Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I BÀI GIẢNG TĨM TẮT MƠN: ĐIỆN TỬ I Người soạn: TS. Phạm Hồng Liên. Giáo trình chính: Mạch Điện Tử 1 – Lê Tiến Thường, ĐHBK – Tp.HCM. Chương 1: Diode bán dẫn. I. Diode chỉnh lưu: 1- Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode (H2-1):       −       = 1 nKT qV expIi D 0D (1-1) i D : Dòng điện trong Diode (A). V D : Hiệu điện thế ở hai đầu Diode (V). I 0 : Dòng điện bão hòa ngược (A). q : Điện tích electron 1,6.10 -19 J/V. K : Hằng số Bolzman 1,38.10 -23 J/ 0 K. N : Hằng số có giá trị trong khoảng (1÷2) phụ thuộc vào loại bán dẫn. Gọi điện thế nhiệt: q KT V T = (1-2) Từ (1-1) ta có:         ≈       −         = T D 0 T D 0D nV V expI1 nV V expIi (1-3) Ở nhiệt độ T=300 0 K, tương ứng T=27 0 C, ta có V T ≈25÷26mV. Khi đó điện trở động của Diode được tính bởi phương trình: )( i nV Ii nV r D T CD T d Ω= + = (1-4) Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode trên (H2-2) Kiểu mẫu mạch tương đương của Diode trên (H2-3a,b,c). 2- Phương trình đường tải của Diode (H2-5). Phương trình đường tải một chiều của Diode (DCLL) 1DDS RIVV += (1-5) Phương trình đường tải xoay chiều của Diode (ACLL) -1- Tóm Tắt Bài Giảng. -1- Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I )R//R(ivv L1dds += (1-6) Từ (1-5) và (1-6) trên hệ tọa độ tổng qt ta có: DQdDDQdD Iii&Vvv +=+= (1-7) Với:  V D và i D là thành phần tức thời của điện áp và dòng điện.  V DQ và I DQ là các giá trị một chiều của điện áp và dòng điện.  v d và i d là các giá trị xoay chiều của điện áp và dòng điện. Vậy phương trình đường tải xoay chiều ACLL trong hệ tọa độ tổng qt sẽ là: sDQDL1DQD v)Ii)(R//R(Vv +−−=− (1-8) 3- Chỉnh lưu điện áp xoay chiều: a- Chỉnh lưu bán sóng: (H2-6) Điện áp đầu vào: tsinvv maxs ω= Điện áp trung bình DC trên tải: π = +π = maxL LS Lmax DC V RR RV V (1-9) b- Chỉnh lưu tồn sóng: (H2-8a,b,c) Điện áp trung bình Dc trên tải: π = maxL DC V2 V (1-10) 4- Mạch lọc: (H2-9a,b) Khi có tụ C mắc song song với R L trong các mạch chỉnh lưu ta có quan hệ giữa điện áp trung bình trên tải với biên độ điện áp đầu vào và điện trở R L và tụ điện C như sau: max L LDC maxDC V 1CfR4 CfR4 fC4 I VV         + =−= (1-11) 5- Mạch nhân đơi điện áp: (H2-11a,b) Điện áp ra gần gấp đơi điện áp vào. II. Diode ổn áp Zener: 1- Các tham số cơ bản của diode Zener: (H3-1) -2- Tóm Tắt Bài Giảng. -2- Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I Điện áp ổn định V Z khi dòng điện qua zener thay đổi trong khoảng I zmin ÷ I zmax . Thực tế maxzminz I 10 1 I ≈ . (1-12) Điện trở động tại điểm làm việc. dI dV r Z d = (1-13) Diode Zener lý tưởng được coi có r d ≈ 0Ω. Điện trở tĩnh: Z Z t I V R = (1-14) Hệ số ổn định: d t Z Z Z Z ZZ ZZ r R I V dV dI V/dV I/dI S === (1-15) 2- Mạch ổn áp dùng Diode Zener: (H3-2) Mạch trên hình 3-2 ln thỏa mãn hệ phương trình:    += += ZiRS LZR VRIV III (1-16, 1-17) Trong đó chỉ có V Z ≈ const, còn các đại lượng khác có thể biến đổi nhưng phải thỏa mãn điều kiện:  I Zmin khi I Lmax và V Smin  I Zmax khi I Lmin và V Smax Từ (1-16) và (1-17) tùy từng trường hợp cụ thể mà ta có thể suy ra các hệ phương trình khác nhau. Ví dụ nếu R i = const thì ta có hệ phương trình: (V Smin – V Z )(I Lmin + I Zmax ) = (V Smax – V Z )(I Lmax ± I Zmin ) (1-18) Ví dụ nếu R i =const và R L = const nghĩa là I L = const thì ta có hệ phương trình: V Smin = (I Zmin + I L )R i + V Z = I min R i + V Z (1-19) V Smax = (I Zmax + I L )R i + V Z = I max R i + V Z (1-20) Chú ý vì V L = V Z ≈ const nên khi I L thay đổi ta có: maxL Z minL I V R = (1-21) -3- Tóm Tắt Bài Giảng. -3- Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I minL Z maxL I V R = (1-22) -4- Tóm Tắt Bài Giảng. -4- Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I Chương II: Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT) ở chế độ tín hiệu lớn. I. Các tham số cơ bản của Transistor. (H2-1) + Hệ số truyền đạt dòng điện phát khi mắc Base chung Thơng thường α = 0,95 ÷ 0,99, lý tưởng α = 1. + Hệ số truyền đạt dòng điện khi mắc Emitter chung: α− α =β 1 (vài chục ÷ vài trăm lần). + Dòng điện ra ở cực Collector: I C = αI E + I CBO (2-1) Trong đó I CBO là dòng điện phân cực ngược hay còn gọi là dòng nhiệt, thường rất nhỏ. + I E = I C + I B (2-2) suy ra I B = (1-α)I E – I CBO (2-3) ⇒ β ≈− β =−       α α− = C CBO C CBOCB I I I II 1 I (2-4) Ở tần số thấp (H2-1) ta có: h fe = β = h FE (2-5) II. Mạch phân cực cho Transistor: 1- Mạch phân cực Collector: Ta có phương trình tải một chiều: V CC = V CEQ + I CQ R C + I EQ R E ≈ V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-6) -5- Tóm Tắt Bài Giảng. -5- S l ng đi n t t i đ c Collectorố ượ ệ ử ớ ượ S l ng đi n t phát đi t c c Emitterố ượ ệ ử ừ ự α = V CEQ + - R E I CQ +V CC R C Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I ⇒ CQ CEQCC EC I VV RR − =+ (2-7) R E thường được tính theo cơng thức thực nghiệm: CQ CC EQ RE E I V)3,01,0( I V R ÷ ≈= (2-8) Thay vào (2-7) dễ dàng tính được R C . Nếu R E = 0 từ (2-7) ta có: CQ CEQCC C I VV R − = (2-7’) 2- Mạch phân cực Base: a- Mạch định dòng Base: Ta có: R b I BQ + V BE + I EQ R E = V CC (2-8) V BE là điện áp mở của Transistor, còn ký hiệu là V γ như H2-2 chương 1. V BESi ≈ 0,7v và V BEGe ≈ 0,2v. Ngày nay chủ yếu dùng Transistor Silic nên từ (2-8) ta có : CCEEQ EQ b VRI7,0 1 I R =++ +β Suy ra: 1 R R V 1 R R 7,0V I b E CC b E CC EQ +β + ≈ +β + − = vì V CC >>0,7v (2-9) Phương pháp này ít được dùng do dòng I BQ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Phương pháp này chỉ được dùng đối với mạch mắc Collector chung để nâng cao trở kháng vào. b- Mạch định áp Base: (H2-3) -6- Tóm Tắt Bài Giảng. -6- I BQ R b I CQ +V CC R C R E i i R b I BQ I EQ V CC R L R E V BB R 2 I BQ I 1 +V CC R C R E I 2 R 1 Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I Ta có: CC 21 1 BB V RR R V + = (2-10) 21 21 b RR RR R + = (2-11) BBCC CC b CC BB b1 VV V R V V 1 1 RR − = − = (2-12) BB CC b2 V V RR = (2-13) Phương trình tải DC: V CC = V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-14) Áp dụng định luật KII ta có: ΣV kín = 0, suy ra: BBEEQBEBQb VRIVIR =++ (2-15) ⇒ β+ + − =≈ 1 R R 7,0V II b E BB EQCQ coi V BE = 0,7v (2-16) Thay vào (2-14) ta tính được V CEQ . Thơng thường khi thiết kế ta thường chọn R E >> (1-α)R b để ổn định dòng I EQ . Vì vậy nếu chưa biết R b ta thường chọn: EEb R 10 1 R)1( 10 1 R β≈+β= (2-17) Phương pháp phân cực Base này hay được dùng nhất. c- Mạch định dòng Emitter: Áp dụng định luật KII ΣV kín = 0 ta có: EEEEQBEBQb VRIVIR =++ (2-18) Suy ra: 1 R R 7,0V I b E EE EQ +β + − = với V BE = 0,7v (2-19) -7- Tóm Tắt Bài Giảng. -7- R b I BQ +V CC R C R E -V EE I EQ Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I Phương trình tải DC trong trường hợp này sẽ là: V CC + V EE = V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-20) Phương pháp phân cực Base này chỉ được dùng khi mạch u cầu chất lượng cao như mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại thuật tốn (KĐTT) vì nó phải tốn thêm một nguồn cung cấp. III. Giải tích mạch Transistor bằng đồ thị: 1- Bộ khuếch đại mắc Emitter chung: Ta có thể chia thành 4 loại mạch cơ bản như sau: a- Khơng có C E , khơng có C C : (H2-3) Bộ khuếch đại có thể được thiết kế ở chế độ tối ưu (sóng ra tốt nhất) hoặc ở chế độ bất kỳ. Chế độ tối ưu: Thiết kế sao cho sóng ra lớn nhất và khơng bị méo (I cmmax hoặc V Lmax ), thường chưa biết các điện trở phân cực R 1 , R 2 . Từ đồ thị (H3-2), ta thấy sóng ra sẽ lớn nhất khi: ACDC CC ƯCQT maxcm RR V II + == (2-21) AC TƯCQTƯCE maxcm RIVV == (2-22) Với sơ đồ (H3-1) ta có: R AC = R DC = R C + R E nên từ (2-21) và (2-22) ta suy ra: )RR(2 V I EC CC TƯCQ + = (2-23) 2 V V CC TƯCEQ = (2-24) Chế độbất kỳ: Thường cho trước R 1 , R 2 hoặc V CEQ hoặc I CQ . Áp dụng các cơng thức (2-10, 11, 14, 16) sẽ xác định được (I CQ , V CEQ )  Nếu I CQ < I CQTƯ thì I cm = I CQ .  Nếu I CQ > I CQTƯ thì I cm = i CQmax – I CQ . -8- Tóm Tắt Bài Giảng. -8- Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I b- Có C E , khơng có C C (Tụ Bypass Emitter) (H2-5) Chế độ tối ưu: R DC = R C + R E và R AC = R C thay vào (2-21) ta được: EC CC ACDC CC TƯ CQmaxcm RR2 V RR V II + = + == (2-25) C E CC EC CCC AC TƯCQTƯCEQ maxcm R R 2 V RR2 RV RIVV + = + === (2-26) Chế độ bất kỳ: được tính tốn theo các cơng thức (2-10, 11, 14, 16) và đặc tuyến tải AC được vẽ như sau: ( ) CEQCE AC CQC Vv R 1 Ii −−=− (2-27) Cho V CEQ = 0 ⇒ AC CEQ CQmaxC R V Ii += (2-28) Cho i C = 0 ⇒ v CEmax = V CEQ + I CQ R AC (2-29) Phương trình (2-28) và (2-29) để xác định i Cmax và v CEmax trong các trường hợp điểm tĩnh Q bất kỳ -9- Tóm Tắt Bài Giảng. -9- Q 2 V CE (V) i C (mA) i Cmax1 ACDC CC RR V +         − AC TƯ R 1 ACLL 0 I CQTƯ         − DC R 1 DCLL Q 1 Q TƯ i Cmax2 V CETƯ V CEmax1 V CC V CEmax2 2I CQTƯ 2V CETƯ Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I c- Khơng có C E , có C C: Chế độ tối ưu: ECDC RRR += LC LC EAC RR RR RR + += Thay vào (2-21) ta được: LC LC EC CC TƯCQ maxCm RR RR R2R V II + ++ == (2-30) AC TƯCQTƯCE maxCE RIVV == (2-31) LC LC EC CC LC C maxCm LC C maxLm RR RR R2R V RR R I RR R I + ++ + = + = (2-32) LC LC EC CC LC LC LmaxLmmaxLm RR RR R2R V RR RR RIV + ++ + == (2-33) Chế độ bất kỳ như trên nhưng chú ý:  I CQ < I CQTƯ : I Cm = I CQ .  I CQ > I CQTƯ : I Cm = i Cmax – I CQ .  Cm LC C Lm I RR R I + = (2-34)  V Lm = I Lm R L . (2-35) d- Có C E , có C c : (tụ ghép vơ hạn) (H2-6) ECDC RRR += LC LC AC RR RR R + = thay vao (2-21) ta được: -10- Tóm Tắt Bài Giảng. -10- C C→∞ R L i i i L V BB R b +V CC R C R E [...]... (6-35) RC I cm max RC + RL 2 (6-36) VLm max = I Lm max R L (6-37) * Mạch Darlington cũng có thể mắc theo kiểu C.C +VCC C1→∞ -28- Ri ii Zi R2 T1 IC1 RC T2 C2→∞ R1 IE1=IB2 Ri Tóm Tắt BàE Giảng RL VL Zo -28- Khoa i n – i n Tử Kỹ thuật mạch i n Tử I ib1 h ie1 hfe1hie2 iL ’ ii Ri Rb REhfe1hfe2 RLhfe1hfe2 VL Zo Hệ số khuếch đ i: Ai = i L i L i' L i b1 = i i i' L i b1 i i = h fe1h fe 2 AT = RE R i // R b... phân biệt ba lo i h i tiếp này ta dùng phép thử: • Ngắn mạch t i mà mất h i tiếp (Vf = 0) thì đó là h i tiếp i n áp • Hở mạch t i mà mất h i tiếp (Vf = 0) thì đó là h i tiếp dòng i n • Cả khi ngắn mạch và hở mạch t i mà vẫn còn h i tiếp (Vf ≠ 0) thì đó là h i tiếp hỗn hợp -31- Tóm Tắt B i Giảng -31- Khoa i n – i n Tử Kỹ thuật mạch i n Tử I + Tùy theo i n áp h i tiếp đưa về ngõ vào mắc n i tiếp... l i dòng khi có h i tiếp âm: A if = Ai Ai = 1 + A iG i R L 1 − T (7-15) Độ l i vòng được định nghĩa: -33- Tóm Tắt B i Giảng -33- Khoa i n – i n Tử T= Kỹ thuật mạch i n Tử I VL = −A iG i R L ' VL i i = 0 Nếu –T >> 1 ta có: A if = A vf = (7-16) iL R =− f ii RL VL R =− f Vi ri (7-17) (7-18) Trở kháng vào khi có h i tiếp: Z if = Trở kháng ra khi có h i tiếp: Z of = Zi 1− T Zo 1− T (7-19) (7-20) 4 H i. .. VCC – IC1RL – VBB2 + 0,7 (6-47)  Chế độ AC: Ai = i L i L i e 2 i b1 = i i i e 2 i b1 i i   R1 // R 2 = ( − h fb 2 )( − h fe1 )   ( R // R ) + h   2 ie1   1 (6-48) VL i L R L = = RLAi ii ii (6-49) Trở kháng vào: Zi = R1//R2//hie1 (6-50) Trở kháng ra: Zo = ∞ (6-51) AT = -30- Tóm Tắt B i Giảng -30- Khoa i n – i n Tử Kỹ thuật mạch i n Tử I Chương VII: Mạch khuếch đ i h i tiếp 1 Kh i niệm cơ... động Nếu h i tiếp đưa về ngược pha v i tín hiệu vào ta g i là h i tiếp âm và chúng được sử dụng rất nhiều trong các bộ khuếch đ i để c i thiện các chỉ tiêu kỹ thuật Trong chương này ta chỉ xét h i tiếp âm Phân lo i h i tiếp: + Tùy theo i n áp h i tiếp (Vf) tỷ lệ v i i n áp ra (Vo), dòng i n ra (Io) hay tỷ lệ v i cả hai mà h i tiếp thuộc lo i h i tiếp i n áp, h i tiếp dòng i n hay h i tiếp hỗn hợp... tương đương H4-6 ta có:  Hệ số khuếch đ i dòng i n: -16- Tóm Tắt B i Giảng -16- Khoa i n – i n Tử Ai = Kỹ thuật mạch i n Tử I  ( ri // R b ) iL iL ib  RC RC 1 = = −  R + R h fe  ( r // R ) + h = − h fe R + R  h ie (4-8) ii ib ii  C L b ie C L 1+  i ri // R b Nếu RC >> RL & Rb//ri >> hie ta có: Aimax = -hfe (4-9)  Trở kháng vào: Z i = ri // R b // h ie (4-10)  1   Trở kháng ra: Z o = ... mạch h i tiếp: Nguồn Bộ khuếch đ i AV T i Mạch h i tiếp β H i tiếp là hiện tượng đưa tín hiệu từ ngõ ra của bộ khuếch đ i ngược trở về ngõ vào H i tiếp gồm 3 lo i: + H i tiếp n i bộ sinh ra do tính chất vật lý của Transistor Ví dụ: h i tiếp qua Cb’c khi mắc E.C + H i tiếp kí sinh: sinh ra do các phần tử ghép mạch: i n cảm, biến áp, tự cảm ⇒ Hai lo i h i tiếp trên là khơng mong muốn vì nó làm xấu i các... (7-20) 4 H i tiếp i n áp, sai lệch i n áp:  Độ l i i n áp khi khơng có h i tiếp: A V = A vf  VL AV A = = V Vi 1 + K V A V 1 − T VL = −K V A 'V = −K V A V ' VL Vi = 0 (7-23) (7-24) Trở kháng ra khi có h i tiếp: Z of = -34- (7-22) Trở kháng vào khi có h i tiếp: Z if = Z i (1 − T)  (7-21) Độ l i vòng T: T=  = A 'v Độ l i i n áp khi có h i tiếp: A vf =  Kv = 0 Zo 1− T (7-25) Tóm Tắt B i Giảng -34-... tiếp hoặc mắc song song v i nguồn tín hiệu vào mà ta có h i tiếp n i tiếp (sai lệch áp) hoặc h i tiếp song song (sai lệch dòng) + Như vậy ta có bốn lo i h i tiếp hay dùng • H i tiếp áp, sai lệch áp • H i tiếp áp, sai lệch dòng • H i tiếp dòng, sai lệch áp • H i tiếp dòng, sai lệch dòng 2 Ảnh hưởng của h i tiếp âm đến các tham số của bộ khuếch đ i: a) Đ i v i độ l i áp khi có h i tiếp âm AVf: A Vf = AV... -24- Khoa i n – i n Tử Kỹ thuật mạch i n Tử I Chương VI: Mạch Transisrtor ghép liên tầng 1) Transistor ghép Cascading: a) Tầng E.C-E.C: H6-1 Độ l i dòng i n: Ai = i L i L i b 2 i b1  − h fe 2 R C 2  − h fe1R'b 2  R'b1     = = i i i b 2 i b1 i i  R C 2 + R L  R'b 2 + h ie 2  R 'b1 + h íe1      (6-1) v i R’b1 = ri//Rb1 và R’b2 = Rc1//Rb2 Trở kháng vào: Zi = ri//Rb1//hie1 (6-2) . maxL Z minL I V R = (1-21) -3- Tóm Tắt B i Giảng. -3- Khoa i n – i n Tử. Kỹ thuật mạch i n Tử I minL Z maxL I V R = (1-22) -4- Tóm Tắt B i Giảng. -4- Khoa i n – i n Tử. Kỹ thuật mạch i n Tử. đ i i n áp vào. II. Diode ổn áp Zener: 1- Các tham số cơ bản của diode Zener: (H3-1) -2- Tóm Tắt B i Giảng. -2- Khoa i n – i n Tử. Kỹ thuật mạch i n Tử I i n áp ổn định V Z khi dòng i n. Khoa i n – i n Tử. Kỹ thuật mạch i n Tử I B I GIẢNG TĨM TẮT MƠN: I N TỬ I Ngư i soạn: TS. Phạm Hồng Liên. Giáo trình chính: Mạch i n Tử 1 – Lê Tiến Thường, ĐHBK – Tp.HCM. Chương 1: Diode