cÔ sÔÛ v m ch i n nguoàn ñieän aùpk thu t in t 3 hình 1-7 moät nguoàn doøng töông...

Kỹ thuật điện tử 1

CHÖÔNG I

CÔ SÔÛ VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1. Nguoàn ñieän aùp 1.1.1. Nguoàn aùp ñoäc laäp

Moät nguoàn aùp líù töôûng taïo ra moät ñieän aùp khoâng ñoåi giöõa hai ñaàu nguoàn. Ví duï ñôn giaûn nhaát laø moät nguoàn Pin khoâng coù ñieän trôû noäi. Trong nguoàn aùp líù töôûng chæ coù doøng ñieän thay ñoåi khi thay ñoåi ñieän trôû maïch ngoaøi hay ñieän trôû taûi (Load resistance- RL).

10VRL

10V

V

1 100 1e+4 1e+69

10

9.5

10.5

(a) (b)

V+- -

+V

Hình 1-1 (a) Kí hieäu nguoàn aùp lí töôûng; (b) Ví duï nguoàn aùp lí töôûng.

Trong thöïc teá khoâng theå toàn taïi moät nguoàn aùp maø khoâng coù ñieän trôû noäi, vì vaäy ta thöôøng kí hieäu nguoàn aùp thöïc teá goàm moät nguoàn aùp lí töôûng maéc noái tieáp vôùi moät ñieän trôû noäi RS.

RS

UE

I

+-

Hình 1-2 Nguoàn aùp vôùi ñieän trôû noäi

Khi coù ñieän trôû noäi: U=E-RSI (1-1)

Tuy nhieân aûnh höôûng cuûa ñieän trôû noäi trong nhieàu tröôøng hôïp laø khoâng thaät söï ñaùng keå, neáu RS<0.01RL (1-2) thì ñieän trôû noäi coù theå boû qua, nguoàn aùp trong tröôøng hôïp naøy goïi laø nguoàn aùp Stiff.

V

1 100RS

Vuøng StiffVRL

RS

+-

Hình 1-3 Nguoàn Stiff.


1.1.2. Nguoàn aùp phuï thuoäc doøng

U2

I1 I1

R=2ΩΩΩΩ 2R+-2V

(a) (b)

R*I1 3I1

+

-

Hình 1-4 (a) Kí hieäu nguoàn aùp phuï thuoäc doøng; (b) Ví duï

Vôùi loaïi nguoàn naøy: U=RI1 (1-3)

Trong ví duï hình 1-3 b, theo ñònh luaät Omh ta tính ñöôïc1

21

2

VI A= =

Ω

Suy ra U2=3I1=3*1=3V, 2

30.75

2*2

VI A= =

Ω

1.1.3. Nguoàn aùp phuï thuoäc aùp

U2U1 ααααU1

+

-

+

-

U2=αU1 (1-4)

Hình 1-5 Kyù hieäu vaø coâng thöùc tính nguoàn aùp phuï thuoäc aùp.

1.2. Nguoàn doøng ñieän. 1.2.1. Nguoàn doøng ñoäc laäp

Moät nguoàn doøng lí töôûng cung caáp moät doøng ñieän khoâng ñoåi khi thay ñoåi ñieän trôû taûi.

RL10µµµµA

IL

1 100 1e+4 1e+69

10

9.5

10.5

(b)

10µµµµA

(a)

I I

Hình 1-6 (a) Kí hieäu nguoàn doøng lí töôûng; (b) Ví duï nguoàn doøng lí töôûng. Moät ví duï cuûa nguoàn doøng laø moät nguoàn Pin coù ñieän trôû noäi raát lôùn, xeùt ví duï

sau:

RL

RS=1MΩΩΩΩ

+-VS=10V

10.00µµµµA


Hình 1-7 Moät nguoàn doøng töông ñöông Doøng ñieän qua taûi IL ñöôïc tính nhö sau:

SL

S L

VI

R R=

+ (1-5)

Khi ñieän trôû taûi RL=1Ω, 1010

1 1L

VI A

Mµ=

Ω + Ω

Khi thay ñoåi giaù trò ñieän trôû taûi RL trong khoaûng töø 1Ω ñeán 10KΩ thì giaù trò IL haàu nhö thay ñoái khoâng ñaùng keå, do ñoù coù theå coi nguoàn Pin nhö treân laø moät nguoàn doøng ñoäc laäp.

Trong thöïc teá, khi ñieän trôû taûi quaù lôùn thì doøng IL thay ñoái ñaùng keå theo taûi, khi ñoù tính chaát nguoàn doøng cuûa nguoàn Pin nhö treân khoâng coøn ñuùng nöõa. Ñeå ñaûm baûo tính chaát nguoàn doøng khi söû duïng caùc nguoàn thay theá nhö treân, thöôøng một yeâu caàu phaûi ñöôïc thoûa laø ñieän trôû noäi cuûa nguoàn phaûi lôùn hôn 100 laàn ñieän trôû taûi maïch ngoaøi, nhöõng nguoàn thay theá thoûa yeâu caàu treân goïi laø nguoàn doøng Stiff.

IL

Vuøng Stiff

RL0.01Rs

99%100%

• RS >100RL (1-6) • RL< 0.01RS (1-7)

Hình 1-8 Ñaëc tuyeán cuûa nguoàn doøng Stiff

1.2.2. Nguoàn doøng phuï thuoäc doøng I1

ββββI1

I2

I2=βI1 (1-8)

Hình 1-9 Nguoàn doøng phuï thuoäc doøng

1.2.3. Nguoàn doøng phuï thuoäc aùp I1

gI1

I2

+

-U1

I2=gU1 (g:ñieän daãn, -mho) (1-9)

Hình 1-10 Nguoàn doøng phuï thuoäc aùp


1.3. Ñònh luaât Kirchhoff.

1.3.1. Ñònh luaät Kirchhoff veà doøng ñieän – ñònh luaät Kirchhoff 1 (K1) Toång ñaïi soá caùc doøng ñieän treân moät nuùt baèng 0.

0k

k

i± =∑ (1-10)

i1 i2 i3

i4

i5i6

A

1 2 3 4 5 6 0i i i i i i− − + − + + =

Hình 1-11 Ñònh luaät Kirchhoff cho nuùt A Khi aùp duïng ñònh luaät Kirchhoff 1, daáu cuûa caùc doøng ñieän ñöôïc quy ñònh nhö sau:

- Doøng ñieän ñi vaøo nuùt nhaän giaù trò ñaïi soá aâm (-) - Doøng ñieän ra khoûi nuùt nhaän giaù trò ñaïi soá döông (+)

Chuù yù: nhaùnh noái 2 nuùt ñöôïc coi laø moät “maïch kín”, khi ñoù =∑ ∑in outi i vaø doøng ñieän treân nhaùnh baèng 0

I1

R=2ΩΩΩΩ 2R+-2V 3I1

3R

4R

I=0A B Hình 1-12 nhaùnh noái 2 nuùt laø moät maïch kín

1.3.2. Ñònh luaät Kirchhoff veà ñieän aùp – ñònh luaät Kirchhoff 2 (K2)

Toång ñaïi soá ñieän aùp caùc nhaùnh cuûa cuøng moät voøng baèng 0

0k

k

u± =∑ (1-11)

• Neáu chieàu cuûa voøng theo chieàu töø döông ñeán aâm cuûa ñieän aùp thì ñieän aùp nhaän giaù trò ñaïi soá döông vaø ngöôïc laïi.

• Quy taéc naøy bao goàm caû ñoái töôïng nguoàn ñieän vaø maùy thu… • Neáu moät voøng coù chöùa nguoàn doøng thì khoâng caàn söû duïng ñònh luaät Kirchhoff 2

cho voøng ñoù.


Xeùt moät ví duï maïch ñieän nhö hình beân döôùi, chieàu cuûa caùc doøng ñieän I1, I2 vaø I3

do ngöôøi khaûo saùt ñaët (tuyø yù). Haõy xaùc ñònh caùc giaù trò doøng ñieän.

R1=10ΩΩΩΩ R2=20ΩΩΩΩ

R3=30ΩΩΩΩ0.1A 8V

I2I1

I3

+

-

A

Hình 1-13 Ví duï söû duïng ñònh luaät Kirchhoff

1.4. Töông ñöông maïch ñieän 1.4.1. Phöông phaùp töông ñöông Thevenin. Xeùt moät maïch ñieän bao goàm hai khoái A vaø B ñöôïc taùch bieät bôûi hai ñieåm ab, khi ñoù ñeå ñôn giaûn cho vieäc tính toaùn caùc thoâng soá maïch ôû khoái B ta coù theå bieán ñoåi khoái maïch A thaønh moät maïch ñôn giaûn bao goàm moät nguoàn aùp ñöôïc maéc noái tieáp bôûi moät ñieän trôû, phöông phaùp bieán ñoåi töông ñöông nhö vaäy goïi laø phöông phaùp töông ñöông Thevenin (vì phöông phaùp naøy do Thevenin, moät kyõ sö ngöôøi Phaùp, ñöa ra), nguoàn aùp noùi treân goïi laø nguoàn Thevenin (VTH) vaø ñieän trôû goïi laø ñieän trôû Thevenin (RTH).

A B

+

-

I

U

a

b

B

RTH

UTH

a

b

I

Hình 1-14 Töông ñöông maïch ñieän theo phöông phaùp Thevenin

Phöông phaùp bieán ñoåi Thevenin ñaûm baûo:

UTH= UOC (1-12) RTH= ROC (1-13)

• Söû duïng phöông phaùp töông ñöông Thevenin:

- Hôû maïch ñoaïn ab - Tính ñieän aùp hôû maïch Uab (hay UOC), theo 1-12 ñieän aùp Thevenin chính laø Uab. - Ngaén maïch taát caû caùc nguoàn aùp trong khoái A, tính ñieän trôû töông ñöông cuûa

khoái A, ñoù chính laø ñieän trôû Thevenin theo 1-13.


Ví duï: Söû duïng phöông phaùp töông ñöông Thevenin ñeå giaûi maïch ñieän.



R5=2ΩΩΩΩ

V=25V

A

B

Hình 1-15 Maïch caàu

1.4.2. Phöông phaùp töông ñöông Norton.

Cuõng gioáng nhö phöông phaùp töông ñöông Thevenin, phöông phaùp töông ñöông Norton cuõng thöïc hieän bieán ñoåi khoái maïch A thaønh moät maïch ñieän ñôn giaûn nhöng maïch ñieän khoái A sau khi ñöôïc bieán ñoåi seõ bao goàm moät nguoàn doøng maéc song song vôùi moät ñieän trôû. Nguoàn doøng ñoù goïi laø doøng Norton (IN) vaø ñieän trôû goïi laø ñieän trôû Norton (RN).

A B

+

-

I

U

a

b

BRNIN

a

b

I

Hình 1-16 Töông ñöông maïch ñieän theo phöông phaùp Norton

Doøng Norton ñöôïc tính baèng caùch taùch khoái maïch A ra khoûi maïch ñieän, sau ñoù ngaén maïch ñoaïn ab, ño doøng ñieän ngaén maïch ab (ISC), ñoù cuõng chính laø IN. Ñieän trôû Norton laø ñieän trôû cuûa khoái maïch A khi hôû maïch. Nhö vaäy vôùi phöông phaùp töông ñöông Norton ta coù:

IN= ISC (1-14) RTH= ROC (1-15)

(RN= RTH)

• Söû duïng phöông phaùp töông ñöông Norton: - Taùch khoái A ra khoûi maïch vaø ngaén maïch ñoaïn ab - Tính doøng ñieän qua ab, theo 1-14 ñoù laø doøng Norton IN. - Ñieän trôû Norton RN ñöôïc tính nhö ñieän trôû Thevenin RTH.

Chuù yù : ñieän aùp hôû maïch giöõa hai ñaàu ab laø nhö nhau trong caû hai phöông phaùp töông ñöông Thevenin vaø Norton.


1.4.3. Keát hôïp hai phöông phaùp Thevenin vaø Norton.

Thoâng thöôøng khi giaûi maïch ñieän phöùc taïp ngöôøi ta söû duïng keát hôïp caû hai phöông phaùp töông ñöông Thevenin vaø Norton vì tính töông ñoàng cuûa hai phöông phaùp naøy. Caùc böôùc thöïc hieän nhö sau:

- Hôû maïch ñoaïn ab, tính ñieän aùp Thevenin UTH chính laø ñieän aùp hôû maïch. - Ngaén maïch ñoaïn ab, tính doøng Norton IN chính laø doøng ngaén maïch qua ab. - Do tính chaát töông ñoàng cuûa hai maïch ñieän ta tính ñöôïc caùc ñieän trôû Thevenin

vaø Norton nhö sau:

THTH N

N

UR R

I= = (1-16)


BAØI TAÄP CHÖÔNG I

1. Xaùc ñònh doøng ñieän qua caùc ñieän trôû trong maïch ñieän beân döôùi vôùi VA=2V, VB=4V,

R1=100Ω, R2=500Ω vaø R3=600Ω.

Hình 1 - 17

2. Xaùc ñònh maïch töông ñöông Thevenin cho maïch ñieän nhö hình 1 - 18.

Hình 1 - 18

3. Cho maïch ñieän nhö hình 1 - 19, haõy xaùc ñònh maïch töông ñöông Thevenin cuûa noù.

Hình 1 - 19

4. Tìm sô ñoà töông ñöông Thevenin vaø Norton taïi hai cöïc a,b cuûa maïch ñieän nhö hình 1- 20. Xaùc ñònh R ñeå PR max.

I2 I1

200ΩΩΩΩ200ΩΩΩΩ

100ΩΩΩΩR

200V

100I1

b

a

+

_


Hình 1 – 20

CHÖÔNG II

VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN

2.1. Chaát baùn daãn. Nhöõng chaát daãn ñieän toát nhaát (vaøng, baïc, ñoàng…) coù moät electron hoaù trò trong khi

caùc chaát caùch ñieän toát seõ coù taùm elecectron hoùa trò. Moät baùn daãn laø moät nguyeân toá hoaù hoïc coù ñaëc tính daãn ñieän naèm giöõa chaát daãn ñieän vaø chaát caùch ñieän, noù coù boán electron hoùa trò. Caùc chaát baùn daãn phoå bieán trong töï nhieân laø Si, Ge, As, Te, Se… Ngoaøi ra coøn coù nhieàu hôïp chaát coù tính chaát baùn daãn nhö caùc oxit kim loaïi, caùc selenua, sunfat vaø caùc telurua cuûa nhieàu kim loaïi. Trong ñoù Ge vaø Si laø 2 chaát baùn daãn ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát. 2.1.1. Germanium – Ge

Ge laø moät chaát baùn daãn vôùi boán electron hoùa trò. Trong nhöõng thaäp kyû tröôùc, Ge laø vaät lieäu duy nhaát ñöôïc söû duïng ñeå saûn xuaát caùc thieát bò baùn daãn. Tuy nhieân caùc thieát bò baùn daãn ñöôïc laøm töø Ge thöôøng coù nhöõng loãi kyõ thuaät khoâng theå traùnh ñöôïc (do hieän töôïng doøng ngöôïc). Vì vaäy kyõ thuaät ñieän töû hieän ñaïi söû duïng vaät lieäu khaùc thay thế ñoù laø Si. 2.1.2. Silicon - Si

Si laø moät baùn daãn coù boán electron hoùa trò, Si laø nguyeân toá raát phoå bieán, Si coù trong caùt. Tuy nhieân ñeå söû duïng laøm vaät lieäu baùn daãn thì ñoøi hoûi Si phaûi coù ñoä tinh khieát raát cao, vì leõ ñoù luùc ñaàu Si khoâng ñöôïc söû duïng laøm vaät lieäu baùn daãn. Ngaøy nay, Si laø vaät lieäu baùn daãn ñöôïc söû duïng phoå bieán vaø quan troïng nhaát trong kyõ thuaät ñieän töû, noù gaàn nhö thay theá hoaøn toaøn Ge.

