Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề Điện công nghiệp)

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Điện tử NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ – CĐ CN&TM ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại) Vĩnh Phúc, năm 2018 MỤC LỤC Trang Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử Các khái niệm 1.Vật dẫn điện cách điện 2.Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 3.Các hạt mang điện dòng điện môi trường Linh kiện thụ động Điện trở Tụ điện Cuộn cảm Linh kiện bán dẫn Khái niệm chất bán dẫn Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt Tranzito BJT Tranzito trường Diac - SCR - Triac Các Mạch khuếch đại dùng tranzito Mạch khuếch đại đơn Mạch khuếch đại công suất Các mạch ứng dụng dùng BJT Mạch dao động Mạch xén Tài liệu tham khảo 9 15 15 22 22 30 36 48 48 53 58 66 80 92 116 116 123 145 145 159 166 MÔ ĐUN : ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã mơ đun: MĐCC16010001 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Điện tử học trước môn học, mô đun như: PLC bản, kỹ thuật cảm biến; học song song với mơn học Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa vai trò : Với phát triển hồn thiện khơng ngừng thiết bị điện lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành thành phần thiếu thiết bị điện, công dụng để điều khiển khống chế thiết bị điện, thay số khí cụ điện có độ nhạy cao Nhằm mục đích gọn hố thiết bị điện, giảm tiêu hao lượng thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị Mục tiêu mô đun: - Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thông dụng - Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng - Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén - Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt u cầu kỹ thuật an tồn - Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm - Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp Nội dung mô đun: Thời gian(giờ) Số TT Tên mô đun Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử Các khái niệm 1.Vật dẫn điện cách điện Tổng số Lý thuyết 1 Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra 4 2.Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 3.Các hạt mang điện dòng điện môi trường Linh kiện thụ động Điện trở Tụ điện Cuộn cảm Linh kiện bán dẫn Khái niệm chất bán dẫn Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt Tranzito BJT Tranzito trường Diac - SCR - Triac Các Mạch khuếch đại dùng tranzito Mạch khuếch đại đơn Mạch khuếch đại công suất Các mạch ứng dụng dùng BJT Mạch dao động Mạch xén Cộng: 1 1 2 18 1.5 0.5 0.5 0.5 5.5 0.5 4.5 1.5 1.5 1.5 12.5 0.5 4 10 5 2 43 1 1 1 15 3 4 1 28 1 BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Giới thiệu: Linh kiện điện tử phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) …tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử Linh kiện điện tử ứng dụng nhiều lĩnh vực Nổi bật ứng dụng lĩnh vực điện tử -viễn thông, CNTT Linh kiện điện tử phong phú, nhiều chủng loại đa dạng.Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo vi mạch có mật độ lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor,…) Xu linh kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày cao, tính mạnh, tốc độ lớn… Mục tiêu: - Trình bày khái quát phát triển cơng nghệ điện tử - Trình bầy vật liệu điện tử,phân loại ứng dụng linh kiện điện tử - Rèn luyện tính nghiêm túc học tập thực công việc 1.Lịch sử phát triển cơng nghệ điện tử Mục tiêu: Trình bầy lịch sử phát triển công nghệ điện tử Các cấu kiện bán dẫn diodes, transistors mạch tích hợp (ICs) tìm thấy khắp nơi sống (Walkman, TV,ơtơ, máy giặt, máy điều hồ, máy tính,…) Những thiết bị có chất lượng ngày cao với giá thành rẻ PCs minh hoạ rõ xu hướng Nhân tố đem lại phát triển thành cơng cơng nghiệp máy tính việc thơng qua kỹ thuật kỹ công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo transistor với kích thước ngày nhỏ→ giảm giá thành công suất Lịch sử phát triển : - 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) - 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) - 1906 Lee de Forest (“Triode”)Vacuum tube devices continued to evolve - 1940 Russel Ohl (PN junction) - 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) - 1952 Geoffrey W A Dummer (IC concept) - 1954 First commercial silicon transistor - 1955 First field effect transistor – FET - 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) - 1959 Planar technology invented - 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng - 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments - 1962 TTL invented - 1963 First PMOS IC produced by RCA - 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor - U S patent # 3,356,858 2.Phân loại linh kiện điện tử Mục tiêu: - Trình bầy nội dung để làm phân loại linh kiên điện tử 2.1.Phân loại dựa đặc tính vật lý Linh kiện hoạt động nguyên lý điện từ hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI Linh kiện hoạt động nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá lượng quang điện pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử Linh kiện hoạt động dựa nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang xạ, sinh học chủng loại IC thông minh dựa sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống công nghệ chế tạo sensor Linh kiện hoạt động dựa hiệu ứng lượng tử hiệu ứng mới: linh kiện chế tạo công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ điện tử, Transistor điện tử, giếng dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm điện tử, … 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu ( hình 1) Hình : Phân loại linh kiện dựa chức xử lí tín hiệu 2.3.Phân loại theo ứng dụng Vi mạch ứng dụng: (hình 2;hình 3) - Processors : CPU, DSP, Controllers - Memory chips : RAM, ROM, EEPROM - Analog : Thông tin di động ,xử lý audio/video - Programmable : PLA, FPGA - Embedded systems : Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards System-on-chip (SoC) Hình 2: Ứng dụng vi mạch Hình : Ứng dụng linh kiện điện tử Linh kiện thụ động: R,L,C… Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET… Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý… Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang Giới thiệu vật liệu điện tử Mục tiêu: - Giới thiệu loại vật liệu điện tử 3.1.Chất cách điện (chất điện môi) Định nghĩa : Là chất dẫn điện kém, vật chất có điện trở suất cao (107 ÷1017Ω.m) nhiệt độ bình thường.Chất cách điện gồm phần lớn vật liệu vơ hữu Tính chất ảnh hưởng lớn đến chất lượng linh kiện - Các tính chất chất điện mơi - Độ thẩm thấu điện tương đối(hằng số điện môi - ε) - Độ tổn hao điện môi (Pa) - Độ bền điện chất điện môi (Eđ.t) - Nhiệt độ chịu đựng - Dòng điện chất điện môi (I) - Điện trở cách điện chất điện môi 3.2.Chất dẫn điện Định nghĩa : Là vật liệu có độ dẫn điện cao Trị số điện trở suất (khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm) nhỏ so với loạivật liệu khác.Trong tự nhiên chất dẫn điện chất rắn–kim loại, chất lỏng–kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân chấtkhí điện trường cao Các tính chất chất dẫn điện - Điện trở suất - Hệ số nhiệt điệntrở suất(α) - Hệ số dẫn nhiệt: λ - Cơng điện tử kim loại - Điện tiếp xúc 3.3.Vật liệu từ Định nghĩa: Vật liệu từ vật liệu đặt vào từ trường bị nhiễm từ - Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ - Từ trở từ thẩm - Độ từ thẩmtương đối(μr) - Đường cong từ hóa BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Giới thiệu: Nền tảng sở hệ thống điện nói chung điện kỹ thuật nói riêng xoay quanh vấn đề dẫn điện, cách điện vật chất gọi vật liệu điện Do hiểu chất vật liệu điện, vấn đề dẫn điện cách điện vật liệu, linh kiện nội dung thiếu kiến thức người thợ điện, điện tử Đó nội dung học Mục tiêu : - Phát biểu tính chất, điều kiện làm việc dịng điện linh kiện điện tử theo nội dung học - Tính tốn điện trở, dịng điện, điện áp mạch điện chiều theo điều kiện cho trước - Rèn luyện tính xác, nghiêm túc học tập thực công việc 1.Vật dẫn điện cách điện Mục tiêu: - Trình bầy khái niệm vật dẫn điện, vật cách điện - Trình bầy đặc tính vật dẫn điện, cách điện 1.1 Vật dẫn điện cách điện: Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính: Vật cho phép dòng điện qua gọi vật dẫn điện Vật khơng cho phép dịng điện qua gọi vật cách điện Tuy nhiên khái niệm mang tính tương đối Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, điều kiện bên tác động lên vật chất Về cấu tạo: Vật chất cấu tạo từ phần tử nhỏ gọi nguyên tử Nguyên tử cấu tạo gồm hạt nhân (gồm proton hạt mang điện tích dương (+) , neutron hạt khơng mang điện) lớp vỏ nguyên tử (là electron mang điện tích âm e ) Vật chất cấu tạo từ mối liên kết nguyên tử với tạo thành tính bền vững vật chất (hình1-1) Hình 1-1 Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử vật chất 10 Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngồi có số lượng proton số lượng electron , với trạng thái nguyên tử mang tính bền vững gọi trung hồ điện Các chất loại khơng có tính dẫn điện, gọi chất cách điện Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngồi có số lượng proton khác số lượng electron trở thành ion, chúng dễ cho nhận điện tử, chất gọi chất dẫn điện Về nhiệt độ môi trường: Trong điều kiện nhiệt độ bình thường (< 25 0C) nguyên tử liên kết bền vững Khi tăng nhiệt độ, động trung bình nguyên tử gia tăng làm liên kết yếu dần, số e thoát khỏi liên kết trở thành e tự do, lúc có điện trường ngồi tác động vào, vật chất có khả dẫn điện Về điện trường ngoài: Trên bề mặt vật chất, đặt điện trường hai bên chúng xuất lực điện trường E Các e chịu tác động lực điện trường này, lực điện trường đủ lớn, e chuyển động ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện Độ lớn lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện hai điểm đặt độ dày vật dẫn Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện vật chất phụ thuộc nhiều vào yếu tố:  Cấu tạo nguyên tử vật chất  Nhiệt độ môi trường làm việc  Hiệu