KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG LẮP RÁP MẠCH ĐỊNH MỨC NHIỆT ĐỘ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.91 MB, 58 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Quảng Nam, tháng 5 năm 2015

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong khóa luận này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép xử dụng và chưa được cơng bố trong bất kì một cơng trình nào khác.

Quảng Nam, tháng 05 năm 2015 Tác giả khóa luận

Huỳnh Thị Viễn

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận của tơi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th.S Ngô Thị Hồng Nga. Trước hết cho tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến với cơ, người đã tận tình dạy dỗ, dìu dắt, hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong q trình học tập và thực hiện khóa luận này.

Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường Đại Học Quảng Nam, các Thầy Cô giáo trong khoa Lý - Hóa - Sinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập cũng như trong khi thực hiện khóa luận này.

Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến các thành viên trong gia đình, người thân đã luôn động viên, đưa ra những lời khuyên trong những lúc tơi gặp khó khăn và cảm ơn các bạn học cùng lớp ĐH Vật Lý K11 đã có những ý kiến đóng góp trong quá trình thực hiện đề tài.

Quảng Nam, tháng 05 năm 2015 Tác giả khóa luận

Huỳnh Thị Viễn

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 3

Hình 1.4 Transistor NPN và kí hiệu 5

Hình 1.5 Transistor PNP và kí hiệu 6

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP 6 Hình 1.7 đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN 8 Hình 1.8 Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN 9 Hình 1.9 Phân cực dùng dịng cố định 10

Hình 1.10 Phân cực dùng điện áp phản hồi 10

Hình 1.11 Phân cực bằng cầu chia thế 11

Hình 1.12 Mạch cực gốc chung. 11

Hình 1.13 Mạch cực phát chung 13

Hình 1.14 Mạch cực góp chung 14

Hình 1.15 Cấu tạo JFET kênh P 17

Hình 1.16 Cấu tạo JFET kênh N 17

Hình 1.17 Cấu tạo MOSFET kênh N 19

Hình 3.1 Cấu trúc cơ bản của một bộ KĐTT 28 Hình 3.2 Sơ đồ chân thực tế của Opamp 28

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Hình 3.4 Đặc tuyến truyền đạt điện áp vịng hở của KĐTT 30 Hình 3.5 Mạch khuếch đại đảo 31 Hình 3.6 Mạch khuếch đại khơng đảo 32

Hình 3.13 Sơ đồ chân của ảm biến nhiệt LM35 38 Hình 4.1 Phần mềm mơ phỏng mạch điện tử Proteus 40 Hình 4.2 Giao diện phần mềm Proteus khi mở chương trình ISIS 42 Hình 4.3 Sơ đồ mạch định mức nhiệt độ 44 Hình 4.4 Mơ phỏng mạch định mức nhiệt độ ở 39oC 45 Hình 4.5 Mơ phỏng mạch định mức nhiệt độ ở 41oC 45 Hình 4.6 Mạch định mức nhiệt độ trên thực tế 46

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.2. Mục tiêu của đề tài ... 2

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

1.4. Phương pháp nghiên cứu ... 2

1.5. Đóng góp của đề tài ... 2

1.6. Cấu trúc đề tài ... 2

NỘI DUNG ... 3

CHƯƠNG I. BÁN DẪN ... 3

1.1. Các hiện tượng tiếp xúc ... 3

1.1.1. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn ... 3

1.3.1. Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, chế độ làm việc củaTransistor ... 5

1.3.2. Phân cực cho Transistor ... 9

1.3.3. Mạch khuếch đại cơ bản ... 11

1.3.4. Các tham số giới hạn của Transistor ... 15

1.4. Transistor trường (FET) ... 16

1.4.1. Cấu tạo ... 16

1.4.2. trường có cực cửa tiếp giáp (JFET) ... 16

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1.4.3. Transistor trường có cực cửa cách ly (MOSFET) ... 19

1.4.4. Cấu tạo và hoạt động của MOSFET loại kênh cảm ứng ... 20

CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VÀ MẠCH HỒI TIẾP ... 22

2.1. Mạch khuếch đại ... 22

2.2. Nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại ... 22

2.3. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại ... 23

3.4.1. Đặc tính và các thơng số của một bộ KĐTT lý tưởng ... 30

3.4.2.Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng. ... 31

3.5. Một số cách mắc hồi tiếp ... 31

3.5.1.Mạch khuếch đại đảo (đảo pha): ... 31

3.5.2. Mạch khuếch đại không đảo (đồng pha). ... 32

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

3.6.3. Mạch trừ (mạch khuếch đại vi sai): ... 36

4.1. Sơ lược về phần mềm mô phỏng proteus ... 40

4.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch ... 42

4.3. Sơ đồ nguyên lý mạch định mức nhiệt độ ... 44

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, trong những năm gần đây các thiết bị điện tử đã, đang được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội.

Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và nó đang thay thế các cơng việc của con người từ đơn giản như báo thức, điện thoại, làm đồ chơi… đến phức tạp như điều khiển giao thông, điều khiển động cơ, các đồng hồ hiển thị số…Không những thế nó ngày càng phát triển để đưa ra các thiết bị tiên tiến và hiện đại vào trong nhiều lĩnh vực hơn. Qua đó khẳng định được vị trí, vai trò và tầm quan trọng của các ngành điện tử, vô tuyến điện trong cuộc sống hiện nay. Vì vậy đối với sinh viên nói chung, thế hệ tương lai của Đất nước, chúng ta cần có những kiến thức căn bản về điện tử để có thể tiếp cận và điều khiển được các thiết bị máy móc hiện đại trong công việc cũng như đời sống sinh hoạt, và để đảm bảo tuổi thọ của các thiết bị máy móc đó, hơn thế nữa là hiểu được chức năng và nguyên lý hoạt động của các linh kiện thiết bị điện tử đối với những ai yêu thích và đam mê.

Là một sinh viên chuyên ngành sư phạm Vật Lý trong bốn năm ngồi trên ghế nhà trường, được học rất nhiều môn học chuyên nghành như Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Điện tử và vơ tuyến điện, Quang học… Trong những mơn học đó, mơn học làm tơi cảm thấy thích thú nhất là mơn Điện tử và vơ tuyến điện vì nó được ứng dụng rất rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Đó cũng chính là lý do tơi chọn

và đến với đề tài “Khảo sát đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán và ứng dụng

lắp ráp mạch định mức nhiệt độ” để làm khóa luận tốt nghiệp. Một mặt giúp tôi

tiếp cận được các linh kiện điện tử và hiểu được các đặc tính của chúng mà có thể trong q trình học tơi chưa được nhìn thấy. Mặt khác giúp tơi hiểu rõ hơn các vấn đề mà trước đây tôi đã khảo sát trên lý thuyết. Tôi thiết nghĩ mạch định mức nhiệt độ mà tơi sắp làm có thể được ứng dụng trong thực tế cuộc sống như định mức nhiệt độ và hiển thị cảnh báo quá nhiệt sử dụng trong việc trồng rau nhà kính, trong các hồ nuôi tôm cá, trong kĩ thuật ngâm giống nơng nghiệp, trong

lị ấp trứng...

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

1.2. Mục tiêu của đề tài

- Khảo sát một số linh kiện điện tử

- Thiết kế, lắp ráp mạch định mức nhiệt độ

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Các đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán

(OP-Amp), mạch định mức nhiệt độ.

- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán

(OP-Amp), thiết kế, lắp ráp mạch định mức nhiệt độ .

1.4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: Tổng hợp và phân tích lý thuyết dựa trên sách vở, các giáo trình, trang web điện tử về các vấn đề cần thiết để lắp ráp mạch định mức nhiệt độ.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Vẽ mô phỏng mạch định mức nhiệt độ trên phần mềm Proteus, thiết kế và lắp ráp mạch định mức nhiệt độ.

1.5. Đóng góp của đề tài

Qua đề tài khảo sát đặc tính của bộ khuếch đại thuật tốn và ứng dụng lắp ráp mạch định mức nhiệt độ có thể được ứng dụng trong thực tế cuộc sống như định mức nhiệt độ và hiển thị cảnh báo sử dụng trong việc trồng rau nhà kính, trong các hồ ni cá, trong kĩ thuật ngâm giống nông nghiệp...

1.6. Cấu trúc đề tài

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài được trình bày trong bốn chương:

Chương I: Bán dẫn.

Chương II: Giới thiệu chung về mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp. Chương III: Tìm hiểu về bộ khuếch đại thuật toán và cảm biến LM35. Chương IV: Mô phỏng mạch định mức nhiệt độ bằng phần mềm Proteus và lắp ráp mạch.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

NỘI DUNG CHƯƠNG I. BÁN DẪN 1.1. Các hiện tượng tiếp xúc

1.1.1. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn

Cơng thốt của electron trong chất bán dẫn nhỏ hơn trong kim loại nên

electron từ bán dẫn N sang kim loại sẽ dễ hơn electron từ kim loại sang bán dẫn N, tạo nên điện trường tiếp xúc Etx , không cho electron từ bán dẫn N tiếp tục sang kim loại. Hình thành một vùng nghèo hạt mang điện ở phía bán dẫn N.

Khi đặt một điện trường ngoài vào tiếp xúc kim loại – bán dẫn sẽ cho dòng điện từ kim loại qua bán dẫn N. Lớp tiếp xúc kim loại – bán dẫn có tính chỉnh lưu, được ứng dụng để chế tạo các điơt tiếp xúc điểm, có điện dung tiếp xúc nhỏ, dùng trong mạch điện tách sóng trong radio, TV hoặc trong các mạch điện chuyển mạch điện tử tần số cao.

Hình 1.1: Tiếp xúc kim loại – bán dẫn

1.1.2. Tiếp xúc P-N.

Trong chất bán dẫn loại N: electron là hạt dẫn điện đa số, lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số. Trong chất bán dẫn loại P: lỗ trống là hạt dẫn điện đa số, electron là hạt dẫn điện thiểu số.

Hình 1.2: Tiếp xúc P - N

Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp xúc Etx (nhỏ). Điện trường này ngăn cản không cho electron từ N tiếp tục sang P. Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P – N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số,vùng này có điện trở lớn.

Khi đặt tiếp xúc P – N vào điện trường ngoài:

- Engoài ngược chiều với Etx: làm vùng nghèo hạt mang điện hẹp lại. Cho dòng điện I qua từ P sang N.

- Engoài cùng chiều Etx: khơng có dịng điện I qua tiếp xúc P – N từ N sang P.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

1.1.3. Tiếp xúc kim loại – điện môi – chất bán dẫn.

Xét lớp điện môi SiO2, khi chưa đặt điện áp ngồi vào hai cực AB thì khơng xuất hiện điện tích ở hai bề mặt điện môi. Khi đặt điện áp âm vào A, dương vào B: electron trong lớp Si – P chạy về cực B, lỗ trống trong lớp Si – P chạy về phía vách chất điện môi, sát lớp điện môi gần chất bán dẫn xuất hiện điện tích dương, trong khi gần kim loại có điện tích âm.

Khi đặt điện áp dương vào A, âm vào B: hai bên lớp điện mơi SiO2 hình thành các điện tích có dấu trái nhau như ở hai bản cực tụ điện, chúng cho dòng xoay chiều đi qua.

1.2. Điode bán dẫn

1.2.1. Cấu tạo, ký hiệu, công dụng

- Cấu tạo:

Điôt bán dẫn cơ bản tạo bởi tiếp xúc P – N, tức là vùng có độ dày nhỏ cỡ (microm ), trong đó tính dẫn điện của tinh thể bán dẫnlà pha loại tạp chất bán dẫn P vào loại N, có thể cho dịng điện có cường độ lớn qua được.

Điốt có thể cấu tạo là một thanh kim loại tiếp xúc với chất bán dẫn loại N, có điện dung tiếp xúc nhỏ, dùng ở tần số cao.

Ở đây ta xét điốt tạo thành từ một lớp tiếp xúc P – N. - Giới hạn về điện ápUm .

Điốt có hai chế độ làm việc: chế độ thuận và chế độ ngược. gọi UAK là điện áp đặt vào hai đầu điốt, UD là điện áp ngưỡng của điốt (điện áp rơi).

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

 Chế độ thuận: là chế độ có UAK > UD

Điốt dẫn với điện trở động (hay điện trở thuận): rd = dU/dI ( cỡ vài Ohm), trong chế độ thuận:

UAK = UD + rdi

Tức là điốt tương đương với điện trở rd mắc nối tiếp nguồn điện áp có suất điện động UD.

 Chế độ ngược: đối với UAK ≤ UD.

Dòng cực nhỏ cỡ vài nano Ampe chạy qua điốt. Điện trở điốt lúc này cỡ vài chục mêga Ohm. Dòng điện ở chế độ ngược có thể bỏ qua. Trong chế độ ngược, điốt tương đương công tắc hở mạch.

1.2.3. Phân loại Điốt

Người ta có thể phân loại điốt tùy theo quan điểm khác nhau: - Theo đặc điểm cấu tạo: điốt tiếp điểm, điốt tiếp mặt. - Theo vật liệu sủ dụng: điốt Ge, điốt Si.

- Theo tần số sử dụng: điốt cao tần, điốt tần số thấp.

- Theo công suất: điốt cơng suất lớn, cơng suất trung bình, cơng suất nhỏ. - Theo nguyên lý hoạt động: điốt chỉnh lưu, điốt ổn áp (Zener), điốt biến

dung (Varicap), điốt dùng hiệu ứng đường hầm (Tunel).

1.3. Transistor lưỡng cực

1.3.1. Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, chế độ làm việc củaTransistor

 Cấu tạo:

Cùng trên một đế bán dẫn, lần lượt tạo ra tiếp xúc công nghệ P – N gần nhau để được một linh kiện bán dẫn bán dẫn 3 cực, gọi là transistor lưỡng cực.

Nếu bán dẫn P nằm ở giữa hai lớp bán dẫn N, thì ta có transistor loại NPN (được gọi là transistor ngược).

Hình 1.4: Transistor NPN và kí hiệu

Nếu lớp bán dẫnN nằm giữa hai lớp bán dẫn P thì ta có loại traisistor PNP (transistor thuận ).

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 1.5: Transistor PNP và kí hiệu

Một cực có thể điểu khiển dòng điện qua hai cực còn lại gọi là cực khiển. Điều kiện của các vùng tạp chất:

Để transistor hoạt động phải đủ hai điều kiện về điện áp để tiếp tế và phân cực. Tiếp tế: cung cấp điện áp cho hai cực E,C bằng nguồn điện ECC

Nguyên tắc hoạt động của transistor thể hiện qua các thí nghiệm sau: Chọn một loại transistor loại PNP

Hình 1. 6: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP

Khi K1 đóng, K2 mở: Có nguồn EB, khơng có nguồn ECC. Lớp tiếp giáp EB được phân cực thuận, lỗ trống từ vùng E sang vùng B. Khi qua vùng B tạo nên dịng điện IB.vậy chỉ có dịng IB, khơng có dịng Ic ở nguồn ECC.

Khi K1 mở, K2 đóng: Có nguồn ECC, khơng có nguồn EB. lúc này CE coi như gồm hai điốt: CB và BE mắc nối tiếp, do hai điốt này mắc ngược chiều nhau

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

nên không cho dịng điện qua CE, và chỉ có dịng rị Ico rất nhỏ từ C sang B do các hạt khơng cơ bản gây ra.

Khi K1 đóng, K2 đóng: Nhờ nguồn EB, lỗ trống từ E sang vùng B: - Số ít kết hợp với electron trong lớp .

- Tại B: lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số.

Do độ dày của vùng B rất nhỏ, phần lớn lỗ trống chưa kịp tái hợp với electron thì đã đến lớp tiếp giáp BC. Ở đây, lỗ trống gặp điện trường mạnh tăng tốc và cuốn lỗ trống sang vùng C, lỗ trống là hạt dẫn điện đa số nên bị nguồn ECC

hút mạnh tạo nên dịng IC qua CE.

Đối với transistor NPN thì ta đồi cực của nguồn.  Nhận xét:

Ta nhận thấy:

- Nếu IB = 0 thì IC = 0 - Nếu IB tăng thì IC tăng - Nếu IB giảm thì IC giảm

Suy ra IB có tính điều khiển dịng IC. Trong đó dịng IB cỡ nA, dịng IC cỡ mA. Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo thành dòng IB, phần lớn cịn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC.

Để đánh giá mức độ điều khiển dòng IB lên dòng IC người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh:

Trên đây là transistor hoạt động ở chế độ tĩnh. Nếu bây giờ ta ta đặt vào mạch cực phát một nguồn tín hiệu biến thiên thì điện áp phân cực lớp tiếp giáp EB cũng thay đổi làm cho IB biến thiên, kéo theo IE biến thiên và IC thay đổi.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Đặc ở cực góp một tải RC lớn, khi dịng IC biến thiên sẽ tạo ra trên RC một điện áp biến thiên nhưng biên độ lớn hơn nhiều (nhờ RC khá lớn). Ta nói rằng trasistor đã khuếch đại tín hiệu.

 Các chế độ làm việc:

Transistor có ba chế độ làm việc: chế độ khóa, dẫn bảo hòa và chế độ khuếch đại.

- Chế độ khóa và dẫn bảo hịa: Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN Khi K mở: Tiếp xúc EB bị phân cực ngược, electron từ E không qua được vùng B nên IB = 0, và transistor khóa , khơng có dịng IC qua tải Rt.

Khi K đóng: Dòng IB khác 0. Với UBE = 0.6V (Si), nếu ta chọn R1 , R2 ,

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

- Chế độ khuếch đại:

Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.8: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN

Lúc này nguồn phân cực EB có chiều như hình vẽ để tiếp xúc BE được phân cực thuận. dòng IB sẽ điều khiển dòng IC .

Ta có :  Nhận xét:

Khi tăng dịng IB thì dòng IC tăng theo và UCE giảm. Khi dòng IB giảm, dòng IC giảm theo và UCE hay điện áp tín hiệu lấy ra ở chân C ngược pha với điện áp tín hiệu vào khuếch đại ở chân B (transistor mắc theo kiểu phát chung sẽ được trình bày vào phần sau ).

Dịng IB thay đổi ở mạch vào sẽ tạo ra dòng IC thay đổi đồng pha tương ứng ở mạch ra tại cực C. Dòng IC qua Rt gây sụt áp UR, nên ta có điện áp UCE ( chính là VC) được tính theo cơng thức trên. IC tăng làm VC giảm và ngược lại, ta nói điện áp ra VC ngược pha với điện áp vào.

1.3.2. Phân cực cho Transistor

Phân cực cho Transistor là tạo ra điện áp phân cực cho tiếp giáp BE nhằm để tiếp giáp BE được phân cực thuận, để transistor hoạt động trong chế độ

khuếch đại, ta có các cách sau:

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

 Phân cực cho transistor dùng dòng cố định.

UB Thường được chọn trong khoảng từ 0.6V đến 0.7V  Phân cực cho transistor dùng điện áp phản hồi.

Mắc điện trở RB từ chân C về chân B như hình dưới:

Hình 1.10: Phân cực dùng điện áp phản hồi Ta có:

IC = .IB

Suy ra: RB =

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

 Phân cực cho transistor dùng cầu chia thế.

Hình 1.11: Phân cực bằng cầu chia thế. Cầu chia thế gồm R1, R2 sẽ xác định điện thế VB. lúc này:

UBE = UB = R2.I = R2  Dùng cầu chia thế có bổ chính nhiệt:

Ngồi R1, R2 như trên, chân E được mắc xuống Masse qua một điện trở RE

có tác dụng bổ chỉnh nhiệt. Ngồi ra người ta cịn mắc song song với RE một tụ CE

để nối tắt dịng tín hiệu từ E xuống masse, thường chọn CE có dung kháng ZC << RE.

1.3.3. Mạch khuếch đại cơ bản

Tùy theo cách đặt tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra transistor có thể mắc theo ba kiểu mạch: cực gốc chung, cực phát chung, cực góp chung.

Chúng ta lần lược mắc một transistor PNP theo ba sơ đồ đó, và xét các yếu tố: - Pha giữa điện áp ra với điện áp vào.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Tiếp giáp EB được phân cực thuận, còn tiếp giáp BC được phân cực ngược. C1, C2 là tụ điện liên lạc tín hiệu với tầng trước và tầng sau.

Tín hiệu tới được đưa vào giữa hai cực phát – gốc (E – B), tín hiệu ra lấy giữa hai cực gốc – góp (B – C).

Cực gốc B chung cho cả mạch vào và mạch ra, nên ta gọi là mạch cực gốc chung. Khi ta đưa tín hiệu tới đầu vào của mạch:

- Nửa chu kỳ dương của tín hiệu vào: Điện áp dương của tín hiệu hợp với điện áp dương của nguồn E1, làm cực phát có điện áp dương hơn trước so với cực gốc. UBE tăng làm cho tiếp giáp EB phân cực thuận bởi điện áp lớn hơn, do đó IE

tăng lên, làm dòng IC tăng lên, sụt áp trên R2 tăng lên, điện áp UC giảm, nghĩa là từ dương lên, nên điện áp ra dương hơn.

- Nữa chu kỳ âm của tín hiệu vào: Điện áp âm của tín hiệu làm giảm điện áp dương của nguồn E1, làm cho UE bớt dương hơn so với cực gốc nên UBE giảm, làm cho IE giảm kéo theo IC giảm, sụt áp trên R2 giảm, điện áp UC tăng lên, nghĩa là âm hơn làm cho tín hiệu ra âm đi.

Như vậy trong mạch cực gốc chung: Điện áp ra đồng pha với điện áp vào. Dựa vào tính tốn, người ta cũng tính được trở kháng vào và trở kháng ra, độ tăng dòng, độ tăng áp, độ tăng công suất của transistor. Ku lớn trong khoảng từ vài trăm đến một nghìn. - Độ tăng công suất:

= α. Kp đạt giá trị khoảng 100 đến 1000.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Mạch cực gốc chung chỉ dùng trong tầng dao động của máy thu, để dao động được ổn định, ít méo hoặc trong các tầng khuếch đại âm tần đầu, yêu cầu độ méo nhỏ, tạp âm ít, ổn định cao, hoặc trong tầng công suất các máy tăng âm có chất lượng cao.

 Mạch cực phát chung: Sơ đồ mạch như hình vẽ:

Hình 1.13: Mạch cực phát chung.

Hai cực EB được phân cực thuận, BC được phân cực nghịch. Tín hiệu vào đưa tới giữa hai cực BE. Tín hiệu ra dược lấy từ hai đầu điện trở R2, nghĩa là giữa hai cực EC.

Cực phát E tham gia cả mạch vào và cả mạch ra, nên mạch này gọi là mạch cực phát chung.

Khi ta đưa tín hiệu tới đầu vào của mạch:

- Nữa chu kỳ dương của tín hiệu vào: Điện áp dương của tín hiệu làm cho UB bớt âm hơn. UBE giảm, IB và IC đều giảm. Sụt áp trên R2 giảm đi, làm cho UC

tăng, tức là làm UC âm hơn.

- Nữa chu kỳ âm của tín hiệu vào: Điện áp âm của tín hiệu phối hợp với điện áp âm của cực gốc làm cho UB âm hơn. UBE tăng lên, IB và IC đều tăng. Sụt áp trên R2 tăng, làm cho UC giảm, tức là UC dương lên.

Như vậy điện áp ra và điện áp vào ngược pha nhau

Qua đây ta thấy, UBE thay đổi thì IB, IE thay đổi, và IC cũng thay đổi theo. - Trở kháng vào R1 khoảng 200Ω – 2000Ω.

- Trở kháng ra R2 khoảng 20k Ω – 100k Ω. - Độ tăng dòng:

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

∆ ( có trị số khoảng 2 0 – 100) Ta có thể tính:

- Độ tăng điện áp: =

Ku có có giá trị trong khoảng vài trăm đến vài nghìn.

- Độ tăng cơng suất: = α.

Ku có giá trị trong khoảng 1000 – 1000

Mạch cực phát chung là kiểu mạch được dùng phổ biến nhất vì Ki, Ku, Kp

đều lớn và hơn nữa R1, R2 không quá chênh lệch như mạch cực gốc chung. Nên trong máy thông dụng thường ghép tầng theo kiểu điện trở điện dung, vừa gọn nhẹ vừa dễ lắp ráp, điều chỉnh.

 Mạch cực góp chung:

Sơ đồ như hình vẽ:

Hình 1.14: Mạch cực góp chung

Cực góp vừa tham gia mạch vào, vừa tham gia mạch ra, nên gọi là mạch cực góp chung. Tiếp giáp EB được phân cực thuận, tiếp giáp BC được phân cực ngược.

Khi ta đưa tín hiệu tới đầu vào của mạch:

- Nửa chu kỳ dương của tín hiệu vào: Cực gốc có điện áp ít âm hơn nên UBE giảm, dòng phát IE giảm, sụt áp trên R2 giảm, UE bớt âm hơn, nghĩa là dương hơn trước khi có tín hiệu vào.

- Nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào: Cực gốc có điện áp âm hơn trước, UBE

tăng, làm cho IE tăng, sụt áp trên R2 tăng lên nên UE càng âm hơn. Như vậy điện áp ra đồng pha với điện áp vào.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

- Trở kháng vào R1 khoảng 20KΩ – 500KΩ.

- Độ tăng dòng xấp xỉ bằng β ở trường hợp cực phát chung

- Độ tăng điện áp: Ku bao giờ cũng nhỏ hơn 1, vì điện áp vào bằng điện áp sụt trên R2 cộng điện áp sụt trên tiếp giáp EB, điện áp ra là điện áp sụt trên R2.

- Độ tăng công suất nhỏ khoảng vài chục.

