Mạch điện tử

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1

Giới thiệu môn học

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

2

Mạch điện tử

• Mục tiêu:

• Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế các mạch điện tử ở

tần số thấp.

• Trình bày đáp ứng tần số của mạch khuếch đại và đồ thị Bode. • Trình bày các mạch khuếch đại thuật toán cơ bản.

• Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học :

• Nắm vững cách phân tích mạch diode, transistor. • Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu nhỏ, tần số thấp. Có khả năng phân tích mạch đơn tầng, mạch ghép liên tầng nối tiếp và Darlington.

• Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode. • Hiểu rõ các mạch khuếch đại thuật toán. • Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

3

Đề cương môn học

• Thời lượng: 60 tiết • Lý thuyết: 45 tiết • Bài tập: 15 tiết

• Nội dung môn học:

• Chương 0. Giới thiệu môn học • Chương 1. Diode bán dẫn • Chương 2. Transistor 2 lớp tiếp giáp – BJT • Chương 3. Mạch khuếch đại FET • • Chương 4. Mạch khuếch đại liên tầng • Chương 5. Đáp ứng tần số • Chương 6. Op-Amp •

- 2 tiết - 8 tiết (BT) - 10 tiết (BT) - 8 tiết (BT) - 2 tiết ôn tập - 8 tiết (BT) - 10 tiết (BT) - 6 tiết (BT) - 4 tiết ôn tập

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

4

Đề cương môn học (tt)

• Đánh giá:

• Giữa kì (30%): gồm chương 1, chương 2 và chương 3. • Cuối kì (70%): tất cả các chương.

• Tài liệu tham khảo: • Giáo trình chính

• Tập slides bài giảng Mạch điện tử. • Lê Tiến Thường, “Giáo trình Mạch điện tử 1 và 2”.

• Tham khảo:

• D. L. Schilling, Charles Belove, “ Electronics circuits: Discrete and

Integrated”, Mc Graw-Hill Inc, 1968, 1992.

• T. F. Bogart, “Electronics devices and circuits”, Macmillan Publishing

Company, 1991.

• Lê Phi Yến, Lưu Phú, Nguyễn Như Anh, “Kỹ thuật điện tử”.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

5

Đề cương môn học (tt)

• Cách học:

• Học tập từ slide bài giảng • Đọc thêm các giáo trình khác và sách tham khảo • Làm bài tập

• Điểm thưởng: tối đa 2 điểm

• Sửa bài tập trên lớp • Làm bài tập/kiểm tra tại lớp (không báo trước) • Làm bài tập lớn (nếu có) • Cộng tác sửa slide bài giảng

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

6

LIÊN HỆ

Đặng Ngọc Hạnh Bộ môn Viễn Thông (Tầng trệt – 113B3) Email: hanhdn@hcmut.edu.vn

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

7

Kiến thức nền

• Môn học trước: Giải tích mạch, Linh kiện điện và điện tử • Môn học song hành: Tín hiệu Hệ thống

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

8

Phần tử tuyến tính và phi tuyến

• Phần tử tuyến tính là phần tử có đồ thị biểu diễn quan hệ dòng áp là 1 đường thẳng. Ngược lại là phần tử phi tuyến.

I(mA)

Tuyến tính

Phi tuyến

U(v)

• Tuyến tính

• Phi tuyến

• Đặc tuyến (V-A) không là đường thẳng • Không thể áp dụng nguyên lý xếp

chồng

• Đặc tuyến(V-A) là đường thẳng • Có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng • Không phát sinh hài mới

• Có thể phát sinh hài mới khi có phổ bất

kỳ

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

9

Kiến thức nền

• Các định luật, quy tắc cơ bản:

• Phân dòng – phân áp • Kirchhoff 1 & 2 • Nguyên lý xếp chồng • Nguyên lý tỷ lệ • Định lý Thévenin và Norton

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

10

Kiến thức nền

• Quy tắc phân áp

• Khi có nhiều điện trở mắc nối tiếp và biết điện áp E trên toàn bộ các

điện trở đó thì điện áp rơi trên 1 điện trở bất kỳ:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11

Kiến thức nền

• Ví dụ: cho mạch điện như hình vẽ tính U1 và U2?

