Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Nguyễn Duy Nhật Viễn - ĐH Bách khoa Đà Nẵng

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

343
lượt xem 70
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1884, Thomass Edison phát minh ra đèn điện tử. 1948, Transistor ra đời ở Mỹ, 1950 ứng dụng transistor trong các hệ thống thiết bị. 1960, mạch tích hợp (Integrated Circuit) ra đời. 1970, tích hợp mật độ cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Nguyễn Duy Nhật Viễn - ĐH Bách khoa Đà Nẵng

ð I H C BÁCH KHOA ðÀ N NG K thu t ñi n t thu Nguy n Duy Nh t Vi n
ð I H C BÁCH KHOA ðÀ N NG N i dung dung Chương 1: M ñ u. K thu t ñi n t thu Chương 2: Diode và ng d ng. Chương 3: BJT và ng d ng. Chương 4: OPAMP và ng d ng. Chương 5: K thu t xung cơ b n. Chương 6: K thu t s cơ b n. Nguy n Duy Nh t Vi n N i dung L ch s phát tri n Chương 1 Các linh ki n ñi n t thông d ng Linh ki n th ñ ng M ñu Linh ki n tích c c Linh ki n quang ñi n t ði n áp, dòng ñi n và các ñ nh lu t cơ b n ði n áp và dòng ñi n Ngu n áp và ngu n dòng ð nh lu t Ohm ð nh lu t ñi n áp Kirchoff ð nh lu t dòng ñi n Kirchoff
L ch s phát tri n ch ph 1884, Thomas Edison phát minh ra ñèn ñi n t Linh ki n ñi n t 1948, Transistor ra ñ i M , 1950, ng d ng thông d ng transistor trong các h th ng, thi t b . thông ng 1960, m ch tích h p (Integrated Circuit) ra ñ i. 1970, Tích h p m t ñ cao MSI (Medium Semiconductor IC) LSI (Large Semiconductor IC) VLSI (Very Large Semiconductor IC) ði n tr Linh ki n có kh năng c n tr dòng ñi n Ký hi u: Linh ki n th ñ ng ng Tr thư ng Bi n tr ðơn v : Ohm (Ω). 1kΩ = 103 Ω. 1MΩ= 106 Ω.
ðii n tr T ñii n ð ñ Linh ki n có kh năng tích t ñi n năng. Ký hi u: ðơn v Fara (F) 1µF= 10-6 F. 1nF= 10-9 F. 1pF= 10-12 F. T ñii n Cu n c m ñ Linh ki n có kh năng tích lũy năng lư ng t trư ng. Ký hi u: ðơn v : Henry (H) 1mH=10-3H.
Bii n áp Bi n áp B Linh ki n thay ñ i ñi n áp Bi n áp cách ly Bi n áp t ng u Diode Linh ki n ñư c c u thành t 2 l p bán d n ti p xúc công Linh ki n tích c c ngh Diod ch nh lưu Diode tách sóng Diode n áp (diode Zener) Diode bi n dung (diode varicap ho c varactor) Diode h m (diode Tunnel)
Transistor lư ng c c BJT lư ng BJT (Bipolar Junction Linh ki n quang Transistor) Linh ki n ñư c c u ñi n t thành t 3 l p bán d n ti p xúc liên ti p nhau. Hai lo i: NPN PNP Linh ki n thu quang Linh ki n phát quang Linh Diode phát quang Quang tr : (Led : Light Emitting Quang diode Diode) Quang transistor LED 7 ñ an
ði n áp và dòng ñi n ði n áp: ðii n áp, dòng ñi n và ð dòng Hi u ñi n th gi a hai ñi m khác nhau trong m ch ñi n. các ñ nh lu t cơ b n nh Trong m ch thư ng ch n m t ñi m làm ñi m chung ñ so sánh các ñi n áp v i nhau g i là masse hay là ñ t (thư ng ch n là 0V). ði n áp gi a hai ñi m A và B trong m ch ñư c xác ñ nh: UAB=VA-VB. V i VA và VB là ñi n th ñi m A và ñi m B so v i masse. ðơn v ñi n áp: Volt (V). ði n áp và dòng ñi n Ngu n áp và ngu n dòng Dòng ñi n: Ngu n áp Dòng d ch chuy n có hư ng c a các h t mang ñi n trong v t ch t. Ngu n dòng Chi u dòng ñi n t nơi có ñi n th cao ñ n nơi có ñi n th th p. ð nh lý Thevenin & Norton Chi u dòng ñi n ngư c v i chi u d ch chuy n c a ñi n t . ðơn v dòng ñi n: Ampere (A).
