Bài giảng điện tử tương tự và số

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.4 MB, 141 trang )

Bài giảng

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ
Người soạn: Lê Xuân Thành
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà nội, 8/2007

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

THÔNG TIN CHI TIẾT VỀ HỌC PHẦN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ
1. Tên học phần: Điện tử Tương tự và Số
2. Số tín chỉ: 4
3. Phân bổ thời gian:
60 tiết lý thuyết
4. Điều kiện:
Kiến thức về Vật lý và Toán học.
5. Tóm tắt nội dung học phần:
– Lý thuyết mạch
– Điện tử tương tự
– Điện tử số
6. Nhiệm vụ của sinh viên:
– Tham dự đầy đủ các giờ lên lớp gồm lý thuyết và bài tập
– Thực hiện đầy đủ các phần việc được giao như bài tập, bài thực hành…
7. Liên hệ:

Lê Xuân Thành
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông
Email: [email protected]
Office: +8448696125
Mobile: +84906755789

2

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

MỤC LỤC
PHẦN 1. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG I. CÁC LINH KIỆN THU ĐỘNG
I.1. Điện trở
I.2 Tụ điện
I.3 Cuộn cảm
CHƯƠNG II. CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
II.1.Diode
II.2. Transistor
II.3. Cách mắc transistor

PHẦN 2. KỸ THUẬT MẠCH TƯƠNG TỰ
CHƯƠNG I. MẠCH KHUẾCH ĐẠI
I.1. Khái niệm và phân loại
I.2. Các thong số kỹ thuật cơ bản của bộ khuếch đại tần thấp.
I.3. Các mạch khuếch đại một tầng dung transistor
I.4 Các mạch khuếch đại nhiều tầng và khuếch đại dung vi mạch

CHƯƠNG II. MẠCH TÍNH TOÁN TƯƠNG TỰ
II.1. Vi mạch khuếch đại tính toán (Op-Amp)
II.2. Mạch tính toán tương tự dung Op-Amp
CHƯƠNG III. MẠCH NGUỒN
III.1. Khái niệm – phân loại và các thông số kỹ thuật cơ bản
III.2. Nguồn chỉnh lưu
III.3. Nguồn ổn áp một chiều kiểu bù
III.4. Nguồn ổn áp kiểu xung

3

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

PHẦN 3. MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ
CHƯƠNG I. CÁC HÀM LÔGIC
I.1. Đại số Boole
I.2 Dạng biểu diễn chính quy các hàm lôgic
I.3 Phương pháp tối thiểu hóa các hàm lôgic
CHƯƠNG II. CÁC PHẦN TỬ LÔGIC CƠ BẢN VÀ MẠCH THỰC HIỆN
II.1.Mạch hoặc, mạch và dùng điôt
II.2. Mạch đảo dùng tranzixto
II.3. Các mạch tích hợp số
CHƯƠNG III. HỆ TỔ HỢP
III.1. Khái niệm
III.2. Một số hệ tổ hợp cơ bản
CHƯƠNG IV. HỆ DÃY
IV. 1. Khái niệm

IV. 2 Các mô hình hệ dãy
IV.3. Các trigơ
IV. 4. Một số ứng dụng hệ dãy

4

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

PHẦN 1. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 1. CÁC LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
Bài giảng số 1
 Thời lượng: 4 tiết.
 Tóm tắt nội dung
 Một số khái niệm.
 Các đại lượng điện cơ bản: dòng điện và điện áp.
 Các phần tử điện tuyến tính thụ động: điện trở, tụ điện.
 Nguồn điện.
 Một số định luật điện quan trọng.

1.1. Điện trở:
Khái niệm: điện trở là linh kiện cản trở dòng điện.
Ký hiệu:
R

Quan hệ điện áp-dòng điện của điện trở:
I

U
R

Các thông số điện trở:
o Giá trị điện trở R:
R  .

l
S

Trong đó:

ρ: điện trở suất [Ωm]
l: chiều dài dây dẫn [m]
S: tiết diện dây dẫn [m2]
Đơn vị: Ω, KΩ, MΩ.
Giá trị điện trở R đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của linh kiện.
Giá trị điện trở R càng lớn thì linh kiện cản trở dòng điện càng nhiều, tức là
dòng điện qua linh kiện càng nhỏ. Giá trị điện trở R càng nhỏ thì linh kiện càng
cho dòng điện đi qua dễ dàng, tức là dòng điện qua linh kiện càng lớn.
o Sai số
Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị
danh định, được tính theo %
 

Trong đó:

Rtt  Rdd
 100 %
Rdd

Rtt: Giá trị thực tế của điện trở
Rdd: Giá trị danh định của điện trở
5

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

o Hệ số nhiệt điện trở:
Điện trở là một linh kiện rất nhạy với nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi, giá trị
điện trở cũng bị thay đổi theo. Hệ số nhiệt điện trở là sự thay đổi tương đối
của giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi 1oC, được tính theo phần triệu


R / T
.10 6 ( ppm / oC ) (parts per million)
R

o Định luật Jule-Lenx tính công suất tiêu tán trên điện trở:
p (t )  u (t ).i (t )
 Ri 2 (t )


1 2
u (t )  Gu 2 (t )
R

o Công suất tối đa cho phép:

Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có
thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy.
Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt.

Pmax

2
U max
2

 I max
.R
R

 Một số loại điện trở thông dụng:
+ Điện trở có giá trị xác định
o Điện trở than ép:
Được chế tạo bằng cách trộn bột than với vật liệu cách điện, sau đó
được nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng hình trụ và được bảo vệ
bằng lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn.

o Điện trở dây quấn:
Được chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫn
điện tốt (Nichrome) quanh một lõi hình trụ. Trở kháng phụ thuộc vào
vật liệu dây dẫn, đường kính và độ dài của dây dẫn.

6

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

o Điện trở màng mỏng:
Được sản xuất bằng cách lắng đọng Cacbon, kim loại hoặc oxide
kim loại dưới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ.

+ Điện trở có giá trị thay đổi (biến trở)
Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc
dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt. Con trượt tiếp
xúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyển
điện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi. Có thể có loại biến
trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) hoặc biến trở phi
tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay).

7

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

 Cách ghi và đọc các tham số điện trở
+ Biểu diễn trực tiếp
Chữ cái đầu tiên và các chữ số biểu diễn giá trị của điện trở: R(E) –
Ω; K – K Ω; M – M Ω;…
Chữ cái thứ hai biểu diễn dung sai:
F=1%
J=5%
Ví dụ: 8K2J: R=8,2KΩ; δ=5%

R=8,2KΩ ± 0.41 KΩ= 7,79KΩ  8,61KΩ

G=2%

K=10%

H=2,5%

M=20%

Hoặc có thể các chữ số để biểu diễn giá trị của điện trở và chữ cái để biểu
diễn dung sai. Khi đó chữ số cuối cùng biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy
thừa 10).
Ví dụ: 4703G: R=470K Ω; δ=2%
+ Biểu diễn bằng các vạch màu
Đối với các điện trở có kích thước nhỏ không thể ghi trực tiếp các
thông số khi đó người ta thường vẽ các vòng màu lên thân điện trở.
4 vòng màu:
– 2 vòng đầu biểu diễn 2 chữ số có nghĩa thực
– Vòng thứ 3 biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10)
– Vòng thứ 4 biểu diễn sai số
Màu
Đen

Trị số
0

Sai số

Nâu

1

1%

Đỏ

2

2%

Cam

3

Vàng

4

Lục

5

Lam

6

Tím

7

Xám

8

Trắng

9

Vàng kim

-1

5%

Bạc kim

-2

10%

8

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

1.2. Tụ điện:
Khái niệm: tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được đặt song

song với nhau, ở giữa là lớp cách điện gọi là chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica,
hay gốm, không khí). Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ
dầu, tụ gốm hay tụ không khí).

