Đang tải... (xem toàn văn)
GIÁO TRÌNH MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ Để đánh giá và lựa chọn điện trở ta phải dựa vào các tham số của nó. Các tham số gồm có: a) Trị số điện trở và dung sai + Trị số của điện trở là tham số cơ bản, và yêu cầu trị số điện trở phải ổn định, ít thay đổi theo nhiện độ, độ ẩm, v.v... Trị số của điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, vào kích thƣớc của điện trở và nhiệt độ môi trƣờng. + Dung sai hay sai số của điện trở: Dung sai biểu thị mức độ chênh lệch của trị số thực tế của điện trở so với trị số danh định và đƣợc tính theo %. b) Công suất tiêu tán cho phép (Pttmax) Khi có dòng điện chạy qua, điện trở tiêu tán năng lƣợng điện dƣới dạng nhiệt
CHƢƠNG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ .8 1.1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 1.1.1 Điện trở .8 1.1.1.1 Khái niệm chung 1.1.1.2 Các tham số kỹ thuật đặc trƣng điện trở 1.1.1.3 Cách đọc trị số điện trở 1.1.2 Tụ điện .12 1.1.2.1 Khái niệm chung 12 1.1.2.2 Các tham số tụ điện 12 1.1.2.3 Phân loại .13 1.1.2.4 Cách đọc trị số tụ 15 1.1.3 Cuộn dây 16 1.1.3.1 Khái niệm chung 16 1.1.3.2 Các tham số 16 1.1.3.3 Phân loại .17 1.1.3.4 Cách đọc trị số cuộn cảm 18 1.2 DIODE BÁN DẪN 20 1.2.1 Mặt ghép P-N 20 1.2.1.1 Chất bán dẫn .20 1.2.1.2 Chất bán dẫn tạp chất 21 1.2.1.3 Mặt ghép P-N tính chất chỉnh lƣu 23 1.2.2 Diode bán dẫn 27 1.2.2.1 Cấu tạo ký hiệu diode .27 1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động đặc trƣng Vôn-Ampe diode 27 1.2.2.3 Phân loại .29 1.2.3 Một số ứng dụng Diode 32 1.2.3.1 Mạch chỉnh lƣu nửa chu kỳ 32 1.2.3.2 Mạch chỉnh lƣu nửa chu kỳ 32 1.2.3.3 Mạch nhân áp .34 3.1 TRANSISTOR LƢỠNG CỰC (BJT) .35 1.3.1 Cấu tạo, ký hiệu nguyên lý hoạt động transistor 35 1.3.1.1 Cấu tạo, ký hiệu 35 1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động Transistor 36 1.3.1.3 Tham số Transistor 38 1.3.2 Các cách mắc Transistor 38 1.3.2.1 Mạch Base chung (BC) 39 1.3.2.2 Mạch Emitter chung ( EC) 40 1.3.2.3 Mạch Collector chung ( CC) 42 1.3.3 Phân cực cho BJT .44 1.3.3.1 Đƣờng tải tĩnh điểm làm việc tĩnh 44 1.3.3.2 Mạch phân cực cố định 44 1.3.3.3 Mạch phân cực ổn định cực Emitter 47 1.3.3.4 Mạch phân cực phân áp .50 1.3.3.5 Mạch phân cực hồi tiếp âm điện áp 51 1.4 TRANSISTOR TRƢỜNG (FET) 53 1.4.1 Giới thiệu chung 53 1.4.2 Cấu tạo đặc tính JFET 54 1.4.2.1 Cấu tạo ký hiệu 54 1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động 55 1.4.3 Cấu tạo đặc tính MOSFET 58 1.4.3.1 Cấu tạo ký hiệu MOSFET kênh liên tục .58 1.4.3.2 Cấu tạo ký hiệu MOSFET kênh gián đoạn (cảm ứng) 60 1.5 PHÂN CỰC CHO FET 61 1.5.1 Giới thiệu 61 1.5.2 Mạch phân cực cố định .62 1.5.3 Mạch tự phân cực 63 1.5.4 Mạch phân cực phân áp 66 1.5.5 Các loại MOSFET kênh đặt sẵn .68 1.5.6 Các loại MOSFET kênh cảm ứng .69 1.6 CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN KHÁC 73 1.6.1 Transistor chuyển tiếp (UJT: Unijunction Transistor) 73 1.6.1.1 Cấu tạo ký hiệu 73 1.6.1.2 Nguyên lý hoạt động 73 1.6.1.3 Ứng dụng UJT .75 1.6.2 Thyristor (SCR: Silicon Controlled Rectifier) 76 1.6.2.1 Cấu tạo ký hiệu 76 1.6.2.2 Nguyên lý hoạt động 76 1.6.2.3 Ứng dụng Thyristor .78 1.6.3 Triac, Diac 78 1.6.3.1 Triac (Triode for Alternating Curent) 78 1.6.3.2 Diac 80 1.6.4 Các linh kiện quang điện tử 81 1.6.4.1 Khái niệm chung 81 1.6.4.2 Điện trở quang 81 1.6.4.3 Diode quang .83 1.6.4.4 Diode phát quang (LED) 83 1.6.4.5 Transistor quang 85 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 87 CHƢƠNG .91 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ TẦN SỐ THẤP 91 2.1 KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR LƢỠNG CỰC 91 2.1.1 Giới thiệu 91 2.1.2 Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 92 2.1.2.1 Mạch Emitter chung (EC) 92 2.1.2.2 Mạch Collector chung 94 2.1.2.3 Mạch Base chung BC 95 2.2 CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET 97 2.2.1 Giới thiệu 97 2.2.2 Mô hình FET chế độ tín hiệu nhỏ 97 2.2.2.1 Cách xác định gm phƣơng pháp hình học (hình 2.10) .98 2.2.2.2 Tính gm biểu thức tốn học 99 2.2.2.3 Ảnh hƣởng ID tới gm 100 2.2.2.4 Trở kháng vào ZV FET 100 2.2.2.5 Trở kháng Zr .101 2.2.2.6 Mạch tƣơng đƣơng FET chế độ xoay chiều 101 2.2.3 Sơ đồ phân cực cố định JFET 102 2.2.4 Sơ đồ tự phân cực JFET 104 2.2.5 Sơ đồ phân áp JFET 108 2.2.6 Sơ đồ lặp cực nguồn 109 2.2.7 Sơ đồ JFET cổng chung 111 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 114 CHƢƠNG 1166 KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN .117 3.1 CÁC ĐẶC TÍNH VÀ THAM SỐ CƠ BẢN .117 3.1.1 Các khái niệm 117 3.1.2 Đặc tuyến truyền đạt .118 3.2 CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 118 3.2.1 Bộ khuếch đại đảo 118 3.2.2 Mạch khuếch đại không đảo 120 3.2.3 Mạch cộng .120 3.2.3.1 Mạch cộng đảo 120 3.2.3.2 Mạch cộng không đảo 121 3.2.4 Mạch trừ 121 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 125 CHƢƠNG .128 MẠCH NGUỒN CUNG CẤP 128 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 128 4.2 BIẾN ÁP NGUỒN VÀ MẠCH CHỈNH LƢU 128 4.2.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ .129 4.2.2 Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ 129 4.2.2.1 Chỉnh lƣu hai nửa chu kì sử dụng hai diode 129 4.2.2.2 Chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ sử dụng mạch chỉnh lƣu cầu 130 4.2.2.3 Mạch bội áp 130 4.3 TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC 131 4.3.1 Bộ lọc dùng tụ điện 132 4.3.2 Bộ lọc RC 135 4.4 MẠCH ỔN ÁP 137 4.4.1 Mạch ổn áp dùng diode zener 137 4.4.2 Mạch ổn áp dùng transistor 140 4.4.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp 140 4.4.2.2 Ổn áp song song .144 4.4.3 Ổn áp dùng IC 146 4.4.3.1 Ổn áp cố định dòng IC .146 4.4.3.2 Ổn áp dùng IC điều chỉnh đƣợc điện áp 147 4.4.4 Một số mạch ổn áp khác dùng IC 148 4.4.4.1 Mạch tăng dòng 148 4.4.4.2 Mạch tăng điện áp 148 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 Chƣơng Linh kiện điện tử 1.1 Linh kiện thụ động 1.1.1 Điện trở 1.1.1.1 Khái niệm chung - Điện trở linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện mạch R R Hình 1.1: Hình dạng ký hiệu điện trở Đơn vị đo điện trở: Để đặc trƣng khả cản trở dịng điện nhiều hay ít, ngƣời ta dùng đơn vị đo điện trở (Ơm), k (Kilơ Ôm), M (Mêga Ôm)… 1M = 103k = 106 1.1.1.2 Các tham số kỹ thuật đặc trưng điện trở Để đánh giá lựa chọn điện trở ta phải dựa vào tham số Các tham số gồm có: a) Trị số điện trở dung sai + Trị số điện trở tham