Giáo trình Điện tử ứng dụng - Nguyễn Hoàng Mai

261 trang huongle 4131

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử ứng dụng - Nguyễn Hoàng Mai", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dien_tu_ung_dung_nguyen_hoang_mai.pdf

Nội dung text: Giáo trình Điện tử ứng dụng - Nguyễn Hoàng Mai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA BÀI GIẢNG Điện tửứng dụng TrongTrong kkĩĩ thuthuậậtt đđiiềềuu khikhiểểnn côngcông nghinghiệệpp vvàà ttựự đđộộngng hhóóaa GVC.GVC. Th.s.Th.s. NguyNguyễễnn HoHoààngng MaiMai Tel:Tel: 09888415680988841568
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn $1: Khái niệm chất bán dẫn Vùng dẫn Ed ∆Ed ∆Ed Mức Mứcchặt tự do Eo (hóa trị) Vùng hoá trị •Mứcchặt còn gọilàmứchoátrị: năng lượng Eo •Mứctự do còn gọilàmứcdẫn: năng lượng Ed •Năng lượng kích thích tốithiểu: ∆Ed=Ed – Eo
Khái niệmchấtbándẫn Vùng dẫn Vùng dẫn Vùng dẫn ∆E lớn ∆E nhỏ E E E ∆E<0 Vùng hoá trị Vùng hoá trị Vùng hoá trị Cách điện Bán dẫn điện Dẫn điện • Độ tinh khiếtcủachấtbándẫnrất cao 1e+2 -:- 1e+4 nguyên tử trong một centimet khốiSihoặc Ge (lưu ý là có khoảng 1023 nguyên tử Si/centimet Vùng khối chung
• Đối với các điện tử lớp bên trong, nhiễu loạn do các nguyên tử láng giềng gây ra yếu nên chúng liên kết mạnh với hạt nhân •Các điện tử lớp ngoài chịu ảnh hưởng lớn của các điện tử láng giềng nên sự tách mức năng lượng xảy ra trên một vùng rộng, gây nên hiện tượng chồng phủ các mức năng lượng lên nhau. •Với Si, lớp ngoài cùng được tạo thành bởi 2 điện tử p và 2 điện tử s. Khi tinh thể được tạo thành thì các vùng do các mức 3p và 3s tách ra chồng phủ lên nhau, hai điện tử 3s và hai điện tử 3p tạo nên một vùng đầy gọi là vùng hóa trị, bốn vị trí còn lại trên mức 3p nhóm thành một vùng chưa biết gọi là vùng dẫn.
Liên kếtmạng Si •Liênkếtcộng hoá trịđượcsử dụng trong mạng. •Nếucókíchthíchnăng lượng sẽ tạoramột ion dương và một điệntử tự do •Số lượng điện tích rất ít nên không ứng dụng được
Điện tử phân bố theo thống kê Fermi-Dirac với xác suất chiếm mức năng lượng: 1 f (E) =  E − E  1+ exp F   KT  Trong đó: K = 8,63.10-5eV/K là hằng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối EF là mức năng lượng Fermi được xác định từ biểu thức: ∞ n = 2N(E) f (E)d(E) ∫0 n là nồng độ điện tử,
Bán dẫnphatạpchấthoátrị 3 - loạip (plus) •Phatạpchấthoátrị 3 (Al, B) để tăng khả năng thu hút điệntử, ta có loạidẫn điệnbằng lỗ trống.
Bán dẫnphatạpchấthoátrị 5 - loại n (negative) •Phatạpchấthoátrị 5 (P) sẽ tạo1 điệntử dư khi liên kếtcộng hoá trị nên điệntử này sẽ dễ tự do và chuyển động trong điệntrường tạonên dòng điệntử, loạin đượcgọilàbándẫndẫn điệnbằng điệntử.
$2. Tiếpgiápp-nvàđặc tính V-A E0 E0 x U0 x •Phânbố hạtdẫn, điệntrường nộitạivàđiệnthế tiếp xúc trong hai miền bán dẫnp-n
Tiếpgiápp-nphâncựcngược E0 En Vùng nghèo Un • Khi phân cựcngược, miền cách điện đượcmở rộng ra do điệntrường ngoài cùng chiềuE0, có tác dụng kéo các hạtdẫnvề hai phía củalớp bán dẫn, miềngiữachỉ còn các nguyên tử trung hoà trơ, điệntrở cách điện được coi như vô cùng •Thựctế do kích thích củanhiệt độ, nên mộtsố nguyên tử sẽ tạo thành cặp ion p và điệntử, sẽ gây một dòng rò nhiệtchảyngượccỡ vài chục nA(nanoAmpe= 10-9A)
Tiếpgiápp-nphâncựcthuận E 0 En Un • Khi phân cựcthuận, các hạtdẫnsẽ chuyển động qua lạihailớpvàhoà trộn vào nhau, miền phân cách chứa đầy các hạtdẫndo đómất tính cách điện. • Điệntrở củatiếp giáp p-n lúc này coi như bằng 0, dòng điệnchảy qua hoàn toàn. • Như vậy, tiếpgiápp-nchỉ chodòngchảyqua mộtchiều nhất định.
ĐặctínhV-A củatiếpgiápp-n I 1 I Ut 0 U 2 U0 3 • Vùng 1: vùng phân cựcthuận • Vùng 2: vùng phân cựcngược • Vùng 3: vùng đánh thủng, các nguyên tử bán dẫnbị ion hoá toàn bộ khi điệntrường đủ lớn, gây ra hiệu ứng ion hoá dây chuyền do va chạm
DIODE E0 Anode A Cathode K •Làmộttiếpgiápp-n •Tuỳ theo công dụng mà mật độ hạtdẫn trong khốibándẫn khác nhau •Mộtsố loại diode thông dụng: chỉnh lưu, tách sóng, zener, tunel, varicap, schotky, gun đặc tính các lạo diode này đượcmôtả chi tiết trong các tài liệukĩ thuật
•DIODE • Diode là một tiếp xúc p-n. •Cónhiều loại diode với nồng độ hạt dẫn khác nhau để tạo nên những đặc tính khác nhau. • Diode chỉnh lưu: nồng độ từ 1e+7 đến 1e+10, chịu được tần số thấp • Diode zener dùng để ổn áp, nồng độ 1e+134 đến 1e+19 (xem internet) • Diode tách sóng: là tiếp xúc kim loại – bán dẫn, dạng chỉnh lưu, chịu được tần số cao và dòng điện bé. (xem internet)
•DIODE • Diode đường hầm (tunnel), nồng độ cao hơn 1e+19. trong cả hai lớp, gọi là bán dẫn suy biến. Nên vùng chuyển tiếp có khoảng cách nhỏ (10A0). Nên diode loại này có vùng điện trở vi phân âm. (xem internet) • Diode Gunn GaAs: khi tác động vào mẩu tinh thể một điện trường mạnh thì trong tinh thể xuất hiện các dao động siêu cao tần, gọi là hiệu ứng Gunn. (xem internet) • Diode PIN: cấu tạo từ 3 lớp bán dẫn, trong đóhai lớp p+ và n+ pha tạp mạnh, kẹp giữa một miếng tinh thể I có độ dày lớn hơn. Loại này dùng chế tạo những bộ chỉnh lưu công suất lớn và tần số thấp. (xem internet)
Các loại diode thông dụng • Diode Varicap(Variable Capacator) biến dung, thường dùng trong kĩ thuậtdaođộng để ổn định hay điềuchỉnh tần số. (xem internet) • Diode Schotky: thường dùng trong kĩ thuật xung sốđểtạo xung dao động. (xem internet)
•Trong vùng chuyển tiếp phân cực ngược, xuất hiện một điện trường mạnh •Các điện tử liên kết có thể chuyển sang dạng tự do •Các điện tử có năng lượng E ở phía P có thể chuyển sang vùng dẫn bằng cách chui hàng rào thế (hiệu ứng tunnel) •Hiệu ứng tunnel xảy ra khi mật độ tạp chất cao, vùng chuyển tiếp hẹp (<500 A0) •Khi đóxuất hiện sự đánh thủng với điện thế dưới 5v hoặc 6v (E≈108V/m)
Đặc điểm diode tunnel •Nồng độ tạp chất rất cao (> 1e+19/cm3) nên xuất hiện các lớp bán dẫn suy biến • Có vùng điện trở vi phân âm, giản đồ năng lượng vùng chuyển tiếp bị biến điệu mạnh • Khi phân cực còn nhỏ, giản đồ năng lượng hơi giảm xuống phía P, nên có dòng điẹn tử lớn xuyên qua vùng cấm bằng hiệu ứng tunnel nên dòng thuận tăng • Phân cực thuận tiếp tục tăng cao: giản đồ năng lượng tiếp tục hạ thấp, hiệu ứng tunnel bị giảm xuống •Thế phân cực thuận tiếp tục tăng cao: chiều cao hàng rào thế giảm đến mức cho phép điện tử từ miền P+ phun sang N+ và lỗ trống từ N+ phun sang P+ nên dòng điện lại tăng.
•Khi tác động một điện trường mạnh vào tinh thể bán dẫn thì trong tinh thể xuất hiện dao động siêu cao tần, gọi là hiệu ứng Gunn. •Các diode Gunn được lắp trong các hốc cộng hưởng để tạo ra sóng siêu cao tần, dùng chế tạo những radar công nghiệp.
Tiếp xúc kim loại –bán dẫn •Khi KL tiếp xúc với bán dẫn thì ở bề mặt tiếp xúc xuất hiện hàng rào thế, cấu trúc các vùng năng lượng phụ thuộc công thóat điện tử của KL và bán dẫn. •Nếu bán dẫn loại N thì ở bán dẫn sẽ xuất hiện một vùng điện tích không gian dương, còn trong KL tích tụ một lớp mỏng điện tửởgần bề mặt tiếp xúc. •Nếu bán dẫn là loại P thì điện tích trong các vùng không gian sẽ ngược dấu với loại N. •Dựa theo nguyên lí đo người ta chế tạo diode Schottky, nó dùng chỉnh lưu cao tần.(xem internet)
$3. Tranzitor lưỡng cực BJT-Bipolar Junction Tranzitor p n p n p n E BCE BC C C B B E E •Cấutạo: là tiếp giáp p-n-p(thuận) hay n-p-n(ngược) • E: Emitter: cực phát, có bề dày trung bình và mật độ hạtdẫnlớnnhất • B: Base: cựcgốc, có bề dày mỏng nhấtvàmột độ hạtdẫnnhỏ nhất • C: Collector: cực góp, có bề dày lớnnhấtvàmật độ hạtdẫn trung bình •BJT đượcchế tạobằng phương pháp ăn mòn hoặc khuếch tán, epetaxi
1. Nguyên lí hoạt động củaBJT Vùng nghèo p n p Ic = βIb Ece Ie Ube << U ce Ic Ebe Ube Ib Uce •TiếpgiápB-E phảiphâncựcthuận, tiếpgiápB-C phảiphâncựcngược •BJT hoạt động trên nguyên lí khuếch tán hạtdẫn(quan trọng-phảihiểu)
2. ĐặctínhV-A củaBJT Ic Ib Uce0 A Ib2 Ib2 M Ib Ic I I b0 Ic0 Q b0 N Ib1 Ib1 U B be0 Uce0 U o U o Vc ce be Uce e(t) Ube • ĐặctínhvàoIb = f(Ube) : lấy khi giữ Uce không đổi • ĐặctínhraIc = f(Uce); lấy khi giữ Ib không đổi.
Sơđồlấy đặctínhra-sẽ thí nghiệm U A BR3 1 BR2 mA V1 BR1 V
3. Các sơđồmắcBJT SơđồE-C (E chung) •Sơđồmắc E-C (emitter common) •SơđồB-C (base common) •SơđồC-C (collector common)
SơđồC-C (C chung) •Tínhiệurabị phảnhồiâmmạnh nên trở kháng vào lớnvàtrở kháng ra nhỏ
SơđồB-C (B chung) •Mạch này không có tính khuếch đạimàchỉ làm tầng đệm để phốihợp trở kháng
Phân cựcchoBJT •Làtạomột điệnápban đầuchocựcB củaBJT để vượt qua ngưỡng U0 ban đầu (Si là 0,6 vôn và Ge là 0,2 vôn) •Phâncựcbằng điệnáp •Phâncựcbằng dòng điện •Phâncựcbằng phảnhồi • ĐiệnáptạichânB (mạch E-C) sau khi đã phân cựcsẽ là: •Ub = Ube0 + e(t) •với e(t) là nguồntínhiệucần khuếch đại. Muốn khuếch đại đượcthì Ube0 phảilớnhơnhoặcbằng biên độ e(t)+U0+.
Phân cựcbằng điệnáp •Chọn dòng Ib0 (kí hiệu0 chỉđạilương V phân cực) I c c •Chọn dòng I2 = (5 -:- 10)Ib0 (qui ước I1 lấyI2=10Ib0). Dòng phân cực càng lớn càng tốtnhưng sẽ gây tổn hao công Ib0 suấtnhiều. •ChọnU (0,6 vôn vớiSivà0,2 vôn Uc0 be0 với Ge) hay U I2 Ub0 b0 U b0 Vc −U b0 R2 = ; R1 = I2 I2 + Ib0 Vc −U c0 Vc −U c0 Rc = = Ic0 βIb0
Phân cựcbằng dòng điện Vc Vc −Ub0 Rb = Ib0 •ChọntrướcUbe0, Ib0
Phân cựcbằng phảnhồi I0 = Ic0 + Ib0 = (β +1)Ib0 I0 U c0 = Vc − I0 Rc U c0 −Ube0 Rb = Ib0 Uc0 Ube0 Vc −U c0 Rc = I0 •ChọntrướcIb0, Ube0 •ChọntrướcUc0
$4. Transitor trường FET (Field Effect Transitor) •JFET – Junction Field Effect Transitor •MOSFET – Metal Oxide Semiconductor FET •IGBT – Insulate Gate Bipolar Transitor
Lớp n Lớp p (kênh dẫn) Vùng phân cực ngược
•Cực cửa G: Gate •Cực nguồn S: Source •Cực máng D: Drain •Dòng điện theo qui ước chảy từ cực máng đến cực nguồn trong kênh n và ngược lại trong kênh p. Nguyên lý: Khi thay đổi điện áp UGS, sẽ làm thay đổi độ rộng vùng phân cực ngược, nên độ rộng kênh dẫn cũng thay đổi, từ đó sẽ khống chế (điều khiển) được dòng ID. •Đặc trưng cơ bản là FET được điều khiển bằng điện áp nên dòng vào rất nhỏ, công suất đầu vào sẽ rất nhỏ, thích hợp với những tín hiệu vào bé. •Tổng trở vào của FET có thể đến 1e+9 Ohm, MOSFET đến 1e+14 Ohm.
MOSFET – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transitor
MOSFET – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transitor
G VIII. GIÅÏI THIÃÛU IGBT: E (Insulated gate bipolar tranzitor): Laì loaûi Tranzitor læåîng cæûc coï cæûc - N+ N- - âiãöu khiãøn caïch ly. Noï kãút håüp hai æu P âiãøm cuía Tranzitor bipolar vaì MOSFET laì chëu âæåüc doìng låïn vaì N- âiãöu khiãøn bàòng âiãûn aïp nhæ N+ MOSFET. + + + + P+ + + + + C I C C G E UCE
Trãn hçnh veî thãø hiãûn loaûi IGBT kãnh N, táút caí nhæîng mä taí åí âáy, âæåüc thãø hiãûn cho kãnh N nhæng loaûi IGBT kãnh P cuîng âæåüc phán têch theo nguyãn lyï tæång tæû. Cáúu taûo cuía IGBT ráút giäúng våïi Transitor MOSFET khuãúch taïn, noï coï âàûc âiãøm laì coï vuìng khuãúch taïn keïm, mäüt trong vuìng P vaì mäüt trong vuìng N. Tiãúp giaïp phán cæûc ngæåüc coï thãø âæåüc taûo ra dæåïi cæûc cæía bàòng caïch âæa âiãûn aïp tæång æïng vaìo cæûc cæía giäúng nhæ âäúi våïi MOSFET. Sæû khaïc nhau chênh laì viãûc duìng mäüt låïp baïn dáùn P+ cho cæûc maïng kãút quaí cuía sæû thay âäøi naìy laì kiãøu transitor læåîng cæûc tæïc laì viãûc phun caïc läù tæì vuìng baïn dáùn P vaìo vuìng baïn dáùn N.
b. Hoaût âäüng chung: IGBT thæåìng âæåüc âiãöu khiãøn åí traûng thaïi ON/OFF giäúng nhæ MOSFET bàòng caïch âàût âiãûn aïp lãn cæûc cæía VG (do vuìng tuyãún tênh nhoí nãn duìng kiãøu ON/OFF). Nãúu âiãûn aïp âæa vaìo cæûc cæía so våïi Emitå nhoí hån âiãûn aïp ngæåîng Vth thç khäng taûo ra âæåüc vuìng tiãúp giaïp ngæåüc nhæ MOSFET. Cho nãn thiãút bë åí traûng thaïi OFF trong træåìng håüp naìy mäüt âiãûn aïp phán cæûc thuáûn seî âàût lãn tiãúp giuïp ngæåüc J2, luïc naìy chè doìng âiãûn roì chaíy qua tiãúp giaïp coï trë säú ráút nhoí.
Âiãûn aïp âaïnh thuíng theo chiãöu thuáûn bàòng âiãûn aïp âaïnh thuíng cuía tiãúp giaïp naìy, âáy laì mäüt tham säú ráút quan troüng. Båíi vç trong trong thæûc tãú caïc thiãút bë cäng suáút naìy sæí duûng âiãûn aïp vaì doìng âiãûn khaï cao, âiãûn aïp âaïnh thuíng cuía tiãúp giaïp mäüt màût noï phuû thuäüc vaìo låïp baïn dáùn coï näöng âäü taûp cháút nhoí (N-) goüi laì låïp N-. Âáy laì nguyãn nhán laìm cho låïp taûp cháút näöng âäü tháúp måí räüng ra vaì do váûy trong vuìng ngheìo diãûn têch naìy seî coï âiãûn træåìng cæûc âaûi.
Trong vuìng naìy máût âäü taûp cháút cuía låïp N- phaíi êt hån nhiãöu so våïi låïp P kãú cáûn, cáúu taûo nhæ váûy noï cho pheïp thiãút bë coï thãø chëu âæåüc âiãûn aïp âaïnh thuíng lãn 600V. Låïp âãûm N+ coï taïc duûng taûo sæû khuãúch taïn dãù daìng qua tiãúp giaïp J2 cho caïc haût dáùn âãún colector P cuía Transitor læåîng cæûc. Taûp cháút cuía låïp naìy seî suy giaím ráút maûnh hçnh thaình nãn âiãûn dung tiãúp giaïp. Âiãûn dung naìy phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp âaïnh thuíng cuía tiãúp giaïp J3 laì tiãúp giaïp phán cæûc ngæåüc khi chëu âiãûn aïp ngæåüc, taïc duûng cuía vuìng âãûm naìy laì âãø laìm moíng båït vuìng N . Do âoï laìm cho IGBT khoïa (måí) dãù daìng hån.
Traûng thaïi laìm viãûc ON: Khi ta âàût lãn mäüt âiãûn aïp VG låïn hån âiãûn aïp ngæåîng VTH noï seî laìm cho vuìng phán cæûc ngæåüc åí dæåïi cæûc cæía, hçnh thaình lãn mäüt kãnh liãn kãút giæîa nguäön tåïi vuìng N ( laì tiãúp giaïp J2), caïc âiãûn tæí seî âæåüc chaíy vaìo tæì nguäön vaìo vuìng naìy ngay thåìi âiãøm tiãúp xuïc J3 âæåüc phán cæûc thuáûn. Caïc läù träúng âæåüc chaíy vaìo vuìng ngheìo âiãûn têch N- ( J2).
Sæû chaíy vaìo caïc haût dáùn naìy laìm thay âäøi âäü låïn cuía vuìng ngheìo âiãûn têch, trong âoï caí máût âäü âiãûn tæí vaì läù träúng seî låïn hån máût âäü ban âáöu trong låïp N- , âiãöu naìy seî laìm cho IGBT chuyãøn sang traûng thaïi ON, båíi vç âiãûn tråí cuía vuìng N- giaím xuäúng ráút nhanh, mäüt säú läù träúng chaíy vaìo seî âæåüc kãút håüp våïi âiãûn tæí trong vuìng N - tråí thaình nhæîng pháön tæí trung hoìa tæïc thåìi, räöi tiãúp tuûc khuãúch taïn âãún vuìng P (colector).
Hoaût âäüng cuía IGBT coï thãø âæåüc mä taí tæång tæû nhæ Transitor PNP. Trong âoï doìng âiãûn bazå âæåüc cung cáúp doìng cuía MOSFET thäng qua kãnh vaì maûch tæång âæång cuía thiãút bë naìy âæåüc mä taí trong hçnh (a), hçnh (b) mä taí mäüt maûch tæång âæång âáöy âuí gäöm mäüt Transitor NPN näúi song song thãø hiãûn âæåüc nguäön kiãøu MOSFET N+ nguäön P vaì vuìng dáùn N- noï âäöng thåìi thãø hiãûn caí âiãûn tråí cuía låïp P . Nãúu doìng âiãûn âi qua âiãûn tråí naìy âuí låïn noï laìm giaím âiãûn aïp råi trãn tiãúp giaïp phán cæûc thuáûn båíi vuìng N+ âæåüc kêch hoaût, do âoï noï coï thãø âæåüc xem nhæ så âäö tæång âæång mäüt Transitor khi cæûc âiãöu khiãøn (G) bë máút âiãûn aïp, caïc âiãûn tæí trong låïp N+ seî khäng chaíy vaìo låïp P næîa vaì IGBT chuyãøn qua traûng thaïi khoïa.
GTO – Gate Turn-off Thyristorn+pnn+pCathode GateAnothe Về cơ bản, GTO cũng giống như Thyristor thông thường, nhưng nó có thêm một bộ phần để khóa (Turn-off) khi đã mở. Cathode Gate n+ p n n+ p Anothe
Như sơ đồ cấu tạo và sơ đồ tương đương, để khóa van, người ta cấp một dòng điện ngược vào Transitor npn trên từ cathode, khi đó npn sẽ bị khóa dẫn đến transitor phía dưới cũng bị khóa. Tuy nhiên, đặc điểm loại van này là dòng khóa khá lớn, nếu với van 1000A, cần xung dòng để mở từ 3-5% Iđm, khoảng 30A và kéo dài trong 10µs, thì xung dòng khóa phải 30% (300A) và kéo dài 20-50µs, biên độ xung áp khóa từ 10-20v. Mặc dù vậy, năng lượng cần cho quá trình khóa cũng không phải là quá lớn.
MTO – MOS Turn-off Thyristor MTO do tập đoàn SPCO chế tạo. Nó kết hợp khéo léo giữa GTO và MOSFET, mục đích là để hạn chế năng lượng phun vào cực điều khiển và hạn chế tốc độ gia tăng dòng điện. Cathode Turn- Turn-off on n+ Gate p n n+ p Anothe • Nguyên lý cấu tạo như hình vẽ. Cấu trúc MOSFET cho phép tăng dòng điện khóa mà không bị vướng vào cực điều khiển mở. Loại van này có thể chịu đựng điện áp lên đến 10kV và dòng điện đến 4000A.
ETO – EMITTER TURN-OFF Cũng như MTO, ETO là một dạng biến thể khác của thyristor và transitor, nghĩa là gồm GTO và MOSFET.Turn-off Turn-onTurn-onTurn-off Turn-off Turn-off Turn-on Turn-on
INTERGRATED GATE-COMMUTATED THYRISTOR (GCT VÀ IGCT) Đây là loại linh kiện có tốc độ chuyển mạch nhanh và dòng xung lớn, như dòng làm việc. linh kiện này có thể đẩy tất cả dòng từ cathode đến cực cửa trong 1 µs để khóa hoàn toàn van. Cấu tạo nguyên lí như hình vẽ. IGCT có khác một chút là có nhiều lớp mạch in của cực cửa hơn. Cả hai loại đều có diode ngược. Cấu trúc này cho phép tốc độ tăng dòng cửa đến 4kA/µs với điện áp K-G là 20v. Trong 1 µs transitor phía trên của GTO tắt và pnp phía dưới sẽ tắt vì chân B hở. Cathode Gate n+ p p n- DIODE GTO n n+ p+ Anode
Linh kiện quang điệntử •Linhkiện phát quang: dựa trên nguyên lí: hạtdẫnkhicóđiệntrường kích thích sẽđẩy điệntử lên mứccaovớithờigiansống ngắn, khi quay trở về mứccũ, điệntử sẽ trả ra năng lượng đãkíchthíchdưới dạng photon. •Linhkiện thu quang: dựa trên nguyên lí: hạtdẫn khi có ánh sáng chiếu vào sẽ tạorađiện tích khuếch tán, do đósẽ làm thay đổi điệntrở bán dẫnhoặctạo điệnáphaiđầutiếpgiápp-n. •Màusắcphụ thuộcvàobảnchất nguyên tử tạpchất • Các linh kiện phát: LED(Light Emitter Diode). LCD(Liquid Crystal Display) • Các linh kiện thu: photodiode, phototranzitor •Linhkiệnphốihợp: optocoupler
Linh kiện phát quang – photoemettor Vùng dẫn Photon Ed ∆Ed ∆Ed Eo Vùng hoá trị •Hiệntượng này xảyravớimộtsố loại nguyên tử dễ bị quang kích thích ởđiềukiệnthường. Nhấtlàkimloạikiềm. Vậtliệubándẫn khó hơnnêncầnphải dùng liên kếtp-nyếu.
Đặctrưng phổ Độ nhạy 1.0 Si 0.8 Ge Mặttrời 0.6 0.4 CdS 0.2 Mắt λ (µm) 0.2 0.40.5 0.60.7 0.8 1.0 1.2 1.4 Vùng cực tím Vùng nhìn thấy Vùng hồng ngoại •Mộtloạivậtliệubándẫnchỉ có thể hấpthụ hoặc phát xạ mộtsố tia sáng xác định, đượcgọilàđặctrưng phổ.
Sự hấpthụ quang học •Gọi thông lượng PI(E), năng lượng E, hệ số phảnxạ R(E) •Pt(E) = PI(E) [1-R(E) ] •Hệ số hấpthụ a củavậtliệubándẫn a = (1/dx) [dP(E)/P(E) ] •Do đó: P(E,x) = Pt(E) exp(-ax) • P(E,x) = Pt(E) [1-R(E) ]exp(-a(E)x) •Hệ số phảnxạ R(E) phụ thuộcvàobảnchấtbándãnvàđiềukiệnbề mặt, giá trị củanóchủ yếuphụ thuộc góc đếncủatiatới, sự phảnxạ nhỏ nhất khi tia tới vuông góc bề mặtbándẫn. • R(E) = [(n-1)2 + (ga/4π)2]/[(n+1) 2 + (ga/4π)2] •vớin = n2/n1 ; n1 là chiếtsuất không khí, n2 là chiếtsuấtchấtbándẫn. a là hệ số hấpthụ, g là bước sóng tia tới.
Đặctrưng phổ 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Vùng cực tím Vùng nhìn thấy Vùng hồng ngoại •Mộtloạivậtliệubándẫnchỉ có thể hấpthụ hoặc phát xạ mộtsố tia sáng xác định, đượcgọilàđặctrưng phổ.
Chương 2- Khuếch đại dùng BJT – Khái niệm Uvào Ura Khuếch đại •Khuếch đại là quá trình biến đổi một công suất tín hiệu vào nhỏ thành công suất tín hiệu ra lớn hơn. • Yêu cầu: •- Biên độ tín hiệu ra phải lớn hơn tín hiệu vào • - Không gây méo tín hiệu • - Không tạo phổ đồng loại
Khuếch đại dùng sơ đồ EC và sơ đồ tương đương I1 Rcc Ic0 I I v b0 Uce0 Ube0 U Ut I2 c0 Uv Ub0 Ue0 Ie0 •Sơ đồ nguyên lí mạch khuếch đại EC. Tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào
Khuếch đại dùng sơ đồ EC và sơ đồ tương đương Ic Ib Uce0 A Ib2 Ib2 M Ib Ic I I b0 Ic0 Q b0 N Ib1 Ib1 U B be0 Uce0 U o U o Vc ce be Uce e(t) Ube •Lấy đặc tính vào và ra để xác định phân cực Q: điểm công tác
Khuếch đại dùng sơ đồ EC và sơ đồ tương đương • Tính phân cực một chiều: • Xác định dòng Ib0 (Ube0)(chọn trước). •Từ đặc tính vào xác định được Ube0 (Ibo) • Xác định Ube0 theo biên độ tín hiệu e(t) của tín hiệu vào, sao cho không bị méo • Xác định trước nguồn Vc, từ đóxác định đường tải AB. • Xác định Ic0 theo đặc tính ra • Xác định Uce0 • Chọn trước một giá trị của Re hoặc Rc. Thông thường chọn trước RE với giá trị từ vài ôm đến vài trăm ôm
Tính phân cực một chiều I β = c0 Ib0 Vc −U ce0 −U e0 U e0 = (β +1)Ib0 Re → Rc = Ic0 I2 = (5 ÷10)Ib0 →Ub0 = Ube0 +U e0 Ub0 Vc −U b0 R2 = → R1 = I2 I2 + Ib0 •Qui ước thống nhất: chọn I2 bằng 10 lần Ib0.
Tính phân cực một chiều theo kinh nghiệm •Nếu không có đặc tính V-A của BJT, việc tính toán được chọn theo kinh nghiệm: •Với BJT loại Si chọn Ube0=0,6vôn, loại Ge chọn Ube0=0,2 vôn • Dòng Ic0 được chọn theo dòng cực đại cho phép của BJT. Chọn bằng một nữa giá trị cực đại. • Điện áp Uce0 được chọn bằng một nữa đến hai phần ba giá trị nguồn Vc. • Dòng Ib0=Ic0/β •Chọn một trong hai điện trở Rc hoặc Re.
Tính phân cực một chiều theo kinh nghiệm U e0 = (β +1)Ib0 Re U e0 +Ube0 Vc −Ub0 R2 = ; R1 = 10Ib0 11Ib0 Vc −U ce0 −U e0 Rc = Ic0
Sơ đồ xoay chiều tương đương βIb B Iv Ib C It Ic U v Ie I c U R1//R2 t E
Tính toán xoay chiều khuếch đại • Bộ tham số tính toán: •Tổng trở ngõ vào Rv •Tổng trở ngõ ra Rr •Hệ số khuếch đại dòng điện Ki •Hệ số khuếch đại điện áp Ku •Hệ số khuếch đại công suất Kp Iv Mạch Uv = khuếch đại Ur=U2 e(t) BJT K
Mô hình mạch khuếch đại hai cửa Rr E(t) Rv U2 U v = Ib Rb + (β +1)Ib Re = [Rb + (β +1)Re ]Ib ⇒ Rv = R1 // R2 //[]Rb + (β +1)Re = R1 // R2 // rv ; βIb Rc + (β +1)Ib Re = βIb Rce = U r = Ut ⇒ Rr = Rcc // Rce
Tính toán các hệ số khuếch đại U K = t ; e(t) = (R + R )I u e(t) v n v rv Iv Rv = U v = Ibrv ⇒ Iv = Ib Rv U r = Ut = Rt It = βIb (Rr // Rt ) ⇒ βIb (Rr // Rt ) Rv Rv (Rr // Rt ) ⇒ Ku = = β (Rv + Rn )Ib rv rv (Rv + Rn )
Tính toán các hệ số khuếch đại It Ki = ;⇒ It Rt = Ut = βIb (Rr // Rt ) Iv βIb (Rr // Rt ) It = Rt Rv (Rr // Rt ) ()Rce // Rcc // Rt ⇒ Ki = β = β rv Rt Rt Pra Ut It ⇒ K p = = = Ku Ki Pvao e(t) Iv • Sinh viên tự đọc khuếch đại C-C và B-C ở nhà
Khuếch đại B-C và sơ đồ tương đương
Khuếch đại B-C và sơ đồ tương đương UCE0 IE0 IC0 Ur UBE0 IB0 Un
Iv Ie I Ib c It Uv Ur Ku = IRc Mạch ra Mạch vào Sơ đồ tương đương xoay chiều của khuếch đại B-C
Tính toán tham số mạch xoay chiều mạch B-C * Tổng trở vào: tổng trở vào được tính theo mạch vòng E-B. dòng ra Ic=αIe Uv=RvIe = [re +(1-α)rb]; Uc = (Rc//rc(B))Ic Rv = [re + (1−α )rb ] Rr = Rc // rc(B) * Hệ số khuếch đại dòng điện It Ki = . mà Ic ()Rc // Rt = It Rt Iv R // R R // R I = I c t = αI c t t c R v R  R // R  t t  c t  Ki = α   Rt  * Hệ số khuếch đại điện áp Ut It Rt Rt Rc // Rt Ku = = = Ki Ku = α U n Iv ()rn + Rv ()rn + Rv rn + Rv
Khuếch đại C-C và sơ đồ tương đương Phân cực DC đợc tính toán tương tự như mạch E-C và I R1 c B-C. riêng điện trở định thiên R được xác định I E v theo hệ số phản hồi âm It dòng điện cần thiết. Các tính tóan dựa trên đặc Uv tính V-A vào và ra Ut R 2 I Độ ổn định của mạch có e thể tính tóan dựa trên tiêu chuẩn Routh hoặc các tiêu chuẩn tần số •Mạch khuếch đại C-C có hệ số phản hồi âm lớn nên dải tần công tác rộng. •Đặc tính tần số biên độ Logarit có độ dốc cao tần là -20dB/dec
Sơ đồ tương đương xoay chiều của khuếch đại C-C I I v Ib c Ie Tính tham số xoay chiều: It UV * Dòng điện vào được tính là dòng Ib tại cực B của BJT Ie0 Ur Rv = []rb + ()(1+ β re + Re // Rt )// R1 // R2 Nếu điện trở vào được chọn lớn Rv = []rb + ()(1+ β re + Re // Rt )// R1 // R2 // rc(E)
Điện trở ra của tầng C-C  r //(r + R // R )  c(E) b 1 2  Rr = Re //re +   1+ β   r + R // R  Với rc(E) lớn, ta có thể viết: ()b 1 2 Rr = Re //re +   1+ β  Hệ số khuếch đại dòng điện Iv Rv = Ibrv = Ib []rb + (1+ β )(re + Re // Rt ) It Rt = Ie ()()()Re // Rt = 1+ β Ib Re // Rt It Rv Re // Rt Ki = = ()1+ β Iv rv Rt Hệ số khuếch đại điện áp Ut It Rt Rt Ku = = = Ki U n Iv ()Rv + Rn ()Rn + Rv
Ghép tầng trong bộ khuếch đại dùng điện dung Tụ ghép tầng • Thông thường, một mạch khuếch đại chỉ có hệ số khuếch dại cỡ vài chục lần. Muốn có hệ số khuếch đại lớn phải ghép nhiều mạch với nhau, gọi là ghép tầng.
Ghép tầng trong bộ khuếch đại dùng biến áp
Khuếch đại công suất • - Các tầng khuếch đại công suất có dòng điện và điện áp cao •-Phân cực một chiều sẽ gây tổn thất công suất một chiều trong mạch khuếch đại •-Cần hạn chế tổn hao này. Ic0 Uce0 Ube0 Ut Uv Ue0 Ie0
Tổn hao công suất trong mạch EC •Tổn hao chính là dòng phân cực Ic0 và điện áp Uce0 •P0 = Uce0Ic0. Khi làm việc trong chế độ khuếch đại cả hai nữa chu kì. •Vấn đề làm mát cho BJT, tăng công suất nguồn cung cấp. •Chế độ khuếch đại cả hai nửa chu kì gọi là chế độ A Ic Ib A Ib2 Ib2 M Ib Ic I I b0 Ic0 Q b0 N Ib1 Ib1 U B be0 Uce0 o U o be Uce Ube
Khuếch đại công suất chế độ B (một nữa chu kì) Ib Ic Ibmax Ibmax Ube I =0 Uce Ib0=0 c0 e(t) • Để khuếch đại cả hai nửa chu kì cần có hai mạch khuếch đại riêng •Loại chế độ này sẽ không gây tổn hao một chiều
Nguyên lí mạch khuếch đại ghép đẩy kéo T1 • Điện áp tại chân C và E của T1 luôn bằng nhau và ngược pha
Khuếch đại Darlington Ic=Ic1+Ic2 Rc Ib1 T1 T2 •Hệ số khuếch đại bằng tích hai hệ số khuếch đại tương ứng của BJT •Mạch này thường dùng ở tầng khuếch đại cuối cùng. •Nhược điểm là hay bị dao động tự kích.
Phản hồi trong bộ khuếch đại e âm Uv Ur Kh K (+) K = h z ph 1± K K dương h p Kp •Phản hồi là lấy một phần tín hiệu ra đem quay trở lại trộn với tín hiệu đầu vào để cải thiện chất lượng bộ khuếch đại. • Theo tín hiệu có phản hồi điện áp và dòng điện • Theo hình thức phản hồi có phản hồi âm (ngược pha) và dương (cùng pha) • Theo cấu trúc có phản hồi song song và phản hồi nối tiếp. • Tác dụng làm tăng tổng trở vào và giảm tổng trở ra • Tăng độ rộng dải tần công tác • Ổn định hoá bộ khuếch đại • Nâng cao độ chống nhiễu và giảm khả năng dao động tự kích.
Trong trường hợp tổng quát, một bộ khuếch đại được coi như một mạch điện với các phần tử tạo nên một quan hệ vào-ra tổng quát: xy Wh(p) -z Wf(p) d n y d n−1 y dy d m x d m−1x dx a + a + + a + a y = b + b + + b + b x 0 dt n 1 dt n−1 n−1 dt n 0 dt m 1 dt m−1 m−1 dt m Với điều kiện đầu không nguồn m m f m−k m f −l ∑bk p ∑cl p Y ( p) k =0 Z( p) l=0 Wh ( p) = = n W ( p) = = f n f X ( p) n−i Y ( p) n −h ai p f ∑ gh p i=0 ∑ h=0
Hàm truyền của hệ kín Wh ( p) Wk ( p) = 1+Wh ( p)W f ( p) Trong miền Laplace: p = α + jω Trong miền tần số: p = j ω Wh ( jω) jϕ (ω) Wk ( jω) = = Pk (ω) + jQk (ω) = A(ω)e 1+Wh ( jω)W f ( jω) Với hàm ảnh Furie của y(t) và x(t), ta có Y ( jω) = Y (ω)e jϕ (ω) ; X ( jω) = X (ω)e jϕ (ω) Y (ω) Q (ω) A(ω) = ; ϕ(ω) = arctan k X (ω) Pk (ω) Tùy thuộc góc lệch pha, tín hiệu ra có thể cùng pha hay ngược pha, hay lệch một góc pha bất kì so với tín hiệu vào
Đặt A(ω)=K jϕh (ω) Khe jϕk (ω) Wk ( jω) = = Kk Khe jϕh (ω) jϕ f (ω) 1+ Khe K f e Nhận xét: •Hệ số khuếch đại của mạch có phản hồi là một trị phức •Góc lệch pha phụ thuộc cấu trúc mạch phản hồi •Hệ số khuếch đại làm việc phụ thuộc tần số tín hiệu •Mạch phản hồi làm việc ổn định nếu góc lệch pha không làm đảo dấu tín hiệu phản hồi theo qui ước. •Quá trình quá độ phụ thuộc giá trị Kh, góc pha ϕ
KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU BiẾN THIÊN CHẬM •Đặc điểm: -Tín hiệu biến thiên rất chậm -Không nối tầng bằng tụ hay biến áp -Dễ bị trôi do nguồn và nhiệt độ -Dễ mất cân bằng điện áp trên tải
Ghép tầng trong khuếch đại một chiều Thường ghép tầng trực tiếp hay ghép quang Tín hiệu đầu vào bé, tổng trở tín hiệu biến thiên rộng Tính toán phân cực phức tạp
KHUẾCH ĐẠI VI SAI +Vc RR +-Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 Io Không thể hiện phân cực của BJT cho khỏi rườm rà Ie1+Ie2=Io=hằng số
KHUẾCH ĐẠI VI SAI-cùng pha +Vc RR Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 Io ~ ~ I e1+I e2=0
khuếch đại vi sai - ngược pha +Vc RR Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 e1 e2 Io
khuếch đại vi sai – trôi nhiệt +Vc RR Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 Io I0e1+I0e2=0
khuếch đại vi sai – trôi nguồn +Vc RR Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 Io I0e1+I0e2=0
Khuếch đại vi sai không cân bằng Offset null (có trường hợp nối GND) +Vc R2 R2 R1 R1 Ur Uv1T1 T2 Uv2 Ie1 Ie2 Io Ie1+Ie2=Io=hằng số
Đọc giá trị điện trở Sai số Vạch chuẩn Số thứ Số thứ ba (số chữ số 0) nhất (số) Số thứ •0 Đenhai (số) 7 Tím • 1 Nâu 8 Xám •2 Đỏ 9Trắng •3 Cam •4 Vàng •5 Xanh •6 Lơ (blue) 260000 ±2%
Phản hồi áp và dòng Kp
Chương 3- KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN-OA Operational Amplifier +Vc - Vi- i ∆Vi + V0 Vi+ i -Vc - + Rv = ∞; Rr = 0; i = i = 0; Kh = ∞; V0 = Kh∆Vi IC – Integrated Circuit
Đặc tính vào ra của OA Vo Vi- +Vc Vi+ ∆Vi Vi -Vc •Khi Vi+>Vi- Î Vo = +Vc (Vi- = 0) •Khi Vi+<Vi- Î Vo = -Vc (Vi- = 0) 4 6 • Do OA thực tế không thể có Kh = ∞ mà chỉ 10 -:-10 nên tồn tại ∆Vi cỡ vài mV được khuếch đại tuyến tính •Thực tế người ta không dùng vùng khuếch đại này
Các chế độ làm việc của OA A. Chế độ tuyến tính (khuếch đại): cần có phản hồi âm sâu để giảm hệ số khuếch đại. Nối mạch phản hồi đầu ra về chân đảo Luôn có: Vi+ = Vi- i+ = i- = 0 B. Chế độ xung (on – off) (Không có phản hồi) Vi+ > Vi- Î Vo = +Vc Vi+ < Vi- Î Vo = -Vc C. Chế độ tự dao động:sóng sin, tam giác, răng cưa, chữ nhật cần có phản hồi dương. Nối mạch phản hồi từ đầu ra về chân không đảo.
Các ứng dụng tuyến tính của OA I2 R2 I1 R1 - - U1 Vi i + Ur Vi+ i Vi+ = Vi- = 0 Mạch khuếch đại đảo: Ur = -(R2/R1)U1
Khuếch đại không đảo R2 R1 I2 - Vi- i I1 + i+ Vi Ur U1 • Vi+ = Vi- =U1 • Điện áp ra: Ur = (1+R2/R1)U1
Mạch cộng đảo I3 I2 R U2 R R - - U1 Vi i I1 + Ur Vi+ i •Vi+ = Vi-= 0 • Ur = -(U1 + U2)
Mạch cộng không đảo R R - Vi- i I1 R + Ur U1 Vi+ i U2 I2 R Vi+ = Vi- = Ur/2; Ur = U1 + U2
Mạch trừ +5v I3 I1 R R U1 - Vi- i -5V R + Ur U2 Vi+ i +5V R • Vi+ = Vi- = U2/2; Ur = U2 – U1 • U2 = Ur + U1 ≡α2 + α1= α = 180 dộ
Mạch vi phân đảo C R I2 I i- U1 Vi- + Ur Vi+ i •Vi+ = Vi-= 0 • Ur = - RC(dU1/dt) = -T.dU1/dt
Mạch tích phân đảo C R i- U1 Vi- + Ur Vi+ i •Vi+ = Vi-= 0 1 Ur = − U1dt RC ∫
Mạch lặp điện áp R2 - Vii - + i+ Vi Ur U1 • Ur = U1; dùng tạo trở kháng nguồn thấp
Mạch tích phân không đảo R R i- Vi- R I1 + i+Vi Ur U1 I3 R C I2 2 Ur = U1dt RC ∫
Mạch PI (Poprotional Integrated) R2 C R1 I2 i- U1 Vi- I1 + Ur Vi+ i R2 1 U = − U1− U1dt r R1 CR1∫ •Tỉ lệ Tích phân
Mạch PID – Poprotional Integrated Derivative C1 I2 R2 C2 R1 I3 i- U1 - I1 Vi + Ur Vi+ i 1 dU kU + U dt + T 1 1 ∫ 1 d T i dt •Tỉ lệ Tích phân Vi phân
Quan hệ I và U trong tiếp giáp p-n trong vùng điện áp thấp và dòng nhỏ =1 Uak • Trong Diode: IA = k.e •Uak = lnIA =1 Uce • Trong Tranzitor Ic = k.e •Uce = lnIc
Mạch lấy logarit Uak R Ia - - U1 Vi i I1 + Ur Vi+ i Ia = I1 = U1/R Æ -Ur = Uak = ln(U1/R) Vậy điện áp ra tỉ lệ với logarit điện áp vào.
Mạch lấy logarit bằng BJT R - - U1 Vi i + Ur Vi+ i
Mạch lấy hàm mũ R I Ia - U1 i Vi- + Ur Vi+ i Ia = I = -Ur/R = keUak Ur = -kR.eU1 Vậy điện áp ra tỉ lệ với hàm mũ e của điện áp vào
Mạch tạo tín hiệu hàm mũ bằng BJT R - U1 i Vi- + Ur Vi+ i
Mạch nhân hai điện áp • Ur = U1xU2 • lnUr = ln(U1.U2) = lnU1 + lnU2 •Ur = e(lnU1 + lnU2) U1 ln Ur cộng lấy hàm mũ U2 ln
Mạch nhân dùng OA U1 Ur U2
Mạch chia hai điện áp •Ur = U1/U2 • lnUr = ln(U1/U2) = lnU1 - lnU2 •Ur = e(lnU1 - lnU2) U1 ln Ur trừ lấy hàm mũ U2 ln
Mạch chia hai điện áp U1 Ur U2
Mạch khai căn bậc hai 1 2 U r = U1 = U1 1 1 lnU1 ==> lnU = lnU ==> U = e 2 r 2 1 r Ur U1 1/2 lấy hàm ln mũ
Mạch khai căn bậc hai Uv Ur
R2 - Vii - + i+ Vi Ur U1 Rt •Nguồn áp: rn = 0 hoặc rn << Rt
Ứng dụng OA trong chế độ so sánh U1 V0 U2 Vi 220v Vo +Vc -Vc •Mạch so sánh một ngưỡng
Công dụng mạch so sánh một ngưỡng • Dùng trong các mạch bảo vệ tín hiệu • Dùng trong các mạch tạo góc mở điều khiển các bộ điện tử công suất lớn như chỉnh lưu, băm điện áp, biến tần. •Làm cơ sở để xây dựng các bộ chuyển đổi ADC, DAC trong kĩ thuật số hiện nay. •Tạo ngưỡng để dùng trong các thiết bị vừa đo lường, vừa điều khiển như bù cosϕ, điều khiển nhiệt độ, cân điện tử vànhiều ứng dụng mở rộng khác. • Nhược điểm: •Mạch so sánh kiểu này quá nhạy nên thường sinh ra các xung động trong hệ thống. •rất khó tạo vùng trễ cũng như vùng chết tỏng kĩ thuật bảo vệ.
Mạch so sánh 2 ngưỡng đối xứng Vi + U1 +Vi V0 + -Vi R1 Vo +Vc R2 R V + = 2 V -Vc i 0 R1 + R2 •Thường dùng trong các mạch tạo xung Trige và dao động đa hài
Mạch so sánh 2 ngưỡng không đối xứng U 1 Vo1 V0 Uv V01 V02 V0 Vo2 U2 000 010 100 •V0 = V01 AND Vo2 111
Đồ thị mạch so sánh hai ngưỡng không đối xứng Vi U1 U2 Vo +Vc -Vc
Chế độ dao động của OA R U1 V0 R1 R2
Biểu đồ thời gian dao động của OA Vo Vi+ 0,5Vc+ Vi- 0,5Vc-
Nguồn cung cấp một chiều Nguồn pin Nguồn Nguồn acqui cung cấp Nguồn chỉnh lưu xoay chiều •Nguồn cung cấp là một thiết bị rât cần thiết trong mạch điện tử •Nguồn phải cung cấp đủ công suất sử dụng • nguồn phải có khả năng chống nhiễu tôt • Điện áp nguồn phải ổn định •Biên độ điện áp phải đúng yêu cầu. • Đảm bảo an toàn cho mạch đang sử dụng cũng như người dùng. •Nguồn được lấy từ acqui, pin hay chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều.
Chỉnh lưu xoay chiều dùng Diode •Chỉnh lưuLọc 1 tụ Lọc kết hợp
Dạng sóng chỉnh lưu khi có tụ lọc song song với tải
Khi mạch tải có nguồn một chiều
Khi tải có tính điện cảm
Chỉnh lưu cầu dùng diode •Chỉnh lưu cầu giảm được độ nhấp nhô điện áp • Tuy nhiên chưa ổn áp được
Dạng sóng chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
Chỉnh lưu trong mạch 3 pha
Ổn áp tham số Rg Rt Rg là điện trở gánh điện áp Rt là tải Lưu ý Diode Zener mắc phân cực ngược Khoảng ổn định thấp và công suất nhỏ
Ổn áp tham số tăng công suất •BJT chạy ở chế độ liên tục, • Điện áp thay đổi sẽ làm thay đổi dòng Ic của BJT • Khi có dao động điện áp sẽ làm biến đổi khả năng dẫn của BJT ngược lại, kết quả điện áp trên BJT sẽ thay đổi giữ cho tải được ổn định.
Cấu tạo vi mạch LM7805
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator U0 Ud T 1 T T U = 1 U d T 0 •Loại nguồn này hiện nay được dùng rất rộng rãi trong các thiết bị điện tử để cung cấp nguồn áp hay nguồn dòng ổn định cho tải. •Mạch thường dùng các chuyển mạch điện tử như BJT, MOSFET để cắt (băm) điện áp một chiều thành các xung có độ rộng thay đổi sao cho giá trị điện áp trung bình không đổi
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator
Ổn áp kiểu điều rộng xung PWM – Pulse Width Modulator Loại 3 pha
Nguồn xoay chiều nghịch lưu từ một chiều
Nguồn xoay chiều nghịch lưu từ một chiều
TƯƠNG LAI CỦA KĨ THUẬT ĐiỆN TỬ •Chip 80 lõi mở ra kỷ nguyên 'siêu máy tính cá nhân' • Đến nay, chỉ có các nhà khoa học và những ai vận hành các supercomputer mới có cơ hội tiếp cận bộ vi xử lý tốc độ teraflop (nghìn tỷ phép tính mỗi giây). •Việc Intel đưa 80 lõi vào trong một chip đơn đã tạo cơ hội cho người dùng đầu cuối khám phá thế giới điện toán cấp độ tera.
Nhờ kết hợp 80 lõi trên một chip đơn
Tiếp theo thiết kế lõi kép và lõi tứ trong năm 2006, Intel đã công bố sản phẩm cỡ 275 mm vuông có khả năng thực hiện 1,01 teraflop, tốc độ 3,16 GHz và xử lý 16 gigaflop/watt. Chip còn có thể thực hiện 1,63 nghìn tỷ phép tính mỗi giây với xung nhịp 5,1 GHz nhưng ngốn nhiều năng lượng hơn.
Trong khi đó, ASCI Red, siêu máy tính teraflop của Intel được sản xuất năm 1996 và đặt tại phòng thí nghiệm Sandia ở New Mexico (Mỹ), có thể xử lý lượng điện toán tương tự chip mới nhưng đòi hỏi 500 kilowatt năng lượng và 500 kilowatt làm mát để vận hành 10.000 chip Pentium Pro.
ASCI Red khổng lồ với 10.000 chip Pentium Pro
Intel chưa có kế hoạch đưa chip 80 lõi ra thị trường nhưng đã dùng nó thể thử nghiệm các công nghệ mới như kết nối băng rộng, quản lý năng lượng Người sử dụng trong tương lai sẽ có thể dùng máy tính để bàn teraflop để xử lý hàng nghìn gigabyte dữ liệu, thực hiện tính năng nhận dạng giọng nói theo thời gian thực, khai thác dữ liệu đa phương tiện, chơi game, tìm kiếm, xử lý file dung lượng lớn
Tuy vậy, các chuyên gia công nghệ nhận thấy hiệu suất tổng thể của hệ thống sẽ bịảnh hưởng khi chip chứa quá nhiều lõi. Khả năng hoạt động được cải tiến rõ rệt khi số lõi tăng từ 2 lên 4, 8, 19 nhưng lại bắt đầu giảm với chip 32 lõi và 64 lõi. Để khắc phục vấn đề này, Intel dự kiến sẽ đưa thêm lớp bộ nhớ 3D để giảm thời gian và năng lượng trao đổi dữ liệu giữa các lõi.
điện toán teraflop sẽ được trang bị cho các hệ thống desktop trong tương lai
Bóng bán dẫn silicon sẽ hết thời trong 10 năm nữa Viện công nghệ Massachusetts (Mỹ) ước tính 10-15 năm sau, thế giới sẽ chứng kiến sự lên ngôi của bóng bán dẫn không dùng silicon. Họ đang thử nghiệm thiết bị 60 nanomét với vật liệu composite InGaAs (gồm Indium, Gallim, Arsenide
Trong hỗn hợp vật liệu này, các hạt electron di chuyển với tốc độ gấp nhiều lần trong silicon. "Chúng tôi theo đuổi công nghệ mới này vì nó sẽ tăng cường khả năng hoạt động và giảm kích cỡ của các thiết bị số", Jesus del Alamo, giáo sư khoa máy tính của viện Massachusetts, Kỹ thuật mới đã gây chú ý cho Intel, hãng sản xuất chip hàng đầu thế giới. "Bóng bán dẫn InGaAs mang lại kết quả khá tốt với mức điện áp thấp 0,5 volt và đây là bước ngoặt rất quan trọng trong ngành máy tính",
Ứng dụng trong điều khiển tốc độ động cơ DC
Điều khiển động cơ DC có đảo chiều
Điều khiển tốc độ động cơ DC bằng PWM
Điều khiển động cơ bước
Điều khiển động cơ bước
Điều khiển động cơ bước
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều
Điều khiển công suất trên mạng điện xoay chiều