Bài tập lớn môn linh kiện điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN
----------

BÀI TẬP LỚN MƠN LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Nhóm 2

Giảng viên hướng dẫn: Ngơ Thị Thu Tình

Sinh viên thực hiện:

1. Đỗ Mạnh Hùng
2. Doãn Nhật Minh
3. Nguyễn Quốc Hải
4. Nguyễn Tài Nam

Hà Nội - 2021

ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN SỐ 2
1


Tên học phần: Linh kiện điện tử
Mã học phần: DC2DT41
Hình thức đánh giá: Bài tập lớn
Thời gian thực hiện: 2 tuần

Số tín chỉ: 3
Thời gian trả lời: 30 phút

Ngành/chuyên ngành: CNKT Điện tử truyền thơng

Trình độ đào tạo: Đại học
I. NỘI DUNG:
1. Nêu ứng dụng của điện trở và trình bày cách đo điện trở bằng đồng hồ VOM.
2. Hãy so sánh 3 loại chất bán dẫn: chất bán dẫn thuần, chất bán dẫn loại N, chất
bán dẫn loại P về các mặt: đồ thị vùng năng lượng, cấu trúc tinh thể, hạt tải
mang điện.
3. Trình bày bốn chế độ hoạt động của BJT.
4. Nguyên lý hoạt động của FET (JFET (P,N), DE-MOSFET(P,N), EMOSFET(P, N)).
5. Nêu hai phương pháp kích mở SCR? Có thể dùng cực điều khiển G để dập tắt
SCR từ nối mạch về ngắt mạch được không? Hãy giải thích?
6. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch sau:

7. Cho mạch điện như hình vẽ. Hỏi
a. Mỗi tầng được phân cực kiểu gì?
b. Tính các giá trị dòng và áp 1 chiều trên các cực của Transistor và điểm làm
việc Q trong các mạch;
c. Vẽ đường tải tĩnh, xác định điểm làm việc Q trên đường tải tĩnh của từng
mạch;
d. Xác định giá trị tải một chiều trên từng tầng.

2


Biết: ECC =12V; R1 = 20KΩ;

+ECC

R2 = 2KΩ; RE = 1KΩ; RC =

RD

3KΩ; RD = 1.8KΩ; RG = 50

BJT có β= 150

RC

C2

MΩ; RS = 450Ω. JFET có IDSS
= 6mA; UGSngưỡng = UP =-4V;

R1

C3

C1
uv

RG

RS

R2

RE

Rt

ur

CE

*Sinh Viên Thực Hiện :
-Câu1,6 : Nam
-Câu 3,5:Hải
-Câu 2: Minh
-Câu 4: Hùng
-Câu 7 : Hùng , Minh

3


Câu 1. Nêu ứng dụng của điện trở và trình bày cách đo điện trở bằng đồng
hồ VOM
-Ứng dụng của điện trở:
+ Điện trở được sử dụng trong các mạch phân áp để phân cực cho Transistor đảm
bảo cho mạch khuếch đại hoặc dao động hoạt động với hiệu suất cao nhất.
+ Điện trở đóng vai trị là phần tử hạn dòng tránh cho các linh kiện bị phá hỏng
do cường độ dịng q lớn. Một ví dụ điển hình là trong mạch khuếch đại, nếu
khơng có điện trở thì Transistor chịu dịng một chiều có cường độ tương đối lớn.
+ Được sử dụng để chế tạo các dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng đèn,
…) hoặc các thiết bị trong công nghiệp (thiết bị sấy, sưởi,…) do điện trở có đặc
điểm tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt.
+ Xác định hằng số thời gian: Trong một số mạch tạo xung, điện trở được sử
dụng để xác định hằng số thời gian.
+ Phối hợp trở kháng: Để tổn hao trên đường truyền là nhỏ nhất cần thực hiện
phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào của bộ khuếch đại, giữa đầu ra
của bộ khuếch đại và tải, hay giữa đầu ra của tầng khuếch đại trước và đầu vào
của tầng khuếch đại sau.

- Cách đo điện trở bằng đồng hồ VOM:
+ Bước 1: Chuyển đồng hồ vạn năng về thang đo điện trở Ω.
+ Bước 2: Cắm que đo màu đen vào cổng chung COM, que màu đỏ cắm vào
cổng V/Ω.
+ Bước 3: Đặt hai que đo của đồng hồ vạn năng vào hai đầu điện trở để đo. Chọn
thang đo sát với giá trị đo để có kết quả đo chính xác.
+ Bước 4: Tiến hành đo lại lần thứ hai để có được kết quả điện trở chính xác
nhất.
+ Bước 5: Thơng số kết quả đo sẽ được hiển thị dạng số trên màn hình của đồng
hồ vạn năng.

4


Câu 2. Hãy so sánh 3 loại chất bán dẫn: chất bán dẫn thuần, chất bán dẫn
loại N, chất bán dẫn loại P về các mặt: đồ thị vùng năng lượng, cấu trúc tinh
thể, hạt tải mang điện
a. Chất bán dẫn thuần (chất bán dẫn tinh khiết):
- Là chất bán dẫn chưa bị pha tạp, các chất bán dẫn tinh khiết tiêu biểu như
Silicon hay Germanium đều có 4 điện tử hóa trị ở lớp ngồi cùng. Ở nhiệt độ
thấp, điện trở suất của chất bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở
suất giảm nhanh. Hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
* Hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần là các electron trong vùng dẫn và các lỗ
trống trong vùng hóa trị.
* Cấu trúc tinh thể: Ge (IV)

b. Chất bán dẫn loại N:
-  Được tạo ra khi tạp chất là một nguyên tố có 5 electron trong lớp hóa trị của
nó. Phosphor thường được sử dụng cho mục đích này. Các nguyên tử Phosphor
tham gia ngay vào cấu trúc tinh thể của Silic, mỗi nguyên tử liên kết với 4

nguyên tử Silicon liền kề giống như một nguyên tử Silicon muốn. Do nguyên tử
Phosphor có 5 electron trong vỏ hóa trị của nó, nhưng chỉ có 4 trong số chúng
được liên kết với các nguyên tử lân cận, nên electron hóa trị thứ năm bị bỏ lại
khơng có gì để liên kết.
* Hạt tải mang điện trong chất bán dẫn loại N chủ yếu là các electron (e).
* Cấu trúc tinh thể: Mạng tinh thể Ge (IV) có thêm tạp chất Sb (V)

5


* Đồ thị vùng năng lượng:

c. Chất bán dẫn loại P:
- Chất bán dẫn loại p hay chất bán dẫn dương có tạp chất là những nguyên tố
thuộc nhóm III, được tạo thành khi tạp chất như Boron chỉ có 3 electron trong
lớp vỏ hóa trị.Khi một lượng nhỏ được chất có hóa trị III được liên kết với tinh
thể, ngun tử chất đó có thể tích hợp với bốn nguyên tử Silicon theo liên kết
cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ chứa 3 electron để cung cấp nên sẽ có một lỗ
trống được tạo ra. Lỗ này mang điện tích dương nên chất bán dẫn pha tạp được
gọi là chất bán dẫn loại p.
* Hạt tải mang điện trong chất bán dẫn P chủ yếu là các lỗ trống.
* Cấu trúc tinh thể: Mạng tinh thể Ge (IV) với 1 nguyên tử In (III)

* Đồ thị vùng năng lượng:

6


Câu 3. Trình bày bốn chế độ hoạt động của BJT
- Chế độ bão hòa: tranzitor hoạt động như ngăn mạch, dòng chảy tự do từ cực thu

đến cực phát.
- Chế độ ngắt/ngưng dẫn: tranzitor hoạt động giống như hở mạch, khơng có dịng
chảy từ cực thu đến cực phát.
- Chế độ tích cực/khuếch đại: Dịng điện từ cực thu đến cực phát tỷ lệ với dòng
điện chạy vào cực nền.
- Chế độ tích cực ngược: Giống như chế độ khuếch đại dòng điện tỷ lệ
với dòng cực gốc nhưng theo chiều ngược lại. Dòng điện chảy từ cực
phát đến cực thu.
Câu 4. Nguyên lý hoạt động của FET (JFET (P,N), DE-MOSFET(P,N),
E-MOSFET(P, N).
D
*JFET Kênh P:

G

N

P

N

S

7


- Khi kênh P chưa phân cực chiều S →D
U DS < 0
+ Khi U GS = 0 thì U DS giảm → I D tăng , U DS càng giảm thì I D= I DSS
+Khi U GS > 0 thì I D giảm khi đó U GS = U GSng → I D= 0

*JFET Kênh N:

D

G

P

N

P

S
- Khi kênh N chưa phân cực chiều S →D
U DS >0
+ Khi U GS = 0 thì U DS tăng → I D tăng , U DS càng tăng thì I D= I DSS
+Khi U GS < 0 thì I D giảm khi đó miền nghèo bị mở rộng , kênh dẫn bị hẹp lại
→ I D giảm
+khi U GS giảm đến U GSng → I D = 0

8


* DE-MOSFET kênh P:
S

G

D

Kim loại

SiO2
P+

P

P+

Tiếp Xúc P-N
kênh P

Si(N)

Đế
- Khi U S = 0 chiều từ S → D ; U DS <0
- Khi U G

= 0 thì kênh dẫn có tác dụng như một điện trở

+U DS càng giảm thì I D càng tăng và khi U DS=U P thì I D= I DSS
- Khi U GS> 0 thì kênh dẫn thu hẹp lại dẫn đến I D giảm
U GS =U GSng → I D =0

- Khi U GS< 0 thì lỗ trống bị hút vào kênh dẫn dẫn đến kênh dẫn mở rộng
→ I D tăng

* DE-MOSFET kênh N:
9

S

G

D
Kim loại

SiO2
N+

N

N+

Tiếp Xúc P-N
kênh P

Si(P)

Đế
-Khi U S = 0 chiều từ S → D ; U DS >0
-Khi U G

= 0 thì kênh dẫn có tác dụng như một điện trở

+U DS càng tăng thì I D càng tăng và khi
-Khi U GS< 0 thì kênh dẫn thu hẹp lại dẫn đến
U GS =U GSng → I D =0

-Khi U GS> 0 thì lỗ trống bị hút vào kênh dẫn dẫn đến kênh dẫn mở rộng
→ I D tăng

10


* E-MOSFET kênh P:
S

G

D
Kim loại

SiO2
P

P

Tiếp Xúc P-N
Si(N)

Đế

-Chiều S →D ; U DS< 0
- Khi U GS< 0 thì U GS = U GSNg → Kênh dẫn được nối liền → xuất hiện dòng I D

* E-MOSFET kênh N:
S

G

D
Kim loại

SiO2
N

N

Tiếp Xúc P-N
Si(P)

Đế
-Chiều S →D ; U DS> 0
- Khi U GS > 0 thì U GS = U GSNg → Kênh dẫn được nối liền → xuất hiện dòng I D

11


Câu 5. Nêu hai phương pháp kích mở SCR? Có thể dùng cực điều khiển G để
dập tắt SCR từ nối mạch về ngắt mạch được khơng? Hãy giải thích?
* Phương pháp 1: Thứ nhất, có thể tăng điện áp anode-cathode cho đến khi đạt đến
giá trị điện áp thuận lớn nhất.Điện trở tương đương trong mạch anode-cathode sẽ
giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định.
* Phương pháp 2: Phương pháp thứ hai, được áp dụng trong thực tế, là đưa một
xung dịng điện có giá trị nhất định vào các cực điều khiển anode và cathode. Xung
dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở
kháng thấp ở mức điện áp anode-cathode nhỏ.
IA

A

IG

G
Cổng
(Gate)

P
N

VAK

P
N

RG

RA
K

VGG

V
a

* Không thể dùng cực điều khiển G để dập tắt SCR từ nối mạch về ngắt mạch vì khi
kích mở SCR nếu dòng qua anode-cathode lớn hơn 1 giá trị nhất định thì SCR sẽ
tiếp tục ở trạng thái mở dẫn dịng mà khơng cần đến sự phụ thuộc của xung dòng

điều khiển.

12


Câu 6. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch sau

Mạch này là một ví dụ về đèn dimmer đơn giản. Góc dẫn triac được điều chỉnh bằng
cách điều chỉnh chiết áp R. Độ dẫn của triac càng dài thì đèn càng sáng. Các diac
hoạt động như một mạch mở (open-circuit) cho đến khi điện áp trên tụ điện vượt
quá điện áp chuyển đổi (và điện áp cần để kích hoạt cổng gate của triac).

Câu 7. Cho mạch điện như hình vẽ. Hỏi:
a. Mỗi tầng được phân cực kiểu gì?
b. Tính các giá trị dịng và áp 1 chiều trên các cực của Transistor và điểm làm
việc Q trong các mạch;
c. Vẽ đường tải tĩnh, xác định điểm làm việc Q trên đường tải tĩnh của từng
mạch;
d. Xác định giá trị tải một chiều trên từng tầng.
Biết: ECC =12V; R1 = 20KΩ;

+ECC

R2 = 2KΩ; RE = 1KΩ; RC =

RD

3KΩ; RD = 1.8KΩ; RG = 50
MΩ; RS = 450Ω. JFET có
IDSS = 6mA; UGSngưỡng = UP =4V; BJT có β= 150

R1

RC

C2
C3

C1
uv

RG

RS

R2

RE

Rt

ur

CE

13


Giải
a, BJT phân cực theo kiểu phân áp

JFET Phân cực theo kiểu tự động
b,
*BJT:
Ta Có ꞵ R E ≥ 10 R2 ↔ 150.1000 Ω ≥ 2000 Ω
↔ IB
0

3
R2
ECC = 2.10 3 . 12 = 1,09 V
.
R 1+ R 2
22.10
→ U E = U B - U BE = 1,09-0,7 = 0,39 V
0,39
→ I EQ =
= 0,39 . 10−3A
1.103

UB =

→ I BQ =

I EQ
0,39 .10−3
=
= 1,58. 10−6 A
ꞵ+ 1
151

→ I CQ = ꞵ . I BQ = 150. 1,58. 10−6 = 0,38 . 10−3 A
→ U C = ECC - I C. RC = 12- 0,38 . 10−3.3. 103= 10,86V
→ U CE = U C - U E = 10,86 – 0,39 = 10,47 V
→ Q 1 ( I CQ ; U CE) = ( 0,38 . 10−3A ; 10,47 V )

*JFET:
Có U G = 0 → U GS = −U S = - I D . RS
I D . RS 2
I D .450 2
−3
I D = I DSS . (1+
) = 6. 10 . (1+
)
U GS ng
−4
↔

500
I = (1−112,5 I D )2
3 D

↔ 12656,25 I D2 -

1175
I D +1 = 0
3

14

↔

I D 1 = 0,028 A ( L)
I D 2 = 2,8. 10−3 A( T/m)

→ U DS = ECC - I D ( RS + RD)

= 12 - 2,8 . 10−3 . ( 450+ 1,8. 103)
= 5,7 V
U S = 2,8 . 10−3 . 450 = 1,26 V
U D = ECC - I D . RD = 12- 2,8 . 10−3 .1,8 . 103)= 6,96 V
→ Q 2 ( I D ; U DS) = ( 2,8 . 10−3 A ; 5,7 V )

c,
*BJT:
Phương trình đường tải tĩnh :
ECC = I C. RC + U CE + I E . R E
↔ ECC - U CE = I C. RC +

I C ( mA )

IC
. RE
α

3

−U CE
ECC
↔IC =

RE +
RE
(R¿¿ C + ) ¿
(R¿¿ C + ) ¿
α
α
U CE (V )
↔IC =

−U CE
4 .10

3

+

Q1

0,38

12
4. 103

10,47

12

*JFET:
Phương trình đường tải tĩnh : ECC = I D. ( R D + R S) + U DS
↔ ID =

−U DS
ECC
+
RD+ RS
RD+ RS

15


↔ ID =

−U DS
12
+ 2250
2250

5,3
2,8

I D (mA)
Q2
U DS(V)

5,7

12

c, *BJT: giá trị tải một chiều là Rtải = 4 .10 3 Ω
*JFET: giá trị tải một chiều là Rtải= 2250 Ω

16