Ký hiệu:
C
C

Tụ không phân cực

Tụ phân cực

Quan hệ điện áp – dòng điện của tụ điện:
iC

 Các thông số tụ điện:
o Điện dung của tụ điện:
C

dU
dt

 . 0 .S
d

trong đó, ε: hằng số điện môi của chất cách điện
ε0=8,85.10-12(F/m): hằng số điện môi của chân không
S: Diện tích hiệu dụng của 2 bản cực
d: Khoảng cách giữa 2 bản cực
Đơn vị: F, mF, uF.

Điện dung đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng của tụ điện.
o Sai số:
Là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị điện dung thực tế và giá trị
danh định của tụ điện, được tính theo %


Ctt  Cdd
Cdd

trong đó, Ctt: điện dung thực tế
Cdd: điện dung danh định

9

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

o Trở kháng của tụ điện:
Zc 

1
  j. X c
j 2fC

Trở kháng của tụ điện đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện
xoay chiều của tụ điện
o Gọi E(t) là năng lượng do dòng điện tích tụ trên tụ tại thời điểm t.
t

E (t )   u (t ).i (t ).dt
0
t

  u (t ).C
0

du
dt

t

 C  u (t ) du (t )
0



1 2
1
Cu (t )  Cu 2 (0)
2
2

Nếu tại thời điểm ban đầu tụ không tích điện u(0) = 0, thì năng
lượng trên tụ tại thời điểm bất kỳ là:
E (t ) 

1 2
Cu (t )

2

o Hệ số nhiệt của tụ điện:
Là độ thay đổi tương đối của giá trị điện dung khi nhiệt độ thay đổi
1oC, được tính theo o/oo:
TCC 

C

T 10 6 ( ppm / oC )
C

o Điện áp đánh thủng:
Khi đặt vào 2 bản cực của tụ điện áp một chiều, sinh ra một điện
trường giữa 2 bản cực. Điện áp càng lớn thì cường độ điện trường càng lớn,
do đó các electron có khả năng bứt ra khỏi nguyên tử trở thành các electron
tự do, gây nên dòng rò. Nếu điện áp quá lớn, cường độ dòng rò tăng, làm
mất tính chất cách điện của chất điện môi, người ta gọi đó là hiện tượng tụ
bị đánh thủng. Điện áp một chiều đặt vào tụ khi đó gọi là điện áp đánh
thủng.
 Một số loại tụ điện thông dụng:
+ Tụ điện có điện dung xác định:
o Tụ giấy:
Là tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lớp giấy
tẩm dầu được cuộn lại theo dạng hình trụ.

10

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

o Tụ gốm:
Là tụ không phân cực được sản xuất bằng cách lắng đọng màng kim
loại mỏng trên 2 mặt của đĩa gốm hoặc cũng có thể ở mặt trong và mặt
ngoài của ống hình trụ, hai điện cực được gắn với màng kim loại và
được bọc trong vỏ chất dẻo.
o Tụ mica:
Là tụ không phân cực được chế tạo bằng cách đặt xen kẽ các lá kim
loại với các lớp Mica (hoặc cũng có thể lắng đọng màng kim loại lên
các lớp Mica để tăng hệ số phẩm chất).
o Tụ điện phân (tụ hóa):
Là loại tụ phân cực, gồm các lá nhôm được cách ly bởi dung dịch
điện phân và được cuộn lại thành dạng hình trụ.

+ Tụ xoay:
Gồm các lá động và lá tĩnh được đặt xen kẽ với nhau, hình thành nên
bản cực động và bản cực tĩnh. Khi các lá động xoay làm thay đổi diện tích
hiệu dụng giữa 2 bản cực do đó thay đổi giá trị điện dung của tụ. Giá trị
điện dung của tụ xoay phụ thuộc vào số lượng các lá kim loại và khoảng
không gian giữa các lá kim loại

11

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

 Cách ghi và đọc tham số của tụ điện
+ Ghi trực tiếp: Đồi với các tụ có kích thước lớn (Tụ hóa, Tụ tantal) có thể
ghi trực tiếp các thông số trên thân của tụ
 Giá trị điện dung
 Điện áp đánh thủng
+ Ghi theo quy ước
 3 chữ số và 1 chữ cái:
 Đơn vị là pF
 2 chữ số đầu có nghĩa thực
 Chữ số thứ 3 biểu diễn bậc của lũy thừa 10
 Chữ cái biểu diễn sai số
Ví dụ:
0.047/200V: C=0,047μF; UBR=200V
2.2/35: C=2,2μF; UBR=35V
102J: C=10.102pF=1nF; δ=5%
.22K:C=0,22μF; δ=10%

1.3. Cuộn cảm:
1.3.1 Cuộn cảm
–

Là phần tử biến đổi tín hiệu điện dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

–

Sơ đồ:
L

–

Là phần tử có quán tính, dòng điện và điện áp không có quan hệ tuyến tính.

–

Thí nghiệm: cho dòng điện i chạy qua cuộn cảm L thấy xuất hiện điện áp u
cùng chiều với i.
L

i

u

–

Quan hệ u – i:
uL

i

di
dt

1
udt
L

L là đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm, được gọi là điện cảm có đơn vị là
Henry (H).

12

Bài giảng Điện tử tương tự và số
–

Bộ môn KTMT

Gọi năng lượng do dòng điện tích tụ trên cuộn cảm là E(t)
t

E (t )   u (t ).i (t ).dt
0
t

 L
0

di
.i (t ).dt
dt

t

 L  i (t ) di (t )
0

1
1
 Li 2 (t )  Li 2 (0)
2

2

–

Nếu tại thời điểm ban đầu dòng điện qua cuộn cảm bằng 0 thì năng lượng
trên cuộn cảm tại thời điểm bất kỳ là
E (t ) 

1 2
Li (t )
2

Nhận xét:
o Nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm không đổi thì điện áp trên cuộn
cảm bằng 0.
o Dòng điện qua cuộn cảm là hàm liên tục theo thời gian.
o Để giải phương trình vi phân cho cuộn cảm cần biết điều kiện đầu
iL(0).
1.3.2. Hỗ cảm
–

Hỗ cảm là hiện tượng tương tác từ giữa các dòng điện đặt đủ gần nhau.

–

Ta chỉ xét hiện tượng hỗ cảm giữa các cuộn cảm.

–

Xét 2 cuộn cảm có các dòng điện i1, i2 như hình vẽ:

i1

M
*

*

uH1

uH2
L1

–

i2

L2

Do hiện tượng hỗ cảm:
o Dòng điện i1 gây ra điện áp hỗ cảm uH2 trên cuộn L2.
o Dòng điện i2 gây ra điện áp hỗ cảm uH1 trên cuộn L1.
 Cần tìm chiều và độ lớn của các điện áp hỗ cảm.

–

Quy tắc xác định chiều điện áp hỗ cảm:
o Mỗi cuộn cảm có một đầu cùng tên được đánh dấu *. (Xem hình vẽ).

