Tải bản đầy đủ (.pdf) (7 trang)

Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử part 1 pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (451.1 KB, 7 trang )


1


Chương 1
MỞ ĐẦU
Kỹ thuật điện tử và tin học là một ngành mũi nhọn mới phát triển. Trong một
khoảng thời gian tương đối ngắn (so với các ngành khoa học khác), từ khi ra đời
tranzito (1948), nó đã có những tiến bộ nhảy vọt, mang lại nhiều thay đối lớn và sâu
sắc trong hầu hết mọi lĩnh vực của đời sống, dần trở thành một trong những công cụ
quan trọng nhất của cách mạng kỹ thuật trình độ cao (mà điểm trung tâm là tự động
hóa từng phần hoặc hoàn toàn, tin học hoá, phương pháp công nghệ và vật liệu mới).
Để bước đầu làm quen với những vấn đề cơ bản nhất của ngành mang ý nghĩa
đại cương, chương mở đầu sẽ đề cập tới các khái niệm cơ sở nhập môn và giới thiệu
cấu trúc các hệ thống điện tử điển hình.
1.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
1.1.1 Điện áp và dòng điện

Có hai khái niệm định lượng cơ bản của một mạch điện. Chúng cho phép xác
định trạng thái về điện ở những điểm, những bộ phận khác nhau vào những thời điểm
khác nhau của mạch điện và do vậy chúng còn được gọi là các thông số trạng thái cơ
bản của một mạch điện.
Khái niệm đin áp được rút ra từ khái niệm điện thế trong vật lý, là hiệu số điện
thế giữa hai điểm khác nhau của mạch điện. Thường một điểm nào đó của mạch
được chọn làm điểm gốc có điện thế bằng 0 (điểm nối đất). Khi đó, điện thế của mọi
điểm khác trong mạch có giá trị âm hay dương được mang so sánh với điểm gốc và
được hiểu là điện áp tại điểm tương ứng. Tổng quát hơn, điện áp giữa hai điểm A và
B của mạch (ký hiệu là U
AB
)xác định bởi:
U


AB
= V
A
- V
B
= -U
BA

Với V
A
và V
B
là điện thế của A và B so với gốc (điểm nói đất hay còn gọi là nối mát).
Khái niệm dòng đin là biểu hiện trạng thái chuyển động của các hạt mang
điện trong vật chất do tác động của trường hay do tồn tại một gradien nồng độ hạt
theo không gian. Dòng điện trong mạch có chiều chuyển động từ nơi có điện thế cao
đến nơi có điện thế thấp, từ nơi có mật độ hạt tích điện dương cao đến nơi có mật độ
hạt tích điện dương thấp và do vậy ngược với chiều chuyển động của điện tử.
Từ các khái niệm đã nêu trên, cần rút ra mấy nhận xét quan trọng sau:
a) Điện áp luôn được đo giữa hai điểm khác nhau của mạch trong khi dòng điện
được xác định chỉ tại một điểm của mạch.
b) Để bảo toàn điện tích, tổng các giá trị các dòng điện đi vào một điểm của mạch
luôn bằng tổng các giá trị dòng điện đi ra khỏi điểm đó (quy tắc nút với dòng điện). Từ
đó suy ra, trên một đoạn mạch chỉ gồm các phần tử nối tiếp nhau thì dòng điện tại mọi
điểm là như nhau.

2

c) Điện áp giữa hai điểm A và B khác nhau của mạch nếu đo theo mọi nhánh bất kỳ
có điện trở khác không (xem khái niệm nhánh ở 1.1.4) nối giữa A và B là giống nhau

và bằng U
AB
. Nghĩa là điện áp giữa 2 đầu của nhiều phần tử hay nhiều nhánh nối
song song với nhau luôn bằng nhau. (Quy tắc vòng đối với điện áp).
1.1.2. Tính chất điện của một phần tử
(Ghi chú: khái niệm phần tử ở đây là tổng quát, đại diện cho một yếu tố cấu
thành mạch điện hay một tập hợp nhiều yếu tố tạo nên một bộ phận của mạch điện.
Thông thường, phần tử là một linh kiện trong mạch)
1. Định nghĩa: Tính chất điện của một phần tử bất kì trong một mạch điện được thể
hiện qua mối quan hệ tương hỗ giữa điện áp U trên hai đầu của nó và dòng điện I
chạy qua nó và được định nghĩa là điện trở (hay điện trở phức - trở kháng) của phần
tử. Nghĩa là khái niệm điện trở gắn liền với quá trình biến đổi điện áp thành dòng điện
hoặc ngược lại từ dòng điện thành điện áp.
a) Nếu mối quan hệ này là tỉ lệ thuận, ta có định luật ôm:
U = R.I (1-1)
Ở đây, R là một hằng số tỷ lệ được gọi là điện trở của phần tử và phần tử tương
ứng được gọi là một điện trở thuần. .