• Ta có :

• Do u1 = i1R1, u2 = i2R2 nên:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

12

Kiến thức nền

• Quy tắc phân dòng:

• Quy tắc phân dòng áp dụng cho trường hợp hai hay nhiều điện trở

mắc song song. Nếu biết trước I0 tại nút N ta có:

• Điện áp trên R1 và R2 phải bằng nhau:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

13

Kiến thức nền

• Định luật Kirchhoff 1:

• Tổng các dòng điện đi vào 1 nút bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút

đó. Hay “tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng 0”

Ví dụ:

Ta có: I1 - ( I2 + I3 ) = 0

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

14

Kiến thức nền

• Định luật Kirchhoff 2:

• “Tổng đại số các sụt áp trên các phần tử thụ động của một vòng kín

bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng kín đó”.

• Hoặc là: “Tổng đại số các sụt áp của các nhánh trong một vòng kín

I3(R4 + R5) –I2.R3 = 0

bằng không”. Ví dụ: K2 cho vòng I: K2 cho vòng II:

V = I1.R1 + I2.R3

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

15

Kiến thức nền

• Nguyên lý xếp chồng:

• Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời thì bằng tổng các đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích tác động riêng rẽ.

• Chú ý: chỉ áp dụng nguyên lý xếp chồng khi mạch là tuyến tính, còn các

trường hợp phi tuyến thì không áp dụng được!

• Trong thực tế khi giải mạch ta thường giả sử gần đúng là tuyến tính

hay cho các phần tử hoạt động trong vùng tuyến tính khi đó ta mới có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng.

• Nguyên lý tỷ lệ:

• Nếu tất cả các nguồn kích thích trong một mạch tuyến tính đều được

tăng lên K lần thì tất cả các đáp ứng cũng được tăng lên K lần.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

16

Kiến thức nền

• Định lý Thévenin-Norton

• Có thể thay tương đương một mạng một cửa tuyến tính bởi một nguồn dòng bằng dòng điện trên cửa khi ngắn mạch mắc song song với trở kháng tương đương Thévenin của mạng một cửa.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

17

Kiến thức nền

Bài tập: Cho mạch điện như hình vẽ. 1. k3 đóng. Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau: a) k1 đóng V1 = Vdc b) k2 đóng V2= A.sin(2πt +b) c) k1 và k2 đều đóng 2. k3 hở, C . Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau: a) k1 đóng b) k2 đóng c) k1 và k2 đều đóng d) khi V2 là chuỗi tuần hoàn

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

18

Kiến thức nền

1. Sơ đồ mạch •Ta có:

• I=I1+I2 (K1) • I(R1+R3)+I1R4=V1 (K2) • I2R0- I1R4=0 (K2) • V0= I2.R0

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

19

Kiến thức nền

2. Sơ đồ mạch •Tương tự như trường hợp trên ta thay V1 bằng V2 và R1 bằng R2 •Do mạch chỉ có điện trở nên V0 và V2 cùng pha

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

20

Kiến thức nền

c. Sơ đồ mạch

Áp dụng nguyên lý xếp chồng:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

21

Kiến thức nền

• Triệt tiêu nguồn V2: • Ta có sơ đồ:

V01

• Vo1=Ro.I2

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

22

Kiến thức nền

• Triệt tiêu nguồn V1: • Ta có sơ đồ:

Vo2

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

23

Kiến thức nền

• Theo nguyên lý xếp chồng ta có: Vo = Vo1 + Vo2

• Với:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

24

Kiến thức nền

2. k3 hở, tụ C bằng vô cùng a. k1 đóng mạch hở nên Vo = 0 b. Sơ đồ mạch

Rth

Vth

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

25

Kiến thức nền

Vo2

c. Do thành phần DC không qua tụ nên ta có mạch •Làm tương tự phần A/ ta có :

