Bài giảng dụng cụ bán dẫn chương 4 chuyển tiếp PN

1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

MẠCH ĐIỆN TỬ
Giới thiệu môn học

1


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

2

Mạch điện tử
• Mục tiêu:
• Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế các mạch điện tử ở
tần số thấp.
• Trình bày đáp ứng tần số của mạch khuếch đại và đồ thị Bode.
• Trình bày các mạch khuếch đại thuật toán cơ bản.
• Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học :
• Nắm vững cách phân tích mạch diode, transistor.
• Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu
nhỏ, tần số thấp. Có khả năng phân tích mạch đơn tầng, mạch ghép
liên tầng nối tiếp và Darlington.
• Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode.
• Hiểu rõ các mạch khuếch đại thuật toán.
• Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản.

1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Đề cương môn học
• Thời lượng: 60 tiết
• Lý thuyết: 45 tiết
• Bài tập: 15 tiết
• Nội dung môn học:
• Chương 0. Giới thiệu môn học
• Chương 1. Diode bán dẫn
• Chương 2. Transistor 2 lớp tiếp giáp – BJT
• Chương 3. Mạch khuếch đại FET
•
• Chương 4. Mạch khuếch đại liên tầng

• Chương 5. Đáp ứng tần số
• Chương 6. Op-Amp
•

- 2 tiết
- 8 tiết (BT)
- 10 tiết (BT)
- 8 tiết (BT)
- 2 tiết ôn tập
- 8 tiết (BT)
- 10 tiết (BT)
- 6 tiết (BT)
- 4 tiết ôn tập

3


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Đề cương môn học (tt)
• Đánh giá:
• Giữa kì (30%): gồm chương 1, chương 2 và chương 3.
• Cuối kì (70%): tất cả các chương.
• Tài liệu tham khảo:
• Giáo trình chính
• Tập slides bài giảng Mạch điện tử.
• Lê Tiến Thường, “Giáo trình Mạch điện tử 1 và 2”.

• Tham khảo:
• D. L. Schilling, Charles Belove, “ Electronics circuits: Discrete and

Integrated”, Mc Graw-Hill Inc, 1968, 1992.
• T. F. Bogart, “Electronics devices and circuits”, Macmillan Publishing
Company, 1991.
• Lê Phi Yến, Lưu Phú, Nguyễn Như Anh, “Kỹ thuật điện tử”.

4


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Đề cương môn học (tt)
• Cách học:
• Học tập từ slide bài giảng
• Đọc thêm các giáo trình khác và sách tham khảo
• Làm bài tập
• Điểm thưởng: tối đa 2 điểm
• Sửa bài tập trên lớp
• Làm bài tập/kiểm tra tại lớp (không báo trước)
• Làm bài tập lớn (nếu có)
• Cộng tác sửa slide bài giảng

5


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

LIÊN HỆ
Đặng Ngọc Hạnh
Bộ môn Viễn Thông (Tầng trệt – 113B3)
Email:

6


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Kiến thức nền
• Môn học trước: Giải tích mạch, Linh kiện điện và điện tử
• Môn học song hành: Tín hiệu Hệ thống

7


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

8

Phần tử tuyến tính và phi tuyến
• Phần tử tuyến tính là phần tử có đồ thị biểu diễn quan hệ

dòng áp là 1 đường thẳng. Ngược lại là phần tử phi tuyến.
I(mA)

I(mA)

Tuyến tính

Phi tuyến

U(v)

U(v)

• Tuyến tính

• Phi tuyến

• Đặc tuyến(V-A) là đường thẳng

• Đặc tuyến (V-A) không là đường thẳng

• Có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng

• Không thể áp dụng nguyên lý xếp

• Không phát sinh hài mới

chồng
• Có thể phát sinh hài mới khi có phổ bất
kỳ


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Kiến thức nền
• Các định luật, quy tắc cơ bản:
• Phân dòng – phân áp
• Kirchhoff 1 & 2
• Nguyên lý xếp chồng
• Nguyên lý tỷ lệ
• Định lý Thévenin và Norton

9


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

Kiến thức nền
• Quy tắc phân áp
• Khi có nhiều điện trở mắc nối tiếp và biết điện áp E trên toàn bộ các
điện trở đó thì điện áp rơi trên 1 điện trở bất kỳ:

R1
E

+
–

R2

Rn

10


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11

Kiến thức nền
•

Ví dụ: cho mạch điện như hình vẽ tính U1 và U2?
i1

• Ta có :

u1

R1
E

• Do u1 = i1R1, u2 = i2R2 nên:

iX

+
–

i2
R2

u2


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

12

Kiến thức nền
• Quy tắc phân dòng:
• Quy tắc phân dòng áp dụng cho trường hợp hai hay nhiều điện trở
mắc song song. Nếu biết trước I0 tại nút N ta có:
I0

N

i1
• Điện áp trên R1 và R2 phải bằng nhau:

R1

i2
R2


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

13

Kiến thức nền
• Định luật Kirchhoff 1:
• Tổng các dòng điện đi vào 1 nút bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút

đó. Hay “tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng 0”

 Ví dụ:

I2

I1

R2

R1
I3

Ta có: I1 - ( I2 + I3 ) = 0

R3


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

14

Kiến thức nền
• Định luật Kirchhoff 2:
• “Tổng đại số các sụt áp trên các phần tử thụ động của một vòng kín
bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng kín đó”.
• Hoặc là: “Tổng đại số các sụt áp của các nhánh trong một vòng kín
bằng không”.

Ví dụ:
K2 cho vòng I:
I3(R4 + R5) –I2.R3 = 0
K2 cho vòng II:
V = I1.R1 + I2.R3

I1

R1

I3

R4

I2
V

II
R2

R3

I

R5


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

15

Kiến thức nền
• Nguyên lý xếp chồng:
• Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời thì bằng
tổng các đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích tác động riêng rẽ.
• Chú ý: chỉ áp dụng nguyên lý xếp chồng khi mạch là tuyến tính, còn các
trường hợp phi tuyến thì không áp dụng được!
• Trong thực tế khi giải mạch ta thường giả sử gần đúng là tuyến tính
hay cho các phần tử hoạt động trong vùng tuyến tính khi đó ta mới có
thể áp dụng nguyên lý xếp chồng.
• Nguyên lý tỷ lệ:
• Nếu tất cả các nguồn kích thích trong một mạch tuyến tính đều được
tăng lên K lần thì tất cả các đáp ứng cũng được tăng lên K lần.


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

16

Kiến thức nền
• Định lý Thévenin-Norton
• Có thể thay tương đương một mạng một cửa tuyến tính bởi một nguồn
dòng bằng dòng điện trên cửa khi ngắn mạch mắc song song với trở
kháng tương đương Thévenin của mạng một cửa.

1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Kiến thức nền
Bài tập: Cho mạch điện như hình vẽ.

17

R3
K1

K2

R1

R2

V1

V2

C
K3

R4

1. k3 đóng. Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau:
a) k1 đóng V1 = Vdc

b) k2 đóng V2= A.sin(2πt +b)
c) k1 và k2 đều đóng
2. k3 hở, C . Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau:
a) k1 đóng
b) k2 đóng
c) k1 và k2 đều đóng
d) khi V2 là chuỗi tuần hoàn

Ro

Vo


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

18

Kiến thức nền
I

1. Sơ đồ mạch

R3
I2

R1

V1

R4

I1

K1
K2

•Ta có:
• I=I1+I2 (K1)
• I(R1+R3)+I1R4=V1 (K2)
• I2R0- I1R4=0 (K2)
• V0= I2.R0

V1.R4 .RO
V0 
( R1  R3 )( R4  RO )

Ro

V0


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

19

Kiến thức nền

I

2. Sơ đồ mạch

R3
R2

V2  V2 COS (2 f .t  )

I1
R4

I2
Ro

V2

•Tương tự như trường hợp trên ta thay V1 bằng V2 và R1 bằng R2

•Do mạch chỉ có điện trở nên V0 và V2 cùng pha

V0 

V 2 .R4 .RO
( R2  R3 )( R4  RO )

V0  VO .cos(2 f .t  )

V0

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

Kiến thức nền
c. Sơ đồ mạch

R3
R1

V1

R2
V2

Áp dụng nguyên lý xếp chồng:

R4

Ro

20


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

21

Kiến thức nền
• Triệt tiêu nguồn V2:
• Ta có sơ đồ:

R1

I

R3
R2

I2

I1
R4

Ro

V1

V1
I
( R4 / / RO  R3 ) / / R2  R1

I .R2
I1 
R4 / / RO  R3  R2

I2 

I1.R4
R4  RO

• Vo1=Ro.I2

VO1 

R4
R2
V1
.
R4  RO R4 / / RO  R3  R2 ( R4 / / RO  R3 ) / / R2  R1

V01


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

22

Kiến thức nền
• Triệt tiêu nguồn V1:

R3

• Ta có sơ đồ:
R1

V1

VO 2

R2

R4

V2

V2
R4
R1

.
R4  RO R4 / / RO  R3  R1 ( R4 / / RO  R3 ) / / R1  R2

V02  VO 2 cos  2 f .t   

Ro

Vo2


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

23

Kiến thức nền
• Theo nguyên lý xếp chồng ta có: Vo = Vo1 + Vo2

VO  VO 2

R4
R2
V1
cos  2 f .t    
R4  RO R4 / / RO  R3  R2 ( R4 / / RO  R3 ) / / R2  R1

• Với:

VO 2

V2
R4
R1

.
R4  RO R4 / / RO  R3  R1 ( R4 / / RO  R3 ) / / R1  R2


1/14/2013

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

24

Kiến thức nền

2. k3 hở, tụ C bằng vô cùng
a. k1 đóng mạch hở nên Vo = 0
b. Sơ đồ mạch
Rth

V2 .R4
Vth 
R2  R3  R4

I0
Ro

Vth

Rth  ( R2  R3 ) / / R4

Vth .Ro
Vo 
Rth  Ro

V0


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1/14/2013

25

Kiến thức nền

c. Do thành phần DC không qua tụ nên ta có mạch
R3
R1
R2

R4

Ro

V2

•Làm tương tự phần A/ ta có :

VO 2

V2
R4
R1

.
R4  RO R4 / / RO  R3  R1 ( R4 / / RO  R3 ) / / R1  R2

V02  VO 2 cos  2 f .t   

Vo2