bai giang mon cau kien dien tu ths tran thuy ha 2422

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1 GIẢNG VIÊN: ThS.. TRẦN THÚY HÀ Trang 2 Giới thiệu môn học Mục đích môn học: - Trang bị cho sinh viên những kiến thức về nguyên lý hoạt động, đặc tính

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG MÔN

Giảng viên: ThS Trần Thúy Hà

Điện thoại/E-mail: 0912166577 / thuyhadt@gmail.com

Bộ môn: Kỹ thuật điện tử- Khoa KTDT1

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 2

Giới thiệu môn học

Mục đích môn học:

- Trang bị cho sinh viên những kiến thức về nguyên lý hoạt động, đặc tính, tham số và lĩnh vực sử dụng của các loại cấu kiện (linh kiện) điện tử để làm nền tảng cho các môn học chuyên ngành.

- Môn học khám phá các đặc tính bên trong của linh kiện bán dẫn, từ đó SV có thể hiểu được mối quan hệ giữa cấu tạo hình học và các tham số của cấu kiện, ngoài ra hiểu được các đặc tính về điện, sơ đồ tương đương, phân loại và ứng dụng của chúng.

Cấu kiện điện tử?

Là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, các hệ thống điện tử.

Gồm các nội dung chính sau:

+ Giới thiệu chung về cấu kiện điện tử.

+ Vật liệu điện tử + Cấu kiện thụ động: R, L, C, Biến áp + Điốt

+ Transistor lưỡng cực – BJT.

+ Transistor hiệu ứng trường – FET + Cấu kiện quang điện tử.

Cấu kiện điện tử

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 4

Giới thiệu chung về Cấu kiện điện tử

- Cấu kiện điện tử ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Nổi bật nhất là ứng dụng trong lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT.

- Cấu kiện điện tử rất phong phú, nhiều chủng loại đa dạng.

- Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Intel COREi7 -khoảng hơn 1,3 tỉ Transistor…)

- Xu thế các cấu kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày càng cao, có tính năng mạnh, tốc độ lớn…

Ứng dụng của cấu kiện điện tử

- C ác linh kiện bán dẫn như diodes, transistors v à m ạch tích hợp (ICs) c ó thể tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống ( Walkman, TV,

ôtô , m áy giặt, máy điều hoà, máy tính,…) Ch úng ta ngày càng phụ thuộc vào chúng và những thiết bị này có chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn.

- PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này.

- Nh ân tố chính đem lại sự phát triển thành công của nền công nghiệp máy tính là việc thông qua các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo được các Transistor với kích thước ngày càng nhỏ → giảm giá thành và công suất.

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 6

Cấu trúc chương trình

Chương 1- Giới thiệu chung

Chương 2 – Vật liệu điện tử

Chương 3 - Cấu kiện thụ động

Chương 4 -Điốt

Chương 5 -Transistor lưỡng cực

Chương 6 - Transistor hiệu ứng trường

Chương 7 - Thyristor

Chương 8 - Cấu kiện quang điện tử

Tài liệu học tập

- Tài liệu chính:

+ Bài giảng: Cấu kiện Điện tử - Đỗ Mạnh Hà, Trần Thục Linh, Trần Thúy Hà.

+ Slide bài giảng Cấu kiện Điện tử - Trần Thúy Hà

- Tài liệu tham khảo:

1 Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition, Robert

Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall International, Inc, 2006.

2 MicroElectronics, an Intergrated Approach, Roger T Home

-University of California at Berkeley, Charles G Sodini – MIT , 1997

3 Giáo trình Cấu kiện điện tử và quang điện tử, Trần Thị Cầm, Học viện

CNBCVT, 2002

4 Electronic Devices, Second edition, Thomas L.Floyd, Merill Publishing

Company, 1988.

5 Introductory Electronic Devices and Circuits, conventional Flow

Version, Robert T Paynter, Prentice Hall, 1997.

6 Linh kiện bán dẫn và vi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 8 CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 1 – Giới thiệu chung

1.1 Khái niệm cơ bản

1.2 Phần tử mạch điện cơ bản

1.3 Phương pháp cơ bản phân tích mạch điện

1.4 Phương pháp phân tích mạch phi tuyến

1.5 Phân loại cấu kiện điện tử

1.6 Giới thiệu về vật liệu điện tử

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 10

1.1 Khái niệm cơ bản

+ Điện tích và dòng điện

+ DC và AC

+ Tín hiệu điện áp và dòng điện

+ Tín hiệu (Signal) và Hệ thống (System)

+ Tín hiệu Tương tự (Analog) và Số (Digital)

+ Tín hiệu điện áp và Tín hiệu dòng điện

Điện tích và dòng điện

+ Mỗi điện tử mang điện tích: –1.602 x 10-19 C (Coulombs)

+ 1C = Điện tích của 6.242 x 1018điện tử (electron)

+ Ký hiệu điện tích: Q Đơn vị: coulomb (C)

Dòng điện (Current)

– Là dòng dịch chuyển của các điện tích thông qua vật dẫn hoặc phần tử mạch điện

– Ký hiệu: I, i(t) – Đơn vị: Ampere (A) 1A=1C/s

– Mối quan hệ giữa dòng điện và điện tích

) ( )

( q t

dt

d t

 t i t dt q t t

q ( ) ( ) ( 0 )

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 12

DC và AC

DC (Direct current): Dòng một chiều

– Dòng điện có chiều không đổi theo thời gian.

– Tránh hiểu nhầm: DC = không đổi, – Ví dụ

I=3A, i(t)=10 + 5 sin(100  t) (A)

AC (Alternating Current): Dòng xoay chiều

– Dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian – Tránh hiểu nhầm: AC = Biến thiên theo thời gian – Ví dụ:

 

t i

t t

i



 200 cos

12 5

) (

; 2 cos 2 )

(







Nikola Tesla (1856 – 1943) Thomas Edison (1847 – 1931)

Signal (Tín hiệu)

• Tín hiệu: là đại lượng vật lý mang thông tin vào và ra của hệ

thống.

• Ví dụ

– Tiếng nói, âm nhạc, âm thanh … – Dao động từ các hệ thống cơ học – Chuỗi video và ảnh chụp

– Ảnh cộng hưởng từ (MRI), Ảnh x-ray – Sóng điện từ phát ra từ các hệ thống truyền thông – Điện áp và dòng điện trong cấu kiện, mạch, hệ thống…

– Biểu đồ điện tâm đồ (ECG), Điện não đồ – Emails, web pages ….

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 14

Hệ thống (Systems) và mô hình

• Mô hình (Model): Các hệ thống trong thực tế có thể mô tả bằng mô hình thể hiện mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra của

hệ thống.

• Một hệ thống có thể chứa nhiều hệ thống con.

• Mô hình hệ thống có thể được biểu diễn bằng biểu thức toán học, bảng biểu, đồ thị, giải thuật …

• Ví dụ hệ thống liên tục:

Tín hiệu Tương tự (Analog) và Số (Digital)

 Tương tự (Analog)

 Tín hiệu có giá trị biến đổi liên tục theo thời gian

 Hầu hết tín hiệu trong tự nhiên là tín hiệu tương tự

 Digital

 Tín hiệu có giá trị rời rạc theo thời gian

 Tín hiệu lưu trong các hệ thống máy tính là tín hiệu số, theo dạng nhị phân

t

x(t)

…

…

n x[n]

Analog Signal Digital Signal



BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 16

Tín hiệu điện áp và Tín hiệu dòng điện

Dòng điện (Current)

– Là dòng dịch chuyển của các điện tích thông qua vật dẫn hoặc phần tử mạch điện

– Ký hiệu: I, i(t) – Đơn vị: Ampere (A) 1A=1C/s – Nguồn tạo tín hiệu dòng điện: Nguồn dòng

Điện áp (Voltage)

– Hiệu điện thế giữa 2 điểm – Năng lượng được truyền trong một đơn vị thời gian của điện tích dịch chuyển giữa 2 điểm

– Ký hiệu: v(t), Vin; Uin; Vout; V1;U2….

– Đơn vị: Volt (V) – Nguồn tạo tín hiệu điện áp: Nguồn áp

1.2 Các phần tử mạch điện cơ bản

+ Nguồn độc lập

+ Nguồn có điều khiển

+ Phần tử thụ động

+ Ký hiệu các phần tử mạch điện trong sơ đồ mạch (Schematic)

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 18

Nguồn độc lập

Nguồn Pin

+

V

Nguồn áp độc lập lý tưởng

I, i(t)

+

Nguồn dòng độc lập lý tưởng

Nguồn áp độc lập không lý tưởng

+

Nguồn dòng độc lập không lý tưởng

Nguồn dòng

Nguồn áp

+ _

I, i(t)

Nguồn có điều khiển

Nguồn áp

Nguồn dòng

Nguồn áp có điều khiển lý tưởng Nguồn áp có điều khiển không lý tưởng

+

_ U(I) + _ U(U) + _ U(I)

+ _ U(U)

Nguồn dòng có điều khiển lý tưởng Nguồn dòng có điều khiển không lý tưởng

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN THÚY HÀ

Trang 20

1.3 Phương pháp cơ bản phân tích mạch điện

+ m1 (method 1) : Các định luật Kirchhoff : KCL, KVL

+ m2: Luật kết hợp (Composition Rules)

+ m3:Xếp chồng (Superposition)

+ m4:Biến đổi tương đương Thevenin, Norton