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

26

kiến thức nền

d. Khi V2 là chuỗi tuần hoàn. V2=f(t) •giả sử f(t) có dạng:

f(t)

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

27

Kiến thức nền

• Phân tích Fourier chuỗi f(t) • F(t) sẽ có dạng:

• Thành phần DC không qua tụ C. Chỉ có thành phần AC đi qua

được tụ C tạo nên áp Vo trên Ro: • Áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

28

Kiến thức nền

• Bán dẫn thuần

• Có nồng độ tạp chất tương đối nhỏ hay còn gọi là bán dẫn nội tại • Hai loại bán dẫn thường gặp là bán dẫn Si và Ge. Ta có thể pha tạp chất

để tạo ra các loại bán dẫn loại N và loại P.

• Bán dẫn loại N có nồng độ điện tử lớn hơn nhiều so với lỗ trống. Bán dẫn loại P thì ngược lại nồng độ lỗ trống rất lớn hơn nồng độ điện tử.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

29

Kiến thức nền

• Chuyển tiếp (tiếp xúc, mối nối) P-N

• Khi ta kết nối kỹ thuật giữa bán dẫn loại N và bán dẫn loại P thì hình

thành chuyển tiếp P-N.

P

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

30

P

Kiến thức nền

Miền ngèo

Bán dẫn loại N

Bán dẫn loại P

Dòng e khuếch tán

Dòng lỗ trống khuếch tán

Dòng lỗ trống dưới tác dụng của thế

Dòng điện tử dưới tác dụng của thế

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

31

Kiến thức nền

Miền ngèo

Bán dẫn loại N

Bán dẫn loại P

Dòng lỗ trống khuếch tán

Dòng e khuếch tán

• Do nồng độ điện tử bên bán dẫn loại N lớn hơn nồng độ điện tử bên P nên các electron khuếch tán sang bên N và lỗ trống khuếch tán từ P sang N

bán dẫn loại N tích điện dương, bên bán dẫn loại P tích điện

âm hình thành một thế hướng từ N sang P.

• Lúc này dòng điện khuếch tán và dòng trôi cân bằng động.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

32

Kiến thức nền

• Phân cực cho tiếp xúc P-N • Phân cực thuận

• Phân cực ngược

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

33

Các dạng mạch điện cơ bản

Bài 1: Tìm V0 theo Vi a) K1, K2 cùng mở. b) K1 đóng, K2 mở. c) K1 mở, K2 đóng.

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

34

Các dạng mạch điện cơ bản

a. K1, K2 cùng mở

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

35

Các dạng mạch điện cơ bản

b. K1 đóng, K2 mở •Biến đổi mạch tương đương được

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

36

Các dạng mạch điện cơ bản

• Áp dụng định luật KVL cho mạch đã biến đổi ta được:

• Thay

• Ta được biểu thức:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

37

Các dạng mạch điện cơ bản

• Theo mạch tương đương ta tính được • Thay i1 ta nhận được kết quả:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

38

Các dạng mạch điện cơ bản

c. K1 mở, K2 đóng Làm tương tự câu b,thay thành R3 ta nhận được kết quả:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

39

Các dạng mạch điện cơ bản

Bài 2: a.Tìm i1, i2 theo V1, V2 b.Tìm i1, i2 theo

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

40

Các dạng mạch điện cơ bản

a. Dùng pp dòng mắc lưới ta được hệ: •Giải hệ ta được kết quả:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

41

Các dạng mạch điện cơ bản

b. Tìm i1, i2 theo Thay vào kết quả câu a) ta được:

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

42

Các dạng mạch điện cơ bản

Bài 3: Tìm Vo theo Vi a) K1 đóng, K2 mở, K3 đóng. b) K1 đóng, K2 mở, K3 mở. (đáp ứng tần số tụ ghép ngõ ra) c) K1 mở, K2 mở, K3 đóng. (đáp ứng tần số tụ ghép ngõ vào) d) K1 đóng, K2 đóng, K3 đóng. (đáp ứng tần số tụ thoát)

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM