Đang tải... (xem toàn văn)
Xác định dải hiệu lực điện thế ngõ vào, daûi ñieän theá ngoõ ra vO, daûi doøng ñieän ra iO, MOSFET hoạt động trong vùng bảo hoà.. Giả sử cho khuếch đại một điện thế AC ngoõ vaøo vI, vaø [r]
(1)BAØI TAÄP CHÖÔNG 1.1 Cho maïch ñieän (H.1.1) Tính doøng I111, I2, I3 R1 R3 I1 V1 + I3 12V + Giaûi: R2 V2 6V I2 AÙp duïng ñònh luaät Kirchhoff veà ñieän theá: - Voøng 1: 12V I1 I (1) 6V I I (2) I1 I I (3) I1 (2) I 6V I (1) I 3V H.1.1 (4) (5) (3) & (5) : I 6V I1 I I 6V I1 (6) (6) & (4) : 6 3V I1 6V I1 I1 18 24 24 2,18 A 11 Thay I1 vaøo (4) cho: 6, 46 I 3V 2,18 3, 27 0, 27 A I 0, 27 A I1 I I1 I 2,18 A 0, 27 A 2, 45 A (2) Caùch khaùc: AÙp duïng nguyeân lyù choàng chaát, - Nối tắt V2 được: Vaa '1 12 V 48V 22 2 R1 a + V1 12V 2,18V R3 R2 - Nối tắt V1 được: a' Req=R2//R3 Vaa '2 6 V 14, 4V 4, 6 3, 27V R3 a R1 Vaa 'tot Vaa '1 Vaa '2 2,18V 3,27V 1,09V R2 Trò soá caùc doøng ñieän: V 1, 09V I aa 0, 272 A R2 V2 6V + a' R'eq=R2//R1 12V 0,1, 09 13, 09V V V I1 aa ' 2,18V R1 6 1, 09V 6V 4,91 I3 2, 445V 2 Do dòng điện I2 có trị âm , nên chiều thực I2 là chiều ngược lại R1 1.2 Cho maïch ñieän theo H.1.2 Tính doøng I 1, I 2, I3 I1 I3 + R2 I2 + V1 12V Đáp số: R4 I1= 1, 877A I2 = -0,187A I3= 1,690A a' H.1.2 1.3.Tính trị số VO h.1.3 bằng: phöông phaùp nut Nguyen lyù choàng chaäp Đáp số: Vo = 8,57V R3 a R1 V1 + 8V - H 1.3 R3 + R2 I 6A + R4 vo - - V2 6V (3) 1.4 Cho mạch điện H.1.4 Tính doøng ñieän chaïy qua taûi R1 2k E R3 1k a + d R6 2k RL 1k d' c' b' a' R6 500 c R4 2k R2 2k 72V R5 1k b H.1.4 Giaûi: Ta có: Ở ngõ aa’ : Sau cho hở tải và áp dụng định lý Thevenin ngõ aa’ : VTHa RTHa R3 1k 1k + d R6 2k b' Ở ngõ bb’ : R6 500 c R4 2k 36V R5 1k b c' RTHb R5 1k 1k R6 500 c d R6 2k VTHb + 18V Ở ngõ cc’ : c' RTHc 1k VTHc c R6 d 500 + 9V (4) Vaäy maïch ñieän töông ñöông Thevenin cuoái cuøng cho: I VTHc RTHc RL RTHc 9V 9V 1 0,5 1 k 2,5k 3, 6mA c 1k R6 d 500 VTHc + I I 9V RL 1k d' 1.5 Tính maïch töông ñöông Thevenin mạch điện cho H 1.5 I R1 R2 R4 1 R6 + R3 2 R5 1A - Đáp số: + R6 vo - H.1.5 VTH = 0,125V RTH = (5) Bài tập Ch.2 2.1 Cho mạch theo H.2.1 với diod có Is = pA, VT = 0,025V Tính: ID iD vd + iD + rd vi =0.001sinwt + Giải: D - VB =0,7V Tính ID: ID IS e VD VT 1 10 12 e VD VT 1 10 H.2.1 12 1, 45.10 12 1, 45 A Tính id Tuyến tính hoá chế độ tín hiệu nhỏ cho: iD I D iD I S eVD VT 1 I S vD VT e vD VT I S vD VT e v D VT Mặt khác, nguồn tác động AC cho bởi: iD vI VI vI 0,7V 0,001sin t Nên cho: vD VD vD 0,7V 0,001sin t V V Tính được: iD I S VD VT 1012 A 0,7V e vD e VT 0.025V 0,025V 0, 001sin t 1, 45 0, 001sin t 0, 058sin t 0, 025 Tính rd, gd diD I s vD VT e rd dvD VT rD VT 0, 025V 0, 017 ID 1, 45 A Có lại: iD ID VT vD 0, 001sin t V 0, 059sin t rd 0, 017 A (6) R1 1k 2.2.Cho mạch H.2.2 R1 = R2 = R4 = k , R3 = 0,5 k Diod D1 có dòng điện cho bởi: R3 0.5k iD I S evD VT 1 R4 D1 + vI 1k R2 1k - với dòng bảo hoà IS = 1.10-9 A và điện nhiệt VT = 25 mV Tính mạch tương đương Thevenin H.2.2 mạch nối với diod Giả sử mô hình lý tưởng diod phân cực nguồn điện 0,6V Tính vD vá iD VI = 4V Tính điện trở diod chung quanh điểm tỉnh Q (xác định câu 3) mô hình tuyến tính diod chế độ tín hiệu nhỏ Dùng mô hình phần c, tính vd(t) có vI = 4V + 0,004 V cos t V Giải: Mạch điện tương đương Thevenin: R3 0.5k R1 R1 1k 1k + VI 0.5k b 0.5k a a R4 1k R2 1k VI + R2 1k VI/2 + 1k - b' a' a' 1k a 0.5k 1k 1k 0.5k+0.5k RTH 1k a' VTH 1k VI VI 0,5k 0,5k 1k RTH 1k 1k 0,5k 1k 0,5k Tính và dòng : Vaa’ = (¼) VI= 4/4 = 1V (7) vD 0, 6V iD 1V 0, 6V 0,8mA 0,5k Mô hình tuyến tính diod có giá trị với hoạt động tín hiệu nhỏ chung quanh điểm tỉnh Q xác định câu 2: dv V rd D T eVD VT 9, 44.10 4 diD I S Tính vd(t) vd rd 9, 44.104 vi 0, 004 cos t rd RTH 0,5.103 18,88.107 0, 004 7,552.109 cos t vd 7,55.109 cos t 2.3 Cho mạch H.2.3 có chứa phần tử phi tuyên với đặc tính sau: iN 104 vN2 vN 0 vN iN ( A) và vN (V) Điện ngõ vo viết gần đúng là tổng hai số hạng: vO VO vo + + vN - iN R Vo vi + VB với VO là thành phần điện DC tạo VB và vo diện gia tăng tạo nên nguồn tín hiệu nhỏ vi H.2.3 -3 Giả sử vi = 10 sinwt V và VB thành phần phi tuyến hoạt động với vN = 10V Tính điện gia tăng ngõ vo Giải: diN 104 vN dvN rN dvN 1 4 4 diN 10 vN 10 10V 1000 500 R R vo vi 103 sin t R rN R 500 (8) BÀI TẬP Ch3 MOSFET VÀ CỔNG LOGIC 3.1 Cho cổng NOT NMOSFET với Vs = V, VT = 1V, RON = 1k , và RL = 14k Cho biết mức logic thấp và mức logic cao Giải: - Khi MOSFET ngưng dẫn: Vo = Vs = “1” - Khi MOSFET dẫn: RON 1k Vo VS 5V RON RL 1k 14k vo 5v 0,33V VoL = 0,33V VT=1V vi 5V 3.2 Cho cổng NOT MOSFET có VDD = VS = 20V, RDS(off)= ; RDS(on) = 10 Tính VOL, VOH Cách hoạ hoạt đ ộng chế chế độ giao hoá hoán • Khi không có xungvào:MOSFET không dẫn Ta có: V o (off ) R DS (off ) VDD V DD VOH RD R DS (off ) 20V 20V 1k • Khi có xung vào: MOSFET dẫnR +VDD RD Vo RDS(off) Ta có: R DS (on) V DD 0V VOL R D R DS (on) 10 20V 0,198V 0, 2V 1k 10 V o (on) +VDD Vo RDS(ON) 3.3 Cho cổng NAND theo mô hình SR H 3.3, với VS = 5V, RL = 14 k , RON = k , VT = 1V Tính VOH và VOL Giải: (9) - Khi có hai MOSFET Ngưng cà hai cùng ngưng Vo = Vs = V Khi hai ngõ vào cao, hai MOSFET cùng dẫn, ngõ cho: 1k RON VOL VS 5V RON RL 1k 14k 0, 625V Vs RL A =HiGH Vo RON 0,5V RON B =HiGH 3.4 Cho biết độ lợi cổng logic có VOH = 4V, VOL=1V, và ViH =3V , ViL= 2V Giải: Độ lợi cổng logic: 4V 1V G 3 3V 2V 3.5 Viết công suất tiêu tán cổng NOT Giải: P VS I Vs2 RL RON 3.6 Cho coång NOT- CMOS theo h.3.6 Trình bày cách hoạt động và cho biết biên độ xung ngõ kh có xung tác động nhõ vào Giaûi : Do ñaêc tính caáu truùc CMOS Ñieän theá chuyeån traïng thaùi ( hay chuyeån maïch ) xung vào có biên độ VA = 0,5 VDD thì ngõ xuống thấp có biên độ baèng (0,5VDD – VTH ), H.3.6 (10) Và xung vào có biên độ VA < 0,5VDD thì ngõ lên mức cao ( 0,5VDD + VTH ) ( xem hình 17 ) Thí duï: VDD = 5V , VTH = 2V VA = 0V VY = 2,5V + 2V = 4,5V = VOH