Tổng hợp 250 Bài tập Kỹ thuật điện tử | Học viện kỹ thuật mật mã

Tổng hợp 250 Bài tập Kỹ thuật điện tử | Học viện kỹ thuật mật mã. Tài liệu gồm 216 trang giúp bạn tham khảo, củng cố kiến thức và ôn tập đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

NGUYN THANH TRÀ - THÁI VĨNH HIN
250 BÀI TP
KV THUT ĐIN T
NHÀ XUT BN GIÁO DC VIT NAM
Chưng 1
ĐIỐT
1.1. M TT PHN THUYT
Hiệu ng chỉnh lưu ca điốt bán dn tính dn đin không đối xng.
Khi điốt đưc phân cực thun, điện tr tiếp gp thưng rt bé. Khi điốt đưc
phân cc ngưc điện tr tiếp gp thưcmg rt ln. Khi điện áp ngưc đt vào
đ ln điốt b đánh thng và mt đi tính chỉnh lưu của nó. Trên thc tế tn
ti hai phưofng thc đánh thng đối vi điốt bán dn. Phưcíng thc th nht
gi là đánh thng tm thi (zener). Phương thc th hai gọi là đánh thng v
nhiệt hay đánh thng thác lũ. Ngưi ta s dng phương thc đánh thng tm
thi để làm điốt n áp.
Phương trình bn xác đnh dòng đin Id chy qua đit đưc viết như sau:
~^DS
enu..
(1- 1)
đây: - = , là thế nhit;
q
- k = 1,38.10"^^ , hng s Boltzman;
K
- q = 1,6.10 '’c , đin tích ca electron;
- n = 1 đối vói Ge và n = 2 đối vi Si;
- T nhiệt độ môi trưng tính theo độ K.
T phương trình (1-1) ngưi ta xây dng đưc đc tuyến Volt-Ampe
= f(Uj3) cho điốt và dùng nó đé iính toán các thông s có liên quan đi vi
các mạch đin dùng điốt.
úhg dng quan trng ca điốt là:
a) Chnh lưu dòng đin xoay chiu thành mt chiều nh các sơ đồ cơ bn
s dng các loi điốt khác nhau (đit có điu khin và điốt không điều khin).
b) Hn chế biên đđin áp mt giá tr ngưng cho trưc.
c) n đnh giá tr điện áp một chiều mt ngưng xác lp Uz nh đánh
thng tm thi (zener).
Mô hình gn đúng để mô t điốt trong các mch điện đưc xem như:
a) Là một nguồn điện áp tưng có ni tr bng không khi điốt
chuyn t trng thái khoá sang mti mc điện áp U^K = Up.
b) Là một nguồn ng tưng ni tr rt ln khi điốt chuyn t
trng thái mở sang kh ti mc điện áp = oV
c) chế đ xoay chiều khi tn s tín hiu còn đ thp, điốt sẽ tưcmg đương
như mt đin tr xoay chiều đưc xác đnh theo biu thc (1-2) dưi đây :
( 1-2)
Còn khi' tn s tín hiệu đ cao, cn chú ý ti g tr điện dung ký sinh
ca điốt Cd, đưc mc song song vi đin tr xoay chiều r^.
1.2. BÀJ TẬP LI GIẢI
Bài tp 1-1. Xác định giá tr thế nhit (U-r) ca điốt bán dn trong điu
kiện nhiệt độ môi trưng 20°c.
Bài giải
T biu thc cơ bn dùng để c đnh thế nhit
u ,= iĩ
q
Trong đó:
- k = 1,38.10'^^ , hng s Boltzman;
K
- q = 1 , 6 . đin tích ca electron;
- T nhiệt độ môi trưng tính theo độ K.
Tĩiay c đi ng tưcíng ng vào biểu thc ta có:
U, = ^ = ^ M . 2 5 . 2 7 , n V
^ q 1,6.10"'
Bài tập 1-2. c đnh điện tr mt chiều Rj3 ca điốt chỉnh lưu vi đc
tuyến V-A cho trên hình 1-1 ti các g tr ng đin và điện áp sau:
= 2mA
Uo = -10V.
Bài giải
a) Trên đc tuyến V-A ca điốt đã cho
ti Iß = 2mA ta có:
Ud = 0,5V nên:
K = =
u.. 0,5
Id 2.10
-3
= 250Q
b) Tương t ti Uq = -lOV
Ta Id = l|iA nên;
10
R
Hinh 1-1
= 10MQ.
tập 1-3. Xác đnh đin tr xoay chiều ca điốt chỉnh lưu vi đc
tuyến V-A cho trên hình 1-2.
a) Vi Id = 2mA
b) Với Id = 25mA.