13

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

o Nếu dòng điện đi vào cuộn cảm ở đầu có dấu * sẽ được gọi là dòng
điện vào. Nếu dòng điện đi vào ở đầu không có dấu * sẽ được gọi là
dòng điện ra.
o Nếu 2 dòng điện đi qua 2 cuộn cảm là cùng tên thì điện áp hỗ cảm
trên mỗi cuộn sẽ cùng chiều với dòng điện đi qua nó.
o Nếu 2 dòng điện đi qua 2 cuộn cảm là khác tên thì điện áp hỗ cảm
trên mỗi cuộn sẽ ngược chiều với dòng điện đi qua nó.
–

Công thức tính độ lớn điện áp hỗ cảm:
o Giữa các cuộn cảm có hiện tượng hỗ cảm sẽ xác định một thông số
đặc trưng, gọi là thông số hỗ cảm, ký hiệu là M.
o Độ lớn điện áp hỗ cảm:
di2
dt
di
M 1
dt

uH 1  M
uH 2

14

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

CHƯƠNG 2. CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
Bài giảng số 2
 Thời lượng: 4 tiết.
 Tóm tắt nội dung
 Cấu tạo diode.
 Đặc tuyến của diode
 Sơ đồ tương đương

Diode là một trong những linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi nhất và
đóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử như mạch chỉnh lưu, mạch ghim…

2.1. Diode:
Diode được tạo thành từ lớp bán dẫn pha tạp loại p và bán dẫn pha tạp loại n ghép
tiếp xúc công nghệ với nhau như hình vẽ:
p

n

Các quá trình vật lý xảy ra giữa hai lớp bán dẫn này được sử dụng để tạo thành
tính chất cho diode.
Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong mạch điện được biểu diễn như sau:
A

K

Diode có hai cực:

+ Cực A (anốt) là cực nối với lớp bán dẫn p.
+ Cực K (katốt) là cực nối với lớp bán dẫn n.
Nguyên lý hoạt động: Sự tác động qua lại giữa hai lớp bán dẫn p và bán dẫn n tạo
nên tính chất đặc biệt của diode.
Với diode lý tưởng:
Khi UA≥UK thì diode phân cực thuận, hay còn gọi là diode thông mạch. Khi
đó, dòng điện qua diode hoàn toàn, trở kháng diode bằng không, đoạn mạch chứa
diode coi như ngắn mạch.

15

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

Khi UAđó, dòng điện đi qua diode là bằng không, trở kháng diode bằng vô cùng, đoạn
mạch chứa diode coi như hở mạch.
A

K

 UA≥UK
 UAtrong đó, vD là điện áp đặt trên diode, iD là dòng điện chạy qua diode.
vD = UA – UK
Do tính chất đóng mở mạch theo điện áp đặt trên diode nên diode được gọi
là có tính chất “van dòng điện”. Tức là dòng điện sẽ được cho qua hay không là do
trạng thái đóng hay mở của van, tức là do điện áp điều khiển.

2.1.1 Đặc tuyến Vol-Ampere của diode:
Đặc tuyến vol-ampere là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện
qua diode. Đặc tuyến vol-ampere của diode bán dẫn được mô tả như sau:

Đặc tuyến của diode chia thành 3 vùng:
 Vùng 1: diode phân cực thuận.
Khi một điện áp dương đặt tới hai đầu diode đủ lớn, diode sẽ cho dòng điện
chảy qua hoàn toàn. Diode có thể coi như ngắn mạch.

16

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

 Vùng 2: diode phân cực ngược.
Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện chảy qua diode là rất
nhỏ. Khi điện áp âm lớn hơn vài phần trăm vol, dòng điện ngược sẽ không đổi
và đạt tới dòng bão hòa ngược là ID=-I0.
Tại vùng 1 và vùng 2, đặc tuyến vol-ampere của diode tuân theo biểu thức
Shockley:
 q.VD

I D  I 0 . e nkT  1



trong đó:

+ q là điện tích electron, 1.6022 x 10-19 C.
+ k là hằng số Boltzmann, 1.3806 x 10-23 J/K.
+ I0 là dòng điện bão hòa ngược, giá trị từ 10-16 đến 1μA.
+ T là nhiệt độ ở thang Kelvins (K).
+ n là hằng số hiệu chỉnh, về lý thuyết lấy giá trị 1, trên thực
tế lấy giá trị từ 1 đến 2 đối với diode thực.
Ở nhiệt độ phòng chuẩn (25oC, 77oF, 298.16K), q kT  38.92V 1, ta có:
I D  I 0 .(e

38.92.VD

n

 1)

Để đơn giản, biểu thức Shockley thường được viết dưới dạng sau:
 VD

I D  I 0 . e VT .n  1



trong đó: VT  kT q gọi là điện áp nhiệt, là hàm chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Khi diode phân cực thuận với điện áp đủ lớn, thành phần -1 trong biểu thức
tính ID có thể bỏ qua. Ví dụ, khi n=1, VD=0.1 ở nhiệt độ phòng, thành phần
38.92.VD

e

n

 e 3.892  49.01. So với giá trị 1, nếu chấp nhận sai số 2% thì ta có thể

bỏ qua giá trị -1 trong biểu thức tính ID khi vD>0.1V.
 VD VT .n 
 (VD>0.1V)
I D  I 0 . e


38.92.VD

n
 e 3.892  0.02
Khi diode phân cực ngược, với VDcó thể bỏ qua khi so với 1, vì vậy:
I D  I 0
(VD Vùng 3: vùng đánh thủng.
Khi điện áp âm đủ lớn đặt vào hai đầu diode (khoảng -100V), dòng điện
ngược qua diode tăng đột ngột khi điện áp không thay đổi, tính chất van của
diode bị phá hỏng. Hiện tượng này được gọi là Zener hay đánh thủng. Điện áp
mà tại đó xảy ra hiện tượng trên gọi là điện áp đánh thủng, ký hiệu là VBR.

17

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

Các tham số giới hạn của diode:
 Điện áp ngược cực đại Ungcmax là điện áp ngược lớn nhất để diode còn thể
hiện tính chất van (chưa bị đánh thủng). Ungcmax thường chọn bằng 80%
điện áp đánh thủng VBR.
 Dòng điện cực đại qua diode khi phân cực thuận IAcf .
 Công suất tiêu hao cực đại trên cho phép trên diode để chưa bị hỏng vì
nhiệt PAcf.
 Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên diode để nó còn có tính chất
van fmax.

2.1.2. Sơ đồ tương đương diode:
Việc tính toán toán học các mạch diode gặp rất nhiều khó khăn do tính phi
tuyến, đặc biệt là sự xuất hiện của các thành phần hàm mũ trong đó. Vì vậy, để
đơn giản người ta đưa ra một số các sơ đồ tuyến tính tương đương của diode. Mỗi
một sơ đồ có độ chính xác khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà người thiết kế
quyết định chọn sơ đồ nào cho phù hợp.
a. Sơ đồ tương đương ở chế độ 1 chiều:
Các sơ đồ tương đương tuyến tính của diode bán dẫn trong chế độ một
chiều được gọi là các mô hình tuyến tính thông minh piecewise-linear models. Đặc
tuyến vol-ampere của diode được xấp xỉ bằng một chuỗi các đoạn thẳng. Bốn sơ
đồ tương đương của diode ở chế độ 1 chiều được chỉ ra như hình vẽ:

Với mỗi hình vẽ, hình phía trên là sơ đồ tương đương, đồ thị phía dưới là đặc
tuyến vol-ampere tương ứng. Trong mỗi đồ thị, đường nét đứt là đường của diode
thực, đường nét đậm là đặc tuyến tạo ra được của các sơ đồ tương đương.
Hình (a) là sơ đồ tương đương đơn giản nhất cho diode bán dẫn gọi là
diode lý tưởng. Khi vD>0 thì diode cho dòng điện đi qua hoàn toàn. Diode coi như
bị ngắn mạch. Khi vD<0 thì diode ngăn không cho dòng điện đi qua. Diode coi như
bị hở mạch. Hình biểu diễn của diode lý tưởng giống như diode bán dẫn nhưng có
thêm chữ Ideal (lý tưởng) ở phía trên.

18

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

Hình (b) là một sơ đồ tương đương chính xác hơn. Điện trở Rth cho phép
điện áp phân cực thuận nhận giá trị khác 0.Giá trị của Rth nằm trong khoảng 1 đến
50Ω.
Hình (c) một nguồn điện 1 chiều V0 mắc nối tiếp với điện trở sẽ làm cho
đặc tuyến vol-ampere gần với đặc tuyến thực hơn. Giá trị của V0 nằm trong
khoảng 0.4 đến 0.7V.
Từ sơ đồ tương đương hình (c) ta có:
V D  V0  I D .Rth
(khi V D  V0 )
Hình (d) là sơ đồ tương đương cho vùng đánh thủng Zener.Giá trị của
nguồn 1 chiều đúng bằng điện áp đánh thủng VBR .
b. Sơ đồ tương đương ở chế độ xoay chiều:
Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều xây dựng ở phần trước thường được
dùng để tính toán điểm làm việc DC của diode bán dẫn.
 Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số thấp
Ở đây, ta sẽ xem xét các mạch tín hiệu nhỏ, tức là tín hiệu có biên độ là nhỏ
so với điện áp và dòng điện 1 chiều tại điểm làm việc. Khi tín hiệu nhỏ, chỉ cần
mô hình tương đương tuyến tính là phù hợp. Khi các thành phần tần số của tín
hiệu là thấp, chúng ta có thể bỏ qua tác động điện dung trong diode.
Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ chỉ là một
điện trở động r được xác định như hình vẽ.