VA = +5V VY = 2,5V – 2V = 0,5V = VOL Vy(Vo) Vs =VDD 0,5 VDD + VTH 0,5VDD - VTH VTH 0,5 VDD VDD-VTH VDD VA(VI) (11) Baøi tập Ch Khaùi nieäm soá vaø coång logic Vieát haøm logic caùc maïch sau ( h.1): A A X B B D X B W C W C X A Y D Y Y C W (a) (b) A X A X B B Y Y Z C C D W W (c) (d) H.1 Giải: a X = (A+B) Y = (C+D) W = (A+B (C+D) = AC + AC + BC + BD b X = A.B Y = D.C W = AB + DC c X = A.B Y = AB +B = (A+1)B = B W = C.B d X = A.B (12) Y=B+C Z = X + B + Y = (A.B )+ B + ( B +C ) W = D.Z = D[(A.B )+ B + ( B +C )] AÙp duïng ruùt goïn cho : W = D[ B + (B+ C)] = D[ B + D ] 4.2 Thực mạch logic ứng với các hàm logic sau : M = (A.B) + ( C + D ) N = ( A+B + C ) D P = ( AC + BC ) ( A + C ) Q = ( A + B ) ( B.C.D ) R = ( AD + BC + D ) S = B ( A + C ) +AC + D T = D [ ( A + B ) + B.C ] Giaûi : A B C A B A P M C D D (1) N B C ( 2) (3) A A B Q R B C C D D (4) (5) A A S B C B C D T D (6) (7) (13) 4.3 Dùng các qui tắc đại số Boole rút gọn hàm logic sau: F D.C.B A DCB A DC B A DC B A DCB A DC BA Và vẽ sơ đồ thực Giaûi : Duøng ñònh luaät phaân boá vaø De Morgan: F DC A B B DC A B B D D C DA F DC A DC A C BA DC DC A C BA F D A C BA D A C BA A B C Thực mạch logic : F D 4.4 Cho haøm logic : F A B A B D D Vieát haøm F theo daïng toång caùc tích ( SOP) Rút gọn hàm F qui tắc đại số Boole Giaûi: Dùng qui tắc phân bố và kết hợp ta được: F AAD ABD ADD BAD BBD BDD F ABD BAD BD BD A A F BD 4.5 Cho maïch logic ( h 10) Vieát haøm X; Y; Z; W; F Ruùt goïn haøm F Vẽ lại sơ đồ mạch logic hàm F đã rút gọn Giaûi: Haøm logic: X A B Y C Z ( A B ).C W B.C F Z W C B A BC Rút gọn đại số Boole: (14) F CB BC CA B C C CA A F B CA Mạch logic đã rút gọn: F C B 4.6 Làm lại bài 8.15 với mạch logic sau ( H.11): Giaûi: 1.Haøm logic : X A.B A X B F Y BC Y C F X Y A.B . B C 2.Haøm ruùt goïn: F A.B B C A.B B C H.11 F A 1 B C B C 3.Mạch thực hiện: B C F 4.7 Viết hàm logic các mạch sau ( h.12 ) và cho biết tên cổng logic tương ứng A A X F B X B F Y Y ( a) (b) H 12 Giaûi: a X AB Y AB F AB AB A B b X A B Y A B F A B A B AB AB A B Cả hàm logic trên là hàm EXOR Cổng EXOR (15) 4.8 Vieát haøm logic sau ( h 13) vaø cho bieát teân coång logic A X A X B F F S Y Y B (c) (d) H Giaûi: c X A B Y A.B F X Y A B A.B A B A B B F A.B A.B A B Maïch ( c) laø coång EXOR d S A.B X A.S Y B.S F X Y A.S B.S A.S B.S A.S B.S F A A.B B A.B A B A.B F A B A B A.B A.B A B Mạch (d) là cổng EXOR sử dụng toàn cổng NAND ( thông dụng) 4.9 Vieát haøm logic cuûa maïch sau ( H.14 ) cho bieát teân coång logic Giaûi: S A B A X X A S Y BS F X Y Thay X vaø Y vaøo F: F S Y B F A S B S A S B S AB A B S S S F A.B A B A B A B AB A B AB A.B A B Cổng trên gọi là cổng ENOR là cổng đảo EXOR (16) Ta có thể chứng minh từ hàm đảo EXOR sau: A.B A.B A.B A.B A B A B AA A.B AB BB AB A.B A B A B Baûng chaân lyù c oång EXOR B 0 1 A 1 F 1 B 0 1 A 1 F 0 Baûng chaân lyù coång ENOR 10 Thực mạch bán tổng ( HA ) các cổng thông dụng Giaûi: Maïch baùn toång coù baûng chaân lyù sau: B A C S 0 0 1 0 1 1 Trong đó B và A là số cộng với , S là số thành , C là số nhớ Ta coù : S A.B A.B A B A C A.B S thực cổng EXOR C thực cổng AND B S C ( Ta coù theå thaáy baèng caùch xeùt baûng chaân lyù cuûa moåi coång (17) 4.11 Thực mạch cộng đầy đủ (toàn tổng - FA) Mạch cộng toàn phần là maïch cộng nhị phân có kể đến số nhớ trước đó Giaûi : Mạch cộng toàn phần cho bảng hoạt động sau: Cn-1 0 0 1 1 Bn 0 1 0 1 An 1 1 Cn 0 1 1 Sn 1 0 Từ bảng hoạt động viết các hàm logic sau S n C n 1B n An C n 1B n An C n 1B n An C n 1B n An C n 1 An B n An B n C n 1 An B n An B n C n 1 An B n C n 1 An B n C n 1 D n C n 1 D n C n 1 D n C n 1 B n An vaø: C n C n 1B n An C n 1B n An C n 1B n An C n 1B n An B n An C n 1 C n 1 C n 1 B n An B n An B n An C n 1 An B n Thực mạch: Cn Cn-1 Bn HA2 An HA1 Sn Goàm coù maïch baùn toång ( HA ) vaø coång OR (18) BAØI TAÄP CHÖÔNG 5.1 Hãûy xác định điện vO hai đầu nguồn dòng phụ thuộc H 5.1 K i f v v R Giaûi: Ta có: + + Vs vo - vO VS v i =f(V) K v Ri R v v RK - v RK RK 13 vO VS RK 13 5.2 Tính điện trở RON MOSFET, hoạt động ranh giới vùng triod và vùng bảo hoa vGS = V, Cho biết MOSFET có: VTH = V, K = 1mA/V2 và dòng thoát cho bởi: K iDS vGS VTH Giaûi: Giả sử MOSFET đặc trưng mô hình SR vùng triod, cho: v RON DS iDS vDS RON vGS VTH K vGS VTH K vGS VTH 2 3 500 10 1 5.3 Cho mạch khuếch đại MOSFET H.5.3 Giả sử mạch hoạt động theo qui tắc bảo hoà MOSFET có điện ngưỡng VTH =0, nói cách khác, vùng bảo hoà MOSFET đặc trưng bởi: K iDS vGS Các câu hỏi sau đây liên quan tới việc phân tích tín hiệu lớn mạch khuếch đại: Suy biểu thức liên hệ điện ngoõ vaø ñieän theá ngoõ vaøo (19) Xác định dải hiệu lực điện ngõ vào, daûi ñieän theá ngoõ vO, daûi doøng ñieän iO, MOSFET hoạt động vùng bảo hoà Giả sử cho khuếch đại điện AC ngoõ vaøo vI, vaø ñieän theá DC offset baèng khoâng Cho bieát tín hieäu vI coù trò soá ñöông vaø aâm ñu ñöa (swing) vaäy phaûi choïn ñieåm hoạt động cho mạch khuếch đại có dải điện đỉnh – đỉnh cực đại vI Suy điểm hoạt động ngõ vO và iDS tương ứng? Vs RL vo + vi iDS - Giaûi: Ta coù: K vO VS iDS RL VS RL vGS 2 K VS RL vI2 , vI vGS 2 Dải động : K vO VS vI2 RL vI VTH vI K vI RL vI VS 1 KRLVS vI KRL Dải động ngõvào : vI 1 KRLVS KRL Dải động ngõ : vO vI VTH vI VS vI 1 KRLVS KRL Dải động dòng điên thoát : (20) iDS K K KRLVS vI2 2 KRL 1 KRLVS KRLVS KRL2 iDS 1 KRLVS KRLVS KRL2 Tính điểm hoạt động : KRLVS KRL VI VO 3KRLVS KRLVS KRL I DS KRLVS KRLVS KRL2 Chứng minh lời giải câu bài tap 5.3: Điện phân cực: VI KRLVS vI 2 KRL KRL KRL KRLVS VO VS VI VS 2 KRL KRL VS 1 KRLV S KRLVS K RL2 8KRLVS KRLVS KRLVS 8KRL 3KRLVS KRLVS KRL (21) Dòng phân cực: ID K K 2 VGS VTH VI 2 K 1 KRLVS KRL KRLVS ) KRLVS KRL2 KRLVS KRLVS KRL2 5.4 Xét mạch « theo nguồn » hay « buffer » H Dùng MOSFET mô hình SCS( với thông số K và VTH) để hoàn thành phân tích tín hiệu lớn mạch theo các bước sau: Giả sử MOSFET hoạt động vùng bảo hoà, chứng tỏ vO liên hệ với vI theo hệ thức: / RK vI VTH / RK vO Xác định dải vI trên đó giả sử MOSFET giử vững hoạt động bảo hoà Cho biết dải vO tương ứng vo Vs iD + + vI 10V vi R + vO vI I 1k - H 5.4 Đáp số: VTH vI VS VTH Xem chứng minh sau: (22) Ta coù: vo Rid R K RK 2 vGS VTH vi vo VTH 2 2vo vi `vo VTH RK 2vo vi VTH vo2 vi VTH vo RK vo2 vi VTH vo vi VTH RK 2 vi VTH RK vi VTH RK vi VTH vo 2 2 v V v V v V vi VTH i TH i TH i TH RK RK RK 2 vi VTH RK RK Hoặc có thể viết dạng: vi VTH RK 2 vi VTH RK vo RK 2 5.5 Xét mạch khuếch đại cực cổng chung theo h.5.5 Giả sử MOSFET hoạt động qui tắc bảo hoà Veõ maïch töông ñöong SCS baèng caùch thay MOSFET baèng moâ hình SCS cuûa noù Xaùc ñònh vO vaø iD theo vI, RD, VS vaø thoâng soá K,vaø VTH cuûa MOSFET Xác định dải trị số vI để MOSFET hoạt động qui tắc bảo hoà Cho biết dải tương ứng vO S Đáp số: D iD + vI Maïch töông ñöông: - Vs G RD Vs (23) S + iD G vI D iD vO vds D - H.5.5 K VS vI VTH , KRD vO VS VS vI VTH iD VTH vO VS (24) BAØI TẬP CH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 6.1 Cho mạch khuếch đại h 6.1 MOSFET hoạt động vùng bảo hoà và đặc trưng VTH và K Điện vào vI là tổng điện phân cực VI và vi = Asinwt Giả sử A Vs nhỏ so với VI Đặt điện vO gồm điện phân cực (DC) VO và đáp ứng RL tín hieäu nhoû vo Xác định điện điểm hoạt động ngõ VO + vO điện phân cực ngõ vào VI Tính độ lợi tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại + Veõ daïng soùng cuûa tín hieäu vaøo vaø tín hieäu vi =Asinwt hàm số thời gian , rõ ràng thành + phần DC và thành phần tín hiệu nhỏthay đổi Vs theo thời gian Giaûi: K VI VTH RL 2 VO VS Độ lợi thế: dvO KRL VI VTH g m RL dvI vI VI 6.2 Khai triển mô hình tín hiễu nhỏ linh kiện hai cực tạo nên cực thoát và cực nguồn MOSFET với moat nguồn V nối cực cổng và thoát ( VGS = V) Giả sử MOSFET hoạt động theo qui tắc bảo hoà Giả sử MOSFET có VTH = V Giaûi: Ta coù: K VGS VTH K 1 iDS 2 K 2 (25) 6.3 Xét mạch khuếch đại MOSFET hoạt động theo nguyên tắc bảo hoà và có thông soá VTH vaø K Vs Cho biết dãi điện vào hiệu lực vả điện tương ứng mạch khuếch đại Giả sử muốn sử dụng điện vào mạch RL khuếch đại có dạng Asinwt, hãy xác định điểm phân cực ngõ vào VI để mạch khuếch vo đại cho điện vào đu đưa cực đại iDS nguyên tắc bảo hoà Cho biết điện + vi phân cực ngõ VO tương ứng Cho biết trị số lớn A cho phép hoạt động vùng bảo hoà điểm phân cực xác định câu Tính độ lợi tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại với điểm phân cực xác định câu Giả sử A nhỏ so với VI Viết biểu thức điện tín hiệu nhỏ vo với điểm điều hành xác định câu Giaûi: Dải hiệu lực điện vào và điện KRL vI VTH VS v V I TH KRLVS vO VS KRI Điện phân cực VI VTH VO KRLVS KRL 3KRLVS KRLVS KRL Trị số A lớn KRLVS KRL Độ lợi ện KRLVS KRL 5.Trò vo: vo A KRLVS sin t 2 (26) Bài tập này nhằm khảo sát sư phân tích tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại MOSFET đã thảo luận trước đây ( H ) Xét phân cực mạch khuếch đại Tính VI, thành phần phân Vs Vs R cực vI cho vo phân R cực từ VO đó < VO < VS Tính VMID thành phần phân cực + Cuûa vMID tieán trình Giờ gọi vI = VI + vi đó vin Vo + xem nhiễu loạn + VMID VIN vI chung quanh VI Thay theá vI và làm tuyến tính biểu thức cuối vO dạng vO = VO + vo đó có dạng vo =Gvi Lưu ý vo là điện tín hiệu nhỏ và G là độ lợi tín hiệu nhỏ Suy biểu thức G Tính trị số VI vO phân cực VO = VS / ? Với trị số VI, tính Gm caùch tính theo caùc trò soá sau VS= 15V, R = 15 k , K = 2mA/V2, VTH = 1V 6.4 Đáp số: VMID VI VS VO KR VS VMID KR vTH vTH 2 Gm K R VS 0,5KR VI vTH vTH VI vTH 136 (27) BAØI TAÄP Ch BJT 7.1 Cho mạch phân cực cầu chia và điện trở ổn định nhiệt R E ( H.2).Transistor coù VBE = 0,7V vaø 50 Tính trò soá ñieåm tónh ñieàu haønh Q Tính heä soá oån ñònh nhieät SI Vẽ đường thẳng tải tĩnh Giaûi: Vcc + 18V R1 33k RC 2,2k Q NPN Tính Q: R2 10k RE 1k 10 R2 18 4,18V V CC 33 10 R1 R R1R 33 10 7, 7k RB R1 R 33 10 V BB IB 4, 0, V 59, 625 A V BB V BE R B 1 R E 7, 511 k I C I B 50 59, 652 A 2,98mA 3mA V CE V CC R C R E I C 18V 2, 1 k 3mA 18 6, V 8, 4V Tính SI: R B 7, 8, S I 1 RE maïch oån ñònh nhieät toát Ic(mA) Đường tải tĩnh: Ñi ngang qua ñieåm: ICM = 5,6mA V CC I CM RB RE 18V 5, 625mA ICQ = Q 2, 1 k V CEM V CC 18V VCEQ Vcc VCE(V) 7.2 Cho mạch phân cực cầu chia và điện trở ổn định nhiệt R E có Vcc=5V; R1 = 10k ; R2 = 5,6k ; Rc = 1,5k ;RE = 1k Transistor coù VBE = 0,7V; 80 Tính trò soá ñieåm tónh ñieàu haønh Q Tính trò soá SI Vẽ đường thẳng tải tĩnh và vị trí điểm Q (28) Đáp số: I B 13 A Q I C 1mA V 2,5V CE SI = 4,6 ( sinh viên tự vẽ đường thẳng tải tĩnh ) Nhaän xeùt: Điểm Q nằm điểm giửa đường thẳng tải tĩnh , cho mạch khuếch đại có tín hiệu đối xứng, cực đại mà không bị biến dạng ( xem chương 6, Mạch khuếch đại ) 7.3 Cho mạch khuếch đại phân cực cầu chia và điện trở ổn định nhiệt RE coù Vcc = + 15V; Rc = 500 ; RE = 300 Transistor coù VBE = - 0,7V; 100 Tính trị số R1 và R2 để có tín hiệu đối xứng khi có trị số cực đại và không bị biến dạng ( dao động đối xứng) Giaûi: Để có tín hiệu đối xứng và không bị biến dạng có trị cực đại mạch phải thỏa điều kiện phân cực điểm tĩnh điều hành Q nằm trung điểm đường tải tĩnh : V CC I CM 15V 9,375mA I CQ 2 R C R E 500 300 V CC 15 7,5V 2 Và tín hiệu có biên độ cực đại mà không bị biến dạng: V op 7,5V V CEQ I op 9,375mA Tính được: S R B R E 11 R B 10 R E 10 0,3k 3k V BB R B I B V BE R E I E R B I C / V BE R E I C 10 R E I C / V BE R E I C 10 0,3k 9,375mA /100 0, 7V 0,3K 9,375mA 0, 09375 V 0, 7V 0,3 9,375 V 0, 28 0, 2,812 3, 793V Suy ra: R BV CC 3k 15V 11,864k 12k V BB 3, 793V 3k RB 4k R2 V BB V CC 3, 793 15 0, 747 R1 3,9k (29) 7.4 Cho maïch thuùc LED theo H.7.4 Tính doøng qua LED khi: Vi = 2V 2.Vi = 1, 8V Độ sụt qua LED VCC +5V LED1 Vi Q Giaûi: Khi Vi = 2V , ta coù ñieän theá VE = 2V-0,7V=1,3V, Doøng qua LED baèng: IE = VE / RE = 1,3V / 100 = 13mA Khi Vi = 1,8V cho VE = 1,8V – 0,7V = 1,1V neân: IE = VE / RE = 1,1V / 100 = 11 mA Ta coù VD = (VCC – VCEbh –VE) = 5V – 0,2V – 1,3V = 3,5V ! RE 100 H.7.4 7.5 Cho maïch thuùc LED nhö H 7.5 Transistor coù 50 vaø LED coù VF = 1,8V daãn Tính trị số điện trở RD để giới hạn dòng Qua LED baèng 15 mA Tính RB để có trị IC / IB = 20 transistor Dẫn bão hòa với Vi = 5V VCC +5V RD ID Giaûi: LED Tính RD: V CC R D I D V D V CEbh Giaûi: R D V CC V D V CEbh ID 5V 1,8V 0, 2V 3V 200 15mA 15mA Tính RB: V i R B I B V BE RB Vi RB NPN IB H.7.5 V i V BE V i V BE 5V 0, 7V 4,3V 5, 74k IB 15mA / 20 0, 75mA I C 20 7.6 Cho maïch thuùc LED baèng transistor pnp (H.7.6) Transistor coù VBE = 0,7V; 50 ; VCEbh = 0,2V; xung vaøo VCC +5V giao hoán giửa 0V và 2V Tính doøng qua LED Điện đầu LED RE 150 Vi Giaûi: AÙp duïng ñònh luaät Kirchhoff vaøo voøng thu – neàn : RB 1k IB + VEB Q IE + VEC LED H.7.6 (30) V CC R E I E V EB R B I B V i V CC V EB V i IE R E R B 1 5V 0, 7V 2V 2,3V 0,150k 1k 51 150 19, 6 2,3V 13,56mA 169, 6 Doøng qua LED laø IC = IE = 13,56mA Aùp dụng định luật Kirchhoff vòng thu-phát: V CC R E I E V CE V D V D V CC R E I E V CE 5V 0,150k 13,56mA 2V 5V 2, 034V 0, 2V 2, 766V Cách thúc LED này thường sử dụng để điều khiển các LED đoạn anod chung kỹ thuật số với Vi là xung lấy từ vi xử lý(máy tính ) hay vi điều khiển Cách điều khiển này có lợi là đầu LED nối xuoáng ñieåm chung( mass) 7.7 Cho mạch khuếch đại transistor ráp CE Mạch có RC = 0,6 k Transistor coù : 50; r e 40; r o Tính tổng trở vào Ri, tởng trở RO Tính độ lợi AV, độ lợi dòng AI Giaûi : Tính tổng trở R i r e 50 40 2000 2, 0k R o r O R C R C 0, 6k 600 ' Tính độ lợi 600 Vo RC 15 AV 40 Vi re Io Ic A I 50 Ii Ib 7.8 Cho mạch khuếch đại transistor ráp CE Mạch có RC = 3,9 k ; RB = 30 k Transistor coù caùc thoâng soá sau: h ie 2,1k ; h fe 75; h re h oe Tính tổng trở vào Ri, tởng trở RO Tính độ lợi AV, độ lợi AI Giaûi : Tính tổng trở: (31) R i h ie r e 2,1k ' R i R B R i 30 2,1 1,97k 2k ' R o R o R C R C 3,9k 2.Tính độ lợi: ' 75 3,9 h feR C h fe Z L Vo 139, 21 139 AV 2,1 Vi h ie h ie tính từ : R C R C 3,9 139 AV 2,1/ 75 h ie h fe re Io Ic A I 75 Ii Ib RB 30 75 A IB A I 70 30 2,1 R B h ie Tính độ lợi côngsuất: A p AV AI 139 70 9730 7.9 Cho mạch khuếch đại transistor ráp CE Mạch có RC = 2,2 k , R1 = 33 k , R2 =12 k , RE = 1k Caùc tuï ñieän lieân Vcc lạc và tụ phân dòng có trị lớn không +20V ảnh hưởng đến cách phân giải mạch RC Transistor coù thoâng soá sau: R1 Co 2,2k 33k 10uF h fe 80; hoe 1/ r o Ci 10uF Vo NPN Vi R2 12k RE 1k + Tính trò soá ñieåm tónh Q Tính tổng trở vào Ri, tởng trở RO Tính độ lợi AV, độ lợi AI Veõ maïch ñieän töông ñöông CE Giaûi : Tính tri soá ñieåm Q: V BB 12 R2 20V 5,33V 5, 4V V CC 33 12 R1 R R1R 33 12 k 8,8k R1 R 33 12 5, 0, V 4, 7V 52 A V BB V BE IB R B 1 R E 8,8k 811k 89,8k RB (32) I C I B 80 52 A 4,187 4, 2mA V CE V CC R C R E I C 20 2, 1 k 4, 2mA 20 13, 45 6,56V Heä soá oån ñònh nhieät: R B 8,8 9,8 S I 1 RI Phaân giaûi AC: 26mV VT r e I CQ 4, 2mA 6, 2 R i r e 80 6, 2 496 ' R i R B R i 8,8 0,5 500 8,8 0,5 470 8,8 0,5 2, 2k Vo RC 354,85 AV 6, 2 Vi re ' R o R o R C R C 2, 2k (33) BAØI TAÄP Ch.8 MẠCH TÍCH TRỬ NĂNG LƯỢNG 8.1 Cho maïch theo hình 8.1 , duøng nguyeân lyù choàng chaäp tính doøng i1(t) Giaûi: L - Khi cho Is(t) = hở, ta có mạch H8.1b i1(t) 1H di L Ri Vs vs(t) + dt 1V Giaûi cho ta ( xem laïi lyù thuyeát) V i1a t S 1 et / R 1 1 et / mA, t 0, ms 3 H.8.1 L ia(t) vs(t) 1V i1b 1H + R 3k R 3k is(t) 1A - Khi cho Vs (t) = noái taét, ta coù maïch 8.1.b vaø coù maïch töông ñöông ôp3 H.8.1.c Giaûi cho : i1b t is(t) 1A L 1H H.8.1a - R 3k H.8.1b i1b L 1H R 3k Vs1 et 1 et mA R + - Doøng ñieän toång coäng cho : 1 i1 t i1a t i1b t 1 1 e t mA 3 i1 t 1 e t mA Vs1 =Ris(t) 3V H.8.1.c (34) 8.2 R1 1k Cho mạch H.8.2 với R1 = k , R2 = k , vaø C = 10 F , vS = 3V Tính ñieän theá toång coäng ngõ sau t =0 (sau đóng mạch) trở 3V Giaûi: va + C 10uF - R2 2k vc - R2 vs 3V 2V R1 R2 1 RTH R1 R2 1.2 k 1 RTH C 103 10.106 F vC t 1 e t 8.3 + vs a 20 ms Xét mạch H.8.3 Trước công tắc đóng tụ đã nạp trước đến Vs = 2V Khi công tắc đóng t = Tìm biểu thức vc(t) t > Tính vC(t) Giaûi : Ta có điện hai đầu tụ cho : K vs 1V + R a t=0 + vc - C - vc t v f v f vi e t 1 et 1 e H.8.3 t 8.4 Cho mạch đảo INV1 thúc INV2 H.8.4a Mạch tương ứng vẽ H.8.4.b Caùc ñieåm A,B,C bieåu dieãn giaù trò logic vA,vB, vC Viết biểu thức thời gian lên tr và Vs thời gian xuống tf mạch biểu diễn ỡ H.8.4.a Giả sử Các mạch đảo tuân theo RL qui tắc tĩnh với điện ngưỡng VIL = VOL = VL vaø VIH = VOH = VH Lưu ý: Thời gian lên INV1 là thời gian + + vB cần có để chuyển trạng thái từ điện vB vA thấp vB đạt (cho cầu chia RL và RON Tương tự, thời gian xuống là thời gian vB cần để chuyển trạng thái từ điện lớn (là vB) để vI từø 0V đến bước INV1 chuyeån leân Vs taïi ngoõ vaøo vA H.8.4a A B Vs RL + Vc - INV2 C (35) Tính trị số thời gian trể tpd INV1 mạch H 8.4a vớ RON = k , RL = 10RON, CGS = nF, Vs = 5V, VL = 1V vaø VH=3V? Giaûi : Maïch töông ñöông : Vs Vs RL RL vIN Vo vIN vo CGS CGS RON vIN>VT vIN < vTH MOSFET daãn cho : RON VOL VS RL RON Khi MOSFET ngöng cho : VOH VS Lần lượt tí nh : V V S H tr RL CGS ln R ON V V S S RON RL R VL VS ON RON RON RL tf CGS VS VH RON RL R VS VS ON RON RL tpd = 8,2 s (36) BAØI TẬP Ch Mach loc 9.1 Tính biên độ và pha các biểu thức sau: 8 j 5e j 30 e 0,3 j0,1 8,5 j34 20e 60 cos10 j sin10 25e 37e 25e 10e 14 j13 1 j 2 j 39o j 25o j 20o j 20o o j 23o j 27o 13e j 3015o j1,5 6e1 j 300 Đáp số: Biên độ = 16,8 Pha = 13,754o Biên độ = 45,47 Pha = 18o Biên độ = 2136 Pha = 78o Biên độ = 47,3 Pha = -15o 9.2 Viết biểu thức H(jw) = Vo/Vi, biên độ H j và pha H j theo bốn trường hợp sau: R vi + R C ejwt - (a) + vo + L 1H C =1uF i(t) vi 2ejw - L (b) + vo - vi + =5ejwt - i(t) (c) + R vo 1M - i(t) + vi =10ejw - (d) + R vo 10 - (37) Đáp số: Vo Vi