Bài giải
a) Vi Ij) = 2mA, kẻ tiếp tuyến tại điểm ct vi đc tuyến V-A trên hình
1-2 'a s có các giá tr Ij3 và Up tương ng đ xác đnh AUß và AIp như sau:
= 4niA; U^ = 0,76V
In(mA)
Ip = OrnA; ưp = 0,65V
AIp = 4m A - OmA = 4m A
AUd = 0 ,7 6 V -0 ,6 5 V = 0,11V
Vy:
" AI 4.10-
30
25
20
10
AI.
AI, u (v;
---►
0 0,2 0,4 0,60,7 0,8 1,0
Hinh 1-2
b) Với Id = 25mA. Các bưc tương t như câu a) ta xác đnh đưc các
đi lưng tương ng dưi đây:
Id = 30mA; ƯD = 0,8V
Id = 20mA; Ud = 0,78V
AIjj = 30 - 20 = lOmA
Aưd = 0,8 - 0,78 = 0,02V
V â y , = ^ = ^ = 2 « .
AI 10.10''
0
4 ) Bài tp 1-4. Cho đc tuyến V-A ca mt đit như trên hình 1-2. Xác
đnh đin tr mt chiu ti hai giá tr dòng đin.
a) Ij5 = 2mA.
b) Iq = 25mA so sánh chúng vi giá tr đin tr xoay chiều trong bài
tp 1-3.
i gii
T đc tuyến V-A trên hình 1-2 ta có các giá tr tưoìig ng sau;
a) Id = 2mA; ƯD = 0,7V
Nên: R . = ^ = - ^ = 3 5 0 Q
AL 2.10
so với = 27,5Q.
b) Id = 25mA; ƯD = 0,79V
Nên: R , = ^ = - ^ ^ = 3 1 , 6 2 Q
'* AL 25.10"'
so với = 2 Q.
Bài tập 1-5. Cho mch đin dùng điốí như hình l-3a và đc tuyến V-A
của điốt như trên hình l-3b.
a) Xác định to đ đim công tác tĩnh Q[Ư£)o; liX)]-
b) Xác định g đin áp trên ti Ur.
i giải
a) Theo định luật Kirchoff v đin áp vòng ta có:
8
u
D
R.
IkQ
u.
a)
Hình 1-3
E - u - u, = 0 hay E = Uo + ư,
Đây chính là phưcrtig trình đưna ti mi chiu cci mch din dùng điì trên.
Dng đưng ti mt chiu thông qua hai điểm cl trên trc lung vi
U|) = ov và trên trc hoành vi Ip = 0.
Ti ưp = 0 ta E = 0 + IpR,
Nên:
ĨD=-
E
lOV
R 10'o
= 10mA
Ti I|J = 0 la có lì = U|J + (OA).R,
Up = E| -lOV
íi) <
Đưng ti rnt chiều
(R_) đưc dng như trên hình
1-4. Đưng ti mt chiều
(R_) ct đc tuyến (V-A) ti
đicm công tác tĩnh Qflix>
UdoI vi to đ tưcmg ng:
I[)0 = 9,25m A
Upo = 0,78V
b) Điện áp rơi trên ti R, sẽ là:
u =I.R, =I,.R, =9,25.10-M0=9,25V
Hoc Ur, có th đưc tính:
Ur, = E -U do= 10-0,78 = 9,22V
S khác nhau trong hai kết qu trên do sai s khi xác đnh theo đ thi
biu din đc tuyến V-A đi vi đit trên hình 1-3 và hình 1 -4.
Bài tập 1-6. Tính toán lp li như bài tp 1-5 vi R, = 2kQ.
Bài giải
a) T biu thc:
E lOV
R
2kQ
= 5mA
U^ = E
= 10V
Đưng ti một chiu
(R_) đưc dimg như trên hình
1-5 và ta đưc to độ điểm
Q[Ido; UdoI tưcmg ng:
Ido = 4,6mA
Udo = 0,7V
b) Điện áp rơi trên ti R, sẽ là:
=1^ .R, =IdoJR, =4,6.10-' .2.10' =9,2V hoc
= E -U do=10V-0,7V=9,3V
©
7 ] Bài tập 1-7. Tính toán lp li cho bài tp 1-5 bng cách tuyến tính hoá
đc tuyến Volt-Ampe cho trên hình l-3b và điốt loi Si.
