Bài giảng Điện tử 2 - ĐH Lâm Nghiệp

Nội dung Bài giảng Điện tử 2 cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép, các mạch khuếch đại ứng dụng, vấn đề ghép tầng khuếch đại, các bộ lọc và nguồn cung cấp cho mạch điện tử.Bài giảng bao gồm 02 phần: Phần 1 là nội dung chi tiết của 4 chương, cuối mỗi chương có câu hỏi ôn tập và tài liệu tham khảo. Phần 2 là phần hướng dẫn ôn tập và đáp án các câu hỏi ở chương 1, 2, 3 và 4 nhằm giúp người học tự kiểm tra, củng cố kiến thức của mình.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện tử 2 - ĐH Lâm Nghiệp THS. LÊ MINH ĐỨC §IÖN Tö 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018 THS. LÊ MINH ĐỨC BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018 2 LỜI NÓI ĐẦU Điện tử 2 là một môn học cơ sở nằm trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Nội dung của môn học cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép, các mạch khuếch đại ứng dụng, vấn đềghép tầng khuếch đại, các bộ lọc và nguồn cung cấp cho mạch điện tử.Bài giảng bao gồm 02 phần: Phần 1 là nội dung chi tiết của 4 chương, cuối mỗi chương có câu hỏi ôn tập và tài liệu tham khảo. Phần 2 là phần hướng dẫn ôn tập và đáp án các câu hỏi ở chương 1, 2, 3 và 4 nhằm giúp người học tự kiểm tra, củng cố kiến thức của mình. Chương 1: Phần tử nhiều mặt ghép P - N.Giới thiệu một số linh kiện điện tử có cấu trúc đặc biệt như SCR,TRIAC, DIAC, UJT… và ứng dụng điển hình của chúng trong thực tế. Chương 2: Khuếch đại. Đề cập tới cách mắc mạch khuếch đại sử dụng transistor hiệu ứng trường(FET), cách ghép tầng trong một bộ khuếch đại, mạch khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thuật toán (OA): cấu trúc, đặc điểm và các ứng dụng như mạch cộng, mạch trừ, mạch vi phân, mạch tích phân, mạch lọc tích cực… Chương 3: Tạo dao động điều hòa và nguồn một chiều. Đề cập tới định nghĩa, điều kiện của mạch tạo dao động hình sin; phân tích các mạch tạo dao động hình sin ghép biến áp, ghép RC, mạch dao động 3 điểm, dao động thạch anh. Phân tích mạch cung cấp nguồn một chiều; các phương pháp bảo vệ quá dòng, quá áp của bộ nguồn; giới thiệu bộ nguồn chuyển mạch. Chương 4: Mạch điện tử ứng dụng. Giới thiệu các mạch điện ứng dụng thực tế sử dụng kiến thức đã trang bị ở 3 chương đầu. Đề cập tới yêu cầu chức năng và nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo lường điện tử; mạch chuyển đổi (điện áp/dòng điện, D/A, A/D, tần số/dòng điện, đo nhiệt độ…). Bài giảng được biên soạn phù hợp với chương trình môn học Điện tử 2 mới nhất đã được Trường Đại học Lâm nghiệp phê duyệt. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn và chỉnh sửa nội dung, song đây là lần biên soạn đầu tiên nên chắc chắn không thể tránh được sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp và các sinh viên để hoàn thiện bài giảng trong những lần tái bản sau. Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự động hóa, Khoa Cơ điện & Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp. Tác giả 3 4 Chương 1 PHẦN TỬ NHIỀU MẶT GHÉP P- N Nội dung trong chương này giới thiệu về các linh kiện bán dẫn được cấu tạo từ nhiều mặt ghép P-N như Thyristor, TRIAC, Diac, transistor một tiếp giáp (UJT), diode Shortkey… và các ứng dụng điển hình của chúng: mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch chuyển đổi điện áp, mạch khống chế pha, mạch kích… 1.1.Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến và tham số của Thyristor Thyristor là một cấu kiện chỉnh lưu có điều khiển quan trọng trong họ Thyristors. Do được làm từ vật liệu Silic nên còn có tên gọi là cấu kiện chỉnh lưu Si có điều khiển SCR (Silicon Controlled Rectifier). Cấu kiện chỉnh lưu Si có điều khiển cấu tạo từ các dụng cụ như nhiều mặt ghép P-N. Các dụng cụ chỉnh lưu có đều có cấu trúc dạng bốn lớp bán dẫn công nghệ P- N- P-N xếp liên tiếp nhau. 1.1.1. Cấutạo của Thyristor Thyristor được chế tạo từ bốn lớp bán dẫn P1-N1-P2-N2 đặt xen kẽ nhau (trên đế N1 điện trở cao, tạo ra 2 lớp P1++ và P2+, sau đó tiếp N2++). Giữa các lớp bán dẫn này hình thành các chuyển tiếp P-N lần lượt là J1, J2,J3 và lấy ra 3 cực là Anode (A), Cathode (K) và cực khống chế G (hình1.1a). Để tiện cho việc phân tích nguyên lí làm việc của Thyristor hãy tưởng tượng 4 lớp bán dẫn của Thyristor có thể chia thành hai cấu trúc transistorP1N1P2 và N1P2N2 như hình 1.1a với sự nối thông các miền N1 và P2 giữa chúng. Từ đó có thể vẽ được sơ đồ tương đương như hình 1.1b. Kí hiệu quy ước của Thyristor cho trên hình 1.1c. a) Cấu tạo 4 lớp P-N b) Sơ đồ tương đương c) Ký hiệu Hình 1.1.Cấu tạo và ký hiệu của Thyristor 5 1.1.2. Nguyên lý làm việc củaThyristor Có thể biểu diễn một Thyristor bằng sơ đồ tương đương với hai transistor Q1, Q2mắc nối tiếp (hình 1.2). Trong đó: Q1 là transistor loại PNP, Q2 là transistor loại NPN. a) Trường hợp cực G hở mạch (IG = 0) - Khi UAK> 0: J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược, toàn bộ điện áp UAK đặt lên J2. Khi UAK còn nhỏ, trong mạch chỉ có dòng bão hoà ngược ICB0 của chuyển tiếp J2. - Khi UAK> 0 đủ lớn: Tăng mức độ phân cực thuận cho tiếp giáp J1, J3, tăng phân cực ngược cho J2. Khi UAK tăng tới điện áp đánh thủng J2 J2 bị đánh thủng trở thành dẫn điện. Khi đó J1, J3tương đương hai Diode phân cực thuận mắc nối tiếp và nối tắt qua J2Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Khi Thyristor mở, nội trở của nó giảm về giá trị rất nhỏ coi như bằng không. Đối với vật liệu silic, giá trị điện áp bão hòa của transistorSilic xấp xỉ 0,2V còn UBE cỡ khoảng 0,7V.Điện áp rơi trên hai cực A và K sẽ là:UAK = UEC1 + UBE2 0,2V + 0,7V  0,9V. Giá trị điện áp UAK làm cho Thyristor chuyển trạng thái từ ngắt sang mở gọi là điện áp kích mở tự nhiên (Ukmtn). Như vậy, phương pháp tăng điện áp phân cực thuận UAK để Thyristor chuyển từ khoá sang mở gọi là phương pháp kích mở bằng điện áp thuận (phương pháp kích mở tự nhiên)  phương pháp này không dùng trong thực tế. - Khi UAK< 0: J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận, dòng qua Thyristor là dòng rò ngược (chiều từ K  A) có trị số nhỏ. Hình 1.2. Mạch điện minh họa hoạt động của Thyristor - Khi UAK< 0 đến giá trị Ung.max  J1, J3 bị đánh thủng  dòng ngược qua Thyristor ...