Bài giảng kỹ thuật điện phần 2 hệ thống điện tử tương tự và số

Phần 2
HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
VÀ SỐ
KỸ THUẬT ĐIỆN
1
HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ
n CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN
n KHUẾCH ĐẠI TRANSITOR
n KHỐI TƯƠNG TỰ VÀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT
TOÁN
n ĐIỆN TỬ SỐ
2
CHƯƠNG 7: CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN, DIODE
Chất bán dẫn
- tồn tại dưới dạng tinh thể rắn.
- độ dẫn điện nằm giữa độ dẫn điện chất dẫn điện
và ca
́
ch điện; dải độ dẫn điện nằm trong khoảng
10
-6
®10
-5
S/m.
- Chất bán dẫn quan trọng nhất là
Silic, có hóa trị 4
Lỗ trống
- khi một điện tử tham gia liên kết hóa trị bị khuyết
(bứt ra khỏi liên kết), chỗ khuyết đó được gọi là lỗ
trống; lỗ trống mang điện tích dương

3
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
4
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
n Cả
lỗ trống và điện tử
đều tham gia vào quá trình
dẫn điện của chất bán dẫn (lỗ trống và điện tử tự do
còn được gọi chung là các hạt dẫn- carriers)
n Chiều dòng điện trong chất bán dẫn
cùng với chiều
chuyển động của các lỗ trống và ngược với chiều
chuyển động của các điện tử
Chiều dòng điện
(a)
Chiều dòng điện
(b)
5
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
CHẤT BÁN DẪN THUẦN, CHẤT BÁN DẪN LOẠI P VÀ N
n
Chất bán dẫn thuần (không
có tạp chất): có ít hạt
dẫn,
chất cách điện
(ở 0K) và dẫn điện kém (ở nhiệt

độ pho
̀
ng).
n
Chất bán dẫn không thuần
(thêm tạp chất): chứa
một số lượng mong muốn các lỗ trống, điện tử tự do.
+
Bán dẫn loại P
: thêm vào bán dẫn thuần (hóa trị
4)một lượng nhỏ ca
́
c tạp chất hóa trị 3 như In, Ga;
lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tử la
̀
thiểu số
+
Bán dẫn loại N
: thêm vào bán dẫn thuần (hóa trị 4)
một lượng nhỏ ca
́
c tạp chất hóa trị 5 như As: điện
tử la
̀
ha
̣
t dẫn đa số, lỗ trống là thiểu số
6
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE

7
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
n DIODE BÁN DẪN
Tiếp giáp P-N
: hình thành khi cho chất bán dẫn P và N
tiếp xúc công nghệ với nhau
Diode
: Tiếp giáp P-N nối với mạch điện ngoài được gọi
là diode bán dẫn.
Ký hiệu Diode thực
Ký hiệu Diode lý tưởng
Cấu trúc vật lí cu
̉
a Diode
Tiếp xúc kim loại
8
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
n Đặc điểm
1. Khi đặt điện áp V >0, diode được phân cực thuận,
quan hệ do
̀
ng điện và điện áp đặt lên Diode là
2. Khi điện áp V<0, diode được phân cực ngược,
dòng điện nhỏ qua diode gọi là dòng điện ngược
bão hòa (diode lí tưởng coi dòng này bằng 0); khi
tăng điện áp ngược đến một giá tri
̣
diode sẽ bị

đánh thủng
/
( -1); 0.025V; =1
T
S T
V V
I I e V
h
h
= =
Tiếp giáp pn khi phân cực
(a) Cấu trúc vật lý
(b) Ký hiệu diode bán dẫn
9
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,
DIODE
n Đặc tuyến V-A diode
thực
n Đặc tuyến V-A diode lí
tưởng
Phá
hỏng
Đánh
thủng
ngược
Phá ho
̉
ng
Dòng
điện lớn

nhất
Phân cực
thuận
Phân cực
ngược
(Điện áp đánh
thủng)
Tắt(OFF) Mở(ON)
10
Đặc tuyến thực
Đặc tuyến xấp xỉ
1. Mô hình 1( diode offset)
Diode thực được xấp xỉ thành diode lí tưởng mắc nối
tiếp với điện áp mở V
on
: 0.6-0.7 cho diode Si, 0.2-0.3
cho diode Ge
2. Mô hình 2 ( piecewise –linear)
Diode thực được xấp xỉ thành diode lí tưởng mắc nối
tiếp với điện trở R
f
và điện áp mở V
on
2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE
Diode lí
tưởng
11
Độ dốc
Diode lí
tưởng

1/
f
R
=
VÍ DỤ:
- Thay Diode thưc ở sơ đồ a bằng diode lí tưởng mắc
nối tiếp điện áp mở(ngưỡng) 0.6V được sơ đồ b
2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE
12
2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE
VÍ DỤ:
n Sử du
̣
ng định luật LKA cho hai vòng ta được
n điện áp đặt trên diode là:
® Điều kiện để diode dẫn là
1
0.6+2 và 2
D o
v v v
= + =
1
2.6
D
v v
= -
1
0 2.6V
D
v v

> ® >
Diode lí tưởng
13
3. MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,
MẠCH LỌC
n Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ:
Diode lí tưởng
Điện trở ta
̉
i
Diode đóng
mạch
Diode
đóng
mạch
Diode
hở ma
̣
ch
14
n Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ
3. MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,
MẠCH LỌC
Máy biến áp
lí tưởng
Thứ cấp
Sơ cấp
Diode lí tưởng
Diode lí tưởng
(Nửa chu kỳ âm)(Nửa chu kỳ dương)

15
3. MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,
MẠCH LỌC
n Mạch chỉnh lưu cầu:
Chỉnh lưu cả chu kỳ (a) mạch điện,
(b) mạch điện cho nửa chu kỳ dương
và âm, (c) Điện áp đầu ra sau chỉnh
lưu .
16
n Mạch lọc dùng tụ điện
Trở ta
̉
i
Tụ lo
̣
c
Diode lí
tưởng
3. MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,
MẠCH LỌC
17
3. MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,
MẠCH LỌC
Hằng số
thời gian
Tụ nạp
Tụ phóng
Chỉnh lưu với tụ lọc.
(a) Mạch điện.
(b) dòng điện ra với tụ lọc.

(c) Cấu hình mạch điện khi tụ
nạp và phóng.
18
CHƯƠNG 8: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
(BJT)
1. Cấu tạo: Ba lớp bán dẫn, ghép thành hai tiếp giáp:
n-p-n hoặc p-n-p; tương ứng có ba vùng: vùng
gốc, phát, góp; ba cực tương ứng ba vùng là: cực
gốc(B), phát (E), góp(C); vùng gốc được chế ta
̣
o
mỏng nhất và vu
̀
ng phát được làm giầu các hạt
dẫn đa số nhất
2. Ký hiệu transistor (BJT- transistor lưỡng cực)
B (gốc)
Góp
Phát
Phát
B (gốc)
Góp
(góp-
Collector)
(gốc-Base)
(phát-
Emitter)
(phát-
Emitter)
(góp-

Collector)
(gốc-Base)
Transistor lưỡng cực. (a) Cấu trúc transistor npn và ký hiệu. (b) Cấu trúc transistor pnp và ký
hiệu
(a)
(b)
19
Một số transistor trong thực tế
20
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR
LƯỠNG CỰC (BJT)
Các cách phân cực cho transistor
21
3. Các chế độ la
̀
m việc của
BJT npn:
có 3 chế độ
§ Tích cực(
khuếch đại
) (V
BE
=V
on
; V
CE
>V
on
)
§ Bão hòa (i

B
>0; V
BE
=V
on
; V
CE
=V
sat
≈ 0.2-0.3V) ;
§ Khóa (i
B
=0; v
BE
<V
on
;V
CE
≈ V
CC
)
4. Xác định điểm làm việc tĩnhQ(chỉ co
́
nguồn một chiều)
I
BQ
, I
CQ
, V
CEQ

§ Xác định chế độ la
̀
m việc của mạch đã cho
§ Nếu chế độ la
̀
th
́
ch cực: sử du
̣
ng các công thức 7.3.1-
7.3.5 sách GT
chú y
́
: I
CBO
và I
CEO
là nhỏ (cỡ nA), nên bỏ qua
§ Nếu chế độ la
̀
bão hòa hay khóa
thì không được áp
dụng các công thức từ 7.3.1-7.3.5.
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR
LƯỠNG CỰC (BJT)
22
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR
LƯỠNG CỰC (BJT)
n Quan hệ các đại lượng dòng điện ở chế độ tích cực
n Hệ số khuyếch đại dòng điện gốc chung =0,9-0,98

n Hệ số khuyếch đại dòng điện phát chung =5-900
n Hiện tượng rò dòng điện (bé)
Dòng điện rò I
CB0
khi đầu E hở nên:
Dòng điện rò I
CE0
khi đầu B hở nên:
; =
1 1+
a b
b a
a b
=
-
b
BCE
iii
+
=
0CBEC
Iii
+
=
a
EC
ii
a
=
BC

ii
b
=
a
0CEBC
Iii
+
=
b
23
n Ví dụ: Tính toán chế độ làm việc của Transistor β=80
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR
LƯỠNG CỰC (BJT)
24
n CÁC CÁCH MẮC TRANSISTOR:
Transistor có thể mắc theo 3 kiểu B chung, C
chung, E chung tùy thuộc vào cực nào tham gia cả
cực vào và ra
1. Mắc chung gốc:
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR
LƯỠNG CỰC (BJT)
25