Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử gồm các nội dung chính như: Linh kiện thụ động; Linh kiện tích cực; Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ; Mạch khuếch đại công suất; Thyristor. Mời các bạn cùng tham khảo!
LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
Điện trở
1 Khái niệm Điện trở đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần năng lượng điện sẽ bị tiêu hao để duy trì mức độ chuyển dời của dòng điện Nói một cách khác thì khi điện trở càng lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược lại khi điện trở nhỏ thì dòng điện dễ dàng được truyền qua
Khi dòng điện cường độ I chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành nhiệt năng với công suất theo phương trình sau: P = I 2 R
P là công suất, đo theo W
I là cường độ dòng điện, đo bằng A
R là điện trở, đo theo Ω Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây và được tính theo công thức sau: R = ρ L / A, trong đó ρ là điện trở suất của chất liệu, L là chiều dài của dây và A là tiết diện ngang Chất liệu có điện trở suất thấp cho điện trở nhỏ; khi tăng L hoặc giảm A sẽ làm tăng điện trở, ảnh hưởng đến sự truyền tải điện năng và hiệu suất mạch Việc hiểu R giúp thiết kế hệ thống điện an toàn và tối ưu.
ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
R là điện trở đơn vị là Ohm
2 Cách đọc giá trị điện trở
Cách đọc giá trị các điện trở thông thường được phân làm hai cách đọc, tùy theo ký hiệu có trên điện trở Có thể đọc theo mã màu với các vạch màu trên thân điện trở để xác định giá trị và độ chính xác, hoặc đọc theo ký hiệu in sẵn trên điện trở (nếu có ký hiệu chữ hoặc số) Dưới đây là hình minh họa về cách đọc điện trở theo vạch màu trên điện trở.
Đối với các điện trở có giá trị được định nghĩa theo vạch màu, ta có ba loại điện trở phổ biến là điện trở 4 vạch màu, điện trở 5 vạch màu và điện trở 6 vạch màu Mỗi loại có cách giải mã riêng để xác định giá trị điện trở và các tham số liên quan: điện trở 4 vạch màu giải mã bằng hai chữ số đầu tiên, chữ số thứ ba là hệ số nhân và chữ số thứ tư là sai số; điện trở 5 vạch màu giải mã bằng ba chữ số đầu tiên, chữ số thứ tư là hệ số nhân và chữ số thứ năm là sai số; điện trở 6 vạch màu thêm một vạch cho biết hệ số nhiệt độ Việc nhận diện đúng các vạch màu của từng loại giúp đảm bảo tính chính xác của giá trị điện trở trong thiết kế mạch và tối ưu hóa hiệu suất.
4 vạch màu và 5 vạch màu được chỉ ra trên hình vẽ Khi đọc các giá trị điện trở 5 vạch màu và 6 vạch màu, chúng ta cần lưu ý một chút vì có sự khác biệt về quy ước giữa các loại điện trở màu khác nhau Tuy nhiên, cách đọc điện trở màu dựa trên các giá trị màu sắc được ghi trên điện trở theo thứ tự từ trái sang phải: đối với điện trở 4 vạch màu, hai vạch đầu tiên là chữ số, vạch thứ ba là hệ số nhân và vạch thứ tư là độ dung sai; đối với điện trở 5 vạch màu, ba vạch đầu tiên là chữ số, vạch thứ tư là hệ số nhân và vạch thứ năm là độ dung sai; đối với điện trở 6 vạch màu, ba vạch đầu tiên là chữ số, vạch thứ tư là hệ số nhân, vạch thứ năm là độ dung sai và vạch thứ sáu là hệ số nhiệt (ppm/K) Những quy tắc này giúp người đọc điện trở màu xác định giá trị một cách nhanh chóng và chính xác khi thiết kế mạch.
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở Đối với điện trở 5 vạch màu
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở
Ví dụ như trên hình vẽ, điện trở 4 vạch màu ở phía trên được giải mã theo bảng màu với các màu xanh lá cây (5), xanh da trời (6), vàng (10^4) và nâu (sai số 1%), cho ra giá trị 56×10^4 Ω, tương đương 560 kΩ, với sai số điện trở là 1%.
Đỏ, Cam, Tím, Đen và Nâu lần lượt tương ứng với các chữ số 2, 3, 7, 0 và 1% (tolerance) Như vậy giá trị điện trở là 237 × 10^0 Ω (237 Ω) với sai số ±1%.
Khi phân loại điện trở, người ta thường dựa vào công suất mà phân loại điện trở
Và theo cách phân loại dựa trên công suất, thì điện trở thường được chia làm 3 loại:
- Điện trở công suất nhỏ
- Điện trở công suất trung bình
- Điện trở công suất lớn
Tuy nhiên, do ứng dụng thực tế và do cấu tạo riêng của các vật chất tạo nên điện trở nên thông thường, điện trở được chia thành 2 loại:
- Điện trở: là các loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ hay là các điện trở chỉ cho phép các dòng điện nhỏ đi qua
Điện trở công suất là loại điện trở được dùng trong các mạch điện tử có dòng điện lớn đi qua Khi mạch hoạt động, chúng sinh ra một lượng nhiệt năng khá lớn, vì vậy chúng được chế tạo từ các vật liệu chịu nhiệt và có thiết kế tản nhiệt hiệu quả để đảm bảo an toàn và độ bền cho hệ thống Nhờ khả năng xử lý công suất cao và độ tin cậy, điện trở công suất là thành phần quan trọng trong ứng dụng điện tử công suất và nguồn điện, giúp mạch làm việc ổn định.
Tụ điện
1 Cấu Tạo, Hình Dáng Của Tụ Điện
Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi
Trong công nghệ tụ điện, người ta thường dùng giấy, gốm, mica và giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi Các chất điện môi này quyết định đặc tính và phân loại của tụ điện, nên các tụ được đặt tên theo chất điện môi như tụ giấy, tụ gốm và tụ hoá.
Hình dáng thực tế của tụ điện
Hình dạng của tụ gốm Hình dạng của tụ hoá
2 Điện Dung, Đơn Vị, Ký Hiệu
Điện dung là đại lượng cho biết khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện Giá trị điện dung phụ thuộc vào diện tích bản cực, chất liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực Theo công thức C = ε0 εr A / d, với ε0 là hằng số điện môi chân không, εr là hằng số điện môi của chất điện môi, A là diện tích bản cực và d là khoảng cách giữa hai bản cực, do đó tăng diện tích hoặc giảm khoảng cách sẽ làm tăng điện dung.
Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F) ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện d : là chiều dày của lớp cách điện
S : là diện tích bản cực của tụ điện
Đơn vị đo điện dung của tụ điện là Farad (F) 1 F là một giá trị rất lớn và hiếm khi được sử dụng trực tiếp trong thực tế, nên người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như microfarad (µF), nanofarad (nF) và picofarad (pF) để mô tả điện dung cho các thiết kế mạch.
* Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor)
Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý
Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ , nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều
Minh hoạ về tính chất phóng nạp của tụ điện
Quá trình nạp điện cho tụ điện diễn ra khi công tắc K1 được đóng: dòng điện từ nguồn U chạy qua bóng đèn rồi nạp vào tụ điện, từ đó bóng đèn sáng lên trong thời gian dòng nạp còn tồn tại Khi tụ điện đã đầy, dòng nạp sẽ giảm về 0 và bóng đèn tắt, cho thấy quá trình nạp điện đã hoàn tất.
Hiệu ứng phóng điện của tụ điện xảy ra khi tụ đã nạp đầy và công tắc K1 được mở, K2 được đóng Lúc này dòng điện từ cực dương của tụ phóng qua bóng đèn về cực âm, khiến bóng đèn loé sáng ngay lập tức Quá trình phóng điện diễn ra cho đến khi tụ điện xả hết điện tích, khi đó bóng đèn sẽ tắt.
=> Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu
Tụ hoá (tụ có phân cực) là loại tụ điện có phân cực, với hai cực âm (-) và dương (+), và thường có hình dạng hình trụ Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ, giúp người dùng nhận diện và tra cứu thông số nhanh chóng khi thiết kế và sửa chữa mạch điện.
Tụ hoỏ ghi điện dung là 185 àF / 320 V
Tụ điện phân là tụ có phân cực âm dương Tụ điện phân có trị số lớn và phổ giá trị từ 0,47 µF đến khoảng 4.700 µF Tụ điện phân thường được dùng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn Tụ điện phân luôn có hình trụ.
Tụ hoá - Là tụ có phân cực âm dương
Tụ Non polar (Tụ không phân cực ):
Các loại tụ giấy, tụ gốm và tụ mica là tụ không phân cực, có điện dung nhỏ thường từ 0,47 µF trở xuống Vì đặc tính không phân cực, chúng được sử dụng phổ biến trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu để giảm thiểu nhiễu và tạp âm.
Tụ gốm - là tụ không phân cực
Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu
Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu
Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )
Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là Giá trị = 47 x 10 4 470000 p ( Lấy đơn vị là picụ Fara) = 470 n Fara = 0,47 àF
Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện
* Thực hành đọc trị số của tụ điện
Cách đọc trị số tụ giấy và tụ gốm Chú ý : chữ K là sai số của tụ 50V là điện áp cực đại mà tụ chịu được
* Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thập phân và lấy đơn vị là MicroFara
Một cách ghi trị số khác của tụ giấy và tụ gốm
Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ là thể hiện khả năng chịu áp của tụ điện Bất kể loại tụ điện nào, thông số điện áp được ghi ngay sau giá trị điện dung, và đây chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được Quá điện áp vượt quá giá trị này sẽ khiến tụ bị hỏng và có thể nổ Vì vậy, khi lựa chọn tụ cho mạch, cần dựa vào điện áp danh định để đảm bảo an toàn, ổn định và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần
Ví dụ mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V vv
Tụ xoay, hay còn gọi là tụ điện biến thiên, là một loại tụ điện có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, từ đó điều chỉnh tần số cộng hưởng của mạch khi dò đài Tụ này thường được lắp trong radio để người dùng có thể thay đổi tần số nhận, tối ưu hóa quá trình dò đài và thu sóng ở tần số mong muốn Nhờ khả năng biến thiên điện dung khi xoay, tụ xoay cho phép mạch RF đạt tới tần số cần để nhận tín hiệu mạnh và rõ hơn.
Tụ xoay sử dụng trong Radio
Cuộn dây
Cuộn cảm là một thiết bị điện từ được cấu thành từ nhiều vòng dây quấn lại với nhau, và dây quấn được sơn emay cách điện để ngăn ngừa tiếp xúc giữa các vòng Lõi cuộn có thể là không khí hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hoặc lõi thép kỹ thuật, nhằm điều chỉnh từ thông và cảm kháng của cuộn cảm tùy vào mục đích sử dụng.
Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit
Trong sơ đồ mạch, ký hiệu cuộn dây được sử dụng để phân biệt các loại cuộn dựa trên lõi và khả năng điều chỉnh từ thông L1 biểu thị cuộn dây lõi không khí, thích hợp cho các mạch RF nhờ đặc tính từ tính không có lõi từ; L2 là cuộn dây lõi ferit, cho cảm ứng cao và giảm tổn hao ở tần số cao; L3 đại diện cho cuộn dây có lõi chỉnh, cho phép điều chỉnh từ thông và mức cảm ứng bằng việc thay đổi lõi hoặc vị trí chỉnh; L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật, dùng khi cần công suất và dung lượng từ lớn Việc hiểu rõ ký hiệu L trên sơ đồ giúp thiết kế mạch hiệu quả, phân tích tín hiệu và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
2.Các đại lƣợng đặc trƣng
13 a Hệ số tự cảm ( định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua
L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H) n : là số vòng dây của cuộn dây l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m)
S là tiết diện của lõi, tính bằng mét vuông (m²) μr là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều.
Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn dây với dòng điện xoay chiều
Trong đó : ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω f : là tần số đơn vị là Hz
L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry
Thí nghiệm minh họa cho thấy mạch gồm cuộn dây nối tiếp với bóng đèn và nguồn 12V được điều khiển bằng các công tắc K1, K2, K3 để chọn tần số khác nhau; khi K1 đóng dòng điện một chiều đi qua cuộn dây và bóng đèn với công suất cao nhất do ZL = 0, nên bóng đèn sáng nhất Khi K2 đóng, dòng điện xoay chiều ở 50 Hz đi qua cuộn dây và ZL tăng lên nên bóng đèn sáng yếu hơn Khi K3 đóng, dòng điện xoay chiều ở 200 Hz đi qua cuộn dây với ZL cao nhất khiến bóng đèn sáng yếu nhất.
Kết luận: Cảm kháng của cuộn dây tỉ lệ với hệ số tự cảm L và tần số của dòng điện xoay chiều, nghĩa là với tần số càng cao thì dòng điện qua cuộn dây càng khó; dòng điện một chiều có f = 0 Hz nên cuộn dây có cảm kháng ZL bằng 0 Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng; thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần nhỏ, cho thấy độ hao tổn và hiệu suất của cuộn được lưu ý.
Trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng; điện trở thuần còn được gọi là điện trở tổn hao, vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.
* Cuộn dây nạp năng lương : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức
Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây cho thấy khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại sự tăng đột ngột của dòng điện, khiến bóng đèn sáng từ từ Khi K1 vừa ngắt và K2 đóng, năng lượng nạp trong cuộn dây được biến đổi thành điện áp cảm ứng ngược, phóng qua bóng đèn và làm bóng đèn lóe sáng Đó là hiện tượng cuộn dây xả điện.
Loa là một ứng dụng của cuộn dây và từ trường
Cấu tạo và hoạt động của Loa ( Speaker )
Cấu tạo của loa gồm một nam châm hình trụ hai cực lồng vào nhau: cực N nằm ở giữa và cực S ở xung quanh, tạo thành khe từ giữa hai cực với từ trường khá mạnh Trong khe từ này có cuộn dây được gắn với màng loa và đặt trong từ trường, khi nhận tín hiệu điện cuộn dây dao động và tác động lên màng loa Màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm, giúp màng dao động ra vào dễ dàng và truyền âm thanh hiệu quả.
Hoạt động của loa dựa trên nguyên lý tương tác từ trường giữa cuộn dây và nam châm cố định Khi cho dòng điện âm tần (điện xoay chiều từ 20 Hz đến 20 kHz) chạy qua cuộn dây, nó sinh ra một từ trường biến thiên Từ trường này tác động lên từ trường cố định của nam châm, tạo ra lực từ đẩy hoặc kéo lên xuống lên cuộn dây Nhờ đó cuộn dây và màng loa dao động theo nhịp của dòng điện, biến đổi dao động điện thành âm thanh và phát ra âm thanh tới tai người nghe.
Chú ý an toàn cho loa: Tuyệt đối không đưa dòng điện một chiều (DC) vào loa, vì DC chỉ tạo từ trường cố định và cuộn dây loa sẽ lệch về một phía rồi dừng lại; khi đó dòng điện một chiều qua cuộn dây không có điện áp cảm ứng ngược lại sẽ tăng lên và gây quá tải, dẫn tới cháy cuộn dây loa.
Về cơ bản, micro là một chiếc loa thu nhỏ Về cấu tạo, micro giống loa nhưng có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn rất nhiều, vì vậy trở kháng của cuộn dây micro rất lớn, khoảng 600 Ω (trở kháng loa từ 4 Ω - 16 Ω) Ngoài ra màng mic được thiết kế rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào Loa là thiết bị để chuyển đổi dòng điện thành âm thanh, còn micro thì ngược lại: micro đổi âm thanh thành dòng điện âm tần.
Rơ-le là một ứng dụng quan trọng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử Nguyên lý hoạt động của rơ-le là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây; từ trường này sinh ra lực cơ học để thực hiện các động tác cơ khí như đóng mở công tắc và điều khiển hành trình của các thiết bị tự động.
Biến áp
Biến áp là thiết bị dùng để biến đổi điện áp xoay chiều (AC) Cấu tạo của biến áp gồm hai cuộn chính: cuộn sơ cấp nhận điện áp vào và cuộn thứ cấp lấy điện áp ra sử dụng, được quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit Nguyên lý hoạt động dựa trên cảm ứng từ, giúp biến đổi biên độ điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp để phù hợp với các ứng dụng truyền tải, phân phối và điện gia dụng.
Ký hiệu của biến áp
2 Tỷ số vòng/vol của biến áp
Gọi n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp
U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp
U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp
Ta có các hệ thức như sau :
U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn
U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ
3 Biến áp xung, cao áp
* Biến áp nguồn và biến áp âm tần:
Biến áp nguồn Biến áp nguồn hình xuyến
Biến áp nguồn là thành phần phổ biến trong Cassette và ampli, hoạt động ở tần số điện lưới 50 Hz Lõi biến áp được chế tác từ các lá Tônsilic hình chữ E và I ghép lại, tạo nên cấu trúc lõi E-I quen thuộc nhằm tăng hiệu quả từ và giảm hao phí Biến áp này có tỷ số vòng/vol lớn, cho phép điều chỉnh điện áp và công suất cấp cho các mạch khuếch đại và tải.
Biến áp âm tần được sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch khuyếch đại công suất âm tần Nó cũng dùng lá Tônsilic làm lõi từ như biến áp nguồn, nhưng lá Tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để giảm tổn hao Biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn so với biến áp nguồn, vì vậy có số vòng dây thấp hơn Khi thiết kế biến áp âm tần, người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1 kHz đến 3 kHz.
* Biến áp xung & Cao áp
Biến áp xung Cao áp
1 Nêu khái niệm, phân loại điện trở
2 Hãy nêu cách đọc giá trị điện trở 4 vòng màu, 5 vòng màu?
3 Nêu cấu tạo tụ điện, phân loại tụ điện
4 Hãy nêu cách xác định giá trị tụ điện?
5 Hãy nêu cấu tạo biến áp?
6 Hãy nêu nguyên tắc nạp xả điện của cuộn dây?
LINH KIỆN TÍCH CỰC
Chất bán dẫn
1 Khái niệm chất bán dẫn
Chất bán dẫn là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất các loại linh kiện bán dẫn như đi-ốt (diode), transistor và IC (mạch tích hợp), những thành phần cốt lõi có mặt trong hầu hết thiết bị điện tử ngày nay Nhờ chất bán dẫn, các linh kiện này có thể điều khiển và khuếch đại tín hiệu, giúp các thiết bị từ điện thoại di động đến máy tính và hệ thống tự động hóa vận hành hiệu quả Sự hiện diện của chất bán dẫn làm nền tảng cho công nghệ điện tử hiện đại, tạo nên hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng tối ưu và khả năng tích hợp cao của các thiết bị điện tử.
Chất bán dẫn là những chất có đặc tính trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Về mặt hóa học, chúng có bốn electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử, điển hình là Germanium (Ge) và Silicium (Si).
Để chế tạo các thiết bị bán dẫn, từ chất bán dẫn tinh khiết người ta tạo ra hai loại bán dẫn là N-type và P-type Bằng cách ghép các miếng bán dẫn loại N và loại P lại với nhau theo cấu trúc PN, ta thu được diode và transistor Những thiết bị này đóng vai trò nền tảng trong công nghệ điện tử hiện đại, cho phép điều khiển và khuếch đại dòng điện trong các mạch điện.
Cả silicon (Si) và germanium (Ge) đều có hóa trị 4, tức là lớp ngoài cùng chứa 4 electron Ở thể tinh khiết, các nguyên tử Si và Ge liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết cộng hóa trị như hình dưới.
Chất bán dẫn tinh khiết
Khi pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si, một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si bằng liên kết cộng hoá trị Phospho có 5 electron hoá trị, 4 electron tham gia liên kết với Si và còn dư một electron tự do Electron dư này có thể di chuyển trong chất bán dẫn, làm nó thừa điện tử và trở thành bán dẫn loại N (Negative/âm).
Ngược lại, khi pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si, một nguyên tử Indium sẽ thay thế một nguyên tử Si trong mạng tinh thể và liên kết với bốn nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị Liên kết này bị thiếu một điện tử nên trở thành lỗ trống mang điện dương, và như vậy chất bán dẫn trở thành chất bán dẫn P Đây là cơ chế hình thành vùng P trong bán dẫn, nơi các lỗ trống đóng vai trò là các hạt mang điện dương, được ứng dụng trong cấu tạo diode và transistor.
Diode
1.Cấu tạo Và tiếp giáp P-N
Khi ghép hai chất bán dẫn P và N thành một tiếp giáp P-N, ta được một diode P-N Ở bề mặt tiếp xúc, các electron dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp đầy các lỗ trống, từ đó hình thành một lớp ion trung hoà về điện Lớp ion này tạo thành một miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode
* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn
Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn
2.Phân cực thuận cho diode
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (−) vào Katôt (vùng bán dẫn N), trường điện tác động khiến miền cách điện giữa hai vùng P–N thu hẹp lại Khi hiệu điện thế giữa hai cực đạt 0,6 V đối với diode Si hoặc 0,2 V đối với diode Ge, miền depletion bị xóa và diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng nguồn điện áp, dòng qua diode sẽ tăng nhanh nhưng điện áp giữa hai cực vẫn giữ ở mức xấp xỉ 0,6 V (đối với Si) hoặc 0,2 V (đối với Ge).
Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode
Kết luận: Với diode silicon (Si) được phân cực thuận, điện áp phân cực thuận dưới 0,6 V không cho dòng điện chạy qua; khi điện áp phân cực thuận đạt khoảng 0,6 V, dòng điện qua diode bắt đầu lưu thông và tăng nhanh, nhưng sụt áp thuận vẫn duy trì ở mức khoảng 0,6 V.
Phân cực ngược cho diode xảy ra khi cấp nguồn (+) vào cathode (bán dẫn N) và nguồn (-) vào anode (bán dẫn P) Dưới sự tác động của điện áp ngược, miền cách điện mở rộng, ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp xúc PN Vì vậy, diode có thể chịu được điện áp ngược rất lớn, lên tới khoảng 1000 V, trước khi bị phá vỡ (bị đánh thủng).
Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V
Phương pháp đo kiểm tra diode bằng đồng hồ đo (multimeter) với thang đo 1 Ω là cách đơn giản và chính xác để nhận biết tình trạng diode Đặt hai que đo vào hai đầu diode và thực hiện đo ở hai chiều: đo thuận (que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt) để xem kim có lên hay không; đo ngược bằng cách đảo ngược cực đo Nếu ở chế độ thuận kim lên cho thấy diode cho phép dòng điện, và ở chế độ ngược kim không lên cho thấy diode tốt Ngược lại, nếu kim lên ở cả hai chiều hoặc không lên ở cả hai chiều, diode có thể hỏng.
Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập
Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt
Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò
Diode Zener có cấu tạo tương tự diode thông thường nhưng gồm hai lớp bán dẫn P-N ghép với nhau, và được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược; khi phân cực thuận, diode Zener hoạt động như một diode thông thường, còn khi phân cực ngược, nó sẽ giữ ổn định một mức điện áp cố định theo giá trị ghi trên diode.
Hình dáng Diode Zener ( Dz )
Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch
Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi,
Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng
Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi
Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA
Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA
Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi
Đi-ốt quang, hay photodiode, là một loại đi-ốt bán dẫn hoạt động ở chế độ phân cực nghịch Vỏ của đi-ốt có một miếng thủy tinh cho ánh sáng chiếu trực tiếp lên mối PN Khi ánh sáng chiếu vào mối PN, dòng điện ngược qua đi-ốt được sinh ra và tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode, cho phép photodiode biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện một cách nhanh nhạy.
Ký hiệu của Photo Diode
LED (Light Emitting Diode) là một loại diode phát sáng khi được phân cực thuận Điện áp làm việc của LED khoảng từ 1,7–2,2 V và dòng qua LED ở mức khoảng 5 mA đến 20 mA.
Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv
Do tính chất dẫn điện một chiều, diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, trong các mạch tách sóng và mạch cấp nguồn phân cực cho transistor để hoạt động ổn định Trong mạch chỉnh lưu, diode có thể được ghép thành diode cầu ở dạng phổ biến, giúp chuyển đổi nguồn xoay chiều thành một điện áp một chiều và bảo vệ tải trong hệ thống điện.
Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều
Trong các nguồn cấp nguồn xung, ở đầu ra của biến áp xung, ta phải dùng diode xung để chỉnh lưu Diode xung là diode làm việc ở tần số cao, khoảng vài chục kHz, nên diode nắn điện thông thường không thể thay thế được vào vị trí diode xung; ngược lại, diode xung có thể thay thế cho vị trí của một diode nắn thông thường, tuy nhiên giá thành của diode xung cao hơn nhiều lần so với diode nắn thông thường.
Về đặc điểm và hình dáng, Diode xung không có gì khác biệt so với Diode thông thường Tuy nhiên, Diode xung thường được nhận diện bằng các dấu hiệu đặc biệt trên thân, như vòng đánh dấu đứt nét hoặc hai vòng đánh dấu, giúp người dùng phân biệt với các loại diode khác trong thiết kế mạch Nhờ các dấu hiệu nhận diện này, việc kiểm tra và lựa chọn Diode xung cho các ứng dụng xung và bảo vệ mạch trở nên dễ dàng hơn.
Ký hiệu của Diode xung
III.TRANSISTOR LƢỠNG CỰC BJT
Transistor lưỡng cực gồm có hai mối P-N nối tiếp nhau, được phát minh năm
1947 bởi hai nhà bác học W.H.Britain và J.Braden, được chế tạo trên cùng một mẫu bán dẫn Germanium hay Silicium
Hình sau đây mô tả cấu trúc của hai loại transistor lưỡng cực PNP và NPN
Trong cấu trúc BJT, vùng nền B được pha chất ngoại lai với nồng độ thấp, vùng phát E được pha đậm với nồng độ ngoại lai cao và vùng thu C được pha ít hơn nữa Về kích thước, vùng nền có chiều rộng rất hẹp, là nhỏ nhất trong ba vùng bán dẫn; kế đến là vùng phát E, và vùng thu C có kích thước lớn nhất Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistor PNP.
-Transistor ở trạng thái chưa phân cực:
Khi nối PN được thiết lập, một rào điện thế xuất hiện tại mối nối Các electron tự do ở vùng N khuếch tán sang vùng P và các lỗ trống ở vùng P khuếch tán sang vùng N; do đó hai bên mối nối tích tụ các ion dương ở vùng N và ion âm ở vùng P Sự tích tụ ion này tạo ra rào điện thế, hay rào cản tiềm năng, ngăn cản sự di chuyển tự do của các carrier và hình thành trường điện tại mối nối PN.
Hiện tượng này cũng được quan sát tại hai nối của transistor Quan sát vùng hiếm, ta thấy kích thước của vùng hiếm phụ thuộc vào nồng độ chất pha, tức là vùng depletion có thể mở rộng hoặc thu hẹp theo một hàm số của nồng độ dopant trong lớp bán dẫn.
Nó rộng ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm
Transistor công xuất nhỏ Transistor công xuất lớn
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc
Transistor Nhật Bản thường được ký hiệu theo các chữ cái A, B, C và D (ví dụ A564, B733, C828, D1555) Trong đó, các transistor ký hiệu A và B là transistor thuận PNP, còn ký hiệu C và D là transistor ngược NPN Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao, còn các transistor B và D có công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn.
Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N ví dụ 2N3055, 2N4073 vv
Transistor MOSFET
1.Giới thiệu transistor hiệu ứng trường
MOSFET là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) đặc biệt, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác transistor thông thường Nguyên lý hoạt động của MOSFET dựa trên hiệu ứng trường điện để điều khiển dòng điện giữa drain và source, vì vậy MOSFET có trở kháng đầu vào rất cao Với đặc tính này, MOSFET là thành phần lý tưởng để khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu và được ứng dụng rộng rãi trong các mạch nguồn Thực tế, MOSFET thường được dùng trong nguồn cấp cho Monitor và nguồn máy tính.
Transistor hiệu ứng trường Mosfet
2.Cấu tạo, ký hiệu mosfet:
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn
D : Drain gọi là cực máng
MOSFET kênh N gồm hai vùng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N Giữa hai vùng P–N là lớp SiO2 cách điện Hai vùng P được nối ra thành cực D và cực S, còn nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở phía trên và tạo thành cực G.
MOSFET có điện trở giữa cực G với S và giữa cực G với D là vô cùng lớn, khiến dòng điện giữa G–S và G–D hầu như không xảy ra Trong khi đó, điện trở giữa D và S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS) Do đó, đáp ứng điện trở của MOSFET thay đổi theo UGS, quyết định cách MOSFET hoạt động như một công tắc hoặc bộ khuếch đại trong mạch.
Khi điện áp UGS bằng 0, điện trở RDS rất lớn Khi UGS > 0, do hiệu ứng từ trường giữa gate và source làm cho điện trở RDS giảm; UGS càng tăng thì RDS càng nhỏ.
Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương giữa Mosfet và Transistor
3.Nguyên tắc hoạt động mosfet:
Mạch thí nghiệm sự hoạt động của Mosfet
Trong thí nghiệm cấp nguồn một chiều UD qua bóng đèn D nối giữa hai cực D và S của MOSFET Q và thực hiện phân cực thuận cho MOSFET ngược, bóng đèn không sáng cho thấy không có dòng điện qua DS khi chân G chưa được cấp điện Điều này chứng tỏ MOSFET ở trạng thái cắt khi không có kích thích từ gate, và chỉ cho phép dòng điện giữa D và S khi có tín hiệu điện áp ở gate.
Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V
=> Mosfet Q dẫn => bóng đèn D sáng
Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho Mosfet Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS
Khi công tắc K2 đóng, điện tích tích trên tụ C1 giảm về 0, dẫn tới UGS = 0 V và đèn tắt Từ kết quả thực nghiệm cho thấy điện áp đặt lên chân G không sinh ra dòng GS như ở transistor thông thường; thay vào đó, điện áp này chỉ tạo ra từ trường và khiến điện trở RDS giảm xuống.
Một MOSFET còn tốt có đặc điểm rõ ràng khi kiểm tra bằng đo trở kháng: đo giữa hai cổng G–S và G–D, điện trở đo được là vô cùng, tức kim đo không lên ở cả hai chiều đo Khi G đã được thoát điện, điện trở giữa D–S cũng phải là vô cùng, cho thấy không có đường dẫn giữa drain và source và MOSFET đang ở trạng thái cách ly hoàn toàn Đây là cách kiểm tra MOSFET bằng đo trở kháng để nhận diện MOSFET còn tốt và đảm bảo linh kiện hoạt động ổn định trong mạch.
Các bước kiểm tra như sau : Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy còn tốt
Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1K Ω
Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D )
Bước 3 : Sau khi nạp cho G một điện tích ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ vào S ) => kim sẽ lên
Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G
Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên
=> Kết quả nhƣ vậy là Mosfet tốt Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy bị chập
Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1K Ω
Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 Ω là chập
Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 Ω là chập D S
5.Ứng dụng mosfet: Ứng dụng của Mosfet trong thực tế:Mosfet trong nguồn xung của Monitor
Mosfet được sử dụng làm transistor công xuất nguồn Monitor
Trong nguồn xung cho Monitor hoặc máy vi tính, ta dùng cặp linh kiện gồm IC tạo dao động và MOSFET; dao động từ IC ở dạng xung vuông được đưa đến chân G của MOSFET; khi xung có điện áp > 0V MOSFET dẫn, khi xung bằng 0V MOSFET ngắt, như vậy tín hiệu dao động được dùng để liên tục đóng ngắt MOSFET tạo dòng điện biến thiên chạy qua cuộn sơ cấp; dòng điện biến thiên này sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp, tạo ra điện áp ra; khi kiểm tra MOSFET trong mạch, ta chỉ cần dùng thang đo x1W và đo giữa D và S; nếu kim đo lên theo một chiều thì ở chiều ngược lại kim đo sẽ không lên.
=> là Mosfet bình thường, Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W là Mosfet bị chập DS
Bảng tra cứu Mosfet thông dụng
Loại kênh dẫn:P-Channel: là Mosfet thuận , N-Channel là Mosfet ngược Đặc điểm ký thuật:ví dụ:3A,25W:là dòng DS cực đại và công xuất cực đại
STT Ký hiệu Loại kênh dẫn Đặc điểm kỹ thuật
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II:
1 Hãy Nêu khái niệm chất bán dẫn loại N và P?
2 Nêu cấu tạo và nguyên tắc phân cực thuận cho diode?
3 Nêu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động transistor BJT?
4 Cách xác định chân BCE các loại transistor trên thị trường?
5 Trình bày các phương pháp phân cực transistor?
6 Nêu cấu tạo, ký hiệu mosfet?
7 Trình bày nguyên tắc hoạt động mosfet?
8 Các phương pháp đo, kiểm tra mosfet?
MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
Mạch khuếch đại E chung
Mạch khuếch đại là thành phần quan trọng được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay Nó đảm nhận chức năng khuếch đại tín hiệu ở nhiều mức độ khác nhau, từ mạch khuếch đại âm tần trong cassette và ampli đến khuếch đại tín hiệu video trong TV màu, giúp cải thiện chất lượng âm thanh và hình ảnh Với khả năng cung cấp công suất phù hợp và tăng cường độ nhạy của hệ thống, mạch khuếch đại cho phép tín hiệu truyền đi xa hơn, ổn định hơn và trung thực với đặc tính của từng thiết bị.
Có ba loại mạch khuếch đại chính là :
Khuếch đại về điện áp : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần
Mạch khuếch đại dòng điện là một loại mạch điện có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu Khi ta đưa một tín hiệu có cường độ yếu vào, đầu ra sẽ thu được một tín hiệu có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần Mục đích của mạch khuếch đại dòng điện là tăng cường cường độ dòng điện của tín hiệu để có thể điều khiển tải hoặc xử lý tín hiệu một cách hiệu quả trong các thiết bị điện tử.
Mạch khuếch đại công suất là mạch cho tín hiệu có công suất yếu ở đầu vào và cho ra tín hiệu có công suất mạnh hơn nhiều lần Thực chất, mạch khuếch đại công suất là sự kết hợp của hai loại khuếch đại: khuếch đại điện áp và khuếch đại dòng điện, ghép lại thành một cấu trúc để đạt được công suất đầu ra cao.
Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại
Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại phụ thuộc vào chế độ phân cực của transistor Tuỳ mục đích sử dụng, mạch khuếch đại được phân cực để hoạt động ở các chế độ Class A, Class B, Class AB hoặc Class C nhằm tối ưu hóa đặc tính khuếch đại và hiệu suất làm việc Việc lựa chọn chế độ phân cực phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến biên độ tín hiệu, độ méo và hiệu suất tải của mạch Trong thiết kế, người ta cân nhắc giữa độ tuyến tính và công suất để quyết định chế độ phân cực phù hợp, ví dụ Class A cho tín hiệu liên tục, Class B hoặc Class AB cho sự cân bằng giữa hiệu suất và méo, và Class C cho ứng dụng xung công suất cao với hiệu suất tối đa nhưng méo hài cao.
Mạch khuếch đại ở chế độ A.Là các mạch khuếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giốn với tín hiệu ngõ vào
Trong mạch khuế đại ở chế độ A, tín hiệu ngõ vào được khuếch đại ở cả hai bán chu kỳ Để transistor hoạt động ở chế độ A, ta phải thiết lập bias sao cho điện áp UCE luôn ở mức cho phép dẫn và cả hai bán chu kỳ tín hiệu được khuếch đại liên tục Thông thường, người ta chọn điểm làm việc (Q-point) sao cho UCE nằm ở gần một nửa điện áp cấp để tối ưu méo và hiệu suất Việc thiết kế mạng bias DC và các thành phần liên quan giúp ổn định UCE trước sự biến thiên của tín hiệu và nguồn cấp.
Mạch khuếch đại ở chế độ A được sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại v v
Mạch khuếch đại ở chế độ B là mạch chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu Để khuếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN; để khuếch đại bán kỳ âm ta dùng transistor PNP Ở chế độ B, mạch không có bias DC, tức là transistor hoạt động ở ngưỡng bật/tắt và chỉ khuếch đại cho một nửa chu kỳ.
Mạch khuếch đại ở chế độ B chỉ khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào
Mạch khuếch đại chế độ B (Class B) được sử dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần và công suất màn hình của TV Trong các mạch này, hai transistor NPN và PNP được mắc nối tiếp theo cấu hình push-pull, mỗi transistor khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu Để đảm bảo hoạt động cân bằng và giảm méo, hai transistor trong mạch khuếch đại đẩy kéo phải có các thông số kỹ thuật tương đương nhau, bao gồm đặc tính ngõ vào, ngõ ra và giới hạn công suất cung cấp.
Mạch khuếch đại công xuất kết hợp cả hai chế độ A và B
Mạch khuếch đại công suất Amply có Q1 khuếch đại ở chế độ A, Q2 và Q3 khuếch đại ở chế độ B; Q2 chịu trách nhiệm khuếch đại cho bán chu kỳ dương, Q3 khuếch đại cho bán chu kỳ âm.
Mạch khuếch đại ở chế độ AB là một mạch tương tự mạch khuếch đại ở chế độ B, nhưng được điều chỉnh bias sao cho điện áp UBE xấp xỉ 0,6 V Mạch AB chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo tại điểm giao của mạch ở chế độ B Mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công suất đẩy kéo.
Mạch khuếch đại ở chế độ C là một loại mạch khuếch đại có điện áp UBE được phân cực ngược nhằm chỉ lấy tín hiệu đầu ra là một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào Mạch này thường được dùng trong các mạch tách tín hiệu, ví dụ mạch tách xung đồng bộ trong TV màu Ứng dụng của mạch khuếch đại chế độ C trong mạch tách xung đồng bộ TV màu giúp nhận diện và tách xung đồng bộ một cách chính xác.
Chú ý dòng điện thực chạy trong hai transistor PNP và NPN có chiều như sau:
Khi sử dụng, transistor được ráp theo một trong 3 cách căn bản sau:
Ráp theo kiểu cực phát chung (E chung)
Ráp theo kiểu cực thu chung (C chung)
Ráp theo kiểu cực nền chung (B chung)
1.Khái niệm mạch khuếch đại E chung:
Mạch khuếch đại kiểu E chung (emitter common) là một cấu hình phổ biến trong thiết kế điện tử, trong đó cực E được nối trực tiếp với mass hoặc qua một tụ đến mass để tạo đất cho thành phần xoay chiều Tín hiệu đầu vào được đưa vào cực B và tín hiệu đầu ra được lấy tại cực C, cho phép khuếch đại giữa vào và ra Mạch có sơ đồ như sau:
Mạch khuếch đại điện áp mắc kiểu E chung ,Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C
Rg : là điện trở ghánh ,
Rđt : Là điện trở định thiên,
Rpa : Là điện trở phân áp
2.Đặc điểm mạch khuếch đại E chung:
Mạch khuếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc
Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuếch đại về điện áp
Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể
Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng
=> dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân
C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào
Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử.
Mạch khuếch đại C chung
1.Khái niệm mạch khuếch đại C chung:
Mạch mắc theo kiểu Common-Collector (C chung) có chân C đấu vào mass hoặc nguồn dương; về mặt xoay chiều, dương nguồn được xem như mass (nguồn DC coi như đất trong phân tích AC) Tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra tại cực E, tạo thành emitter follower Sơ đồ mạch cho cấu hình này thường có C cố định với nguồn cấp DC, B nhận tín hiệu và E cấp ra tín hiệu cho tải Đặc điểm nổi bật của mạch Common-Collector là điện áp ở emitter gần bằng điện áp ở base (điện áp khuếch đại xấp xỉ 1), đồng thời nó có trở kháng đầu vào tương đối cao và trở kháng đầu ra thấp, cho phép khuếch đại dòng ổn định và làm lớp đệm giữa các stage Ứng dụng phổ biến của emitter follower là khuếch đại tín hiệu yếu và cải thiện tương thích tải giữa các phần của hệ thống.
Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E
2.Đặc điểm mạch khuếch đại C chung:
Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E
Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào do mối quan hệ Base–Emitter (BE) luôn duy trì khoảng 0,6V Khi điện áp ở chân B tăng lên bao nhiêu thì điện áp ở chân C cũng tăng lên bấy nhiêu, nên biên độ tín hiệu đầu ra tương ứng bằng biên độ tín hiệu đầu vào Đây là đặc tính của cấu hình mạch có BE, cho phép tín hiệu đầu ra theo sát tín hiệu đầu vào với biên độ được giữ ở mức xấp xỉ 0,6V mỗi lần thay đổi.
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào, cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa đầu vào và đầu ra: khi điện áp vào tăng lên thì điện áp ra tăng theo, và khi điện áp vào giảm thì điện áp ra giảm theo Sự đồng pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra cho biết hệ thống đáp ứng đúng theo biến thiên của điện áp vào, thể hiện đặc tính truyền tín hiệu nhất quán và hiệu quả.
Cường độ tín hiệu ra mạnh hơn cường độ tín hiệu vào nhiều lần Khi tín hiệu vào có biên độ tăng, dòng IBE tăng và dòng ICE sẽ tăng theo hệ số khuếch đại β: ICE = β · IBE Giả sử transistor có hệ số khuếch đại β = 50 lần, thì mỗi 1 mA tăng của IBE sẽ dẫn tới ICE tăng 50 mA Vì ICE chính là dòng tín hiệu đầu ra, nên tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào.
Mạch Damper được ứng dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại, đặc biệt trước khi chia tín hiệu thành nhiều nhánh nhằm tối ưu hóa độ khuếch đại và ổn định tín hiệu Người ta thường dùng mạch Damper để khuếch đại cho tín hiệu khỏe hơn, giảm nhiễu và méo tín hiệu trước khi phân nhánh Ngoài ra, mạch Damper còn có vai trò quan trọng trong các mạch ổn áp nguồn, giúp ổn định nguồn cung cấp cho hệ thống điện tử.
III.MẠCH KHUẾCH ĐẠI B CHUNG:
1.Khái niệm mạch khuếch đại B chung:
Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ
Mạch mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế
Mạch khuếch đại kiểu B chung, khuếch đại về điện áp, không khuếch đại về dòng điện
2.Đặc điểm mạch khuếch đại B chung: Đặc tuyến ngõ vào (input curves)
Đây là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng điện IE theo điện thế ngõ vào VBE, với VCB được chọn làm tham số cố định Nói cách khác, IE phụ thuộc vào VBE và biến thiên khi VBE tăng lên trong khi VCB được giữ ở một giá trị cố định, cho thấy mối quan hệ giữa IE và VBE dưới tác động của tham số VCB.
− Khi nối thu nền để hở, đặc tuyến có dạng như đặc tuyến của diode khi phân cực thuận
− Điện thế ngưỡng (knee voltage) của đặc tuyến giảm khi VCB tăng Đặc tuyến ngõ ra (output curves)
Đây là đặc tuyến IC-VCB thể hiện sự thay đổi của dòng điện cực thu IC theo điện thế thu VCB, với IE làm tham số Đặc tuyến có dạng như sau và cho phép nhận diện ba vùng hoạt động của transistor: vùng cắt, vùng hoạt động khuếch đại và vùng bão hòa Trong vùng cắt, IC gần bằng 0; trong vùng hoạt động khuếch đại, IC tăng theo IE và phụ thuộc một cách hữu hạn vào VCB; ở vùng bão hòa, IC đạt giới hạn do điều kiện nguồn cấp làm transistor ở trạng thái bão hòa.
Trong vùng tác động của transistor, base-emitter junction được phân cực thuận và collector-base junction được phân cực nghịch Trong vùng này đặc tuyến là các đường thẳng song song và cách đều, cho tín hiệu khuếch đại tuyến tính Trong các ứng dụng phổ biến, transistor được phân cực đúng trong vùng tác động để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của mạch.
Vùng ngưng: nối nền phát phân cực nghịch (IE=0), nối thu nền phân cực nghịch Trong vùng này transistor không hoạt động
Vùng bảo hoà: nối phát nền phân cực thuận, nối thu nền phân cực thuận Trong các ứng dụng đặc biệt, transistor mới được phân cực trong vùng này
Phương pháp kiểm tra một tầng khuếch đại
Trong các mạch khuếch đại ( chế độ A ) thì phân cực như thế nào là đúng
Mạch khuếch đại được phân cực đúng
Mạch khuếch đại ( chế độ A) được phân cực đúng là mạch có UBE ~ 0,6V ; UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc
Khi mạch được phân cực đúng ta thấy , tín hiệu ra có biên độ lớn nhất và không bị méo tín hiệu
Mạch khuếch đại ( chế độ A ) bị phân cực sai
Mạch khuếch đại bị phân cực sai, điện áp UCE quá thấp
Mạch khuếch đại bị phân cực sai, điện áp UCE quá cao
Trong mạch khuếch đại, phân cực đúng hay sai quyết định vùng làm việc và chất lượng tín hiệu đầu ra Khi mạch bị phân cực sai (tức là UCE quá thấp hoặc quá cao), tín hiệu ra bị méo dạng và hệ số khuếch đại của mạch giảm mạnh Sự méo và giảm gain làm suy giảm độ tuyến tính của mạch, gây biến dạng tín hiệu và hiệu suất khuếch đại kém Để đảm bảo đầu ra sạch và ổn định, cần thiết lập phân cực sao cho UCE ở mức tối ưu, tránh vùng cắt và vùng quá dẫn, đồng thời kiểm tra và điều chỉnh phân cực để duy trì hiệu suất và chất lượng tín hiệu.
Hiện tượng méo dạng trên sẽ gây hiện tượng âm thanh bị rè hay bị nghẹt ở các mạch khuếch đại âm tần
Phương pháp kiểm tra một tầng khuếch đại
Trong một tầng khuếch đại, UCE (điện áp giữa collector và emitter) đóng vai trò then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định Nếu khi kiểm tra ta thấy UCE quá thấp so với nguồn cấp hoặc quá cao gần bằng nguồn cấp, thì tầng khuếch đại đó đã gặp vấn đề và cần được rà soát lại để tránh hỏng hóc hoặc suy giảm hiệu năng.
Nếu UCE quá thấp thì có thể do chập CE( hỏng Transistor) , hoặc đứt Rg
Nếu UCE quá cao ~ Vcc thì có thể đứt Rđt hoặc hỏng Transistor
Một tầng khuếch đại còn tốt thông thường có:
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG III:
1 Trình bày khái niệm, đặc điểm mạch khuếch đại E chung?
2 Trình bày khái niệm, đặc điểm mạch khuếch đại C chung?
3 Trình bày khái niệm, đặc điểm mạch khuếch đại B chung?