số bản, yêu cầu trị số điện trở phải ổn định, thay đổi theo nhiện độ, độ ẩm, v.v Trị số điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, vào kích thƣớc điện trở nhiệt độ môi trƣờng + Dung sai hay sai số điện trở: Dung sai biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế điện trở so với trị số danh định đƣợc tính theo % b) Cơng suất tiêu tán cho phép (Pttmax) Khi có dòng điện chạy qua, điện trở tiêu tán lƣợng điện dƣới dạng nhiệt công suất là: Ptt R.I U2 [W ] R (1.1) Công suất tiêu tán cho phép điện trở Pttmax cơng suất điện cao mà điện trở chịu đựng đƣợc, mức điện trở nóng cháy khơng dùng đƣợc Ptt max R.I max U max [W ] R (1.2) c) Hệ số nhiệt điện trở: TCR Hệ số nhiệt điện trở biểu thị thay đổi trị số điện trở theo nhiệt độ môi trƣờng đƣợc tính theo cơng thức: TCR R 10 [ ppm/ o c] R T (1.3) đó: R: trị số điện trở R: đại lƣợng thay đổi trị số điện trở nhiệt độ thay đổi lƣợng T TCR: trị số biến đổi tƣơng đối tính theo phần triệu điện trở 1oC (viết tắt ppm/oC) 1.1.1.3 Cách đọc trị số điện trở Cách đọc trị số điện trở tuỳ thuộc vào cách biểu diễn điện trở Ghi số chữ Thƣờng ghi chữ R, K, M Chữ R ứng với đơn vị , chữ K ứng với đơn vị k, chữ M ứng với đơn vị M Vị trí chữ thể vị trí dấu phẩy chữ số thập phân Đặc biệt điện trở dán: Điện trở dán dùng chữ số in thân linh kiện để giá trị điện trở chữ số đầu giá trị thông dụng số thứ số mũ mƣời (số số thêm vào) Biểu thị trị số điện trở vòng màu Bảng quy luật màu vạch màu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh Xanhcây lam Tím Xám Trắng Nhũ vàng Nhũ bạc vạch màu Thƣờng dùng vòng vòng để biểu diễn Các quy định màu điện trở vòng màu nhƣ sau: Vòng 1, vòng giá trị Vòng vòng biểu thị số luỹ thừa 10 Vòng vòng sai số Để xác định thứ tự vòng màu vào ba đặc điểm: - Vòng gần đầu điện trở - Tiết diện vòng cuối lớn 10 - Vòng khơng nhũ vàng, nhũ bạc Hình 1.2: Ví dụ xác định giá trị điện trở vịng màu Trƣờng hợp điện trở vòng màu (vòng trùng với thân điện trở) có sai số 20% Với điện trở vòng màu gồm vòng giá trị, vòng biểu thị số luỹ thừa 10, vòng biểu thị sai số Hình 1.3: Ví dụ xác định giá trị điện trở vòng màu Biến trở Biến trở điện trở có giá trị thay đổi đƣợc Ký hiệu mạch: VR Hình 1.4: Ký hiệu hình dạng biến trở Biến trở có hai dạng: Điện trở biến đổi chiết áp: 11 Điện trở biến đổi đƣợc chế tạo nhƣ điện trở khơng đổi nhƣng có thêm trƣợt để thay đổi trị số Chiết áp điện trở biến đổi 1.1.2 Tụ điện 1.1.2.1 Khái niệm chung Tụ điện linh kiện có khả phóng nạp điện tích Cấu tạo chung gồm hai cực làm kim loại đặt song song, cách điện với nhau, môi trƣờng cực đƣợc gọi điện môi Từ hai cực nối với hai dây dẫn làm hai chân tụ, toàn đặt vỏ bảo vệ Bản cực Chân tụ Vỏ bọc Chất điện mơi Hình 1.5a: Cấu tạo tụ điện Ký hiệu tụ mạch điện: C + Tụ có điện dung thay đổi Tụ thƣờng Hình 1.5b: Ký hiệu tụ điện Để đặc trƣng cho khả phóng nạp điện tích tụ điện ngƣời ta đƣa khái niệm điện dung Đơn vị đo điện dung F, F, nF, pF… 1F = 106F =109nF = 1012pF 1.1.2.2 Các tham số tụ điện Mỗi loại tụ điện có tham số kỹ thuật để giúp ta lựa chọn sử dụng tụ điện cách tốt Tụ điện gồm có tham số sau: a) Trị số điện dung dung sai + Trị số điện dung(C): Trị số điện dung tỉ lệ với tỉ số điện tích hữu dụng cực S với khoảng cách hai cực Điện dung đƣợc tính theo cơng thức: C = ξ.S/(4.k.d.