Tài liệu Dien tu co ban

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN HUỲNH ĐỨC CHẤN Tháng 07/2014 LỜI NÓI ĐẦU Giáo Trình Điện tử cơ bản do tập thể giáo viên bộ môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, Khoa Cơ Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai biên soạn và biên dịch. Giáo trình này được sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên các khối ngành kỹ thuật và các ngành có liên quan đến kỹ thuật. Nội dung giáo trình đề cặp một cách có hệ thống và tổng hợp các kiến thức cơ bản và hiện đại làm nền tảng cho việc học tập các môn chuyên ngành. Giáo trình được biên soạn bổ sung và hiệu đính với sự hổ trợ của các bạn đồng nghiệp và dựa trên các tài liệu tham khảo đó là các bài giảng của thầy Phan Như Quân Trường Đại Học Lạc Hồng, cô Trương Thị Bích Ngà và thầy Nguyễn Đình Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM và các đại học khác của Mỹ. Giáo trình này, chúng tôi đã hệ thống lại toàn bộ các mạch điện điện tử căn bản nhất, sắp xếp trình tự logic hợp lý xuyên suốt toàn bộ quá trình, dẫn dắt sinh viên vào thế giới kì diệu của nguyên tử và làm quen với các cặp điện tử và những lỗ trống là những phần tử bé nhỏ nhất trừu tượng nhất, cấu hình trên những tinh thể chất rắn tạo thành những linh kiện bán dẫn. Nội dung quyển sách được chia thành các chương sau: Chương 1: Cấu tạo chất, giới thiệu cho sinh viên cấu trúc vật liệu bán dẫn là phần tử nhỏ nhất làm đều vĩ đại nhất, sự vận hành chuyển tiếp của P-N quá trình trao đổi năng lượng và trung hòa của điện tử và lổ trống làm nên những đặc tính dẫn điện một chiều của chuyển tiếp P-N, đây là thành phần cốt lõi của linh kiện bán dẫn. Chương 2: Diode bán dẫn, giới thiệu các linh kiện bán dẫn có cấu tạo cơ bản trên chuyển tiếp P-N và các mạch ứng dụng thực tế của diode. Chương 3: Transistor lưỡng cực (BJT), giới thiệu linh kiện bán dẫn có 3 cực tính, đó là transistor lưỡng cực và các mạch phân cực cho BJT. Đây là linh kiện bán dẫn chính của các mạch điện tử và các mạch đều khiển sau này. Chương 4 : Tham số H và mạch tương đương của transistor, giới thiệu các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, là thành phần cốt yếu trong tất cả các hệ thống mạch khuếch đại âm tần, các hệ thống tương tự và số, các hệ thống điều khiển tự động, công nghệ viễn thông và tự động hóa. Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET), giới thiệu linh kiện được ứng dụng rộng rãi và đặc biệc trong việc chế tạo vi mạch hiện đại có kích thước nhỏ cỡ nanô mét đó là transistor trường FET. Họ linh kiện FET, MOSFET là linh kiện thống lĩnh trong công nghệ kỹ thuật số trên thế giới hiện nay. Chương 6: Ghép tầng, giới thiệu các mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ, các dạng ghép tầng khuếch đại cơ bản của một hệ thống khuếch đại là thành phần cốt yếu trong 3 tất cả các hệ thống mạch khuếch đại âm tần, các hệ thống tương tự và số, các hệ thống điều khiển tự động, công nghệ viễn thông và tự động hóa. Chương 7: Khuếch đại thuật toán OP-AM, giới thiệu tổ hợp của các mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại trung gian mạch phối hợp trở kháng ngõ ra để hình thành mạch khuếch đại thuật toán OP-AM. Các Mạch ứng dụng OP-AM như: Mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch cộng, mạch vi phân, mạch tích phân… Cuốn sách là nền tảng cho các môn học điện tử cơ bản, điện tử công suất, thiết kế vi mạch, mạch điều khiển và các môn chuyên ngành của năm cuối. Theo chương trình đào tạo hệ tín chỉ, giờ học sinh viên phải gấp đôi số giờ học trên lớp vì vậy khi biên soạn cuốn sách này chúng tôi đã đúc kết tổng hợp và cô đọng các ý chính và logic để từng bước hướng dẫn sinh viên có thể củng cố bài giảng. Phần bài tập có trong từng chương mục sẽ giúp sinh viên tự đánh giá kết quả tự đọc hiểu của mình, củng cố thêm kiến thức nền tảng vô cùng quan trọng trong tương lai . Thay mặt nhóm biên soạn, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các đồng nghiệp ở bộ môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, đặc biệt là giảng viên Phan Như Quân và các giáo viên khoa Cơ Điện-Điện Tử, các cựu sinh viên đã giúp đỡ tư vấn và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành cuốn sách này . Do thời gian hạn chế, chắc chắn cuốn sách này không tránh khỏi những sơ suất nhỏ. Chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các bạn đọc để khi tái bản sẽ tốt hơn. Địa chỉ liên hệ: Bộ Môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, khoa Cơ Điện- Điện Tử Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai. Địa chỉ mail: [email protected] Chủ biên ThS. Huỳnh Đức Chấn 4 Danh mục các từ viết tắt DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Alternative Curent Dòng điện xoay chiều ACLL Alternative Curent Load Line Đường tải xoay chiều Ai Độ lợi dòng điện AP Độ lợi công suất Av Độ lợi điện áp B Base Cực nền BJT Bipolar junction transistor Transistor lưỡng cực BPF Band-pass filter Mạch lọc thông dải BSF Band-stop filter Mạch lọc dải triệt BW Bandwidth Băng thông C Collector Cực thu C0 Điện dung tiếp xúc CB Common base Mạch khuếch đại chung cực nền CC Common colletor Mạch khuếch đại chung cực thu CD Diffusion capacitance Điện dung khuếch tán CD Common Drain Mạch khuếch đại chung cực máng CE Common Emitter Mạch khuếch đại chung cực phát CS Common Sourse Mạch khuếch đại chung cực nguồn CG Common Gate Mạch khuếch đại chung cực cổng CMRR Common-mode rejection ratio Tỉ số nén tín hiệu cách chung CT Transistor capacitance Điện dung chuyển tiếp D Diode Diode D Drain Cực máng D_MOSFET Depletion_MOSFET MOSFET kênh có sẵn DC Direct Curent Dòng điện một chiều DCLL Direct Curent Load Line Đường tải một chiều E Emiter Cực phát E_MOSFET Enhancement_MOSFET MOSDET kênh cảm ứng Fc Cutoff frequence Tần số cắt FET Field effcet transistor Transistor trường fH Tần số cắt cao 5 Danh mục các từ viết tắt fL Tần số cắt thấp F0 Tần số trung tâm fr Resonant frequecy Tần số cộng hưởng G Gate Cực cổng GaAsP Gallium arsenide phosphide Hợp chất GaAsP GaP Gallium phosphide Hợp chất GaP Ge Germanium Bán dẫn Ge gm Transconductance Độ xuyên dẫn IB Dòng điện cực nền IC Dòng điện cực thu IC Integrated circuit Mạch tích hợp ICBO Dòng rò giữa C và B ICEO Dòng điện rò giữa cực C và E ID Dòng điện qua diode IDSS Dòng điện cực màn bão hòa IE Dòng điện cực phát IR Reverse curent Dòng điện ngược IS Saturation curent Dòng điện bảo hòa JC Lớp chuyển tiếp phía cực thu JE Lớp chuyển tiếp phía cực phát JFET Juncition Field effect transistor Transistor trường tiếp xúc LED Light Emitter Diode Diode phát quang MOSFET Metal oxide semiconductor FET Transistor trường cấu trúc kim loại cách điện bán dẫn N Negative semiconductor Bán dẫn loại N + Bán dẫn loại N pha tạp chất ++ N Bán dẫn lạo N pha tạp chất rất cao Na Nồng độ tạp chất nhận Nd Nồng độ tạp chất cho nN Nồng độ điện tử trong chất bán dẫn loại N nP Nồng độ điện tử trong chất bán dẫn loại P N Op-Amp Operational amplifier Mạch khuếch đại thuật toán 6 Danh mục các từ viết tắt P+ Bán dẫn loại P pha tạp cao P++ Bán dẫn loại P pha tạp rất cao PCmax Công suất tiêu tán cực đại tại cực C PDmax Công suất cực đại của diode PN Tiếp xúc P-N Q Quiscent Điểm làm việc tĩnh RD Điện trở tĩnh rd Điện trở động Rth Điên trở tương đương thevenin S Source Cực nguồn Si Silicon Bán dẫn Si trr Reverse recover time Thời gian khôi phục ngược ts Thời gian lưu trữ tt Thời gian ngưng dẫn VBD Điện áp đánh thủng VCEsat Điện áp thu- phát bão hòa VF Forward Voltage Điện áp thuận Vm Peak voltage (Max Voltage) Điện áp đỉnh Vo Output voltage Điện áp ngõ ra VP Pinch off voltage Điện áp thắt kênh Vth Threshold voltage Điện áp ngưỡng Vth Thevenin voltage Điện áp tương đương thevenin Vtx VZ Vγ Điện áp tiếp xúc Zener Voltage Điện áp Zener Điện áp ngưỡng 7 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU BÁN DẪN ....................................................................19 1.1. Cấu tạo chất...............................................................................................19 1.1.1. Cấu tạo nguyên tử...............................................................................19 1.1.2. Các loại vật liệu điện ..........................................................................19 1.1.3. Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn điện...........................................19 1.2. Chất bán dẫn..............................................................................................20 1.2.1. Chất bán dẫn là gì...............................................................................20 1.2.2. Chất bán dẫn loại N (Negative: âm)...................................................20 1.2.3. Chất bán dẫn loại P (Positive: dương)................................................21 CHƯƠNG 2: DIODE BÁN DẪN ..........................................................................23 2.1. Diode bán dẫn ...........................................................................................23 2.1.1. Hình dáng, cách thử diode..................................................................23 2.1.2. Cấu tạo và ký hiệu ..............................................................................24 2.1.3. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode...................................24 2.1.4. Chuyển tiếp P-N ở trạng thái đánh thủng...........................................25 2.1.5. Đặc tuyến Volt- Ampere ....................................................................25 2.2. Các tham số của diode...............................................................................25 2.2.1. Điện trở một chiều..............................................................................25 2.2.2. Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân) ...............................................26 2.2.3. Một vài tham số giới hạn khác ...........................................................26 2.2.4. Tham số vài loại diode chỉnh lưu .......................................................26 2.3. Phân cực Diode .........................................................................................26 2.3.1. Phân cực ngược ..................................................................................26 2.3.2. Phân cực thuận ...................................................................................27 2.4. Các phương trình đường tải của diode......................................................27 2.4.1. Đường tải tĩnh (DCLL: DC Load Line) .............................................27 2.4.2. Đường tải động (ACLL: AC Load Line) ...........................................28 2.5. Một số mạch ứng dụng của diode .............................................................28 2.5.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ ................................................................28 2.5.2. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có tụ lọc .................................................29 2.5.3. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ......................................................................30 2.5.4. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc .......................................................30 2.5.5. Mạch chỉnh lưu cầu (chỉnh lưu toàn kỳ) ............................................31 2.5.6. Mạch chỉnh lưu cầu (chỉnh lưu toàn kỳ) có tụ lọc..............................32 8 2.5.7. Mạch nhân đôi điện áp .......................................................................32 2.5.8. Mạch xén mức trên.............................................................................33 2.5.9. Mạch xén hai mức ..............................................................................33 2.5.10. Mạch ghim mức..................................................................................33 2.6. Các loại diode khác ...................................................................................41 2.6.1. Diode Zener ........................................................................................41 2.6.2. Các thông số đặc trưng của Diode Zener ...........................................42 2.6.3. Diode quang: (Photo diode) ...............................................................43 2.6.4. Diode phát quang LED: (Light emitting diode) .................................44 2.6.5. Diode tách sóng ..................................................................................44 2.6.6. Diode biến dung: (Varicap)................................................................45 CHƯƠNG 3: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT: Bipolar Junction Transistor) 58 3.1. Cấu tạo của transistor ................................................................................58 3.1.1. Cấu tạo, ký hiệu..................................................................................58 3.1.2. Nguyên lý làm việc của transistor loại NPN ......................................58 3.1.3. Nguyên lý làm việc của transistor loại PNP.......................................59 3.1.4. Hình dáng và cách thử........................................................................60 3.1.5. Đặc tính kỹ thuật của transistor..........................................................61 3.1.6. Các thông số kỹ thuật của transistor...................................................63 3.2. Mạch phân cực cho transistor và yêu cầu ổn định ....................................64 3.2.1. Yêu cầu ổn định điểm làm việc ..........................................................64 3.2.2. Các tham số ảnh hưởng đến điểm làm việc do nhiệt độ.....................64 3.2.3. Các mạch phân cực cho transistor......................................................66 3.2.4. Thiết kế mạch cho BJT hoạt động tối ưu (Max_Swing) ....................69 CHƯƠNG 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ ........................................98 4.1. Tham số H và mạch tương đương của transistor ......................................98 4.1.1. Tham số H ..........................................................................................98 4.1.2. Mạch tương đương của Transistor .....................................................99 4.2. Ba mạch ráp cơ bản của transistor ..........................................................100 4.2.1. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CE...............................100 4.2.2. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................100 4.2.3. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CB ..............................101 4.2.4. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................101 4.2.5. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CC ..............................102 4.2.6. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................103 CHƯƠNG 5: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG (FET) ..............................123 9 5.1. Transistor hiệu ứng trường......................................................................123 5.1.1. Phân loại và các điểm cơ bản (FET: Field Effect Transistor) ..........123 5.1.2. Ký hiệu .............................................................................................123 5.2. Cấu tạo của JFET ....................................................................................123 5.2.1. Đặc tính ............................................................................................124 5.2.2. Đặc tuyến ra: ID = f (VDS).................................................................124 5.2.3. Đặc tuyến truyền dẫn: ID = f (VGS)...................................................125 5.3. Phân cực cho FET ...................................................................................125 5.3.1. Đường tải tĩnh...................................................................................125 5.3.2. Phân cực kiểu thiên áp cực cửa UGS < 0...........................................126 5.3.3. Phân cực kiểu tự cấp thiên................................................................127 5.3.4. Phân cực kiểu cầu phân áp ...............................................................127 5.4. Mạch tương đương FET và ba mạch cơ bản...........................................128 5.4.1. Mạch tương đương FET ...................................................................128 5.4.2. Ba mạch cơ bản của FET..................................................................129 CHƯƠNG 6: MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP LIÊN TẦNG ................................153 6.1. Tổng quan................................................................................................153 6.2. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng .....................................154 6.3. Mạch khuếch đại ghép bằng tụ liên lạc (ghép RC) .................................154 6.3.1. Giới thiệu..........................................................................................154 6.3.2. Khảo sát các thông số của mạch ở chế độ AC .................................155 6.3.3. Đáp ứng tần số của mạch ghép RC ..................................................157 6.3.4. Ưu và nhược điểm của mạch khuếch đại ghép tầng RC ..................157 6.4. Mạch khuếch đại ghép trực tiếp ..............................................................157 6.4.1. Ưu và nhược điểm của mạch ghép tầng trực tiếp.............................158 6.4.2. So sánh đáp ứng tần số của mạch ghép tầng ....................................159 6.5. Khuếch đại ghép Darlington ...................................................................171 6.5.1. Giới thiệu..........................................................................................171 6.5.2. Phân tích mạch ở chế độ DC ............................................................173 6.5.3. Phân tích mạch ở chế độ AC ............................................................175 6.6. Mạch khuếch đại ghép vi sai...................................................................177 6.6.1. Đặc điểm của mạch khuếch đại vi sai cơ bản ở trạng thái cân bằng177 6.6.2. Phân cực mạch ở chế độ DC ............................................................178 6.6.3. Khảo sát thông số của mạch ở chế độ AC........................................179 CHƯƠNG 7: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN .......................................194 7.1. Khái niệm khuếch đại thuật toán (Opamp: Operational Amplifier) .......194 10 7.2. Đặc tính và các thông số của Opamp lý tưởng .......................................195 7.3. Các mạch ứng dụng của Opamp .............................................................197 7.3.1. Khuếch đại đảo.................................................................................197 7.3.2. Khuếch đại không đảo......................................................................197 7.3.3. Mạch cộng đảo .................................................................................198 7.3.4. Mạch cộng không đảo ......................................................................198 7.3.5. Mạch tích phân .................................................................................199 7.3.6. Mạch vi phân ....................................................................................200 7.3.7. Mạch tạo hàm mũ .............................................................................200 7.3.8. Mạch tạo hàm logarit........................................................................201 Tài liệu tham khảo.................................................................................................. 209 Phụ lục.................................................................................................................... 210 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo nguyên tử. ....................................................................................19 Hình 1.2: Cấu tạo nguyên tử của silicium và gemanium. .........................................20 Hình 1.3: Chất bán dẫn tinh khiết Silicium...............................................................20 Hình 1.4: Chất bán dẫn loại N...................................................................................21 Hình 1.5: Chất bán dẫn loại P. ..................................................................................21 Hình 2.1: Hình dạng và ký hiệu của diode đơn. .......................................................23 Hình 2.2: Hình dạng và ký hiệu của diode đôi. ........................................................23 Hình 2.3: Hình dạng và ký hiệu của diode cầu. ........................................................23 Hình 2.4: Cấu tạo và ký hiệu diode...........................................................................24 Hình 2.5: Đặc tuyến Volt – Ampre của diode...........................................................25 Hình 2.6: Phân cực ngược diode...............................................................................27 Hình 2.7: Phân cực thuận diode. ...............................................................................27 Hình 2.8: Đường tải tĩnh và động. ............................................................................28 Hình 2.9: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu ½ chu kỳ không có tụ lọc. ........................29 Hình 2.10: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu ½ chu kỳ có tụ lọc. .................................29 Hình 2.11: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu toàn chu kỳ. ............................................30 Hình 2.12: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc. ....................................31 Hình 2.13: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu cầu...........................................................31 Hình 2.14: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu cầu có tụ lọc............................................32 Hình 2.15: Mạch và dạng sóng nhân đôi điện áp......................................................32 Hình 2.16: Mạch và dạng sóng xén mức trên. ..........................................................33 Hình 2.17: Mạch và dạng sóng xén 2 mức. ..............................................................33 Hình 2.18: Mạch và dạng sóng ghim mức. ...............................................................34 Hình 2.19: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................34 Hình 2.20: Dạng sóng ngõ ra trên tải. .......................................................................35 Hình 2.21: Dạng sóng dòng điện qua diode..............................................................36 Hình 2.22: Mạch điện và dạng sóng chỉnh lưu. ........................................................37 Hình 2.23: Đường đặc tuyến tĩnh và động của diode. ..............................................39 Hình 2.24: Mạch chỉnh lưu diode cầu có tụ lọc. .......................................................39 Hình 2.25: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................40 Hình 2.26: Mạch chỉnh lưu diode cầu không có tụ lọc. ............................................40 Hình 2.27: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................40 Hình 2.28: Mạch chỉnh lưu diode cầu có tụ lọc. .......................................................41 Hình 2.29: Đặc tuyến của diode zener. .....................................................................42 12 Hình 2.30: Ký hiệu và hình dạng của Diode quang..................................................43 Hình 2.31: Ký hiệu và hình dạng của Diode phát quang. .........................................44 Hình 2.32: Ký hiệu của Diode tách sóng. .................................................................44 Hình 2.33: Ký hiệu và cấu tạo của Diode biến dung. ...............................................45 Hình 2.34: Phân cực cho diode biến dung. ...............................................................45 Hình 2.35: Mạch diode zener....................................................................................46 Hình 2.36: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................46 Hình 2.37: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................47 Hình 2.38: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................47 Hình 2.39: Mạch ổn áp song song dùng zener..........................................................49 Hình 3.1: Cấu tạo và ký hiệu của BJT. .....................................................................58 Hình 3.2: Mạch thí nghiệm transistor. ......................................................................59 Hình 3.3: Mạch thí nghiệm và sơ đồ tương đương của transistor. ...........................59 Hình 3.4: Hình dáng các loại transistor.....................................................................60 Hình 3.5: Mạch điện thí nghiệm và đặc tuyến ngõ vào của BJT. .............................62 Hình 3.6: Đặc tuyến ngõ ra của BJT.........................................................................62 Hình 3.7: Dòng ngược collector ảnh hưởng theo nhiệt độ........................................64 Hình 3.8: Mạch điện thí nghiệm về thong số S.........................................................65 Hình 3.9: Mạch phân cực định dòng IB.....................................................................66 Hình 3.10: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................67 Hình 3.11: Mạch phân cực hồi tiếp collector............................................................68 Hình 3.12: Mạch BJT hoạt động tối ưu không có RE. ..............................................69 Hình 3.13: Mạch BJT hoạt động tối ưu tải có RE+ RC .............................................70 Hình 3.14: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................71 Hình 3.15: Phương trình đường tải DC.....................................................................72 Hình 3.16 : Mạch phân cực định dòng IB..................................................................72 Hình 3.17: Phương trình đường tải DC.....................................................................73 Hình 3.18: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................73 Hình 3.19: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................74 Hình 3.20: Mạch dao động đa hài. ............................................................................75 Hình 3.21: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................75 Hình 3.22: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................76 Hình 3.23: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................76 Hình 3.24: Mạch transistor dẫn bão hoà. ..................................................................77 Hình 3.25: Mạch kích optor. .....................................................................................77 Hình 3.26: Mạch đóng ngắt.......................................................................................77 13 Hình 3.27: Mạch đóng mở transistor bằng quang trở. ..............................................78 Hình 3.28: Mạch khuếch đại tín hiệu DC. ................................................................79 Hình 3.29: Mạch khuếch đại tín hiệu DC. ................................................................81 Hình 3.30: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................83 Hình 3.31: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................84 Hình 3.32: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................85 Hình 3.33: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................86 Hình 3.34: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................87 Hình 3.35: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................88 Hình 4.1: Sơ đồ khối mạng 2 cửa. ............................................................................98 Hình 4.2: Mạch tương đương kiểu Hybrid. ..............................................................99 Hình 4.3: Mạch tương đương kiểu vật lý..................................................................99 Hình 4.4: Mạch CE và sơ đồ tương đương ghép kiểu CE. .....................................100 Hình 4.5: Mạch CB và sơ đồ tương đương ghép kiểu CB......................................101 Hình 4.6: Mạch CC và sơ đồ tương đương ghép kiểu CC......................................102 Hình 4.7: Mạch khuếch đại CE...............................................................................104 Hình 4.8: Mạch khuếch đại CE...............................................................................104 Hình 4.9: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. .............................................................105 Hình 4.10: Mạch khuếch đại CE.............................................................................106 Hình 4.11: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................106 Hình 4.12: Mạch khuếch đại CE.............................................................................107 Hình 4.13: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................107 Hình 4.14: Mạch khuếch đại CB.............................................................................108 Hình 4.15: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................108 Hình 4.16: Mạch khuếch đại CC.............................................................................109 Hình 4.17: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................109 Hình 4.18: Mạch khuếch đại CE.............................................................................110 Hình 4.19: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................111 Hình 4.20: Mạch khuếch đại CE.............................................................................112 Hình 4.21: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................113 Hình 4.22: Mạch khuếch đại CE.............................................................................114 Hình 4.23: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................114 Hình 5.1: Phân loại FET. ........................................................................................123 Hình 5.2: Ký hiệu các loại FET. .............................................................................123 Hình 5.3: Cấu tạo JFET...........................................................................................124 Hình 5.4: Mạch điện của JFET. ..............................................................................124 14 Hình 5.5: Đặc tuyến làm việc của JFET. ................................................................124 Hình 5.6: Họ đặc tuyến của JFET. ..........................................................................125 Hình 5.7: Mạch phân cực của FET. ........................................................................125 Hình 5.8: Đồ thị đường tải tĩnh DC của FET..........................................................126 Hình 5.9: Mạch phân cực kiểu thiên áp cực cửa UGS<0. ........................................126 Hình 5.10: Mạch phân cực kiểu tự cấp thiên. .........................................................127 Hình 5.11: Mạch phân cực kiểu cầu phân áp..........................................................127 Hình 5.12: Mô hình tương đương của FET dạng nguồn dòng................................128 Hình 5.13: Mô hình tương đương của FET dạng nguồn áp....................................129 Hình 5.14: Mạch CS................................................................................................129 Hình 5.15: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................129 Hình 5.16: Mạch CD...............................................................................................130 Hình 5.17: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................131 Hình 5.18: Mạch CG...............................................................................................132 Hình 5.19: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................132 Hình 5.20: Mạch phân cực cho FET . .....................................................................133 Hình 5.21: Đồ thị đặc tuyến của FET 2SK30A . ....................................................133 Hình 5.22: Mạch CS................................................................................................134 Hình 5.23: Mạch CS................................................................................................136 Hình 5.24: Mạch CS................................................................................................137 Hình 5.25: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................137 Hình 5.26: Mạch CS................................................................................................138 Hình 5.27: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................138 Hình 5.28: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ trường hơp không có tụ CS . .............139 Hình 5.29: Khuếch đại CS. .....................................................................................139 Hình 5.30: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ . .........................................................140 Hình 5.31: Khuếch đại CS. .....................................................................................141 Hình 5.32: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................141 Hình 5.33: Khuếch đại CS. .....................................................................................142 Hình 5.34: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................142 Hình 5.35: Khuếch đại CD......................................................................................143 Hình 5.36: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................144 Hình 5.37: Khuếch đại CS. .....................................................................................144 Hình 5.38: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................145 Hình 6.1: Sơ đồ khối của mạch khuếch đại. ...........................................................153 15 Hình 6.2: Ảnh hưởng của sự gia tăng tần số khuếch đại đến tần số cắt và băng tần của mạch khuếch đại....................................................................................................154 Hình 6.3: Mạch khuếch đại ghép RC......................................................................155 Hình 6.4: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ............................................................155 Hình 6.5: Đáp ứng tần số của mạch ghép RC.........................................................157 Hình 6.6: Mạch khuếch đại ghép trực tiếp..............................................................158 Hình 6.7: Đáp ứng tần số của mạch ghép tầng trực tiếp.........................................158 Hình 6.8: Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại: a. Ghép R-C; b. Ghép trực tiếp. .159 Hình 6.9: Mạch ghép tầng CE-CE. .........................................................................160 Hình 6.10: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................161 Hình 6.11: Đồ thị đường tải DCLL và ACLL. .......................................................161 Hình 6.12: Mạch ghép tầng CE-CE. .......................................................................163 Hình 6.13: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................163 Hình 6.14: Mạch ghép CE- CC...............................................................................164 Hình 6.15: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................165 Hình 6.16: Mạch ghép CE- CC...............................................................................166 Hình 6.17: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................167 Hình 6.18: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................167 Hình 6.19: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................167 Hình 6.20: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................169 Hình 6.21: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................169 Hình 6.22: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................170 Hình 6.23: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................170 Hình 6.24: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................171 Hình 6.25: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................171 Hình 6.26: a. Hai transistor ghép Darlington; b. Transistor tương đương..............172 Hình 6.27: Transistor tương đương của mạch ghép Darlington. ............................172 Hình 6.28: Mạch khuếch đại ghép Darlington: a. Mạch khuếch đại ghép Darlington chung CE ; b. Mạch phân cực cầu phân áp; c. Mạch tương đương; d. Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ.......................................................................................................174 Hình 6.29: Mạch ghép Darlington. .........................................................................176 Hình 6.30: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................176 Hình 6.31: Mạch khuếch đại ghép vi sai.................................................................177 Hình 6.32: Phân cực CD của mạch khuếch đại vi sai. ............................................179 Hình 6.33: Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu vào là cách chung. ..........................................................................................................................179 16 Hình 6.34: Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu vào là vi sai.................................................................................................................................180 Hình 6.35: Mạch khuếch đại vi sai với nguồi dòng. ...............................................181 Hình 6.36: Mạch ghép vi sai. ..................................................................................182 Hình 6.37: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................182 Hình 6.38: Mạch ghép vi sai. ..................................................................................183 Hình 6.39: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................183 Hình 6.40: Mạch vi sai và Darlington.....................................................................184 Hình 6.41: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................185 Hình 6.42: Mạch vi sai và Darlington.....................................................................186 Hình 6.43: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................187 Hình 7.1: Sơ đồ khối mạch khuếch đại thuật toán. .................................................194 Hình 7.2: Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại thuật toán...................................194 Hình 7.3: Ký hiệu Opamp. ......................................................................................195 Hình 7.4: Hình dạng và sơ đồ chân của opamp ..................................................... 195 Hình 7.5: Đặt tuyến truyền đạt của opamp ........................................................ …196 Hình 7.6: Mạch khuếch đại đảo. .............................................................................197 Hình 7.7: Mạch khuếch đại không đảo. ..................................................................197 Hình 7.8: Mạch khuếch đại cộng đảo. ....................................................................198 Hình 7.9: Mạch khuếch đại cộng không đảo. .........................................................198 Hình 7.10: Khi cho nguồn V1 tác động, hai nguồn V2,V3 =0. ................................199 Hình 7.11: Mạch tích phân......................................................................................199 Hình 7.12: Mạch vi phân.........................................................................................200 Hình 7.13: Mạch tạo hàm mũ..................................................................................200 Hình 7.14: Mạch tạo hàm logarit. ...........................................................................201 17 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đo điện trở thuận và nghịch của diode.....................................................24  Bảng 2.2: Bảng tham chiếu một vài loại diode.........................................................26  Bảng 2.3: Bảng tham chiếu một vài loại diode zener. ..............................................43  Bảng 2.4: Giá trị đo của diode quang........................................................................44  Bảng 2.5: Giá trị điện áp làm việc của LED. ............................................................44  Bảng 3.1: Bảng đo giá trị điện trở của transistor. .....................................................61  Bảng 4.1: Các thông số mạng 2 cửa..........................................................................98  18 Chương 1 CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU BÁN DẪN 1.1. Cấu tạo chất 1.1.1. Cấu tạo nguyên tử Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử. Nguyên tử có hạt nhân nằm giữa mang điện tích dương và một hoặc nhiều electron mang điện tích âm bao quanh nhân. Điện tích của electron là: e = -1,6.10-19 Culông [1], [2]. a. Nguyên tử trung hòa b. Ion dương c. Ion âm Hình 1.1: Cấu tạo nguyên tử. Bình thường nguyên tử trung hòa về điện, xem hình 1.1a Nếu nguyên tử bị mất electron nguyên tử trở thành ion dương, xem hình 1.1b Nếu nguyên tử nhận electron nguyên tử trở thành ion âm, xem hình 1.1c 1.1.2. Các loại vật liệu điện 1.1.2.1. Chất dẫn điện Các chất mà nguyên tử chỉ có một hay hai electron ở lớp ngoài cùng [1], [3]. Ví dụ 1.1 : Bạc, đồng, vàng, nhôm... 1.1.2.2. Chất cách điện Các chất mà nguyên tử đã có đủ tám electron ở lớp ngoài cùng. Ví dụ 1.2: Thủy tinh, sành, cao su, giấy... 1.1.2.3. Chất bán dẫn Các chất mà nguyên tử chỉ có bốn electron ở lớp ngoài cùng. Chất bán dẫn điện có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng lại nhỏ hơn chất cách điện. Ví dụ 1.3: Silicium, gecmanium... 1.1.3. Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn điện ZGemanium = 32: tương ứng cấu hình: 1s22s22p63s23p64s23d104p2 Lớp ngoài cùng (lớp 4) có 4e ZSilicium = 14: tương ứng cấu hình: 1s22s22p63s23p2 Lớp ngoài cùng (lớp 3) có 4e 19 Chương 1 Hình 1.2: Cấu tạo nguyên tử của silicium và gemanium. Các nguyên tử liên kết nhau nhờ electron lớp ngoài cùng. Trong khối bán dẫn tinh khiết các nguyên tử gần nhau sẽ liên kết cộng hóa trị với nhau. Để đạt được cấu hình bền vững (8 electron lớp ngoài cùng) thì 4 electron của mỗi nguyên tử sẽ nối với 4 electron của 4 nguyên tử xung quanh. Như vậy chất bán dẫn điện tinh khiết có điện trở rất lớn [1], [4]. 1.2. Chất bán dẫn 1.2.1. Chất bán dẫn là gì Chất bán dẫn là chất có tính dẫn điện mạnh hơn chất cách điện nhưng yếu hơn chất dẫn điện [1], [2]. Tiêu biểu cho chất bán dẫn được sử dụng trong ngành kỹ thuật điện tử là Germanium (Ge) và Silicium (Si). Đặc điểm chung có số e trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 electron (Hoá trị 4). Đối với chất bán dẫn tinh khiết: 4 electron của mỗi nguyên tử sẽ nối với 4 electron của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 mối nối làm cho các electron được liên kết chặt chẽ với nhau. Sự liên kết này làm cho các electron khó tách rời khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do. Như vậy chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn [1], [2], [7]. Hình 1.3: Chất bán dẫn tinh khiết Silicium. 1.2.2. Chất bán dẫn loại N (Negative: âm) Để tạo ra chất bán dẫn loại N (chất bán dẫn âm) người ta pha thêm vào chất bán dẫn tinh khiết các chất có cấu tạo nguyên tử với 5 electron ở lớp ngoài cùng hoá trị 5 như: 20 Chương 1 Photphore hay Asenic các nguyên tử của chất photphore có 5 electron lớp ngoài cùng sẽ liên kết với 4 electron của 4 nguyên tử Si khác nhau, còn lại 1 electron không liên kết sẽ trở thành 1 electron tự do như hình 1.4 [1], [2], [7]. Pha nhiều nguyên tử photphore vào silicium thì sẽ càng nhiều electron tự do. Hình 1.4: Chất bán dẫn loại N. 1.2.3. Chất bán dẫn loại P (Positive: dương) Để tạo ra chất bán dẫn loại P (chất bán dẫn dương) người ta pha thêm vào chất bán dẫn tinh khiết các chất có cấu tạo nguyên tử với 3 electron ở lớp ngoài cùng hoá trị 3 như: Bore hay Indium các nguyên tử của chất indium có 3 electron lớp ngoài cùng nên khi liên kết với 4 electron của 4 nguyên tử Si khác nhau, sẽ có một có một liên kết thiếu 1. Chỗ thiếu electron này gọi là lỗ trống, lỗ trống của liên kết thiếu electron sẽ dễ dàng nhận 1electron tự do như hình 1.5 [1], [2], [6]. Pha nhiều bore, indium vào silicium thì sẽ càng nhiều lỗ trống. Hình 1.5: Chất bán dẫn loại P. Chú ý: Loại N hay P không có nghĩa là mang điện tích âm hay dương, mà trạng thái bình thường cả hai đều trung hoà về điện. Loại N hay P nói lên khả năng cho/nhận electron tự do. 21