Nguyeân töû Si coù 14 proton vaø 14 electron. Lôùp ngoaøi cuøng cuûa nguyeân töû naøy coù boán electron goïi laø boán electron hoùa trò. Vì coù boán electron hoaù trò ôû lôùp ngoaøi cuøng neân Si laø moät chaát baùn daãn.

+14 +4

Quyõ ñaïo hoùa trò

Hình 2 – 1 Caáu taïo nguyeân töû Silicon

2.1.3. Tinh theå Silicon


Khi caùc nguyeân töû Si lieân keát nhau taïo thaønh khoái Si, chuùng töï saép xeáp theo moät traät töï coù hình daùng nhaát ñònh goïi laø tinh theå. Moãi nguyeân töû Si chia seõ caùc electron hoùa trò cuûa chuùng vôùi boán nguyeân töû Si ôû gaàn, theo caùch naøy moãi nguyeân töû Si seõ coù taùm electron hoùa trò ôû lôùp ngoaøi cuøng. Caùc electron goùp chung cuûa hai nguyeân töû Si ôû gaàn seõ taïo thaønh moät lieân keát coäng hoaù trò. Nhö vaäy, trong tinh theå Si coù haøng tæ nguyeân töû Si, moãi nguyeân töû coù taùm electron hoaù trò, caùc electron hoaù trò naøy taïo thaønh caùc lieân keát coäng hoaù trò giuùp cho tinh theå Si toàn taïi thaønh moät khoái vöõng chaéc. Vì moãi nguyeân töû ñaõ ñaït ñuû taùm electron hoaù trò ôû lôùp ngoaøi cuøng cho neân ôû nhieät ñoä phoøng (25oC) tinh theå Si hoaøn toaøn laø chaát caùch ñieän.

= ===

(a) (b)

Hình 2 – 2 (a) Tinh theå Silicon; (b) lieân keát coäng hoaù trò. - Loã troáng (hole): khi nhieät ñoä moâi tröôøng taêng leân, caùc nguyeân töû Si trong tinh

theå seõ dao ñoäng, nhieät ñoä caøng cao nguyeân töû dao ñoäng caøng maïnh. Caùc nguyeân töû dao ñoäng maïnh laøm moät soá electron hoùa trò bò ñaùnh baät ra khoûi quyõ ñaïo hoaù trò, caùc electron naøy ñaõ thu thaäp ñuû naêng löôïng ñeå nhaûy leân möùc quyõ ñaïo lôùn hôn, ôû möùc quyõ ñaïo naøy chuùng trôû thaønh caùc electron töï do. Moãi electron baät khoûi quyõ ñaïo hoaù trò seõ ñeå laïi ôû ñoù moät loã troáng, caùc loã troáng naøy taùc ñoäng nhö moät ñieän tích döông. Söï toàn taïi cuûa loã troáng laø khaùc bieät quan troïng nhaát giöõa caùc chaát baùn daãn vaø caùc chaát daãn ñieän.

- Söï taùi hôïp vaø khoaûng thôøi gian toàn taïi : trong caùc tinh theå tinh khieát, soá löôïng loã troáng baèng soá löôïng electron töï do. Caùc electron töï do di chuyeån moät caùch ngaãu nhieân trong tinh theå, khi moät electron töï do di chuyeån ñeán gaàn moät loã troáng noù seõ bò huùt vaø rôi vaøo loã troáng, ñoù laø söï taùi hôïp. Coøn khoaûng thôøi gian toàn taïi laø khoaûng thôøi gian keå töø luùc moät electron ñöôïc taïo ra cho ñeán khi noù taùi hôïp vôùi moät loã troáng, khoaûng thôøi gian naøy thöôøng raát beù töø vaøi nano giaây ñeán vaøi micro giaây.

(a) (b)


Hình 2 – 3 (a) Quaù trình taïo thaønh loå troáng; (b) Söï taùi hôïp.

2.1.4. Baùn daãn loaïi i –baùn daãn tinh khieát (intrinsic semiconductor). Baùn daãn loaïi i laø loaïi baùn daãn tinh khieát khoâng chöùa baát kyø moät nguyeân töû taïp

chaát naøo trong tinh theå. Ôû nhieät ñoä phoøng, baùn daãn loaïi loaïi i gioáng nhö moät vaät lieäu caùch ñieän vì chuùng coù raát ít electron töï do vaø loã troáng sinh ra bôûi nhieät naêng.

Khi ñaët moät chaát baùn daãn loaïi i vaøo trong moät ñieän tröôøng taïo bởi hai ñieän cöïc kim loaïi, nhö hình 2- 4, giaû söû trong baùn daãn luùc naøy coù moät loã troáng vaø moät electron töï do naèm beân phaûi, ñieän cöïc aâm seõ ñaåy electron naøy sang beân traùi, electron seõ di chuyeån daàn veà phía traùi cho ñeán khi noù chaïm vaøo ñieän cöïc döông.

Loã troáng ñang naúm beân traùi, loã troáng seõ huùt electron hoùa trò ôû ñieåm A, khi electron hoaù trò ôû A di chuyeån sang traùi noù taïo thaønh moät loã troáng môùi ôû A. Ñieàu naøy töông töï nhö loã troáng ban ñaàu ñaõ di chuyeån sang phaûi. Loã troáng môùi taïi A coù theå seõ huùt moät electron hoaù trò khaùc. Cöù nhö vaäy, loã troáng di chuyeån daàn veà phía phaûi cuûa ñieän cöïc aâm theo ñöôøng A-B-C-D-E-F nhö laø moät ñieän tích döông. Loã troáng vaø electron töï do ñöôïc goïi laø caùc haït daãn vì chuùng mang ñieän tích töø nôi naøy ñeán nôi khaùc. Trong baùn daãn loaïi i noàng ñoä electron (ni) baèng noàng ñoä loã troáng (pi).

i in p= (2 – 1) -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Electron töï do

Loãtroáng

B

A C D

E

F

Hình 2 – 4 Di chuyeån cuûa loã troáng vaø electron töï do

2.1.5. Baùn daãn loaïi n Ñeå gia taêng soá löôïng electron töï do cuõng nhö gia taêng khaû naêng daãn ñieän cuûa

baùn daãn ngöôøi ta theâm vaøo baùn daãn tinh khieát caùc nguyeân töû taïp chaát thuoäc nhoùm naêm nhö Arsenic (As), Antimony (Sb) vaø Phosphorus (P). Caùc nguyeân töû nhoùm naêm coù naêm electron hoaù trò ôû lôùp ngoaøi cuøng. Sau khi ñöôïc theâm vaøo, caùc nguyeân töû taïp chaát seõ chieám caùc vò trí trong tinh theå Si, moãi nguyeân töû naøy seõ ñöôïc bao quanh bôûi boán nguyeân töû Si, nguyeân töû taïp chaát seõ goùp boán electron hoaù trò ñeå taïo thaønh caùc lieân keát coäng hoaù trò vôùi boán nguyeân töû Si xung quanh, nhö vaäy coøn thöøa moät electron hoaù trò, electron naøy seõ nhaûy ñeán quyõ ñaïo lôùn hôn vaø trôû thaønh electron töï do. Moãi nguyeân töû taïp chaát nhoùm naêm theâm vaøo seõ taïo ra trong baùn daãn moät electron töï do, caøng nhieàu nguyeân töû taïp chaát caøng coù nhieàu electron töï do vaø tính daãn ñieän cuûa baùn daãn cuõng


taêng leân. Caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm naêm khi ñoù coù taùc duïng nhö chaát cho (donate) electron töï do vì leõ ñoù caùc nguyeân töû naøy coøn ñöôïc goïi laø taïp chaát donor.

Electron töï do Nguyeân töû donor

Hình 2 – 5 Laøm taêng soá löôïng electron töï do baèng taïp chaát donor

Baùn daãn ñöôïc theâm vaøo caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm naêm goïi laø baùn daãn loaïi n (n laø vieát taét cuûa töø negative). Trong baùn daãn loaïi n soá löôïng electron töï do raát nhieàu so vôùi soá löôïng loã troáng, vì vaäy electron ñöôïc goïi laø haït daãn ña soá coøn loã troáng goïi laø haït daãn thieåu soá trong baùn daãn loaïi n.

n d i dn n n n= + ≈ (2 – 2) 2.1.6. Baùn daãn loaïi p

Ñeå gia taêng khaû naêng daãn ñieän ngöôøi ta cuõng coù theå gia taêng soá löôïng loã troáng. Soá löôïng loã troáng trong trong baùn daãn ñöôïc gia taêng baèng caùch theâm caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm ba nhö Aluminum (Al), Boron (Bo) hay Gallium (Ga) vaøo baùn daãn tinh khieát. Cuõng gioáng nhö caùc nguyeân töû taïp chaát donor, caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm ba sau khi ñöôïc theâm vaøo tinh theå Si chuùng seõ ñöôïc bao quanh bôûi boán nguyeân töû Si, moãi nguyeân töû Si seõ goùp moät electron hoaù trò ñeå taïo lieân keát vôùi nguyeân töû taïp chaát. Nhö vaäy trong quyõ ñaïo hoaù trò cuûa caùc nguyeân töû taïp chaát khi ñoù chæ coù baûy electron hoaù trò, noù saün saøng nhaän theâm moät electron töï do naøo ñoù rôi vaøo, ñieàu naøy coù nghóa laø toàn taïi moät loã troáng trong quyõ ñaïo hoaù trò cuûa nhöõng taïp chaát. Moãi nguyeân töû taïp chaát nhoùm ba theâm vaøo cuõng seõ taïo theâm moät loã troáng trong tinh theå baùn daãn, caøng nhieàu nguyeân töû taïp chaát caøng coù nhieàu loã troáng vaø tính daãn ñieän cuûa baùn daãn cuõng taêng leân. Caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm ba khi ñoù coù khaû naêng nhaän (accept) electron töï do, chuùng ñöôïc goïi laø caùc nguyeân töû taïp chaát acceptor.

Loã troángNguyeân töû acceptor


Hình 2 – 6 Laøm taêng soá löôïng loã troáng baèng taïp chaát acceptor. Baùn daãn ñöôïc theâm vaøo caùc nguyeân töû taïp chaát nhoùm ba goïi laø baùn daãn loaïi p (p

laø vieát taét cuûa töø positive). Trong baùn daãn loaïi p soá löôïng loã troáng raát nhieàu so vôùi soá löôïng electron töï do, vì vaäy loã troáng ñöôïc goïi laø haït daãn ña soá coøn electron goïi laø haït daãn thieåu soá trong baùn daãn loaïi p.

p a i ap p p p= + ≈ (2 – 3)

Chuù yù : Tuy trong baùn daãn loaïi p haït daãn ña soá laø loã troáng nhöng khoâng coù nghóa laø baùn daãn loaïi p mang ñieän tích döông maø noù caân baèng veà ñieän. Töông töï nhö vaäy baùn daãn loaïi n cuõng caân baèng veà ñieän.

2.2. Tieáp xuùc pn.

Baûn thaân baùn daãn loaïi n hay loaïi p cuõng chæ ñoùng vai troø nhö caùc ñieän trôû neáu chuùng ñöôïc söû duïng ñoäc laäp. Tuy nhieân khi ngöôøi ta taïo ra moät tinh theå baùn daãn goàm moät nöõa laø baùn daãn loaïi n, nöõa kia laø baùn daãn loaïi p thì tinh theå ñoù laïi coù nhöõng ñaëc tính raát môùi meû. Ñöôøng tieáp giaùp giöõa phaàn baùn daãn loaïi n vôùi phaàn baùn daãn loaïi p trong tinh theå ñoù ñöôïc goïi laø tieáp xuùc pn (pn junction). Tieáp xuùc pn ñöôïc coi laø neàn taûng cuûa taát caû caùc linh kieän ñieän töû baùn daãn.

Tinh theå baùn daãn bao goàm hai loaïi baùn daãn tieáp xuùc nhau nhö treân coøn ñöôïc goïi laø diode (di electrode). 2.2.1. Tieáp xuùc pn khoâng phaân cöïc.

Nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn tröôùc, moãi nguyeân töû taïp chaát acceptor khi theâm vaøo baùn daãn loaïi p seõ taïo ra moät loã troáng neân ta coù theå hình dung baùn daãn loaïi p nhö hình 2 – 6 a. Moãi voøng troøn vôùi daáu “-“ beân trong ñaïi dieän cho moät nguyeân töû taïp chaát coøn moãi daáu “+” töôïng tröng cho moät loã troáng trong quyõ ñaïo hoùa trò cuûa nguyeân töû taïp chaát.

Töông töï trong baùn daãn loaïi n ta hình dung moãi nguyeân töû taïp chaát donor laø moät voøng troøn vôùi daáu “+” beân trong vaø moãi daáu “-“ laø moät electron töï do nhö hình 2 – 6 b.

+

+

+

+

+

+

+

++

(a) (b)

+

+

+

+

+

+

+

+

+++

++++

++++

++++

p n+

+

+

+

+

+

+

++

(c)

+

+

+

+

+

+

+

+

+++

++++

++++

++++

Hình 2 – 7 (a) baùn daãn loaïi p; (b) baùn daãn loaïi n; (c) tieáp xuùc pn

Trong baùn daãn loaïi n, caùc electron töï do coù khuynh höôùng khuyeách taùn theo moïi höôùng, moät soá electron ôû gaàn tieáp xuùc pn khuyeách taùn xuyeân qua lôùp tieáp xuùc vaøo vuøng p, caùc electron naøy trôû thaønh caùc haït daãn thieåu soá coù thôøi gian toàn taïi raát ngaén, chuùng


gaàn nhö laäp töùc rôi vaøo caùc loã troáng voán raát nhieàu trong vuøng p, caùc electron töï do naøy bieán maát vaø trôû thaønh electron hoùa trò.

Cöù moãi electron töï do khuyeách taùn qua tieáp xuùc pn noù seõ taïo ra moät caëp ion vì khi moät electron rôøi khoûi vuøng n noù ñeå laïi sau noù moät nguyeân töû taïp chaát donor thieáu maát moät electron neân nguyeân töû taïp chaát donor naøy trôû thaønh ion döông. Sau khi electron töï do rôi vaøo loã troáng cuûa moät nguyeân töû taïp chaát acceptor beân vuøng p noù bieán nguyeân töû taïp chaát naøy thaønh moät ion aâm vì thöøa moät electron.

Hình 2 – 8 a minh hoaï caùc ion gaàn tieáp xuùc pn. Moãi voøng troøn vôùi daáu “-“ laø moät ion aâm coøn voøng troøn vôùi daáu “+” laø ion döông. Caùc ion gaén chaët vôùi caáu truùc tinh theå bôûi caùc lieân keát coäng hoaù trò, chuùng khoâng theå di chuyeån gioáng nhö caùc loã troáng hay electron töï do.

Moãi caëp ion aâm vaø döông taïi tieáp xuùc pn goïi laø moät löôõng cöïc (dipole), moãi moät löôõng cöïc ñöôïc taïo thaønh ñoàng nghóa vôùi moät electron töï do vaø moät loã troáng khoâng coøn khaû naêng di chuyeån töï do. Soá löôïng löôõng cöïc caøng taêng leân thì vuøng gaàn tieáp xuùc caøng ngheøo haït daãn, vuøng naøy ñöôïc goïi laø vuøng ngheøo (depletion layer).

+

+

+

+

+

++

(a) (b)

+

+

+

+

+

+

+++

++++

++++

++++

+

+

+

+

+

++

+

+

+

+

+

+

++

+++

+++

+++

p n p n

Hình 2 – 8 (a) söï taïo thaønh ion taïi tieáp xuùc pn; (b) vuøng ngheøo.

Moãi löôõng cöïc coù moät ñieän tröôøng giöõa ion aâm vaø ion döông. Vì vaäy neáu coù theâm caùc moät electron töï do ñi vaøo vuøng ngheøo, ñieän tröôøng seõ ñaåy caùc electron naøy trôû laïi vuøng n. Cöôøng ñoä ñieän tröôøng naøy taêng leân khi moãi electron baêng qua ñöôïc tieáp xuùc cho ñeán khi noù ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng. Khi caân baèng ñieän tröôøng seõ laøm cho quaù trình khuyeách taùn cuûa electron qua tieáp xuùc pn keát thuùc.

Ñieän tröôøng giöõa caùc ion seõ ngaên caûn söï khuyeách taùn cuûa electron töï do töø vuøng n sang vuøng p, noù töông ñöông vôùi moät hieäu ñieän theá ngaên caûn goïi laø haøng raøo ñieän theá (barrier potential). Ôû 25oC haøng raøo ñieän theá cuûa diode Ge khoaûng 0.3V vaø cuûa diode Si khoaûng 0.7V. Chuù yù: ñieän tröôøng toàn taïi trong vuøng ngheøo khi diode ôû traïng thaùi caân baèng coù chieàu höôùng töø n sang p. 2.2.2. Phaân cöïc thuaän tieáp xuùc pn

Phaân cöïc thuaän diode laø noái cöïc n cuûa diode vôùi cöïc aâm cuûa moät nguoàn ñieän dc, noái cöïc p cuûa diode vôùi cöïc döông cuûa nguoàn.


+

+

+

+

V

+ +

+++

+++

+++

p n

Hình 2 – 9 Phaân cöïc thuaän diode.

Nguoàn dc ñaåy electron töï do vaø loã troáng höôùng veà tieáp xuùc pn. Neáu nguoàn dc nhoû hôn haøng raøo ñieän theá, electron töï do khoâng ñuû naêng löôïng ñeå baêng qua vuøng ngheøo. Khi chuùng tieán vaøo vuøng ngheøo, ñieän tröôøng giöõa caùc ion seõ ñaåy chuùng trôû laïi vuøng n. vì vaäy seõ khoâng coù doøng ñieän chaïy qua diode.

Khi nguoàn dc lôùn hôn haøng raøo ñieän theá, caùc electron töï do coù ñuû naêng löôïng ñeå baêng qua vuøng ngheøo vaø taùi hôïp vôùi caùc loã troáng. Nhö vaäy coù moät doøng ñieän lieân tuïc chaïy qua diode. 2.2.3. Phaân cöïc ngöôïc tieáp xuùc pn

Neáu ñaáu noái nguoàn dc ngöôïc laïi so vôùi luùc phaân cöïc thuaän diode thì diode seõ ñöôïc phaân cöïc ngöôïc.

+

+

V

+

+++

+++

+++

p n

Hình 2 – 10 Phaân cöïc ngöôïc diode.

Khi phaân cöïc ngöôïc, cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän seõ huùt loã troáng coøn cöïc döông seõ huùt electron töï do. Söï di chuyeån cuûa electron töï do vaø loã troáng veà hai phía ñoái laäp taïo ra nhieàu caëp ion hôn, vuøng ngheøo seõ môû roäng, caùc caëp ion môùi ñöôïc taïo ra naøy laïi laøm taêng haøng raøo ñieän theá ôû hai phía cuûa vuøng ngheøo. Vuøng ngheøo caøng ñöôïc môû roäng haøng raøo ñieän theá caøng taêng. Quaù trình môû roäng vuøng ngheøo keát thuùc khi haøng raøo ñieän theá baèng vôùi ñieän theá phaân cöïc ngöôïc cuûa nguoàn dc ngoaøi. Khi ñoù electron töï do vaø loã troáng khoâng coøn di chuyeån ra xa tieáp xuùc.

Trong thöïc teá khi phaân cöïc ngöôïc diode vaãn toàn taïi moät doøng ñieän chaïy qua diode. Trong caû hai phía cuûa tieáp xuùc pn ñieàu toàn taïi moät ít haït daãn thieåu soá sinh ra do nhieät naêng. Haàu heát caùc haït daãn naøy bò taùi hôïp vôùi caùc haït daãn ña soá nhöng trong vuøng ngheøo chuùng laïi toàn taïi khaù laâu ñuû ñeå baêng qua tieáp xuùc vaø taïo thaønh moät doøng ñieän nhoû. Doøng ñieän naøy ñöôïc goïi laø doøng baõo hoaø (saturation current) IS.


Beân caïnh doøng baõo hoaø sinh ra do caùc haït daãn thieåu soá, vaãn coøn moät doøng ñieän nhoû chaïy qua diode goïi laø doøng toån hao beà maët, doøng ñieän naøy xuaát hieän do beà maët khoâng tinh khieát vaø caáu truùc khoâng hoaøn haûo cuûa tinh theå. 2.2.4. Ñaùnh thuûng

Moãi diode coù moät giôùi haïn ñieän theá phaân cöïc ngöôïc toái ña coù theå chòu ñöïng ñöôïc. Neáu taêng ñieän theá phaân cöïc ngöôïc cho diode vöôït quaù giôùi haïn ñoù diode seõ bò phaù huyû hay bò ñaùnh thuûng. Giôùi haïn ñaùnh thuûng cuûa caùc diode thöôøng lôùn hôn 50V.

Khi ñieän theá phaân cöïc ngöôïc taêng cao, noù seõ taùc ñoäng laøm cho caùc haït daãn thieåu soá di chuyeån nhanh hôn. Nhöõng haït daãn naøy va chaïm maïnh vaøo caùc nguyeân töû cuûa tinh theå ñaùnh baät ra caùc electron töï do taïo ra caùc haït daãn thieåu soá môùi, ñeán löôït mình caùc haït daãn môùi naøy laïi va chaïm vaøo caùc nguyeân töû khaùc. Quaù trình cöù tieáp dieãn cho ñeán khi soá löôïng haït daãn thieåu soá vieäc ñoù goïi laø vaø doøng ñieän ngöôïc ñaït giaù trò khoång loà. Quaù trình naøy goïi laø hieäu öùng thaùc luõ (avalanche effect).

Hình 2 – 11 Hieäu öùng thaùc luõ.


CHÖÔNG III

DIODE vaø CAÙC MAÏCH ÖÙNG DUÏNG

1. Diode baùn daãn: Diode baùn daãn laø teân goïi chung cuûa moät hoï linh kieän hai cöïc, caáu taïo cô baûn döïa

treân chuyeån tieáp pn. Ñieän cöïc noái vôùi baùn daãn p goïi laø Anoát, noái vôùi baùn daãn n goïi laø Catoát. Nguyeân lyù hoaït ñoäng quan troïng cuûa chuyeån tieáp pn laø tính daãn ñieän theo moät chieàu. Söû duïng tính chaát naøy, ngöôøi ta cheá taïo ra diode chænh löu, diode zener,…Beân caïnh ñoù, ngöôøi ta lôïi duïng caû nhöõng ñaëc tính khaùc vaø cheá taïo ra nhöõng loaïi diode chuyeân duïng. Döôùi ñaây giôùi thieäu vaøi loaïi diode thöôøng gaëp cuøng nhöõng thoâng soá ñaëc tröng cuûa chuùng.

1.1. Diode chænh löu:

+ -

Hình 1: Kí hieäu cuûa diode chænh löu trong caùc maïch ñieän Boä phaän cô baûn cuûa diode laø chuyeån tieáp pn, coù ñaëc tính chæ daãn ñieän theo moät

chieàu (do ñoù coù teân laø diode chænh löu). Ñaây laø loaïi Diode ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát trong caùc öùng duïng ñieän töû. Ñeå hieåu roõ hôn veà loaïi Diode naøy ta haõy xeùt ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere (V-A) cuûa noù:


Hình 2: Ñöôøng ñaëc tính V-A cuûa diode chænh löu.

Ñöôøng ñaëc tuyeán V-A coù 3 vuøng roõ reät: - Vuøng (1): ñöôïc goïi laø vuøng phaân cöïc thuaän hay vuøng daãn, vuøng naøy töông

öùng khi ta phaân cöïc thuaän Diode, tuy nhieân quaù trình daãn chæ xaûy ra khi ñieän aùp phaân cöïc thuaän lôùn hôn giaù trò Umôû hay Vγ , töùc giaù trò ñieän aùp haøng raøo ñaõ ñeà caäp ôû phaàn tröôùc (khoaûng 0,35V ñoái vôùi Ge vaø 0,7V ñoái vôùi Si). Ñaëc tröng cuûa vuøng naøy laø doøng lôùn, ñieän aùp nhoû, ñieän trôû nhoû.

- Vuøng (2): laø vuøng phaân cöïc ngöôïc (khoaù) vôùi ñaëc tröng doøng nhoû, coù giaù trò Is nhoû vaø gaàn nhö khoâng ñoåi, aùp lôùn (haønh chuïc tôùi haøng traêm V) , ñieän trôû lôùn (haøng chuïc nghìn Ω ).

- Vuøng (3): laø vuøng bò ñaùnh thuûng, töùc Diode khoâng coøn söû duïng ñöôïc nöõa, trong vuøng naøy, doøng ñieän ngöôïc taêng maïnh, ñieän trôû nhoû trong khi ñieän aùp gaàn nhö khoâng ñoåi.

Khi söû duïng, ta cuõng caàn quan taâm ñeán moät soá thoâng soá quan troïng khaùc cuûa Diode nhö:

- Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi cho pheùp Vng max (ñeå khoâng bò ñaùnh thuûng). - Doøng ñieän thuaän cöïc ñaïi cho pheùp Imax. - Coâng suaát tieâu hao cöïc ñaïi cho pheùp Pmax. - Taàn soá cöïc ñaïi cho pheùp cuûa tín hieäu xoay chieàu fmax. Baûng giôùi thieäu moät vaøi loaïi diode chænh löu trong thöïc teá

Teân goïi Doøng chænh löu trung bình Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi

1N 4001 1 (Ampe) 50 (volt)


1N 4936

1N 5406

1N 1206B

1

3

12

400

600

600

• Ñeå deã tính toaùn ñònh löôïng hay xaùc ñònh caùc tính chaát ñònh tính cuûa Diode chænh löu ngöôøi ta ñöa ra moâ hình töông ñöông cuûa noù trong caùc maïch ñieän nhö sau:

Moâ hình 1:

Moâ hình 2:

Hình 3:Caùc moâ hình töông ñöông cuûa Diode chænh löu trong maïch ñieän

1.2. Diode cao taàn: Thöïc chaát loaïi diode naøy vaãn laø chuyeån tieáp pn nhöng coù kích thöôùc beù, hình

thaønh nhôø tieáp xuùc cuûa moät muõi kim loaïi vôùi moät phieán baùn daãn loaïi N ñaët trong voû thuûy tinh hoaëc voû nhöïa. Diode naøy laøm vieäc ñöôïc ñeán taàn soá haøng traêm MHz. Chuùng thöôøng duøng laøm phaàn töû taùch soùng cao taàn, xeùn hoaëc ghim ñieän aùp, haïn cheá bieân ñoä v.v… Doøng ñieän cho pheùp chæ côõ maáy mA, ñieän aùp ngöôïc cho pheùp khoaûng vaøi chuïc volt. Tham soá cuûa vaøi loaïi diode cao taàn:

Teân goïi Vaät lieäu

cheá taïo

Coâng

suaát tieâu

taùn (W)

Ñieän aùp

ngöôïc cöïc

ñaïi (V)

Doøng ñieän

ngöôïc (µA) ño

taïi ñieän aùp… V

Doøng ñieän

thuaän (mA) taïi

V=1v

1N461

1N461A

1N462

1N463A

Si

Si

Si

Si

0,2

0,2

0,2

0,2

30

30

70

175

0,50/25v

0,50/25v

0,50/60v

0,50/175v

15

100

5

100


1N941 Si 0,25 100 0,50/20v 10

1.3. Diode bieán dung: Diode bieán dung laø loaïi linh kieän baùn daãn hai cöïc, trong ñoù chuyeån tieáp pn ñöôïc

cheá taïo ñaëc bieät sao cho ñieän dung cuûa noù thay ñoåi nhieàu theo ñieän aùp ñaët vaøo. Chuùng thöôøng ñöôïc duøng trong caùc maïch taïo soùng ñieàu taàn. Kyù hieäu nhö hình veõ.

Nhö ñaõ trình baøy boä phaän cô baûn cuûa diode laø vuøng ngheøo naèm ôû hai beân maët ranh giôùi. Vuøng naøy bao goàm hai lôùp ñieän tích traùi daáu naèm ñoái dieän nhau: caùc ion aâm nhaän beân baùn daãn p vaø caùc ion döông cho beân baùn daãn n. Söï phaân boá ñieän tích nhö vaäy nhö moät tuï ñieän phaúng, vì vaäy chuyeån tieáp pn ñöôïc ñaëc tröng baèng moät ñieän dung, goïi laø ñieän dung haøng raøo. Khi chuyeån tieáp pn bò phaân cöïc nghòch, vuøng ngheøo môû roäng ra, nghóa laø khoaûng caùch giöõa hai lôùp ñieän tích noùi treân taêng leân, khieán ñieän dung haøng raøo giaûm. Ñieän aùp ngöôïc caøng taêng ñieän dung naøy caøng giaûm.

Baûng : moät soá Diode thöôøng gaëp ño ôû Vng = 4V, f = 1MHz Teân

goïi Ñieän aùp

ñaùnh thuûng khi Is = 10A

Giaù trò toái thieåu

Giaù trò danh ñònh

Giaù trò toái ña

1N5139

1N51441A

1N5144

1N5148

MV1866D

MV1878

MV2115

MV1666

60V 60V 60V 60V 60V 60V 30V 15V

6,1pF 11,4 19,8 42,3 9 42,3 90 297

6,8 pF 612 22 47 10 47 100 330

7,5 pF 12,6 24,2 51,7 11 51,7 110 362

1.4. Diode Zener:

+ -

Hình 4: Kí hieäu cuûa diode Zener trong caùc maïch ñieän

Khaùc vôùi caùc Diode chænh löu thoâng thöôøng khoâng ñöôïc pheùp laøm vieäc trong vuøng saùt cheá ñoä ñaùnh thuûng, Diode Zener laø moät daïng Diode ñaëc bieät ñöôïc cheá taïo ñeå coù theå laøm vieäc trong vuøng ñaùnh thuûng. Ñöôøng ñaëc tuyeán V-A cuûa Diode Zener coù daïng nhö sau:


Hình 5: Ñöôøng ñaëc tính V-A cuûa diode Zener

Treân ñaëc tuyeán V-A cuûa diode Zener ta thaáy coù 2 cheá ñoä ñaëc tröng: - Ôû vuøng phaân cöïc thuaän, diode Zener hoaït ñoäng nhö moät diode chænh löu

thoâng thöôøng vôùi ñieän aùp rôùi treân noù laø Umôû (0.35V, 0.7V) luùc daãn thuaän. - ÔÛ vuøng phaân cöïc ngöôïc, chæ khi qua giôùi haïn ñieän aùp ñaùnh thuûng –Uz doøng

ñieän qua diode taêng maïnh vaø ñöôïc goïi laø doøng Zener IZ , luùc naøy ñaëc tuyeán song song truïc tung, hay ñieän aùp rôi treân diode giöõ moät giaù trò khoâng ñoåi Uz, vì vaäy maø diode Zener ñöôïc goïi laø diode oån aùp. Caùc diode zener hieän nay coù Uz = 2,4 ÷ 200 V vôùi coâng suaát töø 0,25 ÷ 50 W.

• Moâ hình töông ñöông cuûa Diode Zener ñöôïc cho nhö hình sau:

Hình 6: Moâ hình töông ñöông cuûa Diode Zener trong maïch ñieän.

2. ÖÙng duïng cuûa diode baùn daãn:

2.1. ÖÙng duïng cuûa Diode chænh löu: * Moät trong nhöõng öùng duïng cuûa caùc diode chænh löu laø chænh löu doøng ñieän xoay chieàu.

2.1.1. Chænh löu baùn chu kyø:


+

-

Vin VoutR

Hình 7:Maïch chænh löu baùn kyø

Hình treân laø moät maïch ñieän ñôn giaûn nhaát ñeå khaûo saùt tín hieäu thay ñoåi theo thôøi gian. Maïch ñieän naøy goïi laø boä chænh löu nöõa soùng, seõ taïo ra daïng soùng vo coù ñieän aùp trung bình duøng trong quaù trình chuyeån ñoåi ñieän aùp töø AC sang DC.

Khi 0 < t < T/2: cöïc tính cuûa vi cho treân hình, keát quaû laø diode daãn. Maïch ñieän töông ñöôïng kín maïch cho ôû hình keá beân. Ngoõ ra ñöôïc noái tröïc tieáp vaøo ngoõ vaøo. Vout = Vin.

+

-

Vin VoutR

+

- Hình 8: Maïch töông ñöông trong ½ chu kyø ñaàu

Khi T/2 < t < T: cöïc tính vi nhö hình. Diode ngöng daãn töông ñöông hôû maïch. Keát quaû laø khoâng coù doøng ñieän tích. vo = i R = 0V.

+

-

Vin VoutR

+

-

Hình 9: Maïch töông ñöông trong ½ chu kyø sau

Keát quaû chænh löu ñöôïc bieãu dieãn nhö hình döôùi ñaây:


Hình 10:Keát quaû chænh löu baùn kyø.

Ñeå oån ñònh ñieän aùp ra, ngöôøi ta thöôøng maéc theâm caùc tuï ñieän laøm nhieäm vuï loïc ñieän aùp ra, tín hieäu ra khi ñoù seõ oån ñònh hôn.

+

-

Vin VoutR C

Hình 11: Maéc theâm tuï loïc

2.1.2. Chænh löu toaøn chu kyø:

Maïch chænh löu baùn chu kyø treân coù nhöôïc ñieåm laø trong ½ chu kyø sau, ñieän aùp ra bò xeùn vì vaäy ñieän aùp ra seõ khoâng oån ñònh, cho duø ñaõ ñöôïc loïc baèng tuï ñieän, maïch ñieän chænh löu toaøn chu kyø sau seõ cho ñieän aùp ra oån ñònh hôn.

R

+

-

Vout

Vin

Hình 12: Maïch chænh löu toaøn kyø


Keát quaû chænh löu ñöôïc bieãu dieãn nhö hình döôùi ñaây:

Hình 13:Keát quaû chænh löu toaøn kyø

Töông töï tröôøng hôïp chænh löu baùn chu kyø, ngöôøi ta cuõng thöôøng maéc caùc tuï

loïc ñeå oån ñònh ñieän aùp ra.

R

+

-

Vout

Vin

C

Hình 14: Maïch chænh löu toaøn kyø ñöôïc maéc theâm tuï loïc.

* Beân caïnh öùng duïng chænh löu, diode chænh löu coøn ñöôïc söû duïng trong caùc muïc ñích khaùc nhö sau. 2.1.3. Maïch xeùn:

a. Maïch xeùn noái tieáp: • Maïch cô baûn: maïch xeùn noái tieáp cô baûn thöïc chaát laø moät maïch chænh löu baùn

kyø, tuy nhieân ôû ñaây ngöôøi ta khoâng giôùi haïn tín hieäu vaøo laø hình sin nhö trong muïc ñích chænh löu maø coù theå baát cöù laø daïng naøo:


-

+

R

Vin Vout

V

-V

V

t

V

-V

V

t

V

-V

V

t

V

-V

V

t

Hình 15: Maïch xeùn noái tieáp cô baûn. • Maïch vôùi nguoàn DC ñöôïc boå sung:

-

+RVin

Vout

Vdc

Hình 16: Maïch xeùn noái tieáp vôùi nguoàn DC ñöôïc boå sung.

* Khi phaân tích caùc maïch xeùn, ta caàn löu yù moät soá chuù yù sau: - Phaùt thaûo trong suy nghó daïng soùng cuûa maïch döïa treân chieàu cuûa diode vaø

bieân ñoä ñieän aùp cung caáp. Ñoái vôùi maïch naøy, chieàu cuûa diode cho thaáy Vi phaûi döông ñeå kích daãn diode. Do coù ñieän aùp DC trong maïch neân Vi phaûi lôùn hôn ñieän aùp V ñeå kích daãn. Vuøng baùn kì aâm cuûa tín hieäu vaøo laøm diode ngöng daãn.

- Xaùc ñònh möùc ñieän aùp cung caáp (ñieän aùp chuyeån maïch) taïo ra söï thay ñoåi traïng thaùi cuûa diode.

- Tieáp tuïc quan taâm löu yù tôùi caùc cöïc tính vaø cöïc tính cuûa Vo khi diode daãn. - Ta neân veõ tín hieäu vaøo ôû treân tín hieäu ra vaø xaùc ñònh ñieän aùp ra ñoàng thôøi vôùi

caùc giaù trò ñieän aùp vaøo. VD1:


Hình 17: Maïch xeùn noái tieáp vd1 - Khi diode daãn trong baùn kì döông cuûa vi ñaëc bieät laø coøn coù theâm taùc duïng cuûa

ñieän aùp v = 5V. Maïch töông ñöông cho ôû hình sau:

-

+R Vout

5V

-

+

Vin

Hình 18: Maïch töông ñöông khi Diode daãn

Khi ñoù vo = vi + 5 V - Khi vd = 0 cho möùc ñieän aùp chuyeån maïch ta coù maïch:

-

+RVin Vout=Id*R=0V

V=5V

-

+

Vd=0V

Id=0A

Hình 19: Maïch töông ñöông khi chuyeån maïch.

Khi ñoù vi = -5V - Khi ñieän aùp aâm hôn –5 V diode seõ ngöng daãn, lôùn hôn –5 V diode daãn ta coù

tín hieäu ra vaø tín hieäu vaøo cho ôû hình sau:

Hình 20: Keát quaû xeùn.


b. Maïch xeùn song song:

Maïch xeùn song song cuõng coù loaïi cô baûn vaø loaïi maéc theâm nguoàn DC, nhìn chung vieäc phaân tích maïch xeùn song song cuõng töông töï phaân tích maïch xeùn noái tieáp.

-

+

R

Vin Vout

V

-V

V

t

V

-V

V

t

V

-V

V

t

V

-V

V

t

Hình 21: Maïch xeùn song song cô baûn * Döôùi ñaây laø moät ví duï veà maïch xeùn song song coù theâm nguoàn DC :

VD2: Moät maïch xeùn song song vaø tín hieäu Vi ñöôïc cho nhö hình sau:

Hình 22: Maïch xeùn song song vd2

- Cöïc tính cuûa nguoàn DC vaø chieàu cuûa diode cho ta thaáy diode daãn trong vuøng aâm cuûa tín hieäu vaøo:

-

+

R

Vin Vout=V=4V

V=4V

D

+

-

Hình 23: Maïch töông ñöông khi diode daãn.

- Traïng thaùi chuyeån maïch coù theå xaùc ñònh töø hình 2.74, vd = 0 V keát quaû laø: vi = V = 4 volt


-

+

Vr=0V

Vin Vout=V=4V

V=4V

Id=0A

+

-

Hình 24: Maïch töông ñöông khi chuyeån maïch.

- Vì nguoàn dc laøm diode phaân cöïc thuaän neân vi phaûi lôùn hôn 4 V thì diode môùi ngöng daãn. Khi ngöng daãn ta coù: vo =vi

-

+

R

Vin Vout=Vin

V=4V

+

-

Hình 25: Maïch töông ñöông khi diode ngöng daãn - Ta coù daïng soùng ra nhö sau

Hình 26: Keát quaû xeùn.

2.1.4. Maïch keïp

Maïch keïp laø maïch naâng tín hieäu leân moät möùc dc khaùc. Maïch goàm tuï ñieän, diode vaø ñieän trôû nhöng ta coù theå söû duïng moät nguoàn dc ñoäc laäp ñeå giôùi thieäu. Giaù trò R, C ñöôïc choïn sao cho τ = R C ñuû lôùn ñeå ñaûm baûo ñieän aùp treân tuï khoâng xaû ñaùng keå trong khoaûng thôøi gian diode ngöng daãn. Trong suoát quaù trình phaân tích ta giaû söû tuï seõ naïp vaø xaû hoaøn toaøn trong thôøi gian 5τ.


Hình 27: Maïch keïp ñieän aùp.

Maïch ñieän hình 2.81 seõ keïp tín hieäu vaøo xuoáng möùc 0V. R coù theå laø ñieän trôû taûi hoaëc ñieän trôû töông ñöông giöõa ñieän trôû taûi vaø ñieän trôû thieát keá ñeå taïo ra giaù trò R mong muoán. Trong khoaõng thôøi gian 0 ÷ T/2 ta coù maïch ñieän töông ñöông sau:

-

+

RVin VoutD

C

+

-

+ -


Diode daãn loaïi aûnh höôûng cuûa ñieän trôû R. Heä soá τ nhoû, tuï C naïp ñeán giaù trò V nhanh choùng trong thôøi gian vo = 0 V . Khi ngoõ ra chuyeån traïng thaùi sang - V maïch ñieän chuyeån traïng thaùi nhö hình döôùi.

-

+

RVin Vout

C

+

-

+ -

+-

Vout

Hình 29: Maïch töông ñöông khi diode ngöng daãn

Diode hôû maïch do ñieän aùp nguoàn vaø ñieän aùp tuï phaân cöïc ngöôïc diode. Vì Vo laø ñieän aùp ño treân maïch diode vaø ñieän trôû maéc song song neân noù coù theå ñöôïc veõ laïi töông ñöông trong hình 2.83. aùp duïng ñònh luaät Kirchhoff cho maïch voøng ôû trong:

-V - V - Vo = 0 => Vo = - 2 V Daáu “-” cho thaáy: Cöïc tính cuûa vo ngöôïc laïi so vôùi hình. Daïng soùng keát quaû nhö sau:


Hình 30: Keát quaû keïp.

Tín hieäu ngoõ ra bò “keïp” xuoáng 0 V trong khoaûng thôøi gian 0 < t < T/2. Ñoái vôùi maïch keïp daïng soùng ngoõ ra gioáng daïng soùng ngoõ vaøo chæ khaùc möùc dc.

Nhìn chung vieäc phaân tích maïch keïp laø töông ñoái khoù khaên, ñeå phaân tích ñuùng baïn caàn quan taâm moät soá chuù yù sau:

- Luoân luoân baét ñaàu phaân tích baèng caùch xeùt phaàn tín hieäu vaøo phaân cöïc thuaän diode.

- Trong khoaûng thôøi gian diode ôû traïng thaùi daãn, giaû söû raèng tuï seõ ñöôïc naïp ñaày ñoàng thôøi baèng vôùi möùc ñieän aùp ñaët vaøo 2 ñaàu tuï.

- Trong toaøn boä quaù trình phaân tích, phaûi luoân luoân quan taâm ñeán thôøi ñieåm maø vo ñöôïc xaùc ñònh nhaèm baûo ñaûm caùc möùc vo ñuùng ñaén khi phaân tích.

- Giaû söû trong thôøi gian diode ngöng daãn, tuï ñieän vaãn giöõ nguyeân giaù trò ñieän tích.

- Luoân nhôù qui luaät chung: daïng soùng cuûa tín hieäu vaøo vaø ra gioáng nhau. Ñeå hieåu roõ hôn veà vieäc phaân tích maïch keïp, chuùng ta xeùt ví duï sau:

VD3: Xaùc ñònh Vo cho maïch hình 31 vôùi ngoõ vaøo töông öùng.

-

+

100KVin Vout

D

C=1uF

5V

Hình 31: Maïch keïp vd3

- Vì taàn soá laø 1000 Hz neân T = 1ms vaø moät baùn kì laø 0,5ms. Vieäc phaân tích baét ñaàu töø khoaûng t1 => t2 öùng vôùi diode daãn. Trong khoaûng thôøi gian naøy ta coù maïch töông ñöông trong hình 32.


-

+

100KVin=-20V

Vout

C=1uF

5V

+

+

--


Ngoõ ra treân ñieän trôû nhöng noù cuõng treân nguoàn 5V . Keát quaû laø vo = 5V trong khoaõng thôøi gian naøy. Aùp duïng ñònh luaät Kirchoff cho maïch voøng ta coù:

- 20 + Vc – 5 = 0 V => Vc = 25V Tuï naïp ñaày leân giaù trò naøy.

- Trong khoaûng thôøi gian t2 => t3 ta coù maïch trong hình 2.87.

-

+

100KVin=10V

Vout

C=1uF

5V

++

-

-

Hình 33: Maïch töông ñöông khi diode ngöng daãn.

Diode ngöng daãn taùch nguoàn 5 V ra khoûi maïch. Aùp duïng ñònh luaät Kirchoff cho maïch voøng ta coù 10 + 25 – vo = 0 => vo = 35 V.

Thôøi gian xaû τ = RC = (100KΩ)(0,1µF) = 0,01s = 10ms 5τ = 50ms . Khoaûng thôøi gian t2 => t3 chæ coù 0,5 ms neân giaû söû tuï giöõ nguyeân

ñieän aùp trong thôøi gian naøy laø hôïp lí. Ñieän aùp ra vaø vaøo cho ôû hình 2.88.

Hình 34: Keát quaû keïp..


2.2. ÖÙng duïng cuûa Diode Zener: Öùng duïng phoå bieán nhaát cuûa diode zener laø taïo ra moät ñieän aùp tham chieáu oån

ñònh ñeå phaân cöïc hoaëc caùc muïc ñích so saùnh.

RVin

-

+ +

- Vz

R

L

s

Hình 35: Maïch oån ñònh ñieän aùp baèng diode Zener.

Hình 3.7 laø maïch ñieän ñöôïc thieát keá ñeå duy trì 1 ñieän aùp Vz oån ñònh treân 2 ñaàu ñieän trôû taûi khi Vi hoaëc RL thay ñoåi. Ta coù hai tröôøng hôïp: Vi khoâng ñoåi, RL thay ñoåi hoaëc Vi thay ñoåi, RL khoâng ñoåi.

2.2.1. Tröôøng hôïp Vi khoâng ñoåi, RL thay ñoåi: Ta coù moät vuøng giaù trò ñieän trôû (doøng ñieän taûi) ñeå zener ôû traïng thaùi daãn. RL quaù

nhoû => VL = Vz => zener ngöng daãn. Ñeå xaùc ñònh ñieän trôû taûi nhoû nhaát (doøng taûi lôùn nhaát) maø Zener baét ñaàu laøm vieäc,

taïi ñieåm naøy doøng IZ coøn raát nhoû (Döïa treân ñaëc tuyeán V-A) neân ta coù theå boû zener ra nhö hình 36 vaø tính giaù trò RL vôùi VL = Vz .

RVin

-

+ +

-

V L

s

L

Hình 36: Maïch töông ñöông khi diode ngöng daãn.

VL = Vz = SL

iL

RR

VR

+ => RLmin =

Zi

ZS

VV

VR

− (3.1)

Vôùi moïi giaù trò ñieän trôû lôùn hôn RL tính töø bieåu thöùc treân ta luoân coù zener daãn vaø diode zener coù theå thay theá baèng nguoàn Vz nhö hình 37

RVin

-

+ +

-

V L

s

Z

+

-

VL

R



minmin

max

L

Z

L

L

LR

V

R

VI == (3.2)

SRV = vi - VZ = const (3.3)

SRI = S

R

R

VS = cons (3.4)

IZ = IR - IL (3.5) IZmin khi ILmax , IZmax khi ILmin Vì IZ < IZmax => ILmin =

SRI - IZmax (3.6)

Vaäy min

max

L

Z

LI

VR = (3.7)

VD4: Xaùc ñònh RL vaø IL ñeå

LRV = 10V oån ñònh vaø xaùc ñònh coâng suaát cuûa diode trong

hình: a. Xaùc ñònh RL vaø IL ñeå

LRV = 10V

RVin=50V

-

+ +

- Vz

1K

LVz=10V

Izmax=32mA

Hình 38: Maïch oån ñònh ñieän aùp baèng diode Zener vd4

Giaûi: Ta xaùc ñònh giaù trò RL ñeå zener daãn:

Ω==−

Ω=

−= 250

40

10*10

1050

1013

min

VK

VV

VRR

Zi

ZS

L (3.8)

Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû RS: VVVV ZiRS40=−= (3.9)

Doøng ñieän qua RS: mAISR 40

10

403

== (3.10)

Doøng ñieän qua RL nhoû nhaát laø mAIII ZRI S83240

maxmin=−=−= (3.11)

Ta coù : Ω=== KmA

V

I

VR

L

Z

L 25,18

10

min

max (3.12)

b. Xaùc ñònh coâng suaát cuûa diode: mWmAVIVP ZZ 3203210

maxmax=== (3.13)


2.2.2. Tröôøng hôïp Vi thay ñoåi, RL coá ñònh: Trong hình 35 giaù trò vi phaûi ñuû lôùn ñeå kích daãn diode zener khi RL = const. Ñieän aùp Kích daãn ñöôïc xaùc ñònh.

( )

L

ZSL

iR

VRRV

+=

min

SL

iL

ZLRR

vRVV

+==

Giaù trò Vimax bò giôùi haïn bôûi doøng IZmax vì LsRZ III −=maxmax

Neân LzRs III +=

maxmax

Ta coù constR

VI

L

ZL == IZmax = const neân

ZSRZRi VRIVVvS

+=+= maxmaxmax

VD5: Xaùc ñònh Vi ñeå ñeå zener oån aùp trong hình 39

RVin

-

+ +

- VzL

Vz=20V

Izmax=60mA

Rs

Hình 39: Maïch oån ñònh ñieän aùp baèng diode Zener vd5

Giaûi:

( ) ( )( ) ( )VR

VRRV

L

ZSL

i 76,231200

202201200min =

+=

+=

( ) ( )mAK

V

R

VI

L

Z

L 67,162,1

20=

Ω==

( )mAIII LZR 67,7667,1660maxmax=+=+=

vimax = ( )VRIV SRZ 67,3667,1620max

=+=+


BAØI TAÄP CHÖÔNG III

Trong caùc maïch ñieän beân döôùi ñeàu söû duïng diode laøm baèng Si coù ñieän aùp goái VK=0.7V. 5. Chöùng minh coâng thöùc ñieän aùp trung bình Vdc ngoõ ra cuûa maïch chænh löu baùn soùng

trong bieåu thöùc 3 – 3. 6. Söû duïng moâ hình töông ñöông thöù hai cho diode D tính ñieän aùp trung bình treân taûi

RL trong maïch ñieän nhö hình 3 – 47.

RL=680Ω

D8:1120V

60Hz

Hình 3 – 47

7. Cho tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng song sin coù ñænh VP=10V. Söû duïng moâ hình töông ñöông thöù hai cho caùc diode haõy xaùc ñònh daïng tín hieäu ngoõ ra cho töøng maïch ñieän.

Vin

RS

+

-

VoutD1

5V

t

Vin

+10V

-10V

Vin

RS+

-

VoutD1 D2

6V3V

Vin

RS+

-

VoutD1

5V

(a) (b) (c)Hình 3 – 48.

8. Cho maïch ñieän nhö hình 3 – 49 a. Söû duïng moâ hình töông ñöông thöù hai cho diode D xaùc ñònh vaø veõ daïng ñieän aùp rôi treân taûi RL trong hai tröôøng hôïp ñieän aùp ngoõ vaøo nhö trong hai hình 3 – 49 b, c.


Vin

D

ri=2ΩRL=9Ω

t

Vin

(b)

t

Vin

(c)

(a)+10V

-10V

+10V

-10V

Hình 3 – 49.

9. Xaùc ñònh daïng tín hieäu ngoõ ra cho maïch ñieän hình 3 – 50 khi söû duïng moâ hình töông ñöông thöù hai cho diode D.

Vin D

RS

10V

+

-

Vout

Vin

0 t

20V

-10V

T/2 T

Hình 3 – 50.

10. Cho tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng song sin coù ñænh VP=10V. Söû duïng moâ hình töông ñöông thöù hai cho caùc diode haõy xaùc ñònh daïng tín hieäu ngoõ ra cho töøng maïch ñieän. Vôùi giaû söû RLC >> T.

t

Vin

+10V

-10V

Vin

+

-

Vout

D1

(a)

Vin

C

+

-

Vout

D1

(b)

RL

RL

C

Vin

C+

-

VoutD1

(c)

RL

4.3V

Hình 3 - 51

11. Hình 3 – 52 veõ moät maïch öùng duïng cuûa diode goïi laø maïch giôùi haïn ñieän aùp, maïch ñöôïc söû duïng ñeå baûo veä caùc thieát bò nhaïy caûm. Caùc thieát bò nhaïy caûm thöôøng chæ


laøm vieäc ôû moät möùc ñieän aùp raát thaáp, neáu ñieän aùp treân thieát bò quaù lôùn coù theå laøm hoûng thieát bò. Haõy giaûi thích cô cheá hoaït ñoäng cuûa maïch giôùi haïn ñieän aùp naøy.

Vin RS

D1 D2

Thieát bònhaïy caûm

Hình 3 -52.

12. Maïch ñieän trong hình 3 – 53 goïi laø maïch taùch soùng ñænh – ñænh. Maïch ñieän ñöôïc taïo thaønh töø söï keát hôïp cuûa moät maïch keïp döông vaø maïch loïc tuï. Söû duïng moâ hình töông ñöông lyù töôûng cho caùc diode haõy giaûi thích cô cheá hoaït ñoäng vaø daïng ñieän aùp ngoõ ra treân taûi neáu ñieän aùp ngoõ vaøo laø tín hieäu ac hình sin. (Giaû söû caùc ñieàu kieän cuûa maïch keïp vaø maïch loïc ñeàu thoaû maõn).

t

Vin

Vin

+

-

Vout

D1RL

C1

C2

+VP

-VP

Hình 3 – 53.

13. Trong raát nhieàu thieát bò ñieän töû ñoøi hoûi ñöôïc cung caáp möùc ñieän aùp aâm. Coù nhieàu phöông phaùp ñeå taïo ra möùc ñieän aùp aâm nhö ñaáu noái ñaûo chieàu hai nguoàn pin…Tuy nhieân caùc phöông phaùp ñoù ñeàu phöùc taïp vaø toán keùm. Phöông phaùp söû duïng diode seõ coù nhieàu lôi ñieåm hôn. Trong hình 3 – 54 chuùng toâi trình baøy moät maïch ñieän ñôn giaûn söû duïng diode ñeå taïo ra ñieän aùp aâm töø moät nguoàn dc döông. Haõy giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch ñieän naøy.

Vin

RS

Thieát bò taïoxung vuoâng

Vout

-

+D1

D2

C1

C2

Hình 3 – 54.


CHÖÔNG IV: TRANSISTOR LÖÔÕNG CÖÏC – BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR)

3. Caáu taïo: BJT ñöôïc taïo thaønh bôûi hai chuyeån tieáp P-N naèm raát gaàn nhau trong cuøng moät

phieán baùn daãn ñôn tinh theå. Veà maët caáu taïo, coù theå xem nhö BJT do 3 lôùp baùn daãn tieáp xuùc nhau taïo neân, trong ñoù lôùp ôû giöõa coù beà daøy raát beù (côû 10-4 cm) vaø khaùc kieåu daãn ñieän vôùi hai lôùp beân caïnh. Chaúng haïn lôùp ôû giöõa laø baùn daãn loaïi P thì hai bôùp beân caïnh laø loaïi N, taïo neân transistor kieåu N-P-N. Coøn neáu lôùp ôû giöõa thuoäc loaïi N thì hai lôùp beân caïnh thuoäc P, taïo neân kieåu P-N-P.

JE JCE C

BE C

B

N NP

P N P

E

E

C

C

B

B Hình 1: Caáu taïo vaø kí hieäu cuûa BJT.

Noàng ñoä taïp chaát trong ba lôùp baùn daãn cuõng khoâng gioáng nhau. Lôùp coù boàng ñoä taïp cao nhaát (kí hieäu N+ hoaëc P+ treân hình veõ), nghóa laø noàng ñoä haït daãn ña soá cuûa noù lôùn nhaát, goïi laø mieàn phaùt (hay mieàn emitter). Lôùp ñoái dieän (kí hieäu N hoaëc P) coù noàng ñoä taïp thaáp hôn, goïi laø mieàn thu (hay mieàn collector). Lôùp ôû giöõa, coù noàng ñoä taïp chaát raát thaáp (do ñoù noàng ñoä haït daãn ña soá cuûa lôùp naøy töông ñoái nhoû) goïi laø mieàn neàn (coøn goïi: mieàn base, hoaëc mieàn goác). Ba sôïi kim loaïi ñöôïc gaén vôùi ba lôùp noùi treân, duøng laøm ñieän cöïc cuûa transistor. Ngöôøi ta goïi chuùng laø cöïc emitter (kí hieäu baèng chöõ E), cöïc base (kí hieäu baèng chöõ B), cöïc collector (kí hieäu baèng chöõ C).

Caùc lôùp baùn daãn ñöôïc ñaët trong moät voû kín (baèng nhöïa hoaëc kim loaïi) chæ coù 3 ñieän cöïc ñöa ra ngoaøi. Kí hieäu quy öôùc cuûa 2 loaïi transistor N-P-N vaø P-N-P neâu treân hình 1. Muõi teân veõ treân cöïc E cuõng truøng vôùi chieàu doøng ñieän qua cöïc ñoù.

Do caáu taïo nhö treân seõ hình thaønh 2 chuyeån tieáp P-N raát gaàn nhau. Chuyeån tieáp thöù nhaát ôû ranh giôùi mieàn phaùt vaø mieàn neàn, goïi laø chuyeån tieáp emitter, kí hieäu laø JE. Chuyeån tieáp thöù hai, ôû ranh giôùi mieàn neàn vaø mieàn thu, goïi laø chuyeån tieáp collector, kí hieäu laø JC. Hoaït ñoäng cuûa BJT chuû yeáu döïa treân söï töông taùc giöõa hai chuyeån tieáp raát gaàn nhau naøy.

Tuøy theo vieäc phaân cöïc caùc chuyeån tieáp JE , JC thuaän hay nghòch maø BJT coù caùc cheá ñoä laøm vieäc khaùc nhau, thoâng thöôøng BJT coù 2 cheá ñoä laøm vieäc cô baûn laø cheá ñoä khuyeách ñaïi (JE phaân cöïc thuaän, JC phaân cöïc nghòch) vaø cheá ñoä khoùa ñieän töû (hay cheá ñoä ñoùng môû). ÔÛ cheá ñoä ñoù, hoaëc caû hai chuyeån tieáp JE, JC ñeàu phaân cöïc thuaän (traïng thaùi daãn baõo hoøa hay coøn goïi laø traïng thaùi môû), hoaëc caû hai chuyeån tieáp JE, JC ñeàu phaân


cöïc nghòch (traïng thaùi ngöng daãn hay coøn goïi laø traïng thaùi taét), BJT lieân tuïc giao hoaùn giöõa hai traïng thaùi naøy. 4. Cheá ñoä khuyeách ñaïi cuûa BJT:

4.1. Nguyeân taéc hoaït ñoäng: Haõy xeùt nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa loaïi N-P-N laøm ví duï (loaïi P-N-P cuõng töông

töï). Sô ñoà maïch ñieän nhö hình 2.

Hình 2: Nguyeân taéc khuyeách ñaïi cuûa BJT loaïi N-P-N.

Nguoàn E1 (coù söùc ñieän ñoäng moät vaøi volt) laøm cho chuyeån tieáp emitter JE phaân cöïc thuaän. Nguoàn E2 (thöôøng côõ 5 ñeán 20 volt) laøm cho chuyeån tieáp collector JC phaân cöïc ngöôïc. E1, E2 ñöôïc goïi laø caùc nguoàn ñieän aùp phaân cöïc. RE, RC laø caùc ñieän trôû phaân cöïc (RC coøn ñöôïc goïi laø ñieän trôû taûi ñoái vôùi doøng moät chieàu collector).

Ñeå ñôn giaûn giaû thuyeát ban ñaàu noàng ñoä taïp chaát phaân boá trong caùc lôùp baùn daãn, ñoàng thôøi ta chæ chuù yù ñeán ñieän trôû cuûa caùc vuøng ngheøo JE, JC .

Khi chöa coù nguoàn E1, E2 taùc duïng, cuõng gioáng nhö quaù trình xaûy ra ôû diode, trong moãi vuøng ngheøo JE, JC seõ toàn taïi moät ñieän tröôøng tieáp xuùc (höôùng töø N sang P), töông öùng vôùi moät hieäu ñieän theá tieáp xuùc naøo ñoù. Hieäu ñieän theá naøy ñoùng vai troø nhö moät haøng raøo ñieän theá, duy trì traïng thaùi caân baèng cuûa chuyeån tieáp (caân baèng giöõa doøng troâi cuûa haït daãn thieåu soá vaø doøng khueách taùn cuûa haït daãn ña soá, khieán cho doøng ñieän toång hôïp qua moãi chuyeån tieáp baèng khoâng).

Khi coù nguoàn E2, chuyeån tieáp JC bò phaân cöïc ngöôïc, haøng raøo ñieän theá vaø ñieän tröôøng tieáp xuùc trong vuøng ngheøo naøy taêng. Töông töï nhö diode phaân cöïc nghòch, qua vuøng ngheøo JC seõ coù moät doøng ñieän raát nhoû (do haït daãn thieåu soá cuûa mieàn base vaø mieàn collector taïo neân) , kí hieäu laø ICBO. Ta goïi ñoù laø doøng ñieän ngöôïc collector.

Neáu coù theâm nguoàn E1, chuyeån tieáp JE seõ phaân cöïc thuaän. Haøng raøo ñieän theá trong JE haï thaáp (so vôùi traïng thaùi caân baèng) khieán ñieän töû trong mieàn N+ traøn qua mieàn P, loã troáng töø mieàn P traøn qua mieàn N+. Sau ñoù caùc haït daãn khoâng caân baèng naøy tieáp tuïc khuyeách taùn. Treân ñöôøng khueách taùn, chuùng seõ taùi hôïp vôùi nhau. Ngöng do noàng ñoä haït daãn ña soá trong hai mieàn cheânh leäch nhau xa cho neân trong soá caùc ñieän töû phun töø mieàn N+ vaøo mieàn P, chæ moät phaàn raát nhoû bò taùi hôïp, coøn tuyeät ñaïi ña soá vaãn coù theå


khueách taùn qua mieàn base tôùi vuøng ngheøo JC (khaû naêng bò taùi hôïp treân ñöôøng ñi chæ raát ít vì mieàn base raát moûng, noàng ñoä loã troáng ôû mieàn naøy cuõng khoâng cao laém). Khi tôùi vuøng ngheøo JC, caùc ñieän töû noùi treân laäp töùc bò ñieän tröôøng trong JC huùt veà phía collector taïo neân doøng ñieän trong maïch collector.

Neáu goïi IE laø doøng ñieän chaïy qua cöïc emitter (töông öùng vôùi chuyeån ñoäng cuûa ñieän töû mieàn N+ sang mieàn P thì doøng ñieän taïo neân bôûi soá ñieän töû chaïy tôùi collector vöøa noùi ôû treân seõ laø α IE trong ñoù α ñaïi dieän cho tyû soá giöõa soá löôïng ñieän töû tôùi ñöôïc collector (khoâng bò hao huït doïc ñöôøng ñi vì taùi hôïp) vaø toång soá ñieän töû phaùt ñi töø emitter. α =

Thoâng thöôøng α = 0,95 ÷ 0,99 (nghóa laø tyû leä hao huït haït daãn doïc ñöôøng ñi töø cöïc E tôùi cöïc C chæ laø raát nhoû). α coù teân laø heä soá truyeàn ñaït doøng ñieän phaùt.

Nhö vaäy doøng ñieän toång trong maïch collector bao goàm hai thaønh phaàn:

CBOEC III += α (1) ICBO laø doøng ñieän ngöôïc voán coù cuûa chuyeån tieáp JC (phaân cöïc nghòch bôûi E2), coøn

α IE ñaïi dieän cho doøng haït daãn chaïy töø cöïc E tôùi (do JE phaân cöïc thuaän bôûi E1). Trong mieàn base, moät soá loã troáng phun sang mieàn N+ vaø taùi hôïp vôùi ñieän töû, gaây

neân söï thieáu huït ñieän tích döông. Ñeå buø laïi, caùc ñieän tích seõ töø nguoàn E1 chaïy vaøo mieàn base thoâng qua cöïc B, taïo neân doøng ñieän trong maïch base IB. Döïa vaøo ñònh luaät doøng ñieän ñieåm nuùt (hoaëc döïa vaøo quaù trình vaät lyù vöøa neâu treân daây) ta deã daøng suy ra raèng:

CBE III += (2) Thöôøng trò soá IB thöôøng nhoû so vôùi IC vaø IE. Treân ñaây laø hoaït doäng cuûa BJT cuøng caùc doøng ñieän IE, IC, IB khi coù caùc nguoàn

ñieän aùp E1, E2 khieán chuyeån tieáp JE phaân cöïc thuaän, JC phaân cöïc nghòch. Ta thaáy roõ: neáu IE bieán ñoåi thì doøng IC cuõng bieán ñoåi theo. Baây giôø neáu coù theâm nguoàn tín hieäu xoay chieàu eS (bieân ñoä raát nhoû) thoâng qua tuï C1 ñaët vaøo giöõa cöïc E vaø cöïc B, nghóa laø xeáp choàng leân ñieän aùp phaân cöïc voán coù cuûa chuyeån tieáp JE, thì möùc ñoä phaân cöïc cuûa JE seõ thay ñoåi moät caùch tuaàn hoaøn theo chu kyø tín hieäu. Do ñoù doøng ñieän töû töø cöïc E ñi tôùi cöïc C seõ taêng giaûm theo quy luaät cuûa eS, nghóa laø doøng collector thay ñoåi theo eS. Doøng ñieän naøy taïo treân RC moät ñieän aùp, bieán thieân cuøng quy luaät vôùi eS nhöng bieân ñoä lôùn hôn eS nhieàu (nhôø RC khaù lôùn). Ta noùi raèng transistor ñaõ khueách ñaïi tín hieäu.

Nguyeân taéc hoaït ñoäng vaø khaû naêng khueách ñaïi cuûa BJT loaïi PNP hoaøn toaøn töông töï, chæ khaùc laø ñeå cho JE phaân cöïc thuaän, JC phaân cöïc ngöôïc thì cöïc tính cuûa caùc nguoàn moät chieàu E1, E2 phaûi ñoåi ngöôïc laïi. Chieàu cuûa caùc doøng ñieän cuõng phaûi thay ñoåi. Taïo neân doøng collector trong tröôøng hôïp naøy laø caùc loã troáng di chuyeån töø mieàn P+ qua mieàn N vaø khueách taùn tôùi mieàn collector loaïi P.

Soá löôïng ñieän töû tôùi ñöôïc cöïc C Soá löôïng ñieän töû tôùi ñöôïc cöïc E


Hình 3: Nguyeân taéc khuyeách ñaïi cuûa BJT loaïi P-N-P.

4.2. Ba sô ñoà cô baûn cuûa BJT a. Maïch Base chung ( vieát taéc BC)

Maïch vöøa khaûo saùt treân ñaây thuoäc loaïi naøy. Tín hieäu caàn khueách ñaïi ñöa vaøo giöõa cöïc E vaø cöïc B, tính hieäu sau khi ñaõ khueách ñaïi laáy ra giöõa cöïc C vaø cöïc B laø cöïc chung cuûa maïch vaøo vaø maïch ra hình 1 hoaëc 2. Nhö vaäy doøng ñieän vaøo laø doøng emitter, doøng ñieän ra laø doøng collector, ñieän aùp vaøo laø VEB, coøn ñieän aùp ra laø VCB . Neáu khoâng veõ maïch phaân cöïc (maïch taïo ñieän aùp moät chieàu cho caùc chuyeån tieáp JE vaø JC) thì sô ñoà base chung coù daïng ñôn giaûn hoùa Nhö hình 4 (veõ cho loaïi NPN).

Hình 4: Maïch maéc Base chung

Treân hình naøy cuõng ghi caû 4 tham soá veà doøng vaø aùp thöôøng duøng. Caùc heä thöùc cô baûn cuûa maïch BC laø:

* Ñaëc tuyeán voân – ampe cuûa BJT

CBOEC III += α

CBE III +=


Ñoà thò dieãn taû caùc moái töông quan giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp treân BJT ñöôïc goïi laø ñaëc tuyeán voân – ampe (hay ñaëc tuyeán tónh). Ngöôøi ta thöôøng phaân bieät thaønh 4 loaïi ñaëc tuyeán: ñaëc tuyeán vaøo (neâu leân moái quan heä giöïa doøng ñieän vaø ñieän aùp ôû ngoõ ra), ñaëc tuyeán ra (neâu quan heä giöõa I vaø V ôû ngoõ ra ), ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän (neâu söï phuï thuoäc cuûa doøng ñieän ra theo doøng ñieän vaøo) vaø ñaëc tuyeán hoài tieáp ñieän aùp ( neâu söï bieán ñoåi cuûa ñieän aùp giöõa hai ngoõ vaøo khi dieän aùp ôû ngoõ ra thay ñoåi). Döôùi ñaây chæ giôùi thieäu 3 loaïi ñaëc tuyeán thöôøng duøng nhaát cho töøng kieåu maïch cô baûn.

I. Hoï ñaëc tuyeán vaøo. Maéc BJT theo sô ñoà BC ôû traïng thaùi tónh (töùc laø chæ coù ñieän aùp moät chieàu phaân

cöïc (xem hình 5).

Hình 5: maïch khaûo saùt

E1, E2 laø caùc nguoàn ñieän aùp moät chieàu coù theå thay ñoåi giaù trò. Caùc ñoàng hoà mA keá (hoaëc µA keá) duøng ñeå ño doøng ñieän, coøn caùc volt keá ño ñieän aùp giöõa cöïc. Giöõ ñieän aùp VCB = const laàn löôït thay ñoåi giaù trò E1 roài ñoïc caùc caëp giaù trò töông öùng cuûa IE vaø

VBE, keát quaû veõ ñöôïc ñoà thò ( ) constVBEE CBVfI == nhö hình 6.

Hình 6: ñaëc tuyeán vaøo

Ta goïi ñoù laø ñaëc tuyeán vaøo cuûa BJT maéc BC. Taäp hôïp nhieàu ñaëc tuyeán vaøo (moãi ñöôøng öùng vôùi moät giaù trò khoâng ñoåi cuûa VCB) taïo neân hoï ñaëc tuyeán vaøo.

Deã daøng nhaän ra raèng daïng ñaëc tuyeán naøy töông töï nhö ñaëc tuyeán thuaän cuûa diode, bôûi vì giöõa cöïc E vaø cöïc B cuûa BJT coù chuyeån tieáp JE phaân cöïc thuaän. Caùc ñaëc tuyeán vaøo naèm raát sít nhau theå hieän ñieän aùp ngoõ ra VCE aûnh höôûng raát ít ñeán doøng ñieän ôû ngoõ vaøo.

II. Hoï ñaëc tuyeán ra.


Neáu laàn löôït giöõ doøng IE baèng caùc giaù trò nhaát ñònh, thay ñoåi nguoàn E2 roài xaùc ñònh caùc caëp giaù trò töông öùng cuûa IC vaø VCB, ta seõ coù hoï ñaëc tuyeán ra cuûa maïch BC.

( ) constIVfI ECBC ==

Hình 7: ñaëc tuyeán ra

Nhö hình 7. Hoï ñaëc tuyeán naøy coù maáy ñaëc ñieåm: - Ñaëc tuyeán gaàn nhö song song vôùi truïc hoaønh, caét truïc tung ôû caùc tung ñoä khaùc nhau. Ñieàu naøy chöùng toû ngay caû khi VCB = 0, doøng ñieän IC vaãn coù moät giaù trò khaùc khoâng naøo ñoù vaø gieäc taêng VCB aûnh höôûng raát ít ñeán trò soá cuûa IC. Döïa vaøo nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa BJT, ta deã daøng giaûi thích ñöôïc ñieàu naøy.

- Ñöôøng thaáp nhaát treân hình veõ (öùng vôùi IE = 0) chæ caùch truïc hoaønh moät khoaûng raát heïp. Tung ñoä naøy chính laø giaù trò doøng ñieän ngöôïc collector, bôûi vì , theo (1), khi IE = 0 (töùc E hôû maïch) thì IC = ICBO, doøng naøy voán coù trò soá raát nhoû.

- Phaïm vi raát heïp, phía döôùi ñaëc tuyeán naøy goïi laø mieàn taét (hoaëc khoùa). Noù töông öùng vôùi traïng thaùi khoùa cuûa BJT (caû hai chuyeån tieáp JE, JC ñeàu phaân cöïc ngöôïc).

- Trò soá IE caøng taêng, ñaëc tuyeán caøng dòch leân phía treân, nghóa laø IC caøng taêng tho. Ñoù laø vì soá haït daãn ña soá cuûa mieàn emitter phun vaøo mieàn base caøng lôùn thì soá tôùi ñöôïc cöïc collector cuõng seõ caøng nhieàu.

- Coù theå coi moãi ñaëc tuyeán bao goàm 3 ñoaïn. Ñoaïn gaàn nhö song song vôùi truïc hoaønh (vöøa nhaän xeùt ôû treân) öùng vôùi traïng thaùi khueách ñaïi thoâng thöôøngcuûa BJT (JE phaân cöïc thuaän, JC phaân cöïc nghòch). Ñoaïn cheách xieân ôû beân traùi truïc tung (veõ neùt ñöùt) töông öùng vôùi traïng thaùi daãn baõo hoaø cuûa BJT (caû hai chuyeån tieáp JE, JC ñeàu phaân cöïc thuaän). Coøn ñoaïn thöù ba beân phaûi (veõ chaám chaám) chính laø quaù trình ñaùnh thuûng chuyeån tieáp JC, xaûy ra khi VCB quaù lôùn laøm doøng IC taêng voït. Ñaây laø mieàn caám söû duïng ñeå khoûi phaù hoûng BJT.


III. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän.

( ) constVIfI CBEC == Noù coù daïng gaàn tuyeán tính, phuø hôïp vôùi heä thöùc lyù thuyeát (1) (coi α laø khoâng

ñoåi). Treân thöïc teá, heä soá α chæ laø haèng soá khi doøng ñieän IE töông ñoái nhoû. Coøn khi IE khaù lôùn, nghóa laø doøng haït daãn khueách taùn qua mieàn base coù maät ñoä lôùn thì tyû leä phaàn traêm soá haït daãn bò taùi hôïp treân ñöôøng ñi seõ taêng leân, khieán α giaûm xuoáng. Ñieàu naøy laøm cho ñaëc tuyeán ôû vuøng doøng ñieän lôùn ngaøy caøng leäch khoûi quy luaät tuyeán tính hình 8:

Hình 8: ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän

b. Maïch Emitter chung ( vieát taét EC)

Hình 9: Maïch Emittor chung

Cöïc E laø cöïc chung giöõa maïch vaøo vaø maïch ra. Doøng ñieän vaøo: IB , doøng ñieän ra IC , ñieän aùp vaøo: VBE, ñieän aùp ra VCE.


Maïch ñaày ñuû vaø maïch ñôn giaûn hoùa: hình 9 a vaø b (transistor NPN). Ñeå thieát laäp heä thöùc giöõa doøng ra vaø doøng vaøo cuûa maïch EC, ta vaãn xuaát phaùt töø nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa BJT, theå hieän ôû coâng thöùc (1).

Thaät vaäy, thay IE theo (2) vaøo coâng thöùc naøy ta coù: IC = αααα (IB + IC) + ICBO Sau vaøi pheùp bieán ñoåi ñôn giaûn, seõ ñi ñeán: (3)

Trong ñoù: α

αβ

−=

1 (4)

Goïi laø heä soá khueách ñaïi doøng ñieän cuûa maïch EC.

( ) CBOCEOCEO III 11

1+=

−= β

α (5)

Tuy nhieân thoâng thöôøng ICBO≈en6 ICEO≈0: (6)

Ñoùng vai troø töông töï doøng ICBO trong coâng thöùc (1) cuûa maïch BC neân ñöôïc goïi laø doøng ñieän ngöôïc cllector cuûa maïch EC.

Thoâng thöôøng, BJT coù α = 0,95 ÷ 0,99. Töông töï β = 19 ÷ 99, ICBO = (0,01 ÷ 0,1) µA, ICEO = (1 ÷ 10) µA.

Heä thöùc (3) laø heä thöùc cô baûn cuûa maïch EC. Löu yù raèng ôû maïch BC, heä soá α xaáp xæ baèng 1, doøng ICBO raát nhoû. Coøn ôû maïch EC,

heä soá β raát lôùn hôn 1, doøng ICEO tuy lôùn hôn nhieàu, nhöng so vôùi giaù trò β IB thì vaãn khoâng ñaùng keå.

Töông töï nhö maïch BC, maïch naøy cuõng coù 3 hoï ñaëc tuyeán thoâng duïng. I. Hoï ñaëc tuyeán vaøo.

( ) constVVfI CEBEB ==

phaûn aùnh quan heä giöõa doøng vaø aùp cuûa chuyeån tieáp JE ôû ngoõ vaøo hình 10. Thöïc chaát ñaây vaãn laø nhaùnh thuaän cuûa ñaëc tuyeán diode.

IC = ββββ IB + (ββββ + 1)ICBO = ββββ IB + ICEO +=

IC = ββββ IB IE =(ββββ + 1)IB

III +=


Hình 10: ñaëc tuyeán vaøo

II. Hoï ñaëc tuyeán ra.

( ) constIVfI ECBC ==

Hình 11:ñaëc tuyeán ra

So vôùi ñaëc tuyeán ra cuûa maïch BC, hoï ñaëc tuyeán naøy cuûa maïch EC coù moät vaøi khaùc bieät.

Ñöôøng thaáp nhaát (öùng vôùi giaù trò IB = 0) phaûn aùnh giaù trò doøng ñieän ngöôïc collector cuûa maïch EC (ICEO). Doøng naøy lôùn hôn doøng ICBO cuûa maïch BC (heä thöùc 5), vì vaäy khoaûng caùch giöõa ñaëc tuyeán naøy vaø truïc hoaønh cuõng lôùn hôn. Phaïm vi phía döôùi ñaëc tuyeán naøy vaãn goïi laø mieàn taét öùng vôùi traïng thaùi caû JE vaø JC ñeàu phaân cöïc nghòch.

Caùc ñaëïc tuyeán phía treân (öùng vôùi IB ≠ 0) vaãn bao goàm 3 ñoaïn. Ñoaïn cheách xieân (öùng vôùi traïng thaùi daãn baõo hoøa cuûa BJT) luùc naøy naèm ôû beân phaûi truïc tung (trong phaïm vi VCE töø 0 ñeán 1,2V). Khi VCE = 0, doøng IC seõ giaûm veà khoâng, moïi ñaëc tuyeán ñeàu ñi qua goác toïa ñoä – Ñoaïn naèm ngang (öùng vôùi traïng thaùi khueách ñaïi cuûa BJT) coù ñoä doác lôùn hôn so vôùi ñaëc tuyeán maïch BC – Coøn ñoaïn doác ñöùng (veõ chaám chaám beân phaûi) öùng vôùi quaù trình ñaùnh thuûng.

III. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän.

( ) constVIfI CEEC ==

(µA)


Hình 12:Hoï ñaëc tuyeán truyeàn ñaït cuûa BJT maéc EC.

Quan heä naøy coù theå suy ra töø heä thöùc 3. Ñoä doác cuûa ñaëc tuyeán chính laø heä soá khueách ñaïi doøng ñieän β. Trong phaïm vi doøng ñieän lôùn, giaù trò β giaûm, cho neân ñaëc tuyeán khoâng coøn tuyeán tính nöõa.

c. Maïch Collector chung ( vieát taét CC)

Hình 13:Maïch collector chung CC.

Maïch nhö hình 13a. nguoàn E2 coù noäi trôû raát beù, maéc giöõa cöïc C vaø ñaát, vì vaäy ñoái vôùi tín hieäu xoay chieàu thì cöïc C coi nhö ñaúng theá vôùi ñaát. Chính vì vaäy, ôû maïch naøy, tín hieäu caàn khueách ñaïi ñöa vaøo giöõa cöïc B vaø ñaát, töôïng ñöông nhö ñöa vaøo giöõa B vaø C. Tín hieäu sau khi ñaõ khueách ñaïi, laáy ra giöïa E vaø ñaát, töông ñöông nhö laáy ra giöõa E vaø C. Roõ raøng cöïc C laø nhaùnh chung cuûa maïch vaøo vaø maïch ra, do ñoù coù teân goïi laø maïch collector chung.

Maïch töông ñöông ñôn giaûn hoùa nhö 13b. Do caùc ñaëc ñieåm cuûa noù (ñieän aùp ra ñoàng pha vaø xaáp xæ ñieän aùp vaøo, ñieän trôû vaøo raát lôùn, ñieän trôû ra raát nhoû) maïch CC chung coøn ñöôïc goïi laø maïch theo ñieän aùp hoaëc maïch taûi emitter.

Hoï ñaëc tuyeán vaøo coù tính chaát lyù thuyeát cuûa maïch CC


( ) constVVfI CEBCB == treân thöïc teá ít duøng Coøn ñaëc tuyeán ra :

( ) constIVfI BECE == vaø ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän

( ) constVIfI ECBE ==

Thì gaàn gioáng ñaëc tuyeán töông öùng cuûa maïch EC, bôûi vì IE ≈ IC

4.3. Ñieåm laøm vieäc tónh vaø ñöôøng taûi moät chieàu Xeùt maïch khuyeách ñaïi maéc EC.

Hình 14: Maïch khuyeách ñaïi maéc EC

Nguoàn E1 cuøng ñieän trôû RB taïo ra ñieän aùp moat chieàu ñeå laøm chuyeån tieáp JE phaân cöïc thuaän ôû moat möùc xaùc ñònh, nghóa laø laøm cho doøng IB vaø ñieän aùp VBE trong maïch coù nhöõng giaù trò IBQ vaø VBEQ naøo ñoù. Treân ñaëc tuyeán vaøo cuûa BJT, caëp giaù trò IBQ ,VBEQ laø toïa ñoä cuûa moät ñieåm Q goïi laø ñieåm laøm vieäc tónh ngoõ vaøo cuûa BJT ( goïi taéc laø : ñieåm tónh). Xaùc ñònh ñieåm tónh Q nhö sau:

Aùp duïng ñònh luaät Krichhof 2 ta ñöôïc: E1= IB.RB+ VBE. Hay IB =- VBE / RB +E1/ RB Ñoà thò haøm naøy (coù daïng y=ax+b ) laø ñöôøng thaúng AB treân hình 15. Maëc khaùc

caùc giaù trò IBQ ,VBEQ coøn phaûi thoaû ñaëc tính rieâng cuûa BJT vì vaäy ñieåm Q chính laø giao ñieåm cuûa ñöôøng thaúng treân vôùi ñaëc tuyeán ngoõ vaøo cuûa BJT


Hình 15: Ñieåm laøm vieäc tónh ngoõ vaøo.

AB goïi laø ñöôøng taûi moät chieàu cuûa ngoõ vaøo. Töông töï, nguoàn E2 cuøng ñieän trôû RC cuõng laøm cho doøng IC vaø ñieän aùp VCE coù

nhöõng giaù trò ICQ vaø VCEQ laø toïa ñoä cuûa ñieåm laøm vieäc tónh ngoõ ra. IC =- VBE / RC +E2/ RC

Hình 16: Ñieåm laøm vieäc tónh ngoõ ra.

MN goïi laø ñöôøng taûi moät chieàu cuûa ngoõ ra. 4.4. Phaân cöïc BJT

Phaân cöïc cho BJT laø ñeå cho noù saün saøng laøm vieäc vôùi caùc tín hieäu xoay chieàu. Nhö ñaõ ñöôïc trình baøy trong phaàn treân, ñeå BJT laøm vieäc ôû cheá ñoä khuyeách ñaïi ta phaûi söû duïng caùc nguoàn E2 phaân cöïc ngöôïc JC, E1 phaân cöïc thuaän JE, vieäc laép theâm caùc nguoàn E1, E2 nhö treân chính laø phaân cöïc BJT. Tuy nhieân, ñeå phaân cöïc ngöôïc JC, phaân cöïc thuaän JE khoâng nhaát thieát phaûi söû duïng cuøng luùc 2 nguoàn ngoaøi E1, E2 nhö treân. Phaàn naøy seõ khaûo saùt vieäc phaân cöïc BJT baèng caùc caùch maéc nguoàn DC khaùc nhau.

4.4.1. Yeâu caàu oån ñònh ñieåm laøm vieäc tónh:


Caùc nguyeân nhaân gaây maát oån ñònh ñieåm laøm vieäc tónh goàm: bieán ñoäng cuûa nguoàn, nhieät ñoä,…nhöng trong ñoù nhieät ñoä laø yeáu toá aûnh höôûng nhieàu nhaát.

a. Doøng ngöôïc collector cuûa BJT taêng nhanh theo nhieät ñoä: Nhö ta ñaõ bieát doøng ñieän ngöôïc cuûa chuyeån tieáp PN taêng nhanh theo nhieät ñoä.

Neáu goïi *T∆ laø khoaûng bieán thieân nhieät ñoä ñuû laøm taêng gaáp ñoâi giaù trò doøng ñieän ngöôïc voán coù thì ñoái vôùi chuyeån tieáp collector cuûa BJT, khi nhieät ñoä vuøng ngheøo taêng töø T1 leân T2, seõ coù:

( ) ( ) *

12

212

T

TT

CBOCBO TITI ∆

−

×= Thoâng thöôøng ( ) CT

o85

* ÷=∆ cho neân ICBO taêng khaù nhanh. Ñoái vôùi BJT maéc theo sô ñoà EC, doøng ñieän ngöôïc ICEO coù giaù trò lôùn hôn ICBO vaø cuõng taêng nhanh theo nhieät ñoä.

b. Caùc heä soá truyeàn ñaït doøng ñieän α, β taêng theo nhieät ñoä: Ngöôøi ta thöôøng xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm:

( ) ( )

−+=

751 12

12

TTTT ββ

Trong ñoù β(T1), β(T2) laø giaù trò cuûa β taïi nhieät ñoä T1 vaø T2. c. Ñieän aùp treân chuyeån tieáp emitter VBE öùng vôùi moät doøng ñieänIB = const giaûm

khi nhieät ñoä taêng :

( ) ( ) CmVconstIdT

dV o

B

BE

T /5,22 ÷−===ε

Nhö vaäy, khi nhieät ñoä moâi tröôøng thay ñoåi, doøng ICBO (hoaëc ICEO), heä soá α (hoaëc β) vaø aùp VBE thay ñoåi, khieán cho doøng IC thay ñoåi vaø ñieåm tónh Q bò xeâ dòch.

Trong 3 aûnh höôûng treân ñaây, ñaùng keå nhaát laø vai troø ICBO. Vì vaäy möùc ñoä thay ñoåi cuûa IC theo ICBO, theå hieän qua heä soá:

CBO

C

I

IS

∂

∂=

Heä soá naøy ñöôïc duøng laøm tieâu chuaån ñaùnh giaù ñoä oån ñònh cuûa caùc maïch ñieän. S coù teân laø ñoä baát oån ñònh. Tröôøng hôïp lí töôûng: S = 1, maïch oån ñònh nhaát. Neáu S caøng lôùn, maïch caøng keùm oån ñònh.

4.4.2. Caùc maïch phaân cöïc cho BJT: a. Maïch phaân cöïc ñònh doøng IB khoâng coù RE


Hình 17: Maïch phaân cöïc ñònh doøng IB khoâng coù RE

Tuï C1, C2 laø caùc tuï lieân laïc chæ cho tín hieäu AC ñi qua, ngaên chaën tín hieäu DC vaøo maïch khueách ñaïi ñeå khoâng laøm aûnh höôûng phaân cöïc khi gheùp nhieàu taàng khueách ñaïi laïi vôùi nhau (ñeå naâng cao heä soá khueách ñaïi).

Duøng moät ñieän trôû RB noái töø nguoàn VCC xuoáng cöïc base nhö hình (giaû söû loaïi NPN). Ñaây laø ñieän trôû phaân cöïc cho BJT. RC laø ñieän trôû taûi ñoái vôùi doøng moät chieàu IC (coøn goïi laø ñieän trôû phaân cöïc collector). Chieàu cuûa caùc doøng ñieän vaø ñieän aùp nhö hình veõ. Ta coù 2 phöông trình:

(*)CECCCERCC VRIVVVC

+=+=

(**)BEBBBERCC VRIVVVB

+=+=

Nhìn chung coù 2 daïng baøi toaùn cô baûn cho caùc maïch phaân cöïc: baøi toaùn tính toaùn caùc ñieåm laøm vieäc tónh ngoõ vaøo vaø ngoõ ra (töùc laø tính IBQ, VBEQ vaø ICQ, VCEQ ) khi bieát tröôùc caùc ñieän aùp nguoàn phaân cöïc, caùc dieän trôû phaân cöïc vaø heä soá β. Baøi toaùn thieát keá thöôøng yeâu caàu tính caùc ñieän trôû phaân cöïc theo caùc thoâng soá phaân cöïc yeâu caàu (nhö VCC,VCE, β, IC).

Baøi toaùn tính toaùn: VBEQ=0.7 V (haøng raøo ñieän aùp treân JE)

( )B

BEQCC

BQR

VVI

−=⇔** , BC II β= , CCCCCE RIVV −=

Baøi toaùn thieát keá:


( )C

CECC

CI

VVR

−=⇔*

,

(**) CC BE CC BEB

CB

V V V VR

IIβ

− −⇔ = =

Maïch phaân cöïc loaïi naøy coù S=β+1, maïch keùm oån ñònh. b. Maïch phaân cöïc ñònh doøng IB coù theâm RE

Hình 18: Maïch phaân cöïc ñònh doøng IB coù theâm RE

Hai phöông trình cô baûn cuûa maïch loaïi naøy laø

(*)CCC R CE RE C C CE E EV V V V I R V I R= + + = + +

(**)BCC R BE RE B B BE E EV V V V I R V I R= + + = + +

Söû duïng 2 phöông trình cô baûn treân cuøng vôùi caùc bieåu thöùc cô baûn cuûa BJT ta coù theå giaûi ñöôïc caùc baøi toaùn tính toaùn ñieåm phaân cöïc vaø baøi toaùn thieát keá cho maïch phaân cöïc loaïi naøy.Vôùi maïch naøy:

( )

( )1

11

++

≈++

++=

β

ββ

B

E

B

EB

BE

RR

R

RR

RRS

Theo bieåu thöùc naøy, RE caøng lôùn, S caøng nhoû, maïch caøng oån ñònh. Tuy nhieân neáu RE quaù lôùn maø ñeå ñaûm baûo VCE ta phaûi taêng VCC khaù lôùn.

c. Maïch phaân cöïc baèng caàu phaân aùp:


Hình 19: Maïch phaân cöïc baèng caàu phaân aùp

Vieäc giaûi caùc baøi toaùn phaân cöïc ñoái vôùi maïch naøy töông ñoái phöùc taïp. Ñeå ñôn giaûn ta coù theå söû duïng sô ñoà töông ñöông theo ñònh lyù Thevenin. (nhö hình 20)

Hình 20: Maïch töông ñöông

Trong ñoù :


21

21

BB

BB

BBRR

RRR

+

×= ,

21

2

BB

B

CCBBRR

RVE

+=

Phöông trình cô baûn cuûa maïch naøy laø:

EEBEBBBBB RIVRIE ++=

CC C C CE E EV I R V I R= + + Keát hôïp vôùi caùc bieåu thöùc cô baûn cuûa BJT coù theå giaûi ñöôïc caùc baøi toaùn phaân

cöïc.

( )( )

1 (1)1

E BB

BB E

R RS

R Rβ

β

+= +

+ +

Neáu RBB thoûa maõn ñieàu kieän : RBB << (β + 1)RE . Hay vieát döôùi daïng khaùc:

( )1

EBB

RR

α−

Thì phöông trình (1) trôû thaønh:

E

BB

R

RS += 1

Ta thaáy RE caøng lôùn, RBB caøng nhoû maïch seõ caøng oån ñònh. d. Maïch phaân cöïc hoài tieáp töø C:

Hình 21: Maïch phaân cöïc hoài tieáp töø C

Ôû maïch naøy, ñieän trôû RB daãn ñieän aùp töø ngoõ ra (cöïc collector) ñöa ngöôïc veà ngoõ vaøo (cöïc base). Hai phöông trình cô baûn cuûa maïch naøy laø:


( )C BCC R R BE C B C B B BEV V V V I I R I R V= + + = + + +

( )CCC R CE C B C CEV V V I I R V= + = + +

Heä soá baát oån ñònh cuûa maïch laø:

( )( ) ( ) BC

BC

CB

BC

RR

RR

RR

RRS

αββ

−+

+=

++

++=

111

RB caøng nhoû thì S caøng tieán gaàn veà giaù trò 1, maïch caøng oån ñònh. Tuy vaäy, ngoaøi nhieäm vuï taïo ñieän aùp phaân cöïc VBE, RB coøn daãn tín hieäu xoay chieàu ôû ngoõ ra (VCE) ñöa ngöôïc veà ngoõ vaøo (hoài tieáp aâm veà ñieän aùp) gaây suùt giaûm heä soá khueách ñaïi cuûa taàng. RB caøng beù taùc duïng hoài tieáp aâm caøng maïch, heä soá khueách ñaïi caøng giaûm. Ñeå giaûm bôùt aûnh höôûng naøy, ngöôøi ta maéc theâm caùc tuï, tuï CB ngaén maïch tín hieäu xoay chieàu xuoáng ñaát, khoâng hoài tieáp veà cöïc base nöõa.

5. Cheá ñoä khoaù ñieän töû: Ñeå ñoùng ngaét caùc maïch ñieän töû ngöôøi ta duøng caùc khoùa ñieän töû. Caùc khoaù naøy coù hai traïng thaùi phaân bieät: traïng thaùi ñoùng (daãn) khi ñieän trôû giöõa hai cöïc cuûa khoaù raát nhoû vaø traïng thaùi ngaét (taét) khi ñieän trôû giöõa hai cöïc cuûa khoaù raát lôùn, coi nhö hôû maïch. Vieäc chuyeån ñoåi khoaù töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi kia laø do taùc ñoäng cuûa tín hieäu ñieàu khieån ôû ngoõ vaøo, quaù trình naøy ñöôïc thöïc hieän ôû moät toác ñoä nhaát ñònh, goïi laø toác ñoä ñoùng môû cuûa khoaù.

Caùc BJT coù theå ñöôïc söû duïng ñeå laøm caùc khoaù ñieän töû nhö treân, ñaây laø moät öùng duïng raát quan troïng cuûa BJT nhaát laø ñoái vôùi caùc maïch ñieàu khieån. Nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn treân, vieäc phaân cöïc cho caùc chuyeån tieáp JE , JC seõ quyeát ñònh tính chaát laøm vieäc cuûa BJT. Sau ñaây ta seõ khaûo saùt moät maïch maéc EC duøng laøm khoaù ñieän töû, ñaây laø caùch maéc thoâng duïng nhaát trong caùc khoaù ñieän töû vì noù ñoøi hoûi coâng suaát ñieàu khieån thaáp.

Hình 22: maïch khoaù ñieän töû EC


* Khi Vi<0, BJT seõ rôi vaøo traïng thaùi taét, luùc ñoù caû hai chuyeån tieáp JE , JC ñeàu phaân cöïc nghòch. Doøng cöïc thu (IC ) coù giaù trò raát beù: IC = ICBO vaø IB = -ICBO coøn IE xaáp xæ baèng khoâng.

Ôû ngoõ ra: VO= VCC - ICBO RC ≈ VCC . (möùc 1) RO= RC Ñeå ñaûm baûo cho BJT naèm ôû traïng thaùi taét, ñieän aùp VBE phaûi nhoû hôn ñieän aùp

môû Vγγγγ: VBE < Vγγγγ Hay Vi+ ICBO R< Vγγγγ (i) * Khi Vi>0, BJT seõ ôû traïng thaùi daãn. Tuyø theo giaù trò cuûa doøng ngoõ vaøo IB, moät

transistor coù theå naèm moät trong hai vuøng laøm vieäc: vuøng khuyeách ñaïi vaø vuøng baõo hoaø (töùc caû hai chuyeån tieáp JE , JC ñeàu ñöôïc phaân cöïc thuaän). Tuy nhieân , ñeå khoaù laøm vieäc oån ñònh vaø ít nhieãu caàn ñöa BJT vaøo vuøng baõo hoaø. Ñieàu kieän caàn thieát laø :

ββββIB> IC (ii) Khi ñoù:VCE ñaït moät giaù trò baõo hoaø raát beù VCES, thoâng thöôøng VCES=0 VO= VCES (i) vaø (ii) laø hai ñieàu kieän caàn thieát ñeå BJT laøm vieäc nhö moät khoaù ñieän töû.


KHUYEÁCH ÑAÏI THUAÄT TOAÙN – OPAMP (OPERATIONAL AMPLIFIER)

6. Giôùi thieäu Khuyeách ñaïi thuaät toaùn laø boä khuyeách ñaïi DC coù heä soá khuyeách ñaïi Av raát lôùn,

chuùng thöôøng ñöôïc cheá taïo thaønh caùc IC (Integrated Curcuit). Trong caùc maïch ñieän töû, khuyeách ñaïi thuaät toaùn ñöôïc kí hieäu nhö sau:

-

+Vi+

VoVi-

+Vcc

-Vcc

Hình 1: kí hieäu khuyeách ñaïi thuaät toaùn.

Trong kí hieäu cuûa khuyeách ñaïi thuaät toaùn, +iV goïi laø ngoõ vaøo khoâng ñaûo,

-iV goïi laø ngoõ vaøo ñaûo, oV laø ngoõ ra, CC+V , CC-V laø caùc ngoõ cung caáp nguoàn löôõng

cöïc cho OPAMP. 7. Ñaëc tính vaø caùc thoâng soá cuûa boä khuyeách ñaïi thuaät toaùn lyù töôûng.

Vo

V=Vi-Vi∆∆∆∆+ -

+Vcc

-Vcc

+Vs

-Vs

Baõo hoaø döông

Baõo hoaø aâm

Khuyeách ñaïi voøng hôû

Hình 2: Ñaëc tuyeán cuûa khuyeách ñaïi thuaät toaùn.

Heä soá khuyeách ñaïi cuûa khuyeách ñaïi thuaät toaùn ñöôïc tính nhö sau:

∆0

voi

VA =V , vôùi ∆ = + -

i i iV V -V

- Traïng thaùi voøng hôû (opened-loop gain): laø traïng thaùi khuyeách ñaïi khoâng coù maïch hoài tieáp veà ngoõ vaøo nhö ôû hình 1, traïng thaùi laøm vieäc naøy coù nhöõng ñaëc ñieåm sau:

• Neáu ñöa tín hieäu vaøo ngoõ vaøo ñaûo: = − -o vo iV A V


• Neáu ñöa tín hieäu vaøo ngoõ vaøo khoâng ñaûo: = +o vo iV A V

• Neáu ñöa tín hieäu ñoàng thôøi vaøo caû hai ngoõ (goïi laø tín hieäu vi sai): = − = ∆+ -

o vo i i vo iV A (V V ) A V

• Ôû traïng thaùi tónh : = ⇒ =+ -i i oV V V 0

• Ñaëc tuyeán coù 3 vuøng roõ reät:

Vuøng khuyeách ñaïi laø vuøng maø ∆ iV naèm trong khoaûng S-V , S+V .

Trong vuøng naøy: = ∆o vo iV A V , vuøng naøy raát heïp ( SV thöôøng töø chuïc

µV ñeán vaøi traêm µV ) , caùc giaù trò S-V , S+V goïi laø caùc ngöôõng baõo hoaø.

Vuøng baõo hoaø döông laø vuøng ∆ i SV >V , trong vuøng naøy: = +o CCV V

Vuøng baõo hoaø aâm laø vuøng ∆ i SV <-V , trong vuøng naøy: = −o CCV V Trong thöïc teá ngöôøi ta raát ít söû duïng khuyeách ñaïi thuaät toaùn ôû traïng thaùi voøng hôû

vì tuy voA raát lôùn nhöng taàm ñieän aùp vaøo bò giôùi haïn quaù beù (trong khoaûng ± SV ) chæ caàn troâi nhieät, hoaëc nguoàn khoâng oån ñònh, hoaëc nhieãu bieân ñoä raát beù cuõng taïo ñöôïc

∆ iV vöôït ra ngoaøi taàm ± SV rôi vaøo vuøng baõo hoaø aâm hoaëc döông. Khuyeách ñaïi voøng hôû thöôøng chæ söû duïng trong cheá ñoä xung (caùc maïch so saùnh). Trong cheá ñoä khuyeách ñaïi tuyeán tính, ngöôøi ta söû duïng hoài tieáp aâm ñeå taïo söï oån ñònh cho boä khuyeách ñaïi, ñoàng thôøi vuøng laøm vieäc cuûa tín hieäu ngoõ vaøo cuõng seõ ñöôïc môû roäng, traïng thaùi khuyeách ñaïi coù theâm hoài tieáp aâm goïi laø traïng thaùi voøng kín.

- Traïng thaùi voøng kín (Closed-loop gain): trong traïng thaùi naøy caùc khuyeách ñaïi thuaät toaùn coù ñaëc ñieåm nhö caùc boä khuyeách ñaïi lyù töôûng vôùi caùc ñaëc ñieåm sau:

• Heä soá khuyeách ñaïi voøng hôû → ∞voA ( khoaûng 10000), maø

∆0

voi

VA =V neân ∆ ≈iV 0 , =+ -

i iV V

• Toång trôû vaøo → ∞iR neân =iI 0

• Toång trôû ra ≈oR 0


Vo

V=Vi-Vi∆∆∆∆+ -

+Vcc

-Vcc

+Vs

-Vs

+Vsf-Vsf

Hình 2: Ñaëc tuyeán cuûa khuyeách ñaïi thuaät toaùn coù hoài tieáp aâm .

Chuù yù: Caùc coâng thöùc aùp duïng cho boä khuyeách ñaïi thuaät toaùn chæ laø gaàn ñuùng, tuy nhieân ñoä chính xaùc laø khaù cao. 8. Caùc maïch öùng duïng cô baûn cuûa khuyeách ñaïi thuaät toaùn.

8.1. Khuyeách ñaïi ñaûo.

-

+Ii=0R1

R2

ViVo

I

Hình 3: Maïch khuyeách ñaïi ñaûo.

Do → ∞iR neân =iI 0 , = ≈+ -i iV V 0

- Doøng qua R1:

oi

1 2

VVI=

R R= −

- Heä soá khuyeách ñaïi:

o 2

v

i 1

V RA =

V R= −

- Toång trôû vaøo:

i

i 1

V= R

IZ ≈

8.2. Maïch khuyeách ñaïi khoâng ñaûo.


-

+Ii=0R1

R2

Vi

Vo

I

Hình 4:Maïch khuyeách ñaïi khoâng ñaûo.

Ta coù: = =+ -i i iV V V

- Doøng qua R1:

oi

1 1 2

VVI=

R R +R=

- Heä soá khuyeách ñaïi:

o 1 2 2

v

i 1 1

V R +R RA = 1

V R R= = +

8.3. Maïch theo ñieän aùp (maïch ñeäm).

-

+Vi

Vo

Hình 5: Maïch ñeäm.

Maïch ñeäm coù hoài tieáp 100%,

=o iV V , o

v

i

VA = 1

V=

8.4. Maïch khuyeách ñaïi coäng ñaûo daáu.

-

+

R2

Vo

R11

R12

R13

Vi1

Vi2

Vi3 -+

Vi

I=I1+I2+I3

I1

I2

I3


Hình 6:Maïch khuyeách ñaïi coäng ñaûo daáu.

Giaû söû ôû ngaõ vaøo cuûa maïch chæ coù nhaùnh i1V ( i2V = i3V =0), luùc ñoù maïch trôû thaønh maïch khuyeách ñaïi ñaûo, do ñoù:

2o1 i1

11

RV =- VR

Laäp luaän töông töï cho caùc ngoõ vaøo coøn laïi ta coù:

2o2 i2

12

RV =- VR

2o3 i3

13

RV =- VR

Aùp duïng nguyeân lyù xeáp choàng ñieän aùp ta ñöôïc:

+ +2 2 2o o1 o2 o3 i1 i2 i3

11 12 12

R R RV =V +V +V =-( V V V )R R R

Neáu nhö =11 12 13 1R =R =R R ta ñöôïc

2o i1 i2 i3

11

RV =- (V +V +V )R

Caùc coâng thöùc treân coù theå aùp duïng cho tröôøng hôïp toång quaùt maïch coäng coù n ngoõ vaøo.

8.5. Maïch khuyeách ñaïi coäng khoâng ñaûo daáu

-

+

R2

VoVi

R1

R11Vi1

R12Vi2

Hình 7: Maïch khuyeách ñaïi coäng khoâng ñaûo daáu. Cuõng aùp duïng nguyeân lyù xeáp choàng ñieän aùp cho maïch loaïi naøy. Giaû söû =i2V 0 ,

maïch ñieän gaàn gioáng vôùi maïch khuyeách ñaïi khoâng ñaûo tuy nhieân khoâng hoaøn toaøn gioáng, ôû ñaây giaù ta chæ bieát giaù trò i1V maø khoâng bieát giaù trò cuûa iV , giaù trò iV ñöôïc tính nhö sau:


R11Vi1 R12Vi

Hình 8: Nhaùnh vaøo.

12i i1

11 12

RV =( )VR +R

Aùp duïng coâng thöùc maïch khuyeách ñaïi coäng khoâng ñaûo ta ñöôïc:

=2 2 12o1 i i1

1 1 11 12

R R RV =(1+ )V (1+ )( )VR R R +R

Laäp luaän hoaøn toaøn töông töï ta ñöôïc:

=2 2 11o2 i i2

1 1 11 12

R R RV =(1+ )V (1+ )( )VR R R +R

Nhö vaäy:

+

2 12 11o o1 o2 i1 i2

1 11 12 11 12

R R RV =V +V =(1+ ) ( )V ( )VR R +R R +R

Neáu 11 12R =R thì:

+2 i1 i2o

1

R V VV =(1+ )( )R 2

Neáu =11 12 1 2R =R =R R thì:

+o i1 i2V =V V Caùc coâng thöùc treân cuõng coù theå aùp duïng cho tröôøng hôïp maïch toång quaùt coù n ngoõ

vaøo. 8.6. Maïch khuyeách ñaïi vi sai (maïch tröø):

-

+

R4

Vo

R3

R1

Vi1

R2

Vi2

Hình 9: Maïch khuyeách ñaïi vi sai.


Khi i2V =0 maïch ñieän trôû thaønh maïch khuyeách ñaïi ñaûo, khi ñoù:

− 4o1 i1

3

RV = VR

Khi i1V =0 töông töï tröôøng hôïp ñaõ xeùt ôû maïch khuyeách ñaïi coäng khoâng ñaûo ta coù:

4 2o2 i2

3 1 2

R RV =(1+ )( )VR R +R

+ = −4 2 4o o1 o2 i2 i1

3 1 2 3

R R RV =V V (1+ )( )V VR R +R R

Neáu choïn =1 3 2 4R =R , R R thì:

−2o i1 i1

1

RV = (V V )R

Neáu choïn =1 2 3 4R =R = R R thì:

−o i1 i1V =V V Trong thöïc teá caùc maïch khuyeách ñaïi vi sai ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc öùng

duïng ño löôøng nhö ño ñieän aùp, ño doøng ñieän, ño nhieät ñoä… 8.7. Maïch tích phaân:

-

+

RViVo

i

C

A

Hình 10: maïch tích phaân.

Coi ñieän aùp taïi A baèng 0. Do ñoù

−C oV = V

− 0dVi = Cdt , maø

iVi =R

Neân − ∫o1V = idtC


Hay − ∫o i1V = V dtRC

8.8. Maïch vi phaân:

-

+

R

ViVo

i

C

Ai

Hình 11: Maïch tích phaân.

Coi ñieän aùp taïi A baèng 0. Do ñoù

− idVi = Cdt , maø

oVi =R neân:

io

dVV =-RCdt

cÔ sÔÛ v m ch i n nguoàn ñieän aùpk thu t in t 3 hình 1-7 moät nguoàn doøng töông...

Documents