ð nh lu t Ohm ð nh lu t ñi n áp Kirchoff nh nh M i quan h tuy n Kirchoff’s Voltage Law (KVL): tính gi a ñi n áp và T ng ñi n áp các nhánh trong dòng ñi n: vòng b ng 0. ΣV=0. U=I.R Georg Ohm Gustav Kirchoff ð nh lu t dòng ñi n Kirchoff nh Kirchoff’s Current Law (KCL): T ng dòng ñi n t i m t nút b ng 0. ΣI=0.
Chương 2 K thu t ñi n t thu Diode và ng d ng Diode ng ng Nguy n Duy Nh t Vi n N i dung dung Ch t bán d n Ch t bán d n Diode ð c tuy n tĩnh và các tham s c a diode B ngu n 1 chi u
Ch t bán d n Ch t bán d n Ch Khái ni m Ch t d n ñi n Ch t bán d n Ch t cách ñi n V t ch t ñư c chia thành 3 lo i d a trên 10-4÷104Ωcm 105÷1022Ωcm ði n tr su t ρ 10-6÷10-4Ωcm ñi n tr su t ρ: Ch t d n ñi n T0 ↑ ρ↑ ρ↓ ρ↓ Ch t bán d n Dòng ñi n là dòng d ch chuy n c a các h t Ch t cách ñi n mang ñi n Tính d n ñi n c a v t ch t có th thay ñ i V t ch t ñư c c u thành b i các h t mang ñi n: theo m t s thông s c a môi trư ng như H t nhân (ñi n tích dương) nhi t ñ , ñ m, áp su t … ði n t (ñi n tích âm) Ch t bán d n Ch t bán d n Giãn ñ năng lư ng c a v t ch t G m các l p: Vùng hóa tr : Liên k t hóa tr gi a ñi n t và h t nhân. K: 2; L:8; M: 8, 18; N: 8, 18, 32… Vùng t do: ði n t liên k t y u v i h t nhân, có th di chuy n. Vùng c m: Là vùng trung gian, hàng rào năng lư ng ñ chuy n ñi n t t vùng hóa tr sang vùng t do 18 8 2
Ch t bán d n thu n Ch t bán d n thu n Ch Hai ch t bán d n ñi n hình Ge: Germanium Si Si Si Si: Silicium Là các ch t thu c nhóm IV trong b ng tu n hoàn Mendeleev. Si Si Si Có 4 ñi n t l p ngoài cùng Các nguyên t liên k t v i nhau thành m ng tinh Si Si Si th b ng các ñi n t l p ngoài cùng. G i n: m t ñ ñi n t , p: S ñi n t l p ngoài cùng là 8 electron dùng m t ñ l tr ng chung Ch t bán d n thu n: n=p. C u trúc tinh th c a Si Ch t bán d n t p Ch t bán d n t p Ch t bán d n t p lo i N: Ch t bán d n t p lo i P: Pha thêm ch t thu c nhóm V trong b ng tu n hoàn Mendeleev Pha thêm ch t thu c nhóm III trong b ng tu n hoàn Mendeleev vao ch t bán d n thu n, ví d Phospho vào Si. vao ch t bán d n thu n, ví d Bo vào Si. Nguyên t t p ch t th a 1 e l p ngoài cùng liên k t y u v i h t Nguyên t t p ch t thi u 1 e l p ngoài cùng nên xu t hi n m t l nhân, d dàng b ion hóa nh m t năng lư ng y u tr ng liên k t y u v i h t nhân, d dàng b ion hóa nh m t năng lư ng y u n>p p>n Si Si Si Si Si Si Si P Si Si Bo Si Si Si Si Si Si Si
