Giáo trình: Mạch Điện Tử 1
Giới thiệu, nội dung môn học
Cung cấp kiến thức về đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS).
Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế, các mạch điện tử cơ bản tần số thấp và các mạch số.
Trình bày nguyên lý hồi tiếp và ứng dụng trong phân tích-thiết kế mạch (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán, mạch khuếch đại tần thấp có hồi tiếp)
Môn học giới thiệu các đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS). Ứng dụng trong mạch khuếch đại (mô hình mạch tương đương, phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, đặc tính tần số dùng đồ thị Bode), mạch số (mô hình cổng luận lý dùng BJT, CMOS). Nguyên lý hồi tiếp, các phương pháp hồi tiếp và ứng dụng (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán).
Nội dung
Chương 1: ÔN TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN
REVIEWS ON CIRCUIT LAWS
1.1. Ôn tập về các định luật mạch điện.
Review: Sources, KCL, KVL, nodal and mesh analyses, Thevenin and Norton sources, …
1.2. Ôn tập về đặc tính bán dẫn.
Review on semiconductor physics
Các yêu cầu tự học đ/v sinh viên … (số giờ)
Chương 2: CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC
ACTIVE COMPONENTS
2.1. Diode tiếp giáp p-n.
p-n junction diode
2.2. Transistor tiếp giáp BJT.
Transistor BJT
2.3. Transistor trường MOSFET.
MOS Field Effect Transistor
MOSFET
Chương 3: CỔNG LUẬN LÝ
BASIC LOGIC GATES
3.1. Mạch đảo CMOS.
CMOS inverter
3.2. Các loại cổng luận lý CMOS.
CMOS logic gates
Chương 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
SMALL SIGNAL AMPLIFIERS
4.1. Mạch khuếch đại dùng BJT. Mạch tương đương.
BJT small signal amplifier. Equivalent circuit
4.2. Kiểu mắc E-chung, B-chung, C-chung.
CE model, CB model, CC model
4.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET. Mạch tương đương.
MOSFET small signal amplifier. Equivalent circuit
4.4. Mô hình tần số cao.
High frequency model
4.5. Đáp ứng tần số. Đồ thị Bode.
Frequency responses. Bode plots
Chương 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP
FEEDBACK AMPLIFIERS
5.1. Khái niệm về hồi tiếp và sự ổn định.
Feedback effects and stability
5.2. Mạch khuếch đại vi sai.
Differential amplifier
5.3. Ứng dụng: Mạch khuếch đại thuật toán.
Application: Operational amplifier
Kết quả cần đạt được
Nắm vững cách phân cực diode, transistor.
Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu nhỏ, tần số thấp.
Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode.
Hiểu rõ và có khả năng vận dụng nguyên lý hồi tiếp trong phân tích, thiết kế mạch.
Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mục lục CHƯƠNG I: MẠCH DIODE CHƯƠNG II: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT CHƯƠNG III: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN TÍN HIỆU (RS) VÀ TỔNG TRỞ TẢI (RL) LÊN MẠCH KHUẾCH ÐẠI www.Updatesofts.com – 2005 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO ***** Fleeman Electronic Devices, Discrete and intergrated Printice Hall- International 1988 Boylestad and Nashelsky Electronic devices and Circuitstheory Printice Hall- International 1988 J.Millman Micro Electronics, Digital and Analog, Circuits and Systems Mc.Graw Hill Book Company 1979 Couglin Operational Amplifiers and Linear intergrated circuits Printice Hall- International 1988 Trương Văn Tám Giáo trình linh kiện ñiện tử CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHƯƠNG I: MẠCH DIODE Trong chương này, khảo sát số mạch ứng dụng diode bán dẫn (giới hạn diode chỉnh lưu diode zener – Các diode ñặc biệt khác ñược bàn ñến lúc cần thiết) Tùy theo nhu cầu ứng dụng, mơ hình lý tưởng, gần ñúng hay thực ñược ñưa vào cơng việc tính tốn mạch Nội dung: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 ðường thẳng lấy ñiện Diode mạch ñiện chiều Diode mạch ñiện xoay chiều Mạch cắt( Clippers) Mạch ghim áp( Clampers) Mạch dùng diode zener Mạch chỉnh lưu bội áp 1.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE): Xem mạch hình 1.1a Nguồn điện chiều E mắc mạch làm cho diode phân cực thuận Gọi ID dịng điện thuận chạy qua diode VD hiệu đầu diode, ta có: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong đó: I0 dịng điện rỉ nghịch η=1 ID lớn (vài mA trở lên) η=1 Khi ID nhỏ diode cấu tạo Ge η=2 Khi ID nhỏ diode cấu tạo Si Ngoài ra, từ mạch điện ta cịn có: Tức E – VD – VR = E = VD + RID (1.2) Phương trình xác định điểm làm việc diode tức điểm điều hành Q, gọi phương trình ñường thẳng lấy ñiện Giao ñiểm ñường thẳng với ñặc tuyến diode ID = f(VD) ñiểm ñiều hành Q 1.2 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU – Ngược lại E < VK, mạch ñược xem hở, nên: ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.3 DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH CHỈNH LƯU 1.3.1 Trị trung bình trị hiệu dụng 1.3.2 Mạch chỉnh lưu sóng 1.3.3 Chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm 1.3.4 Chỉnh lưu tồn sóng dùng cầu Diode 1.3.5 Chỉnh lưu với tụ lọc Mạch chỉnh lưu ứng dụng thông dụng quan trọng diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều (mà thường dạng Sin vng) thành điện chiều 1.3.1 Khái niệm trị trung bình trị hiệu dụng 1.3.1.1 Trị trung bình: Hay cịn gọi trị chiều Trị trung bình sóng tuần hồn ñịnh nghĩa tổng ñại số chu kỳ diện tích nằm trục (dương) diện tích nằm trục (âm) chia cho chu kỳ Một cách tổng qt, tổng đại số diện tích chu kỳ T sóng tuần hồn v(t) tính cơng thức: Một vài ví dụ: Dạng sóng CuuDuongThanCong.com Trị trung bình https://fb.com/tailieudientucntt 1.3.1.2 Trị hiệu dụng: Người ta định nghĩa trị hiệu dụng sóng tuần hồn( thí dụ dịng điện) trị số tương ñương dòng ñiện chiều IDC mà chạy qua điện trở R chu kì có lượng tỏa nhiệt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vài thí dụ: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Dạng sóng Trị trung bình hiệu dụng Hình 1.6 1.3.2 Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch ta dùng kiểu mẫu lý tưởng gần ñúng diode việc phân tích mạch Dạng mạch dạng sóng (thí dụ hình sin) ngõ vào ngõ hình 1.7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Diode dẫn điện bán kỳ dương vi(t) đưa vào mạch Ta có: - Biên ñộ ñỉnh vo(t) Vdcm = Vm - 0.7V (1.6) - Ðiện trung bình ngõ ra: - Ðiện ñỉnh phân cực nghịch diode là: VRM=Vm (1.8) Ta chỉnh lưu lấy bán kỳ âm cách đổi đầu diode 1.3.3 Chỉnh lưu tồn sóng với biến có điểm Mạch hình 1.8a; Dạng sóng cuộn thứ cấp hình 1.8b CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.2 HIỆU ỨNG CỦA TỔNG TRỞ TẢI RL Phần này, ta xem ảnh hưởng tổng trở tải RL ñối với kiểu mẩu cổng (xem hình 4.5) Áp dụng cơng thức cầu chia điện mạch ngõ ta có: Tuy Ri thay ñổi tùy theo dạng mạch, dòng ñiện ngõ vào ln ln xác định bởi: Ðộ lợi dịng điện tìm từ độ lợi điện thế, tổng trở vào ñiện trở tải Ðường thẳng lấy ñiện ñộng: (xoay chiều) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ñược xem nối tắt tải mạch ñiện ñược xem RL ñiện trở cực thu RC mắc song song với Tác dụng ñiện trở tải RL làm cho đường thẳng lấy điện động có dốc đứng dịng điện lấy điện tĩnh Ðiểm ý quan trọng ñường thẳng ñều qua ñiểm Q Khi chưa mắc tải RL, ta áp tín hiệu nhỏ hình sin vào cực transistor, dịng điện cực transistor biến ñộng từ IB1ñến IB3 nên ñiện ngỏ VCE biến động hình vẽ Nếu ta mắc tải RL vào, biến động IB khơng thay ñổi ñộ dốc ñường thẳng lấy ñiện ñã thay ñổi (ñứng hơn) nên tín hiệu VCE nhỏ 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN RS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bây ta quay lại ngõ vào hệ thống cổng khảo sát ảnh hưởng nội trở nguồn tín hiệu lên độ lợi mạch khuếch đại Hình 4.8 mơ tả nguồn tín hiệu VS có nội trở RS áp vào ngõ vào hệ thống cổng Từ ñịnh nghĩa Zi AVNL ta thấy chúng không bị ảnh hưởng nội trở RS tổng trở bị ảnh hưởng RS Từ hình 4.8, ta thấy tín hiệu vi đưa vào hệ thống cổng là: Như nội trở nguồn RS lớn độ lợi mạch nhỏ (do tín hiệu vào vi nhỏ) Với hệ thống cổng bên ta có: 4.4 ẢNH HƯỞNG CHUNG CỦA RS VÀ RL: Hình 4.9 nguồn tín hiệu với nội trở RS tải RL ñược mắc vào hệ thống cổng với thông số riêng Zi=Ri, AVNL, Z0=R0 ñã ñịnh nghĩa CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ở ngõ vào ta có: Ðộ lợi tồn mạch: Ngồi ra: Vì iS =ii nên Ais=Ai tức phương trình (4.6) (4.7) cho kết Phương trình (4.5) cho thấy hai RS RL có tác dụng làm giảm ñộ khuếch ñại 4.5 MẠCH CỰC PHÁT CHUNG DÙNG BJT: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 Mạch phân cực cố ñịnh Mạch dùng cầu chia ñiện Mạch cực phát chung khơng tụ phân dịng Mạch hồi tiếp cực thu Trong phần ta xét dạng khác mạch khếch ñại cực phát chung dùng BJT với ảnh hưởng RS RL Sự phân giải chi tiết khơng đề cập đến q quen thuộc Ở ñây ta ñưa kết 4.5.1 Mạch phân cực cố định: Kiểu mạch phân cực cố ñịnh ñã ñược xác ñịnh chi tiết phần trước Mạch tương ñương với nội trở nguồn RS tải RL hình 4.10 Ta có: Với mạch tương đương kiểu mẫu re hình 4.11 cho mạch phân cực cố ñịnh, ta phân giải tìm kết Ðể tính AVS, từ mạch tương cổng ta có: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.5.2 Mạch dùng cầu chia ñiện thế: Với mạch dùng cầu chia điện (hình 4.12), tải RL nối cực thu 4.5.3 Mạch cực phát chung khơng có tụ phân dịng: Mạch điện hình 4.13 Tổng trở vào: Tổng trở ra: Z0=RC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.5.4 Mạch hồi tiếp cực thu: Dạng mạch hình 4.14 4.6 MẠCH CỰC THU CHUNG: Mạch cực thu chung hay mạch emitter-follower với tải RL nội trở nguồn RS hình 4.15 Ðiểm quan trọng cần ý mạch Z0 bị ảnh hưởng RS Zi bị ảnh hưởng RL Do dùng mạch tương ñương cổng ñể phân giải ta phải tính lại Zi Z0 ñưa trị số vào mạch tương đương cổng (xem thí dụ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong đó: R’E=RE //RL; ie=(β+1)ib Từ mạch ngõ vào ta có: vS=(RS+βre)ib + (β+1)R’Eib Từ phương trình ta vẽ mạch tương đương: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Từ ta có: Thí dụ: Cho mạch điện hình 4.18 Các thơng số mạch khơng có tải là: Zi=157.54 kΩ Z0=21.6 ( (khơng có RS) AVNL=0.993 với re=21.74Ω, β=65 Xác ñịnh: a/ Giá trị Zi Z0 có RL RS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Giải a/ Ta có tổng trở vào tổng trở có RS RL là: Zi=RB //[βre + RE //RL] = 75.46kΩ Z0=RE //(RS/β + re)=30.08Ω b/ Ta có mạch tương ñương cổng: 4.7 MẠCH CỰC NỀN CHUNG: Mạch hình 4.20 Tổng trở vào tổng trở (Zi Z0) giống trường hợp khơng tải Ðộ lợi điện dịng điện xác ñịnh bởi: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.8 MẠCH DÙNG FET: 4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4 ðiện trở cực nguồn có tụ phân dịng ðiện trở cực nguồn khơng có tụ phân dịng Mạch cực thoát chung Mạch cực cổng chung Ở FET, cực cổng cách ñiện hẳn khỏi cực nguồn cực thốt, nên mạch khuếch đại dùng FET tải RL khơng ảnh hưởng đến tổng trở vào Zi nội trở nguồn Rsig không ảnh hưởng lên tổng trở Z0 4.8.1 Ðiện trở cực nguồn có tụ phân dịng: Xem mạch khuếch đại dùng FET hình 4.21 Tải RL ñược xem mắc song song với ñiện trở RD mạch tương đương với tín hiệu nhỏ Ta có kết sau: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.8.2 Ðiện trở cực nguồn khơng có tụ phân dịng: Mạch hình 4.21 khơng có tụ CS Ta có kết quả: 4.8.3 Mạch cực chung: Mạch hình 4.22 Tổng trở vào Zi độc lập với RL ñược xác ñịnh Zi=RG Ðộ lợi ñiện có tải giống khơng có tải với RS ñược thay RS //RL CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.8.4 Mạch cực cổng chung: Dạng mạch hình 4.23 BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG IV ****** CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 1: Cho mạch điện hình 4.24 a/ Xác định AVNL, Zi, Z0 b/ Vẽ mạch tương ñương cổng với thơng số tính câu a c/ Tính độ lợi ñiện AV=v0/vi cách dùng kiểu mẫu cổng d/ Xác định độ lợi dịng điện Ai=i0/ii e/ Xác ñịnh AV, Zi, Z0 cách dùng kiểu mẫu re so sánh kết với phần Bài 2: Cho mạch điện hình 4.25 a/ Xác định AVNL, Zi, Z0 b/ Vẽ mạch tương cổng với thông số tính câu a c/ Xác định Av=v0 /vi AVS= v0 /vS d/ Thay RS =1k, xác ñịnh AV AVS Khi RS tăng AV AVS thay ñổi nào? e/ Thay RS=1k, xác ñịnh AVNL, Zi, Z0 Các thơng số thay đổi RS tăng f/ Thay RL=5.6k.Xác ñịnh AV AVS Khi RL tăng AV AVS thay ñổi nào? (RS 0.6k) Bài 3: Cho mạch ñiện hình 4.26 a/ Xác ñịnh AVNL, Zi, Z0 b/ Vẽ mạch tương đương cổng với thơng số tính câu a c/ Xác dịnh AV AVS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt d/ Thay RL=4.7k Tìm lại AV, AVS Nhận xét? e/ Thay RSig =1k (với RL=4.7k) tìm lại AV AVS Nhận xét? f/ Thay RL=4.7k, RSig=1k Tìm lại Zi, Z0 Nhận xét? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... https://fb.com/tailieudientucntt - Vùng tác động: (Vùng khuếch đại hay tuyến tính) với nối B-E phân cực thuận nối B-C phân cực nghịch - Vùng bảo hòa: Nối B-E phân cực thuận Nối B-C phân cực thuận - Vùng ngưng: Nối B-E phân... Ðiện ñỉnh Vdcm ngang qua hai ñầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) - Ðiện ñỉnh phân cực nghịch VRM diode là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VD VRM =Vm-0,7V (1.13) Ðể ý dòng ñiện trung bình chạy qua cặp diode... giác diode xem lý tưởng - Khi diode dẫn ñiện: v0=V=4V - Khi vi=V=4V, Diode ñổi trạng thái từ ngưng dẫn sang dẫn ñiện ngược lại - Khi viV=4V, diode ngưng
– Xem thêm –
Xem thêm: Giáo trình: Mạch Điện Tử 1, Giáo trình: Mạch Điện Tử 1
Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử
