Tài liệu Điện tử cơ bản

GT ÑIEÄN TÖÛ CÔ BAÛN Ch10. CAÙC PHAÀN TÖ ÛTÍCH TRÖÛ NAÊNG LÖÔÏNG 1 8.1 Ñaïi Cöông ÔÛ caùc chöông treân, ta xeùt keát quaû daùp öùng ngoõ ra theo taùc ñoäng ngoõ vaøo trong thôøi gian xaûy ra nhanh voâ haïn, hoaëc xeùt trong cheá ñoä tónh. Trong thöïc teá, ñaùp öùng cuûa maïch ñieän coøn tuyø thuoäc thôøi gian, vaø thôøi gian treå ñoù thöôøng coù yù nghóa quan troïng nhö seõ xeùt ñeán sau ñaây. Thí duï, xeùt maïch treå vaø söï quan troïng cuûa thôøi gian trong bieåu thò ñaùp öùng cuûa maïch goàm hai maïch ÑAÛO (Inverter – Not) ôû H. 8.1 sau vi voB voA H.8.1 Ñaùp öùng ngoõ ra laø ñaùp öùng lyù töôûng, ñaùp öùng treå coù daïng nhö H. 8.2 2 Ñaùp öùng thöïc teá- Ñaùp öùng quan saùt: vi voA Ñaùp öùng lyù töôûng ( mong muoán) Ñaùp öng quan saùt voB Ñaùp öùng lyù töôûng Ñaùp öùng quan saùt Treå 3 Ñeå giaûi thích tính chaát thôøi gian cuûa ñaùp öùnh maïch, ta phaûi ñöa theâm vaøo hai phaàn töû môùi laø tuï ñieän vaø cuoän caûm. Vôùi MOSFET ta coù ñieän dung lieân cöïc CGS nhö ñieãn taû ôûH. 8.3 Cöïc thoaùt D n Cöïc coång keânh n Kim Oxid loaïiï MOSFET keânh n D p Silicon n Cöïc nguoàn S G CGS Chuù yù: Vôùi BJT coù hai tuï lieân cöïc Cbe vaø Cbc. S 4 8.2 Tuï ñieän 1. Tuï ñieän Trò soá ñieän dung A F  d : haèng soá ñieän moâi töông ñoái A tieát dieän baûng kim loaïi ( m2) d khoaûng caùch hai baûng cöïc(m) Ñaëc tính cuûa tuï ñieän C   + + + + + + Ñ i eä n m oâ i A - d q  Cv  C   F V  i dq dv C dt dt 1 2 E  Cv 2 Tuï ñieän laø linh kieän tích tröû naêng löôïng, laø linh kieän nhôù ( memory device) 5 Various types of capacitor A capacitor is an electronic device for storing charge. Capacitors can be found in almost any complex electronic device. They are second only to resistors in their There are many different types of capacitor but they all work in essentially the same way. A simplified view of a 6 • Ảnh hưởng điện trường và thông lượng 7 • Điện dung cổng MOSFET • Điện dung cổng – kênh được tính gần đúng:  ox S  oxWL  d d • trong đó  ox  3,9 o là hằng số điện môi của oxid silic , d là bề dày của lớp oxid silic, L là độ dài kênh, và W là độ rộng kênh. Tích số WL là điện tích cổng. 8 • Vì số điện tích của cổng trải dài kênh nên ta có CGS  • trong đó Cox   oxWL d  CoxWL  ox d N nnlà điện dung cổng – kênh trên đơn vị diện tích của cổng MOSFET • Ta có mạch tương đương của mạch inverter MOSFET như hình sau: 9 • Thí dụ: Hảy tính trị số điện dung CGS của các MOSFET có kích thước sau ( hình) , tất cả cùng có Cox = 4fF/  m 2 • Các MOSFET M3, M4, M5 : có trị sô điện dung là 48 fF, vì đều có cùng điện tích 12  m2 , • M6 có điện dung lớn nhất 144fF • M2 có điện nhỏ nhất 36fF • M1 có điện dung 64fF và M7 có điện dung 108 fF. 10 8.4 Maïch RC nối tiếp Phaân tích maïch RC sau ( H.8.5) AÙp duïng KVL cho: R Ri  t   vC  t   vI dv  t  RC C  vc  t   vI dt i(t) + vI(t) 10V C - vc(t) Giaû söû coù: vI  t   VI vC  0   Vo ( Vo cho tröôùc) H.8.5 Giaûi cho: vCtc(t) = vCtd(t) + vCxl(t) 11 8.3 Cuoän caûm Trò soá ñieän caûm L ( H – Henry) Ñaëc tính cuoän caûm di vL dt loõi töø daây ñoàng 1 2 E  Li 2 Cuoän daây coù tính tích tröû naêng löôïng ñieän, cuoän daây laø linh kieän nhôù. Chuù yù: Tuï ñieän coù tính nhôù theo ñieän theá Cuoän caûm coù tính nhôù theo doøng ñieän 12 13 • Tự cảm do dây nối • Điện dung và cuộn cảm dây nối trong IC 14 • Với các hình dạng trên , ta lần lượt có: • và cả hai cách nối cho: • Thí dụ: Xét cách kết nối trong IC theo hình 27, có W = 2  m , G = 0,1  m , và   3, 9 o . Hảy tính điện dung và tự cảm trên đơn vị chiều dài. Tính được theo công thức (9.53) và (9.54) trên: C  690 pF / m  0, 69 fF /  m L  63nH / m  63 fF /  m 15 • Thí dụ 2: • Xét mô hình bản mạch in có điện dẫn hình trụ trên một mặt phẳng như ở hình 28. Cho R = 0,5mm, H =2 mm, và    o . Tính điện dung và tự cảm trên đơn vị choiều dài. • Giải: • Áp dụng hai công thức (9.55) và (9.56) lần lược tính được kết quả sau: C  27 pF / m L  410nH / m. 16 8.4 Maïch RC Phaân tích maïch RC sau ( H.8.5) AÙp duïng KVL cho: R Ri  t   vC  t   vI dv  t  RC C  vc  t   vI dt i(t) + vI(t) 10V C - vc(t) Giaû söû coù: vI  t   VI vC  0   Vo ( Vo cho tröôùc) H.8.5 Giaûi cho: vCtc(t) = vCtd(t) + vCxl(t) 17 1. Nghieäm thuaàn nhaát ( töï do) dvc  t   vc  t   0 dt dvc  t  vc  t   0 dt RC dvc  t  dt  vc  t  RC RC vctd  t   Ae pt  Ae  t  ,   RC 2. Nghieäm xaùc laäp ( cöôõng böùc) Giaûi phöông trình coù veá sau: dvC  t  RC  vc  t   VI dt Coù theå thay theá vc(t) vaø vaø giaûi tìm trò soá cuûa A, hoaëc coù theå lyù luaän ôû cheá ñoä xaùc laäp (hay cheá ñoä döøng) khi t  voâ haïn hay dvc(t) / dt 0, neân cho: vcxl (t )  VI 18 Vaäy nghieäm toång coäng: vCtc  t   vCtd  t   vCxl  t  Xaùc ñònh A:  Aet   VI vC  0   Vo A  VI  Vo  A  Vo  VI Thay vaøo laïi vc(t) ñöôïc: vC  t   VI  Vo  VI  e t   Vi  V f  Vi  e t  Xaùc ñònh trò soá doøng ñieän: iC  C dvC  t  V  V    o I e t  dt R Ñieän theá qua ñieän trôû R:  V V vR  t   Ri  t   R   o I R    Vo  VI  et   t  e  19 Ñaùp öùng ñieän theá hai ñaàu tuï: vC  t   VI  Vo  VI  et  vc(t) VI Vo 0 RC t Neáu vc(0) = 0, phöông trình cho: vC  t   VI   0  VI  e t   VI 1  e t   VI t  V e  I e t  RC R vR  t   Ri  t   VI e t  i t   C 20