điện hai điểm đặt lên vật chất  Độ dày vật chất Vật dẫn điện: vật liệu dẫn điện vật chất trạng thái bình thường có khả dẫn điện Nói cách khác, chất trạng tháI bình thường có sẵn điện tích tự để tạo thành dịng điện 1.2.Các đặc tính vật dẫn điện, vật cách điện - Các đặc tính vật liệu dẫn điện - Điện trở suất - Hệ số nhiệt - Nhiệt độ nóng chảy - Tỷ trọng Các thông số phạm vi ứng dụng vật liệu dẫn điện thông thường giới thiệu (Bảng 1-1) 152 Vcc Rc1 Rc2 Rb1 Rb2 C1 Ri RC2 Q1 Q2 C2 Rb Vi Hình 5-6 Một dạng khác mạch đa hài đơn ổn Trong mạch, Q2 tranzito trạng thái bình thường khơng dẫn, xung âm đặt vào cực C Q2 qua điôt D làm chuyển trạng thái làm việc mạch cách làm cho điện áp cực C tranzito Q2 giảm thấp Dạng mạch có khả kháng nhiễu tốt hơn, nhiên xung kích thích phải có biên độ đủ lớn để làm cho điơt D phân cực thuận sâu điôt D phải dùng loại điơt có điện áp phân cực thuận VAK nhỏ khoảng 0,2V  0,4V, có mạch làm việc có hiệu tốt c) Mạch đơn ổn dùng tụ gia tốc (hình 5-7) Vcc Rc1 Rc2 Rb1 Rb2 C1 C2 Q1 Q2 D Ci Vi Ri Rb Hình 5-7 Mạch đơn ổn dùng tụ gia tốc Để chuyển nhanh trạng thái Q2 từ ngưng dẫn sang bão hòa, tụ C2 mắc song song với mạch để khoảng thời gian Q1 xuất xung tụ C2 xem nối tắt tín hiệu 153 truyền thẳng cực B Q2 tức thời làm cho Q2 chuyển trạng thái nhanh, nên tụ C2 gọi tụ gia tốc 1.1.3 Mạch dao động đa hài lưỡng ổn: * Cấu tạo: Xét mạch đảo pha (hình 5-8) Rc Rb1 Q R Hình 5-8 Mạch đảo pha Trong mạch tranzito Q phân cực sâu vùng ngưng dẫn nhờ điện trở R nối xuống mass phân cực VBE= 0V, nên đóng vai trị cơng tắc đóng mở Khi có xung dương đặt vào cực B transisstor ngõ ta xung âm ngược pha với ngõ vào, mạch gọi mạch đảo pha Khi mắc mạch gồm tranzito (hình 5-9) Mạch gọi mạch đa hài lưỡng ổn hay FLIP-FLOP Ký hiệu (F.F) Vcc RC2 RC1 RB1 RB2 Q1 Q2 R1 R2 -Vcc Hình 5-9 Mạch dao động đa hài lưỡng ổn FF Trên hai hình a b mạch điện hoàn toàn giống nhau, khác cách vẽ 154 *Nguyên lí hoạt động Hai mạch Q1 Q2 mắc linh kiện cân xứng Rc1 = Rc2 R1 = R2 RB1 = RB2 Q1 Q2: loại Khi thông điện đặc tính linh kiện mạch khơng hồn tồn giống tuyệt đối nên có tranzito dẫn trước Giả sử Q1 dẫn trước cực C Q1 giảm qua RB2 làm cho điện áp cực B Q2 giảm dần làm cho điện áp cực C Q2 tăng qua RB1 làm cho điện áp cực B Q1 tăng cao Q1 dẫn bão hòa Vc Q2  qua RB2 điện áp cực B Q2 có giá trị âm Q2 ngưng dẫn , điện áp cực C Q2 Vc = Vcc Mạch giữ ngun trạng thái khơng có tác động từ bên Bằng cách tác động xung âm vào tranzito dẫn bão hịa (hình 5-10) +Vcc RC1 RC2 RB1 RB2 Q2 Q1 R1 R2 D C -Vcc R Hình 5-10 Mạch dao động đa hài lưỡng ổn nhận xung tác động Tụ C điện trở R làm thành mạch vi phân tạo xung nhọn âm dương từ xung vng (hình 5-11) Vi V0 Hình 5-11 Mạch vi phân 155 Diode cắt bỏ phần xung dương bị phân cực ngược.Phần xung âm diode phân cực thuận đặt xung âm vào cực B tranzito Q1, lúc điện áp cực B giảm thấp Q1 ngưng dẫn điện áp cực C Q1 (Vc1) tăng cao qua điện trở RB2 điện áp cực B Q2 tăng cao tranzito Q2 dẫn bão hòa điện áp cực C Q2 (Vc2) giảm thấp  v qua điện trở RB1 điện áp đặt lên cực B Q1có giá trị âm Q1 ngưng dẫn hoàn toàn dù chấm dứt thời gian xung âm tác động mạch giữ nguyên trạng thái Như vậy: Mạch giữ nguyên trạng thái khơng có xung tác động đổi trạng thái trạng thái xác lập giữ ổn định Do mạch cịn gọi mạch lật *Một số điểm cần lưu ý: - Để đơn giản thiết kế người