Chú ý giá trị điện trở động chỉ phụ thuộc vào điểm làm việc 1 chiều (ID) và
nhiệt độ (VT).
 Sơ đồ tương đương ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao
Khi ở tần số cao, diode sẽ tạo ra giá trị điện dung tác động lên tín hiệu. Vì
vậy, mô hình cuối cùng mà ta tìm hiểu sẽ cho thấy tác động của diode lên các tín
hiệu tần số cao.

Hình (a) là sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ,
tần số cao khi phân cực ngược.
Hình (b) là sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ,
tần số cao khi phân cực thuận.
19

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

2.1.3. Một số ứng dụng của diode:
a. Mạch chỉnh lưu:
Mạch chỉnh lưu là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều.
 Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ:

+ V1 là điện áp lưới 220V, 50Hz.
+ T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành
dòng xoay chiều có biên độ thay đổi.
+ D1 là diode, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng
xoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều.
Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều.

Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán
trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn.
 0 < t < T/2:
U2>0 => diode phân cực thuận => U0=U2.
 T/2 < t < T:
U2<0 => diode phân cực ngược => U0=0.
Nhận xét:

20

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

+ Tại đầu ra, điện áp luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu
điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Tuy nhiên, điện áp ra chỉ tồn tại
trong nửa chu kỳ dương của điện áp vào. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh
lưu 1 nửa chu kỳ.
+ Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U 2 là
điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2)
T
___
T
2 .U 2  cos( 2ft )
2 .U 2
1
2
U 0   2 .U 2. sin(t ) dt 

.

 0.45U 2
0
T 0
T
2f

+ Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn
định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm
cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau:
D1
V1

T1

220 V
50 Hz
0Deg

U2

C1

R1

Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn.

 Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ:
D1

V1
220 V
50 Hz
0Deg

T1

U 21

U 22

R1
10k

D2

21

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

+ V1 là điện áp lưới, 220V, 50Hz.
+ T1 là biến áp có điểm đất chung ở giữa. Hai điện áp ra U 21 và U22
sẽ ngược pha nhau.
+ Hai diode D1 và D2 phối hợp với nhau đảm bảo điện áp ra tồn tại
trong cả hai chu kỳ.
Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều.

Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán
trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn.
 0 < t < T/2:
U21>0 => Diode 1 phân cực thuận
U22<0 => Diode 2 phân cực ngược
 T/2 < t < T:
U21<0 => Diode 1 phân cực ngược
U22>0 => Diode 2 phân cực thuận

=> U0=U21

=> U0=U22

Nhận xét:
+ Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh
lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Điện áp ra tồn tại trong cả hai
nửa chu kỳ. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ.
+ Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U21 và
U22 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2). Dễ thấy giá trị trung bình
của điện áp ra trong mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh lưu
___

1 nửa chu kỳ, vậy U 0  0.9U 2
+ Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp ra, thường sử dụng hệ số
gợn sóng được định nghĩa đối với thành phần sóng bậc n:
22

Bài giảng Điện tử tương tự và số
qn 

Bộ môn KTMT

U nm
với Unm là biên độ sóng có tần số n.ω, U0 là thành phần điện áp 1
U0

chiều trên tải. Đối với mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ta có: q1 = 0.67
+ Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn
định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm
cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau:
D1
V1

T1

U

21

C1

220 V
50 Hz
0Deg

U

22

R1

D2

Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn.

___

Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình của điện áp ra sẽ tăng U 0  2 .U 2 và
hệ số gợn sóng giảm q1 ≤ 0.02.
 Mạch chỉnh lưu cầu:
V1
220 V
50 Hz
0Deg

T1

D1

D2

U2
D4

U0

D3
R1

+ 4 diode D1, D2, D3, D4 mắc như trên gọi là mắc theo hình cầu.
+ V1 là nguồn điện áp lưới.
+ T1 là biến áp.

23

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

Mạch thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp lưới thành dòng
điện một chiều như hình vẽ sau:

0 < t < T/2:
U2 > 0 => D1, D3 phân cực ngược; D2, D4 phân cực thuận => U0 = U2
 T/2 < t < T:
U2 < 0 => D1, D3 phân cực thuận; D2, D4 phân cực ngược => U0 = -U2
b. Mạch ghim:
 Mạch ghim trên nối tiếp:
Mạch ghim trên là mạch giữ cho điện áp ra không vượt quá một giá trị
ngưỡng E. Khi điện áp vào nhỏ hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện áp
vào lớn hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E.
Sơ đồ mạch ghim trên nối tiếp được biểu diễn trên hình vẽ:
D1

U0

U1
R

E

+ U1 là tín hiệu vào
+ E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế trên.
+ D1 là diode.
Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy:
+ Điện áp vào U1 đặt tới đầu Katốt của diode.
+ Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Anốt của diode.
24

Bài giảng Điện tử tương tự và số

Bộ môn KTMT

Phân tích hoạt động của mạch:
 0 < t < t1 :
U1 < E => Diode phân cực thuận => U0 = U1
 t1 < t < t2:
U1 > E => Diode phân cực ngược => U0 = E
 t2 < t < t3:
U1 < E => Diode phân cực thuận => U0 = U1
Nhận xét:
+ Khi điện áp vào nhỏ hơn E thì điện áp ra bằng điện áp vào. Khi
điện áp vào lớn hơn E thì điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E. Như vậy, mạch sẽ ghim
không cho điện áp ra lớn hơn E. Đó chính là mạch ghim trên.
 Mạch ghim dưới nối tiếp:
Mạch ghim dưới là mạch giữ cho điện áp ra không nhỏ hơn một giá trị
ngưỡng E. Khi điện áp vào lớn hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện áp

vào nhỏ hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E.
Sơ đồ mạch ghim trên nối tiếp được biểu diễn trên hình vẽ:
D1

U0
U1
R

E

+ U1 là tín hiệu vào
+ E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế dưới. Chú ý nguồn
E mắc ngược lại so với trường hợp mạch ghim trên nối tiếp. Khi đó, mức ghim
dưới bằng –|E|.
+ D1 là diode.
Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy:
+ Điện áp vào U1 đặt tới đầu của Anốt diode.
+ Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Katốt của diode.
25

