Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử

GV: Nguyễn Văn Hân Bộ môn: Điện tử tự động Email: hannvntu@gmail.com 10/26/2011 2 NỘI DUNG • Phần 1: Kỹ thuật tương tự - Linh kiện bán dẫn cơ bản: Diode, Transistor, FET,.. - Khuếch đại tín hiệu nhỏ - Khuếch đại công suất - Khuếch đại sử dụng vi mạch thuật toán - Tạo dao động điều hòa - Nguồn điện một chiều • Phần 2: Kỹ thuật xung – số – Các mạch tạo xung: Các mạch đa hài, mạch dao động Blocking… – Cơ sở kỹ thuật số 10/26/2011 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO • Đỗ Xuân Thụ (chủ biên), Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 2005 • Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Viết Nguyên, Bài tập kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 2005 • Trần Tiến Phức, BG Kỹ thuật điện tử , Đại học Nha Trang, 2006 • Phần mềm Electronic Workbench 5.12 • www.google.com.vn 10/26/2011 4 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN 1.1.1. Điện áp và dòng điện Điện áp và dòng điện là hai đại lượng cơ bản để xác định trạng thái của mạch điện. Điện áp giữa hai điểm A và B trong mạch là UAB=VA- VB = -UBA Trong đó VA và VB là điện thế tại A và B so với đất (điểm nối mát nối đất trong mạch điện). Dòng điện là biểu hiện trạng thái chuyển động của các điện tích (các hạt mang điện). Ba nhận xét: - Điện áp giữa 2 điểm khác nhau. - Dòng điện tại 1 điểm. - Điện tích luôn luôn bảo toàn. 10/26/2011 5 1.1.2. Tính chất điện của một phần tử 1. Định nghĩa: Tính chất điện của một phần tử (hay linh kiện) thể hiện mối quan hệ giữa điện áp U trên hai đầu và dòng điện I chạy qua nó. a. Nếu quan hệ là U = I.R thì phần tử là một điện trở thuần R. Điện trở thuần phát nhiệt khi có dòng điện chạy qua (hiệu ứng J) và không có quán tính. b. Nếu quan hệ là U = L. dI/dt thì phần tử là một cuộn dây có điện cảm L. Cuộn điện cảm lý tưởng (R = 0) thì không tiêu hao năng lượng và có quán tính. c. Nếu quan hệ là I = C. dU/dt thì phần tử là một tụ điện có điện dung C . Tụ điện lý tưởng (R = ) thì không tiêu hao năng lượng và có quán tính. 10/26/2011 6 NHẬN DẠNG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Biến áp trong mạch điện tử 10/26/2011 7 NHẬN DẠNG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN • Bình thường điện trở có dạng hình trụ, trên thân có 4 vạch màu. Ba vạch đầu thể hiện trị số điện trở. Vạch thứ 4 thể hiện sai số. • Đen: 0; Nâu: 1; Đỏ: 2; Cam: 3; Vàng: 4; Xanh: 5; Xanh lơ: 6; Tím: 7; Xám: 8; Trắng: 9 Những điện trở biến đổi (còn gọi là chiết áp) thường có ba chân. Con chạy nối với chân ở giữa. Điện trở công nghệ lắp dán... 10/26/2011 8 NHẬN DẠNG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN • Tụ điện có trị số nhỏ hơn 1F thường làm bằng gốm (sứ), giấy, mica... Khi dùng không cần chú ý cực tính. • Tụ điện có trị số lơn hơn 1F thường làm bằng giấy có tẩm hóa chất (gọi là tụ hóa) Khi dùng tụ hóa cần chú ý cực tính điện áp. • Trị số có thể ghi trực tiếp nếu hay theo luật với ba chữ số. Hai chữ số đầu là số có nghĩa. Chữ số thứ ba là hệ số mũ. Đơn vị tính là pF. Ví dụ trên tụ ghi 203 -> 20nF 10/26/2011 9 2. Các tính chất quan trọng của phần tử tuyến tính a. Đặc tuyến Vôn - Ampe là một đường thẳng b. Tuân theo nguyên lý chồng chất c. Không phát sinh thành phần tần số lạ khi làm việc với tín hiệu điện xoay chiều. Với các phần tử phi tuyến thì ngược lại: a. Đặc tuyến Vôn - Ampe là một đường cong. b. Không tuân theo nguyên lý chồng chất c. Luôn phát sinh thành phần tần số lạ khi làm việc với tín hiệu điện xoay chiều. Đi ốt, tranzito... là các phần tử phi tuyến điển hình mà ta sẽ học ở chương 2. 10/26/2011 10 1.1.3. Nguồn điện áp và nguồn dòng điện 1. Ba khái niệm cần lưu ý - Điện áp giữa hai đầu của một nguồn sức điện động lúc hở mạch kí hiệu là Uhm. - Dòng điện của nguồn sức điện động đưa ra mạch ngoài lúc mạch ngoài dẫn điện hoàn toàn kí hiệu là Ingm. Một nguồn sức điện động được coi là lí tưởng khi điện áp hay dòng điện do nó cung cấp cho mạch ngoài không phụ thuộc vào tính chất của mạch ngoài. - Trên thực tế, mọi nguồn điện luôn luôn có một điện trở nội nào đó kí hiệu là Rng thì Rng = Uhm/ Ingm khi có tải hữu hạn thì Rng= (Uhm- U) / Ingm suy ra Ingm = (U/ Rng ) + I. - Hai trường hợp đặc biệt: Rng -> 0 thì U -> Uhm nguồn SĐĐ là một nguồn điện áp lý tưởng. Rng ->  ta có I -> Ingm nguồn SĐĐ là một nguồn dòng lý tưởng. 10/26/2011 11 1.2. TIN TỨC VÀ TÍN HIỆU 1.2.1. Tin tức Tin tức là nội dung chứa đựng bên trong một sự kiện, một biến cố hay một quá trình nào đó. Tin tức có tính chất xác suất thống kê. 1.2.2. Tín hiệu Tín hiệu là biểu hiện vật lý của tin tức. Tín hiệu thường được chuyển thành dạng điện từ biến thiên theo thời gian. - Nếu tín hiệu được biểu diễn bằng hàm S(t)=S(t+T) thì đó là tín hiệu tuần hoàn. Dao động hình sin là dạng đặc trưng nhất của tín hiệu tuần hoàn. S(t)= Asin(t- ) với A là biên độ,  là tần số góc,  là góc pha ban đầu Nếu tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian thì gọi là tín hiệu tương tự hay analog Nếu tín hiệu biến thiên không liên tục theo thời gian gọi là tín hiệu xung số hay digital. 10/26/2011 12 Một số dạng tín hiệu thường gặp a. Dạng tín hiệu hình sin tuần hoàn. S(t)+A -A t U t U t U t U t b. Các dạng xung thường gặp - Xung tam giác - Xung vuông - Xung hàm mũ (Tín hiệu xung được nghiên cứu kỹ ở chương 3: Kỹ thuật xung số) 10/26/2011 13 1.2.3. Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian a. Độ dài và trị trung bình của tín hiệu - Độ dài của tín hiệu là khoảng thời gian tính từ lúc xuất hiện đến lúc mất đi. Giá trị trung bình được tính bằng biểu thức:        o o t t dttS1tS         dttSdttSE 2 t t 2 s o o     s2 E tS   shd E S b. Năng lượng của tín hiệu Công suất trung bình của tín hiệu trong thời gian tồn tại Giá trị hiệu dụng của tín hiệu 10/26/2011 14 c. Dải động của tín hiệu - Dải động của tín hiệu là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và bé nhất của công suất tức thời của tín hiệu. Dải động được tính theo đơn vị logarit (dexibel viết tắt DB) Công thức tính dải động:          tSmin tSmaxlg20 tSmin tSmaxlg10D 2 2 dB  d. Thành phần một chiều và xoay chiều của tín hiệu - Thành phần một chiều có giá trị cố định (không thay đổi) theo thời gian. - Thành phần xoay chiều có giá trị biến thiên theo thời gian. S(t) = S ~ + S = 10/26/2011 15 1.3. CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỂN HÌNH 1.3.1. Hệ thống thông tin thu phát Đặc điểm: Hệ thống hở. Gồm 2 quá trình cơ bản: điều chế (P), giải điều chế (T). Chất lượng, hiệu quả phụ thuộc môi trường, thiết bị P,T. Cấu trúc khối: Nguồn tin Dao động cao tần Gia công Điều chế Kh. đại Phối hợp Chọn lọc Kh. đại Giải ĐC Gia công Nhận tinVí dụ... 10/26/2011 16 Đặc điểm: Hệ thống hở. Có hai phương pháp đo: tiếp xúc và không tiếp xúc với đối tượng đo. Sự can thiệp của thiết bị đo dẫn đến sai số. Muốn nâng cao chính xác thì thiết bị đo càng phức tạp. Có thể gia công tín hiệu đo và thực hiện truyền số liệu để đo đạc từ xa. Có thể đo nhiều thông số cùng một lúc. Đối tượng đo Biến đổi đầu vào Gia công tín hiệu Chỉ thị kết quả Ví dụ... 1.3.2. Hệ đo lường điện tử 10/26/2011 17 1.3.3. Hệ tự điều chỉnh Đặc điểm: Hệ thống kín Thông số đo, khống chế được theo dõi và so sánh liên tục với chuẩn. Độ chính xác phụ thuộc chuẩn, quá trình biến đổi, quán tính của hệ... Có thể điều chỉnh liên tục hay gián đoạn. Đối tượng cần khống chế Biến đổi đầu vào Khối chấp hành Khuếch đại sai lệch So sánh Tạo tín hiệu chuẩn Chỉ thị kết quả 10/26/2011 18 MỘT SỐ KIẾN THỨC LIÊN QUAN • Thế, dòng nạp vào tụ C • Vì sao một vòng dây ở mỏ hàn xung thì phát nhiệt rất mạnh? I U t • Tụ điện C là phần tử tuyến tính hay phi tuyến? • Dùng phép đo điện trở để kiểm tra chất lượng tụ điện được không? • Dùng phép đo điện trở để so sánh điện dung hai tụ? • Thế cực đại, dòng cực tiểu? 220VAC • Một vòng mạch kín như hình biến thế có phát nhiệt không? Tác dụng? 10/26/2011 19 BIẾN ÁP TẠO CAO ÁP (HV) CHO ĐÈN HÌNH 10/26/2011 20 MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ KHÁC 10/26/2011 21 ĐÈN HUỲNH QUANG • Khi chưa được cấp điện lưới? • Khi được cấp điện lưới? • Những khuyết điểm của chấn lưu dùng cuộn cảm? • Thay thế bằng chấn lưu điện tử? • Ưu điểm của chấn lưu điện tử? • Thay thế công tắc cơ học bằng công tắc điện tử (cảm ứng, điều khiển từ xa). • Tự động đóng, cắt theo cường độ sáng và theo thời gian. • Lập trình chế độ hoạt động.