15mV): Ở ngõ vào điện áp VBE tăng làm IB tăng từ 20A lên 30A (hình 8.2a) Ở ngõ dịng điện IC tăng từ 2mA lên 3mA (hình 8.2b) làm điện áp VC giảm xuống theo công thức: VC=VCC– IC.RC=12– (3.10-3 *2,5.103) = 4,5V Mức biến thiên xoay chiều IC là: IC = 3mA – 2mA= +1mA (bán kỳ dương) Mức biến thiên xoay chiều VCE là: VCE = 4,5V – 7V = -2,5 (bán kỳ âm) XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Vi(mV) +15 + - -15 t IB ( A) +10 + - -10 t IC(mA) +1 + - -1 t VCE(V) +2,5 + -2,5 - t XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU Khi tín hiệu vào transistor có bán kỳ âm (-15mV): Ở ngõ vào điện áp VBE giảm làm IB giảm từ 20A xuống 10 A Ở ngõ dòng điện IC giảm từ 2mA xuống 1mA làm điện áp VC tăng lên theo công thức: VC = VCC – IC.RC = 12 – (1.10-3*2,5.103) = 9,5V Mức biến thiên xoay chiều IC là: IC = 1mA – 2mA = -1mA(bán kỳ âm) Mức biến thiên xoay chiều VCE là: VCE = 9,5V – 7V = +2,5V(bán kỳ dương) XÉT TRẠNG THÁI XOAY CHIỀU e) Xét góc pha tín hiệu: Ở ngõ vào điện áp vi = vbe dòng điện ib đồng pha Dòng điện ib ic hai dòng điện đồng pha Ở ngõ dòng điện ic điện áp vce đảo pha Suy ra: vce vi hai điện áp đảo pha Hình 8.4 cho thấy góc pha dịng điện điện áp ngõ vào ngõ TÍNH ĐỘ KHUẾCH ĐẠI a) Độ khuếch đại dòng điện: Độ khuếch đại dòng điện tỉ số dòng điện xoay chiều ngõ ngõ vào TÍNH ĐỘ KHUẾCH ĐẠI b) Độ khuếch đại điện áp: Độ khuếch đại điện áp tỉ số điện áp xoay chiều ngõ ngõ vào Xét độ khuếch đại điện áp riêng transistor: (dấu trừ - đảo pha) Thay số vào ta có: AV = -100 * = - 166 lần Dấu (-) công thức có ý nghĩa tín hiệu ngõ ngõ vào đảo pha TÍNH ĐỘ KHUẾCH ĐẠI Xét độ khuếch đại điện áp chung mạch Ta có: Suy ra: Thay vào AVS ta có: Thay số vào ta có: KẾT LUẬN: Trong mạch điện tử transistor có tác dụng khuếch đại tín hiệu xoay chiều từ biên độ nhỏ lên biên độ lớn nhiều lần điện áp cường độ dòng điện Từ độ khuếch đại điện áp AV độ khuếch đại dịng điện Ai ta tính độ khuếch đại công suất transistor theo công thức: A P  AV A I ... - Tài liệu dịch, Mạch vi điện tử, ĐH Thủy Lợi - Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục - Bài giảng Điện tử I NỘI DUNG HỌC PHẦN Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật điện tử Chương 2: Khuếch đại thuật... nano có cấu trúc siêu nhỏ như: Bộ nhớ điện tử, Transistor điện tử, giếng dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm điện tử  Cấu kiện dựa vào cấu trúc sinh học phân tử … PHÂN LOẠI DỰA TRÊN LOẠI TÍN HIỆU... điện áp Tín hiệu dịng điện Dịng điện (Current)  Là dịng dịch chuyển điện tích thơng qua vật dẫn phần tử mạch điện  Ký hiệu: I, i(t)  Đơn vị: Ampere (A) 1A=1C/s  Nguồn tạo tín hiệu dịng điện: