Giáo trình Điện tử cơ bản (Đầy đủ)

46 trang hapham 9030

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử cơ bản (Đầy đủ)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dien_tu_co_ban_day_du.doc

Nội dung text: Giáo trình Điện tử cơ bản (Đầy đủ)

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 1
Bài 1: Các khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử 3 2.1. Vật dẫn điện và cách điện 5 2.2. Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử 6 2.3 Linh kiện thụ động 6 2. Cách đọc và cách mắc điện trở. 7 2.1. Cách đọc điện trở : 7 2.2. Cách mắc điện trở: 8 2.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo. 8 Tụ hoá có kích thước nhỏ nhưng điện dung 8 2.2. Tính chất và ứng dụng. 9 2.2 . Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện 9 3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo. 10 3.2. Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm 10 2.1. Tiếp giáp P-N. 10 2.2 Điôt tiếp mặt: Thường dùng đi ốt tiếp mặt Ge hoặc Si 12 3. Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt 12 4. Tranzito - BJT. 14 4.1. Cấu tạo, ký hiệu 14 4.2. Đo kiểm tra và ứng dụng. 14 5. Tranzito trường. 16 5.1. Phân loại, cấu tạo, ký hiệu 16 5.2. Các cách mắc, ứng dụng 16 5.2.1. Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh liên tục 16 5.2.2. Đặc tính của MOSFET kênh liên tục 16 6.2. SCR(thyristo) 16 Bài 2: Các mạch điện cơ bản 19 1. Mạch khuếch đại đơn 19 1.1. Mạch mắc theo kiểu E-C (CE: Common Emitter) 19 1.2. Mạch mắc theo kiểu B-C (CB: Common Base) 20 1.3. Mạch khuyếch đại kiểu C chung (CC: Common Collector) 20 2. Mạch ghép phức hợp. 21 2.1. Mạch khuếch đại Cascode 21 2.2. Mạch khuếch đại Dalington. 22 2.1. Mạch khuếch đại vi sai. 25 3. Mạch khuếch đại công suất 28 3.1. Khái niệm về mạch khuyếch đại công suất: 29 3.2. Phân loại: 29 4. Phần đọc thêm 36 Bài 5: Các mạch ứng dụng dùng bJt 38 1. Mạch dao động 38 1.1. Dao động đa hài. 38 1.2. Dao động dịch pha (đổi pha) 41 1.2.1. Mạch dao động đổi pha dùng FET 42 1.2.2. Bộ tạo dao động đổi pha dùng Transistor 43 1.2.3. Mạch dao động đổi pha dùng IC. 43 1.3. Dao động thạch anh 43 1.3.1. Mạch công hưởng nối tiếp 44 1.3.3. Bộ tạo dao động thạch anh dùng IC 45 2
Bài 1: Các khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử 1 Sử dụng dụng cụ cầm tay và máy đo VOM 1.1 Trình bày đúng công dụng và phương pháp sử dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tử và máy đo VOM - Công dụng và phương pháp sử dụng mỏ hàn thiếc. Dụng cụ và nguyên liệu cần thiết để hành nghề hàn chì hay nghề thợ thiếc rất đơn giản và ít vốn. Một người muốn hành nghề thợ hàn hay thường gọi là thợ thiếc phải có những đồ dùng sau đây: - Một mỏ hàn bằng đồng đỏ có đuôi bằng cây sắt và tay cầm bằng gỗ cho khỏi nóng. Có thứ mỏ hàn lớn, có thứ nhỡ và cũng có thứ loại nhỏ. - Một miếng phèn hàn làm bằng muối diêm Chlorure d’ammonium (cờ-lo-rua-am-mom) hay một cục nhựa thông. - 1 cái hỏa lò (lò lửa) đốt bằng than củi để đun nóng mỏ hàn. Nguyên liệu để hàn là: - 1 thỏi chì nghĩa là thiếc (ê-lanh) thì đúng hơn. - 1 lọ nước hàn chế bằng a-xit cờ-lo-ri-rich trong có ngâm những miếng kẽm vụn. kẽm bị tan trong a-xít và nước hàn thành ra “cờ-lo-rua kẽm”. Nước này dùng để tẩy chỗ sắp được hàn cho chỗ ấy thật sạch, sau chì hay thiếc mới ăn chặt vào chỗ hàn. Mỏ hàn làm bằng một cục đồng đỏ, lớn bằng quả trứng gà hay có thể bằng nửa: một đầu mỏ hàn thì hình bẹt để dễ luồn vào các rãnh đồ vật để hàn, một đầu thì vuông, phẳng. Ngày nay có thứ mỏ hàn chạy bằng điện dùng để hàn các vật dụng nhỏ và mỏ hàn đỏ lên là do dây điện trở quấn ở phía trong làm cho nóng. Muốn hàn chì hay thiếc vào chỗ để gắn thì dùng nước hàn. Nước hàn có mục đích tẩy chỗ hàn cho sạch vết dơ bẩn như mỡ, rỉ sét. Đối với mỗi kim loại để hàn thì dùng một loại nước riêng. - Hàn đồ bằng kẽm thì dùng nước hàn cờ-lô-ri-rich. - Hàn đồ bằng sắt tây thì dùng nước hàn như trên hoặc dùng nhựa thông cô-lô-phan. - Hàn đồ bằng đồng thì dùng nước hàn có kẽm chế bằng a-xit cờ-lô-ri-rich với mảnh kẽm. Muốn chế nước hàn thì bỏ mảnh kẽm nhỏ vào a-xit cho a-xit ăn kẽm, làm sủi bọt lên, bao giờ hết sủi bọt tức là được nước hàn. 3
Thỏi chì dùng để hàn là một hợp kim, ta có thể tự chế lấy được để dùng, vì đối với mỗi kim loại thì có một thỏi chì có thành phần hợp kim khác nhau. Lấy kim loại là thiếc (ê-tanh), chì (pờ-lông), kẽm (danh) bỏ vào nồi đất mà để lên lò than mà nung khi nào kim loại chảy ra thì đổ vào khuôn làm bằng đất sét hay là cát ẩm, theo hình các thỏi chì, thường dài 20 phân, dày 1 phân và ngang 3 phân. Phần lượng hợp kim pha như sau: a/ Hàn kẽm: Chế thỏi chì có hai phần thiếc và ba phần chì b/ Hàn sắt tây: Chế thỏi chì có hai phần kẽm và một phần chì c/ Hàn đồng thau: Chế thỏi chì có một phần kẽm và một phần chì. Đối với việc hàn các kim loại trên thì phải tẩy chỗ hàn, hoặc bằng nước hàn, hoặc bằng bột nhựa thông mà rắc lên chỗ hàn trước khi hàn bằng mỏ hàn. Nhưng đối với việc hàn máy vô tuyến điện thì nên dùng nhựa thông để tẩy sạch, vì nếu tẩy mối hàn bằng a-xít thì chỗ ấy sẽ bị luồng điện phân tích ra và mối hàn không được bền. Cách thức hàn chì: Có hai công việc phải làm khi hàn chì một mối hàn: - Tẩy sạch chỗ định hàn. - Sử dụng mỏ hàn. Trước hết phải lấy dũa, dao, đá bọt, giấy nhám mà cạo, cọ sát, dũa chỗ hàn cho thật sạch, loại hết những chỗ dơ bẩn, vết gỉ sét. Vì nếu để lại các vết bẩn thì chì sẽ không ăn và tróc đi. Nếu là đồ dùng còn mới thì chỉ cần dùng nước hàn bằng cờ-lo-rua kẽm mà bôi một hai lượt cho chỗ để hàn sáng ra là đủ. Còn đối với đồ dùng cũ thì sau khi cọ rửa hết sét, rỉ rồi cũng phải tẩy sạch bằng nước hàn cờ-lo-rua. Đoạn cho mỏ hàn vào lò than nóng mà nướng cho đỏ mỏ hàn, lưỡi mỏ hàn để ngửa lên trên, gáy mỏ hàn để xuống dưới than lửa. Khi mỏ hàn đã nóng, bỏ ra và chùi lưỡi mỏ hàn vào miếng muối hàn (cờ-lo-rua am-mô-ni-ac) vài lần cho sạch chất ô-xít đồng ở lưỡi mỏ hàn, đoạn lấy thỏi chì để xuống đất, đem lia lưỡi mỏ hàn nóng lên đều thỏi chì để chấm lấy một tí chì. Chì gặp nóng sẽ chảy ra và bám vào mỏ hàn. Đem đặt miếng chì ấy lên chỗ hàn mà rải cho đều một giọt chì không đủ thì lấy miếng khác hoặc giả hàn nhiều thì đặt ngay đầu thỏi chì lên chỗ mối hàn, rồi lấy mỏ hàn hàn luôn tại chỗ cho mau. Nếu thấy chì ít ăn vào chỗ hàn thì lấy nước hàn tẩy thêm cho sạch rồi lại hàn. 4
Khi hàn đồ đạc bằng kẽm hay bằng sắt thì công việc hàn dễ hơn là khi hàn đồ dùng bằng đồng thau, vì kẽm dễ bắt chì hơn. Vậy nên khi hàn bằng đồng thau thì nên đốt mỏ hàn cho thật nóng, còn nếu hàn kẽm thì đốt mỏ hàn nóng vừa cũng đủ hàn. Đối với đồng cũng nên cạo, tẩy cho sạch. Để hàn sắt tây và để hàn các mối dây điện trong máy vô tuyến điện, hiện trên thị trường có bán dây chì, thiếc làm sẵn, trong ruột có để bột nhựa thông nên khi hàn chỉ dí đầu mỏ hàn vào đầu dây là đủ. Dùng dây hàn này và mỏ hàn điện rất tiện và mau khi hàn những mối hàn nhỏ. Mỗi khi hàn xong, phải cạo mỏ hàn cho sạch, đậy nút chai nước hàn cho khỏi bốc hơi và lau chùi dụng cụ hàn cho sạch vì nước hàn có a-xít thường làm hư đồ dùng. Ngày nay trong nghề hàn chì thiếc, người ta có thể dùng mỏ hàn điện để làm những công việc nhỏ, cần hàn tinh vi hơn, nhất là hàn dụng cụ bằng đồng thau hay đồng đỏ. Mỏ hàn điện có nhiều kiểu lớn nhỏ, có bán tại các tiệm điện. Mỏ hàn điện là một đồ dùng bằng dây cản điện quấn trong một cái bao bằng kim loại như đồng thau hoặc đồng đỏ, bao lấy một cái dùi nhọn dài từ 15 đến 20 phân, cắm lên một chuôi nhựa hay gỗ để cầm cho khỏi nóng. Khi cắm điện thì dây cản điện sẽ làm nóng bao đồng và làm cho nhiệt độ tăng lên. Muốn hàn thì dí mũi hàn điện vào thiếc, y như đối với mỏ hàn thường. Tại tiệm điện có bán những dây thiếc trong ruột có chứa sẵn nhựa thông. Dùng dây thiếc này thì khỏi phải dùng a-xít nữa, chỉ cần cạo sạch chỗ hàn mà thôi. - Công dụng và phương pháp sử dụng dụng cụ hút thiếc 2. Vật dẫn điện và cách điện. 2.1. Vật dẫn điện và cách điện. - Vật dẫn điện : Vật dẫn điện có thể là vật rắn, lỏng và trong các điều kiện có thể là khí. Vật dẫn điện ở thể rắn là các kim loại và hợp kim, vật dẫn điện là kim loại chia ra thành hai loại : loại có điện dẫn cao và loại có điện trở cao, kim loại có điện dẫn cao dùng làm dây dẫn điện, cáp điện, dây điện từ. Kim loại có điện trở cao dùng trong các dụng cụ đốt nóng bằng điện, đèn thắp sáng, biến trở và điện trở màu. Các kim loại nóng chảy và dung dịch điện phân thuộc loại vật dẫn ở thể lỏng, vì các kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ cao, trừ thuỷ ngân có nhiệt độ nóng chảy ở -39 0C, do đó ở nhiệt độ bình thườngchỉ có thuỷ ngân là kim loại lỏng được sử dụng trong thực tế kỹ thuật(vật dẫn ở thể lỏng). Cơ cấu của vật dẫn trong các kim loại rắn và lỏng là do các điện tử tự do chuyển động, do vậy các vật liệu nàycó điện dẫn điện tử hay còn gọi là vật dẫn loại một. Vật dẫn loại hai hay là các chất điện phân là các dung dịch của Axít, Bazơ và muối, cơ cấu của sự dẫn điện loại này là do sự chuyển dịch của các phần tử mang điện (Ion) dưới tác dụng của các điện trường, do đó thành phần dung dịch sẽ bị thay đổi dần dần và trên các điện cực sẽ xuất hiện các sản phẩm điện phân, các tinh thể Ion ở trạng thái lỏng cũng thuộc vật dẫn loại hai. Tất cả các chất khí và hơi, kể cả hơi kim loại, nếu cường độ điện trường ngoài thấp sẽ không phải là vật dẫn điện (mà là vật cách điện). Nhưng nếu cách điện của điện trường vượt quá một giới hạn nào đó đủ gây Ion hoá va chạm thì chất khí đó trở thành vật dẫn Ion và điện tử, khi bị Ion hoá mạnh sẽ có số điện tử và Ion dương bằng nhau sinh ra trong một đơn vị thể tích là môi trường dẫn điện đặc biệt gọi là Plazma. Khi nghiên cứu đặc tính dẫn điện của vật liệu chúng ta cần quan tâm tới các tính chất cơ bản sau : Điện dẫn suất hay điện trở suất của vật liệu Hệ số nhiệt của điện trở suất 5
Nhiệt dẫn suất. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động. Giới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tương đối khi đứt. - Vật cách điện : Theo nguyên lý chung thì vật cách điện phải cách điện hoàn toàn, song trong thực tế, vật cách điện luôn tồn tại các điện tích và các điện tử tự do, dưới tác dụng của lực điện trường, các điện tích dương chuyển động theo chiều của điện trường, còn các điện tích âm(bao gồm cả điện tử tự do) chuyển động theo chiều ngược lại, chúng tạo nên dòng điện đi trong điện môi. Như vậy điện dẫn của điện môi được xác định bởi sự chuyển động có hướng của các điện tích dưới tác dụng của điện trường bên ngoài. Trị số của dòng điện phụ thuộc vào số lượng điện tích tự do có trong điện môi, thực tế số lượng điện tích tự do của các điện môi không nhiều, do đó có dòng điện đi trong điện môi có trị số nhỏ. Qua trình đặc trưng chủ yếu của điện môi là sự phân cực điện môi khi có điện trường bên ngoài tác động, phân cực là sự dịch chuyển có giới hạn của ác điện tích liên kết hay là sự định hướng của các phần tử lưỡng cực dưới tác dụng của điện trường, trong quá trình phân cực cũng tạo nên dòng điện phân cực. Do có dòng điện dẫn và sự phân cực mà một phần năng lượng điện bị tiêu hao và toả ra dưới dạng nhiệt năng làm cho điện môi nóng lên, phần năng lượng tiêu hao đó gọi là tổn hao điện môi, dựa vào trị số tổn hao điện môi người ta đánh giá chất lượng của vật liệu cách điện. Mỗi một điện môi có một chiều dày nhất định chỉ chịu được một điện áp giới hạn nhất định, khi điện áp cao hơn trị số giới hạn sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện làm hỏng điện môi. Độ bền điện được đặc trưng bởi trị số cường độ điện trường đánh thủng. 2.2. Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử. Điện trở cách điện của linh kiện điện tử là vấn đề rất quan trọng, vì chúng có thể cấy trên cùng 1 đế bán dẫn(cùng trên 1 bảng mạch) với mật độ cao. Thường có hai phương pháp cách điện là cách điện bằng tiếp xúc P-N và cách điện bằng chất điện môi. * Cách điện bằng tiếp xúc P-N. Tiếp xúc P-N khi phân cực ngược thì không dẫn điện, điện trở của nó rất lớn, do vậy trong vi mạch điện tử người ta dùng tiếp xúc cực collectơ để phân cực ngược để cách điện. Đối với transistor NPN đế bán dẫn là loại P, muốn đảm bảo cách điện tốt khi làm việc đế phải được nối với thế âm nhất, khi đó tiếp xúc phân cực ngược mạnh nhất. Nhược điểm của phương pháp này là cách điện không tuyệt đối. * Cách điện bằng chất điện môi. Trong phương pháp này các phần tử sẽ cách điện với nhau thông qua lớp điện môi, lớp điện môi này bao quanh phần góp, ngăn cách phần góp với đế. Phương pháp cách điện bằng chất điện môi cho các tham số tốt như: dòng điện rò trong tất cả các trường hợp đều có thể bỏ qua vì đây là dòng qua lớp điện môi. Điện dung ký sinh cũng được giảm nhỏ, nhược điểm của phương pháp này là thực hiện phức tạp làm cho giá thành sản phẩm cao. 2.3 Linh kiện thụ động A.Điện trở. 1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo. a. Ký hiệu của điện trở: b. Phân loại điện trở: - Điện trở vững: có trị số điện trở cố định, được làm bằng than và dây quấn, ký hiệu trên sơ đồ như hình vẽ: - Điện trở đổi: thông thường có 3 đầu, nếu làm bằng dây quấn gọi là biến trở, làm bằng than gọi là chiết áp, ký hiệu trên sơ đồ như hình vẽ: 6
- Điện trở thay đổi: có trị số điện trở (R) thay đổi theo nhiệt độ gọi là “Themisto”, nếu làm bằng bột oxytcoban sẽ có hệ số nhiệt âm, nếu làm bằng bột Titanatbari có hệ số nhiệt dương, ngoài ra có loại điện trở thay đổi theo điện áp, được chế tạo bằng Cácbitsilic gọi là Varitto (VDR). - Ngoài ra còn rất nhiều loại điện trở như điện trở Quang, điện trở nhiệt, điện trở suất vv. c. Cấu tạo của điện trở: Điện trở thông thường(không dây quấn) được chế tạo bằng than hay chất đặc biệt có tính dẫn điện kém, các vật liệu này bao bọc bên ngoài một lõi bằng sứ hoặc lớp bọc bị xẻ theo đường rãnh xoắn ốc xung quanh lõi (điện trở mặt), hoặc chúng bị ép lại thành khối(điện trở khối), loại này có kích thước bé, điện cảm và điện dung nhỏ, giá thành hạ, nhưng độ ổn định kém và công suất tiêu thụ nhỏ. Điện trở dây quấn được làm bằng dây công tan tan (điện trở thấp) hay nicrôm(điện trở cao) quấn trên một ống bằng sứ, được bao phủ bằng một lớp men màu nâu hay xanh. Điện trở dây quấn có ưu điểm độ ổn định và độ chính xác cao, mức tạp âm bé, công suất tiêu thụ lớn nhưng có nhược điểm là bị giới hạn về tần số do điện cảm và điện dung tạp tán hơn. Điện trở kiểu chiết áp dây quấn có cấu tạo tương tự như điện trở dây quấn nhưng biến đổi được, con chạy bằng kim loại nối với trục trượt hoặc trục quay và trượt trên các vòng dây, chiết áp dây quấn có giá trị thay đổi Điện trở than và điện trở trong khoảng từ 1  200K chiết áp Điện trở chiết áp than hỗn hợp: Là điện trở có lớp vật liệu hỗn hợp được phủ lên trên tấm đế hình móng ngựa, hai đầu có phủ một lớp bạc nối với chân ra, chiết áp than hỗn hợp có giá trị biến đổi trong khoảng từ 10 10M, công suất khoảng từ 0,1  2W 2. Cách đọc và cách mắc điện trở. 2.1. Cách đọc điện trở : Trên sơ đồ, nếu trị số điện trở không ghi đơn vị thì quy ước đơn vị là Ôm () - Các trị số điện trở của nhiều nước đông âu thường in trực tiếp vào thân nên dẽ nhận biết: Chữ  là Ôm Chữ K là Kilôôm = 1.000 ôm Chữ M là Mêgaôm = 1.000.000 Ôm - Điện trở của nhiều nước khác lại dùng 3 đến 4 vòng màu, khi hàn vào mạch không bị che lấp, nhưng phải đọc trị số theo quy tắc màu: Đen = 0 Cam = 3 Lơ = 6 Nâu = 1 Vàng = 4 Tím = 7 Đỏ = 2 Xanh lá cây = 5 Xám = 8 Trắng = 9 Cách đọc trị số theo vòng màu: - Vòng thứ nhất là màu mà ứng với con số có nghĩa thứ nhất. - Vòng thứ 2 là màu mà ứng với con số có nghĩa thứ hai. - Vòng thứ 3 là màu ứng với con số 0 phải thêm vào. Nếu có vòng thứ 4 là vòng màu chỉ sự sai số: Màu kim nhũ thì sai số 5% Màu ngân nhũ thì sai số 10% Không có vòng thứ 4 thì sai số 20% Vòng sai số Vòng hệ số nhân tính = số 0 Nếu gặp các điện trở mà vòng thứ 3 đã có màu kim nhũ (chia choVòng 10) giá hoặc trị thự cngân số nhũ (chia cho 100) là những điện trở có trị số nhỏ dưới 10 Ôm, những màu này không2 phảiVòng giá ký tr ịhiệu thực schỉố sai số (chỉ là mốc cuối, khi đọc chia kết quả cho 10 hoặc 100). 1 7
Ví dụ 1: Vòng thứ nhất màu vàng (4) Vòng thứ hai màu tím (7) Vòng thứ ba màu cam (3 con số 0) Vòng thứ tư màu ngân nhũ (nhũ bạc). Thì điện trở đó có trị số điện trở là 47.000 Ôm hay 47 K 10%. Ví dụ 2: Vòng thứ nhất màu xanh (5) Vòng thứ hai màu đen (0) Vòng thứ ba màu kim nhũ (chia cho 10) Thì điện trở đó có trị số điện trở là 50 Ôm: 10 = 5 Ôm. 2.2. Cách mắc điện trở: Chọn các điện trở mắc vào mạch phải chú ý đến hai thông số cơ bản là trị số và công suất tiêu thụ của điện trở, nếu không có các điện trở đúng ta đem đấu nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp các điện trở lại để được yêu cầu của mạch điện. Muốn có điện trở trị số lớn hơn thì đấu nối tiếp: R1 + R2 + Vậy khi đấu nối tiếp các điện trở, điện trở tương đương R R1 R2 của mạch bằng tổng các điện trở thành phần. Khi cần công suất đi qua điện trở lớn hơn mức quy định của nó ta phải đấu song song các điện trở, vì đấu song song R dòng điện chung I bằng tổng số dòng điện trong các nhánh. R1 I = I1 + I2 + Điện trở tương đương là: R2 R = R1 x R2/ R1 + R2 R Khi thực hành khi không có điện trở công suất lớn người ta thường dùng các điện trở có cùng trị số R để dấu song song với nhau và sẽ được: R = r/n; P = P x n B. Tụ điện. 2.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo. * cấu tạo của tụ điện: là một hệ thống 2 vật dẫn điện đặt gần nhau và cách điện với nhau bằng một chất gọi là điện môi, chất điện môi có thể là không khí, mica, giấy dầu, hoá học vv. Người ta lấy tên các chất điện môi đặt tên cho mỗi loại tụ điện, trong dụng cụ điện gia dụng thường gặp 2 loại tụ điện: Tụ điện hoá học: gồm 2 băng bằng nhôm quấn chặt lại, cách điện bởi một lớp giấy tẩm chất điện phân, tất cả đặt trong vỏ kim loại, đồng thời là cực âm của tụ điện, còn cực dương là một dây dẫn nhỏ nối với bản cực kia của tụ. Tụ được bịt kín để cho dung dịch hoá học (Axít boric) khỏi khô làm giảm trị số điện dung, tuy vậy trong quá trình làm việc, điện dung vẫn giảm dần theo thời gian do chất điện phân bị hao mòn, già cỗi. Tụ hoá có kích thước nhỏ nhưng điện dung Đầu dây ra khá lớn (loại K -) của Nga, điện dung từ 5 đến 2.000 F, điện áp từ 8 đến 500 vôn, chú ý khi dùng phải đấu đúng cực dương và cực âm của nguồn điện, chỉ lắp tụ hoá cho điện một chiều hoặc mạch ă ạ điện biến đổi trị số nhưng không thay đổi cực tính. B ng kim lo i Nếu dùng tụ hoá vào điện xoay chiều sẽ hỏng, nổ tụ, tuy nhiên cũng có loại tụ hoá không cực tính, có thể dùng vào mạch điện xoay chiều khởi động tủ lạnh (thời gian ngắn) Tụ điện giấy dầu: Tụ điện gồm 2 Giấy cách lá nhôm mỏng đặt sen kẽ giữa 2 băng điện 8
giấy tẩm dầu dùng làm điện môi và cuộn lại thành hình trụ tất cả được đặt trong vỏ chất dẻo có dây dẫn nối vào 2 băng nhôm để đưa ra ngoài, phía đầuđược đổ nhựa kín, đây là tụ giấy. Còn tụ giấy dầu của nga vỏ kim loại được ký hiệu KÁM có điện dung từ 0,01 F đến30 F điện áp làm việc từ 200 vôn đến 1.500 vôn. Tụ giấy dầu thường dùng để chạyđộng cơ điện xoay chiều một pha, để khởi động tủ lạnh chạy quạt điện, máy giặt vv. * Phân loại tụ điện: Theo vật liệu chế tạo gồm có tụ điện giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ dầu. - Theo yêu cầu sử dụng có tụ điện không phân cực và tụ điện phân cực. (tụ điện không phân cực dùng cho điện áp xoay chiều, tụ điện phân cực dùng trong điện áp một chiều) - Theo trị số của tụ có tụ tính bằng F (tụ có trị số lớn) và tụ tính bằng PF (tụ có trị số nhỏ) * Ký hiệu của tụ điện: + Tụ thường Tụ phân cực Tụ có điện dung thay đổi 2.2. Tính chất và ứng dụng. * Tính chất: - Khả năng tích điện của tụ điện gọi là điện dung của tụ điện, ký hiệu là C, đơn vị đo là Fara (F), trong thực tế thường dùng các trị số nhỏ là Micrô-Fara (F) và Picrô-Fara (PF) 1F = 10-6F; 1PF = 10-6F - Khả năng thích ứng với dòng điện xoay chiều hay một chiều cho phù hợp. - Điện áp công tác của tụ có thể chịu đựng được sự làm việc lâu dài mà không bị đánh thủng. - Điện dung của tụ điện tính bằng F hay PF 2.2 . Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện. 2.2.1. Đo kiểm tra tụ hoá, tụ giấy, tụ dầu: Dùng đồng hồ vạn năng để ở nấc x100 đo 2 đầu tụ, nếu kim đồng hồ vọt lên (hiện tượng nạp điên) rồi trở về vị trí vô cực là tụ điện còn tốt, còn trường hợp kim vọt lên mà không trở về hoặc trở về với trị số r nhỏ là tụ điện bị hỏng, bị chập, bị rò, nếu kim đồng hồ không nhúc nhích là tụ bị khô, với tụ giấy, tụ dầu để chạy quạt, chạy máy có thể dùng ngay dòng điện xoay chiều để kiểm tra bằng đèn thử mà không cần đồng hồ để kiểm tra vẫn đảm bảo chính xác. Đó là dí 2 đầu dây của đèn thử vào 2 đầu dây của tụ để tích điện, đèn không sáng hoặc sáng chói bình thường , quệt 2 dây tụ không có ánh lửa là tụ bị đứt hoặc bị chập, nếu đèn mờ là tụ chưa bị hỏng, bỏ 2 dây đèn thử ra, quệt 2 đầu dây tụ với nhau có tiếng nổ kèm theo tia lửa xanh là tụ còn tốt. Tụ giấy, tụ dầu là tụ không phân cực nên không cần phân biệt đâu là đầu dương hay âm, pha hay trung tính. 2.2.2. Đo kiểm tra tụ mica, tụ giấy, tụ gốm (cỡ PF, thường gọi là tụ pi). Nếu dùng đồng hồ vạn năng bình thường dí vào 2 đầu cực của tụ điện mà kim đồng hồ không nhúc nhích vẫn là tụ tốt, muốn đảm bảo chính xác phải dùng Ômkế có độ nhạy cao (khoảng 10 M) thử 2 đầu tụ, kim đồng hồ vọt lên rồi trở về vị trí ban đầu ( ) là tụ tốt, kim đông hồ vọt lên rồi đứng yên hoặc quay vè chút ít là tụ bị chập. 2.2.3. Cách mắc tụ điện: Khi mắc tụ điện vào mạch điện phải biết đấy là mạch một chiều hay xoay chiều để dùng loại tụ nào cho phù hợp, ngoàI ra còn phảI theo 2 tham số cơ bản của tụ điện là: * Điện áp công tác(vôn) là điện áp mà tụ có thể chịu được lâu dài không bị đánh thủng. * Điện dung C của tụ điện tính bằng F hay PF. Nếu tụ điện sẵn có chưa đạt được 2 yêu cầu trên thì có thể đấu tụ nối tiếp, song song hay hỗn hợp để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. U U - Đấu nối tiếp: 1 2 Khi làm việc với nguồn có điện áp cao Hơn điện áp của tụ phải đấu nối tiếp các UC Tụ lại ta sẽ có: UC = U1 + U2 + Un. C1 C2 Trị số điện dung C của tụ khi đấu nối tiếp sẽ giảm xuống: 9 C
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/Cn Thường người ta sử dụng các tụ có trị số C giống nhau để đấu nối tiếp, vì vậy công thức trên sẽ là: C = C1/n. Ví dụ: Một mạch lọc điện áp 24 vôn - điện dung C = 200 F. Thị trường chỉ có tụ 16 vôn - điện dung C = 400 F. vậy ta phải dùng hai tụ đấu nối tiếp lại sẽ được: U = 16 vôn + 16 vôn = 32 vôn (cao hơn càng bền) C = 400/2 = 200 F. U - Đấu song song: C1 1 Điện dung C của bộ tụ điện đấu C U2 song song bằng tổng các tụ điện 2 thành phần: C3 U3 C = C1 + C2 + C3 + + Cn Khi đấu song song phải đấu các C U cực tích điện cùng dấu(dương với dương, âm với âm nếu là tụ phân cực) lại với nhau do đó điện áp giữa 2 cực của các tụ điện như sau: Uc = U1 = U2 = U3 = Un Ví dụ: Máy bơm nước cá sấu Trung Quốc, điện áp 220 vôn, điện dung tụ điện 15F – 250 vôn. Thị trường chỉ có tụ 7,5F – 250 vôn. Vậy phải dùng 2 tụ 250 vôn, C = 7,5 F đấu song song để có: C = 7,5F + 7,5F = 15F và U = 250 vôn(cao hơn càng tốt) C. Cuộn cảm. 3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo. * Khái niệm: Cuộn dây là một linh kiện điện tử thụ động, thường dùng trong mạch điện có dòng điện biến đổi theo thời gian(như dòng điện xoay chiều). Cuộn dây có tác dụng lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng(năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộn cảm khi có dòng điện đi qua) và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng 900. * Cấu tạo: Cuộn dây gồm nhiều vòng dây quấn trên một cốt bằng chất cách điện có lõi hoặc không có lõi tuỳ theo tần số làm việc. Tuỳ thuộc vào công suất và độ tự cảm để chọn tiết diện dây dẫn và số vòng. Ví dụ: Cuộn cảm có độ tự cảm 1mH với công suất từ 100W trở xuống thì lấy loại dây đồng có đường kính 0,3 mm  0,5 mm quấn 10 vòng, công suất cao hơn thì chọn đường kính 1,2 mm quấn 13  15 vòng. * Ký hiệu của cuộn dây: Cuộn dây Cuộn dây Cuộn dây Cuộn dây 1 lõi Cuộn dây 2 lõi không lõi lõi Ferit lõi sắt điều chỉnh điều chỉnh Sai số Ký hiệu của cuộn dây V V 2 3.2. Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm. 1 V3 * Cách đọc: Đọc trị số cuộn cảm tương tự s như đọc điện trở Giá trị = V1; V2; V3 + sai số (H) Ví dụ: Đỏ đỏ nhũ bạc cuộn cảm có giá trị 0,22 H. Chú ý: Vạch màu to nhất là vạch sai số. 3 Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt. 2.1. Tiếp giáp P-N. * Mặt ghép p-n khi chưa có điện trường ngoài Khi cho hai đơn tinh thể bán đẫn tạp chất loại n và loại p tiếp công nghệ với nhau, các hiện 10
tượng vật lí xảy ra tại nơi tiếp xúc là cơ sở cho hầu hết các dụng cụ bán dẫn điện hiện đại. Hình 3.3 biểu diễn mô hình lí tưởng hóa một mặt ghép p-n khi chưa có điện áp ngoài đặt vào. Với giả thiết ở nhiệt độ phòng, các nguyên tử tạp chất đã bị ion hóa hoàn toàn. Các hiện tượng xảy ra tại nơi tiếp xúc có thể mô tả tóm tắt như sau: Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (nn >>np và pp >>pn) tại vùng tiếp xúc có hiện tượng khuếch tán các hạt đa số qua nơi tiếp giáp, xuất hiện 1 dòng điện khuếch tán I KT hướng từ p sang n. Tại vùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc, xuất hiện một lớp điện tích khối do ion tạp chất tạo ra, trong đó Lỗ trống Điện tử P N Ion dương Ion âm Hình 3.3: Mặt ghép P-N lý tưởng khi chưa có điện áp ngoài đặt vào Nhiều hạt dẫn đa số và có điện trở lớn (hơn nhiều cấp so với các vùng còn lại), do đó đồng thời xuất hiện 1 điện trường nội bộ hướng từ vùng N (lớp ion dương ND) sang vùng P (lớp ion âm NA ) gọi là điện trường tiếp xúc Etx . Người ta nói đã xuất hiện 1 hàng rào điện thế hay một hiệu thế tiếp xúc U tx. Bề dầy lớp nghèo l(0) phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, nếu NA = ND) thì l(0) đối xứng qua mặt tiếp xúc : lon = lop; thường NA >>ND nên lon >>lop và phần chủ yếu nằm bên loại bán dẫn pha tạp chất ít hơn (có điện trở suất cao hơn). điện trường E tx cản trở chuyển động của dòng khuếch tán và gây ra chuyển động gia tốc (trôi) của các hạt thiểu số qua miền tiếp xúc, có chiều ngược lại với dòng khuếch tán. Quá trình này tiếp diễn sẽ dẫn tới 1 trạng thái cân bằng động: I kt = Itr và không có dòng điện qua tiếp xúc p-n. Hiệu thế tiếp xúc có giá trị xác lập. Với những điều kiện tiêu chuẩn, ở nhiệt độ phòng, U tx có giá trị khoảng 0,3V với tiếp xúc p-n làm từ Ge và 0,6V với loại làm từ Si, phụ thuộc vào tỉ số nồng độ hạt dẫn cùng loại, vào nhiệt độ với hệ số nhiệt âm (-2mV/K). * Mặt ghép p-n khi có điện trường ngoài Trạng thái cân bằng động nêu trên sẽ bị phá vỡ khi đặt tới tiếp xúc p-n một điện trường ngoài. Có hai trường hợp xảy ra (hình 3.4 a và b). + + p N p N p N + + Hình 3.4: Phân cực cho tiếp xúc P-N khi điện trường ngoài ngược chiều và cùng chiều với điện áp tiếp xúc Khi điện trường ngoài (E ng) ngược chiều với E tx (tức là có cực tính dương đặt vào p, âm đặt vào n) khi đó Eng chủ yếu đặt lên vùng nghèo và xếp chồng với E tx nên cường độ điện trường tổng cộng tại vùng đó giảm đi do đó làm tăng chuyển động khuếch tán I KT người ta gọi đó là hiện tượng phun hạt đa số qua miền tiếp xúc p-n khi nó được mở. Dòng điện trôi do E xt gây ra gần như giảm không đáng kể do nồng độ hạt thiểu số nhỏ. Trường hợp này ứng với hình 3.4a gọi là phân cực thuận cho tiếp xúc p- n. Khi đó bề rộng vùng nghèo giảm đi so với lo. Khi E ng cùng chiều với Etx (nguồn ngoài có cực dương đặt vào n và âm dặt vào p, tác dụng xếp chồng điện trường tại vùng nghèo,dòng Ikt giảm tới không, dòng I tr có tăng chút ít và nhanh đến một giá trị bão hòa gọi là dòng 11
điện ngược bão hòa của tiếp xúc p-n. Bề rộng vùng nghèo tăng lên so với trạng thái cân bằng. Người ta gọi đó là sự phân cực ngược cho tiến xúc p-n. Kết quả là mặt ghép p-n khi đặt trong 1 điện trường ngoài có tính chất van: dẫn điện không đối xứng theo 2 chiều. Người ta gọi đó là hiệu ứng chỉnh lưu của tiếp xúc p-n: theo chiều phân cực thuận (UAK > 0), dòng có giá trị lớn tạo bởi dòng hạt đa số phun qua tiếp giáp p-n mở, theo chiều phân cực ngược (Usk< 0) dòng có giá trị nhỏ hơn vài cấp do hạt thiểu số trôi qua tiếp giáp p-n khối. Đây là kết quả trực tiếp của hiệu ứng điều biến điện trở của lớp nghèo của mặt ghép p-n dưới tác động của trường ngoài. 2.2 Điôt tiếp mặt: Thường dùng đi ốt tiếp mặt Ge hoặc Si. - Đi ốt tiếp mặt Ge(Giecmani) gồm tinh thể Ge, bên trên có đặt một miếng inđi được nung chảy khuyếch tán vào tinh thể Ge còn lại dẫn điện loại N. Hướng dẫn dòng điện đi từ inđi sang Ge. - Điốt Si cũng tương tự như Ge, trên tinh thể Silic có chứa miếng bo(Al), cho bo nóng chảy khuyếch tán vào Si, tạo nên vùng dẫn điện loại P, Si còn lại dẫn điện loại N, hướng dòng điện đi từ bo sang Si. Nếu so sánh 2 loại điốt Ge và Si thì điện trở thuận Rt và điện trở ngược Rn của điốt Ge thấp: Rt từ 200  400 còn Rn từ 100K  300K. Còn điện trở thuận và ngược của điốt Si đều cao hơn: Rt từ 1,2K  1,7K còn Rn từ M  Điốt Si chịu được điện áp ngược lớn, chịu được nhiệt độ cao, mật độ dòng điện cho phép cũng cao hơn điốt Ge. 3. Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt. 3.1. Điôt nắn điện. Cấu tạo: Đi ốt bán dẫn gồm hai chất bán dẫn loại P và loại N (Bán dẫn dẫn điện bằng lỗ và dẫn điện bằng điện tử) tiếp xúc với nhau. Điện tử tự do bên N khuyếch tán sang P và lỗ ở bên P khuyếch tán sang N. Ranh giới giữa hai chất bán dẫn tạo thành điện trờng tiếp xúc E TX , chiều từ N sang P ngăn không cho lỗ và điện tử khuyếch tán nữa. * Nguyên lý hoạt động: Nếu đặt điện áp thuận vào hai chất bán dẫn (cực dương ở P, cực âm ở N) thì điện trờng do nguồn ngoài sinh ra là Eng sẽ ngược chiều với điện trường tiếp xúc và triệt tiêu điện trường tiếp xúc, điện tử và lỗ lại dễ dàng đi qua mặt tiếp xúc, Đi ốt dẫn điện tốt. Thật ra ở Iđm chạy qua sẽ có một điện áp rơi u # 0,7v-2v - Khi cho điện áp ngược lại (dương vào n, âm vào p) thì Eng sẽ cùng chiều với Etx, điện tử và lỗ càng không đi qua được mặt tiếp xúc; điốt hầu như không dẫn điện; nếu cứ tiếp tục tăng U ngược quá quy định, các điện tích được gia tốc gây nên va chạm dây chuyền làm hàng rào điện tử bị chọc thủng sẽ hỏng điốt. Tóm lại điốt bán dẫn chỉ dẫn điện theo một chiều từ chất bán dẫn loại p sang chất bán dẫn loại n. Các thông số cơ bản để chọn đi ốt là: Dòng điện định mứcc : Iđm (A) Điện áp định mức :Uđm (V) Điện áp rơi: C u (V) Khi sử dụng điốt người ta còn căn cứ vào: Công suất tiêu hao lớn nhất: P max (W), tần số giới hạn cao nhất fmax (MHz). 3.2. Điôt tách sóng 3.3. Điôt zener (điốt ổn áp) Điốt ổn áp làm việc nhờ hiệu ứng thác lũ của chuyển tiếp p-n khi phân cực ngược. Trong các điôt thông thường hiện tượng đánh thủng này sẽ làm hỏng điôt, nhưng trong các điốt ổn định do được chế tạo đặc biệt và khi làm việc mạch ngoài có điện trở hạn chế dòng ngược (không cho phép nó tăng quá dòng ngược cho phép) nên điôt luồn làm việc ở chế độ đánh thủng nhưng không hỏng. Khác với điốt thông dụng, các điôt ổn định công tác ở chế độ phân cực ngược. Những tham số kĩ thuật của điôt Zener là: - Điện áp ổn định Uz (điện áp Zener) là điện áp ngược đặt lên điốt làm phát sinh ra hiện tượng đánh thủng. Trên thực tế đối với mọi điốt ổn áp chỉ có một khoảng rất hẹp mà nó có thể ổn định được. Khoảng này bị giới hạn một mặt bởi khoảng đặc tuyến của điôt từ phạm vi dòng bão hòa sang phạm vi đánh thủng làm dòng tăng đột ngột, mặt khác bởi công suất tiêu hao cho phép. Hay dòng cực đại cho phép. 12
- Điện trở động rdz của điốt Zener được định nghĩa là độ dốc đặc tuyến tĩnh của điốt tại điểm làm việc. 3.4. Điôt phát quang : Điốt phát quang là linh kiện bán dẫn có một lớp tiếp giáp P – N, trong đó có sự biến đổi năng lượng điện thành năng lượng bức xạ ánh sáng do sự tái hợp của electron và lỗ trống. Điốt phát quang được dùng làm đèn chỉ thị, đèn báo trong các thiết bị số, thiết bị điều khiển. Hiện tượng phát quang được giải thích như sau : Khi phân cực thuận, electron từ bán dẫn N chuyển sang bán dẫn P, electron nhận năng lượng của điện trường chuyển trạng thái từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao, electron ở trạng thái kích thích chuyển xuống mức năng lượng tự phát rồi chuyển xuống mức năng lượng thấp và phát xạ ánh sáng có năng lượng bằng h.f (h: hằng số Plack, f : tần số ánh sáng). Khi xảy ra hiện tượng tái hợp giữa electron với lỗ trống, electron di chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị. Năng lượng của photon tương ứng với sự chuyển dời này được xác định bởi độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn, nó tuỳ thuộc vào vật liệu làm điốt phát quang. Thông số đặc trưng của LED. Độ dài bước sóng ánh sáng phát ra: Thông thường LED không phát ra một bước sóng duy nhất mà nó phát ra một khoảng bước sóng tương đối hẹp. Vì vậy mỗi loại LED thường phát ra một màu sắc nhất định. Chỉ những LED đặc biệt mới phát ra ánh sáng nằm trong vùng không gian nhìn thấy. Người ta có thể chế tạo LED nhiều màu phụ thuộc vào điện áp lối vào hay điện áp mạch điều khiển. Độ dài bước sóng phát ra phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn chế tạo ra nó. Công suất của LED: Đối với các LED phát ra ánh sáng mà mắt thường có thể nhìn thấy được thì công suất từ 100 đến 120 mW, còn các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại thì công suất đạt từ 100 đến 500 mW. Dòng điện và điện áp sụt trên linh kiện: Các LED phát ra ánh sáng nhìn thấy được có dòng điện chạy qua nó khoảng vài mA. Bảng một số thông số của các Điôt phát quang Màu Bước sóng Vật liẹu UD (10mA) Công suất (mW) Hồng ngoại 900 GaAs 1,3-1,5 100-500 Đỏ 655-665 GaP,GaAsP 1,6-1,8 100 Vàng 583 GaP,GaAsP 2,0-2,2 120 Xanh 565 GaP 2,2-2,4 120 Trong kỹ thuật điện tử để tiện cho công việc hiển thị người ta chế tạo ra LED 7 thanh để hiển thị số và ký tự, LED 7 thanh được tạo bằng cách nối 7 điốt phát quang theo sơ đồ chung một cực Anốt(gọi là anốt chung) hoặc chung một cực catốt(gọi là catốt chung) Đặc trưng vôn-ampe của LED. Cách mắc: Để LED hoạt động được phải mắc LED theo chiều phân cực thuận và phảI mắc nối tiếp một điện trở R để hạn chế dòng qua LED khỏi lớn quá giới hạn dòng cho phép. Giá trị của điện trở được xác định tuỳ theo điện áp nguồn cung cấp cho mạch và loại LED được dùng, giá trị của điện trở R được xác định theo biểu thức sau: R = (Vcc – UD)/ID Ví dụ: Có một đèn LED màu đỏ, dòng qua điốt(LED) I D = 5mA, sụt áp trên điốt là 1,7vôn, nguồị nuôi nuôi 5vôn. Điện trở hạn chế dòng qua LED cần chọn có giá trị: R = (5 – 1,7)/5.10 3 660. Đi ốt phát quang còn gọi là đèn LED, được dùng làm đèn báo tín hiệu xang đỏ vàng trong các dụng cụ điện, điện tử. Nó chính là 2 chất bán dẫn P – N đặt trong bóng thuỷ tinh màu, khi được phân cực thuận với điện áp ngưỡng khoảng 1,8 vôn sẽ có dòng điện đi qua LED. Dưới tác dụng của điện trường các điện tử chuyển động từ cực âm xang cực dương, còn các lỗ trống chuyển động từ cực dương xang cực âm, và từ mối tiếp giáp P – N sẽ phát ra ánh sáng, do điện năng đã chuyển thẳng ra quang năng. Muốn kiểm tra chất lượng điốt phát quang cũng dùng vạn năng kế, đặt ở nấc thang đo điện trở X1.000, đo điện trở thuận kim đồng hồ vọt lên gần số 0 và đo điện trở nghịch kim đồng hồ phải nằm im là điốt còn tốt(giống như đo kiểm tra điốt thông thường), còn nếu cả 2 lần đo kim đồng hồ đều ở vô cực hoặc đều bằng nhau là điốt đã bị hỏng. 13
Với nguồn điện một chiều phải nối chúng đúng cực tính(Dương nguồn điện vào cực đầu nhỏ, âm vào cực đầu to) thì chúng mới sáng, còn điện xoay chiều thì đấu thế nào cũng sáng miễn là đúng điện áp. Khi điốt sáng có tính chất gim áp, dòng điện định mức từ 15  35 mA, nếu quá mức này phải hạn chế bằng cách nối tiếp thêm điện trở, tính toán R vẫn theo định luật Ôm. 4. Tranzito - BJT. 4.1. Cấu tạo, ký hiệu. - Transitor là một dụng cụ bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn ghép liên tiép lại với nhau - Có 2 khả năng ghép nối là: P-N-P và N-P-N tương ứng với các trasitor thuận và ngược. Transitor gồm có 3 cực: - Cực phát E ( hay là cực êmittor) - Cực góp C ( hay là cực côllector) còn gọi là cực thu - Cực gốc B ( hay là cực Base) còn gọi là cực điều khiển (cực nền) Các trazitor công suất thường có dòng Ic lớn nên cực góp thường gắn nối với vỏ để toả nhiệt tốt, vỏ lại được bắt ốc ép vào bộ tản nhiệt bằng nhôm hay bằng đồng hoặc bắt vào bệ máy. Hiện nay tranzitor NPN Được dùng phổ biến hơn vì khả năng chịu nhiệt tốt hơn ngoại trừ trường hợp C C P N P N P N E C C E B B B E B E Hình 3.5: C ấ u t ạ o v à ký hi ệ u c ủ a transistort buộc phải dùng Tranzitor PNP + Nguyên lý làm việc: Để phân tích nguyên lý làm việc của Tranzito (lấy PNP làm ví dụ), ta phải dùng hai điện áp ngoài đặt vào giữa 3 điện cực của Tranzito tức là phải phân cực cho nó. Muốn Tranzito khuyếch IC đại thì tiếp giáp JE (tiếp giáp P-N giữa E và B) phải phân cực thuận để mở C cửa cho điện tử đa số xuất phát ra đi; Etx tiếp giáp JC (tiếp giáp P-N giữa B P và C) phải được phân cực ngược C IB EC để có điện trường gia tốc lôi kéo tập N trung các điện tử đa số chạy đến cực Etx B C hình thành dòng điện chạy qua EB P Tranzito. Do JE được phân cực thuận E ở trạng thái mở, các hạt đa số (lỗ +) IE từ miền E chạy qua JE tạo nên dòng I , chúng chạy qua miền B hướng tới E Hình 3.6: Tranzito ở chế độ khuyếch đại JC, trên đường khuyếch tán một số ít lỗ (+) bị tác hợp với điện tử (-) của miền B tạo lên dòng điện I B. Khuyếch tán được tới bờ của J C và được điện trường của gia tốc (do JC phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C tạo nên dòng JC. Mối quan hệ giữa dòng điện của Tranzito là: IE = IB + IC Hệ số khuyếch đại dòng điện của Tranzito (mắc cực phát chung) là:  = IC/IB Hệ số khuyếch đại của  để đánh gia tác dụng điều khiển của dòng I B với dòng I C (có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần).  càng lớn thì hệ số khuyếch đại của Tranzito càng cao. 4.2. Đo kiểm tra và ứng dụng. 14
* Các tham số cơ bản của tranzito: để sử dụng thay thế tranzito chính xác đảm bảo chất lượng cần có sổ tay để tra cứu để tìm ra các thông số cơ bản, các trị số giới hạn lớn nhất cho phép, cụ thể là: - Điện áp làm việc lớn nhất: UCB, UCE, và UBE (Vôn) - Dòng điện cho phép: IC (mA, A) - Công suất lớn nhất: Pmax (mw, w) Ngoài ra khi sử dụng vào mạch khuyếch đại phải so sánh hệ số khuyếch đại  (với tranzito cần thay). Tần số giới hạn (MHz) vv Về nguyên tắc khi thay thế phải tìm đúng kí hiệu của Tranzito và hàn vào mạch đúng chân EBC rồi điều chỉnh điện trở định thiên nếu cần thiết. Cách kí hiệu và sắp xếp thứ tự chân Tranzito của ác nước không giống nhau. + Tranzito của nhật Cao tần ghi chữ A là bóng thuận (PNP) Cao tần ghi chữ C là bóng ngược NPN). Âm tần thuận (PNP) ghi chữ B. Âm tần ngược NPN) ghi chữ D. + Tranzito Trung Quốc thì kí tự thứ 3 là chữ: G tần số cao, công suất nhỏ. A tần số cao công suất lớn; X tần số thấp công suất nhỏ. D tần số thấp công suất lớn; K là chuyển mạch. Tiêu chuẩn châu Âu thì kí tự thứ 2 là chữ dùng để phân loại: C là tranzito tần số thấp công suất nhỏ; D là tranzito tần số thấp công suất lớn. F là tranzito tần số cao, công suất nhỏ; L là tranzito tần số cao công suất lớn. U là tranzito chuyển mạch, công suất lớn vv. Tiêu chuẩn Liên Xô (cũ) và tiêu chuẩn mỹ lại được ghi bằng số: Ví dụ tranzito liên xô (cũ) chữ đầu G là Giécmani, K là Silic, số tiếp theo từ 101 đến 399 là công suất nhỏ. Từ 401 đến 699 là công suất trung bình, từ 701 đến 999 là công suất lớn vv. Chính vì thế mà không có quy ước quốc tế nào mà phải tra cứu để biết các tham số ở các sổ tay, để chính xác chân của tranzito thì có thể dùng vạn năng kế để tìm theo tuần tự như sau. - Xác định cực gốc B: vặn đồng hồ đến nấc thang đo x 100 hoặc 1.000 (tranzito Si), đặt một đầu que đo vào một trong 3 chân, còn que đo kia đặt lần lượt vào hai chân còn lại, nếu kim đồng hồ đều chỉ trị số lớn (hoặc nhỏ) bằng nhau thì chân của que đo đồng hồ không đổi trong khi đo là cực B. - Xác định bóng thuận hay bóng ngược: Tiếp tục đổi que đo dương âm của đồng hồ, nếu que dương (đỏ) của đồng hồ (âm pin nguồn) đặt vào cực B mà số đo nhỏ (cỡ trăm ôm) thì đó là tranzito PNP (bóng thuận), nếu số đo lớn (hàng trăm kilôôm) thì đấy là tranzitoNPN (bóng ngược) - Xác định cực phát E và cực góp C: Khi đã xác định được bóng thuận (PNP)và chân B,còn lại 2 chân, ta đo điện trở 2 chân còn lại 2 lần (đảo que đo) lần 1 đây que đo dương vào 1 chân, que đo âm vào 1 chân mà điện trở khoảng 80 K (kim vọt lên nhiều), ta đảo que đo ta được điện trở lớn hơn 1 chút, khoảng 100 K (kim vọt lên ít hơn trước) thì chân đầu ta đặt que đo dương là cực phát E, chân còn lại là cực góp C. Nếu là bóng ngược (NPN) điện trở lớn phải đặt đồng hồ ở mức 1 K mà đo xong cũng rất khó phân biệt. Kinh nghiệm đo theo kiểu định thiên sẽ dễ dàng, đặt que đo âm của đồng hồ vào một chân, còn que dương dí vào chân còn lại, một tay sờ vào chân B (điện trở người làm R định thiên), nếu kim vọt lên mạnh thì chân que đo âm là cực C và chân dương que đo là cực E. Trường hợp kim không vọ lên nhiều thì cần đảo lại que đo. Tóm lại: muốn xác định chân tranzito trước hết cần xác định cực B và bóng thuận hay bóng ngược sau đó tiếp tục tìm chân E và C. Nếu khi kiểm tra mà các trị số điện trở của 3 chân đều giống nhau (cũng là hoặc 0) hoặc kim đồng hồ chỉ lung tung là tranzito đã bị hỏng. 4.4. Ký hiệu của tranzito. (hình 3.7) a b c d e Hình 3.7: Ký hiệu của 1 số lo15ại transistor. a): Tranzito ngược; b) Tranzito thuận; c,d) Tranzito FET; e)Tranzito MOSFET h) Tranzito đơn nối h
5. Tranzito trường. 5.1. Phân loại, cấu tạo, ký hiệu. Khác với Tranzito thông thường mà đặc điểm chủ yếu là dòng điện trong cả hai hạt dẫn tạo nên(điện tử tự do và lỗ trống), còn Tranzito trường(còn gọi là Tranzito đơn cực) hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường, điều khiển độ bán dẫn điện của bán dẫn nhờ tác dụng của một điện trường ngoài, dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo ra. Ngoài Tranzito trường trung bình, thường FET(hình b, c) còn có Tranzito trường cực cửa cách ly MOSFET (hình vẽ c) D D D G G G S S S a) b) c) Tranzito trường cũng có 3 chân gồm: cực nguồn(Source), cực máng D (Drenin) và cực cửa G(Gate) là cực diều khiển và cũng có bóng thuận và bóng ngược như Tranzito thông thường. Xác định chất lượng cho Tranzito trường có máy đo đặc biệt cho FET, cũng có thể dùng Ôm kế có điện trở trong cao để kiểm tra. - Giữa cực G và cực D và giữa cực G với cực S, đo điện trở thuận và điện trở ngịch của những cực này 2 chiều phải khác nhau(giống như đo điốt). Tiếp tục đo giữa cực D và cực S phải cho điện trở vài K và bằng nhau là Tranzito còn tốt, nếu đo GD và GS cả 2 chiều đều như nhau(bằng 0 hoặc bằng ) và giữa DS và SD đều bằng 0 hoặc bằng là Tranzito đã bị hỏng. Tranzito trường có điện trở vào rất lớn(cỡ M trở lên), xử lý tín hiệu đạt độ tin cậy cao và tiêu hao năng lượng cực ít, tiếng ồn rất nhỏ nên ngày càng được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử, mạch logic C và cả đồ điện dân dụng như quạt điện vv. 5.2. Các cách mắc, ứng dụng. MOSFET được chia hai loại là MOSFET kênh liên tục và MOSFET kênh gián đoạn. Mỗi loại kênh liên tục (kênh đặt sẵn) hay gián đoạn ( cảm ứng ) đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hoặc P. Ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra ngược lại cho kênh P. 5.2.1. Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh liên tục Người ta chế tạo sẵn kênh dẫn điện gồm hai vùng bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất cao được nối liền bằng một kênh bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp hơn. Các lớp bán dẫn này được khuyếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P, phía trên kênh dẫn điện có phủ một lớp cách điện SiO2 Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoại lớp ôxít nhưng vẫn cách điện với kênh dẫn, thường cực S được nối chung với nền P 5.2.2. Đặc tính của MOSFET kênh liên tục a. Khi UGS = 0 V Trường hợp này kênh dẫn điện có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp U DS thì dòng ID tăng lên đến một trị số giới hạn là I DSS (dòng ID bão hoà) Điện áp UDS ở tri số IDSS cũng gọi là điện áp ngắt UP giống JFET . - Điện áp định mức – Un (vôn) - Dòng điện định mức – In (Ampe) - Điện áp điều khiển - Ug (vôn) - Dòng điện điều khiển – I (mA) g J J 6.2. SCR(thyristo) 1 J2 3 * Cấu tạo: Thyristo được chế tạo A K P1 N1 P2 N2 16 Hình 3.10: Cấu tạo Của thyristo G
từ 4 lớp bán dẫn P-N-P-N đặt xen kẽ nhau như hình vẽ 3.10 giữa các lớp bán dẫn này hình thành các chuyển tiếp J1, J2, J3, thyristo là dụng cụ 3 chân cực được ký hiệu bằng các chữ A(anốt), chữ K (catốt) và G (cực điều khiển). Cực anốt nối với thành phần bán dẫn P trước, còn catốt nối với thành phần bán dẫn N sau, cực điều khiển G nối với thành phần bán dẫn P sau. A * Nguyên lý làm việc: Có thể xem thyristo được tạo ra A P1 bởi 2 transistor: P1N1P2 và N1P2N2 N1 thể hiện trên hình vẽ 3.11 * Đặc tuyến vôn-ampe của thyristo P2 N1 Đặc tuyến chia làm 4 miền G G P gồm miền dẫn thuận, miền dẫn 2 N ngược, miền chắn thuận, miền 2 K chắn ngược. a) K b) - Trường hợp phân cực ngược thyristo với UAK 0. Đặc tuyến ở Hình 3.11: a) Sơ đồ tương đoạn này có thể coi như hai điốt đương phân cực ngược mắc nối tiếp (J1 và J3) b) Ký hiệu của thyristo Dòng qua thyristo chính là dòng rò ngược của điốt, nếu tăng điện áp ngược đến một giá trị nhất định thì 2 tiếp giáp J1 và J3 sẽ lần lượt bị đánh thủng, dòng ngược qua thyristo tăng lên đột ngột, nếu không có biện pháp ngăn chặn, dòng ngược này sẽ làm hỏng thyristo. Vùng đặc tuyến ngược của thyristo trước khi bị đánh thủng gọi là miền chắn ngược. - Trường hợp phân cực thuận thyristo với UAK 0 + Khi cực điều khiển G hở mạch (IG=0), tiếp giáp J1 và J3 lúc này được phân cực thuận còn J2 phân cực ngược, khi UAK còn nhỏ, dòngqua Thyristo quyết định chủ yếu bởi dòng rò nược qua J2. Xét chung cho cả thyristo thì dòng điện chảy qua thyristo lúc này là dòng rò thuận I FX. Giá trị điển hình của dòng rò thuận (IFX) và dòng rò ngược (IRX) khoảng 100A. Nếu IG = 0 thì dòng rò thuận sẽ giữ nguyên giá trị ban đầu. Khi tăng U AK lên tới giá trị xấp xỉ điện áp đánh thủng chuyển tiếp J 2 (gọi là điện áp đánh thủng UBE) thì dòng rò IC0 trong thyristo đủ lớn làm cho 2 transistor trong sơ đồ tương đương mở và lập tức chuyển hẳn xang trạng thái bão hoà. Thyristo chuyển xang trạng thái mở, nội trở của nó đột ngột giảm đi, điện áp sụt giữa hai cực A và K cũng giảm xuống đến một giá trị U E gọi là điện áp dẫn thuận. Phương pháp chuyển thyristo từ khoá sang mở bằng cách tăng dần U AK gọi là kích mở bằng điện áp thuận. + Khi IC 0, nghĩa là giữa cực G và cực K có một điện áp sao cho J3 phân cực thuận.Dòng IG do UGK cung cấp sẽ cùng với dòng ngược vốn có trong thyristo IC0 làm cho T2 có thể mở ngay với điện áp UAK nhỏ hơn nhiều giá trị kích mở lúc IG = 0. Dòng IG càng lớn thì UAK cần thiết tương ứng để mở thyristo càng nhỏ. Chú ý rằng nếu ngay từ đầu điện áp UGK đã cung cấp một dòng IC lớn hơn dòng mở cực tiểu của T2, nhưng điện áp UAK vẫn chưa đủ lớn để phân cực thuận cho T1 và T2 thì thyristo cũng vẫn chưa mở. Như đặc tuyến của thyristo mức dòng điều khiển I C tăng từ IG1 đến IG4 tương ứng với mức điện áp UAK giảm xuống từ U1 đến U4. Đây là phương pháp kích mở thyristo bằng dòng trên cực điều khiển. Điện áp dẫn thuận U F có thể viết: U F = UBE1 + UBE2 = UBE2 + UCE1.Đối với vật liệu Silic thì điện áp bão hoà của transistor silic vào cỡ 0,2 vôn, còn U BE như đã biết cỡ khoảng 0,7 vôn. Như vậy suy ra UF = 0,9 vôn. Trên phần đặc tuyến thuận phần mà thyristo chưa mở gọi là miền chắn thuận, miền thyristo đã mở gọi là miền dẫn thuận (hình vẽ 3.12). Quan sát miền chắn thuận và miền chắn ngược của thyristo thấy có dạng giống như đặc tuyến ngược của Điốt chỉnh lưu thông thường. I Miền dẫn thuận 17 IG1 IG2 IG3 U IG4 Miền chắn ngược U4 U3 U2 U1 Miền chắn thuận Hình 3.12: Đặc tuyến vôn - ampe của thyrito
Sau khi các điều kiện kích mở kết thúc, muốn duy trì cho thyristo luôn mở thì phải đảm bảo cho dòng thuận IE lớn hơn một giá trị nhất định gọi là dòng ghim I 4(là giá trị cực tiểu của dòng I E). Nếu trong quá trình thyristo mở, IG vẫn được duy trì thì giá trị dòng ghim tương ứng sẽ giảm đi khi dòng IG tăng(hình vẽ 3.12).Trong các sỏ tay thuyết minh của các nhà sản xuất còn ký hiệu I HC để chỉ dòng ghim khi cực G hở mạch và I HX để chỉ dòng ghim đặc biệt khi giữa cực G và K được nối nhau bằng điện trở phân cực đặc biệt. * Tham số của thyristo. Hai tham số quan trọng cần chú ý khi chọn các thyristo là dòng điện và điện áp cực đại mà thyristo có thể làm việc không bị đánh thủng thuận và ngược, điện áp dẫn thuận cực đại đảm bảo cho thyristo chưa mở theo chiều thuận chính là điện áp thuận, điện áp này thường được ký hiệu là U Fom hoặc URXM đối với trường hợp G nối với điện trở phân cực. Với ý nghĩa tương tự, người ta định nghĩa điện áp chắn ngược cực đại là UROM hoặc URXM, dòng điện thuận cực đại là IROM hoặc IRXM. Công suất tổn hao cực đại FAM là công suất lớn nhất cho phép khi thyristo hoạt động bình thường. Điện áp khống chế UG là điện áp ngưỡng cần để mở thyristo khi UAK = 6 vôn. Những tham số vừa nêu trên đây thường được cho trong các sổ tay linh kiện điện tử ở nhiệt độ 250C. Với những thyristo làm việc ở chế độ xung tần số cao còn phải quan tâm đến thời gian đóng mở thyristo tm là thời gian chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở và t đ là thời gian chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái đóng của thyristo. * Một số ứng dụng của thyristo.(mạch báo động) Sơ đồ nguyên lý mạch thể hiện trên hình vẽ 3.13. - Bình thường ánh sáng phát ra từ LED được PD (điốt thu quang) nhận, làm cho PD dẫn bão hoà nên sụt áp qua R2 nhiều dẫn đến VG của SCR thấp nên SCR tắt. - Khi có người đi ngang qua khu vực giữa LED và PD thì PD tắt (do bị che ánh sáng) nên không còn sụt áp qua R2, lúc này áp +UCC đi qua R2 đến G đủ lớn đến ngưỡng kích cho SCR làm cho SCR dẫn nên rơle hoạt động làm đóng công tắc K2 kích hoạt còi báo hoặc sáng đèn. R1 +UCC +UCC R K PD LED 2 1 K2 R L Hình 3.13: Mạch báo động sử dụng thyristo Do tính tự giữ của SCR, nên SCR vẫn tiếp tục dẫn khi có người lướt ngang qua LED và PD trong một tích tắc thì PD dẫn trở lại làm cho VG sụt thấp làm mất áp kích cho SCR, muốn làm tắt SCR thì ta phải tắt công tắc K1 ra (công tắc K1 hở ra). 18
Thyristo còn được sử dụng trong mạch khống chế như mạch khống chế xung, mạch khống chế pha vv. Bài 2: Các mạch điện cơ bản 1. Mạch khuếch đại đơn. 1.1. Mạch mắc theo kiểu E-C (CE: Common Emitter) Sơ đồ mạch khuyếch đại E chung như hình 4.1a, tín hiệu vào ở cực gốc B và ra ở cực C, ở trạng thái xoay chiều các tụ điện liên lạc và tụ phân dòng CE có tổng trở rất nhỏ nên coi như bị nối tắt. Hình 4.1b là mạch tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu E chung. Trên mạch tương đương có thể tính các thông số kỹ thuật của mạch: Vi ibrb iere ibrb ibre * Tổng trở ngõ vào: hie ri rb re ( vài kilôôm) ii ib ib +VCC RB1 RC V0 B rb C Vi ib iC rC Vi iC r0 RC V0 RB2 RE CE + E b) a) + + Hình 4.1: a) Mạch khuyếch đại kiểu E chung; b) Mạch tương đương 19
* Tổng trở ngõ ra: r vài chục kilôôm đến vài trăm kilôôm Do r0 có trị số rất lớn nên trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua r0. * Độ khuyếch đại dòng điện: i0 ic Ai  hfe (vài chục đến vài trăm lần) ii ib * Độ khuyếch đại điện áp: Vce ic Rc ib Rc Rc Av  Vbc ibri ibhie hie * Góc pha: điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đảo pha nhau. 1.2. Mạch mắc theo kiểu B-C (CB: Common Base) Sơ đồ mạch khuyếch đại E chung như hình 4.2a, tín hiệu vào ở cực E và ra ở cực C. ở trạng thái xoay chiều, các tụ liên lạc và tụ điện phân dòng C B có tổng trở rất nhỏ nên được coi như nối tắt. Hình vẽ 4.2b là mạch tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu B chung. +VCC RB1 RC ic re C V0 E Vi rb ib V0 Vi CE B + RB2 RE b) a) + Hình 4.2: a) Mạch khuyếch đại kiểu B chung; b) Sơ đồ tương đương Các thông số kỹ thuật của mạch được tính như sau: * Tổng trở ngõ vào: Vi ibrb iere ibrb ibre rb re hie ri ( vài chục ôm) ii ie ib   * Tổng trở ngõ ra: V0 Vc r0 ( vài trăm kilôôm vì BC phân cực ngược) i0 ic * Độ khuyếch đại dòng điện: i0 ic ib  Ai 1 ii ie  1 ib  1 * Độ khuyếch đại điện áp: V i R R  R R A cb c c c c  c v h Veb ieri ie hie hie  * Góc pha: Điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau. 1.3. Mạch khuyếch đại kiểu C chung (CC: Common Collector) 20
Sơ đồ mạch khuyếch đại C chung như hình 4.3a, trong đó cực C được nối thẳng lên nguồn +V CC và nguồn +VCC được gọi là mass đối với xoay chiều, vì có tụ lọc nguồn rất lớn. Hình vẽ 4.3b là sơ đồ tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu C chung. Các thông số kỹ thuật của mạch điện được tính như sau: * Tổng trở ngõ vào: Vi ibrb iere ie RE ri rb re  RE hie  RE ( vài trăm kilôôm) ii ib * Tổng trở ngõ ra: Điện trở RB là điện trở tương đương của cầu phân áp RB1 song song RB2. Khi đứng từ ngõ ra nhìn vào transistor, ta thấy điện trở R B song song nội trở của nguồn r s. Thường điện trở R B rất lớn so với r s nên điện trở tương đương của R B song song rs cũng chính là rs. Mạch tương đương như hình vẽ 4.4. Tổng trở ngõ ra là: V0 Ve r0 i0 ie Theo mạch tương đương thì các điện trở r s, rb, và re ghép nối tiếp nhau và song song với điện trở tải RE. Ta có: Ve ie Re ib rs rb re Ve ib rs rb re rs rb re rs rb rs hie Suy ra: r0 re hay r0 ( vài chục ôm) ie ib    +V r CC B b C ib RB1 rs rc Ic E RB C V1 C Vs Ic RE V0 V0 RB2 RE a) b) Hình 4.3: a) Mạch khuyếch đại kiểu C chung; b) Sơ đồ tương đương * Độ khuyếch đại dòng điện: rb i i  1 .i A 0 e b  1 i ib ii ib ib * Độ khuyếch đại điện áp: ic v v i R A 0 e e e rs v i v i r i r i R 0 b b b e e e e RE  RE Av 1 rb re  RE (vì rb re =  RE ) * Góc pha: Hình 4.4: Mạch tương đương tổng trở ngõ Khi VB tăng làm IB tăng và IE tăng nên VE cũng tăng theo, do đó điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau. ra 2. Mạch ghép phức hợp. 2.1. Mạch khuếch đại Cascode. UCC 21 RE1 RC T2 Ur T1 UV RL + + CE CE RE2 RE RE Hình 4.5: Mạch khuyếch đại Cascode
Đặc điểm của của mạch khuyếch đại Cascode là dùng 2 tầng khuyếch đại mắc nối tiếp (hình vẽ 4.5). Tầng thứ hai mắc kiểu BC để tăng tần số cắt, giảm tạp nhiễm(vì nộivào của tầng thứ nhất mắc kiểu EC nhỏ nên hệ số khuyếch đại Của tầng này nhỏ), giảm thiểu hiệu ứng miller ở tần số cao. Tầng thứ nhất mắc kiểu EC, làm việc ở điện áp ấp, hệ số khuyếch đại điện áp nhỏ (cũng nhằm giảm hiểu hiệu ứng miller của tụ ở tần số cao). Song hệ số khuyếch đại điện áp toàn mạch lại lớn (khoảng vài trăm lần) Ví dụ tính toán cho mạch khuyếch đại Cascode thực tế sau (hình 4.6) Giải: U = 18V - Tính các thông số DC CC IE 2 IE1 hoặc IC 2 IC1 I I C 2 C1 6,8k 1,8k Từ 1 = 2 ta có: hoặc IB2 IB1 2 1 RB1 RC Ur2 Dòng Ib1 rẽ mạch qua RE mà nó C1 = 10F được mắc song song với RB3 = 4,7K C4 T1 Vì RE 100(1,1K) = 110 K có giá trị 5F 5,6k lớn hơn rất nhiều lần RB3 nên có thể bỏ Ur1 qua hiệu ứng I lên mạch R . Từ cách RB2 B1 E C2 = 5F 1=2=200 tính gần đúng, có thể coi IB2 IB1. T 2 U =26mV áp phân cực: UV1 BE 1,1k RB3 UCC 4,7k 18v 4,7k U B1 Re 20F RB3 RB2 RB1 4,7 5,6 6,8 RB3 Ce 84,6 U 4,95v B1 17,1 Hình 4.6: Minh hoạ cho ví dụ U E1 U B1 UCE 4,95 0,7 Và: IE1 4,25 mA RE RE 1 U BE 26mv Điện trở tiếp giáp BE của T1 là: re1 6,12 ; IE1 4,25mA Từ IE1 IE2, ta có: re2 = 6,12. Ur1 RL Tính thông số AC: U1 Uv1 re1 Tải của T1 là trở vào của T2 tức là trở tiếp giáp EB của nó, nên: RL1 = re2 re2 Vậy: U1 1 (hệ số khuyếch đại nhỏ nên giảm được hiệu ứng miller) re1 RL RC 1,8 Và: U 2 294,1 Re2 re2 6,12 Ur 2 Vậy: U U1.U 2 1 294,1 294,1 Uv1 2.2. Mạch khuếch đại Dalington. 22
Mạch khuyếch đại Dalington kiểu cơ bản được mô tả như hình vẽ 4.7. Đặc điểm của nó là có điện trở vào lớn, điện trở ra nhỏ, hệ số khuyếch đại dòng lớn, hệ số khuyếch đại điện áp 1 trên tải emitter. * Cách phân cực của mạch này giống như một tầng lặp emitter dùng hồi tiếp dòng điện ở emitter, chú ý rằng dòng emitter của tầng thứ nhất chính là dòng bazơ của tầng thứ hai Hai Transistor sẽ tương đương với một Transistor có D = 12 và UBE = 1,6v, khi đó dòng cực gốc được tính: +UCC U U CC BE IB RB D RE Do  rất lớn nên: IC D RB C I  1 I  .I E D B D B B Điện áp phân cực là: U E IE RE IB U B U E U BE E Ví dụ: Tính điện áp và dòng điện phân cực ơ Hình 4.7: S I như hình 4.8 đồ Dalington E RE Cơ bản Giải: 18v 1,6v IB 2,56 A 3,3M  8.000. 390 +UCC = 18v IE 8.000 2,56 A 20,48mA IC U E 20,48mA 390 8V U B 8V 1,6V 9,6V RB = 3,3M Với: UC 18V UBE = 1,6v * Mạch tương đương xoay chiều. D = 8.000 Một mạch Dalington lặp emitter như hình 4.9. Tín hiệu được đưa vào qua tụ C1, tín hiệu Vr được đưa qua tụ C2. mạch tương đương như hình vẽ 4.10 Tính trở kháng AC: U U Hình 4.8 V r RE = 390 Dòng bazơ chạy qua rv là: IB rV Vì: Ur IB D I RE IBrV UV Ur UV IB 1 D RE UV IB rV 1 D RE IB rV D RE 23
UV Trở kháng vào nhìn từ bazơ của Transistor: rV D RE IB IV IB +UCC (+18V) UV rV DIB UBE = 1,6V RB = 3,3M D = 8.000 Ur UV RB Ir RE C1 = 0,5F C2 = 0,5F RE = 390 Hình 4.10: Sơ đồ Darlington Hình 4.9: Sơ đồ dùng Darlington lặp lặp emitter tương đương trở kháng vào của mạch. ZV RB // rV D RE * Hệ số khuyếch đại dòng: Ir - Dòng điện ra trên RE: Ir I D RE D 1 IB D IB với D IB Hệ số khuyếch đại của mạch là: Ir Ir IB RB RB Ki . với IB .IV .IV IV IB IV (rV D RE ) RB D RE RB RB D RB Ki D . D RE RB D RE RB * Trở kháng ra AC(hình 4.11.a, b) rV IB Ir UV Ur rV ZV  I Zr DIB D B Ur R R R RE US B E L Hình 4.11b: Sơ đồ tương đươngAC để tính Z Hình 4.11a:Trở kháng AC r Ta có: Ur Ur Ur Ur Ur 1 1 D Ir D IB D .Ur mặt khác: RE RV RE RV rV RE rV rV U 1 Z r r I 1 1  r D RE rV rV 24
* Hệ số khuyếch đại điện áp: rV IB Ur IB D IB .RE IB RE D RE DIB UV IBrV IB D IB .RE UV U Ta có: RE r UV IB rV RE D IV UV Ur . RE D RE c) rV RE D RE U R  R Hình 4.11c: Sơ đồ tương đương ACđể tính K r E D E 1 U KU UV rV RE D RE 2.1. Mạch khuếch đại vi sai. Sơ đồ mạch khuyếch đại vi sai được thể hiện UCC trên hình vẽ 4.12. Chú ý rằng mạch gồm 2 đầu vào, 2 đầu ra và cực emiter của hai đầu transistor được nối với nhau, mạch làm theo nguyên lý cầu cân bằng nếu R RC2 2 transistor được chế tạo cùng điều kiện và RC1 = C1 RC2 = RC. U U Điện áp ra được lấy giữa 2 colleter đối với C1 C2 đất (kiểu không đối xứng). Tuỳ theo cách đưa tín UV2 UV1 T T hiệu vào mà có các chế độ khác nhau: 1 2 - Đưa tín hiệu một đầu vào, còn một đầu nối đất – Chế độ đơn. - Hai đầu vào đưa hai tín hiệu khác nhau – Chế độ RE vi sai Đưa cùng một tín hiệu vào hai đầu vào – Chế độ đồng pha. -UEE Hình 4.12: Mạch khuyếch đại vi sai * Chế độ một chiều. UCC Sơ đồ phân cực cho mạch vi sai như hình vẽ 4.13. Theo hình vẽ ta tính được: - Điện thế tại cực E: UE = UB – UBE = 0 – 0,7 = - 0,7 (v) RC RC Tổng dòng điện tại cực E của T1 và T2 : IC1 IC2 U E ( U EE ) U EE 0,7V UC1 UC2 IE RE RE U U V1 V2 Nếu T1, T2 hoàn toàn giống nhau thì : T1 T2 IE IE1 IE 2 2 IE1 IE2 I E I RE IC1 IC 2 IC E và 2 Điện áp trên mỗi colector sẽ là: -UEE U U U I R C1 C 2 C C C Hình 4.13: Phân cực cho mạch vi * Chế độ xoay chiều. sai 25
- Chế độ đơn: (hình vẽ 4.14 a, b) UCC Ib1 Ur1 Ur2 Ib2 RC RC RC r1 RC r2 UV 2Ib2 1 1Ib1 Ur1 Ur2 IC1 IC2 T T Nếu hai1 Transistor hoàn2 toàn như nhau thì: R UV1 E UV2= RE 0 -UEE Hình 4.14: a) Chế độ đơn; b) Sơ đồ tương đương 26
Ib1 Ib2 Ib 1 2  I =I r1 r2 r re b1 b Vì RE rất lớn, nên áp dụng định luật Kirchhoff (hình 1.15): r = r UV1 Ibr 0 1 ` Ib2=Ib UV1 Ib 2r Uv1 Dòng điện tại collector: Re= r1= r U I  I  V1 C b 2r Điện áp ra: Hình 1.15: Xác định Ib RC RC RC Ur IC RC . .UV1 . .UV1 .UV1 2r 2re 2re Hệ số khuyếch đại điện áp: U R K r C ` U UCC = 9 vôn UV1 2re RC1 = 47K Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ 4.16. RC2 = 47K Hãy xác định điện áp ra Ur1. Giải: Dòng điện IE được tính: U U U 0,7V 9V 0,7V r1 r2 I EE 193 A E R 43K E Q1 Q2 Dòng tại cực emitter: IE1 IE 2 IE / 2 96,5 A Giá trị điện trở re: 26mV UV2 = re 269 0 96,5 A UV1 = 2mV RE = 43K Hệ số khuyếch đại điện áp: -UEE = - 9V RC 47K KU 87,4 2re 2.269 Hình Điện áp ra là: 4.16: Ur1 KU .UV1 87,4.2mV 0,175V * Chế độ vi sai: Khi đưa tín hiệu khác nhau vào 2 đầu của mạch vi sai, mạch sẽ làm việc trong chế độ vi sai. Tương tự chế độ đơn, dễ dàng tính được hệ số khuyếch đại vi sai. Ur RC KVS UVS 2re U U U ; U U U Với: VS V1 V 2 r r1 r 2 * Chế độ đồng pha: 27
Sơ đồ mạch vi sai hoạt động ở chế độ đồng pha được thể hiện trên hình vẽ 4.17. UCC Ib1 Ib2 Ur RC RC RC r1 RC r2 UV Ur 1 2Ib2 1Ib1 IC1 IC2 Q1 Q2 RE UV1 RE -UEE Hình 4.17: a) Chế độ đồng pha; b) Sơ đồ tương đương Theo sơ đồ tương đương ta viết được: U UV 2  1 Ib RE V I Ib b r 2  1 R r suy ra: E ` U R Ur I R U R V C C C V C r 2  1 R Điện áp ra: E  R K C dp r 2  1 R Hệ số khuyếch đại đồng pha: E UCC RC RC RC RC Ur1 Ur2 Ur1 Ur2 UV1 UV2 Q1 Q2 Q1 Q2 UV1 UV2 Q3 I R0 R3 R2 R1 -UEE Hình 4.18: a) Mạch khuyếch đại vi sai dùng nguồn dòng b) Sơ đồ tương đương xoay chiều Một mạch khuyếch đại vi sai tốt khi hệ số khuyếch đại vi sai K VS lớn, hệ số khuyếch đại đồng pha nhỏ, Kđp - 0. Theo công thức tính Kđp, nếu RE lớn thì K đp sẽ giảm, trong thực tế để tăng RE mà dòng IE không đổi, người ta dùng một nguồn dòng cố định(hình vẽ 4.18 a, b ). Trong sơ đồ này trở kháng ra của mạch CE là r0 đóng vai trò của RE trong các sơ đồ trước, sơ đồ tương đương xoay chiều như hình vẽ 4.18 3. Mạch khuếch đại công suất. 28
3.1. Khái niệm về mạch khuyếch đại công suất: Các mạch khuyếch đại bình thường(đã nghiên cứu trước), tín hiệu ra của các mạch đó còn nhỏ, để tín hiệu ra đủ lớn đáp ứng cung cấp theo yêu cầu của phụ tải, ví dụ cho loa(radio – casttset), cho các cuộn lái tia(tivi) vv ta phải dùng đến các mạch khuyếch đại công suất, để tín hiệu ra có công suất lớn và chất lượng đáp ứng các yêu cầu của tải như độ méo phi tuyến, hiệu suất các mạch vì thế mạch công suất phải được nghiên cứu khác với các mạch trước đó. Khuyếch đại công suất là mạch khuyếch đại ở tầng cuối cùng để tạo ra công suất cung cấp cho tải, công suất cấp cho tải khoảng từ vài Watt đến vài trăm Watt, công suất này cấp cho tải thường ở điện áp khá cao hay cường độ dòng điện lớn. Do tầng khuyếch đại ở tầng cuối nên tín hiệu đưa vào mạch công suất có biên độ lớn vì đã qua nhiều tầng khuyếch đại, khi khuyếch đại có biên độ lớn thì transistor không được xem là khuyếch đại tuyến tính, do đó không thể dùng mạch tương đương theo thông số h để phân tích, tính toán cho mạch khuyếch đại công suất mà người ta phải dùng phương pháp đồ thị. 3.2. Phân loại: Tầng khuyếch đại công suất có thể làm việc ở chế độ A, B, AB và C,D tuỳ thuộc vào chế độ công tác của Transistor. * Chế độ A: Là chế độ khuyếch đại cả tín hiệu hình sin vào, chế độ này có hiệu suất thấp(với tải điện trở dưới 25%) nhưng méo phi tuyến nhỏ nhất, nên được dùng trong trường hợp đặc biệt. U0 U0 Mức Mức thiên thiên Ra 1800 áp áp của của Ra đủ 3600 chế chế độ A độ B 0V 0V * Chế độ B: Là chế độ khuyếch đại nửa hình sin vào, đây là chế độ có hiệu suất lớn( = 78%), tuy méo xuyên tâm lớn nhưng có thể khắc phục bằng cách kết hợp với chế độ AB và dùng hồi tiếp âm.(hình vẽ) * Chế độ AB: Có tính chất chuyển tiếp giữa A và B, nó có dòng tĩnh nhỏ để tham gia vào việc giảm méo lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ. * Chế độ C: Là chế độ khuyếch đại tín hiệu ra bé +V =12V hơn nửa hình sin, có hiệu suất khá cao( 78%) CC nhưng méo rất lớn, nó được dùng trong các mạch khuyếch đại cao tần có tải là khung cộng hưởng để RB1 Tải 8 chọn lọc sóng đài mong muốn và để có hiệu suất cao. C * Chế độ D: Là chế độ Transistor làm việc như mộtkhoá điện tử đóng mở, dưới tác dụng của tín hiệuvào điều khiển Transistor thông bão hoà là khoá đóng, dòng IC đạt cực đại, còn khoá mở khi RB2 RE=8 Transistor tắt, dòng IC = 0. 3.3. Mạch khuếch đại công suất đơn (chế độ A). VS a/ Mạch khuếch đại công suất đơn cơ bản. Hình 4.20: Mạch công suất cơ Trong mạch điện dùng một Transistor ráp bản 29
Kiểu E chung, tải đặt trực tiếp tại cực C. IC (mA) Thông thường tải có trị số điện trở nhỏ 750 để khi nhận dòng điện lớn sẽ cho ra công suất I lớn, vì công suất tỉ lệ với bình phương dòng Cmax điện theo công thức: IC 375 Q P = R.I2. Ví dụ: Tải loa trong các máy khuyếch âm VCE (V) thường có tổng trở là 4, 8 hay 16. 0 6 12 Giả thiết tải có điện trở R L = 8, RE = 8 và VCC = 12V như hình vẽ 4.20 Transistor khuyếch đại chế độ A sẽ có: 1 1 VCC VCC 12V 6V 2 2 VCemax 1 VCC VCC VCE VCC VCE 2 IC RL RE RL RE Hình 4.21: Dạng sóng trên đặc tuyến ngõ ra 1 V 1 12 . CC . 375mA 2 RL RE 2 8 8 Như vậy điểm làm việc tĩnh của Transistor có toạ độ là Q(VCE = 6V, IC = 375mA) Khảo sát dạng sóng trên đặc tuyến ngõ ra ở hình vẽ 4.20 ta có: IC 2iC max 750mA VCE 2VCemax 12V iC max 375mA 0,375A V 6V Ce max Công suất xoay chiều ra trên tải RL và RE là công suất hiệu dụng được tính theo công thức: V i 1 P Cemax . C max V i 1 0max 2 2 2 Cemax C max 6.0,375 1,125W 2 2 2 iC max 0,375 Công suất xoay chiều ra trên tải RL là: Pmax RL 8 0,562W 2 2 Công suất tiêu tán nhiệt trung bình trên Transistor là: 2 2 1 VCC 1 1 V CC 1 12 PD ICVCE . . VCC . . 2,25W 2 RL RE 2 4 RL RE 4 8 8 2 2 1 VCC Công suất nhiệt trung bình trên tải RE là: PR RL RE I C RL RE . 2 RL RE 2 2 1 V CC 1 12 PR . . 2,25W 4 RL RE 4 8 82 2 1 V CC 1 V CC Đối với chế độ A do V = 1/2V nên công suất P P = P .P P . . CE CC D CC R D r 4 R R 4 R R Công suất điện được cung cấp bởi nguồn VCC là: L E L E 2 2 2 2 1 V CC 1 V CC P P P . . 1 V CC 1 12 CC D r PCC . . 4,5W 4 RL RE 4 RL RE 2 RL RE 2 8 8 2 2 CC 1 V P0max 1 12 0,562 Hiệu suất của mạchPCC là: .  .1.00% 4,5W .100% 12,5% 2 RL REPCC 2 8 8 4,5 Trường hợp không có RE thì hiệu suất của mạch là: 30
P 1,125  0MAX .100% .100% 25% PCC 4,5 Đây là hiệu suất tối đa có thể nhận được trên tải đối với mạch khuyếch đại công suất chế độ A theo sơ đồ cơ bản hình 4.20. Nhận xét: Điện trở RE trong mạch công suất nhận dòng điện tải rất lớn nên tiêu hao công suất cũng rất lớn một cách vô ích. Trong các mạch khuyếch đại công suất như trên người ta thường không dùng điện trở RE, trường hợp cần dùng R E để ổn định nhiệt thì chỉ chọn trị số R E rất nhỏ so với tải R L để công suất tiêu hao trên RE không đáng kể. Do tải thường có trị số điện trở nhở nên dòng điện tĩnh qua Transistor rất lớn, trị số này có thể quá giá trị ICmax của 1 số Transistor trong khi công suất tiêu tán thực sự không lớn lắm. Mạch khuyếch đại chế độ A có hiệu suất thấp( 25%). Để cải tiến người ta dùng mạch khuyếch đại chế độ A có biến áp ra. b/ Mạch khuyếch đại công suất chế độ A có biến áp ra. Mạch điện hình 4.22 là mạch khuyếch đại công suất dùng biến áp đưa ra tín hiệu xoay chiều ở ngõ ra của Transistor ra tải RL Bộ biến áp có 3 tỉ lệ theo số vòng dây N1 ở sơ cấp và N2 ở thứ cấp là: V1 N1 Tỉ lệ về điện: +VCC V2 N2 Tỉ lệ về cường độ dòng điện: RB1 RL I1 N1 C I2 N2 P Tỉ lệ về công suất: 1 1 P VS 2 RB2 2 Z N Tỉ lệ về tổng trở: 1 1 Z2 N2 Các giá trị điện áp, dòng điện, công Hình 4.22: Khuyếch đại có biến áp suất trong các tỉ lệ trên là giá trị hiệu dụng. ra Nếu tải nối trực tiếp vào cực C của Transistor như trong hình 4.20 thì công suất P R là công suất nhiệt tiêu hao vô ích trên tải RE. Muốn tăng hiệu suất cho mạch khuyếch đại người ta dùng biến áp ở ngõ ra để loại bỏ công suất PR. Bây giờ tải R L đặt ở thứ cấp nên trong tính toán phải quy đổi về tải ở sơ cấp gọi là R L và tính theo tỉ lệ về tổng trở. , 2 2 R L Z1 N1 , N1 Ta có: suy ra: R L RL R Z N N IC (mA) L 2 2 2 PDmax Ví dụ: Tải RL = 8, biến áp ra có tỉ 2VCC N1 lệ =25 thì tải quy về sơ cấp là: RL Đường tải chính N2 2 Q Đường tải động IC , N1 2 IC R L RL 8 25 5 N2 VCE 0 VCC 2VCC Khi xét trạng thái một chiều Thì điện trở VCE của cuộn sơ cấp chính là điện trở của Hình 4.23: Đặc tuyến ngõ ra với tải tĩnh và tải cuộn dây đồng quấn cuộn sơ cấp có trị số rất nhỏ chỉ khoảng vài chục ôm. Như động vậy đường tải tĩnh có trị số điện trở rất nhỏ(vài chục ôm) nên là đường gần như thẳng đứng (hơi nghiêng về phía trái) 31
, từ điểm VCE = VCC kẻ thẳng lên, đường tải động có điện trở R L rất lớn hơn hàng trăm lần(vài kilôôm) nên có cường độ dốc nghiêng như hình vẽ 4.23. Để tận dụng công suất tiêu tán cực đại của Transistor, thường chọn điểm hoạt động Q là giao điểm giữa đường tải tĩnh và đường công suất PDmax . Đường tải động sẽ cắt trục hoành ở trị số V CE = 2VCC và cắt trục tung ở trị số: 2VCC IC max , (hình 4.23). R L Qua đặc tuyến cổng ra với đường tải động ta nhận thấy khoảng biến thiên điện áp ra ∆V CE bây giờ là từ 0 vôn đến 2VCC nghĩa là tăng gấp 2 lần so với mạch cơ bản không có biến áp ra. Ta có: VCE 2VCC VCemax VCC 2VCC VCC IC iC max , RL R L Công suất ra trên tải là: (xét ở sơ cấp) 2 , iC max VCE max V CC P 0max . , 2 2 2R L Trong mạch này cuộn sơ cấp có điện trở một chiều nhỏ không đáng kể nên công suất tiêu hao trên điện trở của cuộn dây PR xem như bằng không. 2 V CC Công suất điện được cung cấp bởi nguồn VCC là: PCC PD , R L 2 V CC , , P 0max 2R L Hiệu suất của mạch là:  2 .100% 50% PCC V CC , R L Như vậy khi có biến áp ở cổng ra hiệu suất của mạch đã được tăng lên từ 25% thành 50%. Trong thực tế vẫn có công suất tiêu hao trên điện trở một chiều của cuộn sơ cấp nên vẫn có P R và các biến áp có hiệu suất tối đa khoảng 80% đến 90% (do tổn hao trong mạch từ) nên hiệu suất của mạch khuyếch đại công suất có biến áp ra cũng chỉ đạt khoảng 35%. * Bài toán phân tích mạch: Với mạch khuyếch đại công suất cụ thể, tính các thông số kỹ thuật của mạch như sau: RB2 0,82 Tính điện áp phân cực VB: VB VCC . 12. 3,25V RB1 RB2 2,2 0,82 Tính dòng điện : V V 3,25 0,7 I  I B BE 54mA C E +VCC = 12V RE 47 RL = Công suất ra trên tải sơ cấp: 4 , 1 1 3 RB1 = 2,2K P 0Max VCC .IC .12.54.10 0,324W 2 2 C = 10F Công suất điện cung cấp cho mạch bởi nguồn VCC: 3 PD PCC ICVCC 54.10 .12 0,648W VS Tổng trở tải quy về sơ cấp: RB2=820 R=47 C=47F , VCC 12 R L 3 220 IC 54.10 Hình 4.24: Mạch công suất tiêu Với tổng trở là loa có RL = 4 ta có thể tính tỉ lệ của biến áp ra loa là: biểu , 2 Z R L N 220 N 1 1 55 suy ra: 1 7,5 Z2 RL N2 4 N2 32
* Bài toán tổng hợp mạch (còn gọi là thiết kế mạch) Tính chọn linh kiện cho mạch khuyếch đại công suất ra là 5W tổng trở ra loa là4, nguồn VCC = 12 V chọn sơ đồ giống như hình vẽ 4.24 xong. Phải tính lại trị số của linh kiện. Giả thiết có biến áp lý tưởng và tổn hao công suất trên cuộn sơ cấp không đáng kể nên mạch có hiệu suất là:  50% Công suất điện cung cấp cho mạch bởi nguồn VCC: , P 0 5 P 10W 0  0,5 Tính dòng điện tĩnh IC: PD 10 IC 830mA VCC 12 Điện trở quy về sơ cấp: , VCC 12 R L 15 IC 0,83 Tỉ lệ của biến áp là: , N R L 15 1 2lần. N2 RL 4 Ta chọn điện áp VE = 1vôn thì: VE 1 RE  1,2 . IC 0,83 Chọn Transistor khuyếch đại có  = 80 thì: I I C 10,3mA B  Để mạch được phân cực ổn định ta chọn dòng điện qua cầu phân áp RB1 và RB2 là IRB = 10IB. Như vậy: IRB 10IB 10.10,3 103mA VB VE 0,7 1 0,7 Tính điện trở RB2: RB2 16. IRB IRB 0,103 VCC VB 12 1,7 Tính điện trở RB1: RB1  100 IRB 0,103 Tụ điện liên lạc thường được chọn C = 5F  10F. Tụ điện phân dòng CE thường được chọn CE = 47F  100F. Nhận xét: Qua các mạch phân tích mạch trên cho ta thấy ở mọi thời điểm, mạch khuyếch đại liên tục nhận công suất điện từ nguồn V CC. Khi mạch ở trạng thái tĩnh thì toàn bộ công suất P D = ICVCC chỉ là công suất tiêu tán để đốt nóng transistor một cách vô ích. Mạch chỉ có hiệu suất cao khi tín hiệu vào có biên độ lớn, lúc đó công suất của nguồn V CC được cung cấp ra trên tải, hiệu suất tối đa của mạch này chỉ đạt mức 50%. Để tăng hiệu suất lên cao hơn người ta giảm dòng tĩnh I C bằng cách đặt điểm làm việc về gần mức ngưng dẫn btheo kiểu khuyếch đại chế độ B hay AB. 3.3: Các mạch khuyếch đại công suất đẩy kéo.(Chế độ B) Mạch khuyếch đại chế +VCC độ B có mức phân cực VBE = 0 T1 nên trong mạch điện hình vẽ 4.25, hai transistor T1 và T2 IC1 Không được phân cực. +VCC Mạch khuyếch đại chế độ B chỉ khuyếch đại được một IC2 bán chu kỳ nên tầng công suất TR1 T2 TR2 chế độ B phải cùng 2 Transistor 33 Hình 4.25: Mạch khuyếch đại công suất chế độ B
T1 và T2 để luân phiên khuyếch đại sẽ tạo lại đủ hai bán kỳ trên tải. Để thực hiện được điều này cần dùng hai biến áp gồm TR1 là biến áp đảo pha(còn gọi là biến áp thúc hay lái do chữ Driver) và TR2 là biến áp cổng ra. Biến áp TR1 có cuộn thứ cấp 3 đầu ra với đầu giữa nối mas nên tín hiệu xoay chiều trên hai đầu ra là 2 tín hiệu đảo pha nhau(như hình vẽ 4.25). Khi T1 nhận được bán kỳ dương làm cho Transistor được phân cực nên T 1 dẫn điện và có dòng IC1, qua nửa cuộn trên cuộn sơ cấp biến áp TR 2. Lúc đó T2 nhận được bán kỳ âm nên T 2 không được phân cực sẽ ngưng dẫn. Khi T1 nhận được bán kỳ âm làm T 1 không được phân cực nên T1 ngưng dẫn. Lúc đó T 2 nhận được bán kỳ dương làm Transistor được phân cực nên T2 dẫn điện và có dòng IC2 qua nửa cuộn dướicủa cuộn sơ cấp biến áp TR2. Như vậy hai Transistor T1 và T2 sẽ luân phiên dẫn điện để tạo 2 dòng điện I C1 và IC2 chạy luân phiên ngược chiều nhau trong cuộn sơ cấp biến áp. Khi 2 dòng điện này cảm ứng sang thứ cấp sẽ cho đủ 2 bán kỳ vào tải. Hình vẽ 4.26 là đặc tuyến cổng ra của mạch công suất chế độ B, điểm làm việc tĩnh Q là điểm cắt trục hoành ở điểm VCC, IC (mA) Đường tải động PDmax Đường tải tĩnh VCC , R L ∆IC VCC , 2R L Q, VCE (V) VCC VCC 2 Hình 4.26: Đặc tuyến cổng ra của mạch công suất chế độ B , đường tải tĩnh gần như thẳng đứng từ điểm Q song song với trục tung vì điện trở cuộn sơ cấp nhỏ. Để có công suất lớn nhất thì đường tải động là đường thẳng từ Q vẽ tiếp xúc với đường công suất tiêu tán cực đại PDmax tại điểm Q với toạ độ. VCC IC , 2R L V V CC CE 2 VCC , Đường tải động cắt trục tung tại điểm IC max , . Tải R L là tải RL được quy về sơ cấp nhưng chỉ xét R L nửa cuộn trên hoặc dưới. Nếu nửa số vòng dây của nửa cuộn sơ cấp là N 1 vấn số vòng dây thứ cấp là N2 thì: 34
, 2 2 R L N1 , N1 R L RL RL N2 N2 Điểm Q tiếp xúc với đường công suất cực đại P Dmax nên ở điểm này công suất tiêu tán cũng chính là 2 VCC VCC V CC PDmax. Ta có: PDmax IC .VCE , . , 2R L 2 4R L , Như vậy nếu ở một Transistor với P Dmax cụ thể thì khi chọn nguồn V CC ta sẽ tính được tải R L để chọn tiếp biến áp và tải RL ở thứ cấp. VCC Theo đặc tuyến ra ở hình 4.23 ta có: IC iC max , (vì chỉ có một bán chu kỳ) R L VCE VCemax VCC (vì chỉ có một bán chu kỳ) Như vậy công suất ra tải cực đại do hai Transistor cung cấp là: 2 i V V V V CC P C max . Cemax CC . CC 0 , , 2 2 2.R L 2 2R L ở trạng thái tĩnh hai transistor không tiêu hao điện, khi khuyếch đại thì dòng điện đốt nóng IC max VCC transistor chính là dòng điện IC ở trị số trung bình là: IC , R L Công suất điện cung cấp cho mạch bởi nguồn VCC là: 2 VCC 2 V CC PCC 2VCC .IC 2VCC . , PCC . , R L R L Suy ra hiệu suất cực đại của mạch là: 2 V CC , , P 0 2R L  .100% 2 .100% .100%  78,5% PCC 2 V CC 4 . , R L IB1 Như vậy mạch khuyếch đại chế độ b có Biến dạng hiệu suất cao hơn ( = 78,5%) so với mạch khuyếch đại chế độ A ( = 50%). Tuy nhiên khuyếch đại chế độ B có VBE2 V V VBE1 nhược điểm rất lớn là tín hiệu ra bị biến Y Y dạng xuyên trục vì phân cực V BE = 0V thì tín hiệu trong khoảng điện áp từ 0V đến VY, hai transistor vẫn chưa dẫn IB2 điện. Khi điện áp vượt quá trị số V Y thì hai transistor mới dẫn điện và khuyếch đại. Hình vẽ 4.27 cho ta thấy dạng tín Dạng tín hiệu ra hiệu ra bị biến dạng xuyên trục Dạng tín hiệu vào (Crossover – Distortion).Dạng dòng điện IB1-IB2 cũng chính là dạng dòng điện bIC1-IC2 và là Hình 4.27 dạng tín hiệu ra bị biến dạng xuyên trục. Đây chính là lý do mạch công suất chế +VC độ B không được sử dụng C 3.4: Mạch khuyếch đại công suất chế độ AB R Để tránh nhược điểm gây ra biến dạng B1 T1 xuyên trục ở tín hiệu ra trong mạch khuyếch đại chế độ B, người ta sử dụng mạch khuyếch đại chế độ AB như hình 35 TR1 T2 TR2 RB2 Hình 4.28: Mạch khuyếch đại công suất chế độ AB
vẽ 4.28 Trong mạch điện hình 4.28 hai transistor công suất T1 và T2 được phân cực bằng cầu phân áp R B1 – RB2 để có điện áp phân cực cho hai cực B với mức VB1 = VB2 = VY (0,6V cho chất Si và 0,2V cho chất Ge) ở trạng thái tĩnh hai transistor vừa được phân cực vừa dẫn điện nên các dòng điện IB, IC coi như bằng không(0). Khi vừa có tín hiệu thì 2 transistor sẽ luân phiên nhau dẫn điện và cũng cho ra đủ 2 bán chu kỳ trên tải, với cách phân cực này sẽ tránh được hiện tượng biến dạng xuyên trục. Các thông số kỹ thuật của mạch như P0, PCC,  vẫn có cách tính giống như mạch công suất chế độ B. 4. Phần đọc thêm. * Xét tải một chiều Đặc điểm: Điện trở một chiều (điện trở thuần cuộn sơ cấp máy biến áp) khá nhỏ, cho nên dòng Ico lớn, phải giảm dòng Ico bằng cách giảm Ec hoặc đưa vào cực Em một điện trở RE rất nhỏ (vài chục ). Giảm Ec và coi RE = 0, không xác định RtảI Vì vậy đường tải 1 chiều gần như dựng đứng IP ICO Ztải Utải R 1 W 1 C T W2 R2 RE Xét tải xoay chiều: Gọi R1 là điện trở thuần của cuộn sơ cấp máy biến áp, R2 là cuộn thứ cấp máy biến áp, Rt là điện trở tải của cuộn thứ máy biến áp, ta có: n = W 1/W2 (hệ số máy biến áp) 2 2 Rtải  n (R2 + Rt) + R1 là điện trở xoay chiều của mạch Côlectơ. Vì R 1 và R2 nhỏ nên coi Rt n . Rt gọi là đường tải xoay chiều. Xác định công suất: Ký hiệu công suất lấy ra trên Côlectơ: Pr công suất trên mạch sơ cấp máy biến áp; Pt cong suất đưa ra tải Rt Pr = Pt/ba  ba là hiệu suất máy biến áp (0,6 – 0,7) Điều kiện tính toán cho mạch là yêu cầu công suất trên tải là Pt, điện trở phụ là Rt. IC A VCE 36 Ec UCma UCO x
Pr = Pt/ba hay Pr = Ucmax.Icmax/2. Diện tích tam giác Ucmax, Pcmax gọi là tam giác công suất. U 2c max U 2c max U 2c max U 2cm· Pra = = n = n = 2Rt 2n 2 Rt 2Rt Pr 2Rt.Pr/ba 11. Mạch khuếch đại đẩy kéo *Khuếch đại công suất mắc kiểu đẩy kéo có máy biến áp vào ra. -EC W12 T1 Ic 1 R 1 W21 RT Uvào W11 W22 ải R2 T2 Ic2 BA 1 BA 2 BA1: Máy biến áp vào là máy biến áp của khuyếch đại đảo pha: W2/W11 = W1/W12. Biến áp làm nhiệm vụ tạo ra 2 điện áp xoay chiều tỉ lệ với tín hiệu và ngược pha nhau, đặt lên Bazơ của T1, T2 BA2: Máy biến áp ra làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng với tải. W21/W2 = W22/W2. - Nếu thiết kế tầng công suất đẩy kéo làm việc ở chế độ B thì cắt bỏ R 1, R2 đóng vai trò phân điểm trung tính cho thứ cấp máy biến áp. - Nếu thiết kế tầng công suất đẩy kéo làm việc ở chế độ AB thì đưa R1 vào. - Xét mạch khuyếch đại công suất đẩy kéo có máy biến áp làm việc ở chế độ B, khi chưa có tín hiệu vào thì IBO của T1, T2 đều = 0, nếu không tính Ico ngược thì ic1, ic2 = 0, như vậy trên tải không có điện áp vào, điện áp trên Côlectơ của T1, T2 đều Ec Khi có tín hiệu vào: Giả sử ta xét 1/2 chu kỳ dương của điện áp Uv, khi điện áp đặt vào T 1 dương, T1 tiếp tục khoá, điện áp đặt vào Bazơ của T 2 âm thì T2 mở, ta có ic2 chảy khép kín từ +Ec T2 W22 -Ec, trên W22 có điện áp ngược pha với điện áp vào. Nửa âm của điện áp vào: T1 mở, T2 khoá làm xuất hiện ic1 đi từ + nguồn về âm nguồn. Cả 2 đèn T1 và T2 thay nhau dẫn theo các nửa chu kỳ của điện áp vào do vậy trên tải nhận được cả 2 nửa chu kỳ âm và dương. Việc chọn các T1 và T2 trong mạch phải lưu ý đến điện áp đặt lên Côlectơ khi nó không dẫn: ta có Ec + Ucmax. 37
*Khuếch đại công suất mắc kiểu đẩy kéo không có máy biến áp vào ra. - Sơ đồ khuếch đại công suất mắc kiểu đẩy kéo, nguồn cung cấp 2 nửa, Tranzito cùng loại. . -EC T 1 U V R iC1 1 1 R 2 +EC 1 R4 U V Rt - 2 EC 2 R3 T2 - Tranzito cùng loại +EC 1 +EC1 R1 R3 T1 UV Rt -EC1 Rt +EC2 T2 R4 -EC2 - Sơ đồ phối hợp tải với điện dung: Tranzito cùng loại. Trong sơ đồ tụ có điện dung lớn từ 220 F đến 1.700 F, có tác dụng ngăn dòng một chiều khi quá tải. -EC R2 PNP R1 T1 - + Uv 1 Uv2 T2 Rt R3 R4 +EC Bài 5: Các mạch ứng dụng dùng bJt 1. Mạch dao động. 1.1. Dao động đa hài. a) Mạch đa hài tự dao động và bộ phát điện áp răng cưa(Hình vẽ 5.1) 38
Đa hài tự dao động khi R1 = R2, C1 = C2. Các xung sẽ có thời gian tòn và thời gian ngừng bằng nhau. Theo sơ đồ gồm 4 khâu. - Khâu dao động đa hài dùng T1, T2, C1, C2, R1, R2, RC1, RC2. - Khâu tạo điện áp răng cưa có R0, T0, C0, R3, Dz. - Khâu tạo điện áp điều khiển R4, Pc. - Khâu so sánh dùng 1 khuyếch đại thuật toán OA. Gia thiết lúc đầu C1 được nạp điện (cực +): Uc1 = E. Khi T1 mở: C1 phóng điện theo mạch C1 – T1 – nguồn E – R1 – C1 và C2 được nạp (E – Rc2 – B1 – E1 – E) E=15vôn + R RC 1 R 2 2 R 4 RC1 R3 R0 + + C1 C2 +OA B1 U D T1 r B2 T 2 Đz Co Pc Hình 5.1: Dao động đa hài + bộ phát điện áp răng cưa Do T1 mở, C1 phóng điện UB2 0 nên T2 bị khoá, nó chỉ bắt đầu mở (T1 bắt đầu khoá) khi UB2 = 0. Chu kỳ T = 0,693R1C1. 1 Điện áp răng cưa: Tụ C0 được nạp bằng dòng điện một chiều Ur = t tăng tuyến theo thời gian. C0 Khi T1 mở, C0 phóng điện qua D và T1, sau đó C0 lại bắt đầu nạp điện cho chu kỳ mới, tần số của điện áp răng cưa U1 quyết định bởi tần số của khâu dao động đa hài Khâu điều khiển và so sánh: Nếu điều chỉnh chiết áp Pc sẽ thay đổi được điện áp điều khiển Uc và do đó điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra. ở đầu ra của IC so sánh có một chuỗi xung dạng chữ nhật. b) Mạch đa hài một trạng thái tự cân bằng dùng IC555. Vi mạch định thời 555 còn được sử dụng làm mạch daođộng tạo xung, mạch đa +5vôn hài một trạng thái cân bằng vv Khi tác động một xung (âm) đơn ngắn ở đầu vào thì R IC sẽ cho một xung (dương) 4 đơn dài hạn ở đầu ra. Thời 8 gian kéo dài xung T còn gọi là 7 39 6 IC555 In out 2 C 5 1 C1 Hình 5.2: Đa hài một trạng thái cân bằng
độ rộng xung: T = 0,7 RC. Khi có xung ở đầu ra 0 1 thì thời gian kéo dài xung phụ thuộc RC, trong thời gian này nếu lại tác động thêm xung vào nữa thì cũngkhông ảnh hưởng đến xung ra. Bề rộng xung đầu vào phảI chọn nhỏ hơn bề rộng xung ra Vcc+5vôn 8 5 R R1 6 DA1 R2 Thế ngưỡng R 2 DA2 C 0 1 R1 R S Phóng điện Q Q T Dischage 7 t 3 Out put ra 4 1 Reset(xoá GND(đất ) ) Vcc Nạ Phóng p 40 t R S Q R2C (R1+R2)C
Sơ đồ chân: Sơ đồ cấu trúc trong IC + nối mạch ngoài C) Mạch đa hài tự dao động: (Dùng vi mạch định thời 555 Time IC) Đây là mạch tổ hợp cả 2 vi mạch tuyến tính (Analog) và vi mạch số (Digital) Nó có 8 chân: hai vi mạch OA1, OA2 thực hiện chức năng so sánh – Trigơ RS – 1 tranzito, 3 điện trở và cửa đảo ở đầu ra. Sơ đồ chân như hình vẽ: Điốt – (GND) 1 8 (+Vcc) – Nguồn ươ d ng Kích thích – (Trigger) 2 7 (D,Discharge) – Phóng điện IC555 Ra – (Out put) 3 6 (Th,Threshod) – Thế năng Vào – (Reset) 4 5 (Cv,Control) – Kiểm tra áp Biểu đồ hoạt động của IC Coi mạch hoạt động ổn định, khi Vc tụ đạt 2 Vcc/3 (vượt 1 ít) S = 1, R = 0, Q = 1 Tranzito thông, Tụ C phóng qua R2 xuống đất, xung đầu ra từ “1” “0” nhờ cửa đảo, Khi Vc giảm đến Vcc/3 (dưới 1 ít) thì: R = 1, S = 0, , Q = 0 Tranzito khoá, tụ C tích điện trở lại từ Vcc qua R 1, R2. Xung đầu ra từ Vcc 2 mức “0” “1” nhờ cửa đảo, quá trình lặp lại Vc Vcc 3 3 Thời gian tích điện: TTđ = 0,685 (R1 + R2)C Thời gian phóng điện: Tpđ = 0,685 R2C Chu kỳ xung: T = 0,685 ((R1 + 2R2)C Tần số dao động: f = 1,46/((R1 + 2R2)C Trị số linh kiện: 1K (R2,R1) 3 M 500pF C Hàng nghìn F 1.2. Dao động dịch pha (đổi pha) 41
Một ví dụ về dao động đổi pha dùng phương pháp hồi tiếp cơ bản là mạch dao động đổi pha, một mạch dao động đổi pha lý tưởng như hình vẽ 5.3. Để tồn tại dao động thì yêu cầu K = 1, và sự thay đổi về pha của phần hồi tiếp là 180 o (cung cấp hồi tiếp dương). Trong điều kiện lý tưởng xét nguồn cấp cho mắt hồi tiếp là một nguồn lý tưởng (điện trở trong bằng 0) và đầu ra của mắt hồi tiếp được nối với một tải lý tưởng (tải có trở kháng vô cùng lớn). Khi điều kiện lý tưởng như trên được thực hiện ta xem xét và tính toán mạch đổi pha như sau. Tần số mà tại đó pha thay K đổi đúng 1800 là: 1 f C1 C2 C3 2 RC 6 1  R 29 3 R1 R2 Lúc này sự thay đổi pha là 1800. Để cho hệ số khuyếch đại vòng .K lớn hơn 1, thì hệ số khuyếch Hình 5.3: Bộ dao động đổi đại của tầng khuyếch đại phải lớn hơn 1/ hoặc 29pha (K 29). Khi xem xét các hoạt động của mắt hồi tiếp, một điều cần chú ý là giá trị R và C: mỗi mắt dao đọng R và C sẽ dịch pha là 600. 1.2.1. Mạch dao động đổi pha dùng FET. Hình vẽ 5.4 cho ta thấy một mạch dao động đổi pha dùng FET ta sử dụng thông số g m và rd. ở tầng khuyếch đại dùng FET, hệ số khuyếch đại được tính toán là: K= g m.RL. VCC VDD R D 1 1 RC f . R1 2 RC 6 4 RC / R 1 f 2 6RC R5 C3 R2 RE CE C C C C C C r, R R R R R a) b) Hình 5.4: Mạch tạo dao động đổi pha trong thực tế a) Dùng FET; b) Dùng BjT ở đây RL được tính như sau: RDrd RL RD rd Trong đó RL là điện trở song song của RD và rd Giả sử trở kháng vào của tầng khuyếch đại dùng FET là vô cùng lớn, nếu thừa nhận điều này tức là tần số hoạt động đủ thấp do quá trình phải tính đến dung kháng của FET. Điện trở ra của tầng 42
khuyếch đại RL nên nhỏ hơn so với trở kháng vào của mắt nối tiếp, do đó xuất hiện sự suy giảm tải. Trong thực tế những vấn đề trên không đáng chú ý nhiều lắm, hệ số khuyếch đại của tầng khuyếch đại lựa chọn lớn hơn chỉ số cho phép là 29 để đảm bảo điều kiện dao động. Ví dụ: Hãy thiết kế một bộ dao động đổi pha như hình vẽ sử dụng FET có g m = 5.000s, rd =40k, trở kháng của mạch hồi tiếp là R = 10k. Chọn giá trị C sao cho bộ tạo dao động tại tần số 1 kHz và RD hoặc k 29 để đảm bảo điều kiện dao động. Giải: Tính toán giá trị tụ từ phương trình: 1 1 1 f C 6,5 nF 2 RC 6 2 Rf 6 6,28 10.103 1.103 2.45 Tính RL: Giả sử K = 40 (điều này chấp nhận được với tải nằm giữa khoảng R L và trở kháng vào của A 40 mắt hồi tiếp) A gm.RL RL 6 8K gm 5.000.10 Dùng công thức trên ta tính được RD = 10K 1.2.2. Bộ tạo dao động đổi pha dùng Transistor. Nếu transistor được sử dụng như một phần tử tích cực của tầng khuyếch đại, đầu ra của mắt hồi tiếp là một tải khá lớn do trở kháng vào(h ie) của transistor khá thấp, ở đây sử dụng tầng khuyếch đại Emitter chung. Nếu tầng khuyếch đại transistor đơn và lý tưởng thì sử dụng điện áp hồi tiếp là thích hợp như hình vẽ Bằng việc kết nối này tín hiệu hồi tiếp được ghép thông qua điện trở hồi tiếp r , mắc nối tiếp với điện trở vào của tàng khuyếch đại (RV). 1 1 Cuối cùng ta có tần số dao động là: f . 2 RC RC 6 4 R Để tồn tại dao động thì hệ số khuyếch đại dòng tìm được: R RC hfe  23 29. Rf RC R 1.2.3. Mạch dao động đổi pha dùng IC. +VCC Ngày nay mạch điện RV C C C dùng IC đã trở nên khá phổ biến, nó rất thích hợp để điều khiển mạch tạo dao động. Chỉ cần một bộ khuyếch đại -VCC R R R Op-amp ta đã có hệ số khuyếch đại ổn định kết hợp với một Vài phương pháp hồi tiếp ta sẽ có một mạch dao động như Hình 5.5: Mạch tạo dao động đổi pha dùng IC hình vẽ 5.5, đó là một mạch dao động đổi pha dùng IC, mạch này dùng 3 tầng hồi tiếp RC để sự chuyển pha cần thiết là 180 0 (với chỉ số suy giảm là 1/29) thì hệ số khuyếch đại của Op-amp (được đặt bởi điện trở R i và Rf) phải lớn hơn 29, lúc này mạch tạo ra được 1 tần số dao động theo công thức: f 2 RC 6 1.3. Dao động thạch anh. Khi yêu cầu mạch tạo dao động có tần số ổn định cao mà dùng các biện pháp bình thường như ổn định nguồn cung cấp, ổn định tải vv, vẫn không đảm bảo được độ ổn định tần số thì phải dùng thạch anh để ổn định tần số, vì thạch anh có tính chất rất đáng quý là độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của t0, độ ẩm và các tác dụng hoá học. Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa làdưới tác dụng của điện trường thì sinh ra dao động cơ học và ngược lại A khi có dao động cơ học thì sinh ra điện 43 A R CM L B C B Hình 5. 6: Sơ đồ quy ước và sơ đồ tương đương của thạch anh
tích, do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng. Tính chất dao động của thạch anh được biểu diễn như sơ đồ tương đương (hình 5.6) Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì R, L, C nhỏ nghĩa là tần số cộng hưởng riêng càng cao Để thay đổi tần số cộng hưởng riêng của thạch anh người ta mắc nối nó với một tụ xoay như hình vẽ 5.7 Sau đây là một số bộ tạo dao động dùng thạch anh. Hình 5.7: Một biện pháp để thay đổi tần số cộng hưởng riêng của thạch anh 1.3.1. Mạch công hưởng nối tiếp Để kích thích phần tử thạch anh hoạt động trong mạch cộng hưởng nối tiếp người ta nối tiếp phần tử này với phần tử hồi tiếp. Tại tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh trở kháng của nó là nhỏ nhất và hồi tiếp dương là lớn nhất. Mạch điện như hình vẽ 5.8. Điện trở R 1, R2 là cầu phân áp cho cực B của transistor. Cuộn RFC cấp điện một chiều, ngăn không cho tín hiệu xoay chiều trên đường công suất ảnh hưởng tới tín hiệu ra. Hồi tiếp dương từ cực Collector về cực base là lớn nhất khi trở kháng của thạch anh là nhỏ nhất (khi cộng hưởng nối tiếp), trở kháng tụ C c tại tần số dao động là không đáng kể nhưng nó ngăn dòng một chiều đi từ cực collector đến cực base. Kết quả là tần số cộng hưởng của mạch dao động đã được xác định bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh. Thay đổi điện áp cung cấp, thông số của Transistor thay đổi xong không ảnh hưởng đến tần số dao động, tần số dao động đã được giữ ổn định nhờ phần tử thạch anh. UC C RFC XTA C XTA C RFC L L R +C out +C out 1 R R 2 + G R C E E Hình 5.8 : Bộ tạo dao động thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp nối tiếp a) sử dụng BJT; b)Sử dụng FET 44
1.3.2. Mạch cộng hưởng song song. L RFC C R1 out out + C1 =1 R R G R 2 + S RE XTAL + + C CB 2 RFC CS =1 =1 Hình 5.9: Bộ tạo dao động thạch anh điều Hình 5.10: Mạch dao động Miller khiển bằng hồi tiếp nối tiếp song song điều khiển bằng bằng thạch anh Khi thạch anh cộng hưởng song song thì trở kháng của mạch đạt giá trị lớn nhất, nó được kết nối như hình vẽ 5.9.Tại tần số hoạt động của mạch cộng hưởng song song, phần tử thạch anh được coi như một phần tử điện kháng lớn nhất. Hình vẽ 5.9, được mắc gần giống như mạch Colpitts. Điện áp phân cực một chiều lớn nhất được tăng lên khi đi qua phần tử thạch anh tại tần số cộng hưởng song song của nó. Điện áp được ghép tới emiter bằng điện áp ở bộ chia điện dung C1 và C2 Bộ tạo dao động miller dùng phần tử thạch anh như hình vẽ 5.10. Khung cộng hưởng LC được điều chỉnh gần tần số cộng hưởng song song của thạch anh. 1.3.3. Bộ tạo dao động thạch anh dùng IC. Bộ tạo dao động thạch anh dùng IC như hình vẽ 5.11 phần tử R = 100K thạch anh được mắc nối tiếp trên f đường hồi tiếp. Ri=1K +VCC Mạch này có hệ số khuyếch OUT đại lớn và có sóng ra hình vuông nhờ sử dụng một cặp điode zener để biên -VEE độ điện áp luôn bằng điện áp của điode (VZ) 100 XTAL Hình 5.11 : Mạch dao động thạch anh dùng IC 45