bài giảng môn kỹ thuật điện tử - ths.lê xứng

Ch¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn

Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö

CHƯƠNG 1: CHẤT BÁN DẪN1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của ngh ành Điện tử

Vào năm 1947, tại phòng thí nghiệm của Bell, John Bardeen và Walter Brattainđã thành công trong việc phát minh Transistor lưỡng cực BJT(Bipolar JunctionTransistor). Đây là một bước ngoặt đánh dấu sự bắt đầu của thời đại bán dẫn. Phátminh này và một chuỗi phát triển của công nghệ vi điện tử đ ã thật sự làm thay đổicuốc sống loài người.

1948 Transistor đầu tiên ra đời. Đây là một cuộc Cách mạng của ngành điện tử.1950 Mạch điện tử chuyển sang dùng transistor

Hệ máy tính dùng linh kiện bán dẫn dạng rời rạc ra đời (thế hệ II)1960 Mạch tích hợp ra đời (IC:Intergrated Circuit) Hệ máy tính dùng IC ra đời(thế hệ III)1970 Các mạch tích hợp mật độ cao hơn ra đời (MSI, LSI, VLSI)

MSI: Medium Scale Intergrated CircuitLSI: Large Scale Intergrated CircuitVSI:Very Large Scale Intergrated Circuit

1980 đến nay Điện tử được ứng dụng rộng rãi trong các lãnh vực như y tế, điềukhiển tự động, phát thanh, truyền h ình…1.2. Linh kiện điện tử:Ta xét hai loại linh kiện cơ bản sau: Linh kiện thụ động:Có các thông số không đổi dưới tác dụng dòng điện: điện trở, tụ, cuộn cảm… Linh kiện tích cực: Có các thông số thay đổi dưới tác dụng dòng điện: Diod, Transistor lưỡng cựcBJT( Bipolar Junction Transistor):…1.3. Chất bán dẫn:1.3.1.Chất bán dẫn thuần:

Hình 1.1. Giản đồ năng lượng của Si

Vùng cấm

Vùng dẫn của Si

Năng lượng

Vùng hoá trị của Si



Hai chất bán dẫn tiêu biểu là: Silicon(Si) và Ge(Germanium).Si là chất bán dẫn mà tại nhiệt độ phòng có rất ít e ở vùng dẫn trong mạng tinh

thể. Vì dòng điện tỷ lệ với số lượng e nên dòng điện trong tinh thể rất nhỏ. Ở nhiệtđộ phòng, e ở vùng hoá trị nhảy lên vùng dẫn để lại lỗ trống tại vị trí chứa nómang điện tích dương. Hiện tượng này gọi là sự phát sinh điện tử-lỗ trống.

Hình 1.2. Sự di chuyển của điện tử và lỗ trống trong Si khi có nguồn điệnNếu đặt nguồn điện như hình vẽ thì e di chuyển về cực dương của nguồn. E ở

vùng hoá trị cũng có thể di chuyển về cực d ương của nguồn nếu nó có đủ nănglượng để từ mức năng lượng của nó lên mức năng lượng của lỗ trống. Khi e nàynhập vào lỗ trống thì nó để lại một lỗ trống ở phía sau. V ì thế làm lỗ trống dichuyển về cực âm của nguồn. Dòng điện trong chất bán dẫn là tổng 2 thành phần:dòng do e trong vùng dẫn và dòng do lỗ trống trong vùng hoá trị. E di chuyển vềcực dương nhanh hơn lỗ trống di chuyển về cực âm v ì khả năng e có đủ nănglượng cần thiết để nhảy lên vùng dẫn lớn hơn khả năng e có đủ năng lượng đểnhảy đến vị trí trống trong vùng hóa trị. Vì vậy dòng e lớn hơn dòng lỗ trống trongSi. Tuy nhiên dòng này vẫn nhỏ nên Si là cách điện.1.3.2 Chất bán dẫn tạp:1.3.2.1. Chất bán dẫn tạp loại N

Hình 1.3. Giản đồ năng lượng của chất bán dẫn tạp loại N

Năng lượng


Mức năng lượng củatạp chất donor


V



E

Si

Năng lượng



Chất bán dẫn tạp loại N là chất bán dẫn có được khi pha thêm một chấtthuộc nhóm V trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào chất bán dẫn thuần.Ta xét trường hợp pha tạp P vào chất bán dẫn thuần Si. Điều này tương ứng làmxuất hiện mức năng lượng của tạp chất donor sát đáy v ùng dẫn. Vì thế ở nhiệt độphòng các e của nguyên tử P nhảy lên vùng dẫn của Si. Vì vậy nguyên tử tạp chấtdễ bị ion hoá thành ion dương. Ngoài ra cơ ch ế phát sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗtrống xảy ra giống như cơ chế ở chất bán dẫn thuần với mức độ yếu h ơn vì mứcnăng lượng của tạp chất donor ở sát đáyv ùng dẫn.

Gọi nn: mật độ điện tử trong vùng dẫn, pn: mật độ lỗ trống trong vùng hoátrị, thì nn>>pn.Vậy dòng điện trong chất bán dẫn loại N chủ yếu do điện tử tạo n êngọi là hạt dẫn đa số, còn lỗ trống gọi là hạt thiểu số.

1.3.2.2. Chất bán dẫn tạp loại P:

Chất bán dẫn tạp loại P là chất bán dẫn có được khi pha thêm một chấtthuộc nhóm III trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào chất bán dẫn thuần.Ta xét trường hợp pha tạp các nguyên tử As vào chất bán dẫn thuần Si. Điều nàytương ứng làm xuất hiện mức năng lượng gọi là mức tạp chất acceptor sát đỉnhvùng hoá trị. Vì vậy nguyên tử tạp chất dễ bị ion hoá thành ion âm . Ngoài ra cơchế phát sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗ trống xảy ra giống như cơ chế ở chất bán dẫnthuần với mức độ yếu hơn vì mức tạp chất loại P ở sát đỉnh v ùng hoá trị.

Gọi np: mật độ điện tử trong vùng dẫn.Gọi pp: mật độ lỗ trống trong vùng hoá trị., thì np>>pp

Vậy dòng điện trong chất bán dẫn loại P chủ yếu do lỗ trống tạo n ên gọi làhạt dẫn đa số, còn điện tử gọi là hạt thiểu số.

Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của chất bán dẫn tạp loại P

1.4.Tiếp xúc p-n:


Mức tạp chất acceptor

Năng lượng




Cho lớp bán dẫn p, n tiếp xúc nhau, ta có tiếp xúc p -n.1.4.1. Nguyên lý làm việc:

1.4.1.1. Khi tiếp xúc p-n chưa được phân cực:

Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (nn>>np, pp>>pn ) nên có hiện tượngkhuếch tán các hạt dẫn đa số qua n ơi tiếp xúc, tạo nên dòng khuếch tán Ikt hướngtừ miền P sang miền N.

Tại vùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc xuất hiện điện trường nội Etx hướngtừ vùng N sang vùng P (do ion tạp chất tạo ra). Nó cản trở chuyển động của dòngkhuếch tán và gây ra dòng trôi I tr của các hạt thiểu số có chiều từ N sang P quamặt tiếp xúc làm Itr tăng, Ikt giảm.

Quá trình này tiếp diễn cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng động. Lúcđó Ikt=Itr., dòng qua tiếp xúc bằng 0, hiệu thế tiếp xúc l à 0.1V đối với Ge và 0.4 Vđối với Si

1.4.1.2. Khi tiếp xúc p-n được phân cực nghịch :

Hình 1.5. Tiếp xúc p-n bị phân cực nghịch

Điện trường nội cùng chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tạivùng tiếp xúc tăng làm cho vùng tiếp xúc mở rộng ra, dòng khuếch tán giảm về 0,

Etx

K

+

A

_

-

Eng

P N

V

+++

---

Điện trường

Vùng nghèo

p n



dòng trôi do E tx gây ra tăng đến một giá trị gọi là dòng ngược bão hoà IS. Dòngnày rất nhỏ.

Vậy khi phân cực nghịch tiếp xúc th ì không có dòng chạy qua (xem dòngbão hoà ngược bằng không).

1.4.1.3. Khi tiếp xúc được phân cực thuận :

Hình 1.6. Tiếp xúc p-n được phân cực nghịch

Điện trường nội ngược chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tạivùng tiếp xúc giảm làm cho vùng tiếp xúc bị thu hẹp lại, các hạt đa số dễ dàng dichuyển qua vùng tiếp xúc này, dòng khuếch tán có chiều từ A đến K tăng mạnh,dòng trôi do E tx gây ra không đáng kể.

Vậy khi phân cực thuận tiếp xúc th ì có dòng chạy qua tiếp xúc p-n, nó quanhệ với điện áp giữa hai đầu tiếp xúc nh ư sau:

11 T

DD V

v

S

vkT

q

SD eIeIi

Trong đó:

vD: Điện áp ở hai đầu tiếp xúc. IS: dòng bão hoà ngược. k: hằng số Boltman k =1,38.10-23J/0K.q : điện tích của hạt dẫn, q=1,6.10 -19CVT: thế nhiệt

ở nhiệt độ phòng VT = 25,5mV.

K

_

A

+

-

Eng

Etx

P N

V



1.4.1.4. Kết luận:

Tiếp xúc p-n chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều từ p đến n. Đóchính là tính chất chỉnh lưu của tiếp xúc p-n.

1.5. Đặc tuyến V- A

Đặc tuyến V-A của tiếp xúcp-n mô tả mối quan hệ giữa dòng và điện áptrên hai đầu tiép xúc.

Hình 1.7. Đặc tuyến V-A của tiếp xúc p-n.

VBR: điện thế đánh thủng là điện áp ngược tối đa mà tiếp xúc p-n có thểchịu đựng khi phân cực ngược mà không bị hỏng. Lúc này, tiếp xúc p-n dẫn điệnđược theo cả chiều nghịch.

1.6. Hiện tượng đánh thủng:

Khi điện áp ngược lớn, dòng lớn làm các e va chạm vào các e cố định khác làmtăng số e nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc p-n dẫn điện được theo cả chiềunghịch, phá vỡ đặc tính chỉnh lưu của nó, gọi là hiện tượng đánh thủng.

Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, v ì vậy có ba loại đánhthủng cơ bản: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, v à đánh thủng nhiệt -điện.

Trong đó sự đánh thủng về nhiệt do sự tích luỹ nhiệt trong v ùng nghèo. Khi cóđiện áp ngược lớn, dòng điện ngược tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độhạt dẫn thiểu số tăng và làm dòng điện ngược tăng. Quá trình cứ như thế làm chonhiệt độ vùng nghèo và dòng ngược tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng.

iD

0.2v

SiID

Nghịch

Thuận

VBR

R

0.7v

vD

Ge

Ch¬ng 2: Diod chØnh lu vµ çc m¹ch øng dông

Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö

CH¦¥NG 2: DIOD CHØNH L¦U vµ çc m¹ch øng dông

2.1. CÊu t¹o:

Diod gåm 1 tiÕp xóc p-n vµ 2 ®iÖn cùc ®a ra tõ 2 miÒn. §iÖn cùc ®a ra tõmiÒn b¸n dÉn lo¹i p, n lÇn lît gäi lµ cùc Anod( A), cùc Katod(K).

Ký hiÖu:

§Æc tuyÕn V-A cña Diod chØnh lu vµ nguyªn lý lµm viÖc gièng nh cñatiÕp xóc p-n. 2.2. Çc tham sè c¬ b¶n cña Diod chØnh lu §iÖn trë 1 chiÒu:

§iÖn trë mét chiÒu t¹i ®iÓm ph©n cùc lµ tû sè gi÷a ®iÖn ¸p trªn dßng ®iÖncña diod t¹i ®iÓm ph©n cùc.

RDC= UAK / IA

§iÖn trë ®éng (®iÖn trë vi ph©n):§iÖn trë ®éng t¹i ®iÓm kh¶o s¸t lµ tû sè gi÷a biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p trªn

biÕn thiªn cña dßng ®iÖn t¹i ®iÓm ®ã.Khi Diod ph©n cùc thuËn, ®Æc tuyÕn cña Diod cã d¹ng dèc ®øng nªn r d nhá.

rd=vd/id = vD / iD =dVD/dID=26mV/ID

2.3. M¹ch chØnh lu:M¹ch chØnh lu cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh

mét chiÒu ®Ó cÊp cho t¶i.2.3.1. M¹ch chØnh lu 1 nöa chu kú(1 b¸n kú): S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng:

Q

vV

t

t

vT

A K

R

H×nh 2.1. D¹ng sãng vµ s¬ ®å m¹ch chØnh lu mét nöa chu kú.



T¸c dông linh kiÖn:BiÕn ¸p T: biÕn ®æi ®iÖn ¸p líi v v xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu v s

theo yªu cÇu.D: Diod chØnh lu;Rt: ®iÖn trë t¶i

Nguyªn lý lµm viÖc:ë b¸n kú (+): D ®îc ph©n cùc thuËn, nªn D dÉn, cã dßng qua t¶i.ë b¸n kú (-) : D ®îc ph©n cùc nghÞch, nªn D t¾t, kh«ng cã dßng qua t¶i.VËy øng víi mét chu kú cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu, Diod chØ dÉn trong 1/2 chu kú.§iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:

P

Ptb

VdVdvV sin

2

1)(

2

1

0 0

2.3.2. M¹ch chØnh lu 2 nöa chu kú : S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng:

H×nh 2.2. D¹ng sãng va s¬ ®å m¹ch chØnh lu hai nöa chu kú

T¸c dông linh kiÖn:BiÕn ¸p T 3 d©y: t¹o ra hai ®iÖn ¸p xoay chiÒu ngîc pha nhau tõ ®iÖn ¸p líi.D1, D2: Diod chØnh lu.; RT: ®iÖn trë t¶i

Nguyªn lý lµm viÖc:Gi¶ sö v1 cïng pha víi vV, th× v2 ngîc pha víi vV.

ë b¸n kú (+) cña UV: D1 ®îc ph©n cùc thuËn, D 2 ®îc ph©n cùc nghÞch, nªnD1 dÉn, D2 t¾t, suy ra cã dßng qua t¶i.

ë b¸n kú (-) cña UV: D1 ®îc ph©n cùc nghÞch, D 2 ®îc ph©n cùc thuËn nªn D 1

t¾t, D2 dÉn, suy ra cã dßng qua t¶i.VËy øng víi mét chu kú cña ®iÖn ¸p vµo xoay chiÒu th× Diod dÉn ®iÖn víi c¶ 2

nöa chu kú.§iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:

P

Ptb

VdVdvV

2sin

2

21)(

2

2

0 0

vV

t

t

vRt

D2

R

DI



2.3.3. M¹ch chØnh lu cÇu: S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng:

H×nh 2.3. D¹ng sãng vµ s¬ ®å m¹ch chØnh lu cÇu chu kú

T¸c dông linh kiÖn:BiÕn ¸p T: biÕn ®æi ®iÖn ¸p líi xoay chiÒu v V thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu v S

theo yªu cÇuD1, D2, D3, D4: cÇu Diod.RT: ®iÖn trë t¶i

Nguyªn lý lµm viÖc:ë b¸n kú (+) cña vV , D1, D3 ®îc ph©n cùc thuËn( D 2, D4 ®îc ph©n cùc

nghÞch), nªn D1, D3 dÉn, cã dßng I1 tõ ®iÓm A qua D1, RT, D3 vÒ ®iÓm B.ë b¸n kú (-) cña UV, D2, D4 ®îc ph©n cùc thuËn (D 1, D3 ®îc ph©n cùc

nghÞch), D2, D4 dÉn cã dßng I2 tõ B qua D2, RT, D4.Ta chän: D1, D2, D3, D4 gièng nhau nªn I1= I2=IT.M¹ch chØnh lu cÇu gåm 2 nh¸nh, mçi nh¸nh gåm 2 Diod, m¾c nèi tiÕp nhau.Mçi Diod chØ chÞu 1/2 ®iÖn ¸p ngîc khi ph©n cùc nghÞch, t¨ng tuæi thä Diod.§©y chÝnh lµ u ®iÓm cña m¹ch chØnh lu cÇu.

vV

t

t

vRt

T

D2

D3

D4 D1

B

A

R



§iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:

P

Ptb

VdVdvV

2sin

2

21)(

2

2

0 0

2.4. M¹ch läc ®iÖn:§iÖn ¸p hay dßng ®iÖn sau chØnh lu tuy cã cùc tÝnh kh«ng ®æi nhng d¹ng

sãng cña nã vÉn cßn thay ®æi mét çch cã chu kúNhiÖm vô cña mach läc lµ çch läc çc sãng cã hµi bËc cao ®Ó ®iÖn ¸p ra

b»ng ph¼ngÇc lo¹i m¹ch läc:

M¹ch läc dïng tô C dïng cho çc bé chØnh lu cã dßng t¶i bÐ thêng m¾c Csong song víi ®iÖn trë t¶i. M¹ch läc dïng LC cho çc bé chØnh lu cã dßng t¶i lín, thay ®æi nhiÒu. Khi Lcã gi¸ trÞ bÐ, C n¹p nhanh ®Õn gi¸ trÞ ®Ønh V p. Khi t¨ng L, dßng n¹p cho C t¨ngchËm, kÐo dµi thêi gian n¹p víi biªn ®é thÊp h¬n. Khi t¨ng L ®Õn 1 gi¸ trÞ tíi h¹nth× 1 trong 2 diod dÉn liªn tôc (m¹ch chØnh lu toµn sãng) nªn dßng t¶i ®îc cÊpliªn tôc C hÇu nh kh«ng x¶ hoÆc n¹p vµ gi÷ gi¸ trÞ kh«ng ®æi lµ 2V p/pi.

XÐt m¹ch läc dïng tô C trong m¹ ch chØnh lu mét nöa chu kúë b¸n kú d¬ng cña vv, D ®îc ph©n cùc thuËn, nªn D dÉn, cã dßng qua R

vµ ®ång thêi tô C ®îc n¹p ®iÖn. §Õn lóc vv ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i th× ®iÖn ¸p trªn tô Ccòng ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. Sau ®ã ® iÖn ¸p vv b¾t ®Çu gi¶m, nªn cùc A cña D cã ®iÖn¸p ©m h¬n cùc K nªn D bÞ ph©n cùc nghÞch, D t¾t. Tô C x¶ ®iÖn qua R. ë b¸n kúd¬ng tiÕp theo, qu¸ tr×nh cø tiÕp diÔn nh vËy, ta cã d¹ng sãng ra nh h×nh 2.4.

H×nh 2.4. S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng m¹ch chØnh lu mét nöa chu kú cã dïng m¹ch läc b»ng tô C

C R

vV

t

t

vT

Ch¬ng 3: Transistor lìng cùc BJT


Ch¬ng 3: TRANSISTOR Lìng cùc BJT

(Bipolar Junction transistor)

Lµ mét linh kiÖn b¸n dÉn cã ba cùc cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu hoÆcho¹t ®éng nh mét kho¸ ®ãng më, rÊt th«ng dông trong nghµnh ®iÖn tö. Nã södông c¶ hai lo¹i h¹t dÉn: ®iÖn tö vµ lç trè ng, v× vËy ®îc xÕp vµo lo¹i hai cùc tÝnh.

3.1. CÊu t¹o-Nguyªn lý ho¹t ®éngGåm ba líp b¸n dÉn p-n-p hoÆc n-p-n t¹o nªn. V× vËy cã hai lo¹i BJT

H×nh 3. 1 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i pnp

H×nh 3. 2 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i npn

BJT cã hai tiÕp xóc p-n: tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ JC, tiÕp xóc p-

n gi÷a miÒn B vµ E gäi lµ J E.

Nguyªn lý ho¹t ®éng

H×nh 3..3 . C¸ch ph©n cùc ®Ó BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i

P N P Collector

Base

Emitter

N P N Collector

Base

Emitter

C

E

B

C

E

B

N P N C

B

E

VBB VCC

IE

IB

IC

ICB0



Ban ®Çu khi cã nguån VCC ph©n cùc nghÞch tiÕp xóc J C th× cã dßng ngîcICB0 ch¶y tõ miÒn C sang B. Dßng nµy gièng nh dßng I tr trong Diod, cã gi¸ trÞ nhá.

Sau ®ã cã nguån VBB ph©n cùc thuËn tiÕp xóc J E lµm cho ®iÖn tö tõ miÒn EdÔ dµng di chuyÓn sang miÒn B t¹o nªn dßng I E. HÇu hÕt çc ®iÖn tö vît qua vïngB, b¨ng qua JC (tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ J C) ®Ó ®Õn miÒn C t¹o nªndßng IE. Mét sè ®iÖn tö bÞ gi÷ l¹i trong miÒn B vµ ch¹y vÒ cùc B. Lç trèng trongmiÒn B ch¹y vÒ miÒn E t¹o nªn dßng I B.

NÕu gäi lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn th× ta c ã IC =IE+ICB0

Ta cã IE=IB+IC; IC=IE+ICB0=(IC+IB)+ICB0 suy ra (1-)IC=IB+ICB0

IC=(/(1-))IB+(1/(1-))ICB0=IB+(1+)ICB0 trong ®ã ®îc gäi lµ hÖ sèkhuÕch ®¹i dßng ®iÖn. Nguyªn t¾c ph©n cùc cho BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i:

JE ph©n cùc thuËn vµ JC ph©n cùc nghÞch, nghÜa lµ ®èi víi BJT lo¹i npn th× ph¶itho¶ m·n VBE>0 vµ VCB>0 , ®èi víi BJT lo¹i pnp th× ngîc l¹i.3.2. Çc çch m¾c m¹ch cña BJT

BJT cã ba cùc, tuú theo theo viÖc chän cùc nµo lµm cùc chung cho m¹chvµo vµ m¹ch ra mµ cã ba s¬ ®å s au( ta chØ xÐt s¬ ®å d¹ng ®¬n gi¶n ho¸)3.2.1. M¹ch CE(Common Emitter)

TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®îc ®a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®îc lÊyra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung.

H×nh 3.4.M¹ch CE

3.2.2. M¹ch CB (Common Base)TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®îc ®a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®îc lÊy

ra gi÷a cùc C vµ B, B lµ cùc chung.

H×nh 3.5.M¹ch CB

TÝn hiÖu raTÝn hiÖu vµo

TÝn hiÖu vµo

C

B

ETÝn hiÖu ra



3.2.3.M¹ch CC(Common Collector)TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®îc ®a vµo gi÷a cùc B vµ C, tÝn hiÖu ra ®îc lÊy

ra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung.

H×nh 3.6.M¹ch CB

3.3. §Æc tuyÕn tÜnh vµ çc tham sè tÜnh cña BJT

§Æc tuyÕn tÜnh diÔn t¶ mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p mét chiÒutrªn BJT. Cã bèn lo¹i ®Æc tuyÕn lµ ®Æc tuyÕn vµo, ra, truyÒn ®¹t dßng ®iÖn, håi tiÕp®iÖn ¸p. Ta chØ xÐt ®Æc tuyÕn ra cña m¹ch CE.

Çc tham sè giíi h¹n cña BJT

Tuú theo diÖn tÝch mÆt tiÕp xóc , vËt liÖu vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o…Mçi BJT chØcho phÐp mét dßng ®iÖn tèi ®a trªn mçi ®iÖn cùc lµ I Emax, IBmax, ICmax. Ngoµi ra trªnçc tiÕp xóc JE, JC cã çc ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp V Cbmax, VBemax, VCemax ®Ó kh«ngg©y ®¸nh thñng çc tiÕp xóc.

TÇn sè giíi h¹n:

Mçi BJT chØ lµm viÖc hiÖu qu¶ ®Õn mét tÇn sè nhÊt ®Þnh v× do ë tÇn sè cao, çc®iÖn dung ë çc tiÕp xóc p -n t¨ng. MÆt kh¸c chuyÓn ®éng cña h¹ t dÉn qua miÒn B

IB1

IB3

IB4

IB2MiÒn ®¸nh thñngMiÒn dÉn b·o hoµ

IC

VCE

H×nh 3.7.Hä ®Æc tuyÕn tÜnh ngâ ra cña BJT m¾c kiÓu CE

IC=f(VCE) IB=const

TÝn hiÖu vµoTÝn hiÖu ra



kh«ng thÓ coi lµ tøc thêi mµ chiÕm mét thêi gian ®¸ng kÓ so víi chu kú tÝn hiÖunªn , bÞ gi¶m theo tÇn sè.

3.4.Çc çch ph©n cùc cho BJTVÒ nguyªn t¾c ta cÇn hai nguån ®Ó ph©n cùc thuËn J E vµ ph©n cùc nghÞch JC

3.4.1. Ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®Þnh:3.4.1.1. Dïng mét nguånV CC

§iÖn trë RB lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån VCC ®Ó ph©n cùc thuËn JE, ®iÖn trë RC lÊy®iÖn ¸p tõ nguån VCC ph©n cùc nghÞch JC, nghÜa lµ VBE>0, VCB>0.

CCCCCE

BC

B

BECCB

RIVV

II

R

VVI

H×nh 3.8. M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT, ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®ÞnhTa thÊy dßng IB cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi tuú thuéc vµo V CC vµ RB nªn m¹ch cã

tªn lµ ph©n cùc b»ng dßng I B cè ®Þnh.Çc gi¸ trÞ cña VCE vµ IC x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q trªn ®Æc tuyÕn

ngâ ra cña BJT.Ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph¬ng ph¸p ®å thÞ.Tõ biÓu thøc VCE=VCC-ICRC ta cã IC=(-1/RC)VCE+(1/RC)VCC(1). Giao ®iÓm

cña ®êng th¼ng cã ph¬ng tr×nh nh (1) víi ®êng biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a I C

vµ VCE øng víi dßng IB=(VBB-VBE)/RB trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra m¹ch EC x¸c ®Þnh vÞtrÝ cña ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q.

R B

V C C

R c

.

R E

IBIc

IE

IB1

IB3

IB4

IB2=(VCC-VBE)/RB

IC

VCE

H×nh 3.9. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph¬ng ph¸p ®å thÞ

VCC

VCC/RC

Q

VCEQ

ICQ



3.4.1.2. Dïng hai nguån

CCCCCE

BC

BB

BEBBB

RIVV

II

R

VVI

H×nh 3.10. M¹ch ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®Þnh dïng hai nguån

3.4.2. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collectorHåi tiÕp lµ sù ®a tÝn hiÖu ngâ ra cña b é khuÕch ®¹i trë ngîc l¹i ®Çu vµo.

NÕu tÝn hiÖu håi tiÕp ®a vÒ lµm gi¶m ®iÖn ¸p vµo bé khuÕch ®¹i th× gäi ®ã lµ håitiÕp ©m.

§iÖn trë RB dÉn ®iÖn ¸p tõ cùc C ®a ngîc vÒ cùc B. Khi nhiÖt ®é t¨ngdßng IC, IE t¨ng lµm VC gi¶m, th«ng qua ®iÖn trë R B lµm ®iÖn ¸p ph©n cùc cho cùcB lµ VBE gi¶m, lµm BJT dÉn yÕu l¹i lµm gi¶m dßng I C. §iÖn trë RB gäi lµ ®iÖn trëhåi tiÕp ©m.

CCCCCE

BC

CB

BECCB

RIVV

II

RR

VVI

)1(

H×nh 3.12. M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collector

3.4.3. Ph©n cùc b»ng dßng EmitterM¹ch dïng hai ®iÖn trë RB1, RB2t¹o thµnh cÇu ph©n ¸p ®Ó ph©n cùc thuËn J E,

RC lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån VCC ph©n cùc cho JC. RE lµ ®iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt¸p dông ®Þnh lý Thevenin, ta cã s¬ ®å m¹ch t¬ng ®¬ng

(a)

R B

V C C

.

R c

RB1

VC C

.

Rc

RERB2

R B B

R c

V C C

.

V B B



(b)

H×nh 3.13.

(a)M¹ch ph©n cùc b»ng dßng Emitter (b) M¹ch t¬ng ®¬ng theo ®Þnh lý Thevenin

Trong®ã

2121

2 //; BBBBBB

BCCBB RRR

RR

RVV

EECCCCCEBCEBB

BEBBB RIRIVVII

RR

VVI

;;)1(

Ta biÕt khi nhiÖt ®é t¨ng, ba tham sè cña BJT sÏ thay ®æi , ®ã lµ V BE, , IC.Trong ba kiÓu ph©n cùc trªn , kiÓu ph©n cùc b»ng ®Þnh dßng Emitter cho ta dßng IC

æn ®Þnh nhÊt v× dßng I C hÇu nh kh«ng phô thuéc vµo v× ICVBB/RE nÕu chänVBB>>VBE

Bµi tËp :Cho s¬ ®å m¹ch nh h×nh 3.13a. BiÕt r»ng R B1=32k; RB2=6,8k; Rc=3k;

RE =1,5k; R; =100;Vcc=15V. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh vµ biÓu diÔn nã trªn®Æc tuyÕn ngâ ra.Gi¶i:

VRRIVRIRIVV

mAmAII

mAR

VVI

VRR

RVV

kkkRRR

ECCCCeECCCCCE

BC

E

BEBBB

BB

BCCBB

BBBB

6,95,4*012,015)(

2,1012,0.100

012,05,1*1016,5

7,06,2

)1(R

6,28,632

8,6*15

6.58.6//32//

BB

21

2

21

RBB

Rc

VCC

VBBRE



H×nh 3.14. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph¬ng ph¸p ®å thÞ15V9,6

IB1

IB3

IB4

IB2=0,012mA

IC(mA)

VCE(V)

15/4,5

Q1,2

Ch¬ng 4: M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT



M¹ch khuÕch ®¹i lµ m¹ch ®iÖn tö trong ®ã víi mét sù biÕn ®æi nhá cña®¹i lîng ®iÖn ë ®Çu vµo sÏ g©y ra sù biÕn ®æi lín cña ®¹i lîng ®iÖn cña ®Çura. Çc phÇn tö c¬ b¶n cña m¹ch ®iÖn lµ BJT cã thÓ m¾c theo s¬ ®å B, E, C

Néi dung cña ch¬ng nµy tr×nh bµy çc kiÓu m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖunhá c¬ b¶n dïng BJT nh m¹ch EC, BC, CC vµ çc m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt(khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lín). Tõ ®ã ta tÝnh to¸n çc th«ng sè cña m¹ch nh hÖ sèkhuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn, d¹ng sãng t¹i çc vÞ trÝ trongm¹ch...

Môc ®Ých cña ch¬ng nµy gióp sinh viªn n¾m ®îc nguyªn lý lµm viÖccña çc m¹ch khuÕch ®¹i, çc th«ng sè c¬ b¶n ®Ó øng dông trong viÖc thiÕt kÕm¹ch.

Çc chØ tiªu c¬ b¶n cña mét m¹ch khuÕch ®¹i:

H×nh 4.1. M¹ng bèn cùc ®¹i diÖn cho m¹ch khuÕch ®¹i.

Nguån tÝn hiÖu vS ®îc ®a ®Õn ngâ vµo cña linh kiÖn ®iÖn tö, nh BJT...Nhê vai trß ho¹t ®éng cña BJT, trªn ®iÖn trë t¶i R t sÏ nhËn ®îc tÝn hiÖu ®·®îc khuÕch ®¹i nghÜa lµ tÝn hiÖu nµy biÕn thiª n cïng quy luËt víi tÝn hiÖu v S

nhng cã biªn ®é lín h¬n nhiÒu.Tuú theo d¹ng cña tÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i mµ chia thµnh çc lo¹i m¹ch

khuÕch ®¹i c¬ b¶n sau: M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu biÕn thiªn chËm (khuÕch ®¹i DC). M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xoay chiÒu bao g åm m¹ch khuÕch ®¹i tÇn sè thÊp,

trung b×nh vµ tÇn sè cao.Trong ch¬ng nµy, ta xÐt çc m¹ch khuÕch ®¹i tÇn sè trung b×nh.§Ó ®¬n gi¶n, gi¶ thiÕt r»ng nguån tÝn hiÖu v S cÇn khuÕch ®¹i cã d¹ng

h×nh sin, tÝn hiÖu ra trªn t¶i vÉn cã d¹ng h×nh sin (m¹ch khuÕch ®¹i lý tëng).Trong ®iÒu kiÖn ®ã, çc ®¹i lîng xoay chiÒu trong m¹ch nh ®iÖn ¸p vµo, dßng®iÖn vµo, ®iÖn ¸p ra trªn t¶i, dßng ®iÖn ra trªn t¶i lµ nh÷ng ®¹i lîng h×nh sin.

TÝn hiÖu nhá lµ çc ®¹i lîng ë ®Çu vµo, ®Çu ra biÕn thiªn trong ph¹m vihÑp. M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá thêng ®îc ®Æt ®Çu tiªn cña mét thiÕt bÞkhuÕch ®¹i ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cßn cha lín. Díi ®©y ta kh¶o s¸t çc m¹chkhuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá theo ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch nghÜa lµ thay thÕ çc m¹chcô thÓ b»ng s¬ ®å t¬ng ®¬ng xo ay chiÒu, sau ®ã tÝnh to¸n çc th«ng sè ®Æctrng cña m¹ch: hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn , pha cña®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p ra ...

vS

M¹chkhuÕch

®¹i

Rt

rS



4.1. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña BJT ®èi víi tÝn hiÖu nhá xoay chiÒu theo thamsè chuÈn:

4.1.1. M¹ch CE (Common Emittter):

H×nh 4.2. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña BJT ®èi víi m¹ch CETrong ®ã rbe=rb+ (1+ )re (4.1a)

re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp xóc J E. re=26mV/ IE . (4.1b)rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze.rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p JC.ib : nguån dßng ®iÖn ®îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i b.

4.1.2. M¹ch BC ( Common Base ):

H×nh 4.3. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña BJT ®èi víi m¹ch CB

Trong ®ã reb= re + rb/(1+ ) (4.2)re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp xóc JE.

re=26mV/ IE .rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze.rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p J C.ie: nguån dßng ®iÖn ®îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i e

CB

E

§iÖn ¸p ra§iÖn ¸p vµo rbe

ibrce

B

§iÖn ¸p vµo§iÖn ¸p ra

C

reb

ie

E

rcb



4.1.3. M¹ch CC: (Common Collector)

H×nh 4.4. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña BJT ®èi víi m ¹ch CCTrong ®ã rbe=rb+ (1+ )re

re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp xóc J E. re=26mV/ IE .rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze.rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p J C.ib: nguån dßng ®iÖn ®îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i b

4.1.4. Nguyªn t¾c vÏ s¬ ®å t¬ng ®¬ng ®èi víi tÝn hiÖu xoay chiÒu;C¸c tô coi nh nèi t¾t v× c¸c tô nµy cã dung kh¸ng rÊt nhá (gÇn nh b»ng

kh«ng ë tÇn sè lµm viÖc cña m¹ch)Nguån mét chiÒu Vcc coi nh nèi t¾t v× gi¶ thiÕt lµ nguån lý tëng cã

néi trë b»ng 0.

4.2. M¹ch khuÕch ®¹i CE4.2.1. S¬ ®å m¹ch:

H×nh 4.5. S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i CE

4.2.2. T¸c dông linh kiÖn:R1,R2 : §iÖn trë ph©n cùc;RC : §iÖn trë t¶i cùc C.Vcc: nguån mét chiÒu;vS: nguån xoay chiÒu.

CB

E

rbe

ib

rce

§iÖn ¸p vµo

§iÖn ¸p ra

vt

Re

C2

Vcc

Rc

CE

C1

RtvS

R1

R2



rS: néi trë nguån xoay chiÒu;CE : nèi t¾t thµnh phÇn xoay chiÒu ë cùc E.Re : §iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt; R t : ®iÖn trë t¶i.C1: tô liªn l¹c ngâ vµo, ng¨n thµnh phÇn 1chiÒu vÒ v S.C2: tô liªn l¹c ngâ ra, ng¨n thµnh phÇn 1 chiÒu vÒ phÝa t¶i.

Nguyªn lý ho¹t ®éng:§iÖn ¸p vµo vS ®a ®Õn ®Çu vµo cña m¹ch lµm th ay ®æi tr¹ng th¸i ho¹t ®éng

cña BTJ, c¸c dßng ®iÖn base i b, ic cã thÓ t¨ng hay gi¶m theo ®iÖn ¸p vµo v s. §iÖn¸p biÕn thiªn trªn ®iÖn trë R C t¹o nªn ®iÖn ¸p xoay chiÒu trªn cùc Collector.§iÖn ¸p nµy qua tô C2 ®îc ®a ®Õn ®iÖn trë R t cña m¹ch khuÕch ®¹i.

H×nh 4.6. D¹ng sãng cña nguån tÝn hiÖu, t¹i cùc C, vµ t¹i ngâ ra.

4.2.3. S¬ ®å t¬ng ®¬ng:

H×nh 4.7. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña m¹ch CE.

4.2.4. TÝnh to¸n tham sè cña m¹ch:4.2.4.1. §iÖn trë vµo cña m¹ch:

vS

t

t

vC

vRt

t

B C

it

Rt

ib

Rc

rce

R1//R2

rS

vS

rbe

ib

iV ic

E



eb

b

bebb

b

eebb

b

bebe

beV

rr

i

irri

i

irri

i

ur

rRRR

1

1

//)//( 21

(4.3)

NÕu R1//R2 >>rbe th× RV=rbe

4.2.4.2. HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn K i

HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn K i lµ tû sè cña dßng ®iÖn ra vµ dßng ®iÖnvµo cña m¹ch.

c

t

b

c

v

b

v

ti i

i

i

i

i

i

i

iK ..

Ta cã:

bC

VbVV

tCCtt

ii

riRi

RRiRi

//..

VËyt

tC

V

Vi R

RR

r

RK

//.. (4.4)

HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn K i phô thuéc vµo cña BJT, gi¸ trÞ ®iÖn trëcña bé ph©n ¸p, ®iÖn trë Rc, R t. NÕu ta chän R1//R2>>rV, Rc>>Rt th× Ki.M¹ch EC cã hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn lín.

4.2.4.3. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p Ku

HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u lµ tû sè cña ®iÖn ¸p trªn t¶i vµ ®iÖn ¸p vµocña m¹ch.

Vs

tC

V

V

ts

ti

VsV

tt

s

T

V

Tu

Rr

RR

r

R

Rr

RK

Rri

Ri

v

v

v

vK

//..

(4.5)

NÕu R1//R2>>rV, rs rÊt nhá, lín th× hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u lín. DÊu trõ biÓu thÞ ®iÖn ¸p ra víi ®iÖn ¸p vµo ngîc pha nhau.

Bµi tËp 1:Cho s¬ ®å m¹ch nh h×nh vÏ sau.

vt

Re

C2

Vcc

Rc

CE

C1

RtvS

R1

H×nh 4.8. M¹ch khuÕch ®¹i CE



R1=280 k; Rc=1 k; Re=0,5 k; Rt=1 k;=100; rS=0 ; VCC =15V. TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch.