Hình 1.1. Các dạng điện trở, biến trở
b) Nếu điện áp trên phần tử tỷ lệ với tốc độ biến đổi theo thời gian của dòng điện trên
nó, tức là :

dt
dI
LU =
(ở đây L là một hằng số tỉ lệ) (1-2)
ta có phần tử là một cuộn dây có giá trị điện cảm là L.

3



Hình 1.3. Cuộn cảm, biến áp trong mạch điện tử
c) Nếu dòng điện trên phần tử tỉ lệ với tốc độ biến đổi theo thời gian của điện áp trên
nó, tức là:

dt
dU
CI = (


đ
ây C là m

t h

ng s

t

l

) (1-3)
ta có ph

n t

là m

t

tụ điện
có giá tr


đ
i

n dung là C.
d) Ngoài các quan h


đ
ã nêu trên, trong th

c t
ế
còn t

n t

i nhi

u quan h

t
ươ
ng h


đ

a
d

ng và ph

c t

p gi

a
đ
i

n áp và dòng
đ
i

n trên m

t ph

n t

. Các ph

n t

này g

i

chung là các ph

n t

không tuy
ế
n tính và có nhi

u tính ch

t
đặ
c bi

t.
Đ
i

n tr

c

a
chúng
đượ
c g

i chung là các
đ
i


n tr

phi tuy
ế
n,
đ
i

n hình nh

t là
đố
t, tranzito,
thiristo và s


đượ
c
đề
c

p t

i

các ph

n ti
ế

p sau.
2. Các tính chất quan trọng của phần tử tuyến tính là:
a)
Đặ
c tuy
ế
n Vôn - Ampe (th

hi

n qua quan h

U(I)) là m

t
đườ
ng th

ng.
b) Tuân theo nguyên lý ch

ng ch

t. Tác
độ
ng t

ng c

ng b


ng t

ng các tác
độ
ng
riêng l

lên nó.

Đ
áp

ng t

ng c

ng (k
ế
t qu

chung) b

ng t

ng các k
ế
t qu

thành ph


n do tác
độ
ng
thành ph

n gây ra.
c) Không phát sinh thành ph

n t

n s

l

khi làm vi

c v

i tín hi

u xoay chi

u (không
gây méo phi tuy
ế
n).

Đố
i l


p v

i ph

n t

tuy
ế
n tính là
phần tử phi tuyến
có các
tính chất sau
:


4


Hình 1.2. Tụ điện trong thực tế
a)
Đặ
c tuy
ế
n VA là m

t
đườ
ng cong (
đ

i

n tr

thay
đổ
i theo
đ
i

m làm vi

c).
b) Không áp d

ng
đượ
c nguyên lý ch

ng ch

t.
c) Luôn phát sinh thêm t

n s

l





đầ
u ra khi có tín hi

u xoay chi

u tác
độ
ng


đầ
u
vào.
3.
Ứng dụng
- Các ph

n t

tuy
ế
n tính (R, L, C), có m

t s


ứng dụng quan trọng sau:
a) Điện trở
luôn là thông s



đặ
c tr
ư
ng cho hi

n t
ượ
ng
tiêu hao năng lượng
(ch

y
ế
u
d
ướ
i d

ng nhi

t) và là m

t thông s


không quán tính.
M


c tiêu hao n
ă
ng l
ượ
ng c

a
đ
i

n tr


đượ
c
đ
ánh giá b

ng công su

t trên nó, xác
đị
nh b

i:
P = U.I = I
2
R = U
2
/R ( 1-4)


Trong khi
đ
ó, cu

n dây và t


đ
i

n là các ph

n t

v

c
ơ
b

n không tiêu hao n
ă
ng
l
ượ
ng (xét lý t
ưở
ng) và có quán tính. Chúng
đặ

c tr
ư
ng cho hi

n t
ượ
ng tích l
ũ
y n
ă
ng
l
ượ
ng t

tr
ườ
ng hay
đ
i

n tr
ườ
ng c

a m

ch khi có dòng
đ
i


n hay
đ
i

n áp bi
ế
n thiên
qua chúng.


