chuong 1 _ dien tu1

1

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

ĐIỆN TỬ 1

ThS. Nguyễn Thy Linh

Tài liệu tham khảo

[1] Lê Tiến Thường, Mạch Điện Tử 1, NXB ĐH Quốc gia

TP.HCM.

[2] Lê Tiến Thường, Mạch Điện Tử 2, NXB ĐH Quốc gia

TP.HCM.

[3] Lê Tiến Thường, Tuyển Tập Bài Tập Mạch Điện Tử

Tương Tự, NXB ĐH Quốc gia TP.HCM.

2

CẤU TRÚC MÔN HỌC

1. Diode bán dẫn

2. Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT)

3. Thiết kế và phân tích tín hiệu nhỏ

4. Transistor trường (FET)

5. Mạch transistor ghép liên tầng

6. Mạch khuếch đại thuật toán

3

Nội dung:

Chương 1: Diode Bán Dẫn

1.1. Giới thiệu;

1.2. Diode bán dẫn thông thường;

1.2.1. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của diode;

1.2.2. Giải tích mạch dùng diode

1.2.3. Chỉnh lưu điện áp xoay chiều

1.2.4. Mạch lọc

1.2.5. Mạch xén

1.3. Diode Zener.

4

1.1. Giới thiệu

Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất.

Các loại diode bán dẫn:

Diode thông thường:

Dùng trong các mạch chỉnh lưu và tách sóng;

Dùng làm các công tắc điện tử.

Diode Zener:

dùng để tạo các điện áp chuẩn.

LED (light emitting diode – Diode phát quang):

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị để điều

khiển từ xa trong điện tử dân dụng;

Làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo,

trang trí, đèn giao thông.

5

Các vật liệu bán dẫn thường dùng:

Silicon (Si)

Germanium (Ge)

Gallium Arsenide (GaAs)

Cấu trúc nguyên tử:

6

Cấu trúc tinh thể

Các mức năng lượng

7

Sự dẫn điện trong chất bán dẫn

Dòng khuếch tán (diffusion current): Khi có sự

thay đổi mật độ electron (hole)

Dòng chảy (drift current): Khi có điện trường

ngoài

8

Bán dẫn loại P

Chất đưa vào: Chất nhận (acceptor material). Ví dụ:

Boron (III)

Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng

Phần tử mang điện chủ yếu: Lỗ trống (positive): p-type

material 9

Bán dẫn loại N

Chất đưa vào: Chất cho (donor material). Ví dụ:

Phosphorus (V)

Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng

Phần tử mang điện chủ yếu: Electron (negative): n-type

material 10

1.2. Diode bán dẫn thông thường

Cấu trúc, ký hiệu:

Lớp tiếp xúc pn:

11

Phân cực của diode

12

1.2.1. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp

Diode lý tưởng

vi > 0: iD > 0 và vD = 0 (Diode ngắn mạch: short

circuit)

vi < 0: vD < 0 và iD = 0 (Diode hở mạch: open

circuit)

13

+_

Đặc tuyến volt-ampere của diode

14

)1()1( T

DD

mV

v

omkT

qv

oD eIeIi

Diode thực tế và Xấp xỉ tuyến tính hóa từng đoạn

15

1.2.2. Phân tích mạch diode

Phần tử phi tuyến được thể hiện bởi đặc tuyến VA của

diode

Phần tử tuyến tính là mạch tương đương Thevenin

Điểm tĩnh Q là giao điểm của đặc tuyến diode và DCLL16

)( DD vfi

(DCLL)D T D Tv v i R

17

Phương trình đường tải

Tín hiệu DC: Điện trở tương đương Thevenin

Độ dốc DCLL:

Tín hiệu AC: Điện trở tương đương Thevenin

Độ dốc ACLL:

18

Giả sử: 1/C << RL

và Vim << Vdc

1

1 1DC

Tdc i

slopeR r R

1 / /Tac i LR r R R

1

1 1

/ /AC

Tac i L

slopeR r R R

Phân tích đồ thị

19

Ví dụ:

Xét mạch dùng diode (Vγ=0.7V) sau

Giả sử diode tắt: VL< Vγ

Khi Vi≥1.4V: Diode dẫn

20

LL i i

L i

L i

R 1V V V

R R 2

V 0.7 V 1.4V

Vi

Ri

RLD VL

+

_

1K

1K

LV 0.7V t

t

Vi

VL

4

-4

0

0

-2

0.7

1.4

1.2.3. Chỉnh lưu điện áp xoay chiều

Chỉnh lưu: là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu

xoay chiều (AC) thành tín hiệu một chiều

(DC).

Có 2 loại chỉnh lưu:

Chỉnh lưu bán kỳ (Half-wave rectification)

Chỉnh lưu toàn kỳ (Full-wave rectification)

21

Chỉnh lưu bán kỳ

Định luật Kirchhoff về điện áp:

vi > 0: vD = 0 (Diode ngắn mạch)

vi < 0: Diode hở mạch:

22

Li

DiD

Rr

vvi

Li

iD

Rr

vi

Li

LiDLL

Rr

RviRv

0Di0DLL iRv

Chỉnh lưu bán kỳ

Điện áp trên tải vL

Giá trị trung bình

Khai triển Fourier

23

Lm

T

LdcL

Vdttv

TV )(

1,

...4cos15

22cos

3

2cos

2

11)( tttVtv oooLmL

Chỉnh lưu toàn kỳ

24

Phân tích tín hiệu chỉnh lưu toàn kỳ

Giá trị trung bình:

Khai triển Fourier:

Giá trị điện áp ngõ ra của mạch lọc:

Giá trị hiệu dụng của thành phần gợn sóng:

Độ gợn sóng

25

LmdcL

VV

2,

...4cos15

42cos

3

42)( ttVtv ooLmL

...4sin1500

12sin

300

22)( ttVtv ooLmo

0024.0420

1

...4sin1500

12sin

300

22)( ttVtv ooLmo

Mạch nhân đôi điện áp một bán kỳ

Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện qua D1 đến điện áp Vsmax

Bán kỳ dương của vS: Điện áp chồng chập của C1 và vS nạp

điện cho C2 qua D2 đến điện áp 2VSmax

26

1.2.4. Mạch lọc

Để tạo điện áp DC ở ngõ ra thì cần sử dụng mạch

lọc thông thấp (LPF)

Các bộ lọc LPF thường dùng:

27

1.2.5. Mạch xén

Dùng để loại bỏ tín hiệu nằm dưới (hay trên) một mức chuẩn.

(reference level)

Xén trên:

Xén dưới:

Xén 2 biên:

28

1.3. Diode zener

Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghịch.

Đặc tuyến VA:

29

•Phân cực thuận: Như Diode thông

thường

•Phân cực nghịch: vZ = VZ =

constant

•VZ: Điện áp Zener

•Izmax: Dòng phân cực nghịch tối đa

•Izmin: Dòng phân cực nghịch tối

thiểu để vZ = VZ , thường IZmin = 0.1

Izmax

•Pzmax=VzIzmax: Công suất tiêu tán

tối đa

Mạch ổn áp dùng diode zener

Thiết kế mạch sao cho Diode Zener

hoạt động trong vùng ổn áp:

30

min min min max max max max min

(1)

( ) ; ( )

S Z S Z S Zi Z L

R Z L i

Z S R L Z S R L

v V v V v VR i i

i i i R

i khi v i i i khi v i i

Z min Z Zmax

Z Z

I i I ,

v V const

min min max

max max min

(2)R Z L

R Z L

i i i

i i i

Mạch ổn áp dùng diode zener

Để

31

Z min Z ZmaxI i I

minmin max

maxmax min

S ZZ L

i

S ZZ L

i

V VI I

R

V VI I

R

max min

min max max min

S Z S Zi

L Z L Z

V V V VR

I I I I