Giáo trình điện tử cơ bản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

GIÁO TRÌNH
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

HUỲNH ĐỨC CHẤN

Tháng 07/2014


LỜI NÓI ĐẦU
Giáo Trình Điện tử cơ bản do tập thể giáo viên bộ môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử,
Khoa Cơ Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai biên soạn
và biên dịch. Giáo trình này được sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên các khối
ngành kỹ thuật và các ngành có liên quan đến kỹ thuật. Nội dung giáo trình đề cặp một
cách có hệ thống và tổng hợp các kiến thức cơ bản và hiện đại làm nền tảng cho việc
học tập các môn chuyên ngành.
Giáo trình được biên soạn bổ sung và hiệu đính với sự hổ trợ của các bạn đồng
nghiệp và dựa trên các tài liệu tham khảo đó là các bài giảng của thầy Phan Như Quân
Trường Đại Học Lạc Hồng, cô Trương Thị Bích Ngà và thầy Nguyễn Đình Phú
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM và các đại học khác của Mỹ.
Giáo trình này, chúng tôi đã hệ thống lại toàn bộ các mạch điện điện tử căn bản
nhất, sắp xếp trình tự logic hợp lý xuyên suốt toàn bộ quá trình, dẫn dắt sinh viên vào
thế giới kì diệu của nguyên tử và làm quen với các cặp điện tử và những lỗ trống là
những phần tử bé nhỏ nhất trừu tượng nhất, cấu hình trên những tinh thể chất rắn tạo
thành những linh kiện bán dẫn.
Nội dung quyển sách được chia thành các chương sau:
Chương 1: Cấu tạo chất, giới thiệu cho sinh viên cấu trúc vật liệu bán dẫn là
phần tử nhỏ nhất làm đều vĩ đại nhất, sự vận hành chuyển tiếp của P-N quá trình trao
đổi năng lượng và trung hòa của điện tử và lổ trống làm nên những đặc tính dẫn điện

một chiều của chuyển tiếp P-N, đây là thành phần cốt lõi của linh kiện bán dẫn.
Chương 2: Diode bán dẫn, giới thiệu các linh kiện bán dẫn có cấu tạo cơ bản
trên chuyển tiếp P-N và các mạch ứng dụng thực tế của diode.
Chương 3: Transistor lưỡng cực (BJT), giới thiệu linh kiện bán dẫn có 3 cực
tính, đó là transistor lưỡng cực và các mạch phân cực cho BJT. Đây là linh kiện bán
dẫn chính của các mạch điện tử và các mạch đều khiển sau này.
Chương 4 : Tham số H và mạch tương đương của transistor, giới thiệu các
mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, là thành phần cốt yếu trong tất cả các hệ thống mạch
khuếch đại âm tần, các hệ thống tương tự và số, các hệ thống điều khiển tự động, công
nghệ viễn thông và tự động hóa.
Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET), giới thiệu linh kiện được ứng
dụng rộng rãi và đặc biệc trong việc chế tạo vi mạch hiện đại có kích thước nhỏ cỡ
nanô mét đó là transistor trường FET. Họ linh kiện FET, MOSFET là linh kiện thống
lĩnh trong công nghệ kỹ thuật số trên thế giới hiện nay.
Chương 6: Ghép tầng, giới thiệu các mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ, các dạng
ghép tầng khuếch đại cơ bản của một hệ thống khuếch đại là thành phần cốt yếu trong
3


tất cả các hệ thống mạch khuếch đại âm tần, các hệ thống tương tự và số, các hệ thống
điều khiển tự động, công nghệ viễn thông và tự động hóa.
Chương 7: Khuếch đại thuật toán OP-AM, giới thiệu tổ hợp của các mạch
khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại trung gian mạch phối hợp trở kháng ngõ ra để hình
thành mạch khuếch đại thuật toán OP-AM. Các Mạch ứng dụng OP-AM như: Mạch
khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch cộng, mạch vi phân, mạch tích
phân…
Cuốn sách là nền tảng cho các môn học điện tử cơ bản, điện tử công suất, thiết kế
vi mạch, mạch điều khiển và các môn chuyên ngành của năm cuối. Theo chương trình
đào tạo hệ tín chỉ, giờ học sinh viên phải gấp đôi số giờ học trên lớp vì vậy khi biên
soạn cuốn sách này chúng tôi đã đúc kết tổng hợp và cô đọng các ý chính và logic để

từng bước hướng dẫn sinh viên có thể củng cố bài giảng. Phần bài tập có trong từng
chương mục sẽ giúp sinh viên tự đánh giá kết quả tự đọc hiểu của mình, củng cố thêm
kiến thức nền tảng vô cùng quan trọng trong tương lai .
Thay mặt nhóm biên soạn, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các đồng
nghiệp ở bộ môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, đặc biệt là giảng viên Phan Như Quân và
các giáo viên khoa Cơ Điện-Điện Tử, các cựu sinh viên đã giúp đỡ tư vấn và đóng góp
nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành cuốn sách này .
Do thời gian hạn chế, chắc chắn cuốn sách này không tránh khỏi những sơ suất
nhỏ. Chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các bạn đọc để khi tái bản
sẽ tốt hơn.
Địa chỉ liên hệ: Bộ Môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, khoa Cơ Điện- Điện Tử
Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai.
Địa chỉ mail:
Chủ biên
ThS. Huỳnh Đức Chấn

4


Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC

Alternative Curent

Dòng điện xoay chiều

ACLL

Alternative Curent
Load Line

Đường tải xoay chiều

Ai

Độ lợi dòng điện

AP

Độ lợi công suất

Av

Độ lợi điện áp

B

Base

Cực nền

BJT

Bipolar junction transistor

Transistor lưỡng cực

BPF

Band-pass filter

Mạch lọc thông dải

BSF

Band-stop filter

Mạch lọc dải triệt

BW

Bandwidth

Băng thông

C

Collector

Cực thu

C0

Điện dung tiếp xúc

CB

Common base

Mạch khuếch đại chung cực nền

CC

Common colletor

Mạch khuếch đại chung cực thu

CD

Diffusion capacitance

Điện dung khuếch tán

CD

Common Drain

Mạch khuếch đại chung cực máng

CE

Common Emitter

Mạch khuếch đại chung cực phát

CS

Common Sourse

Mạch khuếch đại chung cực nguồn

CG

Common Gate

Mạch khuếch đại chung cực cổng

CMRR

Common-mode rejection
ratio

Tỉ số nén tín hiệu cách chung

CT

Transistor capacitance

Điện dung chuyển tiếp

D

Diode

Diode

D

Drain

Cực máng

D_MOSFET Depletion_MOSFET

MOSFET kênh có sẵn

DC

Direct Curent

Dòng điện một chiều

DCLL

Direct Curent Load Line

Đường tải một chiều

E

Emiter

Cực phát

E_MOSFET Enhancement_MOSFET

MOSDET kênh cảm ứng

Fc

Cutoff frequence

Tần số cắt

FET

Field effcet transistor

Transistor trường

fH

Tần số cắt cao
5


Danh mục các từ viết tắt
fL

Tần số cắt thấp

F0

Tần số trung tâm

fr

Resonant frequecy

Tần số cộng hưởng

G

Gate

Cực cổng

GaAsP

Gallium arsenide
phosphide

Hợp chất GaAsP

GaP

Gallium phosphide

Hợp chất GaP

Ge

Germanium

Bán dẫn Ge

gm

Transconductance

Độ xuyên dẫn

IB

Dòng điện cực nền

IC

Dòng điện cực thu

IC

Integrated circuit

Mạch tích hợp

ICBO

Dòng rò giữa C và B

ICEO

Dòng điện rò giữa cực C và E

ID

Dòng điện qua diode

IDSS

Dòng điện cực màn bão hòa

IE

Dòng điện cực phát

IR

Reverse curent

Dòng điện ngược

IS

Saturation curent

Dòng điện bảo hòa

JC

Lớp chuyển tiếp phía cực thu

JE

Lớp chuyển tiếp phía cực phát

JFET

Juncition Field effect
transistor

Transistor trường tiếp xúc

LED

Light Emitter Diode

Diode phát quang

MOSFET

Metal oxide
semiconductor FET

Transistor trường cấu trúc kim loại
cách điện bán dẫn

N

Negative semiconductor

Bán dẫn loại N

+

Bán dẫn loại N pha tạp chất

++

N

Bán dẫn lạo N pha tạp chất rất cao

Na

Nồng độ tạp chất nhận

Nd

Nồng độ tạp chất cho

nN

Nồng độ điện tử trong chất bán dẫn
loại N

nP

Nồng độ điện tử trong chất bán dẫn
loại P

N

Op-Amp

Operational amplifier

Mạch khuếch đại thuật toán

6


Danh mục các từ viết tắt
P+

Bán dẫn loại P pha tạp cao

P++

Bán dẫn loại P pha tạp rất cao

PCmax

Công suất tiêu tán cực đại tại cực C

PDmax

Công suất cực đại của diode

PN

Tiếp xúc P-N

Q

Quiscent

Điểm làm việc tĩnh

RD

Điện trở tĩnh

rd

Điện trở động

Rth

Điên trở tương đương thevenin

S

Source

Cực nguồn

Si

Silicon

Bán dẫn Si

trr

Reverse recover time

Thời gian khôi phục ngược

ts

Thời gian lưu trữ

tt

Thời gian ngưng dẫn

VBD

Điện áp đánh thủng

VCEsat

Điện áp thu- phát bão hòa

VF

Forward Voltage

Điện áp thuận

Vm

Peak voltage (Max
Voltage)

Điện áp đỉnh

Vo

Output voltage

Điện áp ngõ ra

VP

Pinch off voltage

Điện áp thắt kênh

Vth

Threshold voltage

Điện áp ngưỡng

Vth

Thevenin voltage

Điện áp tương đương thevenin

Vtx
VZ
Vγ

Điện áp tiếp xúc
Zener Voltage

Điện áp Zener
Điện áp ngưỡng

7


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU BÁN DẪN ....................................................................19
1.1. Cấu tạo chất...............................................................................................19
1.1.1. Cấu tạo nguyên tử...............................................................................19
1.1.2. Các loại vật liệu điện ..........................................................................19
1.1.3. Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn điện...........................................19
1.2. Chất bán dẫn..............................................................................................20
1.2.1. Chất bán dẫn là gì...............................................................................20
1.2.2. Chất bán dẫn loại N (Negative: âm)...................................................20
1.2.3. Chất bán dẫn loại P (Positive: dương)................................................21
CHƯƠNG 2: DIODE BÁN DẪN ..........................................................................23
2.1. Diode bán dẫn ...........................................................................................23
2.1.1. Hình dáng, cách thử diode..................................................................23
2.1.2. Cấu tạo và ký hiệu ..............................................................................24
2.1.3. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode...................................24
2.1.4. Chuyển tiếp P-N ở trạng thái đánh thủng...........................................25
2.1.5. Đặc tuyến Volt- Ampere ....................................................................25
2.2. Các tham số của diode...............................................................................25
2.2.1. Điện trở một chiều..............................................................................25
2.2.2. Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân) ...............................................26
2.2.3. Một vài tham số giới hạn khác ...........................................................26
2.2.4. Tham số vài loại diode chỉnh lưu .......................................................26
2.3. Phân cực Diode .........................................................................................26
2.3.1. Phân cực ngược ..................................................................................26

2.3.2. Phân cực thuận ...................................................................................27
2.4. Các phương trình đường tải của diode......................................................27
2.4.1. Đường tải tĩnh (DCLL: DC Load Line) .............................................27
2.4.2. Đường tải động (ACLL: AC Load Line) ...........................................28
2.5. Một số mạch ứng dụng của diode .............................................................28
2.5.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ ................................................................28
2.5.2. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có tụ lọc .................................................29
2.5.3. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ......................................................................30
2.5.4. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc .......................................................30
2.5.5. Mạch chỉnh lưu cầu (chỉnh lưu toàn kỳ) ............................................31
2.5.6. Mạch chỉnh lưu cầu (chỉnh lưu toàn kỳ) có tụ lọc..............................32
8


2.5.7. Mạch nhân đôi điện áp .......................................................................32
2.5.8. Mạch xén mức trên.............................................................................33
2.5.9. Mạch xén hai mức ..............................................................................33
2.5.10. Mạch ghim mức..................................................................................33
2.6. Các loại diode khác ...................................................................................41
2.6.1. Diode Zener ........................................................................................41
2.6.2. Các thông số đặc trưng của Diode Zener ...........................................42
2.6.3. Diode quang: (Photo diode) ...............................................................43
2.6.4. Diode phát quang LED: (Light emitting diode) .................................44
2.6.5. Diode tách sóng ..................................................................................44
2.6.6. Diode biến dung: (Varicap)................................................................45
CHƯƠNG 3: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT: Bipolar Junction Transistor) 58
3.1. Cấu tạo của transistor ................................................................................58
3.1.1. Cấu tạo, ký hiệu..................................................................................58
3.1.2. Nguyên lý làm việc của transistor loại NPN ......................................58
3.1.3. Nguyên lý làm việc của transistor loại PNP.......................................59

3.1.4. Hình dáng và cách thử........................................................................60
3.1.5. Đặc tính kỹ thuật của transistor..........................................................61
3.1.6. Các thông số kỹ thuật của transistor...................................................63
3.2. Mạch phân cực cho transistor và yêu cầu ổn định ....................................64
3.2.1. Yêu cầu ổn định điểm làm việc ..........................................................64
3.2.2. Các tham số ảnh hưởng đến điểm làm việc do nhiệt độ.....................64
3.2.3. Các mạch phân cực cho transistor......................................................66
3.2.4. Thiết kế mạch cho BJT hoạt động tối ưu (Max_Swing) ....................69
CHƯƠNG 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ ........................................98
4.1. Tham số H và mạch tương đương của transistor ......................................98
4.1.1. Tham số H ..........................................................................................98
4.1.2. Mạch tương đương của Transistor .....................................................99
4.2. Ba mạch ráp cơ bản của transistor ..........................................................100
4.2.1. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CE...............................100
4.2.2. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................100
4.2.3. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CB ..............................101
4.2.4. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................101
4.2.5. Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CC ..............................102
4.2.6. Tính toán các thông số xoay chiều trong mạch................................103
CHƯƠNG 5: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG (FET) ..............................123
9


5.1. Transistor hiệu ứng trường......................................................................123
5.1.1. Phân loại và các điểm cơ bản (FET: Field Effect Transistor) ..........123
5.1.2. Ký hiệu .............................................................................................123
5.2. Cấu tạo của JFET ....................................................................................123
5.2.1. Đặc tính ............................................................................................124
5.2.2. Đặc tuyến ra: ID = f (VDS).................................................................124
5.2.3. Đặc tuyến truyền dẫn: ID = f (VGS)...................................................125

5.3. Phân cực cho FET ...................................................................................125
5.3.1. Đường tải tĩnh...................................................................................125
5.3.2. Phân cực kiểu thiên áp cực cửa UGS < 0...........................................126
5.3.3. Phân cực kiểu tự cấp thiên................................................................127
5.3.4. Phân cực kiểu cầu phân áp ...............................................................127
5.4. Mạch tương đương FET và ba mạch cơ bản...........................................128
5.4.1. Mạch tương đương FET ...................................................................128
5.4.2. Ba mạch cơ bản của FET..................................................................129
CHƯƠNG 6: MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP LIÊN TẦNG ................................153
6.1. Tổng quan................................................................................................153
6.2. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng .....................................154
6.3. Mạch khuếch đại ghép bằng tụ liên lạc (ghép RC) .................................154
6.3.1. Giới thiệu..........................................................................................154
6.3.2. Khảo sát các thông số của mạch ở chế độ AC .................................155
6.3.3. Đáp ứng tần số của mạch ghép RC ..................................................157
6.3.4. Ưu và nhược điểm của mạch khuếch đại ghép tầng RC ..................157
6.4. Mạch khuếch đại ghép trực tiếp ..............................................................157
6.4.1. Ưu và nhược điểm của mạch ghép tầng trực tiếp.............................158
6.4.2. So sánh đáp ứng tần số của mạch ghép tầng ....................................159
6.5. Khuếch đại ghép Darlington ...................................................................171
6.5.1. Giới thiệu..........................................................................................171
6.5.2. Phân tích mạch ở chế độ DC ............................................................173
6.5.3. Phân tích mạch ở chế độ AC ............................................................175
6.6. Mạch khuếch đại ghép vi sai...................................................................177
6.6.1. Đặc điểm của mạch khuếch đại vi sai cơ bản ở trạng thái cân bằng177
6.6.2. Phân cực mạch ở chế độ DC ............................................................178
6.6.3. Khảo sát thông số của mạch ở chế độ AC........................................179
CHƯƠNG 7: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN .......................................194
7.1. Khái niệm khuếch đại thuật toán (Opamp: Operational Amplifier) .......194
10

7.2. Đặc tính và các thông số của Opamp lý tưởng .......................................195
7.3. Các mạch ứng dụng của Opamp .............................................................197
7.3.1. Khuếch đại đảo.................................................................................197
7.3.2. Khuếch đại không đảo......................................................................197
7.3.3. Mạch cộng đảo .................................................................................198
7.3.4. Mạch cộng không đảo ......................................................................198
7.3.5. Mạch tích phân .................................................................................199
7.3.6. Mạch vi phân ....................................................................................200
7.3.7. Mạch tạo hàm mũ .............................................................................200
7.3.8. Mạch tạo hàm logarit........................................................................201
Tài liệu tham khảo.................................................................................................. 209
Phụ lục.................................................................................................................... 210

11


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo nguyên tử. ....................................................................................19
Hình 1.2: Cấu tạo nguyên tử của silicium và gemanium. .........................................20
Hình 1.3: Chất bán dẫn tinh khiết Silicium...............................................................20
Hình 1.4: Chất bán dẫn loại N...................................................................................21
Hình 1.5: Chất bán dẫn loại P. ..................................................................................21
Hình 2.1: Hình dạng và ký hiệu của diode đơn. .......................................................23
Hình 2.2: Hình dạng và ký hiệu của diode đôi. ........................................................23
Hình 2.3: Hình dạng và ký hiệu của diode cầu. ........................................................23
Hình 2.4: Cấu tạo và ký hiệu diode...........................................................................24
Hình 2.5: Đặc tuyến Volt – Ampre của diode...........................................................25
Hình 2.6: Phân cực ngược diode...............................................................................27

Hình 2.7: Phân cực thuận diode. ...............................................................................27
Hình 2.8: Đường tải tĩnh và động. ............................................................................28
Hình 2.9: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu ½ chu kỳ không có tụ lọc. ........................29
Hình 2.10: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu ½ chu kỳ có tụ lọc. .................................29
Hình 2.11: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu toàn chu kỳ. ............................................30
Hình 2.12: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc. ....................................31
Hình 2.13: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu cầu...........................................................31
Hình 2.14: Mạch và dạng sóng chỉnh lưu cầu có tụ lọc............................................32
Hình 2.15: Mạch và dạng sóng nhân đôi điện áp......................................................32
Hình 2.16: Mạch và dạng sóng xén mức trên. ..........................................................33
Hình 2.17: Mạch và dạng sóng xén 2 mức. ..............................................................33
Hình 2.18: Mạch và dạng sóng ghim mức. ...............................................................34
Hình 2.19: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................34
Hình 2.20: Dạng sóng ngõ ra trên tải. .......................................................................35
Hình 2.21: Dạng sóng dòng điện qua diode..............................................................36
Hình 2.22: Mạch điện và dạng sóng chỉnh lưu. ........................................................37
Hình 2.23: Đường đặc tuyến tĩnh và động của diode. ..............................................39
Hình 2.24: Mạch chỉnh lưu diode cầu có tụ lọc. .......................................................39
Hình 2.25: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................40
Hình 2.26: Mạch chỉnh lưu diode cầu không có tụ lọc. ............................................40
Hình 2.27: Mạch chỉnh lưu diode. ............................................................................40
Hình 2.28: Mạch chỉnh lưu diode cầu có tụ lọc. .......................................................41
Hình 2.29: Đặc tuyến của diode zener. .....................................................................42
12


Hình 2.30: Ký hiệu và hình dạng của Diode quang..................................................43
Hình 2.31: Ký hiệu và hình dạng của Diode phát quang. .........................................44
Hình 2.32: Ký hiệu của Diode tách sóng. .................................................................44
Hình 2.33: Ký hiệu và cấu tạo của Diode biến dung. ...............................................45

Hình 2.34: Phân cực cho diode biến dung. ...............................................................45
Hình 2.35: Mạch diode zener....................................................................................46
Hình 2.36: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................46
Hình 2.37: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................47
Hình 2.38: Mạch ổn áp bằng diode zener. ................................................................47
Hình 2.39: Mạch ổn áp song song dùng zener..........................................................49
Hình 3.1: Cấu tạo và ký hiệu của BJT. .....................................................................58
Hình 3.2: Mạch thí nghiệm transistor. ......................................................................59
Hình 3.3: Mạch thí nghiệm và sơ đồ tương đương của transistor. ...........................59
Hình 3.4: Hình dáng các loại transistor.....................................................................60
Hình 3.5: Mạch điện thí nghiệm và đặc tuyến ngõ vào của BJT. .............................62
Hình 3.6: Đặc tuyến ngõ ra của BJT.........................................................................62
Hình 3.7: Dòng ngược collector ảnh hưởng theo nhiệt độ........................................64
Hình 3.8: Mạch điện thí nghiệm về thong số S.........................................................65
Hình 3.9: Mạch phân cực định dòng IB.....................................................................66
Hình 3.10: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................67
Hình 3.11: Mạch phân cực hồi tiếp collector............................................................68
Hình 3.12: Mạch BJT hoạt động tối ưu không có RE. ..............................................69
Hình 3.13: Mạch BJT hoạt động tối ưu tải có RE+ RC .............................................70
Hình 3.14: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................71
Hình 3.15: Phương trình đường tải DC.....................................................................72
Hình 3.16 : Mạch phân cực định dòng IB..................................................................72
Hình 3.17: Phương trình đường tải DC.....................................................................73
Hình 3.18: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................73
Hình 3.19: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................74
Hình 3.20: Mạch dao động đa hài. ............................................................................75
Hình 3.21: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................75
Hình 3.22: Mạch phân cực định dòng IB...................................................................76
Hình 3.23: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................76
Hình 3.24: Mạch transistor dẫn bão hoà. ..................................................................77

Hình 3.25: Mạch kích optor. .....................................................................................77
Hình 3.26: Mạch đóng ngắt.......................................................................................77
13


Hình 3.27: Mạch đóng mở transistor bằng quang trở. ..............................................78
Hình 3.28: Mạch khuếch đại tín hiệu DC. ................................................................79
Hình 3.29: Mạch khuếch đại tín hiệu DC. ................................................................81
Hình 3.30: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................83
Hình 3.31: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................84
Hình 3.32: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................85
Hình 3.33: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................86
Hình 3.34: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................87
Hình 3.35: Mạch phân cực cầu phân áp....................................................................88
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạng 2 cửa. ............................................................................98
Hình 4.2: Mạch tương đương kiểu Hybrid. ..............................................................99
Hình 4.3: Mạch tương đương kiểu vật lý..................................................................99
Hình 4.4: Mạch CE và sơ đồ tương đương ghép kiểu CE. .....................................100
Hình 4.5: Mạch CB và sơ đồ tương đương ghép kiểu CB......................................101
Hình 4.6: Mạch CC và sơ đồ tương đương ghép kiểu CC......................................102
Hình 4.7: Mạch khuếch đại CE...............................................................................104
Hình 4.8: Mạch khuếch đại CE...............................................................................104
Hình 4.9: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. .............................................................105
Hình 4.10: Mạch khuếch đại CE.............................................................................106
Hình 4.11: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................106
Hình 4.12: Mạch khuếch đại CE.............................................................................107
Hình 4.13: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................107
Hình 4.14: Mạch khuếch đại CB.............................................................................108
Hình 4.15: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................108
Hình 4.16: Mạch khuếch đại CC.............................................................................109

Hình 4.17: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................109
Hình 4.18: Mạch khuếch đại CE.............................................................................110
Hình 4.19: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................111
Hình 4.20: Mạch khuếch đại CE.............................................................................112
Hình 4.21: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................113
Hình 4.22: Mạch khuếch đại CE.............................................................................114
Hình 4.23: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ. ...........................................................114
Hình 5.1: Phân loại FET. ........................................................................................123
Hình 5.2: Ký hiệu các loại FET. .............................................................................123
Hình 5.3: Cấu tạo JFET...........................................................................................124
Hình 5.4: Mạch điện của JFET. ..............................................................................124
14


Hình 5.5: Đặc tuyến làm việc của JFET. ................................................................124
Hình 5.6: Họ đặc tuyến của JFET. ..........................................................................125
Hình 5.7: Mạch phân cực của FET. ........................................................................125
Hình 5.8: Đồ thị đường tải tĩnh DC của FET..........................................................126
Hình 5.9: Mạch phân cực kiểu thiên áp cực cửa UGS<0. ........................................126
Hình 5.10: Mạch phân cực kiểu tự cấp thiên. .........................................................127
Hình 5.11: Mạch phân cực kiểu cầu phân áp..........................................................127
Hình 5.12: Mô hình tương đương của FET dạng nguồn dòng................................128
Hình 5.13: Mô hình tương đương của FET dạng nguồn áp....................................129
Hình 5.14: Mạch CS................................................................................................129
Hình 5.15: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................129
Hình 5.16: Mạch CD...............................................................................................130
Hình 5.17: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................131
Hình 5.18: Mạch CG...............................................................................................132
Hình 5.19: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................132
Hình 5.20: Mạch phân cực cho FET . .....................................................................133

Hình 5.21: Đồ thị đặc tuyến của FET 2SK30A . ....................................................133
Hình 5.22: Mạch CS................................................................................................134
Hình 5.23: Mạch CS................................................................................................136
Hình 5.24: Mạch CS................................................................................................137
Hình 5.25: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................137
Hình 5.26: Mạch CS................................................................................................138
Hình 5.27: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................138
Hình 5.28: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ trường hơp không có tụ CS . .............139
Hình 5.29: Khuếch đại CS. .....................................................................................139
Hình 5.30: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ . .........................................................140
Hình 5.31: Khuếch đại CS. .....................................................................................141
Hình 5.32: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................141
Hình 5.33: Khuếch đại CS. .....................................................................................142
Hình 5.34: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................142
Hình 5.35: Khuếch đại CD......................................................................................143
Hình 5.36: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................144
Hình 5.37: Khuếch đại CS. .....................................................................................144
Hình 5.38: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................145
Hình 6.1: Sơ đồ khối của mạch khuếch đại. ...........................................................153
15


Hình 6.2: Ảnh hưởng của sự gia tăng tần số khuếch đại đến tần số cắt và băng tần
của mạch khuếch đại....................................................................................................154
Hình 6.3: Mạch khuếch đại ghép RC......................................................................155
Hình 6.4: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ............................................................155
Hình 6.5: Đáp ứng tần số của mạch ghép RC.........................................................157
Hình 6.6: Mạch khuếch đại ghép trực tiếp..............................................................158
Hình 6.7: Đáp ứng tần số của mạch ghép tầng trực tiếp.........................................158
Hình 6.8: Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại: a. Ghép R-C; b. Ghép trực tiếp. .159

Hình 6.9: Mạch ghép tầng CE-CE. .........................................................................160
Hình 6.10: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................161
Hình 6.11: Đồ thị đường tải DCLL và ACLL. .......................................................161
Hình 6.12: Mạch ghép tầng CE-CE. .......................................................................163
Hình 6.13: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................163
Hình 6.14: Mạch ghép CE- CC...............................................................................164
Hình 6.15: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................165
Hình 6.16: Mạch ghép CE- CC...............................................................................166
Hình 6.17: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................167
Hình 6.18: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................167
Hình 6.19: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................167
Hình 6.20: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................169
Hình 6.21: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................169
Hình 6.22: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................170
Hình 6.23: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................170
Hình 6.24: Mạch ghép hỗn hợp...............................................................................171
Hình 6.25: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................171
Hình 6.26: a. Hai transistor ghép Darlington; b. Transistor tương đương..............172
Hình 6.27: Transistor tương đương của mạch ghép Darlington. ............................172
Hình 6.28: Mạch khuếch đại ghép Darlington: a. Mạch khuếch đại ghép Darlington
chung CE ; b. Mạch phân cực cầu phân áp; c. Mạch tương đương; d. Sơ đồ tương
đương tín hiệu nhỏ.......................................................................................................174
Hình 6.29: Mạch ghép Darlington. .........................................................................176
Hình 6.30: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................176
Hình 6.31: Mạch khuếch đại ghép vi sai.................................................................177
Hình 6.32: Phân cực CD của mạch khuếch đại vi sai. ............................................179
Hình 6.33: Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu vào là cách
chung. ..........................................................................................................................179
16

Hình 6.34: Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu vào là vi
sai.................................................................................................................................180
Hình 6.35: Mạch khuếch đại vi sai với nguồi dòng. ...............................................181
Hình 6.36: Mạch ghép vi sai. ..................................................................................182
Hình 6.37: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................182
Hình 6.38: Mạch ghép vi sai. ..................................................................................183
Hình 6.39: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................183
Hình 6.40: Mạch vi sai và Darlington.....................................................................184
Hình 6.41: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................185
Hình 6.42: Mạch vi sai và Darlington.....................................................................186
Hình 6.43: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. ..........................................................187
Hình 7.1: Sơ đồ khối mạch khuếch đại thuật toán. .................................................194
Hình 7.2: Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại thuật toán...................................194
Hình 7.3: Ký hiệu Opamp. ......................................................................................195
Hình 7.4: Hình dạng và sơ đồ chân của opamp ..................................................... 195
Hình 7.5: Đặt tuyến truyền đạt của opamp ........................................................ …196
Hình 7.6: Mạch khuếch đại đảo. .............................................................................197
Hình 7.7: Mạch khuếch đại không đảo. ..................................................................197
Hình 7.8: Mạch khuếch đại cộng đảo. ....................................................................198
Hình 7.9: Mạch khuếch đại cộng không đảo. .........................................................198
Hình 7.10: Khi cho nguồn V1 tác động, hai nguồn V2,V3 =0. ................................199
Hình 7.11: Mạch tích phân......................................................................................199
Hình 7.12: Mạch vi phân.........................................................................................200
Hình 7.13: Mạch tạo hàm mũ..................................................................................200
Hình 7.14: Mạch tạo hàm logarit. ...........................................................................201

17

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đo điện trở thuận và nghịch của diode.....................................................24 
Bảng 2.2: Bảng tham chiếu một vài loại diode.........................................................26 
Bảng 2.3: Bảng tham chiếu một vài loại diode zener. ..............................................43 
Bảng 2.4: Giá trị đo của diode quang........................................................................44 
Bảng 2.5: Giá trị điện áp làm việc của LED. ............................................................44 
Bảng 3.1: Bảng đo giá trị điện trở của transistor. .....................................................61 
Bảng 4.1: Các thông số mạng 2 cửa..........................................................................98 

18


Chương 1

CHƯƠNG 1:

VẬT LIỆU BÁN DẪN

1.1. Cấu tạo chất
1.1.1. Cấu tạo nguyên tử
Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử. Nguyên tử có hạt nhân nằm giữa mang điện
tích dương và một hoặc nhiều electron mang điện tích âm bao quanh nhân. Điện tích
của electron là: e = -1,6.10-19 Culông [1], [2].

a. Nguyên tử trung hòa
b. Ion dương
c. Ion âm
Hình 1.1: Cấu tạo nguyên tử.
Bình thường nguyên tử trung hòa về điện, xem hình 1.1a
Nếu nguyên tử bị mất electron nguyên tử trở thành ion dương, xem hình 1.1b

Nếu nguyên tử nhận electron nguyên tử trở thành ion âm, xem hình 1.1c

1.1.2. Các loại vật liệu điện
1.1.2.1. Chất dẫn điện
Các chất mà nguyên tử chỉ có một hay hai electron ở lớp ngoài cùng [1], [3].
Ví dụ 1.1 : Bạc, đồng, vàng, nhôm...

1.1.2.2. Chất cách điện
Các chất mà nguyên tử đã có đủ tám electron ở lớp ngoài cùng.
Ví dụ 1.2: Thủy tinh, sành, cao su, giấy...

1.1.2.3. Chất bán dẫn
Các chất mà nguyên tử chỉ có bốn electron ở lớp ngoài cùng.
Chất bán dẫn điện có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng lại nhỏ hơn chất cách
điện.
Ví dụ 1.3: Silicium, gecmanium...

1.1.3. Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn điện
ZGemanium = 32: tương ứng cấu hình: 1s22s22p63s23p64s23d104p2
Lớp ngoài cùng (lớp 4) có 4e
ZSilicium = 14: tương ứng cấu hình: 1s22s22p63s23p2
Lớp ngoài cùng (lớp 3) có 4e

19


Chương 1

Hình 1.2: Cấu tạo nguyên tử của silicium và gemanium.
Các nguyên tử liên kết nhau nhờ electron lớp ngoài cùng. Trong khối bán dẫn tinh

khiết các nguyên tử gần nhau sẽ liên kết cộng hóa trị với nhau. Để đạt được cấu hình
bền vững (8 electron lớp ngoài cùng) thì 4 electron của mỗi nguyên tử sẽ nối với 4
electron của 4 nguyên tử xung quanh. Như vậy chất bán dẫn điện tinh khiết có điện trở
rất lớn [1], [4].

1.2. Chất bán dẫn
1.2.1. Chất bán dẫn là gì
Chất bán dẫn là chất có tính dẫn điện mạnh hơn chất cách điện nhưng yếu hơn chất
dẫn điện [1], [2].
Tiêu biểu cho chất bán dẫn được sử dụng trong ngành kỹ thuật điện tử là
Germanium (Ge) và Silicium (Si).
Đặc điểm chung có số e trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 electron (Hoá trị 4).
Đối với chất bán dẫn tinh khiết: 4 electron của mỗi nguyên tử sẽ nối với 4 electron
của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 mối nối làm cho các electron được liên kết chặt
chẽ với nhau. Sự liên kết này làm cho các electron khó tách rời khỏi nguyên tử để trở
thành electron tự do. Như vậy chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn [1], [2], [7].

Hình 1.3: Chất bán dẫn tinh khiết Silicium.

1.2.2. Chất bán dẫn loại N (Negative: âm)
Để tạo ra chất bán dẫn loại N (chất bán dẫn âm) người ta pha thêm vào chất bán dẫn
tinh khiết các chất có cấu tạo nguyên tử với 5 electron ở lớp ngoài cùng hoá trị 5 như:
20


Chương 1
Photphore hay Asenic các nguyên tử của chất photphore có 5 electron lớp ngoài cùng
sẽ liên kết với 4 electron của 4 nguyên tử Si khác nhau, còn lại 1 electron không liên
kết sẽ trở thành 1 electron tự do như hình 1.4 [1], [2], [7].
Pha nhiều nguyên tử photphore vào silicium thì sẽ càng nhiều electron tự do.

Hình 1.4: Chất bán dẫn loại N.

1.2.3. Chất bán dẫn loại P (Positive: dương)
Để tạo ra chất bán dẫn loại P (chất bán dẫn dương) người ta pha thêm vào chất bán
dẫn tinh khiết các chất có cấu tạo nguyên tử với 3 electron ở lớp ngoài cùng hoá trị 3
như: Bore hay Indium các nguyên tử của chất indium có 3 electron lớp ngoài cùng nên
khi liên kết với 4 electron của 4 nguyên tử Si khác nhau, sẽ có một có một liên kết
thiếu 1. Chỗ thiếu electron này gọi là lỗ trống, lỗ trống của liên kết thiếu electron sẽ dễ
dàng nhận 1electron tự do như hình 1.5 [1], [2], [6].
Pha nhiều bore, indium vào silicium thì sẽ càng nhiều lỗ trống.

Hình 1.5: Chất bán dẫn loại P.
Chú ý:
Loại N hay P không có nghĩa là mang điện tích âm hay dương, mà trạng thái bình
thường cả hai đều trung hoà về điện. Loại N hay P nói lên khả năng cho/nhận electron
tự do.
21


Chương 1

BÀI TẬP CHƯƠNG 1
Câu 1.1: Chất cách điện là gì? Cho ví dụ?
Câu 1.2: Chất dẫn điện là gì? Cho ví dụ?
Câu 1.3: Chất bán dẫn là gì? Cho ví dụ?
Câu 1.4: Thế nào là chất bán dẫn loại N?
Câu 1.5: Thế nào là chất bán dẫn loại P?
Câu 1.6: Hãy cho biết các chất sau đây là chất bán dẫn loại P hay N?
a. Photphore và Asenic.

b. Silic.
c. Gecmanium.
Câu 1.7: Hãy cho biết các chất sau đây là chất bán dẫn loại P hay N?
a. Gecmanium.
b. Bore và Indium.
c. Silic.

22


Chương 2

CHƯƠNG 2:

DIODE BÁN DẪN

2.1. Diode bán dẫn
2.1.1. Hình dáng, cách thử diode
2.1.1.1. Hình dáng: Có 3 loại chính sau: [1], [2], [3]
- Diode đơn :

Hình 2.1: Hình dạng và ký hiệu của diode đơn.
- Diode đôi :

Hình 2.2: Hình dạng và ký hiệu của diode đôi.
- Diode cầu :(bridge)

Hình 2.3: Hình dạng và ký hiệu của diode cầu.

2.1.1.2. Cách thử diode: [1]

- Dùng VOM để ở tầm đo Rx100 như hình vẽ. Đo
điện trở thuận nghịch của diode.
- Đo R thuận: tức là dùng pin nội của VOM để
phân cực thuận cho diode D (chú ý: que đen ở dấu –
nối với cực dương, que đỏ ở dấu + nối với cực âm của
pin như hình vẽ.
- Đo R nghịch: bằng cách đổi ngược đầu hai que
đo.

23


Chương 2
Bảng 2.1: Đo điện trở thuận và nghịch của diode.

Trong phép đo thử diode, ta có các trường hợp sau:
Điện trở thuận và nghịch cách xa nhau như bảng ⇒ diode tốt.
Điện trở thuận và nghịch = 0 Ω ⇒ diode nối tắt.
Điện trở thuận và nghịch = ∞ Ω ⇒ diode bị đứt (hở mạch).

2.1.2. Cấu tạo và ký hiệu

Hình 2.4: Cấu tạo và ký hiệu diode.
Vùng P có nhiều lỗ trống, vùng N có nhiều electron. Khi nối nhau sẽ có vài
electron từ vùng N qua mối nối P-N tái hợp với lỗ trống của vùng P.
P và N đang trung hoà về điện, vùng N gần mối nối P-N bị mất electron nên có
điện tích dương, vùng P gần mối nối P-N nhận thêm electron nên có điện tích âm.
Hiện tượng này tiếp diễn cho tới khi điện tích âm vùng P đủ lớn đẩy electron vùng N
không cho qua mối nối P-N nữa. [1], [2].
Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối P-N gọi là hàng rào điện áp. Điện áp

thuận hàng rào có giá trị 0.3V hay 0.7V

2.1.3. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode
⎡⎛ qU
⎞⎤
iD = I DS ⎢⎜ e nKT − 1⎟ ⎥
⎢⎣⎝
⎠ ⎥⎦

Trong đó:

(2.1)

iD: Dòng điện trong Diode (A).
U: Hiệu điện thế ở hai đầu Diode (V).
IDS: Dòng điện bão hòa ngược (A).
q: Điện tích electron 1,6.10-19 J/V.
K: Hằng số Bolzman 1,38.10-23 J/0K.
N: Hằng số có giá trị trong khoảng (1÷2) phụ thuộc vào loại bán dẫn.
24


Chương 2
T = t0C + 273: nhiệt độ tuyệt đối Kelvin
Gọi điện thế nhiệt: VT =

KT
q

(2.2)

qU
⎛ nVU
⎡⎛ nkT
⎞⎤
Từ (2.1) ta có: iD = I DS ⎢⎜ e − 1⎟ ⎥ ≈ I DS ⎜ e T
⎜
⎠ ⎥⎦
⎣⎢⎝
⎝

⎞
⎟
⎟
⎠

(2.3)

Ở nhiệt độ T=3000K, tương ứng t=270C, ta có VT≈25÷26mV. Khi đó điện trở động
của Diode được tính bởi phương trình:

rd =

nVT
nV
= T
iD + I DS
iD

(Ω)

(2.4)

2.1.4. Chuyển tiếp P-N ở trạng thái đánh thủng
Phân cực ngược chuyển tiếp P-N, nếu điện áp ngược đạt tới UB (Break) khá lớn thì
dòng điện ngược tăng vọt. Hiện tượng này gọi là hiện tượng đánh thủng.

2.1.5. Đặc tuyến Volt- Ampere
Dòng điện ngược rất nhỏ cở µA, khi điện áp ngược tăng thì dòng ngược tăng dần,
và khi đạt đến giá trị Ur thì dòng ngược tăng vọt. Nếu không có biện pháp hạn chế
dòng ngược thì vượt quá công suất cho phép sẽ phá hỏng Diode.

Hình 2.5: Đặc tuyến Volt – Ampre của diode
Trong đó:
Ur: Điện áp phân cực ngược cực đại của diode; Vdmax: Điện áp phân cực
thuận cực đại của diode; Vf : Điện áp ngưỡng của diode .

2.2. Các tham số của diode [1], [2]
2.2.1. Điện trở một chiều
Rth =

U th
(vài Ω đến vài chục Ω)
I th

(2.5)

25

Chương 2
Rng =

U ng
I ng

(hàng trăm kΩ)

(2.6)

2.2.2. Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân)
rd =

dU
dI

(2.7)

⎞
⎛ ⎛⎜ qU
⎞
⎟
kT ⎛ I + I s ⎞
ln ⎜
Ta có: I = I s ⎜ e⎝ kT ⎠ − 1⎟ ⇒ U =
⎟
⎜
⎟
q
⎝ IS ⎠

⎝
⎠

rd =

dU th kT 1
kT
=
≈
dI th
q I + I s qI

Ở nhiệt độ thường (T = 3000K),

kT
25mV
≈ 25mV ⇒ rd =
(Ω )
q
I (mA)

(2.8)
(2.9)
(2.10)

Phương trình (2.10) nghĩa là rd giảm khi dòng thuận tăng.
Khi phân cực ngược, I ≈ 0, rd =

dU ng
dI ng

≈

kT
qI s

(2.11)

2.2.3. Một vài tham số giới hạn khác
Điện áp ngược cực đại cho phép Ungmax
Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax
Công suất cực đại cho phép Pmax
Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều fmax

2.2.4. Tham số vài loại diode chỉnh lưu
Bảng 2.2: Bảng tham chiếu một vài loại diode.

2.3. Phân cực Diode [1], [4]
2.3.1. Phân cực ngược
Điện tích âm của nguồn hút lỗ trống của vùng P, điện tích dương của nguồn hút
electron của vùng N, làm lỗ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên
hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống càng khó khăn. Tuy nhiên vẫn có một
dòng điện nhỏ cở µA (dòng rò) từ vùng N sang vùng P. Hiện tượng này là do trong
bán dẫn P có một ít electron và trong bán dẫn N có một ít lỗ trống gọi là hạt thiểu số,

26