đ
ây, t

c
độ
bi
ế
n
đổ
i c

a các thông s

tr

ng thái (
đ
i


n áp, dòng
đ
i

n) có
vai trò quy
ế
t
đị
nh giá tr

tr

kháng c

a chúng, ngh
ĩ
a là chúng có
điện trở phụ thuộc

5

vào tần số
(vào t

c
độ
bi
ế
n

đổ
i c

a
đ
i

n áp hay dòng
đ
i

n tính trong m

t
đơ
n v

th

i
gian). V

i t


đ
i

n, t


h

th

c (1-3), dung kháng c

a nó gi

m khi t
ă
ng t

n s

và ng
ượ
c
l

i v

i cu

n dây, t

(1-2) c

m kháng c

a nó t

ă
ng theo t

n s

.
b) Giá tr


đ
i

n tr

t

ng c

ng c

a nhi

u
đ
i

n tr

n


i ti
ế
p nhau luôn l

n h
ơ
n c

a t

ng
cái và có tính ch

t c

ng tuy
ế
n tính.
Đ
i

n d

n (là giá tr

ngh

ch
đả
o c


a
đ
i

n tr

) c

a
nhi

u
đ
i

n tr

n

i song song nhau luôn l

n h
ơ
n
đ
i

n d


n riêng r

c

a t

ng cái và
c
ũ
ng có tính ch

t c

ng tuy
ế
n tính.
H

qu

là:
- Có th

th

c hi

n vi

c chia nh


m

t
đ
i

n áp (hay dòng
đ
i

n) hay còn g

i là th

c hi

n
vi

c d

ch m

c
đ
i

n th
ế

(hay m

c
đ
òng
đ
i

n) gi

a các
đ
i

m khác nhau c

a m

ch b

ng
cách n

i n

i ti
ế
p (hay song song) các
đ
i


n tr

.
- Trong cách n

i n

i ti
ế
p,
đ
i

n tr

nào l

n h
ơ
n s

quy
ế
t
đị
nh giá tr

chung c


a dãy.
Ng
ượ
c l

i, trong cách n

i song song,
đ
i

n tr

nào nh

h
ơ
n s

có vai trò quy
ế
t
đị
nh.
Vi

c n

i n


i ti
ế
p {hay song song) các cu

n dây s

d

n t

i k
ế
t qu

t
ươ
ng t

nh
ư

đố
i v

i các
đ
i

n tr


: s

làm t
ă
ng (hay gi

m) tr

s


đ
i

n c

m chung.
Đố
i v

i t


đ
i

n, khi
n

i song song chúng,

đ
i

n dung t

ng c

ng t
ă
ng:
C
ss
= C
1
+ C
2
+ … C
n
(1-5)
còn khi n

i n

i ti
ế
p,
đ
i

n dung t


ng c

ng gi

m:
1/C
nt
= 1/C
1
+ 1/C
2
+…+ 1/C
n
(1-6)
c) N
ế
u n

i n

i ti
ế
p hay song song R v

i L ho

c C s

nh


n
đượ
c m

t k
ế
t c

u m

ch


tính chất chọn

lọc tần số
(tr

kháng chung ph

thu

c vào t

n s

g

i là các m


ch l

c
t

n s

).
d) N
ế
u n

i n

i ti
ế
p hay song song L v

i C s

d

n t

i m

t k
ế
t c


u m

ch v

a có tính
ch

t ch

n l

c t

n s

, v

a có kh

n
ă
ng th

c hi

n quá trình trao
đổ
i qua l


i gi

a hai
d

ng n
ă
ng l
ượ
ng
đ
i

n - t

tr
ườ
ng, t

c là k
ế
t c

u có kh

n
ă
ng phát sinh dao
độ
ng

đ
i

n
áp hay dòng
đ
i

n n
ế
u ban
đầ
u
đượ
c m

t ngu

n n
ă
ng l
ượ
ng ngoài kích thích, (v

n
đề

này s

g


p

m

c 2.4).
1.1.3. Nguồn điện áp và nguồn dòng điện
a) N
ế
u m

t ph

n t

t

nó hay khi ch

u các tác
độ
ng không có b

n ch

t
đ
i

n t


, có kh


n
ă
ng t

o ra
đ
i

n áp hay dòng
đ
i

n

m

t
đ
i

m nào
đ
ó c

a m


ch
đ
i

n thì nó
đượ
c g

i
là m

t
nguồn sức điện

động
(s.
đ
.
đ
.). Hai thông s


đặ
c tr
ư
ng cho m

t ngu

n s.

đ
.
đ
. là :
- Giá tr


đ
i

n áp gi

a hai
đầ
u lúc h

m

ch (khi không n

i v

i b

t kì m

t ph

n t


nào
khác t

ngoài
đế
n hai
đầ
u c

a nó) g

i là
đ
i

n áp lúc h

m

ch c

a ngu

n kí hi

u là U
hm
- Giá tr

dòng

đ
i

n c

a ngu

n
đư
a ra m

ch ngoài lúc m

ch ngoài d

n
đ
i

n hoàn toàn:
g

i là giá tr

dòng
đ
i

n ng


n m

ch c

a ngu

n kí hi

u là I
ngm
.
M

t ngu

n s.
đ
.
đ
.
đượ
c coi là lý t
ưở
ng n
ế
u
đ
i

n áp hay dòng

đ
i

n do nó cung c

p
cho m

ch ngoài không ph

thu

c vào tính ch

t c

a m

ch ngoài (m

ch t

i).

6

b) Trên th

c t
ế

, v

i nh

ng t

i có giá tr

khác nhau,
đ
i

n áp trên hai
đầ
u ngu

n hay
dòng
đ
i

n do nó cung c

p có giá tr

khác nhau và ph

thu

c vào t


i.
Đ
i

u
đ
ó ch

ng t


bên trong ngu

n có x

y ra quá trình bi
ế
n
đổ
i dòng
đ
i

n cung c

p thành gi

m áp trên
chính nó, ngh

ĩ
a là t

n t

i giá tr


đ
i

n tr

bên trong g

i là
điện trở trong của nguồn

hi

u là R
ng


ngm
hm
ng
I
U
=R (1-7)

N
ế
u g

i U và I là các giá tr


đ
i

n áp và dòng
đ
i

n do ngu

n cung c

p khi có t

i h

u
h

n
0 < R
t
<


thì:

I
UU
R
hm
ng

= (1-8)
T

(l-7) và (l-8) suy ra:

I
R
U
I
ng
ngm
+=
(1-9)
T

các h

th

c trên, ta có các nh

n xét sau:

