Ngày đăng: 15/10/2012, 10:01
MẠCH ĐIỆN TỬ TRƯƠNG VĂN TÁM Chương 1: Mạch Diode CHƯƠNG I MẠCH DIODE Trong chương này, chúng ta khảo sát một số mạch ứng dụng căn bản của diode bán dẫn (giới hạn ở diode chỉnh lưu và diode zener – Các diode đặc biệt khác sẽ được bàn đến lúc cần thiết). Tùy theo nhu cầu ứng dụng, các mô hình lý tưởng, gần đúng hay thực sẽ được đưa vào trong công việc tính toán mạch. 1.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE): Xem mạch hình 1.1a Nguồn điện một chiều E mắc trong mạch làm cho diode phân cực thuận. Gọi ID là dòng điện thuận chạy qua diode và VD là hiệu thế 2 đầu diode, ta có: Trong đó: I0 là dòng điện rỉ nghịch η=1 khi ID lớn (vài mA trở lên) η=1 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Ge η=2 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Si Ngoài ra, từ mạch điện ta còn có: E – VD – VR = 0 Tức E = VD + RID (1.2)Trương Văn Tám I-1 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Phương trình này xác định điểm làm việc của diode tức điểm điều hành Q, được gọi là phương trình đường thẳng lấy điện. Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode ID = f(VD) là điểm điều hành Q. 1.2. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU – Ngược lại khi E < VK, mạch được xem như hở, nên: ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E – VR = E 1.3. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU – MẠCH CHỈNH LƯU Mạch chỉnh lưu là ứng dụng thông dụng và quan trọng nhất của diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều (mà thường là dạng Sin hoặc vuông) thành điện một chiều. 1.3.1. Khái niệm về trị trung bình và trị hiệu dụng 1.3.1.1. Trị trung bình: Hay còn gọi là trị một chiều Trị trung bình của một sóng tuần hoàn được định nghĩa bằng tổng đại số trong một chu kỳ của diện tích nằm trên trục 0 (dương) và diện tích nằm dưới trục 0 (âm) chia cho chu kỳ. Một cách tổng quát, tổng đại số diện tích trong một chu kỳ T của một sóng tuần hoàn v(t) được tính bằng công thức: Một vài ví dụ: Trương Văn Tám I-Mạch Diode Dạng sóng Trị trung bình 1.3.1.2. Trị hiệu dụng: hiệu dụng của một sóng tuần hoàn( thí dụ dòng điện) là trị số tương Người ta định nghĩa trị đương của dòng điện một chiều IDC mà khi chạy qua một điện trở R trong một chu kì sẽ có năng lượng tỏa nhiệt bằng nhau. Trương Văn Tám I-3 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Vài thí dụ: Dạng sóng Trị trung bình và hiệu dụng Trương Văn Tám I-4 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích mạch. Dạng mạch căn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7 Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của vi(t) đưa vào mạch Ta có: – Biên độ đỉnh của vo(t) Vdcm = Vm – 0.7V (1.6) – Ðiện thế trung bình ngõ ra: – Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch của diode là: VRM=Vm (1.8) Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bán kỳ âm bằng cách đổi đầu diode. Trương Văn Tám I-6 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.3. Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữa Mạch cơ bản như hình 1.8a; Dạng sóng ở 2 cuộn thứ cấp như hình 1.8b – Ở bán kỳ dương, diode D1 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D2 phân cực nghịch nên xem như hở mạch (hình 1.9) – Ở bán kỳ âm, diode D2 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D1 phân cực nghịch nên xem như hở mạch (Hình 1.10) Ðể ý là trong 2 trường hợp, IL đều chạy qua RL theo chiều từ trên xuống và dòng điện đều có mặt ở hai bán kỳ. Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V (1.9) Và điện thế đỉnh phân cực nghịch ở mỗi diode khi ngưng dẫn là: VRM=Vdcm+Vm=2Vm-0,7V (1.10) – Dạng sóng thường trực ở 2 đầu RL được diễn tả ở hình 1.11 Trương Văn Tám I-7 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Người ta cũng có thể chỉnh lưu để tạo ra điện thế âm ở 2 đầu RL bằng cách đổi cực của 2 diode lại. 1.3.4. Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode Mạch cơ bản – Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D1 và D2 phân cực nghịch xem như hở mạch. Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng, mạch điện được vẽ lại như hình 1.13 Trương Văn Tám I-8 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode – Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D2, D4 phân cực nghịch xem như hở mạch (Hình 1.14) Từ các mạch tương đương trên ta thấy: – Ðiện thế đỉnh Vdcm ngang qua hai đầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) – Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch VRM ở mỗi diode là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VDVRM =Vm-0,7V (1.13) Ðể ý là dòng điện trung bình chạy qua mỗi cặp diode khi dẫn điện chỉ bằng 1/2 dòng điện trung bình qua tải. Trương Văn Tám I-9 Mạch Điện Tử […]… V0=VC1+VC2=2Vm1.7.2. Mạch chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn Mạch Diode Bài 6: Xác định V0 trong mạch hình 1.41 Bài 7: Xác định I1, I2, ID2 trong mạch hình 1.42 Bài 8: Xác định dòng điện I trong mạch hình 1.43 Bài 9: Dùng kiểu mẫu diode lý tưởng, xác định V0 trong 2 mạch hình… Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng, xác định v0 trong mạch hình 1.45 Bài 11: Thiết kế mạch ghip áp có đặc tính như hình 1.46 và hình 1.47 Trương Văn Tám I-21 Mạch Điện Tử Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.11. MẠCH KHUẾCH ÐẠI CỰC NỀN CHUNG Dạng mạch thông dụng và mạch tương đương xoay chiều như hình 2.38 Phân giải mạch tương đương ta tìm được: 2.12. PHÂN GIẢI… cho thích hợp. Trương Văn Tám II-2 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích mạch. Dạng mạch căn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7 Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của vi(t) đưa vào mạch Ta có: – Biên độ đỉnh của vo(t)… Trương Văn Tám I-6 Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.12.3. Mạch khuếch đại cực nền chung Dạng mạch và mạch tương đương như hình 2.41 Phân giải mạch tương đương ta tìm được: 2.13. PHÂN GIẢI THEO THÔNG SỐ h ÐẦY ÐỦ Ðiểm quan trọng trong cách phân giải theo thông số h đầy đủ là cơng thức tính các thơng số của mạch khuếch đại có thể áp dụng… Chỉ cần chú ý là ở mạch cực phát chung là hie, hfe, hre, hoe; ở mạch cực nền chung là hib, hfb, hrb, hob và ở mạch cực thu chung là hic, hfc, hrc, hoc. Mô hình sau đây là mạch tương đương tổng quát của BJT theo thông số h một cách đầy đủ, ở đó người ta xem BJT như một tứ cực. Trương Văn Tám II-24 Mạch Diode 1.6. MẠCH DÙNG DIODE ZENER:… đương với mạch hở Thí dụ: Xác định RC và RB của mạch điện hình 2.15 nếu IBCsat=10mA Khi bảo hòa: Trương Văn Tám II-9 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Phương trình này xác định điểm làm việc của diode tức điểm điều hành Q, được gọi là phương trình đường thẳng lấy điện. Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode ID = f(VD) là điểm điều hành Q. 1.2. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN… Mạch Điện Tử Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.12.2. Mạch khuếch đại cực thu chung Xem mạch hình 2.40a với mạch tương đương 2.40b – Tổng trở vào: Zi=R1//R2//Zb – Tổng trở ra: Mạch tính tổng trở ra như hình 2.40c Thông thường hie << hfeRE ⇒ Av # 1 - Ðộ lợi dòng điện: Trương Văn Tám II-23 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.5. Chỉnh… ILmin phải thỏa mãn: Trương Văn Tám I-17 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5 Mạch Điện Tử Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT – Bước 3:Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thơng số cịn lại (điện thế tại các chân, giữa các chân của BJT ) Áp dụng vào mạch điện hình 2.1 * Sự bảo hịa của BJT: Sự… – Xác định trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏi mạch và tính hiệu thế V ở hai đầu của mạch hở Trương Văn Tám I-16 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Hình 1.24 là đáp ứng của mạch cắt song song căn bản với các dạng sóng thơng dụng (diode lý tưởng) * Mạch có phân cực Ta cũng có thể mắc thêm một nguồn điện thế 1 chiều V nối tiếp… qua tải và tỉ lệ nghịch với điện dung C. Sóng dư sẽ tăng gấp đơi khi chỉnh lưu nửa sóng vì lúc đó f=fr 1.4. MẠCH CẮT (Clippers) Mạch này dùng để cắt một phần tín hiệu xoay chiều. Mạch chỉnh lưu nửa sóng là một thí dụ đơn giản về mạch cắt. Trương Văn Tám I-12 Mạch Điện Tử Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT Nếu coi VCEsat có trị trung bình khoảng 0,15V ta có: . 1: Mạch Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch. 1.4.2. Mạch cắt song song * Mạch căn bản có dạng Trương Văn Tám I-13 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Hình 1.24 là đáp ứng của mạch cắt
tài liệu “Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử” được biên soạn với nội dung co đọng, dễ hiểu, không đi sâu vào các vấn đề lý thuyết phức tạp, các chương đều có rất nhiều ví dụ minh họa, tĐIỆN TỬ TRƯƠNG VĂN TÁM Chương 1:Diode CHƯƠNG IDIODE Trong chương này, chúng ta khảo sát một sốứng dụng căn bản của diode bán dẫn (giới hạn ở diode chỉnh lưu và diode zener – Các diode đặc biệt khác sẽ được bàn đến lúc cần thiết). Tùy theo nhu cầu ứng dụng, các mô hình lý tưởng, gần đúng hay thực sẽ được đưa vào trong công việc tính toán mạch. 1.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE): Xemhình 1.1a Nguồn điện một chiều E mắc tronglàm cho diode phân cực thuận. Gọi ID là dòng điện thuận chạy qua diode và VD là hiệu thế 2 đầu diode, ta có: Trong đó: I0 là dòng điện rỉ nghịch η=1 khi ID lớn (vài mA trở lên) η=1 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Ge η=2 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Si Ngoài ra, từđiện ta còn có: E – VD – VR = 0 Tức E = VD + RID (1.2)Trương Văn Tám I-1Điện Tử Chương 1:Diode Phươngnày xác định điểm làm việc của diode tức điểm điều hành Q, được gọi là phươngđường thẳng lấy điện.điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode ID = f(VD) là điểm điều hành Q. 1.2. DIODE TRONGÐIỆN MỘT CHIỀU – Ngược lại khi E < VK,được xem như hở, nên: ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E 1.3. DIODE TRONGÐIỆN XOAY CHIỀU -CHỈNH LƯUchỉnh lưu là ứng dụng thông dụng và quan trọng nhất của diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều (mà thường là dạng Sin hoặc vuông) thành điện một chiều. 1.3.1. Khái niệm về trị trung bình và trị hiệu dụng 1.3.1.1. Trị trung bình: Hay còn gọi là trị một chiều Trị trung bình của một sóng tuần hoàn được định nghĩa bằng tổng đại số trong một chucủa diện tích nằm trên trục 0 (dương) và diện tích nằm dưới trục 0 (âm) chia cho chu kỳ. Một cách tổng quát, tổng đại số diện tích trong một chuT của một sóng tuần hoàn v(t) được tính bằng công thức: Một vài ví dụ: Trương Văn Tám I- 2 Mạch Điện Tử Chương 1 Diode Dạng sóng Trị trung bình 1.3.1.2. Trị hiệu dụng: hiệu dụng của một sóng tuần hoàn( thí dụ dòng điện) là trị số tương Người ta định nghĩa trị đương của dòng điện một chiều IDC mà khi chạy qua một điện trở R trong một chu kì sẽ có năng lượng tỏa nhiệt bằng nhau. Trương Văn Tám I-3Điện Tử Chương 1:Diode Vài thí dụ: Dạng sóng Trị trung bình và hiệu dụng Trương Văn Tám I-4Điện Tử Chương 1:Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5Điện Tử Chương 1:Diode 1.3.2.chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trongnày ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích mạch. Dạngcăn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7 Diode chỉ dẫn điện khi bándương của vi(t) đưa vàoTa có: – Biên độ đỉnh của vo(t) Vdcm = Vm – 0.7V (1.6) – Ðiện thế trung bình ngõ ra: – Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch của diode là: VRM=Vm (1.8) Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bánâm bằng cách đổi đầu diode. Trương Văn Tám I-6Điện Tử Chương 1:Diode 1.3.3. Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữacơ bản như hình 1.8a; Dạng sóng ở 2 cuộn thứ cấp như hình 1.8b – Ở bándương, diode D1 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D2 phân cực nghịch nên xem như hở(hình 1.9) – Ở bánâm, diode D2 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D1 phân cực nghịch nên xem như hở(Hình 1.10) Ðể ý là trong 2 trường hợp, IL đều chạy qua RL theo chiều từ trên xuống và dòng điện đều có mặt ở hai bán kỳ. Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V (1.9) Và điện thế đỉnh phân cực nghịch ở mỗi diode khi ngưng dẫn là: VRM=Vdcm+Vm=2Vm-0,7V (1.10) – Dạng sóng thường trực ở 2 đầu RL được diễn tả ở hình 1.11 Trương Văn Tám I-7Điện Tử Chương 1:Diode Người ta cũng có thể chỉnh lưu để tạo ra điện thế âm ở 2 đầu RL bằng cách đổi cực của 2 diode lại. 1.3.4. Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diodecơ bản – Ở bándương của nguồn điện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D1 và D2 phân cực nghịch xem như hở mạch. Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng,điện được vẽ lại như hình 1.13 Trương Văn Tám I-8Điện Tử Chương 1:Diode – Ở bánâm của nguồn điện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D2, D4 phân cực nghịch xem như hở(Hình 1.14) Từ cáctương đương trên ta thấy: – Ðiện thế đỉnh Vdcm ngang qua hai đầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) – Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch VRM ở mỗi diode là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VDVRM =Vm-0,7V (1.13) Ðể ý là dòng điện trung bình chạy qua mỗi cặp diode khi dẫn điện chỉ bằng 1/2 dòng điện trung bình qua tải. Trương Văn Tám I-9Điện Tử […]… V0=VC1+VC2=2Vm1.7.2.chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn Trương Văn Tám I-19 Mạch Điện Tử MẠCH ĐIỆN TỬ TRƯƠNG VĂN TÁM Chương 1:Diode Bài 6: Xác định V0 tronghình 1.41 Bài 7: Xác định I1, I2, ID2 tronghình 1.42 Bài 8: Xác định dòng điện I tronghình 1.43 Bài 9: Dùng kiểu mẫu diode lý tưởng, xác định V0 trong 2hình… Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng, xác định v0 tronghình 1.45 Bài 11: Thiết kếghip áp có đặc tính như hình 1.46 và hình 1.47 Trương Văn Tám I-21Điện Tử Chương 2:phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.11.KHUẾCH ÐẠI CỰC NỀN CHUNG Dạngthông dụng vàtương đương xoay chiều như hình 2.38 Phân giảitương đương ta tìm được: 2.12. PHÂN GIẢI… cho thích hợp. Trương Văn Tám II-2Điện Tử Chương 1:Diode 1.3.2.chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trongnày ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích mạch. Dạngcăn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7 Diode chỉ dẫn điện khi bándương của vi(t) đưa vàoTa có: – Biên độ đỉnh của vo(t)… Trương Văn Tám I-6 Mạch Điện Tử Chương 2 phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.12.3.khuếch đại cực nền chung Dạngvàtương đương như hình 2.41 Phân giảitương đương ta tìm được: 2.13. PHÂN GIẢI THEO THÔNG SỐ h ÐẦY ÐỦ Ðiểm quan trọng trong cách phân giải theo thông số h đầy đủ là cơng thức tính các thơng số củakhuếch đại có thể áp dụng… Chỉ cần chú ý là ở mạch cực phát chung là hie, hfe, hre, hoe; ởcực nền chung là hib, hfb, hrb, hob và ở mạch cực thu chung là hic, hfc, hrc, hoc. Mô hình sau đây làtương đương tổng quát của BJT theo thông số h một cách đầy đủ, ở đó người ta xem BJT như một tứ cực. Trương Văn Tám II-24 Mạch Điện Tử Chương 1 Diode 1.6.DÙNG DIODE ZENER:… đương vớihở Thí dụ: Xác định RC và RB củađiện hình 2.15 nếu IBCsat=10mA Khi bảo hòa: Trương Văn Tám II-9Điện Tử Chương 1:Diode Phươngnày xác định điểm làm việc của diode tức điểm điều hành Q, được gọi là phươngđường thẳng lấy điện.điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode ID = f(VD) là điểm điều hành Q. 1.2. DIODE TRONGÐIỆN…Điện Tử Chương 2:phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 2.12.2.khuếch đại cực thu chung Xemhình 2.40a vớitương đương 2.40b – Tổng trở vào: Zi=R1//R2//Zb – Tổng trở ra:tính tổng trở ra như hình 2.40c Thông thường hie << hfeRE ⇒ Av # 1 - Ðộ lợi dòng điện: Trương Văn Tám II-23Điện Tử Chương 1:Diode 1.3.5. Chỉnh... ILmin phải thỏa mãn: Trương Văn Tám I-17Điện Tử Chương 1:Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5Điện Tử Chương 2:phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT - Bước 3:Dùngđiện ngõ ra để tìm các thơng số cịn lại (điện thế tại các chân, giữa các chân của BJT ) Áp dụng vàođiện hình 2.1 * Sự bảo hịa của BJT: Sự... - Xác định trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏivà tính hiệu thế V ở hai đầu củahở Trương Văn Tám I-16Điện Tử Chương 1:Diode Hình 1.24 là đáp ứng củacắt song song căn bản với các dạng sóng thơng dụng (diode lý tưởng) *có phân cực Ta cũng có thể mắc thêm một nguồn điện thế 1 chiều V nối tiếp... qua tải và tỉ lệ nghịch với điện dung C. Sóng dư sẽ tăng gấp đơi khi chỉnh lưu nửa sóng vì lúc đó f=fr 1.4.CẮT (Clippers) Mạch này dùng để cắt một phần tín hiệu xoay chiều.chỉnh lưu nửa sóng là một thí dụ đơn giản vềcắt. Trương Văn Tám I-12Điện Tử Chương 2:phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT Nếu coi VCEsat có trị trung bình khoảng 0,15V ta có:. 1: Mạch Diode Hình 1.6 Trương Văn Tám I-5 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode 1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) Trong mạch. 1.4.2. Mạch cắt song song * Mạch căn bản có dạng Trương Văn Tám I-13 Mạch Điện Tử Chương 1: Mạch Diode Hình 1.24 là đáp ứng của mạch cắt