Lê Xuân ThànhBộ môn Kỹ thuật Máy tính, Viện Công nghệ tin tức và Truyền thôngEmail : [email protected] : + 8448696125M obile : + 84906755789B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTMỤC LỤCPHẦN 1. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬCHƯƠNG I. CÁC LINH KIỆN THU ĐỘNGI. 1. Điện trởI. 2 Tụ điệnI. 3 Cuộn cảmCHƯƠNG II. CÁC LINH KIỆN BÁN DẪNII. 1. DiodeII. 2. TransistorII. 3. Cách mắc transistorPHẦN 2. KỸ THUẬT MẠCH TƯƠNG TỰCHƯƠNG I. MẠCH KHUẾCH ĐẠII. 1. Khái niệm và phân loạiI. 2. Các thong số kỹ thuật cơ bản của bộ khuếch đại tần thấp. I. 3. Các mạch khuếch đại một tầng dung transistorI. 4 Các mạch khuếch đại nhiều tầng và khuếch đại dung vi mạchCHƯƠNG II. MẠCH TÍNH TOÁN TƯƠNG TỰII. 1. Vi mạch khuếch đại đo lường và thống kê ( Op-Amp ) II. 2. Mạch giám sát tương tự dung Op-AmpCHƯƠNG III. MẠCH NGUỒNIII. 1. Khái niệm – phân loại và những thông số kỹ thuật kỹ thuật cơ bảnIII. 2. Nguồn chỉnh lưuIII. 3. Nguồn ổn áp một chiều kiểu bùIII. 4. Nguồn ổn áp kiểu xungBài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTPHẦN 3. MẠCH ĐIỆN TỬ SỐCHƯƠNG I. CÁC HÀM LÔGICI. 1. Đại số BooleI. 2 Dạng trình diễn chính quy những hàm lôgicI. 3 Phương pháp tối thiểu hóa những hàm lôgicCHƯƠNG II. CÁC PHẦN TỬ LÔGIC CƠ BẢN VÀ MẠCH THỰC HIỆNII. 1. Mạch hoặc, mạch và dùng điôtII. 2. Mạch hòn đảo dùng tranzixtoII. 3. Các mạch tích hợp sốCHƯƠNG III. HỆ TỔ HỢPIII. 1. Khái niệmIII. 2. Một số hệ tổng hợp cơ bảnCHƯƠNG IV. HỆ DÃYIV. 1. Khái niệmIV. 2 Các quy mô hệ dãyIV. 3. Các trigơIV. 4. Một số ứng dụng hệ dãyBài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTPHẦN 1. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬCHƯƠNG 1. CÁC LINH KIỆN THỤ ĐỘNGBài giảng số 1  Thời lượng : 4 tiết.  Tóm tắt nội dung  Một số khái niệm.  Các đại lượng điện cơ bản : dòng điện và điện áp.  Các thành phần điện tuyến tính thụ động : điện trở, tụ điện.  Nguồn điện.  Một số định luật điện quan trọng. 1.1. Điện trở : Khái niệm : điện trở là linh phụ kiện cản trở dòng điện. Ký hiệu : Quan hệ điện áp-dòng điện của điện trở : I  Các thông số kỹ thuật điện trở : o Giá trị điện trở R : R  . Trong đó : ρ : điện trở suất [ Ωm ] l : chiều dài dây dẫn [ m ] S : tiết diện dây dẫn [ mét vuông ] Đơn vị : Ω, KΩ, MΩ. Giá trị điện trở R đặc trưng cho năng lực cản trở dòng điện của linh phụ kiện. Giá trị điện trở R càng lớn thì linh phụ kiện cản trở dòng điện càng nhiều, tức làdòng điện qua linh phụ kiện càng nhỏ. Giá trị điện trở R càng nhỏ thì linh phụ kiện càngcho dòng điện đi qua thuận tiện, tức là dòng điện qua linh phụ kiện càng lớn. o Sai sốSai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị trong thực tiễn của điện trở và giá trịdanh định, được tính theo %   Trong đó : Rtt  Rdd  100 % RddRtt : Giá trị trong thực tiễn của điện trởRdd : Giá trị danh định của điện trởBài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTo Hệ số nhiệt điện trở : Điện trở là một linh phụ kiện rất nhạy với nhiệt độ. Khi nhiệt độ đổi khác, giá trịđiện trở cũng bị biến hóa theo. Hệ số nhiệt điện trở là sự đổi khác tương đốicủa giá trị điện trở khi nhiệt độ biến hóa 1 oC, được tính theo phần triệu    R /  T. 10 6 ( ppm / oC ) ( parts per million ) o Định luật Jule-Lenx tính hiệu suất tiêu tán trên điện trở : p ( t )  u ( t ). i ( t )  Ri 2 ( t ) 1 2 u ( t )  Gu 2 ( t ) o Công suất tối đa được cho phép : Công suất tối đa được cho phép là hiệu suất nhiệt lớn nhất mà điện trở cóthể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và hoàn toàn có thể bị cháy. Công suất tối đa được cho phép đặc trưng cho năng lực chịu nhiệt. PmaxU max  I max. R  Một số loại điện trở thông dụng : + Điện trở có giá trị xác địnho Điện trở than ép : Được sản xuất bằng cách trộn bột than với vật tư cách điện, sau đóđược nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng hình tròn trụ và được bảo vệbằng lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn. o Điện trở dây quấn : Được sản xuất bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫnđiện tốt ( Nichrome ) quanh một lõi hình tròn trụ. Trở kháng nhờ vào vàovật liệu dây dẫn, đường kính và độ dài của dây dẫn. Bài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTo Điện trở màng mỏng dính : Được sản xuất bằng cách ngọt ngào Cacbon, sắt kẽm kim loại hoặc oxidekim loại dưới dạng màng mỏng mảnh trên lõi hình tròn trụ. + Điện trở có giá trị đổi khác ( biến trở ) Biến trở ( Variable Resistor ) có cấu trúc gồm một điện trở màng than hoặcdây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt. Con trượt tiếpxúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyểnđiện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại hoàn toàn có thể đổi khác. Có thể có loại biếntrở tuyến tính ( giá trị điện trở đổi khác tuyến tính theo góc xoay ) hoặc biến trở phituyến ( giá trị điện trở biến hóa theo hàm logarit theo góc xoay ). Bài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT  Cách ghi và đọc những tham số điện trở + Biểu diễn trực tiếpChữ cái tiên phong và những chữ số màn biểu diễn giá trị của điện trở : R ( E ) – Ω ; K – K Ω ; M – M Ω ; … Chữ cái thứ hai màn biểu diễn dung sai : F = 1 % J = 5 % Ví dụ : 8K2 J : R = 8,2 KΩ ; δ = 5 % R = 8,2 KΩ ± 0.41 KΩ = 7,79 KΩ  8,61 KΩG = 2 % K = 10 % H = 2,5 % M = 20 % Hoặc hoàn toàn có thể những chữ số để trình diễn giá trị của điện trở và vần âm để biểudiễn dung sai. Khi đó chữ số sau cuối màn biểu diễn số chữ số 0 ( bậc của lũythừa 10 ). Ví dụ : 4703G : R = 470K Ω ; δ = 2 % + Biểu diễn bằng những vạch màuĐối với những điện trở có size nhỏ không hề ghi trực tiếp cácthông số khi đó người ta thường vẽ những vòng màu lên thân điện trở. 4 vòng màu : – 2 vòng đầu trình diễn 2 chữ số có nghĩa thực – Vòng thứ 3 trình diễn số chữ số 0 ( bậc của lũy thừa 10 ) – Vòng thứ 4 trình diễn sai sốMàuĐenTrị sốSai sốNâu1 % Đỏ2 % CamVàngLụcLamTímXámTrắngVàng kim-15 % Bạc kim-210 % Bài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT1. 2. Tụ điện : Khái niệm : tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được đặt songsong với nhau, ở giữa là lớp cách điện gọi là chất điện môi ( giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, không khí ). Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện ( tụ giấy, tụdầu, tụ gốm hay tụ không khí ). Ký hiệu : Tụ không phân cựcTụ phân cựcQuan hệ điện áp – dòng điện của tụ điện : i  C  Các thông số kỹ thuật tụ điện : o Điện dung của tụ điện : C  dUdt .  0. Strong đó, ε : hằng số điện môi của chất cách điệnε0 = 8,85. 10-12 ( F / m ) : hằng số điện môi của chân khôngS : Diện tích hiệu dụng của 2 bản cựcd : Khoảng cách giữa 2 bản cựcĐơn vị : F, mF, uF. Điện dung đặc trưng cho năng lực tích góp nguồn năng lượng của tụ điện. o Sai số : Là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị điện dung thực tiễn và giá trịdanh định của tụ điện, được tính theo %   Ctt  CddCddtrong đó, Ctt : điện dung thực tếCdd : điện dung danh địnhBài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTo Trở kháng của tụ điện : Zc    j. X cj 2  fCTrở kháng của tụ điện đặc trưng cho năng lực cản trở dòng điệnxoay chiều của tụ điệno Gọi E ( t ) là nguồn năng lượng do dòng điện tích tụ trên tụ tại thời gian t. E ( t )   u ( t ). i ( t ). dt   u ( t ). Cdudt  C  u ( t ) du ( t ) 1 2C u ( t )  Cu 2 ( 0 ) Nếu tại thời gian bắt đầu tụ không tích điện u ( 0 ) = 0, thì nănglượng trên tụ tại thời gian bất kể là : E ( t )  1 2C u ( t ) o Hệ số nhiệt của tụ điện : Là độ biến hóa tương đối của giá trị điện dung khi nhiệt độ thay đổi1oC, được tính theo o / oo : TCC   C  T  10 6 ( ppm / oC ) o Điện áp đánh thủng : Khi đặt vào 2 bản cực của tụ điện áp một chiều, sinh ra một điệntrường giữa 2 bản cực. Điện áp càng lớn thì cường độ điện trường càng lớn, do đó những electron có năng lực bứt ra khỏi nguyên tử trở thành những electrontự do, gây nên dòng rò. Nếu điện áp quá lớn, cường độ dòng rò tăng, làmmất đặc thù cách điện của chất điện môi, người ta gọi đó là hiện tượng kỳ lạ tụbị đánh thủng. Điện áp một chiều đặt vào tụ khi đó gọi là điện áp đánhthủng.  Một số loại tụ điện thông dụng : + Tụ điện có điện dung xác lập : o Tụ giấy : Là tụ không phân cực gồm những lá sắt kẽm kim loại xen kẽ với những lớp giấytẩm dầu được cuộn lại theo dạng hình tròn trụ. 10B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTo Tụ gốm : Là tụ không phân cực được sản xuất bằng cách ngọt ngào màng kimloại mỏng mảnh trên 2 mặt của đĩa gốm hoặc cũng hoàn toàn có thể ở mặt trong và mặtngoài của ống hình tròn trụ, hai điện cực được gắn với màng sắt kẽm kim loại vàđược bọc trong vỏ chất dẻo. o Tụ mica : Là tụ không phân cực được sản xuất bằng cách đặt xen kẽ những lá kimloại với những lớp Mica ( hoặc cũng hoàn toàn có thể ngọt ngào màng sắt kẽm kim loại lêncác lớp Mica để tăng thông số phẩm chất ). o Tụ điện phân ( tụ hóa ) : Là loại tụ phân cực, gồm những lá nhôm được cách ly bởi dung dịchđiện phân và được cuộn lại thành dạng hình tròn trụ. + Tụ xoay : Gồm những lá động và lá tĩnh được đặt xen kẽ với nhau, hình thành nênbản cực động và bản cực tĩnh. Khi những lá động xoay làm biến hóa diện tíchhiệu dụng giữa 2 bản cực do đó đổi khác giá trị điện dung của tụ. Giá trịđiện dung của tụ xoay phụ thuộc vào vào số lượng những lá sắt kẽm kim loại và khoảngkhông gian giữa những lá kim loại11Bài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT  Cách ghi và đọc tham số của tụ điện + Ghi trực tiếp : Đồi với những tụ có size lớn ( Tụ hóa, Tụ tantal ) có thểghi trực tiếp những thông số kỹ thuật trên thân của tụ  Giá trị điện dung  Điện áp đánh thủng + Ghi theo quy ước  3 chữ số và 1 vần âm :  Đơn vị là pF  2 chữ số đầu có nghĩa thực  Chữ số thứ 3 màn biểu diễn bậc của lũy thừa 10  Chữ cái màn biểu diễn sai sốVí dụ : 0.047 / 200V : C = 0,047 μF ; UBR = 200V2. 2/35 : C = 2,2 μF ; UBR = 35V102 J : C = 10.102 pF = 1 nF ; δ = 5 %. 22K : C = 0,22 μF ; δ = 10 % 1.3. Cuộn cảm : 1.3.1 Cuộn cảmLà thành phần đổi khác tín hiệu điện dựa vào hiện tượng kỳ lạ cảm ứng điện từ. Sơ đồ : Là thành phần có quán tính, dòng điện và điện áp không có quan hệ tuyến tính. Thí nghiệm : cho dòng điện i chạy qua cuộn cảm L thấy Open điện áp ucùng chiều với i. Quan hệ u – i : u  Li  didtudtL  L là đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm, được gọi là điện cảm có đơn vị chức năng làHenry ( H ). 12B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTGọi nguồn năng lượng do dòng điện tích tụ trên cuộn cảm là E ( t ) E ( t )   u ( t ). i ( t ). dt   Ldi. i ( t ). dtdt  L  i ( t ) di ( t )  Li 2 ( t )  Li 2 ( 0 ) Nếu tại thời gian khởi đầu dòng điện qua cuộn cảm bằng 0 thì năng lượngtrên cuộn cảm tại thời gian bất kể làE ( t )  1 2L i ( t ) Nhận xét : o Nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm không đổi thì điện áp trên cuộncảm bằng 0. o Dòng điện qua cuộn cảm là hàm liên tục theo thời hạn. o Để giải phương trình vi phân cho cuộn cảm cần biết điều kiện kèm theo đầuiL ( 0 ). 1.3.2. Hỗ cảmHỗ cảm là hiện tượng kỳ lạ tương tác từ giữa những dòng điện đặt đủ gần nhau. Ta chỉ xét hiện tượng kỳ lạ hỗ cảm giữa những cuộn cảm. Xét 2 cuộn cảm có những dòng điện i1, i2 như hình vẽ : i1uH1uH2L1i2L2Do hiện tượng kỳ lạ hỗ cảm : o Dòng điện i1 gây ra điện áp hỗ cảm uH2 trên cuộn L2. o Dòng điện i2 gây ra điện áp hỗ cảm uH1 trên cuộn L1.  Cần tìm chiều và độ lớn của những điện áp hỗ cảm. Quy tắc xác lập chiều điện áp hỗ cảm : o Mỗi cuộn cảm có một đầu cùng tên được ghi lại *. ( Xem hình vẽ ). 13B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTo Nếu dòng điện đi vào cuộn cảm ở đầu có dấu * sẽ được gọi là dòngđiện vào. Nếu dòng điện đi vào ở đầu không có dấu * sẽ được gọi làdòng điện ra. o Nếu 2 dòng điện đi qua 2 cuộn cảm là cùng tên thì điện áp hỗ cảmtrên mỗi cuộn sẽ cùng chiều với dòng điện đi qua nó. o Nếu 2 dòng điện đi qua 2 cuộn cảm là khác tên thì điện áp hỗ cảmtrên mỗi cuộn sẽ ngược chiều với dòng điện đi qua nó. Công thức tính độ lớn điện áp hỗ cảm : o Giữa những cuộn cảm có hiện tượng kỳ lạ hỗ cảm sẽ xác lập một thông sốđặc trưng, gọi là thông số kỹ thuật hỗ cảm, ký hiệu là M.o Độ lớn điện áp hỗ cảm : di2dtdi  M 1 dtuH 1  MuH 214B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTCHƯƠNG 2. CÁC LINH KIỆN BÁN DẪNBài giảng số 2  Thời lượng : 4 tiết.  Tóm tắt nội dung  Cấu tạo diode.  Đặc tuyến của diode  Sơ đồ tương đươngDiode là một trong những linh phụ kiện điện tử được sử dụng thoáng rộng nhất vàđóng vai trò quan trọng trong những mạch điện tử như mạch chỉnh lưu, mạch ghim … 2.1. Diode : Diode được tạo thành từ lớp bán dẫn pha tạp loại p và bán dẫn pha tạp loại n ghéptiếp xúc công nghệ tiên tiến với nhau như hình vẽ : Các quy trình vật lý xảy ra giữa hai lớp bán dẫn này được sử dụng để tạo thànhtính chất cho diode. Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong mạch điện được trình diễn như sau : Diode có hai cực : + Cực A ( anốt ) là cực nối với lớp bán dẫn p. + Cực K ( katốt ) là cực nối với lớp bán dẫn n. Nguyên lý hoạt động giải trí : Sự tác động ảnh hưởng qua lại giữa hai lớp bán dẫn p và bán dẫn n tạonên đặc thù đặc biệt quan trọng của diode. Với diode lý tưởng : Khi UA ≥ UK thì diode phân cực thuận, hay còn gọi là diode thông mạch. Khiđó, dòng điện qua diode trọn vẹn, trở kháng diode bằng không, đoạn mạch chứadiode coi như ngắn mạch. 15B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTKhi UAđó, dòng điện đi qua diode là bằng không, trở kháng diode bằng vô cùng, đoạnmạch chứa diode coi như hở mạch.  UA ≥ UK  UAtrong đó, vD là điện áp đặt trên diode, iD là dòng điện chạy qua diode. vD = UA – UKDo đặc thù đóng mở mạch theo điện áp đặt trên diode nên diode được gọilà có đặc thù “ van dòng điện ”. Tức là dòng điện sẽ được cho qua hay không là dotrạng thái đóng hay mở của van, tức là do điện áp điều khiển và tinh chỉnh. 2.1.1 Đặc tuyến Vol-Ampere của diode : Đặc tuyến vol-ampere là đồ thị màn biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điệnqua diode. Đặc tuyến vol-ampere của diode bán dẫn được diễn đạt như sau : Đặc tuyến của diode chia thành 3 vùng :  Vùng 1 : diode phân cực thuận. Khi một điện áp dương đặt tới hai đầu diode đủ lớn, diode sẽ cho dòng điệnchảy qua trọn vẹn. Diode hoàn toàn có thể coi như ngắn mạch. 16B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT  Vùng 2 : diode phân cực ngược. Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện chảy qua diode là rấtnhỏ. Khi điện áp âm lớn hơn vài Tỷ Lệ vol, dòng điện ngược sẽ không đổivà đạt tới dòng bão hòa ngược là ID = – I0. Tại vùng 1 và vùng 2, đặc tuyến vol-ampere của diode tuân theo biểu thứcShockley :  q. VDI D  I 0.  e nkT  1  trong đó : + q là điện tích electron, 1.6022 x 10-19 C. + k là hằng số Boltzmann, 1.3806 x 10-23 J / K. + I0 là dòng điện bão hòa ngược, giá trị từ 10-16 đến 1 μA. + T là nhiệt độ ở thang Kelvins ( K ). + n là hằng số hiệu chỉnh, về kim chỉ nan lấy giá trị 1, trên thựctế lấy giá trị từ 1 đến 2 so với diode thực. Ở nhiệt độ phòng chuẩn ( 25 oC, 77 oF, 298.16 K ), q kT  38.92 V  1, ta có : I D  I 0. ( e38. 92. VD  1 ) Để đơn thuần, biểu thức Shockley thường được viết dưới dạng sau :  VDI D  I 0.   e VT. n  1   trong đó : VT  kT q gọi là điện áp nhiệt, là hàm chỉ phụ thuộc vào vào nhiệt độ. Khi diode phân cực thuận với điện áp đủ lớn, thành phần – 1 trong biểu thứctính ID hoàn toàn có thể bỏ lỡ. Ví dụ, khi n = 1, VD = 0.1 ở nhiệt độ phòng, thành phần38. 92. VD  e 3.892  49.01. So với giá trị 1, nếu gật đầu sai số 2 % thì ta có thểbỏ qua giá trị – 1 trong biểu thức tính ID khi vD > 0.1 V.  VD VT. n    ( VD > 0.1 V ) I D  I 0.   e38. 92. VD  e  3.892  0.02 Khi diode phân cực ngược, với VDcó thể bỏ lỡ khi so với 1, vì thế : I D   I 0 ( VD  Vùng 3 : vùng đánh thủng. Khi điện áp âm đủ lớn đặt vào hai đầu diode ( khoảng chừng – 100V ), dòng điệnngược qua diode tăng bất thần khi điện áp không biến hóa, đặc thù van củadiode bị phá hỏng. Hiện tượng này được gọi là Zener hay đánh thủng. Điện ápmà tại đó xảy ra hiện tượng kỳ lạ trên gọi là điện áp đánh thủng, ký hiệu là VBR. 17B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTCác tham số số lượng giới hạn của diode :  Điện áp ngược cực lớn Ungcmax là điện áp ngược lớn nhất để diode còn thểhiện đặc thù van ( chưa bị đánh thủng ). Ungcmax thường chọn bằng 80 % điện áp đánh thủng VBR.  Dòng điện cực lớn qua diode khi phân cực thuận IAcf.  Công suất tiêu tốn cực lớn trên được cho phép trên diode để chưa bị hỏng vìnhiệt PAcf.  Tần số số lượng giới hạn của điện áp ( dòng điện ) đặt lên diode để nó còn có tính chấtvan fmax. 2.1.2. Sơ đồ tương tự diode : Việc giám sát toán học những mạch diode gặp rất nhiều khó khăn vất vả do tính phituyến, đặc biệt quan trọng là sự Open của những thành phần hàm mũ trong đó. Vì vậy, đểđơn giản người ta đưa ra 1 số ít những sơ đồ tuyến tính tương tự của diode. Mỗimột sơ đồ có độ đúng mực khác nhau, tùy theo nhu yếu sử dụng mà người thiết kếquyết định chọn sơ đồ nào cho tương thích. a. Sơ đồ tương tự ở chính sách 1 chiều : Các sơ đồ tương tự tuyến tính của diode bán dẫn trong chính sách mộtchiều được gọi là những quy mô tuyến tính mưu trí piecewise-linear models. Đặctuyến vol-ampere của diode được xê dịch bằng một chuỗi những đoạn thẳng. Bốn sơđồ tương tự của diode ở chính sách 1 chiều được chỉ ra như hình vẽ : Với mỗi hình vẽ, hình phía trên là sơ đồ tương tự, đồ thị phía dưới là đặctuyến vol-ampere tương ứng. Trong mỗi đồ thị, đường nét đứt là đường của diodethực, đường nét đậm là đặc tuyến tạo ra được của những sơ đồ tương tự. Hình ( a ) là sơ đồ tương tự đơn thuần nhất cho diode bán dẫn gọi làdiode lý tưởng. Khi vD > 0 thì diode cho dòng điện đi qua trọn vẹn. Diode coi nhưbị ngắn mạch. Khi vD < 0 thì diode ngăn không cho dòng điện đi qua. Diode coi nhưbị hở mạch. Hình màn biểu diễn của diode lý tưởng giống như diode bán dẫn nhưng cóthêm chữ Ideal ( lý tưởng ) ở phía trên. 18B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTHình ( b ) là một sơ đồ tương tự đúng mực hơn. Điện trở Rth cho phépđiện áp phân cực thuận nhận giá trị khác 0. Giá trị của Rth nằm trong khoảng chừng 1 đến50Ω. Hình ( c ) một nguồn điện 1 chiều V0 mắc tiếp nối đuôi nhau với điện trở sẽ làm chođặc tuyến vol-ampere gần với đặc tuyến thực hơn. Giá trị của V0 nằm trongkhoảng 0.4 đến 0.7 V.Từ sơ đồ tương tự hình ( c ) ta có : V D  V0  I D. Rth ( khi V D  V0 ) Hình ( d ) là sơ đồ tương tự cho vùng đánh thủng Zener. Giá trị củanguồn 1 chiều đúng bằng điện áp đánh thủng VBR. b. Sơ đồ tương tự ở chính sách xoay chiều : Sơ đồ tương tự chính sách 1 chiều thiết kế xây dựng ở phần trước thường đượcdùng để đo lường và thống kê điểm thao tác DC của diode bán dẫn.  Sơ đồ tương tự diode ở chính sách xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số thấpỞ đây, ta sẽ xem xét những mạch tín hiệu nhỏ, tức là tín hiệu có biên độ là nhỏso với điện áp và dòng điện 1 chiều tại điểm thao tác. Khi tín hiệu nhỏ, chỉ cầnmô hình tương tự tuyến tính là tương thích. Khi những thành phần tần số của tínhiệu là thấp, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể bỏ lỡ tác động ảnh hưởng điện dung trong diode. Sơ đồ tương tự của diode ở chính sách xoay chiều tín hiệu nhỏ chỉ là mộtđiện trở động r được xác lập như hình vẽ. Chú ý giá trị điện trở động chỉ nhờ vào vào điểm thao tác 1 chiều ( ID ) vànhiệt độ ( VT ).  Sơ đồ tương tự ở chính sách xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số caoKhi ở tần số cao, diode sẽ tạo ra giá trị điện dung ảnh hưởng tác động lên tín hiệu. Vìvậy, quy mô sau cuối mà ta tìm hiểu và khám phá sẽ cho thấy ảnh hưởng tác động của diode lên những tínhiệu tần số cao. Hình ( a ) là sơ đồ tương tự của diode ở chính sách xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao khi phân cực ngược. Hình ( b ) là sơ đồ tương tự của diode ở chính sách xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao khi phân cực thuận. 19B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT2. 1.3. Một số ứng dụng của diode : a. Mạch chỉnh lưu : Mạch chỉnh lưu là mạch đổi khác dòng điện xoay chiều thành dòng điệnmột chiều.  Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ luân hồi : + V1 là điện áp lưới 220V, 50H z. + T1 là biến áp, thực thi đổi khác dòng xoay chiều thànhdòng xoay chiều có biên độ biến hóa. + D1 là diode, nhờ đặc thù van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòngxoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều. Mạch điện thực thi biến hóa điện áp lưới thành điện áp một chiều. Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ luân hồi T, do đó ta chỉ cần tính toántrên 1 chu kỳ luân hồi từ 0 đến T. Các chu kỳ luân hồi còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn.  0 < t < T / 2 : U2 > 0 => diode phân cực thuận => U0 = U2.  T / 2 < t < T : U2 < 0 => diode phân cực ngược => U0 = 0. Nhận xét : 20B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT + Tại đầu ra, điện áp luôn ≥ 0 nên mạch đã thực thi việc chỉnh lưuđiện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Tuy nhiên, điện áp ra chỉ tồn tạitrong nửa chu kỳ luân hồi dương của điện áp vào. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnhlưu 1 nửa chu kỳ luân hồi. + Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau ( giả sử U 2 làđiện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2 ) ___2. U 2  cos ( 2  ft ) 2. U 2U 0   2. U 2. sin (  t ) dt   0.45 U 2T 02  f + Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổnđịnh. Tín hiệu 1 chiều mong ước là tín hiệu phẳng phiu và không thay đổi. Để làmcho tín hiệu ra phẳng phiu hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau : D1V1T1220 V50 Hz0DegU2C1R1Do quy trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra phẳng phiu hơn.  Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ luân hồi : D1V1220 V50 Hz0DegT1U 21U 22R110 kD221Bài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMT + V1 là điện áp lưới, 220V, 50H z. + T1 là biến áp có điểm đất chung ở giữa. Hai điện áp ra U 21 và U22sẽ ngược pha nhau. + Hai diode D1 và D2 phối hợp với nhau bảo vệ điện áp ra tồn tạitrong cả hai chu kỳ luân hồi. Mạch điện triển khai đổi khác điện áp lưới thành điện áp một chiều. Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ luân hồi T, do đó ta chỉ cần tính toántrên 1 chu kỳ luân hồi từ 0 đến T. Các chu kỳ luân hồi còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn.  0 < t < T / 2 : U21 > 0 => Diode 1 phân cực thuậnU22 < 0 => Diode 2 phân cực ngược  T / 2 < t < T : U21 < 0 => Diode 1 phân cực ngượcU22 > 0 => Diode 2 phân cực thuận => U0 = U21 => U0 = U22Nhận xét : + Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥ 0 nên mạch đã triển khai việc chỉnhlưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Điện áp ra sống sót trong cả hainửa chu kỳ luân hồi. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ luân hồi. + Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau ( giả sử U21 vàU22 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2 ). Dễ thấy giá trị trung bìnhcủa điện áp ra trong mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ luân hồi gấp đôi trường hợp chỉnh lưu___1 nửa chu kỳ luân hồi, vậy U 0  0.9 U 2 + Để nhìn nhận độ phẳng phiu của điện áp ra, thường sử dụng hệ sốgợn sóng được định nghĩa so với thành phần sóng bậc n : 22B ài giảng Điện tử tương tự và sốqn  Bộ môn KTMTU nmvới Unm là biên độ sóng có tần số n. ω, U0 là thành phần điện áp 1U0 chiều trên tải. Đối với mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ luân hồi ta có : q1 = 0.67 + Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổnđịnh. Tín hiệu 1 chiều mong ước là tín hiệu phẳng phiu và không thay đổi. Để làmcho tín hiệu ra phẳng phiu hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau : D1V1T121C1220 V50 Hz0Deg22R1D2Do quy trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra phẳng phiu hơn. ___Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình của điện áp ra sẽ tăng U 0  2. U 2 vàhệ số gợn sóng giảm q1 ≤ 0.02.  Mạch chỉnh lưu cầu : V1220 V50 Hz0DegT1D1D2U2D4U0D3R1 + 4 diode D1, D2, D3, D4 mắc như trên gọi là mắc theo hình cầu. + V1 là nguồn điện áp lưới. + T1 là biến áp. 23B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTMạch triển khai biến hóa dòng điện xoay chiều từ điện áp lưới thành dòngđiện một chiều như hình vẽ sau : 0 < t < T / 2 : U2 > 0 => D1, D3 phân cực ngược ; D2, D4 phân cực thuận => U0 = U2  T / 2 < t < T : U2 < 0 => D1, D3 phân cực thuận ; D2, D4 phân cực ngược => U0 = – U2b. Mạch ghim :  Mạch ghim trên tiếp nối đuôi nhau : Mạch ghim trên là mạch giữ cho điện áp ra không vượt quá một giá trịngưỡng E. Khi điện áp vào nhỏ hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện ápvào lớn hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E.Sơ đồ mạch ghim trên tiếp nối đuôi nhau được màn biểu diễn trên hình vẽ : D1U0U1 + U1 là tín hiệu vào + E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế trên. + D1 là diode. Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy : + Điện áp vào U1 đặt tới đầu Katốt của diode. + Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Anốt của diode. 24B ài giảng Điện tử tương tự và sốBộ môn KTMTPhân tích hoạt động giải trí của mạch :  0 < t < t1 : U1 < E => Diode phân cực thuận => U0 = U1  t1 < t < t2 : U1 > E => Diode phân cực ngược => U0 = E  t2 < t < t3 : U1 < E => Diode phân cực thuận => U0 = U1Nhận xét : + Khi điện áp vào nhỏ hơn E thì điện áp ra bằng điện áp vào. Khiđiện áp vào lớn hơn E thì điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E. Như vậy, mạch sẽ ghimkhông cho điện áp ra lớn hơn E. Đó chính là mạch ghim trên.  Mạch ghim dưới tiếp nối đuôi nhau : Mạch ghim dưới là mạch giữ cho điện áp ra không nhỏ hơn một giá trịngưỡng E. Khi điện áp vào lớn hơn E, điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện ápvào nhỏ hơn E, điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E.Sơ đồ mạch ghim trên tiếp nối đuôi nhau được màn biểu diễn trên hình vẽ : D1U0U1 + U1 là tín hiệu vào + E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế dưới. Chú ý nguồnE mắc ngược lại so với trường hợp mạch ghim trên tiếp nối đuôi nhau. Khi đó, mức ghimdưới bằng – | E |. + D1 là diode. Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy : + Điện áp vào U1 đặt tới đầu của Anốt diode. + Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Katốt của diode. 25

Source: https://thevesta.vn
Category: Bản Tin