Vo Vi Vo Vi e j , arctan RC L R Vo Vi L e j , arctan R L R RC 1 e j , arctan RC L L e j , arctan R L R RC R 9.3 Cho mạch theo H.9.3 với R = 1k , C1 = 20 F , C2 = 20 F Tính biên độ và pha H(w) = Vo/Vi Cho vi(t) = cos(100t) + cos(1000t), tìm điện trạng thái dừng sin, vo(t) C1 20uF R 1k + Đáp số : C2 20uF vi(t) - Vo Vi 1 + vo(t) - j e , 2 1002 100 1 vo t cos 100t 45o cos 10000t 89, 4o 200.01 2 arctan 9.4 Viết biểu thức mạch điện sau đây : C2 Z R C Z R L Z C1 R - (38) Đáp số : R j RC j RL Z R j L j RC2 Z jC 2C1C2 R jC2 Z (39) Bài tập ch 10 Mạch tích hợp – IC 10.1 Cho IC Op.amp có độ lợi vòng hở AvOL = 180.000, cấp điện đối xứng V 15V và điện bão hoà ( cực đại) V obh V o max 14V Tính trị số điện ngõ vào lớn Vid max mà biên độ không bị biến dạng Giaûi: Ta coù: 14V V obh 77, 78V V id max AvOL 180.000 10.2 Mạch khuếch đại thuật toán ( Op amp.) có độ khuếch đại cách vi sai Avc = 8.000 và độ lợi cách chung Avc = 12 Tính hệ số truất thải cách chung CMRR Giaûi: Ta coù: 8.000 CMRR Avd 666, 67 12 Avc CMRR(dB) 20 log(666, 67) 56, 48dB 10.3 Cho mạch khuếch đại đảo dấu ( H.1) Viết biểu thức Av Tính Avd với các trị số RI và RF sau: RI ( k ) RF(k ) a 10 b 10 20 c 100 d 1,5 75 RF vi RI Op-Amp vo Đáp số: R AV F H.1 RI a -10 H.1 b – RF c – 100 99k d – 50 vo 10.4.Cho mạch khuếch đại không đảo dấu ( H.2) : Tính : RI Trò soá Av 1k Biên độ tín hiệu vi Tín hieäu coù bò bieán daïng khoâng? 20mVpp Giaûi: Av = 1+99 = 100 H.2 Vopp = Av Vipp =100(20mVpp) = 2Vpp Vopp khoâng bò bieán daïng Baøi taäp ÑTCB ch.8 - - Nguyeãn thaønh Long (40) 10.5.Cho maïch coäng theo h Tính trị số độ lợi Av toàn mạch Giaûi: V1 V V V o R F R1 R R 3V 0,5V 0,8V 100k 10k 20k 100k RF 100k R1 10k V1 0.5V V2 0.8V R2 20k i1 i4 R3 100k i2 V3 -3V vo i3 5V 4V (3V ) 6V H.3 10.6 Cho mạch khuếch đại điện điều khiển cách đóng/ mở các bậc Si ( h 4) Tính độ lợi điện tương ứng bậc Si đóng ( ON) và các bậc còn lại hở ( OFF) Giaûi: R4 1k R3 10k S4 S3 R2 100k S2 R1 1M S1 Ta có kết cho bảng sau: 1k Si đóng S1 S2 S3 S4 RF ( kOhm) 1.000 100 10 Av -1000 -100 -10 -1 vi vo H 10.7.Cho mạch khuếch đại trừ ( H 5) Tính ñieän theá Vo Giaûi: RF R Tính được: RF V 01 R F V V o R1 R2 R v1 100k 2V 200k 100k O.A R1 50k -v1 R2 Thay trị số vào được: 200 200 2V 1V V o 100 50 O.A.2 vo H.5 100k v2 1V 8V 2V (6V ) H 6V Baøi taäp ÑTCB ch.8 - RF 50k - Vi 1,8V RINguyeãn thaønh Long 10k (41) 10.8.Cho mạch Khuếch đại vi sai theo h.6 Vieát phöông trình vo theo vi Tính trò soá vo Giaûi: Ta coù: Vo RF V V 1 R F V V RI RI Thay vaøo: 5o 2V 1,8V 0, 10 1V Vo H.6 10.9.Cho mạch khuếch đại đảo dấu với RI = 100k và RF = 20k , Vi = 2,5V Tính trò soá vo Cho bieát maïch coù teân maïch gì Giaûi: Độ lơiï thế: R F 20 0, AV 100 RI Ñieän theá ra: Vo = - Av.Vi = - 0,2( 2,5V) = - 0,5V Vì điện ngõ Vo nhỏ điện ngõ vào Vi nên mạch gọi mạch chia ( thay vì maïch nhaân) 10.10 Cho maïch tích phaân ( H ) , cho tín hieäu vaøo C 0.1uF là sóng vuông có biên độ Vipp = 5V Tín hieäu coù daïng soùng gì? iF Biên độ tín hiệu Op-Amp3 Ri Giaûi: vi 1k 0V 5V 1kHz ii Daïng soùng vaøo tam giaùc Có biên độ A = h.s: 2,5V t T / Vi 2,5V T / t T vo H.7 Ñieän theá : t t v idt RC RC v i T /2 2,5 2,5 T 2,5dt RC fRC RC Vo 2,5 T /2t T fRC Vo 0t T /2 2.Thay trò soá vaøo: Baøi taäp ÑTCB ch.8 - - Nguyeãn thaønh Long (42) Vo 2,5V 12,5V 1kHz 1k 0,1 F là dạng sóng tam giác có biên độ từ -12,5V đến +12,5V vi + 2,5V -2,5V Vo + 12,5V -12,5V 10.11 Cho maïch vi phaân ( h 8) RF Cho bieát daïng soùng tín hieäu tín hieäu vaøo laø: 15k a soùng tam giaùc iF b soùng vuoâng C 0.05uF Giaûi: 0V Haøm soá soùng : vipp dv i 4V 1kHz ii v o RC dt a Khi tín hieäu vaøo laø soùng tam giaùc , ta coù: t A 0t T /2 T /2 H.8 vi t A T /2t T T /2 Vaäy daïng soùng ra: d At A v o RC RC h.s dt T / T /2 laø daïng soùng vuoâng Baøi taäp ÑTCB ch.8 - - vo Nguyeãn thaønh Long (43) V o RCAf 15k 0, 05 F 2V 1kHz 3V vi +2V -2V vo + 3V t t -3V a Khi tín hieäu vaøo laø soùng vuoâng: v i A h.s d A RC dt Daïng soùng coù daïng xung nhoïn (gai)(haøm delta ) v o RC vi t vo t taàn soá caøng cao xung caøng nhoïn vaø caøng khích ( chu kyø caøng nhoû) Baøi taäp ÑTCB ch.8 - - Nguyeãn thaønh Long (44) BAØI TẬP Ch11 Năng lượng và Công suất 11 Mạch Inverter thiết kế transistor NMOS và tải RL thúc tụ CL Điện cấp điện Vs và MOSFET có điện trở RON, điện thềm VTH GIả sử logic = 0V và logic = Vs volt Xác định công suất trạng thái tĩnh tiêu thụ inveter cho tác động vaøo ngoõ vaøo cuûa noù Xác định công suất trạng thái tĩnh tiêu thụ inveter cho tác động vaøo ngoõ vaøo cuûa noù Xác định công suất tĩnh và công suất động tiêu thụ Inveter cho liên tiếp chuổi xung 01010101….tác động vào ngõ vào Giả sử chuyển tiếp tín hiệu ( 1, 0) xãy vài T giây, và T lớn thời mạch Giả sử ngõ vào câu 3, cho biết thừa số nào làm cho công suất động bò giaûm neáu: a T tăng theo thừa số 2, b Vs giảm theo thừa số c CL tăng theo thừa số ? Giả sử mạch Inverter thoả qui luật tĩnh với điện ngưỡng cao và thấp tương ứng VIH = VH , VOL = VL Cho biết MOSFET có RON và VTH Giả sử VL < VTH < VH < VS, choïn trò soá RL soá haïng cuûa caùc thoâng soá khaùc cuûa maïch cho coâng suaát tieâu thuï cuûa maïch Inverter laø toái thieåu Đáp số: Pstatic = VS2 Pstatic RON RL Pstatic VS2 , RON RL Pdynamic VS2 RL2CL RON RL T a phân nữa, b phần tư, c phân nữa, Làm cực đại RL 11.2 Bài tap này nhằm khảo sát công suất tiêu tán mạch logic nhỏ Mạch gồm có mạch Inveter ghép nối tiếp và cổng NAND H 11.1 Mạch có hai ngõ vào A và B, và moat ngõ Z Tín hiệu vào là tuần hoàn với chu kỳ T4 Giả sử RON MOSFET là zero ( không) Vẽù dạng sóng ngõ Z với t T4 Giả sử CG và CL zero Suy công suất tĩnh thời gian trung bình tiêu thụ mạch theo Vs, RL, T1, T2, T3, và T4 Công suất tĩnh thời gian trung bình định nghĩa là (45) lượng tổng cộng tiêu thụ cổng suốt chu kỳ t T4 chia cho T4 Giờ giả sử CG và CL khác không Suy công suất động thời gian