ta khơng dùng nguồn -Vcc gọi mạch dùng nguồn đơn hay nguồn (hình 5-12) RC2 RC1 RB1 RB2 Q2 Q1 R2 R1 Hình 5-12 Mạch FF dùng nguồn đơn Các điện trở R1, R2 mắc xuống mass, nhiên dạng mạch dòng phân cực thấp nên dễ bị nhiễu - Để mạch chuyển trạng thái liên tục từ nguồn tín hiệu điều khiển từ bên ngồi mạch thiết kế theo (hình 5-13) Vcc RC2 RC1 RB1 RB2 Q2 Q1 R1 R3 R2 R4 D1 D2 C1 C2 Vi Hình 5-13 Mạch chuyển trạng thái liên tục từ xung kích bên 156 Trong mạch để xung tác động từ bên ngồi tác động vào tranzito dẫn diode D1 D2 phân cực điện trở R3 R4 tranzito dẫn bão hòa Vc  V nên điện áp phân cực ngược cho diode thấp,vì nên có xung âm tác động diode dễ dàng bị phân cực thuận, Ở tranzito không dẫn Vc = Vcc nên điện áp phân cực ngược cho diode cao Do xung âm đến không đủ để phân cực thuận cho diode Mạch R3C1 R4C2 xem mạch vi phân có thềm phân cực phụ thuộc Vc tranzito - Để chuyển trạng thái làm việc mạch tốt xung tác động phải có biên độ thay đổi phân cực thời gian đủ lâu cho tranzito chuyển trạng thái làm việc - Để mạch chuyển trạng thái tốt tốc độ làm việc nhanh nên chọn nguồn có mức điện áp làm việc thấp phải đảm bảo yêu cầu tải 1.2 Mạch dao động dịch pha (hình 5-14) Điểm mạch mắc theo kiểu E chung Sự hồi tiếp từ cực C đến cực B qua linh kiện C1, C2, C3, R1, R2,R3 nối tiếp với đầu vào Điện trở R3 có tác dụng biến đổi tần số mạch dao động Đối với mạch dich pha RC để tạo dịch pha 600 C1=C2=C3 Và R1=R2=R3 Tần số mạch dao động fo tính: (5-11) 2 C1 R12 R1.Rc Rb1 C2 C1 Rc C3 Vcc Q R3 R1 R2 Vo + fo = Rb2 Hình 5-14 Mạch dao động dịch pha Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn Qua cầu chia Rb1 Rb2 Q dẫn điện, điện áp cực C Tranzito Q giảm đưa trở qua mạch hồi tiếp C1,C2, C3 R1, R2, R3 di pha góc 1800 nên có biên độ tăng chiều với ngõ vào (Hồi tiếp dương) Tranzito tiếp tục dẫn mạnh đến dẫn bão hồ tụ xả điện làm cho điện áp cực B Tranzito giảm thấp, tranzito 157 chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến xả hết điện, điện áp cực B tăng lên hình thành chu kỳ dẫn điện Hình thành xung tín hiệu ngõ Điểm quan trọng cần ghi nhớ đường vòng hồi tiếp phải thoả mãn điều kiện pha tín hiệu ngõ qua mạch di pha phải lệch góc 1800, khơng thoả mãn điều kiện mạch khơng thể dao động được, dạng tín hiệu ngõ bị biến dạng không đối xứng Mạch thường dùng để tạo xung có tần số điều chỉnh mạch dao động dọc kỹ thuật truyền hình, mạch làm việc ổn định nguồn cung cấp không ổn định độ ẩm môi trường thay đổi nên sử dụng điện tử cơng nghiệp thiết bị cần độ ổn định cao tần số 1.3 Mạch dao động hình sin Dao động hình sin có ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử, chúng cung cấp nguồn tín hiệu cho mạch điện tử q trình làm việc Có nhiều kiểu dao động hình sin khác tất phải chứa hai thành phần sau: - Bộ xác định tần số: Nó mạch cộng hưởng L-C hay mạch RC Mạch cộng hưởng kết hợp điện cảm tụ điện, tần số mạch dao động tần số cộng hưởng riêng mạch L-C Mạch R-C không cộng hưởng tự nhiên dịch pha mạch sử dụng để xác định tần số mạch dao động - Bộ trì: có nhiệm vụ cung cấp lượng bổ xung đến cộng hưởng để trì dao động Bộ phận thân phải có nguồn cung cấp Vdc, thường linh kiện tích cực tranzito dẫn xung điện đặn đến mạch cộng hưởng để bổ xung lượng, phải đảm bảo độ dịch pha độ lợi vừa đủ để bù cho suy giảm lượng mạch 1.3.1 Mạch dao động L-C: a Mạch dao động ba điểm điện cảm (Hartley) (hỡnh 5-15) +V T: Biến áp dao động Vo: ngõ C1 Rb C2 Q Hình 5-15 Mạch dao động hình sin ba điểm điện cảm 158 Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C, với cuộn dây có điểm giữa, cuộn dây tụ C1 tạo thành khung cộng hưởng định tần số dao động mạch tụ C2 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito để trì dao động Mạch phân cực điện trở Rb Tín hiệu hồi tiếp lấy nhánh cuộn cảm nên gọi mạch dao động ba điểm điện cảm (hertlay) b Mạch dao động ba điểm điện dung(Colpitts) (hỡnh 5-16) +V Rc T: Biến áp dao động C1 C3 Rb1 Vo: Ngâ C2 Q Rb2 Hình 5-16 Mạch dao động ba điểm điện dung Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C với cuộn dây điểm giữa, khung cộng hưởng gồm cuộn dây mắc song song với hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp nhau, tụ C3 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito Q để trì dao động, mạch phân cực cầu chia Rb1 Rb2 Tín hiệu ngõ lấy cuộn thứ cấp biến áp dao động thực tế để điều chỉnh tần số dao động mạch người ta điều chỉnh phạm vi hẹp cách thay đổi điện áp phân cực B Tranzito điều chỉnh phạm vi lớn cách thay đổi hệ số tự cảm cuộn dây lõi chỉnh đặt cuộn dây thay cho lõi cố định 1.3.2 Mạch dao động thạch anh (hình 5-17) Thạch anh cịn gọi gốm áp điện, chúng có tần số cộng hưởng tự nhiên phụ thuộc vào kích thước hình dạng phần tử gốm dùng làm linh kiện nên chúng có hệ số phẩm chất cao, độ rộng băng tần hẹp, nhờ độ xác mạch cao Dao động thạch anh ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử có độ xác cao mặt tần số tạo nguồn sóng mang thiết bị phát, xung đồng hồ hệ thống vi xử lí 159 +V Rb Rc C1 Q C2 Re Vo: ngâ X Hình 5-17 Mạch dao động dùng thạch anh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: Q: tranzito dao động Rc: Điện trở tải lấy tín hiệu ngõ Re: Điện trở ổn định nhiệt lấy tín hiệu hồi tiếp C1, C2: Cầu chia dùng tụ để lấy tín hiệu hồi tiếp cực B Rb: Điện trở phân cực B cho tranzito Q X: thạch anh dao động +V: Nguồn cung cấp cho mạch Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn điện áp phân cực B cho tranzito Q đồng thời nạp điện cho thạch anh hai tụ C1 C2 Làm cho điện áp cực B giảm thấp, đến mạch nạp đầy điện áp cực B tăng cao qua vòng hồi tiếp dương C1, C2 điện áp cực B tiếp tục tăng đến Tranzito dẫn điện báo hoà mạch bắt đầu xả điện qua tiếp giáp BE tranzito làm cho điện áp cực B tranzito giảm đến mạch xả hết điện bắt đầu lại chu kỳ tín hiệu Tần số mạch xác định tần số thạch anh, dạng tín hiệu ngõ có dạng hình sin để tạo tín hiệu có dạng xung số cho mạch điều khiển tín hiệu xung đưa đến mạch dao động đa hài lưỡng ổn (FF) để sửa dạng tín hiệu Mạch xén Mục tiêu: - Vẽ trình bầy nguyên lý hoạt động mạch xén dùng tranzitor - Trình bầy ứng dụng mạch xén Mạch xén cịn gọi mạch cắt tín hiệu nhằm mục đích sửa dạng, giới hạn mức biên độ tín hiệu nên dùng phổ biến mạch điều khiển xử lí tín hiệu điều khiển Mạch xén dùng Điot tranzito tuỳ theo nhu 160 cầu mạch điện mà xén trên, xén dưới, xén hai mức độc lập Trong giới thiệu mạch xén dùng tranzito Mức xén xác lập dựa chế độ phân cực Tranzito (hình 5-18) vùng bão hoà Ic vùng khuếch đại Q Ib Ic vùng ngưng dẫn Vc Vcc Uce Hình 5-18 Đặc tuyến làm việc tranzito Do tính chất làm việc tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào mạch nằm mức phân