gt ĐiỆn tỬ cƠ bẢn -...
Post on 30-Oct-2019
11 Views
Preview:
TRANSCRIPT
2
A. Các định luật mạch điện
• Định luật Kirchhoff về thế , về dòng
• Định lý Thevenin VTH, RTH, Norton IN, RN = RTH
• Công thức cầu chia thế
• Công thức cầu chia dòng
• Nguyên lý chồng chập (xếp chồng)
y= y1(t) + y2(t)
1
0n
j
j
i
1
0,n
k
k
V
Mạchx1
x2
5
• Biểu thức điện thế và dòng điện
a.Biểu thức điện thế
Dựa vào lý thuyết và đặc tuyến, quỉ tích các điểm có VDSbh
cho bởi:
VDSbh = VGS – VTH (1).
b. Biểu thức dòng điện thoát ID.
- Trong vùng điện trở : VGS < VTH hay VDS < VGS – VTH ta có
ID = k[ 2( VGS-VTH)VDS – (VDS)2] (2)
- Trong vùng bão hoà :VGS >VTH hay VDS > VGS-VTH ta có :
ID = k(VGS – VTH )2 (3)
k=K/2 hằng số tuỳ thuộc linh kiện .
Transistor nối lưỡng cực-BJT• Công thức dòng điện
• Phân cực:
- Tính điểm tĩnh điều hành ( IB,IC, VCE)
- Đường tải tĩnh (DCLL)
• Khuếch đại ( chế độ động, AC):
• - Tính Ri, AV, AI, Ro
• Ba cách ráp: CE, CB, CC ( hay EF)6
1
E C B
C E
C B
I I I
I I
I I
7
.Biểu thức dòng điện trong BJT ( ráp CE)
• Theo định luật Kirchhoff ta có:
IE = IB + IC (1)
• Theo cách hoạt động của BJT vừa xét có:
IE = InE + IpE = InE (2)
IC = Inc + Ico (3)
Gọi hệ số truyền đạt dòng điện phát – thu :
số đ t td đến cực thu InC IC
sốđttd phát đ từ cực phát InE IE
Thay vào (3) cho:
Ic = IE + ICO = IE + ICBO (4)
11 (5)
1 1C BB CO CO
II II I
1
11;
1
8
.Cách ráp cực phát chung ( CE-common emitter)
Do:
Tín hiệu vào nền – phát BE
Tín hiệu ra thu – phát CE
Cả 2 ngõ vào và ra có cực phát chung
Vo+
-
vi
Q
RB
RC
Ci
Co
RL
+VBB + VCC
9
Mạch tương đương (AC)
1
1 (5)1 1
C BB CO COII II I
1
11;
1
CB
E
-
vce
+
-
vbe
+
Bib
ic
-e-
vce
c
+
vbe
B
+
rbb
rc
rerbe rcib
ieib
ic
10
C. Phân tích các thành phần phi tuyến
• Cách gần đúng thứ nhứt
• Cách gần đúng thứ hai
• Cách gần đúng thứ ba
• Phương pháp giải tích
• Phương pháp đồ thị
2
2
2
1....
2!
D D
D D D D
D D D DD D
df v d f vi f V v v
v V v Vdv dv
D
D D D
D DD
df vi f V v
v Vdv
12
D. Cổng logic
• Các định luật đại số Boole
• Phương pháp rút gọn hàm logic
• Các cổng logic: AND, OR, NAND, NOR…
• Logic tổ hợp
• Logic tuần tự
vGS> VTH
S
= 1VVT
ON
G
D
vGS<VTH
S
OFF
D
G
iDS
14
Cách hoạt động chế độ giao hoán
• Khi không có xungvào:MOSFET không dẫn .Ta có: +VDD
RD
Vo
• Khi có xung vào: MOSFET dẫnR RDS(off)
Ta có:
+VDD
Vo
RDS(ON)
( )( )
( )
20 201
DSDD OHo DD
D DS
offRoff V VV V
offR R
V Vk
( )( ) 0
( )
1020 0,198 0,2
1 10
DSOLo DD
D DS
onRon V VV V
onRR
V V Vk
15
Möùc ñieän theá logic qui ñònh cuûa MOSFET:
VOH max
VIHmax
VOHmin
NM VIHmin
NM VILmax
VOLmax
VOLmin
VILmin
1 VOH
1
VOH
min VIHmin
Sender Receiver
VIL max
0 VOL
max 0
0 0
Khoâng
xaùc ñònh
Möùc logic 1
Möùc logic0
Möùùc logic1
Khoâng
xaùc ñònh
Möùc logic 0
Khoâng
xaùc ñònh
Leà nhieãu
Leà nhieãu
max
min min
max
OH
OL
IHNMH
NML IL
V V V
V V V
16
• Hàm số truyền ra – vào vo
Vo = f(vi) VS
VOH
VOL
0 VTHVIL VIH VS vi(V)
vo(V)
5V
4,4 V
0,5V
0 1 1,6 3,2 5 Vi(V)
Thí dụ: Cho Vs = 5V,
VOH =4,4V, VOL = 0,5V
ViH = 3,2V, ViL=1,6C
17
E. Khuếch đại tín hiệu lớn
• MOSFET
• Điện thế ra cho bởi
1 1 2 L S
TH I TH
L
KR VV v V
KR
Daûi ñieän theá ngoõ vaøo cöïc đaïi:
Daûi ñieän aùp ra cöïc ñaïi:
Daûi dong thoaùt töông öùng:
1 1 2 L S
S
L
KR VV
KR
2
02
THI
Kv V
GS TH
THDS GS
v V
v v V
2
2
i TH L
O S
K v V Rv V
18
Ñoä lôïi ñieän theá coøn goïi laø haøm soá truyeàn: Vs
vo
cutoff Bieân ñoä cuûa
vo
vuøng (vi– V
TH) ñoä doác lôùn
Vs hôn moät
MOSFET trong vuøng baûo hoaø VTH
vi
vôùi ( vO
> vi– V
THvaø v
iV
TH)
Vuøng diod (vo
<(vi– V
THvaø v
iV
TH)
VTH
vi
2
S i TH LOV
i i
V K v V RvA
v v
19
• Dưới dạng:
• Với thành phần DC và thành phần gia tăng:
• Đồ thị biểu diễn: iDS
Nhận xét: iD Ids
Điểm phân cực
ID Vgs
gm hệ số hỗ dẫn
Vá: VGS = VI
0 vTH VI vi vGS
2
2
I TH
D D d I TH i
K V Vi I i K V V v
2,
2D I TH
d I TH i
KI V V
i K V V v
2
2GS TH
Kv V
2. .,
2D I TH
d I TH i m i
KI V V h s DCbias
i K V V v g v
20
Thí duï 2 :
Cho maïch khueách ñaïi MOSFET nhö thí duï 1, MOSFET hoaït ñoäng
trong ñieàu kieän baûo hoaø vôùi daûi ñieän theá vaøo 1V 1,9V, ta phaûi choïn
ñieän theá vaøo ñieåm hoaït ñoäng taïi trò soá trung taâm daûi ñoäng ñoù, goïi
Vi= 1,45V. Söï choïn löïa naøy ñöôïc bieåu dieãn treân hình veõ laïi döôùi ñaây:
iD
(mA)
0,5
0,41 VGS
= 1,9V
Ñieåm hoaït ñoäng Q(4V, 0,1 mA)
0,1 vGS
= 1,45V
vGS
= 1 V
0 0,9 4 5 vDS
Ta bieát ngoõ ra thay ñoåi giöõa 0,9V vaø 5V khi ngoõ vaøo thay ñoåi giöûa 1V
vaø 1,9V.
21
Tính ñöôïc ñieän theá ngoõ ra:
vo
Vaø: 5V
4V [1,45V,4V]
Do ñoù ñieåm hoaït ñoäng cuûa maïch 0,9V
khueách ñaïi:
0 1V 1,45V 1,9V vI
VI
= 1,45V 0,45 0,45
VO
= 4V
ID
= 0,1 mA
Ñieåm hoaït ñoäng ñoù laøm cöïc ñaïi trò soá ñænh – ñænh ñieän theá vaøo ñu ñöa (swing)
Ñeå cho maïch khueách ñaïi hoaït ñoäng döôùi ñieàu kieän baûo hoaø.
2 2
3 41,45 1
5 10 102 2
4
i TH
O S L
v Vv V K R
V
3
2 21.101,45 1
2 2
0,1
D i TH
Ki v V
mA
vO=vI -VTH
• Mạch SF ( Source Follower) hay DC (Drain common)
22
Maïch theo nguoàn (SF- Source Follower)
Coøn goïi laø maïch ñeäm (buffer), maïch
hoaït ñoäng trong vuøng baûo hoaø.
Taïi nuùt ngoõ ra cho:
1oo D S D
S
vv i R i
R
i o THv v V
23
G. Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ• Dòng điện hoạt động ngõ ra ID được tinh trực tiếp hệ thức đặc
tính MOSFET như:
•
• Điện thế hoạt động ngõcung cấp ra có được bằng cách áp dụng
định luật Kirchhoff cho vòng bao gồm nguồn, MOSFET, và RL
như sau:
•
2
2D I TH
KI V V
vo
vs
+
-
vi
iD=K(vi-VTH)2/2
RL
vo
+
-
vi
ids=K(VGS-VTH)vgs
ids=gmvgsRL
2
2
O S D L
S I TH L
V V I R
KV V V R
24
• Do đó, độ lợi tín hiệu nhỏ cho:
• Với :
là hệ số hỗ dẫn của MOSFET.
2
2
2
. .2
DS GS TH
ds GS TH gs GS TH gsv VGS GSGS
m gs
Ki v V
Ki v V v K V V v
v
g v
vo
+
-
vi
ids=K(VGS-VTH)vgs
ids=gmvgsRL
oI TH L
i
m L
vK V V R
v
g R
GSm THg K V V
GS Iv v
25
• MOSFET
• Khi có tín hiệu vào vI = vGS:
2
.2
O Lo S I TH i
I II I
dv d R Kv V v V v
v Vdv dv
.o I TH L i
I I
I TH L i
m L i
oV m L
i
m I TH
v K v V R vv V
K V V R v
g R v
vA g R
v
g K V V
6. 5 Điện trở ngỏ vào, ngỏ ra , Độ lợi dòng điện và độ
lợi công suất
• Mạch tương đương (AC)
• Tổng trở (Điện trở) ngỏ vào:
27
• Độ lợi công suất
• Vì Ri = nên độ lợi công suất cũng vô hạn.
• Tuy nhiên , trong mạch thực tế, điện trở ngõ vào và độ
lợi công suất là hữu hạn ( xác định) .
29
• Thí dụ : Mạch theo nguồn (SF)
• Xét mạch:
• Và mạch điện tương đương (AC):
Tính được:
Trong đó vgs = vi – vo thay vào trên cho:
30
• Sắp xếp lại cho:
Cho thấy độ lợi thế nhỏ hơn 1.
• Trường hợp đặc biệt quan trọng khi RL rất lớn, khi RL :
và khi có thêm gm Rs >>1 , cho:
Ta sẽ thấy vì sao mạch SF hữu dụng khi xét điện trở vào và
điện trở ra (xem ở sau)
31
• Điện trở vào và điện trở ra tín hiệu nhỏ
• Điện trở vào rất bằng vô hạn ( vô cực) vì dòng vào MOSFET
bằng không .
• Điện trở ra được tính theo h. :
• Áp dụng KCL tại nút a:
• Sắp sếp lại và đơn giản cho:
Do đó: gmRL, và RS rất lớn , RL+RS trở nên không đáng kể so với
gmRLRS, nên: :
vì gm rất lớn nên ro rất bé, và Ai tất
lớn (đặc điểm của mạch buffer) 32
33
Mạch tương đương BJT
1
1 (5)1 1
C BB CO COII II I
1
11;
1
CB
E
-
vce
+
-
vbe
+
Bib
ic
-e-
vce
c
+
vbe
B
+
rbb
rc
rerbe rcib
ieib
ic
34
• 2. Phân giải chế độ động- AC (ráp CE)
Ta có mạch tương đương tín hiệu nhỏ
Tính được:
Độ lợi thế:
Độ lợi dòng:
Tổng trở vào:
Tổng trở ra:
o C bv
be b
C C
be e
v R iA
v r i
R R
r r
oi fe
i
iA h
i
i be bi be e
i b
v r ir r r
i i
oo ce C C
o
vr r R R
i
fe
be e ie
Te
CQ
h
r r h
Vr
I
bi
-
vo
+
=vce
vi
+
hfeib
-
RB rbe Rcro
ib
35
H. DIOD
Khi phaân cöïc thuaän : V > 4VT exp(V/V
T>>1 :
ID
=IF= I
sexp(V/V
T) lôùn
Khi phaân cöïc nghòch: V << 4VTexp(-V/V
T) <<1:
ID
= IR=-I
S
2. Ñaëc tuyeán Ampe-Volt
Ta coù ñöôøng bieåu dieãn : ID
Vz 0
0,6 V VD
Izk
IzM
36
Ñieän trôû noái pn ID
a.Ñieän trôû tónh
ID
Q
0 VD
V
b.Ñieän trôû ñoäng:
DD
D Q
VR
I
D D
dD DQ Q
V dVr
I dI
38
I. Mạch RC và RL
• Phương trình vi phân bậc nhất
• Phương trình đặc trưng
• Nghiệm tự do (quá độ)
• Nghiệm xác lập (cưỡng bức)
• Nghiệm tổng cộng (điều kiện ban đầu bằng zero)
1
cc s
c ctd cxl
t
s
t
s
dvRC v V
dt
v t v t v t
Ke V
V e
RC
1
s
td xl
t S
ts
s
di tL Ri t V
dt
i t i t i t
VKe
R
Ve
R
L
R
39
Các thành phần lưu trạng thái
• Tụ điện, cuộn cảm
• Tụ MOS
• Các mạch FlipFlop
• Công thức:
- Tụ nạp điện:
- Tụ xã điện:
0 ,
0
C C I
t
C Cf Ci Cf
v t f v v t
v t V v V e
t
cv t Ve
40
Thieát keá phaàn töû nhôù
A. Maïch thöû laàn ñaàu
Phaàn töû nhôù
vC
trò soá löu tröû 5V
luoân bò ró
VOH
Ñoä roäng xung store >> RON
C
T t
store
storage node dOUTdIN
C
=1store
storage node dOUTdIN
C
=0store
storage node dOUTdIN
C RL
5.
ln5
Lt R C
C
OHL
v e
VT R C
dOUT*
store
dIN
CM
41
buffer=0store
RIN
dOUTdIN
CM RL
buffer=0store
RIN
dOUTdIN
CM RL
Rp
/Storage
buffer=0store
RIN
dOUTdIN
*
CM
dOUT
/store
store
dIN
*
CM
42
K. Trạng thái dừng sinus - Mạch lọc
• Mạch RC, RL, RLC
• Hàm số truyền H(s)
• Đáp ứng tần số
• Mạch lọc
1
R
L
C
Z R
Z j L
jZ
j C C
+
- -
Vi
+
--
vI C
i(t)
vc
+
R =RZR
=1/jwC
ZcVc
Ic+
1
1
1
1C
c i i
C R
c i
Z j CV V V
Z ZR
j
V
C
Vj RC
43
+
-
Viexp(jwt)
Vicoswt
Vr
L
Vrcos(wt+/_Vr)
C
Vrexp(jwt)R
-
Ir+
Thí dụ : Mạch RLC
2
1
1
Rr i i
L C
r i
R
Z RV V V
Z Z Zj L R
j
j CR
C
V VLC j CR
44
Mạch lọc
• Định nghĩa:
• Mạch lọc là mạch có nhiệm vụ cho qua hoặc loại bỏ một tần số
hoặc một dải tần số theo mong muốn.
• Phân loại:
• 1. Mạch lọc thấp qua ( Hạ thông – LPF))
• 2. Mạch lọc cao qua (thượng thông- HPF)
• 3. Mạch lọc dải thông ( BPF)
• 4. Mạch lọc dải loại ( BSF)
• Vo(t) vo(t) vo(t) vo(t)
• f f f f
45
Mạch Op. Amp.
• Cấu trúc mạch OP.Amp.
• Đặc tính mạch Op.Amp.
• Công thức cơ bản :
- Khuếch đại đảo
- Khuếch đại không đảo
• Các mạch làm toán:
- Mạch nhân
- Mạch tổng
- Mạch trừ (mạch khuếch đại vi sai)
- Mạch tích phân, Mạch vi phân
- Mạch lấy logarit, mạch lấy antilogarit
• Các mạch khác : mạch lọc,
mạch so sánh….