Mạch cực góp chung thường chỉ dùng ở tầng khuếch đại âm tần đầu cho các máy quay đĩa hoặc máy thu có đĩa. Nó cịn dùng trong tầng đệm thay biến áp giữa hai tầng mạch cực phát chung vì nó có trở kháng vào lớn dễ phối hợp với trở kháng vào nhỏ của transistor sau.

 So sánh giữa các cách mắc:

Đặc tính gốc chung Mạch cực phát chung Mạch cực góp chung Mạch cực

Pha giữa tín hiệu

1.3.4. Các tham số giới hạn của Transistor

- Dòng điện cực đại cho phép:

Tùy theo diện tích mặt tiếp xúc, vật liệu và công nghệ chế tạo, điều kiện tỏa nhiệt,…mỗi transistor chỉ cho phép một dòng điện tối đa trên mỗi điện cực. Ta thường kí hiệu các giới hạn này là: IEmax, IBmax, ICmax.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

- Điện áp cực đại cho phép:

Đó là các điện áp không được vượt quá để không gây đánh thủng các chuyển tiếp P – N tương ứng.

- Công suất tiêu tán cực đại cho phép.

Khi làm việc trong một tầng khuếch đại nào đó, để khơng phá hỏng transistor, công suất tức thời tiêu tán trên transistor nhất thiết không được vượt quá giá trị PCmax.

PCmax = ICmax . UCE

Mỗi transistor có một cơng suất tiêu tán cực đại cho phép. - Tần số giới hạn.

Thông thường transistor chỉ làm việc một cách hiệu quả đến một tần số nhất định. Khi tần số tín hiệu tăng cao, vai trò điện dung các chuyển tiếp P – N dần dần trở nên đáng kể. Mặt khác chuyển động của hạt dẫn qua chiều dày vùng B không thể coi là tức thời mà chiếm một thời gian đáng kể so với chu kỳ tín hiệu, gây nên tình trạng “méo pha”, “méo tần số”,…

1.4. Transistor trường (FET)

1.4.1. Cấu tạo

Transistor trường gồm một thanh bán dẫn loại N hoặc P (kênh N hoặc kênh P) được cấy vào khoen chất bán dẫn loại P (hoặcN), có ba cực:

- Cực nguồn S (Source): Cực này được coi như nguồn cung cấp hạt dẫn điện cơ bản.

- Cực máng D (Drain): Đây là cực thu hút hạt dẫn điện cơ bản. - Cực cổng G(Gate): Nằm ở giữa thanh, đây là một loại bán dẫn khác.

1.4.2. trường có cực cửa tiếp giáp (JFET)

 Cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo và kí hiệu như hình vẽ.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 1.15: Cấu tạo JFET kênh P

Hình 1.16: Cấu tạo JFET kênh N  Hoạt động:

Ta xét loại JFET kênh N:

Để cho transistor trường hoạt động, người ta phân cực cho các lớp tiếp giáp như hình vẽ. Giữa nguồn và máng có mắc thêm nguồn UDS

Khi đó electron bắt đầu chuyển động từ nguồn về máng qua kênh dẫn, tạo nên dòng điện máng IDS (hay ID).

Đặt một điện áp phân cực ngược UGS ở hai mặt tiếp xúc cổng G và kênh, sẽ tạo thành một vùng hiếm electron ở kênh, vùng nghèo hạt mang điện tăng lên làm thu hẹp tiết diện của kênh dẫn, và tiết diện của kênh dẫn bị nghẽn lại.

Điện trở suất của kênh dẫn khá lớn nên khi chạy qua kênh dẫn, dòng ID sẽ gây ra một sự phân bố điện thế dọc theo chiều dài của kênh. Các điểm trong kênh

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

có vị trí càng gần cực D (tức là càng xa cực S) sẽ có điện thế càng cao, do đó tình trạng phân cực nghịch của chuyển tiếp P – N tăng dần theo hướng từ cực S tới cực D. Vì vậy bề dày của vùng nghèo cũng tăng dần theo hướng đó. Nói cách khác: kênh dẫn có tiết diện giảm dần: Ở gần cực D kênh dẫn là hẹp nhất.

Nếu giữ UDS không đổi,tăng dần UGS: Tình trạng phân cực nghịch của chuyển tiếp P – N sẽ càng tăng: Vùng nghèo càng mở rộng, kênh dẫn càng thu hẹp. Do đó điện trở kênh dẫn càng tăng và dòng máng ID càng giảm. Còn dòng giữa cực G và cực S chỉ là dòng ngược của chuyển tiếp P – N, thường rất nhỏ không đáng kể.

Nếu UGS tiếp tục tăng thì kênh DS sẽ bị nghẽn hoàn toàn: ID = 0.Vậy ID

phụ thuộc UGS. Ta có: Đặc tuyến truyền đạt: ID= f(UGS), khi UDS = const. Nếu UGS = 0 , UDS tăng dần từ 0:

+ Khi UDS còn nhỏ, phân bố điện thế do UDS gây ra trên điện trở kênh dẫn ảnh hưởng chưa đáng kể đến chiều dày vùng nghèo và tiết diện của kênh, vì vậy kênh dẫn đóng vai trị như một điện trở thơng thường với giá trị hầu như không đổi : Điện áp tăng khiến dòng điện tăng theo.

+ UDS lớn dần: Vùng nghèo ngày càng mở rộng lấn sâu vào kênh dẫn, thu hẹp tiết diện của kênh làm cho điện trở kênh tăng và dòng ID tăng chậm lại.

+ Khi UDS = Up : Vùng nghèo mở rộng đến tới mức choán hết tiết diện của kênh tại vùng gần cực D, nghĩa là kênh dẫn bị thắt lại ở phía cực máng.UP là điện áp thắt.

+ Khi UDS > UP: Vùng nghèo tiếp tục mở rộng, miền kênh bị thắt trải dài về phía cực nguồn S, làm cho điện trở kênh dẫn càng tăng. Vì vậy tuy UDS tăng nhưng dòng ID hầu như ít thay đổi và đạt giá trị bão hòa.

+ Khi UDS quá lớn: Xảy ra hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P –N Vậy I D phụ thuộc UDS. Ta có đặc tuyến máng: ID = f(UDS), khi UGS = const.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

1.4.3. Transistor trường có cực cửa cách ly (MOSFET)

 Cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo và kí hiệu như hình vẽ.

Hình 1.17: Cấu tạo MOSFET kênh P

Hình 1.18: Cấu tạo MOSFET kênh N

Đó là một thanh bán dẫn loại N hay P dùng làm nền, nối ra ngoài bằng cực B hay cực S. Phía trên thanh nền có một kênh bán dẫn loại P hay N mỏng, hai đầu kênh dẫn được nối ra hai cực nguồn S và máng D. Phía trên kênh bán dẫn là một lớp cách điện bằng SiO2, được nối ra ngoài bằng cực cổng G, cách điện với các cực kia.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

 Hoạt động:

Xét hoạt động của MOSFET kênhN.

Để phân cực cho MOSFET người ta đặt một điện ápUDS > 0. Ban đầu dưới tác dụng của UDS, qua kênh dẫn và cực máng có dịng điện ID, tạo bởi hạt dẫn đa số của kênh.

Đặt điện áp âm phân cực ở cổng G :UGS<0, các điện tích âm tích tụ trên cực G, các điện tích dương sẽ tích tụ ở cực đối diện, tức là trong kênh dẫn (lớp SiO2 đóng vai trị điện mơi của tụ). Các điện tích dương này sẽ tái hợp với điện tử, làm giảm nồng độ hạt dẫn vốn có trong kênh, khiến điện trở của kênh tăng và dòng máng ID

giảm. Càng tăng trị số của UGS dòng ID càng giảm. Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ làm nghèo hạt dẫn.

Nếu đặt lên điện áp dương phân cực ở cổng G, UGS >0, quá trình xảy ra ngược lại, càng tăng trị số UGS, nồng độ hạt dẫn trong kênh càng tăng thêm, điện trở kênh càng giảm. Và dòng ID càng tăng. Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ làm giàu.

 Nhận xét:

Ngay khi UGS = 0, MOSFET kênh có sẵn đã có dịng máng, ban đầu ID khác 0. Tùy cực tính của UGS mà MOSFET hoạt động ở chế độ giàu hay chế độ nghèo, dùng giá trị của UGS để điều khiển dòng ID tăng hay giảm.

Ta có đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh có sẵn loại N như hình vẽ:

1.4.4. Cấu tạo và hoạt động của MOSFET loại kênh cảm ứng

 Cấu tạo:

Trên cùng một nền bán dẫn P hay N, trên đó có hai cực nguồn S và máng D bằng chất bán dẫn N hay P, nhưng hai cực này tách biệt nhau không nối với nhau như MOSFET loại kênh có sẵn.

</div>

KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG LẮP RÁP MẠCH ĐỊNH MỨC NHIỆT ĐỘ

<i><b>KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC </b></i>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về