π) (1.4) đó: C: điện dung tụ điện, đơn vị Fara (F) ξ: Là số điện môi lớp cách điện 12 d: chiều dày lớp cách điện S: diện tích cực tụ điện k = 9.109 + Dung sai tụ điện: Đây tham số độ xác trị số điện dung thực tế so với trị số danh định b) Điện áp làm việc Mỗi tụ điện có điện áp làm việc định, điện áp lớp điện môi bị đánh thủng làm hỏng tụ điện c) Điện trở cách điện Tính chất kích thƣớc điện môi định điện trở cách điện tụ điện Đối với tụ hoá điện trở cách điện đƣợc biểu thị dòng dò d) Hệ số nhiệt tụ điện Khi nhiệt độ xung quanh biến đổi làm cho kích thƣớc bản, khoảng cách hệ số điện môi thay đổi, nên điện dung biến đổi Sự biến thiên tƣơng đối điện dung nhiệt độ thay đổi 10C gọi hệ số nhiệt tụ điện e) Điện cảm tạp tán Phụ thuộc vào kích thƣớc đầu nối Điện cảm dẫn đến cộng hƣởng Để công tác ổn định, tần số công tác lớn phải nhỏ tần số cộng hƣởng tụ điện 1.1.2.3 Phân loại Tụ điện thƣờng phân loại theo cấu tạo, có hai loại: tụ điện cố định tụ điện biến đổi a) Tụ giấy Chất cách điện tụ giấy làm loại giấy mỏng cách điện khơng thấm nƣớc cịn đầu làm kim loại mỏng Đối với tụ giấy có điện dung nhỏ 0,1F, điện trở cách điện 5000M; cịn với tụ giấy có điện dung lớn 0,1F, điện trở cách điện nhỏ Phẩm chất tụ giấy vào khoảng 60-100 13 với đơn vị C mF, Xc kW Ví dụ 4.7: Tính tốn thành phần chiều xoay chiều tín hiệu tải Rt mạch sau: , Udc U’dc , Ur(rms) (rm Udc = 150V s Ur(rms) = 15V R 500 TÍN HIỆU VÀO ĐẦY ĐỦ C1 15F - - C2 10F Rt 5k Hình 4.11: Mạch lọc RC Giải: Tính tốn thành phần DC: , U dc Rt 5k U dc 150V 136, 4V R Rt 500 5k Tính tốn thành phần AC: XC 1, 1, 0,13k 130 C 10 Trở kháng lọc thành phần xoay chiều AC điện áp đầu ra: , U r(rms) Độ gợn sóng đầu ra: XC 130 U r(rms) (15V) 3, 9V R 500 r U r' ( rms ) U ' dc 100% 3,9V 100% 2,86% 136, 4V 4.4 Mạch ổn áp 4.4.1 Mạch ổn áp dùng diode zener Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener nhƣ hình vẽ 4.12a Diode ổn áp (diode zener) làm việc nhờ hiệu ứng đánh thủng zener hiệu ứng đánh thủng thác lũ chuyển tiếp p-n phân cực ngƣợc Khác với diode thông dụng, diode ổn định công tác chế độ phân cực ngƣợc Những tham số kỹ thuật diode zener là: 137 R Uv Uz I 100 a) Uv Uv Uz Uz 50 I2 = -5mA T = 25 C P = 2,5W R1 R2 R 10 b) 20 c) Hình 4.12: a) Mạch ổn áp dùng diode zener; b) Đồ thị đặc tính ổn định; c) Sự phụ thuộc điện trở động vào điện áp ổn định Điện áp ổn định Uz (điện áp zener): điện áp ngƣợc đặt lên diode làm phát sinh tƣợng đánh thủng Điện trở động rdz: đƣợc định nghĩa độ dốc đặc tuyến tĩnh diode điểm làm việc rdz = dU dI z Căn vào công thức thấy độ dốc đặc tuyến phần đánh thủng có tác dụng định đến chất lƣợng ổn định diode Khi điện trở động khơng (lúc phần đặc tuyến đánh thủng song song với trục tung) ổn định điện áp đạt tới mức lý tƣởng Điện trở tĩnh Rt đƣợc tính tỉ số điện áp đặt vào dòng điện qua diode Rt = Uz/Iz Hệ số ổn định đƣợc định nghĩa tỉ số biến đổi tƣơng đối dòng điện qua diode điện áp rơi diode dòng gây ra: Z = (dIz/Iz)(dUz/Uz) = R/rdz = Rt/rdz Chúng ta thấy hệ số tỉ số điện trở tĩnh điện trở động điểm công tác diode 138 Để đạt hệ số ổn định cao, với biến đổi dòng điện qua diode cho trƣớc, điện