cực làm việc tranzito khơng dẫn nên tín hiệu bị xén, ngược lại tín hiệu ngõ vào vượt qua mức ngưỡng tranzito bị dẫn bão hồ tín hiệu bị xén Lợi dụng tính chất mầ người ta thiết kế nên mạch xén dùng trazitor, gồm mạch xén trên, mạch xén xén hai mức độc lập 2.1 Mạch xén trên, xén Mạch có cơng dụng cắt bỏ phần hay phần tín hiệu ngõ vào thường dùng để tách lấy tín hiệu riêng tín hiệu chung nhiều thành phần tín hiệu khác điều chế dạng biên độ dùng để sửa dạng tín hiệu, dạng mạch Tranzito phân cực tĩnh chế độ AB,B, C, D nằm nghiêng sang vùng ngưng dẫn, tuỳ vào mức tín hiệu cần xén (hình 5-19) Là mạch dùng để tách tín hiệu đồng tín hiệu hình hỗn hợp kỹ thuật truyền hình có ngõ vào pha dương, mạch xén trường hợp mạch xén mức (cắt bỏ phần tín hiệu) 161 +V V Vc Rc C1 C2 Q t Vi Vo t Rb Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5-19 Mạch xén mức Hoạt động mạch sau: Tranzito phân cực tĩnh nằm sâu ngưng dẫn (Chế độ C) nhờ điện trở Rb phân cực B cho tranzito xuống mass Vbe =0v, Tranzito ngưng dẫn điện áp cực C = Vcc Khi có tín hiệu có pha dương ngõ vào làm cho điện áp B tăng dần lên chưa đủ lớn làm cho tranzito dẫn điện đến đạt giá trị đủ lớn tranzito chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, nhanh chóng rơi vào vùng khuếch đại, khoảng biên độ tín hiệu lại khuếch đại lấy cực C.trong trường hợp tín hiệu ngõ vào có pha âm mạch điện có cấu trúc ngược lại (hình 5-20) +V V V Rb C2 Q C1 t Tín hiệu ngõ vào: Vi Vi Rc t Vo Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5-20 Mạch xén mức Ngồi dạng mạch xén trình bày cịn số dạng mạch khác dùng để tách sóng tạo xung kích thích tầng điều khiển - Ngõ tín hiệu - Ngõ vào tín hiệu điều biên có tần số thấp điều biên có tần số cao 162 - Tín hiệu có hai bán kỳ dương âm - Được dùng mạch tách sóng biên độ Radio - Tín hiệu lại bán kỳ dương chu kỳ tín hiệu +V Rb1 Q C1 Re Rb2 Vo: ngâ Hình 5-21 Mạch xén mức khơng Trên sơ đồ mạch điện (hình 5-21), tiếp giáp BE tranzito đóng vai trị điot tách sóng cắt bỏ phần âm tín hiệu (xén dưới) mức khơng volt, đồng thời đóng vai trị mạch khuếch đại dịng điện tín hiệu ngõ lấy cực E (mạch mắc theo kiểu C-C) 2.2 Mạch xén hai mức độc lập mạch xén tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà người ta chọn xén hai mức cân xứng hay hai mức không cân xứng Một vấn đề quan trọng mạch xén dùng Tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào phải cao để đảm bảo cho vùng tín hiệu bị xén nằm vùng ngưng dẫn vùng bão hồ tranzito, tín hiệu lấy nằm vùng khuếch đại trường hợp xén hai mức độc lập cân xứng tranzito phân cực chế độ khuếch đại hạng A, xén hai mức độc lập khơng cân xứng tuỳ vào u cầu mà người ta chọn Tranzito loại PNP hay NPN phân cực chế độ AB để tăng tuổi thọ làm việc tranzito - Mạch xén cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại A - Tín hiệu ngõ bị xén lẫn cân xứng +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Vo: Ngâ Rb2 Hình 5-22 Mạch xén hai mức độc lập cân xứng 163 +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Vo: Ngâ Rb2 - Mạch xén khơng cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại AB Tín hiệu ngõ bị xén lẫn khơng cân xứng Hình 5-23 Mạch xén hai mức độc lập khơng cân xứng Trên hình vẽ hai mạch xén hai mức độc lập đối xứng không đối xứng không khác khác chế độ phân cực để thay đổi mức tín hiệu ngõ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp với câu gợi ý đây? 1.1 Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp: a) Mạch dao động đa hài không ổn b) Trong mạch dao động đa hài khơng ổn dùng hai tranzito có thông số loại, linh kiện định tần số dao động c) Trong mạch dao động đa hài không ổn, nguyên nhân tạo cho mạch dao động d) Ngoài linh kiện R C đưa vào mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito hoặc, người ta cịn dùng để tạo tần số dao động ổn định xác e) Mạch xén gọi mạch f) Mức xén dùng tranzito xác lập dựa 164 g) Ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ 1.2.Trả lời nhanh câu hỏi đây: a) Muốn thay đổi tần số mạch dao động đa hài nên thực cách ? b) Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi độ rộng xung, cần thực cách nào? c) Muốn cho tranzito dẫn trước cấp nguồn, cần thực cách nào? d) Với nguồn cung cấp 12V tần số 1kHz dòng điện tải IC = 10mA dùng tranzito C1815 (=100) chọn linh kiện RC cho mạch e) Hãy cho biết nguyên nhân mạch dao động khơng thể tạo dao động được, điện áp phân cực hai tranzito hoàn toàn giống Câu Hãy lựa chọn phương án mà học viên cho câu gợi ý tô đen vào ô vng thích hợp TT Nội dung câu hỏi Sơ đồ mạch dao động đa hài đơn ổn dùng tranzito khác mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito yếu tố sau: a b c d □ □ □ □ □ □ □ □ a.Các linh kiện mạch mắc không đối xứng a Trị số linh kiện mạch không đối xứng b Cách cung cấp nguồn d.Tất yếu tố Xét mặt ngun lí xác định trạng thái dẫn hay khơng dẫn tranzito cách: a Nhìn cách phân cực mạch b Đo điện áp phân cực c Xác định ngõ vào mạch d.Tất yếu tố Thời gian phân cách là: 165 a Thời gian hai xung liên tục ngõ mạch □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ b Thời gian hai xung kích thích vào mạch c.Thời gian xuất xung d Thời gian tồn xung kích thích Độ rộng xung là: a Thời gian xuất xung ngõ b Thời gian xung kích thích c Thời gian hồi phục trạng thái xung d Thời gian hai xung xuất ngõ Thời gian hồi phục là: a Thời gian từ xuất xung đến trở trạng thái ban đầu b Thời gian tồn xung c Thời gian mạch trạng thái ổn định d Thời gian từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu Mạch đa hài đơn ổn dùng nguồn có ưu điểm a Dễ thiết kế mạch b Có cơng suất tiêu thụ thấp c Có nguồn cung cấp thấp d Tất Mạch đa hài đơn ổn có tụ gia tốc có ưu điểm: a Có độ rộng xung nhỏ b Có biên độ lớn c Có thời gian chuyển trạng thái nhanh d Có thời gian hồi phục ngắn Bài tập Hãy làm tập theo số liệu cho Cho mạch điện có Re = 4,7K, Rb = 47K, C=0,01F Dùng tranzito C1815 (=100) với nguồn cung cấp 12V Hãy cho biết: a) Độ rộng xung mạch b) Tần số mạch 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 ... áp, động điện để chống ẩm Hàn gắn kiện điện- điện tử Dùng làm chất cách điện 15 Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử Mục tiêu: - Trình bầy điện trở cách điện linh kiện điện tử, mạch điện -... tia Rơn ghen Một số nguyên tử phân tử khí điện tử lớp trở thành điện tử tự nguyên tử phân tử điện tử trở thành ion + , đồng thời điện tử tự liên kết với nguyên tử phân tử trung hoà để trở thành... chung linh kiện điện tử Các khái niệm 1.Vật dẫn điện cách điện 2 .Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 3.Các hạt mang điện dịng điện mơi trường Linh kiện thụ động Điện trở Tụ điện Cuộn cảm