mdt c0 gioi thieu

MẠCH ĐIỆN TỬ

Giới thiệu môn học

10/8/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 1

Mạch điện tử

• Mục tiêu: • Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế các mạch điện tử ở

tần số thấp.

• Trình bày đáp ứng tần số của mạch khuếch đại và đồ thị Bode.

• Trình bày nguyên lý hồi tiếp và các mạch khuếch đại thuật toán cơ bản.

• Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn: • Nắm vững cách phân tích mạch diode, transistor.

• Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu nhỏ, tần số thấp. Có khả năng phân tích mạch đơn tầng, mạch ghép liên tầng nối tiếp và Darlington.

• Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode.

• Hiểu rõ các mạch khuếch đại thuật toán và có khả năng vận dụng nguyên lý hồi tiếp trong phân tích, thiết kế mạch.

• Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản.


Đề cương môn học

• Thời lượng: 60 tiết

• Nội dung môn học: • Chương 1. Diode bán dẫn

• Chương 2. Transistor 2 lớp tiếp giáp - BJT

• Chương 3. Mạch khuếch đại FET

• Chương 4. Mạch khuếch đại liên tầng

• Chương 5. Đáp ứng tần số

• Chương 6. Op-Amp


Đề cương môn học (tt)

• Đánh giá: • Giữa kì (30%): gồm chương 1, chương 2 và chương 3.

• Cuối kì (70%): tất cả các chương.

• Tài liệu tham khảo: • Giáo trình chính

• Tập slides bài giảng Mạch điện tử.

• Lê Tiến Thường, “Giáo trình Mạch điện tử 1 và 2”.

• Tham khảo:

• D. L. Schilling, Charles Belove, “ Electronics circuits: Discrete and Integrated”, Mc Graw-Hill Inc, 1968, 1992.

• T. F. Bogart, “Electronics devices and circuits”, Macmillan Publishing Company, 1991.

• Lê Phi Yến, Lưu Phú, Nguyễn Như Anh, “Kỹ thuật điện tử”.


LIÊN HỆ

Đặng Ngọc Hạnh Bộ môn Viễn Thông (Tầng trệt – 113B3)

Email: [email protected]


mailto:[email protected]

Kiến thức nền

• Môn học trước: Giải tích mạch, Linh kiện điện và điện tử

• Môn học song hành: Tín hiệu Hệ thống


Kiến thức nền

• Định nghĩa phần tử tuyến tính và phi tuyến • Phần tử tuyến tính là phần tử có đồ thị biểu diễn quan hệ dòng áp là 1

đường thẳng. Ngược lại là phần tử phi tuyến.

U(v)

I(mA) I(mA)

U(v)

Tuyến tính

Phi tuyến

• Tuyến tính

• Đặc tuyến(V-A) là đường thẳng

• Có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng

• Không phát sinh hài mới

• Phi tuyến

• Đặc tuyến (V-A) không là đường thẳng

• Không thể áp dụng nguyên lý xếp chồng

• Có thể phát sinh hài mới khi có phổ bất kỳ


Kiến thức nền

• Các định luật, quy tắc cơ bản: • Phân dòng – phân áp

• Kirchhoff 1 & 2

• Nguyên lý xếp chồng

• Nguyên lý tỷ lệ

• Định lý Thévenin và Norton


Kiến thức nền

• Quy tắc phân áp • Khi có nhiều điện trở mắc nối tiếp và biết điện áp E trên toàn bộ các

điện trở đó thì điện áp rơi trên 1 điện trở bất kỳ:

E

R1 R2 Rn

+

–


Kiến thức nền

• Ví dụ: cho mạch điện như hình vẽ tính U1 và U2?

• Ta có :

• Do u1 = i1R1, u2 = i2R2 nên:

E

R1

R2

u1

+

–

u2

i1

i2

iX


Kiến thức nền

• Quy tắc phân dòng: • Quy tắc phân dòng áp dụng cho trường hợp hai hay nhiều điện trở

mắc song song. Nếu biết trước I0 tại nút N ta có:

• Điện áp trên R1 và R2 phải bằng nhau:

N

R1 R2

i1 i2

I0


Kiến thức nền

• Định luật Kirchhoff 1: • Tổng các dòng điện đi vào 1 nút bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút

đó. Hay “tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng 0”

Ví dụ:

Ta có: I1 - ( I2 + I3 ) = 0

R1

R2

R3

I1

I2

I3


Kiến thức nền

• Định luật Kirchhoff 2: • “Tổng đại số các sụt áp trên các phần tử thụ động của một vòng kín

bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng kín đó”. Hoặc là: “Tổng đại số các sụt áp của các nhánh trong một vòng kín bằng không”.

Ví dụ:

K2 cho vòng I:

I3(R4 + R5) –I2.R3 = 0

K2 cho vòng II:

V = I1.R1 + I2.R3

V

R1

R2

R3

R4

R5

I1

I2

I3

II I


Kiến thức nền

• Nguyên lý xếp chồng: • Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời thì bằng

tổng các đáp ứng tạo bởi môi nguồn kích thích tác động riêng rẽ.

• Chú ý: chỉ áp dụng nguyên lý xếp chồng khi mạch là tuyến tính, còn các trường hợp phi tuyến thì không áp dụng được!

• Trong thưc tế khi giải mạch ta thường giả sử gần đúng là tuyến tính hay cho các phần tử hoạt động trong vung tuyến tính khi đó ta mới có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng.

• Nguyên lý tỷ lệ: • Nếu tất cả các nguồn kích thích trong một mạch tuyến tính đều được

tăng lên K lần thì tất cả các đáp ứng cung được tăng lên K lần.


Kiến thức nền

• Định lý Thévenin-Norton • Có thể thay tương đương một mạng một cửa tuyến tính bởi một nguồn

dòng bằng dòng điện trên cửa khi ngắn mạch mắc song song với trở kháng tương đương Thévenin của mạng một cửa.


Kiến thức nền Bài tập: Cho mạch điện như hình vẽ. 1. k3 đóng. Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau: a) k1 đóng V1 = Vdc b) k2 đóng V2= A.sin(2πt +b) c) k1 và k2 đều đóng 2. k3 hở, C . Tính Vo theo V1, V2 trong các trường hợp sau: a) k1 đóng b) k2 đóng c) k1 và k2 đều đóng d) khi V2 là chuôi tuần hoàn

V1 V2

R1 R2

R3

R4 Ro

K1 K2 K3

C

Vo


Kiến thức nền

1. Sơ đồ mạch

• Ta có:

• I=I1+I2 (K1)

• I(R1+R3)+I1R4=V1 (K2)

• I2R0- I1R4=0 (K2)

• V0= I2.R0

1 40

1 3 4

. .

( )( )

O

O

V R RV

R R R R

V1

R1

R3

R4 Ro

I

I1

I2

K1

K2

V0


Kiến thức nền

2. Sơ đồ mạch

• Tương tự như trường hợp trên ta thay V1 bằng V2 và R1 bằng R2

• Do mạch chỉ có điện trở nên V0 và V2 cùng pha

V2

R2

R3

R4 Ro

I

I2 I1

V0

2 2 (2 . )V V COS f t

420

2 3 4

. .

( )( )

O

O

V R RV

R R R R

0 .cos(2 . )OV V f t


Kiến thức nền

c. Sơ đồ mạch

V2

R2

R3

R4 Ro

R1

V1

Áp dụng nguyên lý xếp chồng:


Kiến thức nền

• Triệt tiêu nguồn V2:

• Ta có sơ đồ:

• Vo1=Ro.I2

R2

R3

R4 Ro

R1

V1

V01

I

I1

I2

1

4 3 2( / / ) / / 1O

VI

R R R R R

2

1

4 3 2

.

/ / O

I RI

R R R R

1 42

4

.

O

I RI

R R

4 2 11

4 4 3 2 4 3 2

./ / ( / / ) / / 1

O

O O O

R R VV

R R R R R R R R R R R


Kiến thức nền

• Triệt tiêu nguồn V1:

• Ta có sơ đồ: R3

V2

R2 R4 Ro

R1

V1

Vo2

4 1 22

4 4 3 1 4 3 1 2

./ / ( / / ) / /

O

O O O

VR RV


02 2 cos 2 .OV V f t


Kiến thức nền

• Theo nguyên lý xếp chồng ta có: Vo = Vo1 + Vo2

• Với:

4 2 12

4 4 3 2 4 3 2

cos 2 ./ / ( / / ) / / 1

O O

O O O

R R VV V f t


4 1 22

4 4 3 1 4 3 1 2

./ / ( / / ) / /

O

O O O

VR RV



Kiến thức nền

2. k3 hở, tụ C bằng vô cung

a. k1 đóng mạch hở nên Vo = 0

b. Sơ đồ mạch

Vth

Rth Ro

I0 V0

2 4

2 3 4

.th

V RV

R R R

2 3 4( ) / /thR R R R .th o

o

th o

V RV

R R


Kiến thức nền

c. Do thành phần DC không qua tụ nên ta có mạch

• Làm tương tư phần A/ ta có :

R1

02 2 cos 2 .OV V f t

4 1 22

4 4 3 1 4 3 1 2

./ / ( / / ) / /

O

O O O

VR RV


V2

R2

R3

R4 Ro Vo2


kiến thức nền

d. Khi V2 là chuôi tuần hoàn. V2=f(t)

• giả sử f(t) có dạng:

f(t)

t


Kiến thức nền

• Phân tích Fourier chuôi f(t)

• F(t) sẽ có dạng:

• Thành phần DC không qua tụ C. Chỉ có thành phần AC đi qua được tụ C tạo nên áp Vo trên Ro:

• Áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:

1 1 2 2 3 3( ) os(2 . ) os(2 . ) os(2 . )...of t A Ac f t A c f t A c f t

1 1 2 2 3 34 1

4 4 3 1 4 3 1 2

os(2 ) os(2 ) os(2 ) ....

/ / ( / / ) / /o

O O O

Ac f t A c f t A c f tR RV



Kiến thức nền

• Bán dẫn thuần • Có nồng độ tạp chất tương đối nhỏ hay còn gọi là bán dẫn nội tại

• Hai loại bán dẫn thường gặp là bán dẫn Si và Ge. Ta có thể pha tạp chất để tạo ra các loại bán dẫn loại N và loại P.

• Bán dẫn loại N có nồng độ điện tử lớn hơn nhiều so với lô trống. Bán dẫn loại P thì ngược lại nồng độ lô trống rất lớn hơn nồng độ điện tử.


Kiến thức nền

• Chuyển tiếp (tiếp xúc, mối nối) P-N • Khi ta kết nối kỹ thuật giữa bán dẫn loại N và bán dẫn loại P thì hình

thành chuyển tiếp P-N.

P N


e e

e

e e

e e e

Dong e khuêch

tan

Dong lô trông

khuêch tan

Ban dân loai N Ban dân loai P

Miên ngeo

Dong lô trông dươi

tac dụng cua thế

Dong điện tư dươi

tac dụng cua thế

VT

VT

VT

Kiến thức nền


Kiến thức nền

• Do nồng độ điện tử bên bán dẫn loại N lớn hơn nồng độ điện tử bên P nên các electron khuếch tán sang bên N và lô trống khuếch tán từ P sang N dẫn đến bán dẫn loại N tích điện dương, bên bán dẫn loại P tích điện âm hình thành một thế hướng từ N sang P. Lúc này dòng điện khuếch tán và dòng trôi cân bằng động.

VT


Kiến thức nền

• Phân cưc cho tiếp xúc P-N

• Phân cực thuân

• Phân cực ngược

P N

P N


Bài 1:

Tìm V0 theo Vi

a) K1, K2 cùng mở.

b) K1 đóng, K2 mở.

c) K1 mở, K2 đóng.

Các dạng mạch điện cơ bản



12

1 1

1. .o o

i i i

v v iR A

v Ai v r R

a. K1, K2 cùng mở


b. K1 đóng, K2 mở

• Biến đổi mạch tương đương được




• Áp dụng định luật KVL cho mạch đã biến đổi ta được:

• Thay

• Ta được biểu thức:

1 12 1 2

1 1

1i i

i i

r R v Ri R Ai R

r R j C r R

11 2

1

12

1

1

i

i

i

i

v RAi R

r Ri

r RR

r R j C

1

1

.i i

i i

v ri i

r r R

12

1 1

12

1

. .

1

i i i

i i i

i

i

v R v rA i R

r R r r Ri

r RR

r R j C



• Theo mạch tương đương ta tính được

• Thay i1 ta nhân được kết quả:

12

1 1

12 2

1 1

.

1.

i i i

i i i

i i

i i

v R v rA R

r R r r Ri

r R rR A R

r R j C r R

2 1 2ov R i Ai R

1 12 2

1 1 1 12 2

1 1 12 2 2 2

1 1 1 1

. .

. . .1 1

. .

i i i i i i

i i i i i i i iO

i i i i i i

i i i i

v R v r v R v rA R A R

r R r r R r R r r R v rV R A R

r R r r R r r r RR A R R A R

r R j C r R r R j C r R



c. K1 mở, K2 đóng

Làm tương tự câu b,thay thành R3 ta nhân được kết

quả:

1CZ

j C

1 12 2

1 1 1 12 2

1 1 13 2 2 3 2 2

1 1 1 1

. .

. . .

. .

i i i i i i

i i i i i i i iO

i i i i i i

i i i i

v R v r v R v rA R A R

r R r r R r R r r R v rV R A R

r R r r R r r r RR R A R R R A R

r R r R r R r R


Bài 2:

Tìm i1, i2 theo V1, V2

Tìm i1, i2 theo


1 21 2,

2tb

V VV V V V



• Dung pp dòng mắc lưới ta được hệ:

• Giải hệ ta được kết quả:

1 3

2 2 3 1 2 3 2 3

1

1 3 3 1 2 2 3 1 3

3 2 3

V R

V R R V R R V Ri

R R R R R R R R R

R R R

1 3 1

3 2 1 1 3 1 3

2

1 3 3 1 2 2 3 1 3

3 2 3

R R V

R V V R R V Ri

R R R R R R R R R

R R R

1 3 3 1 1

3 2 3 2 2

.R R R i V

R R R i V



b. Tìm i1, i2 theo

Thay vào kết quả câu a) ta được:

1 21 2,

2tb

V VV V V V

12

tbV VV

22

tbV VV

2 2 3

1

1 2 2 3 1 3

( 2R )

2

tbV R V Ri

R R R R R R

1 1 3

2

1 2 2 3 1 3

( 2R )

2

tbV R V Ri

R R R R R R



Bài 3: Tìm Vo theo Vi

a) K1 đóng, K2 mở, K3 đóng.

b) K1 đóng, K2 mở, K3 mở. (đáp ứng tần số tụ ghép ngõ ra)

c) K1 mở, K2 mở, K3 đóng. (đáp ứng tần số tụ ghép ngõ vào)

d) K1 đóng, K2 đóng, K3 đóng. (đáp ứng tần số tụ thoát)



a.

0 3 42

2 3 4 1 2

1. .o

i i

v v R RKiK

v Ki v R R R R



b.

3 4

31 2 4

1 2 1 24 3 4

3 3

3 4

3 4 1 2

3 4 3

1

. . . .1 1

. . .1

o o

i i

vm

o

R Rj Cv v v Ki R K

v v Ki v R RR R R

j C j C

R R K j jA

R R R R jj

C R R



c.

3 42

2 3 41 2

1

3 4

3 4 1 2 1

1 1 2

1. . .

1

. . .1

o o

i i

vm

v v R RKiK

v Ki v R RR R

j C

R R K j jA

R R R R jj

C R R

1

1 1 2

1

( )C R R



d.

3 42 2

2 3 42 1 2

2 2

1. . . .

1 1o o

i i

v v R RKi RiK

v Ki i v R RR R R

j C j C

3 4 2

23 42

2 21

2

2

1. .

1

1

R R RK

RR RR

j C j CR

Rj C



Bài 4: Tìm i0 theo ii

a) K1 mở, K2 mở.

b) K1 đóng, K2 mở.

c) K1 mở, K2 đóng.

d) K1 đóng, K2 đóng.

a.

1 2

2 3 1

. .o o i

i o i i

i i KrKi R

i Ki i R R r R



b.



c.

1 2 2

1 2 2 3 1

2

2

2

2

12

23

2

2

2 1

2 3 1 2 3 2 1

. . .

1.

1

.1

.

1

1. . .

1 .

o o i

i i i

i

i

iim

i

i i rKi R CK

i Ki i R C R r R

Rj C

RKrj C

r RR

j CR

Rj C

KrRA

R R r R R R C j j

1

2 2 3

1

C R R



d.

11 2 2

1 2 2 3 1 1

2

2 1

2

2 1

2

2 13 1

2

2 1

02 1

2 3 1 2 3 2 1 1 0 1

. . .

1 1. .

1 1

. .1 1

. .

1 1

1 1. . . . . .

1 . 1 .

o o i

i i i

i

i

i

i

iim

i i

i i r CKi R CK

i Ki i R C R r C R

R rj C j C

R rj C j C

K

R rj C j C

R R

R rj C j C

KrRA

R R r R R R C j r R C j j j

1

2 2 3

1

C R R

0

1 1

1

iC r R



Bài 5: Tính

a) VB theo VA , theo Vi

b) VC theo VA , theo Vi



a. Tính theo VA

Suy ra:

Tính theo Vi

Thay vào kết quả trên ta được

3 4 5.( ) ( )A Bi R R R K V V

3 3

3 4 5

( ). . A B

B

K V VV R i R

R R R

3

3 4 5 3

.R

B A

R KV V

R R R K

2

1 2

.A i

RV V

R R

3 2

3 4 5 3 1 2

. .R

B i

R K RV V

R R R K R R



b. Tính theo VA

• Thay kết quả VB ở câu a vào ta được:

• Tính theo Vi:

5 5 5

3 4 5 3 4 5

( ) ( ). .A B B A

C

K V V K V VV R i R R

R R R R R R

5

3 4 5 3

R

R

AC

K VV

R R R K

5 2

3 4 5 3 1 2

R. .

RC i

K RV V

R R R K R R


mdt c0 gioi thieu

Documents