FV
I
RA
R
1 FV
I
RA
R
46
. Mạch làm tóan
1.Mạch nhân
vo = - kvi với k = - RF / RI
+_
R F
i in
v+
+
–
R I v–
iI
iF
v S v out
+
–
49
• Mạch khuếch đại trừ còn được thực hiện như
sau:
• Nếu chọn R1 = R2 = RF ta có:
Vo =V1 – V2
-v1vo
v2
v1
O.A .1O.A.2
R2
R1
RF
R
R
1 2 1 2
1 2
-F F
o O O
R RV V V V V
R R
50
• 4.Mạch tích phân
• Ta có :
dq = iF dt
dq = C dvc = Cdvo iF = C dvo / dt ( 1)
Mặt khác : ii = -iF và ii = vi / R ( 2) Thay (2) vào (1) :
1
0OO
i Oi i
dvRCv Ri
dtdtv v v
RC
51
5. Mạch vi phân:
• Theo trên ta có:
dq = C dvc = Cdvi
dq = iit ii = Cdvi / dt
và ii = iF = -Vo /R
0Vvivo
Op-Amp3C
R
ii
iF
iO
dVRCV
dt
52
L. Năng lượng và công suất
• Năng lượng
• Công suất
• Công suất của MOSFET
• Công suất tiêu tán của CMOS ( công suất tĩnh = 0 )
• Công suất tiêu tán của BJT
Công suất tĩnh của MOSFET khi dẫn:
Công suất của cổng Inverter
2
Sstatic
L ON
VP
R R
2
2 2 2 2
2 2
2
Sstatic
L ON
S L L S L Ldynamic
L ON L ON
VP
R R
V R C V R C fP
R R T R R
53
M. Chuyển đổi năng lượng
• Chuyển đổi AC – DC
• Chuyển đổi DC – DC
• Mạch chỉnh lưu
• Mạch chỉnh lưu và lọc
• Mạch ổn áp Zener
• IC ổn áp tuyến tính
• Bộ cấp điện DC
• Mạch ổn áp chuyển mạch ( giao hoán)
54
Khái niệm chuyển đổi công suất
• Chuyển đổi AC – DC
• Chuyển đổi DC – DC
+
220 V 5 VDC
50Hz -
3V +
solar cell 5 VDC
battery -
Hiệu suất công suất của bộ chuyển đổi quan trọng thường
dùng một lô linh kiện sau: Bậc MOSFET, tụ điện, cuộn cảm,
diod,Op. amp.
PCC
PCC
56
2.Chænh löu toaøn kyø ( toaøn soùng)
a. Chænh löu toaøn kyø 2 diod
Vip
Vipn1: n2
D1
D2
VL
RL
i1
i2
VLDC = 0,636 Vp
57
b.Caàu chænh löu ( 4Diod)
Xeùt maïch chænh löu toaøn kyø 4 diod :
VoDC
D4
D2D3
D1
=Vpsinwt
Viac
50Hz
Bridge
RL
ILDC
58
3.Maïch loïc
a. Maïch loïc trong chỉnh lưu baùn kyø
Do tuï loïc coù trò soá lôùn,neân daïng soùng naïp
nhanh vaø xaõ chaäm , neân daïng soùng ra khaù
thaúng ( phaúng)
Ta coù hình veõ sau ( vôùi caùch veõ phoùng ñaïi):
Vcmax
=Vp
Vrp
Vrpp
0 II Vcmin
VLDC
4II
60
1 0,011 1
2
0,011
2
LDC p p
L L
p
rp p
L L
V V Vf C CR R
VV V
f C CR R
1 0,0051 1
4
0,0051
4
LDC p p
L L
p
rp p
L L
V V Vf C CR R
VV V
f C CR R
1. Chỉnh lưu và lọc bán kỳ
2.Chỉnh lưu toàn kỳ
61
Boä caáp ñieän DC
1.Boä caáp ñieän ñôn giaûn
Macïh goàm caùc thaønh phaàn chuû yeáu sau:
VAC
Ñieän theá
khu vực
Trong haàu heát caùc thieát bò ñieän töû baùn daãn
ñeàu söû duïng bieán theá haï theá .
Bieán theá Ch.löu Loïc Taûi
62
2.Boä caáp ñieän oån ñònh ñôn giaûn
a.Maïch ñieän:
Rs ñieän trôû giôùi haïn doøng
RL
ñieän trôû taûi
63
Các công thức mạch ổn áp Zener
• Điện thế ngõ ra:
VODC = VLDC = VZ
• Dòng điện:
I1 = IZ + IL
I1 = (ViDC – VZ) / RS
IL = VLDC / RL
IZ = I 1 - IL
• Công suất tiêu tán :PZ= VZ IZ < PZM
PRS = I 12 RS
PL = VL2 / RL
64
Ổn áp chuyển mạch
1. Bộ tăng thế
• Mạch nguyên tắc
Taûi
Coù 3 traïng thaùi
1. S daãn, diod ngöng
2. S khôûi ngöng, diod khôûi daãn, C naïp, vo taêng
3. S ngöng, , diod khôûi ngöng, C giöû vöõng vo ( xaõ qua taûi )
65
Ñeå giöû vöûng vo, ta phaæ ñieáu khieån thôøi gian S daãn/ ngöng
T + Vref
Tp
Caùch ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM) cho:
- Neáu (vo – vref) taêng thì T giaûm, Vo giaûm laïi ñeå giöû vo khoâng ñoåi
- Neáu (vo –vref) giaûm thì T taêng, Vo taêng leân ñeå giöû vo khoâng ñoåi
+
vo
-
+
-VI
L
C
DIODE
Taûi
Ñieàu khieån
thay ñoåi T
top related