Tài liệu Bài giảng Mạch điện tử

1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM MẠCH ĐIỆN TỬ Giới thiệu môn học 1 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 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 3 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 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”. 4 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 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 5 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM LIÊN HỆ Đặng Ngọc Hạnh Bộ môn Viễn Thông (Tầng trệt – 113B3) Email: [email protected] 6 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Kiến thức nền • Môn học trước: Giải tích mạch, Linh kiện điện và điện tử • Môn học song hành: Tín hiệu Hệ thống 7 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1/14/2013 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) I(mA) Tuyến tính Phi tuyến U(v) U(v) • Tuyến tính • Phi tuyến • Đặc tuyến(V-A) là đường thẳng • Đặc tuyến (V-A) không là đường thẳng • Có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng • Không thể áp dụng nguyên lý xếp • Không phát sinh hài mới chồng • Có thể phát sinh hài mới khi có phổ bất kỳ 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 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 9 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1/14/2013 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: R1 E + – R2 Rn 10 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? i1 • Ta có : u1 R1 E • Do u1 = i1R1, u2 = i2R2 nên: iX + – i2 R2 u2 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: I0 N i1 • Điện áp trên R1 và R2 phải bằng nhau: R1 i2 R2 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1/14/2013 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: I2 I1 R2 R1 I3 Ta có: I1 - ( I2 + I3 ) = 0 R3 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 bằng không”. Ví dụ: K2 cho vòng I: I3(R4 + R5) –I2.R3 = 0 K2 cho vòng II: V = I1.R1 + I2.R3 I1 R1 I3 R4 I2 V II R2 R3 I R5 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 Kiến thức nền Bài tập: Cho mạch điện như hình vẽ. 17 R3 K1 K2 R1 R2 V1 V2 C K3 R4 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 Ro Vo 1/14/2013 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 18 Kiến thức nền I 1. Sơ đồ mạch R3 I2 R1 V1 R4 I1 K1 K2 •Ta có: • I=I1+I2 (K1) • I(R1+R3)+I1R4=V1 (K2) • I2R0- I1R4=0 (K2) • V0= I2.R0 V1.R4 .RO V0  ( R1  R3 )( R4  RO ) Ro V0 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1/14/2013 19 Kiến thức nền I 2. Sơ đồ mạch R3 R2 V2  V2 COS (2 f .t  ) I1 R4 I2 Ro V2 •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 V0  V 2 .R4 .RO ( R2  R3 )( R4  RO ) V0  VO .cos(2 f .t  ) V0 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1/14/2013 Kiến thức nền c. Sơ đồ mạch R3 R1 V1 R2 V2 Áp dụng nguyên lý xếp chồng: R4 Ro 20