Tríc hÕt tÝnh chÕ ®é tÜnh cña m¹ch

VkmAVRRIV

RIRIVV

mAmAII

mAk

V

R

VVI

eCCCC

eECCCCCE

BC

e

BEccB

55,8)5,1)(3,4(15

3,4043,0.100

043.0)51280(

)7.015(

)1(R 1

H×nh 4.9. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña m¹ch ë h×nh 4.8

83006.0

5.0//

600600//280//

60063,4

26

1

e

tCu

beV

be

C

T

E

Te

r

RRK

krRR

rmA

mV

I

V

I

Vr

C©u hái më réng:Víi s¬ ®å m¹ch nh h×nh 4.8, nÕu kh«ng cã tô CE th× hÖ sè khuÕch ®¹i

®iÖn ¸p cña m¹ch nh thÕ nµo? NhËn xÐt vµ gi¶i thÝch t¹i sao.Tr¶ lêi:NÕu kh«ng cã tô CE th× trong s¬ ®å t¬ng ®¬ng cña m¹ch sÏ cã Re nèi

gi÷a cùc E vµ ®iÓm ®Êt. Nh vËy ®iÖn ¸p xoay chiÒu v S sÏ bÞ r¬i mét phÇn trªnRe nªn lµm cho ®iÖn ¸p ®Æt lªn tiÕp xóc J E cña BJT bÞ gi¶m. Nªn ®iÖn ¸p ra trªnt¶i sÏ bÞ gi¶m theo, v× vËy hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch gi ¶m. Ta chØ cÇnnhËn xÐt vµ gi¶i thÝch nh vËy chø kh«ng cÇn ph¶i tÝnh l¹i hÖ sè khuÕch ®¹i®iÖn ¸p v× c©u hái kh«ng yªu cÇu.

Bµi tËp 2

B C

it

Rt

ib

Rc

rce

R1

rS

vS

rbe

ib

iV ic

E



TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch (h×nh 4.8) trong trêng hîp kh«ng cã tôCE. Tõ ®ã gi¶i thÝch t¸c dông cña tô CE vµ c¸ch t Ýnh chän tô CE nh thÕ nµo?

HÖ thèng l¹i c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n võa häc.

4.3. M¹ch khuÕch ®¹i CB4.3.1. S¬ ®å m¹ch:

H×nh 4.10 . S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i CB

4.3.2. T¸c dông linh kiÖn:R1,R2 ,RC : §iÖn trë ph©n cùc.Vcc: nguån mét chiÒu.vs: nguån xoay chiÒu.rs: néi trë nguån xoay chiÒu;Re : §iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt.C1: tô liªn l¹c ngâ vµo, ng¨n thµnh phÇn 1c vÒ E n.C2: tô liªn l¹c ngâ ra, c¶n thµnh phÇn 1 chiÒu vÒ phÝa t¶i.Cb : nèi t¾t thµnh phÇn xoay chiÒu; Rt : ®iÖn trë t¶i.

4.3.3. S¬ ®å t¬ng ®¬ng:

H×nh 4.11. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña m¹ch CE.

4.3.4.TÝnh to¸n tham sè cña m¹ch:4.3.4.1. §iÖn trë vµo cña m¹ch:

Ta cã: Rv= Re //reb (4.6)

Rc

rS

VS

RtRe

C2

R2

C1

VCC

R1

Cb

ie

Rt

reb

rS

RevS

i e Rc

rcb

iV iC it



trong ®ã

1

be

e

eebb

e

ebeb

rr

i

irri

i

vr (4.7)

4.3.4.2. HÖ sè khuÕch ®¹i K i

HÖ sè khuÕch ®¹i K i lµ tû sè cña dßng ®iÖn ra t¶i vµ dßng ®iÖn vµocña m¹ch

C

t

e

c

V

e

V

ti i

i

i

i

i

i

i

iK ..

Ta cã:

eC

VeVV

tCCTT

ii

riRi

RRiRi

//..

VËyt

tC

V

Vi R

RR

r

RK

//.. (4.8)

HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn K i cña m¹ch BC <1.

III.4.3. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u

HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p Ku lµ tû sè cña ®iÖn ¸p trªn t¶i vµ ®iÖn ¸p vµocña m¹ch.

Vs

tC

V

V

ts

ti

VsV

tt

s

t

V

tu

Rr

RR

r

R

Rr

RK

Rri

Ri

v

v

v

vK

//.

(4.9)

§iÖn ¸p ra víi ®iÖn ¸p vµo cïng pha nhau. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u cña m¹ch BC >>1.Ku cµng lín khi Rn cµng nhá.Bµi tËp 3:Cho s¬ ®å m¹ch nh h×nh 4.11. R 1=68 k; R2=22 k; Rc=1 k; Re=1

k; Rt=1 k; =100; rS =100; VCC =15V

TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch.

4.4. M¹ch khuÕch ®¹i CC4.4.1. S¬ ®å m¹ch:

H×nh 4.12. S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i kiÓu CC

VCC

Re

C1

R2vS

rS

Rt

R1

C2Q



4.4.2. T¸c dông linh kiÖn:R1,R2 , : §iÖn trë ph©n cùc.VCC: nguån mét chiÒu.vs: nguån xoay chiÒu.rS: néi trë nguån xoay chiÒu.Re : §iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt.C1: tô liªn l¹c ngâ vµo, ng¨n thµnh phÇn 1chiÒu vÒ E n.C2: tô liªn l¹c ngâ ra, c¶n thµnh phÇn 1 chiÒu vÒ phÝa t¶i.Rt : ®iÖn trë t¶i.

4.4.3. S¬ ®å t¬ng ®¬ng:

H×nh 4.14. S¬ ®å t¬ng ®¬ng cña m¹ch khuÕch ®¹i CC

4.4.4.TÝnh to¸n tham sè cña m¹ch:

4.4.4.1. §iÖn trë vµo cña m¹ch: Rv= (R1 //R2 ) //rv (4.10)

teb

b

etebb

b

bv

Rrr

i

iRrri

i

ur

Re//1

)Re//(

(4.11)

NÕu chän R1//R2 >>rV th× RV lín.

4.4.4.2. HÖ sè khuÕch ®¹i K i

HÖ sè khuÕch ®¹i K i lµ tû sè cña dßng ®iÖn ra t¶i vµ dßng ®iÖn vµo cñam¹ch

e

T

b

e

V

b

V

y

i i

i

i

i

i

i

i

iK ..

Ta cã:

be

VbVV

tEeTT

ii

riRi

RRiRi

)1(

//..

Rt

ie

ib

ib

Re

rberS

R1//R2vS

Rt

rce

it



VËyt

t

V

Vi R

R

r

RK

Re//).1.( (4.12)

HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn lín.

4.4.4.3. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u

HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p K u lµ tû sè cña ®iÖn ¸p ra t¶i vµ vµo cña m¹ch

Vs

tE

V

V

Ts

ti

VsV

tt

s

T

V

Tu

Rr

RR

r

R

Rr

RK

Rri

Ri

v

v

v

vK

//.)1(

(4.13)

§iÖn ¸p ra víi ®iÖn ¸p vµo cïng pha nhau.

Bµi tËp 4Cho s¬ ®å m¹ch nh trªn. R 1=68k; R2=22k;Re=1k; Rt=1k;

=100; Rn=100; Vcc=15V. TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch.Bµi tËp 5: So s¸nh 3 lo¹i trªn vµ rót ra u nhîc ®iÓm cña tõng lo¹i

m¹ch vµ øng dông.

4.5. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt:M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt lµ m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lín (tÝn hiÖu mµ

kho¶ng biÕn thiªn biªn ®é lín )Ta xÐt m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn dïng khuÕch ®¹i c«ng suÊt lµm viÖc ë

d¶i tÇn sè thÊp, BW: 20 Hz – 20 KHz. TÝn hiÖu ®iÖn lÊy tõ datric (phÇn tö biÕn®æi ®¹i lîng phi ®iÖn ®¹i lîng ®iÖn ) qua tÇng khuÕch ®¹i s¬ bé th×biªn ®é ®iÖn ¸p t×n hiÖu ®ñ lín ( vµi V ) nhng cha ®ö c«ng suÊt ®Ó kÐo t¶i. V×vËy ph¶i cã mét tÇng cuèi lµm nhiÖm vô n©ng c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Ó cÊp cho t¶i,®ã chÝnh lµ tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt.C¸c chÕ ®é lµm viÖc c¬ b¶n cña m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt:4.5.1. ChÕ ®é A:

Dßng ®iÖn ra iC xuÊt hiÖn ë c¶ hai nöa chu kú cña tÝn hiÖu vµo.

H×nh 4.15. D¹ng sãng cña ®iÖn ¸p vµo vµ dßng ra i C

4.5.2. ChÕ ®é B: Dßng ®iÖn ra iC xuÊt hiÖn ë mét nöa chu kú cña tÝn hiÖu vµo.

vv

t

tic

IC

Q

t

uv

iC



H×nh 4.16. D¹ng sãng cña ®iÖn ¸p vµo vµ dßng ra i C

TÝn hiÖu ra bÞ mÐo d¹ng trÇm träng, ®Ó kh¾c phôc ta dïng hai BJT thayphiªn nhau dÉn trong hai nöa chu kú th× sÏ kh«i phôc ®îc d¹ng gèc cña tÝnhiÖu. tuy nhiªn vÉn cßn mÐo xuyªn t©m do ®Æc tuyÕn vµo cña BJT sinh ra.4.5.3. ChÕ ®é AB:

Ta cÊp ph©n cùc ban ®Çu cho BJT ®Ó kh¾c phôc mÐo xuyªn t©m. C¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt c¬ b¶n:4.5.4. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt chÕ ®é A4.5.4.1. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt chÕ ®é A t¶i ghÐp trùc tiÕp:

H ình 4.17. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt chÕ ®é A

H ình 4.18. Dạng sóng của điện áp và dòng ra.

RB Rc

IcVcc

VCE

VCEmaxVCEmin

Icmax

Vcc

IcQ

Ic(mA)

Q

VCEp

ILpic

t

vCE

t

Icmin

VCE



Khi tín hiệu vào có dạng sóng sin, công suất ra của tín hiệu được xác địnhtheo biểu thức :

Pr = VCE.IC =V ICEp Cp

2 =

V IR

CEp Cp

C

2

2

(4.14)

Căn cứ vào hình vẽ ta xác định được biên độ Icp và VCEP

Ta có : Icp=2

minmax CC II

VCEP=V VCE CEmax min

2 Công suất ra :

))((8

12

)(

2

)

2

1

minmaxminmax

minmaxCEminmax

CpCpCECE

CpCpCEr

IIVV

IIVVP

(4.15)

Vậy căn cứ vào hình vẽ khi ta vẽ đường tải trên họ đặc tuyến ra ta hoàntoàn xác định được công suất ra .Ta nhận được công suất ra lớn nhất khi có điều kiện sau:

2V

V

CEp

minmax

CC

CCCECE

V

VV

Lúc đó công suất ra cực đại :

P rmax=18

V VR

18

VR

V I4CC

CC

C

2CC

C

CC CQ (4.16)

Công suất cung cấp cho mạch :

PCC = 1

0 2

2

TV

TI I t dt V I V

RCC CQ Cp CC CQCC

C sin (4.17)

Ta thấy khi tín hiệu vào hình sin thì trị trung bình đại số của điện áp C - E vàdòng collector không đổi vì vậy công suất cung cấp một chiều không phụ thuộcvào tín hiệu vào và ra .

Hiệu suất cực đại của mạch điện đ ược xác định :

max=PP

VR

VR

r CC

C

CC

C

max

0

00

2 2

00100

8 2100 = 25%

Vậy hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ A rất thấp, do đó mà nó ít được sửdụng .4.5.3.2. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt chÕ ®é A t¶i ghÐp biÕn ¸p:

S¬ ®å m¹ch t¬ng tù nh h×nh 4.17. Tuy nhiªn t¶i R c kh«ng ®îc ghÐptrùc tiÕp vµo cùc C cña BJT mµ ®îc ghÐp qua biÕn ¸p. Nhê ®ã hiÖu suÊt ®îct¨ng lªn gÊp ®«i lµ 50%.



Trong tÇng khuÕch ®¹i chÕ ®é A, ®iÓm lµm viÖc thay ®æi xung quanh®iÓm tÜnh. So víi tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá nã chØ kh¸c lµ biªn ®é cña nãlín, tÇng khuÕch ®¹i chÕ ®é A hay dïng s¬ ®å CE .

M¹ch nµy cã u ®iÓm lµ tÝn hiÖu ra trung thùc, tuy nhiªn hiÖu suÊt thÊpdo biªn ®é dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu cùc ®¹i chØ b»ng dßng ®iÖn vµ ®iÖn¸p tÜnh.

4.5. 5. Các mạch khuếch đại chế độ B

Mạch điện khuếch đại chế độ B phải d ùng ít nhất là 2 transistor có cùngcực tính hay khác cực tính (P hoặc N). Khi cần tăng công suất ra, ở mỗi tầngcông suất cuối thường hay dùng 2 transistor ở mỗi nhánh, mắc kiểu Darlingt ơn.Nếu tầng công suất dùng 2 transistor cùng cực tính thì tầng kích phải là tầngđảo pha để cấp 2 tín hiệu ngược pha ở cửa vào.

4.5.6. Mạch đẩy kéo biến áp

Ưu điểm của mạch này là ở chế độ tĩnh sẽ không tiêu thụ dòng do nguồncung cấp nếu không có tổn hao trên transistor. Mặt khác, vì không có dòng mộtchiều chảy qua biến áp nên không gây méo do bão hòa từ. Hiệu suất của mạchđạt lớn nhất, khoảng 78,5%.

Nhược điểm của nó là méo xuyên tâm lớn khi tín hiệu vào nhỏ, khi cả 2vế khuếch đại không được cân bằng.

