1 Lưu ý:  Mổi sinh viên tự làm tập trực tiếp vào phần trắng tập (khổ giấy A4) Không chép giải người khác  Tài liệu tham khảo: - [Dư Quang Bình] - Bài giảng Kỹ thuật điện tử, (2000) - [Rizzoni G] - Principles and Applications of Electrical Engineering, (2004) - [Michael Tooley] - Electronic Circuits - Fundamentals and Applications, 3rd Edition - Elsevier Newnes, (2006)  Khi cần liên hệ: Thầy Dư Quang Bình, 0905894666, hoặc: Email: binhduquang@.gmail.com  Thời hạn hoàn thành nộp tập: … … … … … … … … … … … … … … … (không chấp nhận chậm trể) Vật liệu cấu kiện bán dẫn     Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện thuộc khoảng độ dẫn điện chất dẫn điện chất cách điện Đặc tính độ dẫn điện vật liệu bán dẫn làm cho vật liệu bán dẫn hữu ích việc chế tạo nhiều cấu kiện điện tử để có biểu đặc tuyến i-v phi tuyến Trong số cấu kiện bán dẫn diode cấu kiện thông dụng Diode bán dẫn hoạt động giống van dẫn điện theo chiều, cho phép dòng điện chảy phân cực thuận Mặc dù hoạt động diode mô tả theo phương trình hàm mủ ta xét gần hoạt động diode mơ hình mạch đơn giản Mơ hình mạch đơn giản xem diode ngắn mạch hở mạch (mơ hình đóng-mở hay mơ hình lý tưởng) Mơ hình lý tưởng mở rộng để bao gồm nguồn điện áp ngưỡng (thường từ 0,2 V đến 0,7 V), tương ứng với hiệu tiếp giáp tiếp giáp diode Mơ hình thực tế chi tiết mơ hình diode chi tiết tính ảnh hưởng điện trở thuận diode Bằng mơ hình mạch diode ta phân tích mạch diode sử dụng kỹ thuật phân tích mạch chiều (DC) xoay chiều (AC) khảo sát chương Một đặc tính quan trọng diode bán dẫn chỉnh lưu, tức cho phép chuyển đổi mức điện áp dòng điện AC thành mức điện áp dòng điện DC Các mạch chỉnh lưu diode kiểu bán kỳ kiểu tồn kỳ Các chỉnh lưu tồn kỳ cấu trúc theo dạng mạch hai diode thông dụng mạch cầu Các mạch chỉnh lưu diode phận chỉnh nguồn cung cấp DC thường sử dụng kết hợp với tụ lọc để nhận dạng sóng điện áp DC tương đối phẳng Ngoài việc chỉnh lưu lọc cần phải ổn định mức điện áp nguồn cung cấp DC; diode Zener thực nhiệm vụ ổn định điện áp cách giữ mức điện áp không đổi mức điện áp phân cực ngược vượt mức điện áp Zener Ngoài ứng dụng làm nguồn cung cấp, diode sử dụng nhiều mạch xử lý tín hiệu điều hòa tín hiệu Trong có mạch xén diode, mạch tách sóng diode, mạch ghim khảo sát chương Hơn nửa, đặc tính vật liệu bán dẫn bị tác dụng cường độ sáng nên số loại diode gọi photodiode, có ứng dụng làm mạch tách quang [light detector], pin mặt trời [solar cell], hay diode phát-quang [LED] Các cơng thức quan trọng Cơng thức tính trị số điện trở nối tiếp với LED: R= VS - VF (LED) I F (LED) Độ tiêu tán công suất lớn diode ổn áp: PZ max  I Z max VZ Trị số lớn điện trở mắc nối tiếp mạch ổn áp diode zener song song đơn giản: V  RS max = RL ×  IN  1  VZ  Trị số nhỏ điện trở mắc nối tiếp mạch ổn áp diode zener song song đơn giản: RS  VINVZ  VZ2 PZ max Điện trở nguồn cung cấp: Rout = ΔVout ΔI out Độ ổn định điện áp vào (nguồn điện) nguồn cung cấp: Regulation = SV = ΔVout ×100% ΔVin Dòng điện chảy qua điện cực BJT IE = IB + IC Hệ số khuyếch đại dòng-tĩnh BJT  FE = hFE = IC IB Hệ số khuyếch đại dòng-tín hiệu nhỏ BJT fe = hfe = I C I B Độ dẫn truyền đạt thuận FET gfs = g m = I D VGS Các ký hiệu mạch cấu kiện Bài tập 1.1 Trong vật liệu bán dẫn, điện tích thực 0, điều cần phải có mật độ điện tích dương cần với mật độ điện tích âm Cả hai loại hạt tải điện (điện tử lỗ trống tự do) nguyên tử tạp chất bị ion hóa có điện tích độ lớn điện tích điện tử Do vậy, phương trình trung hòa điện tích [CNE – charge neutrality equation] là: po  Nd  no  Na  đó: n0 = nồng độ hạt tải điện tích âm trạng thái cân p0 = nồng độ hạt tải điện tích dương trạng thái cân  N a = nồng độ chất nhận [acceptor] bị ion hóa N d = nồng độ chất cho [donor] bị ion hóa Phương trình tích hạt tải điện [CPE – carrier product equation] phát biểu rằng, chất bán dẫn pha tạp tích nồng độ hạt tải điện không đổi: nopo = số silicon T = 300 K:   Constant = niopio = n  p   6,35 109  1020  cm  cm3  Vật liệu bán dẫn dạng-n hay –p tùy thuộc vào nồng độ tạp chất donor hay acceptor lớn hay không Phần lớn nguyên tử tạp chất bị ion hóa nhiệt độ phòng Nếu silicon pha tạp: ; ND = N A  N a  1017 cm3 Hãy xác định: a Đây bán dẫn tạp dạng-p hay –n? b Hạt tải điện đa số thiểu số loại nào? c Nồng độ hạt tải điện đa số thiểu số io 1.2 io Nếu silicon pha tạp: N A  N a  1017 ; cm3 N D  N d  1018 Hãy xác định: a Đây bán dẫn tạp dạng-p hay –n? b Hạt tải điện đa số thiểu số loại nào? c Nồng độ hạt tải điện đa số thiểu số cm3 1.3 Hãy mô tả vi cấu trúc loại vật liệu bán dẫn Ba loại thông dụng sử dụng loại vật liệu bán dẫn nào? 1.4 Hãy giải thích nhiệt làm phát sinh hạt tải điện chất bán dẫn nhiệt độ hạn chế hoạt động cấu kiện bán dẫn 1.5 Hãy mơ tả đặc tính tạp chất cho [donor], chất nhận [acceptor] ảnh hưởng chúng đến nồng độ hạt tải điện vật liệu bán dẫn 1.6 Mô tả sơ lược hoạt động hạt tải điện nguyên tử tạp chất ion hóa lân cận tiếp giáp pn cấu kiện bán dẫn để tạo nên rào có khuynh hướng chặn hạt tải điện di chuyển ngang qua tiếp giáp 1.7 Hình P1.7, thể đặc tuyến diode Loại vật liệu bán dẫn dùng chế tạo diode? Giải thích 1.8 Sử dụng đặc tuyến hình P1.7, để xác định điện trở diode (a) VF = 0,65 V (b) I F = mA 1.9 Số liệu sau cho đo diode tín hiệu: VF (V) I F (mA) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,0 0,05 0,02 1,2 3,6 6,5 10,1 13,8 Hãy vẽ đặc tuyến (bảng kẻ ly bên) sử dụng đặc tuyến để xác định: (a) Dòng thuận VF = 350 mV ; (b) Điện áp thuận I F = 15 mA 1.10 Một diode có số hiệu ‘BZY88C9V1’ Đây loại diode ? Điện áp định mức diode? Cho biết ứng dụng diode 1.11 Một LED sử dụng làm thị mức nguồn cung cấp V Nếu LED có điện áp thuận định mức V, dòng định mức 12 mA, xác định trị số cần thiết điện trở mắc nối tiếp 1.12 Mạch hình P1.10 có nguồn cung cấp sóng sin 50 Vrms Sử dụng mơ hình diode thực tế cho diode a Mức dòng thuận lớn ? b Hãy tính mức điện áp ngược đỉnh (PIV) diode ? 1.13 Hãy xác định diode phân cực thuận diode phân cực ngược mạch hình P1.13 1.14 Hãy xác định khoảng trị số điện áp Vin để diode D1 mạch hình P1.14, phân cực thuận Giả thiết diode lý tưởng 1.15 Hãy xác định diode mạch hình P1.15, diode phân cực thuận phân cực ngược Giả sử sụt áp diode phân cực thuận 0,7 V, tính mức điện áp đầu 1.16 Diode mạch hình P1.16, chế tạo từ silicon mạch có: R = 2,2 k; VS2 = V Hãy xác định trị số nhỏ VS1 để diode dẫn có mức dòng đáng kể 1.17 Nguồn AC 220 V cấp vào biến áp giảm-áp 20:1, cuộn thứ cấp nối với mạch chỉnh lưu cầu tụ lọc Hãy xác định mức điện áp xấp xĩ d.c tụ ‘không-tải’ 1.18 Hãy thiết kế mạch chỉnh lưu cầu toàn kỳ cho nguồn cung cấp Nguồn từ biến áp giảm áp cung cấp mức điện áp 12 V rms đến mạch chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu toàn kỳ thể mạch hình P1.18 a Nếu diode có mức điện áp ngưỡng 0,6V, vẽ dạng sóng điện áp nguồn đầu vào, vS(t); dạng sóng điện áp ra, vL(t); cho biết diode dẫn diode ngưng dẫn chu kỳ phù hợp vS(t) Tần số nguồn 50 Hz b Nếu tải RL = 000  tụ điện mắc song song với RL để lọc có trị số µF, vẽ dạng sóng điện áp đầu ra, vL (t) c Lặp lại câu (b), với tụ có điện dung 100 µF 10 4.8 Hình P4.8, sơ đồ mạch cổng NAND TTL ba đầu vào Giả sử tất điện áp vào mức cao, xác định vB1; vB2; vB3; vC2; vout Ngoài ra, cho biết vùng làm việc transistor 4.9 Với cổng NAND CMOS mạch hình 3.61, xác định trạng thái transistor khi: v1 = v2 = V 4.10 Với cổng NAND CMOS mạch hình 3.61, xác đinh trạng thái transistor khi: v1 = V; v2 = V 4.11 Vẽ sơ đồ mạch cổng OR CMOS hai đầu vào 4.12 Vẽ sơ đồ mạch cổng AND CMOS hai đầu vào 73 4.13 Vẽ sơ đồ mạch cổng OR TTL hai đầu vào 4.14 Vẽ sơ đồ mạch cổng AND TTL hai đầu vào 4.15 Hãy chứng tỏ mạch hình P10.61, có chức đảo logic 4.16 Hãy chứng tỏ mạch hình P4.16, có chức cổng NOR 4.17 Hãy chứng tỏ mạch hình P4.17, có chức cổng NAND 74 4.18 Biến đổi số số 10 thành số 16 nhị phân: a 401 b 273 c 15 d 38 e 56 d 21 e 13 4.19 Biến đổi số số 16 thành số 10 nhị phân: a A b 66 c 47 4.20 Biến đổi số số 10 thành số nhị phân: a 271,25 b 53,375 c 37,32 d 54,27 4.21 Biến đổi số nhị phân thành số số 16 số 10: a 1111 b 1001101 c 1100101 d 1011100 e 11101 f 101000 4.22 Thực phép trừ số nhị phân sau: a 11001011 - 1101111 b 10011001 - 1111011 75 c 11101001 - 10011011 4.23 Thực phép trừ số nhị phân sau: a 10001011 - 1101111 b 10101001 - 111011 c 11000011 - 10111011 4.24 Hãy xác định độ lớn dấu dạng nhị phân tương ứng với số thập phân sau: a 11111000 b 10011111 c 01111001 4.25 Giả sử bit có trọng số lớn bit dấu, xác định giá trị thập phân độ lớn dấu dạng số có tám chữ số nhị phân sau: b -126 a 126 c 108 d -98 4.26 Hãy xác định số bù-2 số nhị phân sau: a 1111 b 1001101 c 1011100 76 d 11101 4.27 Sử dụng bảng trạng thái để chứng tỏ rằng: B  AB  AB 4.28 Sử dụng bảng trạng thái để chứng tỏ rằng: BC  BC  BA  A  B 4.29 Sử dụng phương pháp quy nạp hoàn toàn để chứng tỏ rằng: ( X  Y )  ( X  X Y )  Y 4.30 Sử dụng định lý De Morgan đại số Boolean để đơn giản hàm logic sau: f ( X , Y , Z )  X  Y  Z  X  Y  Z  X  (Y  Z ) ĐS: F ( X , Y , Z )  YZ  XYZ 77 4.31 Đơn giản biểu thức sau: f ( A, B, C, D)  ABC  ACD  BCD 4.32 Đơn giản hàm logic cách sử dụng đại số Boolean: f ( A, B, C )  A  B  C  A  B  C  A  B  C + A  B  C 4.33 Tìm chức logic xác định theo bảng trạng thái cho hình P3.33 ĐS: F  A  C 4.34 Hãy xác định hàm Boolean cho mô tả hoạt động mạch hình P4.34 78 4.35 Sử dụng bảng trạng thái để thể mức mạch hình P4.35, 4.36 Trình bày cách thực cổng AND 4-đầu vào cổng AND haiđầu vào 4.37 Trình bày cách thực cổng OR 4-đầu vào cổng OR hai-đầu vào 4.38 Lập bảng trạng thái cho cổng logic lắp mạch hình P4.38 79 4.39 Chỉ cách sử dụng cổng NAND hai-đầu vào, thể làm để chức sau đáp ứng: (a) cổng AND hai-đầu vào (b) cổng OR hai-đầu vào (c) cổng AND bốn-đầu vào Trong trường hợp, sử dụng số lượng cổng [Gợi ý: cổng NAND hai-đầu vào làm thành cổng đảo cách nối hai đầu vào NAND với nhau] 4.40 Hãy tạo mạch logic dạng sóng từ ba dạng sóng vào thể hình P4.40 80 4.41 Vẽ cách bố trí cổng logic mạch bầu cử theo đa số đầu vào Sử dụng bảng trạng thái, giải thích tóm tắt hoạt động mạch Hãy trình bày, giản đồ logic, làm cổng HOẶC-loại trừ (XOR) lắp cách dùng cổng NAND hai-đầu vào 4.42 Hãy tạo cách bố trí cổng logic cách dùng cổng NAND haiđầu vào để thực chức logic bố trị hình 10.37 Đơn giản tồn cách dùng số lượng tối thiểu cổng logic 4.43 Động phản lực tên lửa để phóng vào khơng gian làm việc điều kiện sau đáp ứng: (i) tín hiệu ‘phóng’ mức logic 1; (ii) tín hiệu ‘độ cao khơng an tồn’ mức logic 0; (iii) tín hiệu ‘chốt mục tiêu’ mức logic Hãy sáng tạo mạch logic phù hợp để đáp ứng u cầu Đơn giản hóa tốn cách sử dụng số lượng tối thiểu cổng logic 81 4.44 Một máy cắt kim loại tự động làm việc điều kiện sau đáp ứng: (i) tín hiệu ‘bảo vệ hạ xuống’ đặt mức logic 1; (ii) tín hiệu ‘giử tay’ đặt mức logic 0; (iii) tín hiệu ‘khởi động tay’ đặt mức logic Máy cắt kim loại dạng làm việc điều kiện sau thỏa mãn: (i) tín hiệu ‘khởi động tay’ đặt mức logic 1; (ii) tín hiệu ‘kiểm tra chốt’ đặt mức logic Hãy tạo mạch logic phù hợp để đáp ứng yêu cầu Sử dụng số lượng tối thiểu cổng logic 4.45 Một hội đồng quận nhỏ gồm có ba ủy viên Mỗi ủy viên bỏ phiếu biện pháp trình lên hội đồng cách ấn nút thị cho dù ủy viên bầu chống lại biện pháp đệ trình Nếu hai nhiều phiếu bầu ủy viên cho biện pháp thơng qua Hãy thiết kế mạch logic để lấy ba phiếu bầu làm đầu vào phát ánh sáng xanh đỏ để thị có khơng thơng qua biện pháp 82 4.46 Một nhà máy xử lý nước sử dụng bể cho việc khử trùng hóa chất bể thứ hai lớn để làm lắng hấp thụ khơng khí Mỗi bể chứa trang bị hai cảm biến để đo độ cao nước bể tốc độ chảy nước vào bể chứa Khi độ cao nước hay tốc độ chảy lớn cảm biến tạo mức logic cao Hãy thiết kế mạch logic để cảnh báo âm độ cao nước hai bể cao hai tốc độ chảy cao hai tốc độ chảy cao độ cao nước bể cao 4.47 Nhiều xe ô tô kết hợp mạch logic để cảnh báo lái xe vấn đề trở ngại hỏng Trong xe đặc biệt, còi ve phát âm khóa điện bật cửa hở dây đai an tồn chổ ngồi khơng gắn chặt Còi ve kêu khóa khơng bật đèn chiếu sáng mở Ngồi ra, xe khơng khởi động ngoại trừ chìa khóa ổ điện, xe đỗ, tất cửa đóng đai an toàn gắn chặt Hãy thiết kế mạch logic để nhận tất đầu vào liệt kê nguồn âm còi ve xe khởi động thích hợp 83 4.48 Xác định chức logic tương ứng với bảng trạng thái hình P4.48 dạng tổng-các tích đơn giản 4.49 Sử dụng đồ Karnaugh để tối thiểu hóa chức f ( A, B, C )  ABC  ABC  A BC 4.50 a Lập đồ Karnaugh cho hàm logic xác định theo bảng trạng thái hình P4.50 b Biểu thức tối giản hàm gì? c Thực F cách dùng cổng AND, OR, NOT 84 4.51 Lập đồ Karnaugh cho chức logic xác định theo bảng trạng thái hình P4.51, tìm biểu thức tối giản cho hàm 4.52 Xác định biểu thức tối giản cho mạch hình P4.52 85 4.53 Tối giản biểu thức mơ tả bảng trạng thái cho hình P4.53, vẽ mạch 4.54 Tìm biểu thức tối thiểu cho đầu mạch logic hình P4.54 4.55 Xác định biểu thức tối giản cho chức logic đầu mạch logic hình P4.55 86 4.56 Mục đích tập thiết kế mạch logic tổ hợp để hổ trợ việc xác định việc chấp nhận truyền máu cấp cứu Ta biết máu người phân loại thành nhómA, B, AB, O Những người có nhóm máu A cho người có nhóm máu A AB, nhận máu từ người có nhóm máu A O Những người có nhóm máu B cho người có nhóm máu B AB, nhận máu từ người có nhóm máu B O Những người có nhóm máu AB cho người có nhóm máu AB, nhận máu từ người có nhóm máu Những người có nhóm máu O cho người có nhóm máu bất kỳ, nhận máu từ người có nhóm máu O Hãy thực gán biến thích hợp thiết kế mạch để chấp thuận hay không chấp thuận truyền máu riêng dựa điều kiện 87 ... cấu kiện Bài tập 1.1 Trong vật liệu bán dẫn, điện tích thực 0, điều cần phải có mật độ điện tích dương cần với mật độ điện tích âm Cả hai loại hạt tải điện (điện tử lỗ trống tự do) nguyên tử tạp... ý:  Mổi sinh viên tự làm tập trực tiếp vào phần trắng tập (khổ giấy A4) Không chép giải người khác  Tài liệu tham khảo: - [Dư Quang Bình] - Bài giảng Kỹ thuật điện tử, (2000) - [Rizzoni G] -... dụng kỹ thuật phân tích mạch chiều (DC) xoay chiều (AC) khảo sát chương Một đặc tính quan trọng diode bán dẫn chỉnh lưu, tức cho phép chuyển đổi mức điện áp dòng điện AC thành mức điện áp dòng điện