Bài giảng kỹ thuật điện phần 2 hệ thống điện tử tương tự và số

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN, DIODE QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN n Cả lỗ trống và điện tử đều tham gia vào quá trình dẫn điện của chất bán dẫn lỗ trống và điện tử tự d

Phần 2

HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

VÀ SỐ

KỸ THUẬT ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ

TOÁN

2

CHƯƠNG 7: CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN

Chất bán dẫn

- tồn tại dưới dạng tinh thể rắn

- độ dẫn điện nằm giữa độ dẫn điện chất dẫn điệnvà cách điện; dải độ dẫn điện nằm trong khoảng

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

DIODE

4

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

DIODE

QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

n Cả lỗ trống và điện tử đều tham gia vào quá trình

dẫn điện của chất bán dẫn (lỗ trống và điện tử tự do còn được gọi chung là các hạt dẫn- carriers)

chuyển động của các lỗ trống và ngược với chiều

chuyển động của các điện tử

Chiều dòng điện Chiều dòng điện

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

n Chất bán dẫn không thuần (thêm tạp chất): chứa

một số lượng mong muốn các lỗ trống, điện tử tự do.+ Bán dẫn loại P: thêm vào bán dẫn thuần (hóa trị

4)một lượng nhỏ các tạp chất hóa trị 3 như In, Ga;

lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tử la ̀thiểu số

+ Bán dẫn loại N: thêm vào bán dẫn thuần (hóa trị 4)

một lượng nhỏ các tạp chất hóa trị 5 như As: điện

tử la ̀hạt dẫn đa số, lỗ trống là thiểu số

6

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

DIODE

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

Ký hiệu Diode thực Ký hiệu Diode lý tưởng Cấu trúc vật lí củ a Diode

Tiếp xúc kim loại

8

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

DIODE

quan hệ dòng điện và điện áp đặt lên Diode là

dòng điện nhỏ qua diode gọi là dòng điện ngược

bão hòa (diode lí tưởng coi dòng này bằng 0); khi

đánh thủng

/ ( T -1); 0.025V; =1

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHẤT BÁN DẪN,

Phân cực thuận

Phân cực ngược

(Điện áp đánh

thủng)

10

Đặc tuyến thực

Đặc tuyến xấp xỉ

1 Mô hình 1( diode offset)

Diode thực được xấp xỉ thành diode lí tưởng mắc nối

cho diode Ge

2 Mô hình 2 ( piecewise –linear)

Diode thực được xấp xỉ thành diode lí tưởng mắc nối

2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE

Diode lí

tưởng

Độ dốc

Diode lí

VÍ DỤ:

- Thay Diode thưc ở sơ đồ a bằng diode lí tưởng mắc

nối tiếp điện áp mở(ngưỡng) 0.6V được sơ đồ b

2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE

12

2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DIODE

VÍ DỤ:

3 MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,

MẠCH LỌC

Diode lí tưởng

Điện trở tải

Diode đóng mạch

Diode đóng mạch Diode hở ma ̣ch

14

n Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ

3 MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,

MẠCH LỌC

Máy biến áp lí tưởng

Thứ cấp

Sơ cấp Diode lí tưởng

Diode lí tưởng

3 MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,

n Mạch lọc dùng tụ điện

Trở tải Tụ lo ̣c

Diode lí

tưởng

3 MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,

MẠCH LỌC

3 MẠCH ĐIỆN CHỈNH LƯU DÙNG DIODE,

CHƯƠNG 8: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

(BJT)

n-p-n hoặc p-n-p; tương ứng có ba vùng: vùng

gốc, phát, góp; ba cực tương ứng ba vùng là: cựcgốc(B), phát (E), góp(C); vùng gốc được chế tạo

mỏng nhất và vùng phát được làm giầu các hạt

(góp-(gốc-Base)

Emitter)

Emitter)

(phát- Collector)

(góp-(gốc-Base)

Một số transistor trong thực tế

20

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

Các cách phân cực cho transistor

3 Các chế độ làm việc của BJT npn: có 3 chế độ

7.3.1-7.3.5 sách GT

dụng các công thức từ 7.3.1-7.3.5

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

22

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

b

B C

E i i

0

CB E

n Ví dụ: Tính toán chế độ làm việc của Transistor β=80

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

24

n CÁC CÁCH MẮC TRANSISTOR:

Transistor có thể mắc theo 3 kiểu B chung, C

chung, E chung tùy thuộc vào cực nào tham gia cảcực vào và ra

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

2. Mắc chung phát:

CÁCH MẮC TRANSISTOR

26

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

28

n Hiệu ứng Early:

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC (BJT)

hiệu nhỏ

CQ C

m

I i

g

d d

I i

d d

CHƯƠNG 8: KHUYẾCH ĐẠI TRANSISTOR

3 8

CC C

CQ

V R

+ +

2 KHUYẾCH ĐẠI TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

(BJT)

Phần phát của mạch điện là chung cho mạch vàovà ra (tín hiệu vào hai cực BE, lấy ra ở hai cực CE)

Điện áp xoay chiều ra khuếch đại

Điện trở tải Tụ re ̃

Đất

Nguồn xoay chiều

Sơ đồ tương đương:

n Ngắn mạch tất cả các nguồn một chiều

n Sử dụng sơ đồ tương đương của transistor tín hiệu nhỏ 32

KHUYẾCH ĐẠI PHÁT CHUNG

-MẠCH KHUYẾCH ĐẠI GÓP CHUNG

•Tín hiệu vào hai cực BE và ra CE, tải ra ở cực E

Nguồn tín

Điện trở tải

Điện áp ra

34

m L

L in in in m L

MẠCH KHUYẾCH ĐẠI B CHUNG

Đất

Nguồn xoay chiều

H i

r r R R

+

36

SO SÁNH CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI E, B, C

CHUNG

áp, dòng điện, tín hiệu vào/ra là ngược pha với nhau

bằng 1; hệ số khuếch đại dòng điện lớn

chỉ khuếch đại điện áp

CHƯƠNG 5: KHỐI TƯƠNG TỰ VÀ

KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

38

1 KHỐI KHUYẾCH ĐẠI

hai cổng đầu vào và đầu ra

đó các cực đầu vào mô hình hoá bằng một điện

khuếch đại

source) , Ao được gọi là hệ số khuếch đại điện áp

hở mạch

vào ra(a)

(b)

1 KHỐI KHUYẾCH ĐẠI

40

2 KHỐI KHUYẾCH ĐẠI LÝ TƯỞNG

xây dựng sẵn có (building blocks)

vào, điện trở đầu ra, và hệ số khuếch đại điện

n Điện áp ra quan hệ với vi sai giữa hai điện áp vào như sau

n Trong đó là A hệ số khuếch đại điện áp vòng hở

2 KHỐI KHUYẾCH ĐẠI LÝ TƯỞNG

Khuếch đại thuật toán

Khuếch đại thuật toán lý

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Hệ số khuếch đại đảo là:

Với :

1 Đầu vào đảo

Khuếch đại đảo

2 Đầu vào không đảo

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Hệ số khuếch đại không đảo là:

1

o i

v = + R

2 KHỐI KHUYẾCH ĐẠI LÝ TƯỞNG

44

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Khuếch đại cộng đảo

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Khuếch đại cộng không đảo

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

2

t in

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

n 7.2.1; 7.2.3; 7.2.5; 7.2.7; 7.2.8; 7.2.9; 7.2.13; 7.2.14; 7.2.15; 7.2.27; 7.2.28; 7.2.29;

n 7.3.1; 7.3.3; 7.3.4; 7.3.5; 7.3.6; 7.3.7; 7.3.11; 7.3.12; 7.3.14; 7.3.15; 7.3.16;

BÀI TẬP

BÀI TẬP

mắc nối tiếp được phân cực thuận bởi một nguồn áp

BÀI TẬP

cực góp tới cực phát, như trên hình Transistor được phân cực

để có dòng i ện góp một chiều là 6mA.

n Tính ΔvL theo sự thay Rổi nhỏ

n Tìm sự thay Rổi tương ứng ở dòng i ện gốc.

n 8.1.1; 8.1.3; 8.1.4;

n 8.3.3; 8.3.12; 8.3.17;

BÀI TẬP

BÀI TẬP

54

BÀI TẬP

3 Xét mạch khuếch đại với R1=1600Ω; R2=400Ω; Rc=70Ω;

Điện trở tải Tụ rẽ

Đất

Nguồn xoay

chiều

56

BÀI TẬP

n 5.1.1; 5.1.2; 5.1.3

n 5.2.1; 5.2.2; 5.2.3; 5.2.4; 5.2.5; 5.2.6; 5.2.7

BÀI TẬP

1. Xác định hệ số khuếch đại điện áp trong

hình vẽ.

58

BÀI TẬP

2. Tìm điện áp ra v0 trong mạch trong hình

BÀI TẬP

3. Xác định điện áp ra v0 của hệ thống như

hình vẽ

60

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍN HIỆU SỐ

n Tín hiệu tương tự là tín hiệu có giá trị thay đổi liêntục theo thời gian

Các tín hiệu tương tự

62

• Tín hiệu rời rạc tín hiệu chỉ xác định trên một tập rời rạc

của thời gian (một tập những thời điểm rời rạc)

bất kỳ thời điểm xác định nào

trị mẫu được làm tròn chính xác tới gần nhất tập các biên

độ rời rạc

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍN HIỆU SỐ

n Tín hiệu số có dạng tín hiệu nhị phân (binary signal)

Hình vẽ mô tả các tín hiệu nhị phân điển hình

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍN HIỆU SỐ

HỆ THỐNG SỐ

Hệ cơ số 10

(thập phân)

Hệ cơ số 2 (nhị phân)

Hệ cơ số 8 (bát phân)

Hệ cơ số 16 (Hexa)

HỆ THỐNG SỐ

Các bước chuyển đổi hệ thống số thập phân sang nhị phân:

Sử dụng số dư để thiết lập số nhị phân tương đương Quá trình tiếp tục đến khi thương bằng 0 Số dư đầu tiên

là bit có trọng số nhỏ nhất (LSB), số dư cuối là bit có

trọng số lớn nhất (MSB)

hoặc 1 xuất hiện phía trái dấu chấm thập phân của tíchvào số nhị phân Tiếp tục đến khi phần thập phân của

tích bằng 0

HỆ THỐNG SỐ

Chuyển đổi hệ thập phân sang bát phân (tương tự nhưcách đổi hệ nhị phân)

Chuyển đổi hệ nhị phân sang bát phân: chuyển từng

nhóm 3 bit nhị phân sang một số hệ bát phân

Chuyển đổi hệ bát phân sang nhị phân: thay thế mỗi bit bằng 3 bit nhị phân tương đương

HỆ THỐNG SỐ

Chuyển đổi hệ thập phân sang hệ hexa:

tích

Chuyển đổi hệ nhị phân sang hệ hexa: chuyển từng

nhóm 4 bit sang một số của hệ hexa

Chuyển đổi hệ hexa sang hệ nhị phân: thay thế mỗi bit bằng 4 bit nhị phân tương đương

70

n Khối OR

2 CÁC KHỐI LOGIC

72

n Khối AND

2 CÁC KHỐI LOGIC

n Khối NOT

2 CÁC KHỐI LOGIC

74

n Khối NAND

2 CÁC KHỐI LOGIC

n Khối NOR

2 CÁC KHỐI LOGIC

76

2 CÁC KHỐI LOGIC

3 BIỂU DIỄN VÀ TỐI THIỂU HÀM LOGIC

78

3 BIỂU DIỄN VÀ TỐI THIỂU HÀM LOGIC

VÍ DỤ

hình (a)

Tối thiểu hàm logic

— Khái niệm về số hạng nhỏ nhất (minterm) và thừa số lớn

Tối thiểu hàm logic

Phương pháp Karnaugh

n Tối thiểu hàm logic bằng phương pháp Karnaugh là

phương pháp biểu đồ là một dạng biến đổi của bảng chân

lý, biểu đồ này cung cấp một phương pháp rất tiện lợi choviệc mô tả hàm đại số logic dưới dạng SOP (Sum of

product) hay POS (product of sum)

Phương pháp Karnaugh

SOP

Phương pháp Karnaugh

POS

Ví dụ: tìm hàm logic F có bảng karnaugh

88

Phương pháp Karnaugh

BÀI TẬP

n 6.1.1; 6.1.2; 6.1.3; 6.1.4; 6.1.5; 6.1.6; 6.1.7; 6.1.8; 6.1.9; 6.1.10; 6.1.11;

6.1.12; 6.1.13; 6.1.14; 6.1.15;

n 6.1.17 - 6.1.36

n 6.1.38

BÀI TẬP

90

BÀI TẬP

92

F(A,B,C,D)= M (1,3,11,14,15)

i Õ