Như mạch hình trên đã chỉ rõ, ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, T1

phân cực nghịch nên không dẫn, T2 phân cực thuận nên dẫn. Ở nửa chu kỳ âmthì qúa trình xảy ra ngược lại. Lúc chưa có tín hiệu (Uv = 0) thì T1, T2 đều tắt,sẽ không có dòng nguồn VCC chạy qua biến áp mà chỉ có dòng ngược ICE rấtnhỏ chảy qua.

Tại thời điểm chuyển tiếp giữa quá tr ình dẫn, ngắt của T1 và T2 sẽ gây nênhiện tượng méo dạng sóng, gọi là méo dạng xuyên tâm.

4.5.7. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt chÕ ®é AB ®Èy kÐo kh«ng dïng biÕn ¸p:



4.5.7.1. M¹ch OTL(Output Transformer Less)Ta xÐt s¬ ®å m¹ch ®¬n gi¶n sau (kh«ng xÐt ®Õn m¹ch ph©n cùc)

H× nh 4.19. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt OTL2 BJT trªn lµ 2 BJT bæ phô cã c¸c tham sè ®èi xøng n hau.ë chÕ ®é tÜnh, tô C ®îc n¹p ®iÖn ®Õn gi¸ trÞ Ec/2. ë b¸n kú ©m

cña uth, BTT díi dÉn, tô C ®ãng vai trß lµ nguån cung cÊp cho nã vµ t¶iloa, cßn BJT trªn t¾t. Gi¶i thÝch t¬ng tù, ë b¸n kú d¬ng cña uth, BTTtrªn dÉn, nguån Vcc vµ tô C cung cÊp cho nã vµ t¶i loa. Dßng xoaychiÒu ic lÇn lît ch¶y qua t¶i trong tõng b¸n kú t¬ng øng, t¹o nªn ®iÖn¸p xoay chiÒu trªn t¶i.

4.5.7.2. M¹ch OCL (Output Capacitor Less)Ta xÐt s¬ ®å m¹ch ®¬n gi¶n sau (kh«ng xÐt ®Õn m¹ch ph©n cùc)

H× nh 4.19. M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt OTL

2 BJT trªn lµ 2 BJT bæ phô cã c¸c tham sè ®èi xøng nhau.ë b¸n kú d¬ng cña v th, BTT trªn dÉn, cßn BJT trªn t¾t. ë b¸n kú ©m cña®iÖn ¸p vµo, BTT díi dÉn, BJT trªn t¾t. Dßng xoay chiÒu i c lÇn lîtch¶y qua t¶i trong tõng b¸n k ú t¬ng øng, t¹o nªn ®iÖn ¸p xoay chiÒutrªn t¶i.

+Ec

vth

+Vcc

vs

-Vcc

ch¬ng 5: khuÕch ®¹i thuËt to¸n OPAMP(Operational Amplifier)

5.1. Kh¸i niÖm:M¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ m¹ch ®îc chÕ t¹o díi d¹ng tÝch hîp cã hÖ sè

khuÕch ®¹i lín dïng ®Ó xö lý çc tÝn hiÖu t¬ng tù hoÆc xung. M¹ch thùc hiÖn çc phÐptÝnh c¬ b¶n: céng, trõ, tÝch ph©n vi ph©n, lÊy logarit, hoÆc thùc hiÖn çc chøc n¨ng nht¹o dao ®éng h×nh sin, æn ¸p, æn dßng, so s¸nh.

Ký hiÖu

H×nh 5.1. Ký hiÖu cña OPAMP

OPAMP thêng ®îc cÊp nguån ®èi xøng, cã 2 ngâ vµo: v i-: ngâ vµo ®¶o, v i

+: ngâvµo kh«ng ®¶o. vµ cã 1 ngâ ra vo

Tr¹ng th¸i ngâ ra v0 kh«ng cã m¹ch håi tiÕp vÒ ngâ vµo gäi lµ tr¹ng th¸i vßng hë.HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p lóc ®ã gäi lµ hÖ sè khuÕch ®¹i vßng hë cña OPAMP, ký hiÖuA0. Lóc ®ã v0 = A0 (vi

+- vi-).

Çc th«ng sè kü thuËt: §iÖn trë ngâ vµo ri rÊt lín, ®iÖn trë ngâ ra rÊt nhá, hÖsè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p A 0 rÊt lín.

5.2 §Æc tÝnh truyÒn ®¹t:Ta cã ®Æc tÝnh truyÒn ®¹t vßng hë v o=f(vi

+- vi-)=f(vd)

H×nh 5. 2. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t vßng hë cña OPAMP

+

-

Vi

ViVo

-VS

v0

VCC

-VCC

vd

VS

§Æc tuyÕn cã ba vïng lµm viÖc: Vïng khuÕch ®¹i v0=A0vd

Vïng b·o hoµ d¬ng v0=Vcc

Vïng b·o hoµ ©m v0=-Vcc

VS lµ c¸c møc ngìng cña ®iÖn ¸p vµo, giíi h¹n ph¹m vi mµ quan hÖ ngâ ra vµngâ vµo cßn lµ tuyÕn tÝnh. C¸c OPAMP thêng cã V S kho¶ng tõ vµi chôc V ®Õnvµi tr¨m V

Trong thùc tÕ, ngêi ta rÊt Ýt sö dông OPAMP ë tr¹ng th¸i vßng hë v× A 0 rÊt línnhng tÇm ®iÖn ¸p vµo bÞ giíi h¹n qu¸ bÐ( trong kho¶ng VS). ChØ cÇn tr«i nhiÖt,hoÆc nguån kh«ng æn ®Þnh, hoÆc nhiÔu biªn ®é rÊt bÐ còng ®ñ t¹o ®îc v d vît rangoµi tÇm VS lµm ngâ ra b·o hoµ d¬ng hoÆc b·o hoµ ©m. M¹ch khuÕch ®¹i vßnghë thêng sö dông trong chÕ ®é xung. Trong chÕ ®é khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh, ngêi taph¶i dïng håi tiÕp ©m ®Ó t¹o sù lµm viÖc æn ®Þnh cña bé khuÕch ®¹i.

5.3. Mét sè øng dông cña OPAMP:

Trong thùc tÕ, tr¹ng th¸i vßng hë chØ thêng ®îc sö dông trong chÕ ®éxung. ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh, ngêi ta ph¶i dïng håi tiÕp ©m ®Ó t¹o sù lµmviÖc æn ®Þnh cho bé khuÕch ®¹i, ®ång thêi më réng vïng lµm viÖc cña tÝn hiÖu vµo.Tr¹ng th¸i nh vËy gäi lµ tr¹ng th¸i vßng kÝn.

Gi¶ sö OPAMP lµ lý tëng cã r i= nªn dßng ch¶y vµo OPAMP lµ i v=0 vµ A0=nªn vi

+- vi-=v0/A0 =0 nªn vi

+= vi-.

5.3.1. M¹ch khuÕch ®¹i ®¶o:

M¹ch khuÕch ®¹i ®¶o cã ngâ vµo kh«ng ®¶o nèi ®Êt, tÝn hiÖu vµo v i ®a vµo ngâvµo ®¶o th«ng qua ®iÖn trë R 1. §iÖn trë Rf ®a ®iÖn ¸p ngâ ra v0 trë l¹i ngâ vµo ®¶o.

H×nh 5.3. M¹ch khuÕch ®¹i ®¶o dïng OPAMP

vi v 0

Rf

R1

P

N

Ta cã vi+ = 0 nªn ngêi ta gäi ®iÓm N lµ ®iÓm ®Êt gi¶.

Ta cã

1

00

1

0R

V

V

V

R

VV

R

VV f

if

NNi

DÊu trõ biÓu thÞ ®iÖn ¸p ra ngîc pha so víi ®iÖn ¸p vµo.Khi R1=Rf th× V0 = - Vi, ta cã m¹ch lÆp l¹i ®iÖn ¸p ®¶o.5.3.2. M¹ch khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o:

M¹ch khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o cã tÝn hiÖu ®a vµo trùc tiÕp vµo ngâ vµo kh«ng®¶o, cßn ngâ vµo ®¶o ®îc nèi ®Êt th«ng qua R 1

H×nh 5.4. M¹ch khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o dïng OPAMP

1

00

1

0

1

1000

R

R

V

V

R

VV

R

V

R

VV

R

V f

if

ii

f

NN

Khi R1 = , Rf = 0 th× V0 = Vi, ta cã m¹ch lÆp ®iÖn ¸p kh«ng ®¶o.

5.3.3. M¹ch céng ®¶o:M¹ch céng ®¶o gåm c¸c nguån tÝn hiÖu ®îc ®a ®Õn ®ång thêi ngâ vµ o ®¶o.XÐt m¹ch gåm cã hai nguån ®iÖn ¸p v 1, v2 nh h×nh vÏ.

H×nh 5..5. M¹ch céng ®¶o dïng OPAMP

V0

Rf

R1

Vi

Rf

V0V1 R1

V2R2

22

11

0 VR

RV

R

R

V

V ff

i

C«ng thøc trªn cã thÓ më réng ®Õn n ngâ vµo tuú ý.

5.3.4. M¹ch trõ:

M¹ch trõ gåm c¸c nguån tÝn hiªu ®îc ®a ®Õn ®ån g thêi vµo ngâ vµo ®¶o vµngâ vµo kh«ng ®¶o

H×nh 5..6. M¹ch trõ dïng OPAMP

¸p dông nguyªn lý xÕp chång ta cã V 0=V01+V02 trong ®ã V01 lµ ®iÖn ¸p ngâ rakhi chØ cã nguån tÝn hiÖu vµo lµ V 1, V2=0. Lóc ®ã m¹ch trë thµnh m¹ch khuÕch ®¹ikh«ng ®¶o. V× vËy ta cã

32

2101 )1()1(

RR

RV

R

RV

R

RV

fP

f

T¬ng tù , ta cã V02 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra khi chØ cã nguån tÝn hiÖu vµo lµ V 2, V1=0.Lóc ®ã m¹ch trë thµnh m¹ch khuÕch ®¹i ®¶o.

V× vËy ta cã

202 VR

RV

f

VËy ta cã V0=V01+V02= 232

21)1( VR

R

RR

RV

R

R ff

5.3.5. M¹ch céng kh«ng ®¶o:M¹ch céng kh«ng ®¶o gåm c¸c nguån tÝn hiÖu ®îc ®a ®Õn ®ång thêi ngâ vµo

kh«ng ®¶o.XÐt m¹ch gåm hai nguån ®iÖn ¸p v 1, v2 ®a ®Õn ngâ vµo kh«ng ®¶o nh h×nh vÏ.

V1 V0R2

Rf

R

R3

V2

H×nh 5. 7. M¹ch céng ®¶o dïng OPAMP

¸p dông nguyªn lý xÕp chång ta cã V 0=V01+V02 trong ®ã V01 lµ ®iÖn ¸p ngâ rakhi chØ cã nguån tÝn hiÖu vµo lµ V 1, V2=0. Lóc ®ã m¹ch trë thµnh m¹ch khuÕch ®¹ikh«ng ®¶o. V× vËy ta cã

21

2101 )1()1(

RR

RV

R

RV

R

RV f

Pf

T¬ng tù , ta cã V02 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra khi chØ cã nguån tÝn hiÖu vµo lµ V 2, V1= 0.Lóc ®ã m¹ch trë thµnh m¹ch khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o. V× vËy ta cã

12

1201 )1()1(

RR

RV

R

RV

R

RV

fP

f

VËy ta cã V0=V01+V02=

12

21)1(RR

RV

R

R f

12

12

2

)1(RR

RV

R

R f

M¹ch cã thÓ gåm cã n nguån tÝn hiÖu vµo.5.3.6. M¹ch vi ph©n:

M¹ch vi ph©n gåm cã nguån ®iÖn ¸p v i ®îc ®Æt vµo ngâ vµo ®¶o th«ng qua tô C

H×nh 5.8. M¹ch vi ph©n dïng OPAMP

vi v0

Rf

C

P

N

V2 V0

Rf

R1

R2

V1

R

Ta cãdt

dvCR

V

V

R

v

dt

dvC i

fif

v 00 0

5.3.7. M¹ch tÝch ph©n:M¹ch vi ph©n gåm cã tô C ®îc ®Æt ngay trªn ®êng håi ti Õp vÒ.

H×nh 5.9. M¹ch tÝch ph©n dïng OPAMP

dtvRC

vR

v

dt

dvC i

i 1

0 00

vi v0

C

R

P

N

Ch¬ng 6: M¹ch æn ¸p mét chiÒu



M¹ch æn ¸p mét chiÒu cã nhiÖm vô æn ®Þnh ®iÖn ¸p mét chiÒu ë ®Çu ra cñam¹ch khi ®iÖn ¸p mét chiÒu ë ®Çu vµo m¹ch thay ®æi trong mét ph¹m vi cho phÐp.

M¹ch æn ¸p mét chiÒu thêng ®Æt sau bé chØnh lu vµ läc.

6.1. §Æc tuyÕn V-A. TÝnh chÊt æn ¸p cña diod Zener :

Ký hiÖu cña Diod Zener

H×nh 6.1. §Æc tuyÕn V-A cña Diod ZenerC¸c tham sè c¬ b¶n cña Diod Zener:

§iÖn ¸p æn ®Þnh VZ: lµ ®iÖn ¸p ngîc ®o ®îc trªn hai ®Çu D Z khi DZ ®îcph©n cùc nghÞch víi dßng ch¶y qua DZ lµ IZ sao cho IZmin<IZ<IZmax.NÕu IZ<IZmin th× DZ kh«ng cã tÝnh æn ¸p, nÕu I Zmax<IZ th× DZ sÏ bÞ háng.

TÝnh chÊt æn ¸p cña diod Zener lµ khi ®iÖn ¸p tren D Z ®¹t ®Õn gi¸ trÞ ®¸nhthñng VZ , dßng qua DZ biÕn thiªn tõ IZmin ®Õn IZmax th× ®iÖn ¸p trªn DZ vÉn kh«ng®æi vµ b»ng VZ.

6.2. C¸c lo¹i m¹ch æn ¸p:

Nguån æn ¸p DC ®îc ph©n thµnh hai lo¹i lµ æn ¸p tuyÕn tÝnh vµ æn ¸p xung. æn¸p tuyÕn tÝnh cã hiÖu suÊt thÊp, tÇm biÕn thiªn ®iÖn ¸p vµo hÑp, ®é æn ®Þnh ®iÖn ¸pngâ ra kh«ng cao, nhng m¹ch thiÕt kÕ ®¬n gi¶n.

IZmax

IZmin

ID

NghÞch

ThuËn

-VZ

V

VD

D2

DIODE ZENER



6.2.1. æn ¸p tuyÕn tÝnh :

H×nh 6.2.M¹ch æn ¸p song song dïng Diod Zener

T¸c dông linh kiÖn:DZ: Diod Zener lµm nhiÖm vô æn ¸p.Ri: ®iÖn trë dïng ®Ó ®iÒu chØnh sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p ®Çu vµoRt: ®iÖn trë t¶i

Nguyªn lý lµm viÖc:Ta cã Ii=IZ+It( ®Þnh luËt Kirchhop I)

VV=VRi+VZ( ®Þnh luËt Kirchhop II)NÕu VV thay ®æi th× dßng IZ còng thay ®æi nhng nÕu thiÕt kÕ sao choIZminIZIZmax th× VZ=constKhi t¶i tiªu thô dßng thÊp I L=ILmin, dßng Ii chñ yÕu ch¶y qua DZ . Ngîc l¹i, khit¶i tiªu thô dßng cùc ®¹i I L=ILmax, dßng qua DZ sÏ tèi thiÓu.Nh vËy khi chän R i ph¶i ®¶m b¶o hai ®iÒu kiÖn sau:

Khi dßng t¶i cùc ®¹i IL=ILmax, dßng qua DZ lµ IZ>Imin ®Ó DZ vÉn æn ®Þnh ®iªn¸p VZ

Khi dßng t¶i cùc tiÓu IL=ILmin, dßng qua DZ lµ IZ<Imax ®Ó DZ kh«ng bÞ ph¸háng v× vît qu¸ c«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp.

Khi hë t¶i, IL=0, IL=Ii, nghÜa lµ lóc ®ã DZ tiªu thô dßng cùc ®¹i. Do ®ã linhkiÖn æn ¸p DZ ph¶i g¸nh hÇu nh toµn bé dßng vµo trong trêng hîp nµy.

6.2.2. M¹ch æn ¸p thùc hiÖn theo nguy ªn lý bï:

M¹ch æn ¸p thùc hiÖn theo nguyªn lý bï lµ m¹ch æn ¸p cã håi tiÕp nhê lÊy®iÖn ¸p mÉu ë ngâ ra ®a vÒ so víi ®iÖn ¸p chuÈn b»ng linh kiÖn khuÕch ®¹i saibiÖt.

S¬ ®å khèi:

§iÖn ¸p vµocha æn ®ÞnhVi

PhÇn tö®iÒu chØnh

Kh. ®¹isai lÖch

LÊy ®iÖn¸p mÉu

T¹o ®iÖn¸p chuÈn

§iÖn ¸p raæn ®Þnh Vo

LÊy ®iÖn¸p mÉu VS

Vi

Ii

Vo

It

Ri

D2 Rt

IZ



M¹ch t¹o ®iÖn ¸p chuÈn:Cã nhiÖm vô t¹o ra mét møc ®iÖn ¸p kh«ng ®æi VR(Reference), nã chÝnh lµ

c¬ së cho viÖc æn ¸p, ®iÖn ¸p ngâ ra Vo sÏ bÞ ®iÒu khiÓn bëi ®iÖn ¸p chuÈn.M¹ch lÊy ®iÖn ¸p mÉu:Cã nhiÖm vô lÊy mét phÇn ®iÖn ¸p ngâ ra, ®iÖn ¸p nµy gäi lµ V S(sample)

b»ng hay gÇn b»ng møc ®iÖn ¸p chuÈn.M¹ch khuÕch ®¹i sai lÖch:Cã nhiÖm vô so s¸nh møc ®iÖn ¸p mÉu V S víi møc ®iÖn ¸p chuÈn V R. §iÖn

¸p ra sau m¹ch khuÕch ®¹i sai lÖch dïng ®Ó thay ®æi tr¹ng th¸i dÉn ®iÖn cñaphÇn tö ®iÒu chØnh.

PhÇn tö ®iÒu chØnh:PhÇn tö ®iÒu chØnh thêng lµ linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt.

Tuú theo c¸ch thiÕt kÕ phÇn tö ®iÒu chØnh mµ cã c¸c lo¹i m¹ch æn ¸p sau:M¹ch æn ¸p tuyÕn tÝnh nèi tiÕp: cã phÇn tö ®iÒu chØnh m¾c nèi tiÕp víi t¶i

ngoµi.M¹ch æn ¸p tuyÕn tÝnh song song: m¹ch nµy cã phÇn tö ®iÒu chØnh m¾c

song song víi t¶i ngoµi.M¹ch æn ¸p xung:

Trong m¹ch nµy, phÇn tö ®iÒu chØnh lµm viÖc theo chÕ ®é ®ãng më.Ta xÐt m¹ch æn ¸p tuyÕn tÝnh cã phÇn tö ®iÒu chØnh m¾c nèi tiÕp víi t¶i:

S¬ ®å m¹ch:

H×nh 6.3.M¹ch æn ¸p tuyÕn tÝnh theo nguyªn lý bï dïng Diod Zener T¸c dông linh kiÖn:

DZ: t¹o ®iÖn ¸p chuÈn.R2, R3 : lÊy ®iÖn ¸p tõ Vo ph©n cùc cho Q1.

Q2: phÇn tö ®iÒu khiÓn dïng ®Ó so s¸nh ®iÖn ¸p håi tiÕp víi ®iÖn ¸p chuÈnvµ khuÕch ®¹i sai lÖch ®ã.

Q1: BJT c«ng suÊt dïng ®Ó ®iÒu ch Ønh ®iÖn ¸p ra theo ®iÖn ¸p vµo.

Vcc

D2

Vi

R1

Vo

IB1

Rt

IB1+IZ

IZR2

Q1

Q2

R3

IC2



Nguyªn lý ho¹t ®éng:Khi ®ãng m¹ch, Q1dÉn nªn Q2 dÉn. Ta cã

V0=Vi-VCE1

Gi¶ sö Vi t¨ng, V0 t¨ng tøc thêi, nªn ®iÖn ¸p lÊy mÉu V S t¨ng. §iÖn ¸p VS còngchÝnh lµ ®iÖn ¸p ®a vµo cùc nÒn B cña Q 2 nªn Q2 dÉn m¹nh, nªn VCE2 gi¶m, Q1

dÉn yÕu nªn VCE1 t¨ng, nªn V0 gi¶m theo.Gi¶i thÝch t¬ng tù khi U V gi¶m.Ta tÝnh ®îc ®iÖn ¸p ra

6.3. Çc vi m¹ch æn ¸p DC tuyÕn tÝnh:

Chóng ®îc sö dông rÊt réng r·i do çc u ®iÓm nh tÝch hîp toµn bé linhkiÖn trong mét kÝch thíc bÐ, cã thÓ sö dông thªm mét vµi linh kiÖn ngoµi…Mét trong nh÷ng vi m¹ch æn ¸p DC tuyÕn tÝnh lµ hä vi m¹ch 7800(æn ¸pd¬ng) vµ 7900(æn ¸p ©m) cã ba ch©n. Tuú theo h×nh d¹ng vá ngoµi, çc vim¹ch nµy cã thÓ cung cÊp dßng tõ 100mA ®Õn 1A vµ cho ®iÖn ¸p ra cè ®Þnh ënhiÒu gi¸ trÞ kh¸c nhau t¬ng øng víi m· sè theo b¶ng díi ®©y:

M· sè §iÖn ¸p ra(V) M· sè §iÖn ¸p ra(V)7805 5 7905 -57808 8 7908 -87809 9 7909 -97812 12 7912 -127815 15 7915 -157824 24 7924 -24

H×nh 6.4. B¶ng th«ng sè cña vi mach æn ¸p DCD¹ng m¹ch ®iÖn dïng vi m¹ch æn ¸p ba ch©n nh h×nh díi, trong ®ã C i

®îc thªm vµo khi vi m¹ch ®Æt xa nguån chØnh lu vµ läc ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸pngâ ra; C0 kho¶ng vµi nF ®Ó läc nhiÔu cao tÇn. §iªn ¸p ngâ vµo tèi thiÓu ph¶icao h¬n ®iÖn ¸p ngâ ra 3V ®Ó vi m¹ch vÉn ho¹t ®éng tèt

32

20 .

RR

RVV S

2

32)(R

RRVVV BEZo

78XX (79XX)Vi V0

CiC0

Ch¬ng 8: Linh kiÖn nhiÒu tiÕp xóc p -n


ch¬ng 7: Linh kiÖn nhiÒu tiÕp xóc p -n

8.1. SCR(Silicon controlled Rectifier)8.1.1. CÊu t¹o

Gåm bèn líp b¸n dÉn p-n-p-n ghÐp liªn tiÕp nhau, t¹o thµnh ba tiÕp xóc p -n. Lípb¸n dÉn P ngoµi cïng ®ãng vai trß Anod, líp b¸n dÉn n ngoµi cïng ®ãng vai trß l µKatod, líp b¸n dÉn P n»m ë gi÷a ®ãng vai trß cùc cöa ®iÒu khiÓn G.

H×nh 8.2.CÊu tróc t¬ng ®¬ng cña SCR

(a)

G

A

K

P

N

P

N

A

KG

(b)

H×nh 8.1. (a) CÊu t¹o cña SCR.(b) Ký hiÖu cña SCR

N

P

P

N

P

N

K

A

G

T1

T2

IB2=IC1

IB1=IC2

G

K

A



H×nh 8.2 cho thÊy SCR t¬ng ®¬ng víi hai BJT pnp vµ np n liªn kÕt víi nhauqua cùc B vµ cùc C. M¹ch nµy gióp thÊy sù kÝch khëi cña cùc G trong SCR. NÕu cã métdßng IG rÊt nhá ®îc ®a ®Õn ch©n B cñaT 1 th× dßng IGt¹o dßng IC1 lín h¬n, mµ IC1=IB2

nªn dßng IC2 lín h¬n IC1. Dßng IC2=IB1 nªn dßng IC1l¹i lín h¬n tríc dÉn ®Õn IC2 lín h¬ntríc… Hiªn tîng khuÕch ®¹i vßng nµy tiÕp tôc nªn c¶ hai BJT nhanh chãng b·o hoµ.Sù jo¹t ®éng trªn cho thÊy dßng cöa I G kh«ng cÇn lín vµ chØ cÇn tån t¹i trong thêi gianng¾n råi hai BJT tù kho¸ vµo nhau ®Ó dÉn vµ duy tr× dßng b·o h oµ. §ång thêi khi chot¾t dßng cùc cöa, th¹m chÝ cho dßng cùc cöa ch¹y ngîc trë l¹i th× SCR vÉn dÉn, nghÜalµ SCR cho phÐp më b»ng cùc cöa nhng kh«ng cho phÐp t¾t b»ng cùc cöa.

8.1.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng

Khi SCR bÞ ph©n cùc nghÞch th× gièng nh trêng hîp cña Diod nghÜa lµ cã métdßng rØ rÊt nhá ch¹y qua, tuy nhiªn khi ®iÖn ¸p nghÞch ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p ®¸nh thñng V BR

th× SCR trë nªn dÉn ®iÖn theo chiÒu nghÞch.Ban ®µu cha cÊp dßng vµo cöa G, khi SCR ®îc ph©n cùc thuËn th× ®Æc tÝnh

còng gièng nh ph©n cùc nghÞch nhng khi V AK ®¹t ®Õn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p quay vÒ V BO th×lËp tøc VAK gi¶m cho ®Õn khi VAK b»ng VH cì 0.7 V t¬ng øng víi dßng ®iÖn lµ I H. LócbÊy giê SCR ®· chuyÓn sang tr¹ng th¸i më hay dÉn. sau ®ã nã ho¹t ®éng nh Diod.

Khi cÊp dßng vµo cöa G th× ®iÖn thÕ quay vÒ nhá h¬n tøc lµ SCR dÔ chuyÓn sangtr¹ng th¸i dÉn h¬n

H×nh 8.3. §Æc tuyÕn V-A cña SCR

IA

IH

VB

0

VA

K



8.1.3.øng dôngSCR thêng ®îc dïng ®Ó chØnh lu cã ®iÒu khiÓn

H×nh 8.4. S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng cña m¹ch ch Ønh lu cã ®iÒu khiÓn mét nöa chu kú dïng SCR.

8.2. Triac(Triod AC Semiconductor Switch)8.2.1.Ký hiÖu

H×nh 8. 5. Ký hiÖu cña Triac

R

G

iG

vR

vs

t

t

t

MT2

MT1

G



Triac lµ linh kiÖn dÉn ®iÖn xoay chiÒu vµ cã cÊu tróc r¬ng tù nh hai conSCR ghÐp ngîc ®Çu nhau. Do kh«ng cßn ph©n biÖt chiÒu dßng ®iÖn nªn ngêita kh«ng sö dông ký hiÖu Anod vµ Katod n÷a mµ t hay b»ng c¸c ký hiÖu lÇn lîtlµ MT2, MT1.

H×nh 8.6. §Æc tuyÕn V-A cña Triac

Tõ ®Æc tuyÕn cña Triac, ngêi ta ph©n ra bèn kiÓu kÝch khëi cæng:

Mode I+: VMT2>VMT1, VGMT1>0Mode I-: VMT2>VMT1, VGMT1<0Mode III+: VMT2<VMT1, VGMT1>0Mode III-: VMT2<VMT1, VGMT1<0

Trong ®ã mode I+,III- ®îc sö dông nhiÒu nhÊt.Triac ®îc øng dông trong c¸c m¹ch kiÓm so¸t pha AC…

8.3. DiacCã cÊu tróc t¬ng ®¬ng nh Triac nhng kh«ng cã cùc cöa ®iÒu khiÓn G,

thêng dïng ®Ó kÝch khëi Triac

IA

IG0 IG=0

-VB0

IH

VB

0

VA

K



H×nh 8.7. Ký hiÖu vµ ®Æc tuyÕn V -A cña DiacM¹ch kiÓm so¸t pha AC dïng Triac ®îc øng dông trong ¸c bé nguån AC c«ng suÊtlín ®iÒu khiÓn ®îc nh: æn ¸p AC, ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ AC

H×nh 8.8. M¹ch kiÓm so¸t pha ACM¹ch R, C vµ Diac t¹o thµnh m¹ch dêi pha kÝch Triac. Khi ®iÖn ¸p trªn tô C ®¹t

®Õn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p quay vÒ (hay –VBO), Diac ®îc kÝch dÉn, ®iÖn ¸p trªn Diac gi¶mxuèng, t¹o dßng kÝch cæng cho Triac.

MT1

MT2

I

-VB0IH

VB

0V

T¶i

vAC

Ch¬ng 8: Kü thuËt xung8.1. Kh¸i niÖm:

Xung ®iÖn lµ 1 d¹ng ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn mµ thêi gian tån t¹i cñanã rÊt nhá, cã thÓ so s¸nh ®îc víi qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña m¹ch ®iÖn mµ nãt¸c dông. Mét sè d¹ng xung thêng gÆp:

Xung vu«ng: ( xung ch÷ nhËt)

H×nh 8.1. TÝn hiÖu xung vu«ng

Xung h×nh thang

H×nh 8..2. TÝn hiÖu xung h×nh thang

Xung tam gi¸c ( xung r¨ng ca )

H×nh 8.3. TÝn hiÖu xung tam gi¸c

Xung hµm mò

H×nh 8.4. TÝn hiÖu xung vu«ng

v

t

t

v

v

t

v

t

C¸c tham sè c¬ b¶n cña xung

XÐt 1 xung vu«ng thùc tÕ

H×nh 8.5. TÝn hiÖu xung vu«ng thùc tÕ

Trong ®ã:Vm: biªn ®é xung ( gi¸ trÞ cùc ®¹i cña tÝn hiÖu xung )0-t1: thêi gian trÔ cña tÝn hiÖu xung, ®ã lµ kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt

®Ó tÝn hiÖu t¨ng tõ 0 – 0,1 Vm

t1- t2: thêi gian lªn hay cßn gäi lµ ®é dµi sên tríc cña xung, ®ã lµkho¶ng thêi gian cÇn thiÕt ®Ó tÝn hiÖu t¨ng tõ 0,1 V m– 0,9 Vm

t2- t3 : thêi gian tån t¹i ®Ønh xung.t3- t4: thêi gian gi¶m hay cßn gäi lµ ®é dµi sên sau cña xung.t5= t1+t2+t3+t4: thêi gian tån t¹i cña xung

§èi víi d·y xung tuÇn hoµn ta cã thªm c¸c th«ng sè sau:

H×nh 8.6. TÝn hiÖu xung vu«ng tuÇn hoµn

Chu kú xung T=tx+tng

§é réng xung tx

tng: thêi gian nghØ cña xung TÇn sè xung f=1/T

Trong kü thuËt xung sè, ngêi ta thêng dï ng ph¬ng ph¸p sè ®èi víitÝn hiÖu xung khi biªn ®é xung V m > møc ngìng VH th× xung ®ã ë tr¹ng

t4t3t1

v

0.9Vm

0.9Vm

0.1Vmt

t2

tng

v

tT

tx

th¸i møc 1 hay møc cao. Khi V m < møc ngìng VL th× xung ë tr¹ng th¸imøc thÊp hay møc 0.

Khi Vl<Vm<VH xung ë tr¹ng th¸i cÊm.

8.2. Çc chÕ ®é lµm viÖc cña BJTTuú theo ®iÖn ¸p ph©n cùc, BJT cã thÓ lµm viÖc ë tr¹ng th¸i ngng dÉn, khuÕch®¹i hay dÉn b·o hoµ.

ChÕ ®é ngng dÉn: tiÕp xuc J E vµ JC ®Òu ph©n cùc ngîc ChÕ ®é khuÕch ®¹i: JE ph©n cùc thuËn, JC ph©n cùc ngîc ChÕ ®é b·o hoµ: JE vµ JE ®Òu ph©n cùc thuËn§Ó ®ãng ng¾t çc m¹ch ®iÖn tö, ngêi ta thêng dïng BJT.

Ta xÐt m¾c m¹ch sau:

H×nh 8.7.M¹ch t¹o tÝn hiÖu xung vu«ng

Khi ®iÖn ¸p vi ©m hoÆc nhá h¬n ®iÖn ¸p ngìng, BJT sÏ r¬i vµo tr¹ng th¸ingng dÉn (hoÆc t¾t). Dßng I C cã gi¸ trÞ rÊt bÐ, IC=ICbo

Khi ngâ vµo v i d¬ng , BJT dÉn, tuú theo gi¸ trÞ cña dßng ngâ vµo I B, BJTcã thÓ dÉn khuÕch ®¹i hoÆc b·o hoµ.

Khi BJT dÉn b·o hoµ, ®iÖn ¸p trªn cùc C vµ E rÊt nhá V CES=0.2V, dßng IC

lóc ®ã cã gi¸ trÞ lµ ICS=(VCC-VCES)/RC. VËy ®iÒu kiÖn ®Ó BJT ho¹t ®én g ë chÕ ®éb·o hoµ th× dßng IB>ICS/

NÕu vi < ®iÖn ¸p ngìng th× BJT t¾t, v0=VCC

NÕu (vi - VBE)/Rb> ICS/, BJT dÉn b·o hoµ, ngîc l¹i BJT dÉn khuÕch ®¹i.9.3. Çc m¹ch t¹o xung c¬ b¶n.

8.3.1. Maûch khäng traûng thaïi bãön (astable)Maûch coìn âæåüc goüi laì maûch dao âäüng âa haìi duìng âãø taûo xung vuäng8.3.1.1 Så âäö maûch vaì daûng soïng :

VCC

RcRb v0

Rc2

Rc2

VCC

C2 C1

Q1

Rc1

Q2

Rb2 Rb1

Vo2Vo1

Hçnh 8.8. Så âäö maûch vaì daûng soïng cuía maûch khäng traûng thaïi bãön

8.3.1.1 Nguyãn lyï laìm viãûc : Traûng thaïi khäng bãön ban âáöu : 0 t t1

Q1 tàõt , Q2 dáùn baîo hoìa V01 = VccV02 = Vces = 0.2 V 0Vb/Q2 = Vbes = 0.8V 0

Tuû C2 naûp âiãûn tæì Vcc Rc1 JE /Q2 âãø âaût âãún giaï trë Vcc. Tuû C1 xaí vaìnaûp âiãûn theo chiãöu ngæåü c laûi tæì Vcc Rb1 BJT Q2 dáùn baîo hoìa. Quïa trçnhnaûp âiãûn cuía tuû C1 laìm V b1 tàng Vc1 tàng cho âãún khi Vc1 = Vb 1 V JE /Q1 phán cæûc thuáûn Q1 dáùn ic1 tàng v01 giaím thäng qua C2 laìm V b2

t

t

t

tv02

vb1

vb2

v01

t1t2

T2T1

giaím JE /Q2 phán cæûc yãúu hån Q2 dáùn khuãúch âaûi ic2 giaím v02 tàngthäng qua C1 Vb 1 caìng tàng Q1 nhanh choïng dáùn baîo hoìa V01 0 , do tênhcháút âiãûn aïp trãn tuû C 2 khäng âäüt biãún nãn noï âàût toaìn bäü âiãûn aïp ám lãn cæûcB/Q2 laìm Q2 nhanh choïng tàõt maûch chuyãøn sang traûng thaïi khäng bãön thæï hai. Traûng thaïi khäng bãön thæï 2 :

Q1 dáùn baîo hoìa , Q2 tàõt V01 = 0 ,Vb 1 = Vbes = 0.8 0V02 = Vcc

Tuû C1 xaí vaì naûp âiãûn theo chiãöu ngæåüc laûi tæì Vcc Rc2 JE /Q1 âãø âaûtâãún giaï trë Vcc - ic02.Rc2 våïi chiãöu cæûc tênh nhæ hçnh veî. Trong khi âoï tuû C 2 cuîngnaûp tæì Vcc Rb2 Q1 dáùn baîo hoìa våïi chiãöu cæûc tênh nhæ hçnh veî âãø tiãún âãúnVcc Tuû C2 caìng naûp Vc2 tàng cho âãún khi Vc2 = Vb 2 V Q2 âáùn ib2

tàng ic2 tàng V02 giaím thäng qua C1 laìm Vb 1 giaím Q1 dáùn khuãúch âaûi ic1 giaím V01 tàng thäng qua C2 Vb 2 tàng Q2 dáùn baîo hoìa V02 0. dotênh cháút âiãûn aïp trãn tuû C 1 khäng âäüt biãún âàût toaìn bäü âiãûn aïp ám vaìo cæûcB/Q1 Q1 nhanh choïng tàõt maûch chuyãøn vãö traûng thaïi khäng bãön ban âáöuæïng våïi Q1 tàõt , Q2 dáùn baîo hoìa. Quaï trçnh cæï tiãúp tuûc nhæ váûy , trong maûch luänluän tæû âäüng chuyãøn traûng thaïi maì khäng cáön xung kêch khåíi tæì bãn ngoaìi vaìo.Do âoï maûch seî luän luän taûo âäü daìi xung ra. Chu kyì dao âäüng : T = T1 + T2

. Xaïc âënh T1 : Q1 tàõt , Q2 dáùn baîo hoìaVc1 (t) = [ Vc1 () - Vc1 (0) ](1 - exp (- t/1 )) + Vc1 (0)

Vc1 () = Vcc ; Vc1 (0) = - VccKhi t = T1 Vc1 (T1 ) = V 0

T1 = 1 lnV

2V

cc

cc ; 1 = Rb1. C1

. Xaïc âënh T2 : Q1 dáùn baîo hoìa , Q2 tàõtTæång tæû ta coï :

T2 = 2 ln2

T = T1 + T1 = ( 1 + 2 ). Ln 2 = 0,7 ( C1.Rb1 + C2.Rb2 )

Choün C1 = C2 = C T = 0,7 C ( Rb1 + Rb2 )

Âãø T khäng âäøi nhæng T 1 ,T2 thay âäøi âæåüc duìng biãún tråí âãø thay âäøi.Nãúu Rb1 = Rb2 = Rb T = 1,4 C Rb.

8.3.2 Maûch monostable duìng BJT :8.3.2.1 Så âäö maûch vaì daûng soïng :

Hçnh 8.9. Så âäö maûch vaì daûng soïng cuía maûch mäüt traûng thaïi bãön

8.3.2.2 Nguyãn lyï laìm viãûc :* 0 t < t0 : Traûng thaïi bãön : Q1 tàõt ,Q2 dáùn baîo hoìa V0 = Vces = 0.2v 0 ; Vb /Q2 = Vbes = 0.8v 0.Tuû C1 naûp tæì Vcc qua Rc1 vaì tiãúp xuïc JE cuía BJT Q2 âang dáùn baîo hoìa våïi

chiãöu cæûc tênh nhæ hçnh veî âãø âaût âãún giaï trë Vc 2 Vcc* ÅÍ traûng thaïi khäng bãön : t = t0 : Maûch âæåüc kêch khåíi båíi xung V i coï cæûc tênh dæång coï giaï trë âuí låïn

âæa vaìo cæûc nãön cuía BJT Q 1 Vb /Q1 > V. JE phán cæûc thuáûn Q1 dáùn ib1

tàng iC1 tàng Vc /Q1 giaím Vb /Q2 giaím Q2 tæì dáùn baîo hoìa chuyãøn sangdáùn khuãúch âaûi doìng ic2 giaím

Vc /Q2 = V0 tàng thäng qua R1 laìm cho Vb /Q1 tàng Q1 dáùn baîo hoìa Vc /Q1 0v , do tênh cháút âiãûn aïp trãn tuû C 2 khäng âäüt biãún, luïc naìy toaìn bäü âiãûnaïp ám âàût vaìo cæûc B/ Q 2 laìm cho Q2 nhanh choïng tàõt. Maûch chuyãøn sang traûngthaïi khäng bãön Q1 dáùn baîo hoìa Q2 tàõt. ÅÍ traûng thaïi khäng bãön naìy tuû C 2 xaí vaì naûpâiãûn theo chiãöu ngæåüc laûi tæì Vcc Rb2 Q1 dáùn baîo hoìa tiãún âãún giaï trë Vc =Vcc Quïa trçnh naûp âiãûn cho C 2 laìm cho Vb /Q2 thay âäøi, tuû C2 caìng naûp Vb /Q2

caìng tàng lãn (båït ám hån) vaì tàng cho âãún khi V c2 = Vb /Q2 V. Tiãúp xuïc JE

cuaí Q2 phán cæûc tháûn tråí laûi Q2 dáùn doìng ib2 tàng ic2 tàng Vc /Q2 giaím

t

T0

t

Vcc

VO

VCC

-Vbb

Q2

R1

Q1

C1Rb2

Rb1

RC1 RC2

V i

vi

t0

vo

thäng qua R1 laìm cho Vb /Q1 giaím Q1 tæì dáùn baîo hoìa sang dáùn khuãúch âaûi ib1 gèam ic1 giaím Vc /Q1 tàng thäng qua C2 Vb /Q2 tàng thuïc âáøyBJT Q2 nhanh choïng dáùn baîo hoìa Vc /Q2 0 Q1 tàõt. Maûch chuyãøn sang giaiâoaûn phuûc häöi, kãút thuïc traûng thaïi khäng bãön.8.3.2.3.Tênh âäü daìi xung ra T0 :

Thåìi gian maûch täön taûi åí traûng thaïi khäng bãön maûch taûo âäü daìi xung ra ,sau âoï maûch tæû âäüng tråí vãö traûng thaïi bãön ban âáöu.

T0 phuû thuäüc vaìo trë säú linh kiãûn trong maûch :Vc1 (t) = [ Vc1 () - Vc1 (0) ].(1 - exp (-(t - t0)/)) + Vc1 (0).Vc1 (0) = - Vcc ; Vc1 () = Vcc Vc1 (t) = (2.Vcc ).(1 - exp (-(t - t0)/ )) -VccKhi t = t0 + T0 Vc1 (t0 + T0 ) = V 0.Thay vaìo ta coï :

T0 = . lnVcc

2.Vcc =0.7 våïi = C2.Rb2

8.3.3. Maûch hai tr¹ng th¸i bÒn duìng BJT(bistable) :8.3.3.1 Så âäö maûch vaì daûng soïng :

Hçnh 8.10. Så âäö maûch vaì daûng soïng cuía maûch hai traûng thaïi bãön

vi1 vi2

t

t

vi1

vi2

t

t

t1 t2

v01

v02

Q1

R2 R1

Rc1

Q2

Rb2Rb11

Rc2

vcc

v02v01

8.3.3.2. Nguyªn lý ho¹t ®éngNgæåìi ta choün 2 thaình pháön âäúi xæïng nhau, nhæng trong thæûc tãú, 2 BJT coï

caïc thäng säú khaïc nhau. Khi âoïng âiãûn aïp nguäön, BJT naìy dáùn maûnh thç BJT kiaâáùn yãúu hån. Nhæng maûch laì häöi tiãúp dæång kheïp kên nãn laìm cho BJ T dáùn maûnhtråí thaình dáùn baîo hoìa, coìn BJT kia seî dáön dáön tàõt hàón. ( Khi BJT laìm viãûc åí chãúâäü ngæng dáùn hay dáùn baîo hoìa thç êt chëu aính hæåíng cuía nhiãùu so våïi khi BJT laìmviãûc åí chãú âäü khuãúch âaûi). 0< t < t1 : Traûng thaïi bãön ban âáöu : Q1 tàõt, Q2 dáùn baîo hoìa.

t1 t < t2 :Taûi t = t1 : vb /Q1 > âiãûn aïp ngæåîng, dáùn âãún tiãúp xuïc JE cuía BJT Q1 âæåüc phán

cæûc thuáûn, BJT Q1 dáùn ib1 tàng ic1 tàng vc /Q1 giaím, thäng qua R2 dáùn âãúnvb /Q2 giaím tiãúp xuïc JE/Q2 phán cæûc yãúu hån Q2 ra khoíi chãú âäü baîo hoìa vaì âivaìo dáùn khuãúch âaûi : luïc naìy doìng i c2 giaím vc /Q2 tàng lãn thäng qua R1 laìmcho vb /Q1 tàng theo Q1 nhanh choïng dáùn baîo hoìa vc /Q1 0v Q2 tàõt.Nhæ váûy maûch chuyãøn sang traûng thaïi bãön thæï hai æïng våïi Q 1 dáùn baîo hoìa, Q2 tàõt.Maûch seî luän luän åí traûng thaïi bãön naìy nãúu khäng coï xung kêch khåíi. t2 t < t3 :

t = t2 : Maûch âæåüc kêch khåíi båíi xung cæûc tênh dæång våïi biãn âäü âuílåïn âæa vaìo cæûc nãön Q2. Taûi thåìi âiãøm naìy, Vb /Q2 > V Q2 dáùn ib2 tàng ic2

tàng Vc /Q2 giaím thäng qua R1 laìm cho Vb /Q1 giaím Q1 phán cæûc yãúu, tæì dáùnbaîo hoìa chuyãøn sang dáùn khãúch âaûi ic1 giaím Vc /Q1 tàng thäng qua R2 laìmcho Vb /Q2 tàng Q2 dáùn baîo hoìa Vc /Q2 0 Q1 tàõt. Maûch chuyãøn vãö traûngthaïi bãön ban âáöu.

Ch¬ng 9: Kü thuËt sè


CH¦¥NG 9: Kü thuËt sè

Kü thuËt sè ®îc dùa trªn c¬ së ®¹i sè Boole do nhµ b¸c häc ngêi AnhGeorge Boole ph¸t minh vµo n¨m 1854

§¹i sè Boole nghiªn cøu mèi liªn hÖ (çc phÐp tÝnh c¬ b¶n) gi÷a çc biÕntr¹ng th¸i (biÕn logic) chØ nhËn mét trong hai gi¸ trÞ ''0'' hoÆc''1'' vµ kÕt qu¶nghiªn cøu lµ mét hµm tr¹ng th¸i (hµm logic) còng chØ nhËn gi¸ trÞ ''0'' hoÆc''1''.

9.1. Çc phÐp to¸n c¬ b¶n gi÷a çc biÕn logic

PhÐp phñ ®Þnh : X PhÐp céng : X+Y PhÐp nh©n(phÐp héi): X.Y

x x ;

0

1

1

x x

x x

x x x

x x

;

.0

.1

.

. 0

x x

x x

x x x

x x

9.2. Çc ®Þnh luËt: §Þnh luËt ho¸n vÞ:

. .

x y y x

x y y x

§Þnh luËt kÕt hîp

. . . . . .

x y z x y z x y z

x y z x y z x y z

§Þnh luËt ph©n phèi: . . .x y z x y x z

x+(y.z)=(x+y)(x+z)9.3. §Þnh lý DemorganNÕu F lµ mét hµm logic cã d¹ng ...F x y z m n th× nmzyxF ......

NÕu F lµ mét hµm logic cã d¹ng . . ... .F x y z m n th× nmzyxF ...

Bµi tËp:



Chøng minh çc ®¼ng thøc sau:

/ . .

/ .

/ .

/ . .

/ . .

/ .

a x y x y x

b x x y x

c x x y x

d x x y x y

e x y x z x y z

f x y y x y

Gi¶i:

/ . . .( ) .1

/ . (1 )

/ . . . .

/ . . . .

/ . . . . . .

/ . . .

a x y x y x y y x x

b x x y x y x

c x x y x x x y x x y x

d x x y x x x y x y

e x y x z x x y z x y x z x y z x y z

f x y y x y y y y

=x+y

9.4. Çc ph¬ng ph¸p biÓu diÔn hµm Boole

D¹ng chÝnh t¾c thø nhÊt lµ tæng çc tÝch cña biÕn trong ®ã liÖt kª çc tæ hîpbiÕn mµ ë ®ã hµm cã gi¸ trÞ b»ng 1, nÕu biÕn cã gi¸ trÞ b»ng 0 th× viÕt díi d¹ng bïcßn biÕn cã gi¸ trÞ b»ng 1 th× viÕt díi d¹ng thùc.

D¹ng chÝnh t¾c thø hai lµ tÝch çc tæng cña biÕn trong ®ã liÖt kª çc tæ hîp biÕnmµ ë ®ã hµm cã gi¸ trÞ b»ng 0, nÕu biÕn cã gi¸ trÞ b»ng 0 th× viÕt díi d¹ng thùccßn biÕn cã gi¸ trÞ b»ng 1 th× viÕt díi d¹ng bï.

9.5. Çc cæng logic c¬ b¶n:

9.5. 1. Kh¸i niÖm :

§©y lµ mét trong çc thµnh ph©n c¬ b¶n ®Ó x©y dùng m¹ch sè. Nã ®îcthiÕt kÕ trªn c¬ së çc phÇn tö linh kiÖn b¸n dÉn nh Diode, BJT, FET… ®Ó ho¹t®éng theo b¶n tr¹ng th¸i cho tríc.

9.5. 2. Ph©n lo¹i :



Cã ba c¸ch ph©n lo¹i cæng logic: ph©n lo¹i cæng theo chøc n¨ng, ph©n lo¹icæng theo ph¬ng ph¸p chÕ t¹o, ph©n lo¹i cæng theo ngâ ra.

Ta xÐt c¸c cæng ®îc ph©n lo¹i theo chøc n¨ng:

9.5.3. Cæng logic NOT

H×nh 9.1. Ký hiÖu cæng NOT

Cæng NOT cßn ®îc gäi lµ cæng ®¶o, cæng gåm mét ®Çu vµo x vµ mét ®Çu ra F.Cæng NOT thùc hiÖn phÐp tÝnh F NOT= x B¶ng tr¹ng th¸i

x FNOT

0 11 0

Gi¶n ®å ®iÖn ¸p minh häa

VCC

Rb

H×nh 9.2. M¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn cæng NOT

9.5.4. Cæng OR(hoÆc)

t

FNOTt

x

x y

x

FOR



Ta xÐt mét cæng OR gåm hai ®Çu vµo th×

FOR=x1 +x2

B¶ng tr¹ng th¸ix1 x2 FOR

0 0 00 1 11 0 11 1 1


D2x2

R

x1F

D1

x1

t

FORt

x2t

H×nh 9.3. Ký hiÖu cæng OR hai ngâ vµo

x1

x2

FOR

H×nh 9.4. M¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn cæng OR



9.5.5. Cæng logic AND (Vµ):

Ta xÐt cæng AND cã hai ®Çu vµo

H×nh 9.5. Ký hiÖu cæng AND hai ngâ vµo

FAND=x1.x2

B¶ng tr¹ng th¸i

x1 x2 FAND

0 0 00 1 01 0 01 1 1


x1

t

FORt

x2t

x2

x1 FAND



H×nh 9. 6. M¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn cæng AND

9.5.6.Cæng NOR

Ta xÐt cæng NOR gåm hai ®Çu vµo th× F NOR 21 xx

B¶ng tr¹ng th¸i

x1 x2 FNOR

0 0 10 1 01 0 01 1 0


D2x2

R2

Vcc

F

D1x1

R1

x1

x2

FNOR

H×nh 9.7. Ký hiÖu cæng NOR hai ngâ vµo



Vcc

R2

R1

Qx2

x1 F

Rc

H×nh 9.8. M¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn cæng NOR

9.5.7.Cæng NAND

Ta xÐt cæng NAND gåm cã hai ngâ vµo th× F NAND= 21.xx

H×nh 9.9. Ký hiÖu cæng NAND

B¶ng tr¹ng th¸i

x1

t

FNOR

t

x2

t

X1F

X2



x1 x2 FNAND

0 0 10 1 11 0 11 1 0


x1D3

F

Vcc

Rc

D1

D2

Rc

Qx2

D4

Rc

H×nh 9.10. M¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn cæng NAND

9.5.8. Cæng XOR(exclusive - OR)

x1

t

FNANDt

x2t



Cæng gåm hai ®Çu vµo, mét ®Çu ra

Cæng thùc hiÖn phÐp tÝnhFXOR 211221 .. xxxxxx

H×nh 9.11. Ký hiÖu cæng XOR

9.5.9. Cæng XNOR(exclusive -NOR)

H×nh 9.11. Ký hiÖu cæng XNOR

Cæng gåm hai ®Çu vµo, mét ®Çu ra

Cæng thùc hiÖn phÐp tÝnh

FXNOR 211221 .. xxxxxx

x1

x2

F

x2

x1F

bài giảng môn kỹ thuật điện tử - ths.lê xứng

Documents