Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình điện tử cơ bản 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
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN HUỲNH ĐỨC CHẤN Tháng 07/2014 LỜI NĨI ĐẦU Giáo Trình Điện tử tập thể giáo viên môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, Khoa Cơ Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai biên soạn biên dịch Giáo trình sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên khối ngành kỹ thuật ngành có liên quan đến kỹ thuật Nội dung giáo trình đề cặp cách có hệ thống tổng hợp kiến thức đại làm tảng cho việc học tập mơn chun ngành Giáo trình biên soạn bổ sung hiệu đính với hổ trợ bạn đồng nghiệp dựa tài liệu tham khảo giảng thầy Phan Như Quân Trường Đại Học Lạc Hồng, Trương Thị Bích Ngà thầy Nguyễn Đình Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đại học khác Mỹ Giáo trình này, chúng tơi hệ thống lại tồn mạch điện điện tử nhất, xếp trình tự logic hợp lý xun suốt tồn trình, dẫn dắt sinh viên vào giới kì diệu nguyên tử làm quen với cặp điện tử lỗ trống phần tử bé nhỏ trừu tượng nhất, cấu hình tinh thể chất rắn tạo thành linh kiện bán dẫn Nội dung sách chia thành chương sau: Chương 1: Cấu tạo chất, giới thiệu cho sinh viên cấu trúc vật liệu bán dẫn phần tử nhỏ làm vĩ đại nhất, vận hành chuyển tiếp P-N trình trao đổi lượng trung hòa điện tử lổ trống làm nên đặc tính dẫn điện chiều chuyển tiếp P-N, thành phần cốt lõi linh kiện bán dẫn Chương 2: Diode bán dẫn, giới thiệu linh kiện bán dẫn có cấu tạo chuyển tiếp P-N mạch ứng dụng thực tế diode Chương 3: Transistor lưỡng cực (BJT), giới thiệu linh kiện bán dẫn có cực tính, transistor lưỡng cực mạch phân cực cho BJT Đây linh kiện bán dẫn mạch điện tử mạch khiển sau Chương : Tham số H mạch tương đương transistor, giới thiệu mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, thành phần cốt yếu tất hệ thống mạch khuếch đại âm tần, hệ thống tương tự số, hệ thống điều khiển tự động, cơng nghệ viễn thơng tự động hóa Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET), giới thiệu linh kiện ứng dụng rộng rãi đặc biệc việc chế tạo vi mạch đại có kích thước nhỏ cỡ nanơ mét transistor trường FET Họ linh kiện FET, MOSFET linh kiện thống lĩnh công nghệ kỹ thuật số giới Chương 6: Ghép tầng, giới thiệu mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ, dạng ghép tầng khuếch đại hệ thống khuếch đại thành phần cốt yếu tất hệ thống mạch khuếch đại âm tần, hệ thống tương tự số, hệ thống điều khiển tự động, công nghệ viễn thơng tự động hóa Chương 7: Khuếch đại thuật toán OP-AM, giới thiệu tổ hợp mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại trung gian mạch phối hợp trở kháng ngõ 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 tảng cho môn học điện tử bản, điện tử công suất, thiết kế vi mạch, mạch điều khiển môn chuyên ngành năm cuối Theo chương trình đào tạo hệ tín chỉ, học sinh viên phải gấp đơi số học lớp biên soạn sách đúc kết tổng hợp đọng ý logic để bước hướng dẫn sinh viên củng cố giảng Phần tập có chương mục giúp sinh viên tự đánh giá kết tự đọc hiểu mình, củng cố thêm kiến thức tảng vô quan trọng tương lai Thay mặt nhóm biên soạn, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến đồng nghiệp môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, đặc biệt giảng viên Phan Như Quân giáo viên khoa Cơ Điện-Điện Tử, cựu sinh viên giúp đỡ tư vấn đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành sách Do thời gian hạn chế, chắn sách không tránh khỏi sơ suất nhỏ Chúng mong nhận nhiều ý kiến đóng góp bạn đọc để tái tốt Địa liên hệ: Bộ Môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, khoa Cơ Điện- Điện Tử Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai Địa mail: Huynhducchan@gmail.com Chủ biên ThS Huỳnh Đức Chấn Danh mục 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 cơng suất Av Độ lợi điện áp B Base Cực 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 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 chiều DCLL Direct Curent Load Line Đường tải 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 Danh mục 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 IC Dòng điện cực thu IC Integrated circuit Mạch tích hợp ICBO Dòng rò C B ICEO Dòng điện rò cực C E ID Dòng điện qua diode IDSS Dòng điện cực 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 cao Na Nồng độ tạp chất nhận Nd Nồng độ tạp chất cho nN Nồng độ điện tử chất bán dẫn loại N nP Nồng độ điện tử chất bán dẫn loại P N Op-Amp Operational amplifier Mạch khuếch đại thuật toán Danh mục từ viết tắt P+ Bán dẫn loại P pha tạp cao P++ Bán dẫn loại P pha tạp cao PCmax Công suất tiêu tán cực đại cực C PDmax Công suất cực đại 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 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 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 chất bán dẫn điện 19 1.2 Chất bán dẫn 20 1.2.1 Chất bán dẫn .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 ký hiệu 24 2.1.3 Quan hệ điện áp dòng điện Diode 24 2.1.4 Chuyển tiếp P-N trạng thái đánh thủng 25 2.1.5 Đặc tuyến Volt- Ampere 25 2.2 Các tham số diode .25 2.2.1 Điện trở 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 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 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 tồn 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 tồn kỳ) có tụ lọc 32 2.5.7 Mạch nhân đôi điện áp .32 2.5.8 Mạch xén mức 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 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 transistor 58 3.1.1 Cấu tạo, ký hiệu 58 3.1.2 Nguyên lý làm việc transistor loại NPN 58 3.1.3 Nguyên lý làm việc transistor loại PNP .59 3.1.4 Hình dáng cách thử 60 3.1.5 Đặc tính kỹ thuật transistor 61 3.1.6 Các thông số kỹ thuật transistor 63 3.2 Mạch phân cực cho transistor 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 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 mạch tương đương transistor 98 4.1.1 Tham số H 98 4.1.2 Mạch tương đương Transistor .99 4.2 Ba mạch ráp transistor 100 4.2.1 Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CE .100 4.2.2 Tính tốn thơng số xoay chiều mạch 100 4.2.3 Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CB 101 4.2.4 Tính tốn thơng số xoay chiều mạch 101 4.2.5 Mạch khuếch đại dùng transistor ghép kiểu CC 102 4.2.6 Tính tốn thơng số xoay chiều mạch 103 CHƯƠNG 5: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG (FET) 123 5.1 Transistor hiệu ứng trường 123 5.1.1 Phân loại điểm (FET: Field Effect Transistor) 123 5.1.2 Ký hiệu .123 5.2 Cấu tạo 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 < 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 ba mạch 128 5.4.1 Mạch tương đương FET 128 5.4.2 Ba mạch FET 129 CHƯƠNG 6: MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP LIÊN TẦNG 153 6.1 Tổng quan 153 6.2 Đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép tầng .154 6.3 Mạch khuếch đại ghép tụ liên lạc (ghép RC) 154 6.3.1 Giới thiệu 154 6.3.2 Khảo sát thông số mạch chế độ AC 155 6.3.3 Đáp ứng tần số mạch ghép RC 157 6.3.4 Ưu nhược điểm mạch khuếch đại ghép tầng RC 157 6.4 Mạch khuếch đại ghép trực tiếp 157 6.4.1 Ưu nhược điểm mạch ghép tầng trực tiếp 158 6.4.2 So sánh đáp ứng tần số mạch ghép tầng 159 6.5 Khuếch đại ghép Darlington 171 6.5.1 Giới thiệu 171 6.5.2 Phân tích mạch chế độ DC 173 6.5.3 Phân tích mạch chế độ AC 175 6.6 Mạch khuếch đại ghép vi sai 177 6.6.1 Đặc điểm mạch khuếch đại vi sai trạng thái cân bằng177 6.6.2 Phân cực mạch chế độ DC 178 6.6.3 Khảo sát thông số mạch 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 thơng số Opamp lý tưởng .195 7.3 Các mạch ứng dụng 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 1.3 Transistor NPN D468: 212 1.4 Transistor NPN BC547: 213 1.5 Transistor PNP B562: 214 1.6 Transistor PNP A1015: 215 1.7 IC ổn áp 78XX: 216 1.8 IC ổn áp 79XX: 217 1.9 IC ổn áp LM317: 218 1.10 IC Opamp LM741: 219 1.11 IC Opamp LM324: 220 1.12 IC LA4440: 221 Các mạch điện- điện tử ứng dụng thực tế 2.1 Mạch Micro không dây (dạng 1): 2.2 Mạch Micro không dây (dạng 2): 222 2.3 Mạch bảo vệ áp: 2.4 Mạch sạc điện thoại: 2.5 Mạch điều khiển tốc độ quạt: 223 2.6 Mạch khuếch đại công suất âm tần 150W: 2.7 Mạch khuếch đại công suất dùng IC LA4440: 2.8 Mạch nguồn ổn áp dùng IC: 224 2.9 Mạch ổn áp bảo vệ ngắn mạch: 225 2.10 Mạch khuếch đại công suất âm tần: 2.11 Mạch cảm biến ánh sáng: 226 ...LỜI NĨI ĐẦU Giáo Trình Điện tử tập thể giáo viên môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, Khoa Cơ Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai biên soạn biên dịch Giáo trình sử dụng làm... khác Mỹ Giáo trình này, chúng tơi hệ thống lại tồn mạch điện điện tử nhất, xếp trình tự logic hợp lý xun suốt tồn q trình, dẫn dắt sinh viên vào giới kì diệu nguyên tử làm quen với cặp điện tử lỗ... xin gửi lời cám ơn chân thành đến đồng nghiệp môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, đặc biệt giảng viên Phan Như Quân giáo viên khoa Cơ Điện- Điện Tử, cựu sinh viên giúp đỡ tư vấn đóng góp nhiều ý kiến quý