C ut o Cho hai l p bán d n lo i P và N ti p xúc công ngh v i nhau, ta ñư c m t diode. Diode Diode P N D1 ANODE CATHODE DIODE Chưa phân c c cho diode Phân c c ngư c cho diode E Âm ngu n thu hút h t mang Hi n tư ng khu ch tán ñi n tích dương (l tr ng) các e- t N vào các l Dương ngu n thu hút các h t mang ñi n tích âm (ñi n t ) tr ng trong P vùng r ng Vùng tr ng càng l n hơn. kho ng 100µm. G n ñúng: Không có dòng Ing ñi n qua diode khi phân c c ði n trư ng ngư c t N -e ngư c. E sang P t o ra m t hàng rào ñi n th là Utx. Ngu n 1 chi u t o ñi n trư ng Dòng ñi n này là dòng ñi n E như hình v . c a các h t thi u s g i là Ge: Utx=Vγ~0.3V ði n trư ng này hút các ñi n dòng trôi. Si: Utx=Vγ~0.6V t t âm ngu n qua P, qua N Giá tr dòng ñi n r t bé. v dương ngu n sinh dòng ñi n theo hư ng ngư c l i
Phân c c thu n cho diode Dòng ñi n qua diode Phân E Âm ngu n thu hút h t mang Dòng c a các h t mang ñi n ña s là dòng ñi n tích dương (l tr ng) khu ch tán Id, có giá tr l n. Dương ngu n thu hút các h t mang ñi n tích âm (ñi n t ) Id=IseqU/kT. Vùng tr ng bi n m t. Vi -e ði n tích: q=1,6.10-19C. Ith H ng s Bolzmal: k=1,38.10-23J/K. Nhi t ñ tuy t ñ i: T (0K). ði n áp trên diode: U. Ngu n 1 chi u t o ñi n trư ng Dòng ñi n này là dòng ñi n Dòng ñi n ngư c bão hòa: IS ch ph thu c n ng ñ t p ch t, E như hình v . c a các h t ña s g i là dòng c u t o các l p bán d n mà không ph thu c U (xem như ði n trư ng này hút các ñi n khu ch tán. h ng s ). t t âm ngu n qua P, qua N Giá tr dòng ñi n l n. v dương ngu n sinh dòng ñi n theo hư ng ngư c l i Dòng ñi n qua diode Dòng ñi n qua diode Dòng c a các h t mang ñi n thi u s là dòng Khi phân c c cho diode (I,U≠0): trôi, dòng rò Ig, có giá tr bé. I=Is(eqU/kT-1). (*) V y: 3000K, ta có G i UT=kT/q là th nhi t thì G i ñi n áp trên 2 c c c a diode là U. UT~25.5mV. Dòng ñi n t ng c ng qua diode là: I=Id+Ig. I=Is(eU/UT-1). (**) Khi chưa phân c c cho diode (I=0, U=0): (*) hay (**) g i là phương trình ñ c tuy n c a ISeq0/kT+Ig=0. diode. => Ig=-IS.
ð c tuy n tĩnh c a diode Phương trình ñ c ð c tuy n tĩnh và các tuy tuy n Volt-Ampe c a diode: tham s c a diode tham diode I=Is(eqU/kT-1) ðo n AB (A’B’): phân c c thu n, U g n như không ñ i khi I thay ñ i. Ge: U~0.3V Si: U~0.6V. ðo n CD (C’D’): phân c c ngư c, ðo n làm vi c c a diode ch nh U g n như không ñ i khi I thay ñ i. lưu ðo n làm vi c c a diode zener Các tham s c a diode ði n tr m t chi u: Ro=U/I. Rth~100-500Ω. B ngu n 1 chi u ngu chi Rng~10kΩ-3MΩ. ði n tr xoay chi u: rd=δU/δI. rdng>>rdth T n s gi i h n: fmax. Diode t n s cao, diode t n s th p. Dòng ñi n t i ña: IAcf Diode công su t cao, trung bình, th p. H s ch nh lưu: Kcl=Ith/Ing=Rng/Rth. Kcl càng l n thì diode ch nh lưu càng t t.
Sơ ñ kh i Ch nh lưu bán kỳ Sơ kh nh 220V (rms) V0=0, vs
M ch l c t C n áp b ng diode zener ch ng diode zener
Chương 3 K thu t ñi n t thu BJT và ng d ng BJT ng ng Nguy n Duy Nh t Vi n N i dung dung C u t o BJT C u t o BJT BJT Các tham s c a BJT Phân c c cho BJT M ch khu ch ñ i dùng BJT Phương pháp ghép các t ng khu ch ñ i M ch khu ch ñ i công su t
Hai lo i BJT BJT (Bipolar Junction Transistors) BJT Cho 3 l p bán d n ti p xúc công ngh liên ti p nhau. NPN PNP Các c c E: Emitter, B: Base, C: Collector. ði n áp gi a các c c dùng ñ ñi u khi n dòng E C E C n p n p n p ñi n. C C C ut o C ut o B B B B Ký hi u Ký hi u E E Nguyên lý ho t ñ ng Nguyên lý ho t ñ ng ng ng T hình v : Xét BJT NPN E=EE+EC IE = IB + IC EE EC ð nh nghĩa h s truy n ñ t dòng ñi n: α = IC /IE. IE IC ð nh nghĩa h s khu ch ñ i dòng ñi n: N P N E C β = IC / IB. Như v y, β = IC / (IE –IC) = α /(1- α); B IB RE α = β/ (β+1). RC Do ñó, IC = α IE; EE EC IB = (1-α) IE; β ≈ 100 v i các BJT công su t nh .
Chi u dòng, áp c a các BJT Ví d Chi Cho BJT như hình v . IE IC C IE IC - VCE + V i IB = 50 µ A , IC = 1 mA + VEC - E C E C Tìm: IE , β và α IC VCB - - + _ + + VBE VBC IB IB VEB VCB IB Gi i: B + + - - IE = IB + IC = 0.05 mA + 1 mA = 1.05 mA B B β = IC / IB = 1 mA / 0.05 mA = 20 VBE IE + _ α = IC / IE = 1 mA / 1.05 mA = 0.95238 npn pnp α còn có th tính theo β. E α= β = 20 = 0.95238 I E = IB + IC IE = IB + IC β+1 21 VCE = -VBC + VBE VEC = VEB - VCB ð c tuy n tĩnh c a BJT IC Vùng bão hòa mA IC Các tham s c a Vùng tích BJT BJT IB UCE cc RC A V Q RB IB Vùng c t IB = 0 UCE EC EB Gi giá tr IB không ñ i, thay ñ i EC, xác ñ nh IC, ta có: IC=f(UCE) IB=const
BJT như m t m ng 4 c c Tham s tr kháng zik BJT ng tr kh H phương trình: z11: Tr kháng vào c a Xét BJT NPN, m c theo ki u E-C BJT khi h m ch ngõ ra. U1=z11I1+z12I2. U2=z21I1+z22I2. z12: Tr kháng ngư c c a d ng ma tr n: BJT khi h m ch ngõ vào. U1 z11 z12 I2 . U2 z21 z22 I2 . z21: Tr kháng thu n c a z11=U1 , z12=U1 BJT khi h m ch ngõ ra. , I1 I2=0 I2 I1=0 z22: Tr kháng ra c a BJT khi h m ch ngõ vào. z21=U2 , z22=U2 , I1 I2=0 I2 I1=0 Tham s d n n p yik Tham s h n h p hik H phương trình: y11: D n n p vào c a BJT H phương trình: h11: Tr kháng vào c a khi ng n m ch ngõ ra. BJT khi ng n m ch ngõ I1=y11U1+y12U2. U1=h11I1+h12U2. ra. I2=y21U1+y22U2. I2 =h21I1+h22U2. y12: D n n p ngư c c a d ng ma tr n: BJT khi ng n m ch ngõ d ng ma tr n: h12: H s h i ti p ñi n vào. áp c a BJT khi h m ch I1 y11 y12 U2 . U1 h11 h12 I2 . ngõ vào. I2 y21 y22 U2 . I2 h21 h22 U2 . y21: D n n p thu n c a y11= I1 , y12=I1 BJT khi ng n m ch ngõ h11=U1 , h12=U1 h21: H s khu ch ñ i , , ra. dòng ñi n c a BJT khi U1 U2=0 U2 U1=0 I1 U2=0 U2 I1=0 ng n m ch ngõ ra. y22: D n n p ra c a BJT y21= I2 , y22= I2 h21=I2 , h22=I2 , , khi ng n m ch ngõ vào. h22: D n n p ra c a BJT U1 U2=0 U2 U1=0 I1 U2=0 U2 I1=0 khi h m ch ngõ vào.