áp rơi diode (do dòng gây ra) phải biến đổi nhỏ Các diode ổn định Si thƣờng có Z > 100 Trở kháng mạch ổn định thông số chủ yếu đánh giá chất lƣợng mạch: Rr = Ur/Ir Ur gia số điện áp ra, gây gia số Ir dòng tải Rõ ràng tỉ số vế phải nhỏ chất lƣợng mạch ổn định cao, mạch ổn định dùng diode zener có điện trở nhỏ tốt (điều phù hợp với vai trò nguồn điện áp lý tƣởng) Hệ số nhiệt độ điện áp ổn định t, hệ số cho biết biến đổi tƣơng đối điện áp ổn định nhiệt độ thay đổi 10C: t = (1/Uz)(duz/dt)Iz = Conts Hệ số xác định hệ số nhiệt độ điện áp đánh thủng chuyển tiếp p-n Sự phụ thuộc điện áp ổn định vào nhiệt độ có dạng: Uz = Uz0 [1 + t (T – T0)] Trong Uz0 điện áp ổn định diode zener nhiệt độ T0 Hệ số nhiệt độ t có giá trị âm tƣợng đánh thủng chủ yếu hiệu ứng zener gây Nó có giá trị dƣơng tƣợng đánh thủng tƣợng thác lũ gây R Uv Rt Ut Hình 4.13: Mạch ổn áp dùng diode zener Ví dụ 4.8: Cho mạch điện nhƣ hình 4.13 với R = 1k, Uv = 50V, Uz = 10V, Izmax = 32mA Hãy xác định khoảng giới hạn Rt để mạch làm việc dải ổn áp Giải: Khi Rt = Rtmin dịng qua diode zener Iz = Izmin 139 Theo công thức phân áp: IZ R t Ut Uz U R R t v Rt UZ UzR Uv Uz 32mA thay số tính đƣợc: Hình 4.14: Đặc tuyến diode zener Rtmin = 250 Khi Rt = Rtmax ta có: UR = Uv - Uz= 50V - 10V= 40V Dòng chạy qua R: IR = 40/1k = 40mA Dòng chạy qua Rt: It = Itmin = IR – Izmax = 40mA – 32mA = 8mA Suy ra: Rt = Rtmax = Uz/Itmin = 10V/8mA = 1,25k Vậy, Rt biến đổi dải (250 - 1,25k) mạch làm việc dải ổn áp 4.4.2 Mạch ổn áp dùng transistor Có hai loại mạch ổn áp dùng transistor mạch ổn áp nối tiếp mạch ổn áp song song Các mạch ổn áp cung cấp điện áp chiều đầu ổn định giá trị định giá trị đầu vào mạch thay đổi tải mạch thay đổi 4.4.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp Sơ đồ khối mạch ổn áp nối tiếp đƣợc biểu diễn hình 4.15 ĐIỀU KHIỂN Ur Uv LẤY MẪU TẠO ĐIỆN ÁP CHUẨN SO SÁNH Hình 4.15: Sơ đồ mạch ổn áp nối tiếp Phần tử điều khiển để điều chỉnh điện áp đầu vào điện áp đầu Điện áp đầu đƣợc lấy đƣa trở lại so sánh với nguồn điện áp chuẩn 140 Giả sử điện áp đầu tăng, so sánh cung cấp tín hiệu điều khiển, phần tử điều khiển làm giảm điện áp đầu Giả sử điện áp đầu giảm, so sánh cung cấp tín hiệu điều khiển, phần tử điều khiển làm tăng điện áp đầu Trên hình 4.16 mạch ổn áp nối tiếp đơn giản dùng transistor diode zener Trong sơ đồ T1 đóng vai trị phần tử điều khiển, diode zener đóng vai trị nguồn điện áp chuẩn, hoạt động mạch nhƣ sau : Nếu điện áp đầu giảm làm UE giảm UBET1 tăng làm cho T1 dẫn mạnh Vì tăng đƣợc điện áp đầu trì đƣợc điện áp đầu ổn định Nếu điện áp đầu tăng, UE tăng UBET1 giảm T1 dẫn yếu làm giảm điện áp đầu trì điện áp đầu ổn định Ví dụ 4.9: Tính tốn điện áp đầu dịng qua diode zener mạch ổn áp hình 4.16, cho Rt = 1k, UZ = 12V, R = 220, = 50, Uv Uv = 20V, UBE = 0,7V Ur T1 R Rt Giải: Uz Ur = UZ - UBE = 12V – 0,7V = 11,3V UCE = Uv – Ur = 20V – 11,3V = 8,7V IR = Hình 4.16: Mạch ổn áp đơn giản Uv Uz 20V 12V 36, 4mA R 220 U r 11, 3V 11, 3mA = IE IC Rt 1k Dòng chạy qua Rt: It = IB = I C 11, 3mA 226A 50 IZ = IR – IB = 36,4mA - 226A 36mA a) Mạch ổn áp bù Sơ đồ mạch đƣợc biểu diễn hình 4.17 Hai điện trở R1 R2 đóng vai trò nhƣ mạch lấy mẫu, diode zener DZ cung cấp điện áp tham chiếu transistor T2 điều khiển dòng bazơ transistor T1 T1 để thay đổi dịng qua transistor T1 trì đƣợc Uv Ur điện áp đầu R4 R1 Dz T2 - + R3 U2 Rt + UBE2 R2 - 141 Hình 4.17: Mạch ổn áp bù Nếu điện áp đầu tăng qua phân áp R1 R2, điện áp U2 tăng, làm điện áp UBE T2 tăng (điện áp UZ khơng đổi), làm dịng qua T2 tăng dẫn đến dịng IB T1 giảm làm cho dòng qua tải giảm Điện áp đầu giảm, trì đƣợc điện áp đầu mạch Trƣờng hợp điện áp đầu giảm giải thích tƣơng tự Điện áp U2 tổng điện áp UBE T2 UZ đƣợc tính: U2 = UBE2 + UZ = R2 U R1 R2 r Do điện áp đầu Ur đƣợc xác định: Ur = R1 R2 (U z U BE2 ) R2 Ví dụ 4.10: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ 4.17 Trong cho R1 = 20k, Uz = 8,3V, R2 = 30k Tính điện áp ổn áp ra? Giải: Theo công thức: Ur = R1 R2 (U z U BE2 ) R2 Thay số vào ta có điện áp ổn áp là: Ur = 20k 30k (8, 3V 0, 7V) = 15V 30k b) Mạch ổn áp nối tiếp dùng OP-AMP Hiện số mạch ổn áp nối tiếp sử dụng khuếch đại thuật toán OP - AMP T1 Uv Ur R3 R1 Dz R2 Hình 4.18: Mạch ổn áp nối tiếp dùng so OA sánh điện áp tham chiếu diode zener với Trong hình 4.18 OP – AMP điện áp hồi tiếp từ phân áp R1 R2 Nếu điện áp đầu thay đổi T1 điều chỉnh để điện áp không thay đổi Điện áp đƣợc tính theo cơng thức: 142 R1 Ur 1 R2 Uz c) Mạch hạn chế dòng điện Để bảo vệ mạch ổn áp bị tải ngắn mạch sơ đồ ổn áp đƣợc vẽ lại nhƣ hình 4.19 Khi dịng tải It tăng điện áp rơi Rsc (sampling circuit- điện trở đóng vai trị mạch lấy mẫu) tăng lên Khi điện áp Rsc tăng đủ lớn, làm T2 mở, T2 mở làm dòng cực base transistor T1 giảm, làm giảm dòng tải qua transistor T1, tránh cho Rt tải Nhƣ hoạt động Rsc T2 làm hạn chế dòng tải cực đại Uv Rsc T1 Ur R3 T2 R1 Rt Dz R2 Hình 4.19: Mạch hạn chế dịng Mạch hạn chế dịng (hình 4.19) làm giảm điện áp tải dòng điện vƣợt giá trị giới hạn Hình 4.20 mạch hạn chế dịng cải tiến Mạch làm giảm điện áp dòng điện bảo vệ tải khỏi dòng Trong sơ đồ có thêm phân áp R4 R5, phân áp lấy phần điện áp đầu T1 Khi dòng It tăng lên đến giá trị cực đại, điện áp rơi Rsc đủ lớn mở T2 để hạn chế dòng Nếu điện trở tải nhỏ, điện áp điều khiển T2 mở nhỏ Khi điện trở tải trở lại giá trị nó, mạch điện trở lại hoạt động ổn áp 143 Rsc T1 Uv It R4 R3 Ur T2 R1 Rt Dz R5 R2 Hình 4.20: Mạch hạn chế dịng cải tiến 4.4.2.2 Ổn áp song song Mạch ổn áp song song thực ổn áp dòng tiêu hao song song với tải để ổn định điện áp Hình 4.21 sơ đồ khối mạch ổn áp Uv Ut IS It Tín hiệu điều khiển Điều khiển Lấy mẫu Điện áp chuẩn Rt So sánh Hình 4.21: Sơ đồ khối mạch ổn áp song song Điện áp đầu vào khơng ổn định cung cấp dịng cho tải Một phần dòng điện bị phần tử điều khiển để bảo đảm cho điện áp đƣợc ổn định đƣa đến tải Mạch lấy mẫu cung cấp tín hiệu hồi tiếp tới so sánh, sau lấy tín hiệu điều khiển để làm thay đổi dịng điện chảy qua phần tử điều khiển Ví dụ điện áp đầu tăng, mạch lấy mẫu cung cấp tín hiệu hồi tiếp tới mạch so sánh, đầu mạch so sánh đƣa tín hiệu điều khiển làm tăng dòng điện song song qua phần tử điều khiển, làm cho dòng tải giảm xuống giữ điện áp ổn định a) Mạch ổn áp song song đơn giản dùng transistor Một mạch ổn áp song song đơn giản nhƣ hình 4.22 Rs + + + Dz Uv Ic Ib + T1 Ut Rt Ube Hình 4.22: Mạch ổn áp song song đơn giản 144 Trên điện trở RS điện áp chƣa ổn định, sụt áp dòng cung cấp tới tải Rt Điện áp tải đƣợc xác định điện áp zener điện áp base - emiter Nếu điện trở tải giảm, dòng điều khiển cực B T1 giảm, làm dòng collector giảm, làm dòng tải lớn lên ổn định đƣợc điện áp tải Điện áp tải là: Ut = UZ + UBE Ví dụ 4.11: Cho mạch điện nhƣ hình 4.22 với Rs = 120, Rt = 100, Uz = 8,2V, Uv = 22V Xác định điện áp ổn áp ra, dòng IC, It, IS? Giải: Điện áp ổn áp tải là: Ut = UZ + UBE = 8,2V + 0,7V = 8,9V Dòng qua tải là: It = Ut 8, 9V = = 89mA Rt 100 Với điện áp vào 22V, dòng qua RS là: IS = Uv Ut 22V 8, 9V = = 109mA RS 120 Do dịng qua collector là: IC = IS – It = 109mA – 89mA = 20mA b) Mạch ổn áp song song dùng transistor Mạch điện nhƣ hình vẽ 4.23 Rs Uv Ur T1 T2 Dz Rt R1 Hình 4.23: Ổn áp song song dùng transistor Diode zener cung cấp điện áp chuẩn, điện áp R1 định điện áp Khi điện áp thay đổi, làm dòng song song qua T1 thay đổi để giữ cho điện áp ổn định Transistor T2 làm cho dòng cực base T1 lớn mạch dùng transistor ổn định dịng qua tải lớn Điện áp đƣợc xác định nhƣ sau : Ur = Ut = UZ + UBE1 + UBE2 145 c) Mạch ổn áp song song dùng OP-AMP Hình 4.24 mạch ổn áp song song dùng OP-AMP nhƣ so sánh điện áp Điện áp zener đƣợc so sánh với điện áp hồi tiếp từ phân áp R1 R2 để điều khiển T1 Dòng qua RS đƣợc điều khiển sụt áp RS , điện áp đƣợc ổn định Rs Uv Ur R3 IL ISH R1 T1 + Rt Dz R2 Hình 4.24: Mạch ổn áp dùng OA 4.4.3 Ổn áp dùng IC Rất nhiều mạch ổn áp sử dụng loại IC ổn áp Các IC ổn áp chứa nguồn điện áp chuẩn, khuếch đại so sánh, phân tử điều khiển bảo vệ tải, tất IC đơn lẻ Mặc dù cấu tạo bên IC có khác với mạch ổn áp trƣớc nhƣng hoạt động bên nhƣ Điện áp ổn áp điều chỉnh đƣợc cố định Dịng tải IC từ hàng trăm mA đến hàng chục A, phù hợp với nhiều mạch thiết kế yêu cầu gọn nhẹ Hình 4.25 cho thấy ghép nối IC ổn áp chân với mạch Điện áp vào Uv đƣợc đƣa tới chân, điện áp đƣợc ổn áp Ur từ chân thứ 2, chân thứ đƣợc nối với mass OUT IN + GND + TẢI - - Hình 4.25: Sơ đồ khối ổn áp dùng IC 4.4.3.1 Ổn áp cố định dòng IC Họ IC 78xx cung cấp điện áp cố định từ (+)5V đến (+)24V Ký hiệu xx để điện áp ra, ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7824 ổn áp 24V Sơ đồ mạch mắc thực tế nhƣ hình 4.26 146 Ra Vào + Uv + 7812 GND C1 - C2 Ur - Hình 4.26: Mạch ổn áp dùng 7812 Trong đó: - Chân đƣợc nối với điện áp vào - Chân đƣợc nối với mass - Chân đƣợc nối với tải - Tụ điện C = 0,1F để cải thiện trình độ lọc nhiễu tần số cao Dòng điện đƣa họ 78xx thƣờng 1A Họ 79xx tƣơng tự nhƣ họ 78xx nhƣng cung cấp điện áp cố định từ -5V đến -24V 4.4.3.2 Ổn áp dùng IC điều chỉnh điện áp Các IC ổn áp sẵn có số loại cho phép ngƣời sử dụng điều chỉnh điện áp nhƣ mong muốn LM317 (hình 4.27) ví dụ LM317 hoạt động với phạm vi điện áp từ 1,2V đến 37V, điện trở R1 R2 xác định điện áp (1,2V đến 37V) Ur Uv + + Ir LM317 URef ADJ R1 Urt Uv IADJ R2 - Hình 4.27: Mạch ổn áp dùng LM317 - Tính tốn điện áp cho mạch theo công thức sau: Ur = URef (1 + Trong R2 ) + Iadj R2 (*) R1 URef = 1,25V Iadj = 100A Ví dụ 4.12: Xác định điện áp IC LM317 với R1 = 240 R2 = 2,4k Giải: Theo cơng thức (*) ta có: Ur = 1,25V(1 + 2, 4K ) + (100A)(2,4K) 24K 147 = 13,75V + 0,24V = 13,99V IC LM318 tƣơng tự nhƣ nhƣng điện áp điện áp (-) 4.4.4 Một số mạch ổn áp khác dùng IC 4.4.4.1 Mạch tăng dòng IC họ 78xx hay 79xx thƣờng có dịng khơng lớn, để tăng dịng kết hợp với transistor nhƣ hình 4.28 T1 R 78xx Uv Ur Hình 4.28: Mạch tăng dịng 4.4.4.2 Mạch tăng điện áp 78xx R Uv Ur DZ Hình 4.29: Mạch tăng điện áp Để tăng điện áp đấu thêm diode zener vào chân IC nhƣ hình 4.29 Khi điện áp là: Ur = UZ + Ur 78xx 148 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Bài Biết điện áp chiều sau chỉnh lƣu Udc = 20V Hãy tính điện áp gợn sóng chỉnh lƣu : a) Bộ chỉnh lƣu nửa chu kỳ b) Bộ chỉnh lƣu hai chu kỳ Bài Cho chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ có tụ lọc C = 100F Khi nối với điện trở tải Rt = 2,5k điện áp chiều Udc = 12 V Tính điện áp gợn sóng? (điện áp đầu vào chỉnh lƣu có tần số f = 50Hz) Bài Cho chỉnh lƣu có dùng tụ lọc C = 500 F, dòng điện chạy qua tải 200Ma với hệ số gợn sóng 8% Tính điện áp đỉnh (Um) đƣa vào chỉnh lƣu điện áp tụ, biết điện áp nguồn cấp có f = 60 Hz Bài Hãy tính điện áp gợn sóng đầu lọc RC (R =100, C = 100F) Biết tín hiệu vào lọc 50V với điện áp gợn sóng 2,5V (tín hiệu đƣợc lấy từ chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ có dùng tụ lọc) Bài Cho mạch điện nhƣ hình 4.30 Uv Biết R = 1,8k, Uz = 8,3 V, Rt = 2k Ur T1 Hãy tính điện áp Ur dịng điện chạy qua zener R Rt Uz Bài Cho mạch điện nhƣ hình 4.31 Hình 4.30 Biết Rs = 33, Uz = 10 V, Rt = 100 Hãy tính điện áp ổn áp đầu dòng điện cực transistor Rs + + + Dz Uv Ic Ib - Ut + Rt Ube - - - Hình 4.31 149 Bài Cho mạch ổn áp nhƣ hình 4.32 Hãy xác định điện áp Um=15V IN LM317 ADJ Ur OUT 220 330F 1,5k 20F Hình 4.32 150 Tài liệu tham khảo [1] Thomas L Floyd Electronic Devices – Prentice Hall,1998 [2] Jmillman Micro electronics, Digital and Analog, Circuits and System - MC Graw Hill Book Company,1997 [3] Robert Boylestad, Louis Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory – Prentice Hall, 2006 [4] Wiliam D.Stanley Operational amplifiers with linear intergrated circuits, Macmilan Publishing Company, 1990 [5] Đỗ Xuân Thụ Dụng cụ bán dẫn – Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1995 [6] Trần Thị Cầm Cấu kiện điện tử quang điện tử - Học viện Bƣu viễn thơng, 2002 [7] Nguyễn Viết Nguyên (chủ biên) Giáo trình Linh kiện điện tử – Nhà xuất Giáo dục, 2007 [8] Đặng Văn Chuyết (chủ biên) Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử – Nhà xuất Giáo dục, 2007 [9] Phạm Minh Hà (chủ biên) Kỹ thuật mạch điện tử – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1997 [10] Nguyễn Thanh Trà, Thái Vĩnh Hiển 250 tập Kỹ thuật điện tử – Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2005 151 ... nguyên tử Silic Gemani Silic Gemani có điện tử hố trị Các điện tử hoá trị nguyên tử Gemani lớp thứ tƣ cịn điện tử hố trị ngun tử Silic lớp thứ ba, gần hạt nhân Có nghĩa điện tử hoá trị nguyên tử. .. trở thành điện tử tự gọi điện tử dẫn điện Khi điện tử nhảy lên vùng dẫn để lại khoảng trống vùng hoá trị gọi lỗ vùng dẫn điện tử tự lỗ trống vùng hố trị Hình 1.11 Q trình tạo cặp điện tử tự - lỗ... việc định, điện áp lớp điện môi bị đánh thủng làm hỏng tụ điện c) Điện trở cách điện Tính chất kích thƣớc điện mơi định điện trở cách điện tụ điện Đối với tụ hoá điện trở cách điện đƣợc biểu thị