trung bình tiêu thụ mạch theo Vs, RL, T1, T2, T3, và T4 Đồng thời giả sử thời haèng cuûa maïch nhoû hôn T1, T2-T1, T3-T2, vaø T4-T3 Tính trị công suất tĩng và động thời gian trung bình với VS = 5V, RL = 10 k , CG = 100 fF, CL = pF, T1 = 100 ns, T2 = 200 ns, T3 = 300 ns, vaø T4 = 600 ns Cho biết lượng lượng tiêu thụ mạch phút với các thông số cho câu ? Cho biết phần trăm công suất tiêu thụ tổng cộng thời gian trung bình giảm neáu ñieän theá caáp ñieän Vs giaûm ñi 30% ? Vs Vs RL RL Z A CG CL B H.11.1 5V A t 5V B T1 T2 T3 t T4 (46) Đáp số VS2 T1 T2 T4 RL T4 VS2 CG 2CL T4 Pstatic = 2,9 mW, Pdynamic = 87,5 W 0,18 j 51% 11.3 Một mạch gồm N Inverter, với N>>1 Mỗi Inverter thiết kế transistor NMOS và điện trở RL Điện cấp điện Vs và điện trở MOSFET daãn laø RON Ñieän theá theàm cuûa NMOS laø VTH Cho bieát caùc inverter gheùp noái tieáp thaønh chuoåi Tính coâng suaát tónh tieâu thuï cuûa maïch Đáp số: Pstatic N VS2 RL RON (47) Baøi tập Chương 12 : Mạch Diod I Maïch chænh löu vaø loïc 12.1 Cho maïch chænh löu baùn kyø coù ñieän theá xoay chieàu vi = 40 sin t , f = 50 Hz; điện trở tãi RL = k ; diod có VD = 0,7 V dẫn Vẽ dạng sóng đầu tãi Tính ñieän theá VLDC vaø doøng ñieän trung bình ILDC cuaû taõi Giaõi: Xem laïi giaùo trình Xem Vp >> VD , neân coù theå boõ qua VD Tính : VLDC = Vp / = 0,318 Vp = 0,318 ( 40 ) = 12,72 V Vaø : ILDC = VLDC / RL = 12,72 / 1k = 12,72 mA Chuù yù : Có thể tính ILDC trước tính VLDC sau: ILDC = Ip / = Vp / ( RL) = 0,318 ( 0,04) = 12,72 mA VLDC = ILDC RL = 12,72 ( k ) = 12,72 V 12.2 Cho mạch cầu chỉnh lưu toàn kỳ ( diod) coù vi = 150 sin t , f = 50 Hz ,RL = 2k Giải thích cách hoạt động mạch Tính ñieän theá trung bình vaø doøng ñieän trung bình cuûa taõi D1 vi 150sinwt 50Hz D4 Giaõi: Xem laïi giaùo trình Ñieän theá trung bình cuûa taõi: VLDC = VM / = 0,636 VM = 0,636 ( 150) = 95,40 V Doøng ñieän trung bình qua taõi: ILDC = VLDC / RL = 95,40 / 2.103 = 47,70 mA 12.3 Cho maïch chænh löu theo hình veõ: Trình bày cách hoạt động và vẽ dạng sóng ngõ ( đủ chi tiết ) vi 2.Tính ñieän theá trung bình VLDC vaø Vpsinwt 50Hz doøng ñieän trung bình ILDC cuûa taõi khi: a Vihd =10V ( VD = 0,7V) b Vihd =100V ( xem VD = 0V) Hướng dẫn: Xem giaùo trình a VLDC = - 4,275V ; ILDC = - 2,138 mA b VLDC = - 44,97V; ILDC = - 22,49 mA Baøi taäp Ch ÑTCB D2 D3 RL 2k D RL 2k + Nguyeãn thaønh Long (48) 12.4 Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ diod có Vihd = 6V, RL = 10 , VD = 0,7V Tính VLDC vaø ILDC maïch loïc coù: C = 1000 F C = 2000 F Giaõi: Tính với C = 1000uF : 0, 005 V LDC V p V D 1 0, 1 6 f R LC (10)(1000)(10 ) 8, 0, 1 0,5 7, 0,5 3,85V ILDC = VLDC / RL = 3,85 / 10 = 385 mA Tính với C = 2000uF V LDC V p V D 1 0, f R LC 0, 005 10 4(50)(10)(2000)( 10 8, 0, 1 0, 25 7, 0, 75 5,8V 6 ) ILDC = VLDC / RL = 5,8 / 10 = 580 mA 12.5 Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ diod ( cầu chỉnh lưu) có Viac = V, f = 50Hz; RL = 30 , tuï loïc C = 1000uF Tính VLDC, ILDC vaø Vrp Giaõi: Tính VLDC: 0, 005 V LDC V p 2V D 1 1, 1 6 f R LC (30)(1000)(10 ) 8, 1, 1 0,166 0,84 6, 02V 6V ILDC = VLDC / RL = / 30 = 200 mA Tính Vrp : Vrp = ( Vp – 2VD)( 0,005/ RL C = ( 0,166) = 1, 162 V 12.6.Cho mạch cầu chỉnh lưu với biến hạ có tỉ số vòng 14:1 Điện cấp cho cuoän sô laø vi = 340 sinwt , 50Hz Tính: Điện đỉnh và điện hiệu dụng cuộn thứ Trị số đỉnh ngược mà diod chỉnh lưu phải chịu đựng Giaõi: Điện cuộn thứ: n2 V ip V p 340 24, 285V 24,30V 14 n1 V ihd Baøi taäp Ch ÑTCB V ip 24,3 17,185V 1, 414 Nguyeãn thaønh Long (49) 12.7 Tính: PIV = Vip = 24,30V Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ diod sử dụng biến có điểm có tỉ số voøng17:1 Tính: Điện hiệu dụng cuộn thứ Điện đĩnh ngược tác động lên diod ngưng dẫn Giaõi: Điện hiệu dụng cuộn thứ cấp: n2 V ihd V 220 12,94V 17 n1 PIV: Vop = Vip – VD = 12,94( ) – 0-,7 = 18,30 – 0,7 = 17,6 V PIV = Vop = ( 17,6) = 35,2 V 12.8 Cho boä caáp ñieän ñôn giaûn ( chænh löu diod vaø loïc ) coù tæ soá voøng bieán theá 18:1; ñieän theá caáp ñieän cuoän sô Vs = 220 V; tuï loïc C = 2000uF, RL = 10 Tính: Ñieän theá trung bình vaø doøng ñieän trung bình ngoõ Điện dợn sóng Vrp và hệ số dợn sóng r% mạch chỉnh lưu Giaõi: Ñieän theá trung bình vaø doøng ñieän trung bình: n2 V ihd V 220 12, 22V 18 n1 V ip V ihd 12, 22 1, 414 17, 28V 0, 005 V LDC V ip V D 1 17, 28 0, 1 0, 25 R LC 12, 435 V 16,58 0, 75 12, 435V I LDC LDC 1, 243 A 10 RL Điện dợn sóng: 0, 005 16,58 0, 25 4,145V V rp V ip V D R LC V rp 2,3934V 2, 4V 2, V r rhd 0,145 V LDC 12, 45 hay r% = 14,5% Có thể tính trực tiếp từ công thức : 0, 29 % 14,5% r% = R LC V rhd Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (50) Nhận xét: sinh viên có thể tính trên với RL 20; 50; 100 …; ta thấy tãi càng lớn ( hay dòng tãi càng lớn , điện trở tãi càng nhõ) thì độ dợn sóng càng lớn và ngược lại dòng tãi càng nhõ ( hay điện trở càng lớn ) thì độ dợn sóng càng nhoõ 12.9 Cho boä caáp ñieän ñôn giaûn ( chænh löu diod vaø loïc ) coù tæ soá voøng bieán theá 10:1; ñieän theá caáp ñieän cuoän sô Vs = 240 V; tuï loïc C = 500uF, RL = 100 Tính: 1.Ñieän theá trung bình vaø doøng ñieän trung bình ngoõ 2.Điện dợn sóng Vrp và hệ số dợn sóng r% mạch chỉnh lưu Giaõi: Ñieän theá trung bình vaø doøng ñieän trung bình: n2 V ihd V 240 24V 10 n1 V ip V ihd 24 1, 414 33,94V 0, 005 V LDC V ip V D 1 33,94 1, 1 0,1 R LC 32,54 0,9 29, 28V V LDC 0, 292 A 292mA 100 Điện dợn sóng: V rp V ip V D 32,54 0,1 3, 254V I LDC V rp 3, 25 1,88V 1, 732 1,88 V r rhd 0, 0645 V LDC 29, 25 hay r% = 6,45% Có thể tính trực tiếp từ công thức : 0, 29 % 6, 45% r% = R LC V rhd 12.10 Cho cấp điện đơn giãn bài tập 2.9 với tụ lọc C = 2000uF và tãi RL = 15 Tính laïi VLDC , ILDC vaø r% Đáp số: VLDC = 27,12V; ILDC = 1,808A Vrhd = 3,14 ; r% = 9,6 % 12.11 Tính hệ số dợn sóng cấp điện có VLDC = 27,9 V và ILDC = 50mA và tụ lọc C = 100uF Đáp số: Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (51) V LDC 27,9 558 I LDC 50mA 0, 29 0, 29 r% % % 5,19% 558 100uF R LC RL 12.12 Tính trị số tụ lọc C để có hệ số dợn sóng không vượt quá 5% cho mạch chỉnh lưu và lọc toàn kỳ với điện và dòng điện tãi là 5V và 10mA Giaõi: Trị số điện trở tãi: RL = VLDC / ILDC = 5V / 10 mA = 500 Trò soá ñieän dung : 0, 29 0, 29 C 116 F f rR L rR L 2500 Chọn C 100 F 150 F C càng lớn hệ số dợn sóng càng nhõ 12.13 Thiết kế mạch chỉnh lưu bán kỳ và lọc để có điện DC cấp cho tãi là 50V với hệ số dợn sóng 1% Cho biết tãi có trị RL = 3.3k Giaõi: Doøng qua taõi: ILDC = VLDC/RL = 50V / 3.3 k = 15 mA Điện dợn sóng: Vrhd = r VLDC = 0,01 x 50V = 0,5V Trò soá ñieän dung cuûa tuï loïc : C = 0,58 / ( r RL) = 0,58 / (1% x 3,3k ) = 1757 F Choïn C = 2000 F Điện AC cuôn thứ cấp cần có : Vip = Vop + VD 50 V Tỉ số vòng biến phải sử dụng: V s V n1 220 4, V ip V n 50 12.14 Cho biết trị số điện đỉnh ngược các diod phải chịu ngưng dẫn caùc maïch sau ñaây: Chỉnh lưu bán kỳ ( sóng) Chỉnh lưu toàn kỳ diod Chỉnh lưu toàn kỳ diod ( cầu chỉnh lưu ) Đáp số: PIV = Vip PIV = 2Vip PIV = Vip Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (52) Giaûi thích: a Trong trường hợp và ngưng dẫn , diod chỉnh lưu bị tác động cực nó điện điện cuộn thứ cấp biến Vip b Trong trường hởp , diod chỉnh lưu phải chịu điện cuộn thứ caáp hay baèng 2Vip II Maïch oån aùp Zener 12.15 Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ và lọc có điện ngõ không tãi là VL NL= 16,58V vaø coù taõi VLFL = 14,5 V Tính heä soá ñieàu taõi cuûa boä caáp ñieän ñôn giaûn treân Giaõi : Ta coù heä soá ñieàu theá theo ñònh nghóa: V L V LNL V LFL 16,58 14,5 0,1434 SL 14,5 VL V LFL hay : SL% = 0,1434x100%=14,34% Nhận xét: Với cấp điên đơn giản thì hệ số điều có trị số lớn, và đó không phải là cấp điện lý tưởng.Muốn có hệ số điều tốt ( thật nhõ) phải sử dụng theâm caùc maïch oån aùp 12.16 Cho maïch oån aùp ñôn giaûn theo hình sau , diod Zener coù VZ = 20V, IZK = 5mA, IZM = 200mA RL = 400 , RS = 100 Tính: Điện ngõ ( đầu tãi) Trị số dòng I1 ; IL; IZ Cho biết diod Zener có hoạt động tốt hay không? Khi hở tãi diod Zerner có còn hoạt động hay không? Cho biết điện trơ RS phải có công suất bao nhiêu để không bị hư Giaõi: Rs VODC = VZ = 20V 100 V iDC V Z 30V 20V 100mA + + I1 100 Rs VoDC VZ ViDC RL 20V V ODC V Z 20V 30V 50mA I L 400 RL R L 400 100 50 50 mA I Z I1 I L Do : I Zk I Z I ZM nên diod Zener hoạt động tốt Khi tãi hở IL = A ( hay RL -> ) , IZ = I1 = 100mA < IZM = 200mA nên diod Zener hoạt động tốt Ta coù theå xeùt theo trò soá coâng suaát nhö sau: Coâng suaát cuûa diod Zener luùc naøy baèng : PZ = VZ IZ = VZ I1 = 20V x 100mA= 2000mW = 2W Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (53) Coøn coâng suaát toái ña cuûa diod Zener baèng: PZM = VZ IMZ = 20V x 200mA = 4W Vậy PZ < PZM nên diod Zener hoạt động tốt Công suất tiêu tán nhiệt điện trở giới hạn Rs: 2 P RSM I R S 0,1A 100 1W Vậy phải chọn điện trở có công suất làm việc 2W ( chọn công suất ít gắp đôi lần công suất lớn diod tiêu tán mạch) 12.17 Cho mạch ổn áp bài 2.16 vơí diod Zener có VZ = 20V, PZM = 10W; tãi RL = 200 , RS = 20 ; ViDC thay đổi từ 24V đến 30V Tính : Trị số dòng điện cực đại và cực tiểu tương ứng diod Zener Công suất cực đại tương ứng diod Zener và điện trở Rs Giaõi: Ta có dòng tãi không đổi bằng: 20V V L V ODC 0,1A IL 200 RL RL Khi Vi thay đổi, ta có dòng I1 thay đổi và có : V i max V Z 30V 20V 0,5 A I 1max 20 Rs V i V Z 24V 20V 0, A I 1min 20 Rs Do đó diod Zener có trị thay đổi : I Z max I 1max I L 0,5 A 0,1A 0, A I Z I 1min I L A 0,1A 0,1A Dòng cực đại IZM diod Zener cho bởi: P ZM 10W 0,5 A I ZM 20V VZ Do IZmax < IZM nên diod Zener hoạt động tốt Công suất Diod Zener thay đổi: P Z max I Z maxV Z 0, A 20V 8W P Z I Z minV Z 0,1A 20V 2W Do PZmax < PZM nên diod Zener hoạt động tốt Công suất tiêu tán nhiệt điện trở Rs: 2 P RS max I 1max R s 0,5 20 5W P RS I 1min R s 0, 20 0,8W Vậy phải chọn điện trở có công suất 10W Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (54) 12.18 Muoán thieát keá maïch oån aùp ñôn giaûn ñieáu kieän coù saún nguoàn ViDC = 16V ; Rs = 1k ; diod Zener coù VZ = 10V; PZM= 400mW Cho biết mạch có hoạt động hay không sử dụng tãi RL = 1,2k và RL = 3k Trong điều kiện mạch hoạt động tốt , tính các trị sau : I1 ; IL ; IZ và PZ Giaõi: Khi RL = 1,2k vaø chöa maéc diod Zener vaøo maïch ta coù ñieän theá treân taõi : 1, RL 16V 8, 73V < Vz V LDC V iDC 1, Rs RL Do đó mạch ổn áp không hoạt động Khi RL = 3k vaø chöa maéc diod Zener vaøo maïch,ñieän theá cuûa taõi : RL 16V 12V > Vz V LDC V iDC 1 Rs RL Vậy diod Zener hoạt động tốt và đó điện trên tãi ( hay điện ngõ ra) baèng: VLDC = VZ = 10V Khi mạch ổn áp hoạt động ta tính : V iDC V Z 16V 10V 6mA I1 1k RS V LDC 10V 3,33mA IL 3k RL I Z I I L 6mA 3,33mA 2, 67 mA Ta coù: P ZM 0, 4W 40mA I ZM 10V VZ Do có IZ < IZM nên lần ta thấy diod Zener hoạt động tốt chọn tãi 3k caùc ñieàu kieän nhö treân 12.19 Thieát keá maïch oån aùp Zener ñieàu kieän sau: Ñieän theá caáp ñieän DC thay đổi khoãng 20V – 24V , điện trở tãi thay đổi từ 100 đến 500 , diod Zener có VZ = 10V và rz không đáng kể , dòng IZmin = 14 mA, IZM = 140mA Xác định trị số RS để mạch luôn hoạt động ( trường hợp xấu nhaát) Cho biết trị số các linh kiện phải chọn để ráp mạch Giaõi: Để mạch ổn áp luôn hoạt động tốt Rs phải thoả điều kiện: V Z V iDC max V Z V R s iDC I Z max I L I Z I L max Tính lần lượt: Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (55) 10V VZ 0,1A R L max 100 10V VZ 0, 02 A I L max R L 500 thay vào bất đẳng thức trên ta được: 24 10 V 20 10 V Rs 140 20 mA 14 100 mA I L 87,5 R s 87, 7 Choïn linh kieän : Ta coù : PZmax = VZIZ = ( 10V) ( 140mA) = 1,4W vaø P Rs max I 1max V iDC max V Z Rs V R s Rs iDC max V Z Rs 2 14 2, 25W 87 Choïn Rs = 87 - 5W vaø Diod Zener coù VZ = 10V vaø PZM > 3W 12.20* Thiết kế mạch ổn áp với điều kiên bài 2.19 không cho trước trị số dòng IZ mà chọn tỉ lệ IZmin = 0,1 IZmax Tính trị IZmax và RS để mạch ổn áp hoạt đông tốt trường hợp xấu nêu trên Giaõi : Ở bài tập trên ta có bất đẳng thức tính Rs , vì không biết trị số IZmin và IZmax nên ta phải tính trước IZmax cách thay IZmin = 0,1 IZmax vào và suy ra: I L max V iDC max V Z I L V iDC V Z I Z max V iDC V Z 0,1I Z max V iDC max V Z I L max V iDC max V Z IL V iDC V Z V iDC 0,9V Z 0,1V iDC max 100 24 10 20 20 10 29 0,9 10 0,1 24 140mA Biết IZmax suy IZmin = 14mA , ta thay vào bất đẳng thức trên để tính Rs bài taäp 2.19 12.21.Cho mạch ổn áp sử dụng diod Zener 1N 5240 có VZ = 10V, rz = 10 , ViDC = 20V 2V , Rs = 100 , RL = 200 Tính thay đổi điện ngõ Tính heä soá ñieáu theá Sv Giaõi: Sự thay đổi điện ngõ ra: V i 2V rz 10 2V 0,18V V i 10 100 r z Rs Heä soá ñieàu theá: V o Baøi taäp Ch ÑTCB Nguyeãn thaønh Long (56) SV V o 0,18 0.09 V i tính từ : 10 V o rz 0, 0909 0,91 SV V i r z R s 10 100 12.22*.Thieát keâ maïch oån aùp ñôn giaûn duøng diod Zener coù Vz = 5V, rz = 10 , PZmzx = 400mW Ñieän theá cung caáp Vi = 11V 2V Tính trị số RS ( có sai số 10%) và điện ngõ cực đại và cực tiểu ( khoâng taõi) Tính hệ số ổn định (điều ) và tổng trở mạch Cho biết điện trở tãi nhỏ mà mạch ổn áp hoạt động tốt Giaõi: Ta coù: Dòng điện cực Zener cực đại : IZM = PZM / VZ = 0,4W/ 5V = 50mA Khi không có tãi ( IL = 0) thì IZmax = I1max, ta phải chọn Rs để có doøng I1max naøy: V z 13 V V I max V iDC max V z R s r z iDC max 100 R s r z 80mA I z max R s 100 10 90 Trong thöcï teá ta choïn Rs =100 ( chæ phaïm sai soá 10%) Coâng suaát tieâu taùn nhieät cuûa Rs : 2 P RS I 1max R s 0, 08 10 0, 64W Choïn Rs = 100 -1W Khi khoâng coù taõi, IZ = I1, neân ta coù: V iDC max V Z 11 V 5V 80mA I Z max I 1max 100 Rs V iDC V Z 11 V 5V 40mA I Z I 1min 100 Rs I Z I Z max I Z 80 40 40mA V o max V o V o V o r z I Z 5V 10 40mA 5, 4V hay : Vo = 5V V = 5V 0,2V Heä soá oån ñinh theá ( Heä soá ñieàu theá): V o 0, 10 hay Sv% = 10% SV V i hệ số điều có tãi không đổi: Baøi taäp Ch ÑTCB 10 Nguyeãn thaønh Long (57) SV r z 10 0, 0909 0, 091 hay 9,1% r z R s 10 100 Tổng trở : R o r z R s 10 100 9,1 Ta biết diod Zener không hoạt động IZ = IZK ( giả sử cho IZK = 0) và đó I1 = I Lmax ( ứng với RLmin) và đó Vo = Vz Vậy ta có: Vo VL I L max R L R L V iDC V I1 R z s Vz VL V iDC V z R L Rs Rs R L V iDC V Z điều kiện xấu ta có với Rsmax và ViDC min, suy ra: Vz R L 100 125 Rs 95 V iDC V Z Tuy nhiên để bảo đảm phải chọn Rs > 125+12,5= 137,5 (sai số điện trở 10%) 12.23 Xét ổn áp giao hoán giảm - tăng có trị số sau: Vi = 24 V, D = 0,4, R = và tần số giao hoán f = 20 kHz L = 400 H , C = 400 F Cho biết dòng trung bình là 100A.Giả sử các linh kiện là lý tưởng Tính: Điện ngõ Vo Trị số dòng điện cuộn cảm Độ dợn sóng ngõ Giải: Điện ngõ ra: D 04 16V 1 D 0, Dòng điện cuộn cảm: Vo V iD 5,33A IL V iRD R 1 D V o V i I max I L i L V iD V DT i 7, 73 A 2 2L R 1 D i L V iD V DT i 2,93 A 2 2L R 1 D Độ dợn sóng ngõ ra: I I L Baøi taäp Ch ÑTCB 11 Nguyeãn thaønh Long (58) D 0, V o V o 0, 01 % 1% 6 RCf 400x10 20x10 Vo Vo 12.24 Thiết kế ổn áp giao hoán tăng với dòng cảm liên tục có trị số sau: Vi = 12 V , Vo = 30 V, R = 50 và tần số giao hoán f = 25 kHz, độ dợn sóng không quá 1% Giả sử các linh kiện là lý tưởng Cho biết các trị số phải chọn: Hệ số định dạng Lmin Trị cực đại và cực tiểu dòng điện qua cuộn cảm L = 1,5 mH Trị số điện dung C Giải: Ta tính được: Hệ số D: Vi Vo 1 D 12 V D 1 i 1 0, 30 Vo Trị Lmin: D 1 D R 0, 1 0, 50 96x106 H 96 H L 2f 25x103 2 để bảo đảm có dòng cảm liên tục ta chọn L có trị lớn Lmin: L = 120 H Dòng điện qua cuộn cảm: IL 12V Vo Vi 1,5A R 1 D R 1 0, 2 50 12 0, i L V i DT 1, A 2L 120x10 6 25.000 i L 1,5 1, 2, 7A i L 1,5 1, 0,3A I L I L I L max I L Trị số C: C D 0, 48 F 50 25x103 0, 01 R V o f V i Và tụ phải có điện làm việc WV = 2(Vo) = 2x30 = 60 V Cuộn cảm chịu dòng cực đại > 1,5 A Baøi taäp Ch ÑTCB 12 Nguyeãn thaønh Long (59) 12.25.Xét ổn áp giao hoán (chuyển mạch) hạ có trị số sau: Vi = 50 V , D = 0,4, L = 400 H , C = 100 F , R = 20 và tần số giao hoán f = 20 kHz Giả sử các linh kiện là lý tưởng Tính: Điện Vo Trị cực đại và cực tiểu dòng điện qua cuộn cảm L Điện dợn sóng ngõ Công suất vào, và hiệu suất Giải: Giả sử dòng điện qua cuộn cảm là liên tục, điện ngõ cho: V o DV i 0, 50 20 V Dòng điện cuộn cảm: 1 1 D 0, 0, 75 1.75A 20 I L max V o 6 20 400x10 20x10 R Lf 1 1 D 0, 0, 75 0.25A I L V o 20 6 20 400x10 20x10 R Lf I L max I L 1, 75 0, 25 1, 0A I Ltb 2 i L I L max I L 1, 75 0, 27 1,5A Dòng trung bình : I L max I L I tb D 1 0, 0, 4A Độ dợn sóng ngõ ra: 1 D 0, V o 0, 00469 2 V o LC f 400x106 100x10 6 20x103 V o % 0, 469% Vo Công suất và hiệu suất: V o 20 20W Po R 20 P i V i I i 50 0, 20W 20 Po 1 P i 20 % 100% Baøi taäp Ch ÑTCB 13 Nguyeãn thaønh Long (60) ĐIỆN TỬ CƠ BẢN – CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đề kiểm tra I Vẽ mạch tương đương Thevenin mạch điện cho H và tính trị VTH, RTH R2 R4 1 R1 I R3 1A R6 + + R5 R6 vo - - II Vieát haøm soá ngoõ cuûa maïch logic sau vaø ruùt goïn A X B Z Y III Cho mạch khuếch đại MOSFET H.5.3 Giả sử mạch hoạt động theo qui tắc bảo hoà MOSFET có điện ngưỡng VTH =0, nói cách khác, vùng bảo hoà MOSFET đặc trưng bởi: iDS K vGS Vs Các câu hỏi sau đây liên quan tới việc phân tích tín hiệu lớn mạch khuếch đại: RL Suy biểu thức liên hệ điện ngoõ vaø ñieän theá ngoõ vaøo Xác định dải hiệu lực điện ngõ vào, vo daûi ñieän theá ngoõ vO, daûi doøng ñieän iO, MOSFET hoạt động vùng bảo hoà + vi Giả sử cho khuếch đại điện AC iDS ngoõ vaøo vI, vaø ñieän theá DC offset baèng khoâng Cho bieát tín hieäu vI coù trò soá ñöông vaø aâm ñu ñöa (swing) vaäy phaûi choïn ñieåm hoạt động cho mạch khuếch đại có dải điện đỉnh – đỉnh cực đại vI Suy điểm hoạt động ngõ vO và iDS tương ứng? (61)