1. N
ế
u R
ng

0. thì t

bi

u th

c (1-8) ta có U

U
hm
khi
đ
ó ngu

n s.
đ
.
đ
. là m

t
ngu

n
đ

i

n áp lý t
ưở
ng. Nói cách khác m

t ngu

n
đ
i

n áp càng g

n lí t
ưở
ng khi
đ
i

n
tr

trong R
ng
c

a nó có giá tr

càng nh


.
2. N
ế
u R
ng




, t

h

th

c (1-9) ta có I

I
ngm
ngu

n s.
đ
.
đ
. khi
đ
ó có d


ng là m

t
ngu

n dòng
đ
i

n lí t
ưở
ng hay m

t ngu

n dòng
đ
i

n càng g

n lí t
ưở
ng khi R
ng
c

a nó
càng l


n.
3. M

t ngu

n s.
đ
.
đ
. trên th

c t
ế

đượ
c coi là m

t ngu

n
đ
i

n áp hay ngu

n dòng
đ
i

n tùy theo b


n ch

t c

u t

o c

a nó
để
giá tr

R
ng
là nh

hay l

n. Vi

c
đ
ánh giá R
ng

tùy thu

c t
ươ

ng quan gi

a nó v

i giá tr


đ
i

n tr

toàn ph

n c

a m

ch t

i n

i t

i hai
đầ
u c

a ngu


n xu

t phát t

các bi

u th

c (1-8) và (l-9) có hai cách bi

u di

n kí hi

u
ngu

n (s.
đ
.
đ
.) th

c t
ế
nh
ư
trên hình 1.1 a) và b).
4. M


t b

ph

n b

t kì c

a m

ch có ch

a ngu

n, không có liên h

h

c

m v

i ph

n
còn l

i c

a m


ch mà ch

n

i v

i ph

n còn l

i này

hai
đ
i

m, luôn có th

thay th
ế
b

ng
m

t
nguồn tương đương
v


i m

t
đ
i

n tr

trong là
đ
i

n tr

t
ươ
ng
đươ
ng c

a b

ph

n
m

ch
đ
ang xét. Tr

ườ
ng h

p riêng, n
ế
u b

ph

n m

ch bao g

m nhi

u ngu

n
đ
i

n áp
n

i v

i nhi

u
đ

i

n tr

theo m

t cách b

t kì, có 2
đầ
u ra s


đượ
c thay th
ế
b

ng m

t
ngu

n
đ
i

n áp t
ươ
ng

đươ
ng v

i m

t
đ
i

n tr

trong t
ươ
ng
đươ
ng (
đị
nh lí v

ngu

n
t
ươ
ng
đươ
ng c

a Tev
ơ

nin)


7


Hình 1.4. a) Biểu diễn tương đương nguồn điện áp; b) nguồn dòng điện
1.1.4. Biểu diễn mạch điện bằng các kí hiệu và hình vẽ (sơ đồ)
Có nhi

u cách bi

u di

n m

t m

ch
đ
i

n t

, trong
đ
ó
đơ
n gi


n và thu

n l

i h
ơ
n
c

là cách bi

u di

n b

ng s
ơ

đồ
g

m t

p h

p các kí hi

u quy
ướ
c hay kí hi


u t
ươ
ng
đươ
ng c

a các ph

n t


đượ
c n

i v

i nhau theo m

t cách nào
đ
ó (n

i ti
ế
p, song song,
h

n h


p n

i ti
ế
p song song hay ph

i ghép thích h

p) nh

các
đườ
ng n

i có
đ
i

n tr


b

ng 0. Khi bi

u di

n nh
ư
v


y, xu

t hi

n m

t vài y
ế
u t

hình h

c c

n làm rõ khái ni

m
là:


Nhánh
(c

a s
ơ

đồ
m


ch) là m

t b

ph

n c

a s
ơ

đồ
, trong
đ
ó ch

bao g

m các
ph

n t

n

i n

i ti
ế
p nhau, qua nó ch


có m

t dòng
đ
i

n duy nh

t.


Nút
là m

t
đ
i

m c

a m

ch chung cho t

ba nhánh tr

lên.



Vòng
là m

t ph

n c

a m

ch bao g

m m

t s

nút và nhánh l

p thành m

t
đườ
ng
kín mà d

c theo nó m

i nhánh và nút ch

g


p m

t l

n (tr

nút
đượ
c ch

n làm
đ
i

m
xu

t phát).


Cây
là m

t ph

n c

a m

ch bao g


m toàn b

s

nút và nhánh n

i gi

a các nút
đ
ó
nh
ư
ng không t

o nên m

t vòng kín nào. Các nhánh c

a cây
đượ
c g

i là
nhánh

cây,
các nhánh còn l


i c

a m

ch không thu

c cây
đượ
c g

i là


cây.

Các y
ế
u t

nêu trên
đượ
c s

d

ng
đặ
c bi

t thu


n l

i khi c

n phân tích tính toán
m

ch b

ng s
ơ

đồ
.
Ng
ườ
i ta còn bi

u di

n m

ch g

n h
ơ
n b

ng m


t s
ơ

đồ
g

m nhi

u
khối
có nh

ng
đườ
ng liên h

v

i nhau. M

i kh

i bao g

m m

t nhóm các ph

n t


liên k
ế
t v

i nhau
để

cùng th

c hi

n m

t nhi

m v

k
ĩ
thu

t c

th


đượ
c ch


rõ (nh
ư
ng không ch

ra c

th


cách th

c liên k
ế
t bên trong kh

i).
Đ
ó là cách bi

u di

n m

ch b

ng


đồ khối
rút g


n,
qua
đ
ó d

dàng hình dung t

ng quát ho

t
độ
ng c

a toàn b

h

th

ng m

ch
đ
i

n t

.

×