Bài giảng môn học điện tử công suất

Mô hình mạch điện của khối khuếch đại cho trên hình 5.1.1b được phát triển dựa trên cơ sở của các dẫn giải sau đây..  Bởi vì, với hầu hết các bộ khuếch đại, dòng điện đầu vào là tỉ lệ

Trang 1

Bài giảng môn Kỹ thuật điện

Giảng viên: Vũ Minh Quang

Bộ môn: Kỹ thuật điện

Khoa: Năng lượng Email: quangvmtl@gmail.com

 Giáo trình:

 Nhập môn Kỹ thuật điện – Bm.Kỹ thuật điện, DHTL

 Introduction to electrical engineering - Sarma, Mulukutla S

Trang 2

Nhập môn Kỹ thuật điện

Trang 3

Chương 5-Khối tương tự và khuếch đại thuật toán

1. Khuếch đại thuật toán

2. Khuếch đại thuật toán lý tưởng

Trang 4

Chương 5

5.1 Khuếch đại thuật toán

 Một bộ khuếch đại được mô hình hóa như là thiết bị hai cổng

Đó là một hộp với hai cặp cực được gắn là đầu vào và đầu ra như trên hình 5.1.1(a) Mô hình mạch điện của khối khuếch đại cho trên hình 5.1.1(b) được phát triển dựa trên cơ sở của các dẫn giải sau đây.

 Bởi vì, với hầu hết các bộ khuếch đại, dòng điện đầu vào là tỉ lệ với điện áp đầu vào, do đó các cực đầu vào trong mô hình được nối với nhau bằng một điện trở , là điện trở đầu vào(input resistance) của bộ khuếch đại.

 Do bộ khuếch đại cấp công suất điện (ví dụ đến loa), dòng điện đầu ra có thể mô tả bằng mô hình nguồn Thévenin của nó Điện trở Thévenin được hiểu là điện trở ra(output resistance) và điện áp Thévenin là nguồn điện áp phụ thuộc(dependent voltage source) , được gọi là hệ số khuếch đại điện

áp hở mạch.

Chương 5

Trang 6

 Những khối này được mô tả bằng điện trở đầu vào , điện trở đầu ra , và

hệ số khuếch đại điện áp hở mạch

 Hai cực đầu vào không đảo và đầu vào đảo được gắn nhãn + và –

 Cực chung được biểu thị bằng ký hiệu nối đất ( ground )

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

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

Trang 8

Chương 5

5.2 Khuếch đại lý tưởng

2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

a Khuếch đại đảo

Hệ số khuếch đại đảo là:

Với :

1 Đầu vào đảo

Hình 5.4.1 Khuếch đại đảo

2 Đầu vào không đảo

Trang 9

Chương 5

b Khuếch đại không đảo

Hệ số khuếch đại đảo là:

Hình 5.4.2 Khuếch đại không

Trang 10

Chương 5

c Khuếch đại cộng đảo

Hình 5.4.3 Khuếch đại cộng đảo

Trang 11

Chương 5

d Khuếch đại cộng không đảo

Hình 5.4.4 Khuếch đại cộng không đảo

Trang 12

Chương 5

v t v d

RC    

Chương 5

Trang 13

Chương 5

f Bộ vi phân

Hình 5.4.12 Bộ vi phân

0

( ) ( ) dv t in

v t RC

dt



Trang 14

Chương 6- Mạch điện tử số

1. Khái niệm chung về tín hiệu số

2. Các khối logic

3. Phương pháp biểu diễn hàm logic và t

ối thiểu hàm logic

Phần 2

Trang 15

Chương 6

6.1 Khái niệm chung về tín hiệu số

thời gian

Trang 16

Chương 6

 Tín hiệu rời rạc (hình 6.0.2) tín hiệu chỉ xác định trên một tập rời rạc của thời gian (một tập những thời điểm rời rạc).

Hình 6.0.2 Tín hiệu rời rạc

Chương 6

Trang 17

Chương 6

 Lấy mẫu tín hiệu tương tự nghĩa là rời rạc tín hiệu đó theo thời gian.

 Tín hiệu số là tín hiệu có lượng hữu hạn biên độ rời rạc tại bất

kỳ thời điểm xác định nào.

 Thông qua quá trình lượng tử hóa ( quantization ), các giá trị mẫu được làm tròn chính xác tới gần nhất tập các biên độ rời rạc

 Tín hiệu số có dạng tín hiệu nhị phân ( binary signal ) Hình 6.0.3

mô tả các tín hiệu nhị phân điển hình.

Trang 20

Chương 6

6.2 Các khối logic

Khối OR

Chương 6

Trang 21

Chương 6

Khối AND

Trang 22

Chương 6

Khối NOT

Chương 6

Trang 23

Chương 6

Khối NAND

Trang 24

Chương 6

Khối NOR

Chương 6

Trang 25

Chương 6

Khối XOR

Khối XNOR

Trang 26

Chương 6

6.3 Biểu diễn và tối thiểu hàm logic

Các phép tính cơ bản đại số logic

Trang 30

Chương 6

Tối thiểu hàm logic

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

Trang 31

Chương 6

Bảng liệt kê số hạng nhỏ nhất và thừa số lớn nhất cho ba biến

Trang 32

Chương 6

 Từ bảng chân lý của hàm số logic bất kỳ, có thể thành lập được hàm F

là tổng của các mi (minterm) hoặc là tích của các Mi (maxterm).

Trang 33

Chương 6

Tối thiểu hàm logic theo Karnaugh

 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 cho việc mô tả hàm đại số logic dưới dạng SOP (Sum of product) hay POS (product of sum)

Trang 34

Chương 6

 Phương pháp đơn giản bằng bảng Karnaugh(K) theo SOP

 Chỉ quan tâm tới các ô có giá trị 1

 Gộp các ô có giá trị 1 kề nhau theo nguyên tắc

 Số lần lặp lại là ít nhất

 Số ô liền kề là lớn nhất, 2 n

 Khử các biến có thay đổi trạng thái trong các ô có liên quan

 Viết hàm F theo dạng tổng của các ô kết quả

Chương 6

(a)

Hình E6.1.11

Trang 35

Chương 6

 Phương pháp đơn giản bằng bảng Karnaugh(K) theo POS

 Chỉ quan tâm tới các ô có giá trị 0

 Gộp các ô có giá trị 0 kề nhau theo nguyên tắc

 Số lần lặp lại là ít nhất

Số ô liền kề là lớn nhất, 2

Trang 37

Chương 7

7.1 Khái niệm chung về chất bán dẫn

 Chất bán dẫn

 Tồn tại dưới dạng tinh thể rắn.

 Độ dẫn điện nằm giữa độ dẫn điện chất dẫn điện và cách điện;

độ dẫn điện nằm trong khoảng 10 -6 10 -5 S/m.

 Chất bán dẫn quan trọng nhất là Silicon, có hóa trị 4

 Các điện tử tự do

 Khi điện tử tự do mang điện tích âm chuyển động trong tinh thể,

tính dẫn điện trong chất bán dẫn tăng lên với chiều dòng điện ngược chiều với chiều chuyển động của các điện tử

 Lỗ trống

 Khi một điện tử tham gia liên kết hóa trị bị khuyết (bứt ra khỏi

liên kết), chỗ khuyết đó được gọi là lỗ trống; lỗ trống mang điện

Trang 38

Chương 7

Trang 39

 Chất bán dẫn thuần(không có tạp chất):

bình thường)

 Chất bán dẫn không thuần (có tạp chất):

thuần (hóa trị 4) một lượng nhỏ các tạp chất hóa trị 3 như In, Ga; hạt dẫn đa số là lỗ trống, điện tử

là thiểu số trong bán dẫn loại P

thuần (hóa trị 4) một lượng nhỏ các tạp chất hóa

Chương 7

Chất bán dẫn thuần và chất bán dẫn tạp

Trang 40

Chương 7

Chất bán dẫn thuần và chất bán dẫn tạp

Trang 42

 Phân cực thuận:

 Điện áp phân cực dương làm giảm hàng rào thế, do đó tăng số lượng điện tử và lỗ trống khuếch tán qua tiếp giáp Khuếch tán tăng làm xuất hiện dòng điện thuận, hướng từ p sang n

 Điện áp phân cực âm làm tăng hàng rào thế năng và giảm các

thành phần khuếch tán qua tiếp giáp Thành phần trôi được tạo ra bởi điện trường từ phía n sang p tạo ra dòng điện nhỏ, dòng điện này được gọi là dòng điện ngược (hay dòng điện bão hòa) Biên độ của dòng điện bão hòa phụ thuộc vào mật độ tạp chất trong bán dẫn loại p và n và phụ thuộc vào kích thước vật lý của tiếp giáp.

Chương 7

7.2 Diode bán dẫn

Lớp tiếp giáp P-N

Chương 7

Trang 44

 Đặc điểm

điện và điện áp là

qua diode nhỏ, gọi là dòng điện ngược bão hòa (diode lí tưởng coi dòng này bằng 0); khi tăng điện áp ngược đến một giá trị giới hạn nào đó, diode bị đánh thủng

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

I I e  V  

Hình 7.2.3 Tiếp giáp pn

khi phân cực (a) Cấu trúc vật lý (b) Ký hiệu diode bán dẫn

Chương 7

Diode

Chương 7

Trang 45

Chương 7

Diode thực và diode lý tưởng

tưởng là điện áp rơi khác không khi diode thực

dẫn dòng theo chiều thuận Điện áp rơi hữu hạn

điện áp mở, điện áp tối thiểu, hoặc điện áp

ngưỡng Giá trị điển hình là 0,6 đến 0,7V với

diode bán dẫn silicon và 0,2 đến 0,3V với diode bán dẫn germanium

Trang 46

 Đặc tuyến V-A diode

thực

tưởng

Phá hỏng

Phân cực thuận

Phân cực ngược

Trang 47

Đặc tuyến thực

Đặc tuyến xấp xỉ

1 Mô hình 1( diode offset)

Trang 48

2 Mô hình 2 (piecewise –linear)

Chương 7

Mô hình toán học của diode

Chương 7

Trang 49

VÍ DỤ: thay diode

nối tiếp với điện áp mở (ngưỡng) 0,6V

Trang 50

 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ:

Diode lí tưởng

Điện trở tải

Diode đóng mạch

Diode đóng mạch Diode

Trang 51

 Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ

Trang 52

Hình 7.2.10 Chỉnh lưu cả chu kỳ (a)

mạch điện, (b) mạch điện cho nửa chu kỳ dương và âm, (c) Điện áp đầu ra sau chỉnh lưu

Trang 53

 Mạch lọc dùng tụ điện

Trở tải Tụ lọc

Diode lí tưởng

Hằng số

thời gian

Tụ nạp

Tụ phóng Hình 7.2.9 Chỉnh lưu với tụ lọc (a)

Mạch điện (b) dòng điện ra với tụ lọc (c) Cấu hình mạch điện khi tụ nạp và phóng.

Chương 7

Mạch ứng dụng diode

Trang 55

 Ba lớp bán dẫn, ghép thành hai tiếp giáp: n-n hoặc

p-n-p;

vùng là: cực gốc(B), phát (E), góp(C); vùng gốc được chế tạo mỏng nhất và vùng phát được làm giầu các hạt dẫn đa số nhất

Trang 56

Collector) (gốc-Base)

(góp-(phát- Emitter)

(phát- Emitter)

Collector) (gốc-Base)

(góp-Hình 7.3.1 Transistor lưỡng cực (a) Cấu trúc transistor npn và ký hiệu (b) Cấu trúc transistor

Trang 57

Chương 7

7.3 Transistor lưỡng cực

2 Ký hiệu Transistor (BJT–transistor lưỡng cực)

Trang 60

Để xác định điểm làm việc tĩnh (chỉ có nguồn

nA), nên được bỏ qua (trong GT này tác giả bỏ qua);

không được áp dụng các công thức từ 7.3.1-7.3.5

Chương 7

4.Xác định điểm làm việc tĩnh của transistor

Chương 7

Trang 61

 Quan hệ các đại lượng dòng điện ở chế độ tích cực

i i

Trang 62

 Tính toán chế độ làm việc của Transistor β=80

Trang 64

 Loại bỏ hai chế độ trên, thay sơ đồ transistor tương đương ở chế độ tích cực

Trang 65

 Sơ đồ tương đương của BJT khi làm việc với tín hiệu nhỏ

Các thông số iC=f(vBE, vCE), tuyến tính hóa quanh điểm làm

việc một chiều (xem thêm hiệu ứng Early trang 361)

m

BE Q T

I i

Trang 66

 Sơ đồ tương đương của BJT với tín hiệu lớn:

Trang 67

Hình7.3.8 Mô hình npn BJT tín hiệu lớn (a) Mô hình mạch điện tuyến tính lí tưởng, (b) Trạng thái bão hòa lí tưởng, (c) Trạng thái khóa lí tưởng

Chương 7

5.Sơ đồ tương đương của BJT

Trang 68

Chương 8- Khuếch đại transistor

Phần 2

Trang 69

Chương 8

8.1 Phân cực transistor lưỡng cực (BJT)

 Không có phương pháp chung để phân cực cho transistor

 Có thể sử dụng cách sau để phân cực cho transistor:

Trang 70

Chương 8

8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT)

Có ba mạch khuếch đại cơ bản

Chương 8

Trang 71

Chương 8

1.Khuếch đại mắc theo kiểu phát chung (CE)

Điện áp xoay chiều ra khuếch đại

Điện trở tải Tụ rẽ

Đất

Nguồn xoay chiều

Các điện trở R , R , R , R được xác định nhờ phân cực

Trang 72

Chương 8

1.Khuếch đại mắc theo kiểu phát chung (CE)

v A

g r R r R i

Trang 73

Chương 8

2.Khuếch đại mắc theo kiểu góp chung (CC)

Các điện trở R , R , R được xác định nhờ phân cực

Nguồn tín

Điện trở tải

Điện áp ra

Trang 74

Chương 8

2.Khuếch đại mắc theo kiểu góp chung (CC)

m L

v

m

v A

v

g r R R A

Trang 75

Chương 8

3.Khuếch đại mắc theo kiểu gốc chung (B)

Các điện trở R , R , R , R được xác định nhờ phân cực

Đất

Nguồn xoay chiều

Điện áp ra

(a)

Trang 76

Chương 8

3.Khuếch đại mắc theo kiểu gốc chung (B)

( )

(1 )

H i

H

R g r

v v A

1 ( || )

E in

r R R

Trang 77

Chương 8

So sánh mạch khuếch đại mắc E, C, B chung

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

nhau

xấp xỉ bằng 1; hệ số khuếch đại dòng điện lớn

điện, chỉ khuếch đại điện áp

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	2,98 MB