bài tập kỹ thuật điện tử

1


Lưu ý:
 Mổi sinh viên hãy tự làm bài tập trực tiếp vào phần trắng trong tập này (khổ
giấy A4). Không sao chép bài giải của người khác.
 Tài liệu tham khảo:
- [Dư Quang Bình] - Bài giảng Kỹ thuật điện tử, (2000).
- [Rizzoni G] - Principles and Applications of Electrical Engineering, (2004).
- [Michael Tooley] - Electronic Circuits - Fundamentals and Applications, 3rd
Edition - Elsevier Newnes, (2006).

Khi cần liên hệ: Thầy Dư Quang Bình, 0905894666, hoặc: Email:
binhduquang@.gmail.com
 Thời hạn hoàn thành và nộp bài tập: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
tại … … … … … … … … … … … … … … … . . (không chấp nhận sự chậm trể).

2


Vật liệu và cấu kiện bán dẫn cơ bản








Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện thuộc trong khoảng giữa độ dẫn điện của các chất dẫn điện và
các chất cách điện. Đặc tính độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn làm cho các vật liệu bán dẫn rất

hữu ích trong việc chế tạo nhiều cấu kiện điện tử để có biểu hiện đặc tuyến i-v phi tuyến. Trong
số các cấu kiện bán dẫn thì diode là một trong các cấu kiện thông dụng nhất.
Diode bán dẫn hoạt động giống như một van dẫn điện theo một chiều, cho phép dòng điện chảy
chỉ khi được phân cực thuận. Mặc dù hoạt động của diode được mô tả theo phương trình hàm mủ
nhưng ta có thể xét gần đúng hoạt động của diode bằng các mô hình mạch đơn giản. Mô hình
mạch đơn giản nhất là xem diode như một ngắn mạch hoặc hở mạch (mô hình đóng-mở hay mô
hình lý tưởng). Mô hình lý tưởng có thể được mở rộng để bao gồm cả nguồn điện áp ngưỡng
(thường từ 0,2 V đến 0,7 V), đó là tương ứng với thế hiệu tiếp giáp tại tiếp giáp của diode. Mô
hình thực tế chi tiết hơn là mô hình diode chi tiết sẽ tính cả các ảnh hưởng của điện trở thuận của
diode. Bằng các mô hình mạch của diode ta có thể phân tích các mạch diode sử dụng trong kỹ
thuật phân tích mạch một chiều (DC) và xoay chiều (AC) đã được khảo sát trong chương.
Một trong những đặc tính quan trọng nhất của diode bán dẫn là sự chỉnh lưu, tức là cho phép
chuyển đổi các mức điện áp và dòng điện AC thành các mức điện áp và dòng điện DC . Các
mạch chỉnh lưu bằng diode có thể là kiểu bán kỳ hay có thể là kiểu toàn kỳ. Các bộ chỉnh lưu
toàn kỳ có thể cấu trúc theo dạng mạch hai diode thông dụng hoặc mạch cầu. Các mạch chỉnh
lưu bằng diode là bộ phận chỉnh của các bộ nguồn cung cấp DC và thường được sử dụng kết hợp
với các tụ lọc để nhận được dạng sóng điện áp DC tương đối bằng phẳng. Ngoài việc chỉnh lưu
và lọc cũng cần phải ổn định mức điện áp ra của nguồn cung cấp DC; các diode Zener sẽ thực
hiện nhiệm vụ ổn định điện áp bằng cách giữ mức điện áp không đổi khi mức điện áp phân cực
ngược vượt trên mức điện áp Zener.
Ngoài các ứng dụng làm nguồn cung cấp, các diode còn được sử dụng trong nhiều mạch xử lý tín
hiệu và điều hòa tín hiệu. Trong đó có mạch xén bằng diode, mạch tách sóng bằng diode, và
mạch ghim đã được khảo sát trong chương. Hơn nửa, do các đặc tính của vật liệu bán dẫn cũng
bị tác dụng bởi cường độ sáng nên một số loại diode được gọi là photodiode, có ứng dụng làm
các mạch tách quang [light detector], pin mặt trời [solar cell], hay các diode phát-quang [LED].

3


Các công thức quan trọng

Công thức tính trị số của điện trở nối tiếp với LED:

R=

VS - VF (LED)
I F (LED)

Độ tiêu tán công suất lớn nhất ở diode ổn áp:

PZ max  I Z max VZ
Trị số lớn nhất của điện trở mắc nối tiếp trong mạch ổn áp bằng diode zener song song đơn giản:

V

RS max = RL ×  IN  1
 VZ

Trị số nhỏ nhất của điện trở mắc nối tiếp trong mạch ổn áp bằng diode zener song song đơn giản:

RS min 

VINVZ  VZ2
PZ max

Điện trở ra của nguồn cung cấp:

Rout =

ΔVout
ΔI out

Độ ổn định điện áp vào (nguồn điện) của bộ nguồn cung cấp:

Regulation = SV =

ΔVout
×100%
ΔVin

Dòng điện chảy qua các điện cực của BJT

IE = IB + IC
Hệ số khuyếch đại dòng-tĩnh của BJT

 FE = hFE =

IC
IB

Hệ số khuyếch đại dòng-tín hiệu nhỏ của BJT

fe = hfe =

I C
I B

Độ dẫn truyền đạt thuận của FET

gfs = g m =

4

I D
VGS


Các ký hiệu mạch của cấu kiện

5


Bài tập
1.1

Trong vật liệu bán dẫn, điện tích thực bằng 0, điều này cần phải có mật độ điện tích dương cần
bằng với mật độ điện tích âm. Cả hai loại hạt tải điện (điện tử và lỗ trống tự do) và các nguyên tử
tạp chất bị ion hóa có điện tích bằng về độ lớn điện tích của một điện tử. Do vậy, phương trình
trung hòa về điện tích [CNE – charge neutrality equation] là:
po  Nd  no  Na  0
trong đó:
n0
= nồng độ hạt tải điện tích âm ở trạng thái cân bằng
p0
= nồng độ hạt tải điện tích dương ở trạng thái cân bằng

N a = nồng độ chất nhận [acceptor] bị ion hóa
N d = nồng độ chất cho [donor] bị ion hóa
Phương trình tích hạt tải điện [CPE – carrier product equation] phát biểu rằng, khi một chất bán
dẫn được pha tạp thì tích của nồng độ hạt tải điện vẫn không đổi:
nopo = hằng số

đối với silicon thuần tại T = 300 K:
2

1 
1

Constant = niopio = n  p   6,35 109
 1020
3 
cm 
cm3

Vật liệu bán dẫn dạng-n hay –p là tùy thuộc vào nồng độ tạp chất donor hay acceptor lớn hay
không. Phần lớn các nguyên tử tạp chất bị ion hóa tại nhiệt độ phòng. Nếu silicon thuần được
pha tạp:
1
;
ND = 0
N A  N a  1017
cm3
Hãy xác định:
a. Đây là bán dẫn tạp dạng-p hay –n?
b. Hạt tải điện đa số và thiểu số là loại nào?
c. Nồng độ hạt tải điện đa số và thiểu số.
2
io

1.2

2

io

Nếu silicon thuần được pha tạp:
N A  N a  1017

1
;
cm3

N D  N d  5 1018

Hãy xác định:
a. Đây là bán dẫn tạp dạng-p hay –n?
b. Hạt tải điện đa số và thiểu số là loại nào?
c. Nồng độ hạt tải điện đa số và thiểu số.

6

1
cm3


1.3 Hãy mô tả vi cấu trúc của các loại vật liệu bán dẫn. Ba loại thông dụng nhất được sử dụng là loại
vật liệu bán dẫn nào?

1.4 Hãy giải thích nhiệt năng làm phát sinh các hạt tải điện trong chất bán dẫn và nhiệt độ sẽ hạn chế
hoạt động của cấu kiện bán dẫn như thế nào.

1.5 Hãy mô tả các đặc tính của các tạp chất cho [donor], chất nhận [acceptor] và ảnh hưởng của chúng
đến nồng độ của các hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn.

1.6 Mô tả sơ lược hoạt động của các hạt tải điện và các nguyên tử tạp chất được ion hóa ở lân cận tiếp
giáp pn của cấu kiện bán dẫn để tạo nên rào thế có khuynh hướng chặn các hạt tải điện di chuyển
ngang qua tiếp giáp.

1.7

Hình P1.7, thể hiện đặc tuyến của một diode. Loại vật
liệu bán dẫn nào được dùng trong chế tạo diode? Giải
thích.

1.8

Sử dụng đặc tuyến ở hình P1.7, để xác định điện trở
của diode khi (a) VF = 0,65 V và (b) I F = 4 mA .

7


1.9 Số liệu sau được cho là đo trên một
diode tín hiệu:

VF (V)

I F (mA)

0,0
0,1
0,2
0,3

0,4
0,5
0,6
0,7

0,0
0,05
0,02
1,2
3,6
6,5
10,1
13,8

Hãy vẽ đặc tuyến (bảng kẻ ly
bên) và sử dụng đặc tuyến để xác
định:
(a) Dòng thuận khi
VF = 350 mV ;
(b) Điện áp thuận khi
I F = 15 mA .

1.10 Một diode có số hiệu là ‘BZY88C9V1’. Đây là loại diode gì ? Điện áp định mức của diode? Cho
biết một ứng dụng của diode.

1.11 Một LED được sử dụng làm chỉ thị
mức nguồn cung cấp 5 V. Nếu LED
có điện áp thuận định mức là 2 V, và
dòng định mức là 12 mA, hãy xác
định trị số cần thiết của điện trở mắc

nối tiếp.

1.12 Mạch ở hình P1.10 có nguồn cung cấp sóng sin 50 Vrms. Sử dụng mô
hình diode thực tế cho diode.
a. Mức dòng thuận lớn nhất là bao nhiêu ?
b. Hãy tính mức điện áp ngược đỉnh (PIV) trên diode ?

8


1.13 Hãy xác định diode nào được phân cực thuận và diode nào được phân cực ngược trong từng mạch
ở hình P1.13.

1.14 Hãy xác định khoảng
trị số điện áp Vin để
diode D1 trong mạch
hình P1.14, phân cực
thuận. Giả thiết các
diode lý tưởng.

1.15

Hãy xác định các
diode trong mạch ở
hình P1.15, diode nào
được phân cực thuận
và phân cực ngược.
Giả sử sụt áp trên
mỗi diode được phân
cực thuận là 0,7 V,

hãy tính mức điện áp
đầu ra.

1.16 Diode trong mạch ở hình
P1.16, được chế tạo từ
silicon và mạch có: R = 2,2
k; VS2 = 3 V. Hãy xác
định trị số nhỏ nhất của VS1
để diode dẫn có mức dòng
đáng kể.

9


1.17 Nguồn AC 220 V được cấp vào biến áp giảm-áp 20:1, cuộn thứ cấp được nối với mạch chỉnh lưu
cầu và tụ lọc. Hãy xác định mức điện áp xấp xĩ d.c trên tụ khi ‘không-tải’.

1.18 Hãy thiết kế mạch chỉnh lưu cầu toàn kỳ cho một
bộ nguồn cung cấp. Nguồn từ biến áp giảm áp
cung cấp mức điện áp 12 V rms đến mạch chỉnh
lưu. Bộ chỉnh lưu toàn kỳ thể hiện ở mạch hình
P1.18.
a. Nếu các diode có mức điện áp ngưỡng là
0,6V, vẽ dạng sóng điện áp nguồn đầu vào,
vS(t); và dạng sóng điện áp ra, vL(t); và cho
biết diode nào dẫn và diode nào ngưng dẫn
trong các chu kỳ phù hợp của vS(t). Tần số
của nguồn là 50 Hz.
b. Nếu tải RL = 1 000  và tụ điện được mắc song song với RL để lọc có trị số là 8 µF, vẽ dạng
sóng điện áp đầu ra, vL (t).

c. Lặp lại câu (b), với tụ có điện dung là 100 µF.

10


1.19 Trong bộ nguồn chỉnh lưu toàn kỳ như thể hiện ở hình P1.19, các
diode có số hiệu là 1N4001 có thông số điện áp ngược đỉnh (PIV)
là 25 V. Các diode được chế tạo từ silicon.
n = 0,05883; C = 80 µF; RL = 1 k
Vline = 170 cos (377t) V
a. Hãy xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế trên mỗi diode.
b. Hãy giải thích tại sao các diode đó phù hợp hoặc không phù
hợp với các thông số đã cho.

1.20 Các diode trong bộ nguồn DC toàn kỳ như mạch ở hình P1.19, đều là silicon. Nếu:
IL = 5 mA; VL = 10 V; Vr = 20% = 2 V; Vline = 170 cos (t) V
Hãy xác định các giá trị của:
a. Tỷ số các cuộn dây, n.
b. Trị số của tụ điện, C.

 = 377 rad/s

1.21 Trong mạch ở hình P1.19: IL = 600 mA; VL = 50 V; Vr = 4 V; C = 1000 µF;

vS1(t) = vS2(t) = VS0 cos (t) V,  = 377 rad/s. Các diode đều là silicon. Nếu thông số công suất
của một trong các diode bị vượt quá và diode bị nổ hay hở mạch, hãy xác định các giá trị mới
của điện áp ra DC hay điện áp trên tải và điện áp gợn:

11

1.22 Trong bộ nguồn chỉnh lưu toàn kỳ như thể hiện ở hình
P1.22, các diode là 1N4001 có thông số điện áp ngược
đỉnh (PIV) là 50 V. Các diode được chế tạo từ silicon.
Vline = 170 cos (377t) V;
n = 0,2941; C = 700 µF; RL = 2,5 k
a. Xác định điện áp ngược đỉnh thực tế trên mỗi diode.
b. Hãy giải thích tại sao các diode đó phù hợp hoặc
không phù hợp với các thông số đã cho.

1.23 Trong bộ nguồn chỉnh lưu toàn kỳ như thể hiện ở hình P1.22, các diode là 1N4001 có thông số
điện áp ngược đỉnh (PIV) là 10 V. Các diode được chế tạo từ silicon.
Vline = 156 cos (377t) V; n = 0,04231; Vr = 0,2 V; IL = 2,5 mA; VL = 5,1 V;
a. Xác định mức điện áp ngược đỉnh thực tế trên mỗi diode
b. Hãy giải thích tại sao các diode đó phù hợp hoặc không phù hợp với các thông số đã cho.

1.24 Hãy xác định trị số nhỏ
nhất của RL trong
mạch ở hình P1.24, để
cho mức điện áp ra
duy trì ở mức 5,6 V.

12


1.25 Hãy xác định trị số nhỏ nhất và trị số lớn nhất để điện trở mắc nối tiếp có thể có trong mạch ổn
định mà điện áp đầu ra của mạch là 25 V, điện áp vào của mạch thay đổi từ 35 V đến 40 V, và
mức dòng tải lớn nhất của mạch ổn định là 75 mA. Diode Zener sử dụng trong mạch có thông số
dòng lớn nhất là 250 mA.

1.26 Trong mạch ổn định điện áp đơn giản như ở hình P1.26, R cần phải
duy trì mức dòng của diode Zener trong phạm vi các giới hạn quy
định của diode đối với tất cả các giá trị của điện áp nguồn, dòng tải,
và điện áp của diode Zener. Hãy tìm trị số nhỏ nhất và lớn nhất của
R có thể sử dụng.
VZ = 5 V ± 10%; rZ = 15 ; iZ min = 3,5 mA; iZ max = 65 mA;
VS = 12 V ± 3 V; IL = 70 ± 20 mA.

13


1.27 Trong mạch ổn định điện áp đơn giản như ở hình P1.26, R cần phải duy trì mức dòng của diode
Zener trong phạm vi các giới hạn quy định của diode đối với tất cả các giá trị của điện áp nguồn,
dòng tải, và điện áp của diode Zener. Nếu:
VZ = 12 V ± 10%; rZ = 9 ; iZ min = 3,25 mA; iZ max = 80 mA; VS = 25 V ± 1,5 V;
IL = 31,5 ± 21,5 mA. Hãy xác định trị số nhỏ nhất và lớn nhất của R có thể sử dụng.

1.28 Mạch chỉnh lưu bán kỳ được lọc gợn bằng R-C gồm R  200 Ω và C  50 μF . Nếu 2 V của gợn
400 Hz xuất hiện ở đầu vào của mạch thì mức điện áp gợn xuất hiện ở đầu ra được xác định là
bao nhiêu?

1.29 Mạch lọc gợn L-C dùng để lọc cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ từ nguồn điện lưới 50 Hz, mạch lọc

gồm L  4 H và C  500 μF . Với 4 V gợn xuất hiện tại đầu vào của mạch, hãy xác định mức
gợn xuất hiện tại đầu ra.

1.30 Một diode zener 9 V được sử dụng trong mạch ổn áp kiểu song song đơn giản để cung cấp nguồn
cho tải có điện trở là 300 , hãy xác định giá trị lớn nhất của điện trở mắc nối tiếp để hoạt động
kết hợp với nguồn cung cấp là 15 V.

14


1.31 Hãy cho biết các đặc tính theo mã transistor của mỗi transistor sau:
(a) AF117

(b) BC184

(c) BD131

(d) BF180

1.32 Một transistor hoạt động với dòng collector là 2,5 A và dòng base là 125 mA. Hãy xác định giá
trị dòng emitter và hệ số khuyếch đại dòng emitter-chung dc.

1.33 Một transistor hoạt động với dòng collector là 98 m A và dòng emitter là 103 mA. Hãy xác định
giá trị dòng base và giá trị-tĩnh của hệ số khuyếch đại dòng emitter-chung.

1.34 Một BJT được sử dụng làm mạch đảo pha (lái) mà trong đó có dòng base là 12 mA. Nếu tải yêu
cầu mức dòng là 200 mA, hãy xác định giá trị nhỏ nhất của hệ số khuyếch đại dòng emitterchung cần phải có.

1.35 Cần một transistor NPN dùng để hoạt động với VCE = 10 V , IC = 50 mA , và I B = 400  A . BJT
nào trong số các transistor được liệt kê ở Bảng 1.10, là thích hợp nhất để sử dụng trong ứng
dụng trên? ( hfe  βfe )

15


1.36 Một transistor được sử dụng để làm
mạch khuyếch đại tuyến tính.

Transistor có  max là 250 và  min
là 220, mạch phân cực phải được lắp
để có giá trị tĩnh của dòng collector
là 2 mA. Hãy xác định giá trị của
dòng phân cực base và độ thay đổi
của dòng ra (dòng collector) theo độ
thay đổi 5 μA ở dòng vào (dòng
base).

1.37 Đặc tuyến truyền đạt của một transistor NPN thể hiện ở hình P1.37. Hãy sử dụng đặc tuyến này
để xác định:
(a) I C khi I B  50 μA
(b)  DC khi I B  50 μA
(c)  ac khi I C  75 mA

1.38 Đặc tuyến ra của một transistor NPN
thể hiện ở hình P1.38. Hãy sử dụng
đặc tuyến này để xác định:
(a) I C khi I B  100 μA và VCE = 4 V .
(b) VCE khi I B  40 μA và
I C = 5 mA
(c) I B khi I C  7 mA và VCE = 6 V

16


1.39 FET kênh-N hoạt động với dòng máng là 20 mA và điện áp phân cực cổng-nguồn là -1 V. FET có
độ truyền dẫn gfs  8 mS , hãy xác định trị số dòng máng mới nếu điện áp phân cực cổng-nguồn
tăng lên mức: -1,5 V.

1.40 Các kết quả dưới đây đo được
trong quá trình khảo sát đo thực
nghiệm trên một FET kênh-N:
VGS (V)

I D (mA)

0,0
-2,0
-4,0
-6,0
-8,0
-10,0

11,4
7,6
3,8
0,2
0,0
0,0

Hãy vẽ đặc tuyến truyền đạt của
FET và sử dụng đặc tuyến để xác
định g fs khi I D = 5 mA .

1.41 Giải thích các chuẩn viết tắt liên
quan đến kiểu vỏ của mạch tích
hợp (IC) sau:
(a) DIL
(b) SIL

(c) QIL
(d) LSI

17


1.42 Sử dụng trang số liệu của diode 1N4148 (xem hình ở trang 19 &20) để xác định:
(a) Giá trị điện áp ngược lặp lại lớn nhất
(b) Độ tiêu tán công suất lớn nhất của diode
(c) Giá trị dòng ngược điển hình tương ứng với điện áp ngược đặt vào là 70 V.
(d) Giá trị điện áp thuận điển hình khi dòng thuận là 5 mA.

1.43 Hãy cho biết tên gọi của từng cấu kiện trong số các cấu kiện bán dẫn có ký hiệu mạch thể hiện ở
hình P1.43.

1.44 Hãy cho biết tên gọi của từng cấu kiện trong số các cấu kiện bán dẫn có ký hiệu mạch thể hiện ở
hình P1.44.

18


19


20


1.45 Sử dụng bảng số liệu của transistor 2N3702 cho ở hình 1.26 (trang 22) để xác định:
(a) Kiểu và loại cấu kiện
(b) Giá trị tuyệt đối lớn nhất của điện áp collector-base

(c) Giá trị tuyệt đối lớn nhất của dòng collector
(d) Giá trị lớn nhất của điện áp collector-emitter bảo hòa.
(e) Giá trị lớn nhất của độ tiêu tán công suất toàn bộ.
(f) Kiểu vỏ

1.46 Transistor 2N3702 hoạt động ở các điều kiện như sau: VBE = 0, 7 V , I B = 0,5 mA , VCE = 9 V , và
I C = 50 mA . Hãy xác định độ tiêu tán tổng của BJT có bị vượt quá hay không?

1.47 Sử dụng bảng số liệu của transistor 2N3819 cho ở hình 1.32 (trang 24) để xác định:
(a) Kiểu và loại cấu kiện
(b) Giá trị tuyệt đối lớn nhất của điện áp máng-cổng
(c) Giá trị tuyệt đối lớn nhất của dòng máng.
(d) Giá trị lớn nhất của dòng cổng ngược.
(e) Giá trị nhỏ nhất của độ điện dẫn truyền đạt thuận.
(f) Giá trị lớn nhất của điện dung đầu vào.
(g) Kiểu vỏ.

21


22


1.48

Đặc tuyến ra của một JFET
kênh-N thể hiện ở hình P1.48.
Hãy sử dụng đặc tuyến này để
xác định:
(a) I D khi VGS  2 V

và VDS = 10 V

(b) VDS khi VGS  - 1 V
và I D = 13 mA

(c) VGS khi I D  18 mA
và VDS = 11 V

1.49 Vẽ sơ đồ thể hiện mạch dùng để đo-thử để có được họ đặc tuyến của BJT PNP.

23


24


1.50 Mạch nguồn cung cấp dc như ở hình
P1.50. Hãy xác định điện áp tại các
điểm đo A (TPA), B (TPB), và C
(TBC).

1.51 Theo mạch ở hình P1.50, hãy xác định dòng chảy qua R1 và công suất tiêu tán ở D5 khi mạch
làm việc không tải.

1.52 Theo mạch ở hình P1.50, hãy xác định ảnh hưởng tại đầu ra theo mỗi trường hợp trong các trạng
thái hỏng mạch sau:
(a) R1 hở-mạch;
(b) D5 hở-mạch;
(c) D5 ngắn-mạch

1.53 Số liệu sau nhận được trong khi đo-thử trên tải thực hiện trên một nguồn cung cấp dc:
Điện áp ra (không-tải) = 8,5 V
Điện áp ra (tải mức dòng 800 mA) = 8,1 V
Hãy xác định điện trở ra của nguồn cung cấp và tính điện áp ra ở mức dòng tải là 400 mA.

25