Bài giải
Vi việc tuyến tính hoá đc tuyến V-A ca điốt trên ta v li đc tuyến
đó như trên hình 1-6.
10
Dng đưng ti một
chiều (R_) cho mch
tương t như trong câu a)
ca bài tp 1-5 và đưc
biu diễn trên hình 1-6.
Đưng ti mt chiều đc
tuyến V-A ti Q vi to
độ tưoíng ng.
Ido = 9,25mA
U do = 0,7V. Hình 1-6
( 8 j Bài tp 1-8. Tính toán lp li cho bài tp 1-6 bng cách tuyến tính hoá
đc tuyến V-A cho trên hình l-3b và điốt loi Si.
Bài gii
Vi việc tuyến tính
hoá đc tuyến V-A của điốt
trên ta v li đc tuyến đó
như trên hình 1-7.
Dng đưòng ti mt
chiều (R_) cho mch tương
t như trong câu a) của bài
tp 1-6 và đưc biu diễn
trên hình 1-7.
Đường ti mt chiều
(R_) ct đc tuyến V-A ti
Q. Vi to độ tương ng:
Ido ~ 4,6rnA
= 0,7V.
Bài tp 1-9. Tính toán lp li cho bài tp 1-5 bng cách tưng hoá
đc tuyến V-A cho trên hình l-3b và điốt loi Si.
Bài giải
Vi vic tưcmg hoá đc tuyến V-A ca điốt, ta có nhánh thun ca
đc tuyến trùng vi trc tung (Ip), còn nhánh ngưc trùng vi trc hoành
(Ud) như trên hình 1-8.
Hình 1-7
11
Dng dưòng li mt chicu
(R_) cho mch tương t như
Irong câu a) ca bài lp 1-5.
Đưng ti mt chiều ct
đc tuyến V-A ti điểm Q vi
to đ tưcyng ng:
no = iOmA
U,K, = OV.
Đưng ti mt chiu (R_)
đưc biu din như trên hình 1-8.
i tập 1-10. Cho mch đin dùng đit loi Si như hình i -9.
Xác đnh c giá tr đin áp và dòng đin Uq. U|(, I|y
Bài giải
Biết rng để đit loại Si làm vic
bình thưng ngưỡng thông nm trong
khong l 0.5V -r 1,25V. Chn ngưng
ìàm việq cho đit:
U = 0,7V; E = 8V.
Điện áp rơi trên điện ir ti R sẽ là:
U, = E-Up = 8 -0 ,7 = 7,3V Hình 1-9
Dòng đin chy qua đit I|) = 1,;, (dòng
qua tái R) s à:
Id = Iu = - '= ^ = - ^ ^ = 3.32mA
" ' R 2,2.10'
Bài tp 1-11. Cho mch điện dùng điốt như hình 1-10. Xác đnh điện
áp ra trên ti ư và dòng đin Id qua c đit Dị, Dj.
i giải
Chn ngưng điện áp thông cho hai đit D| và D, lương ng.
=0,7V di viđitSi
12
=0,3V đối vi điốt Ge.
Điện áp ra trên ti sẽ là:
= 12-0,7-0,3= liv.
ng điện qua c điốt D|,
Ip Dj Si D, Ge
E
.
L +
12V
u
5,6kQ
ra
và E sẽ là:
r r
11
Hình 1-10
R 5,6.10
l,96m A.
(^1^ Bài tp 1-12. Cho mch điện dùng điốt như hình 1-11
Xác đinh các điên áp và ng đn u, Up , Ij3.
Bài giải
D,Si D.Si
¿1 ki
12V
R-
5,6kQ
Hình 1-11
Id Uo,=OV I=I,,=I,=0A=I,
—•
u.
rn
12V
D. D
2
r :
5,6kfí
ĩT u
R ra
Hình 1-12
Do D| đưc phân cc thun, còn Dt đưc phân cc nghch, ta v li đ
tương đương ca mch vi giả thiết c hai đit đu tưcmg như trên hình 1-12.
Khi đó; u = Id.R = Ir.R = OA.R = ov
Vì điốt D, trng thái h mch nên đin áp rơi trên chính là điện áp
ngun E:
U ,= E -I2V
Nếu theo đnh lut Kirchoff ta cũng s có kết qu như trên.
E -U
D,
=0
u =E -U ,-U ^ = I2 -0 -0 = 1 2 V .
D-, D, ra
13
+ u , - DSi
E,=10VR 4,7kQ
(^1^ Bài tp 1-13. Cho mạch điện ng đit như hình 1-13
Xác định các dòng điện và điện áp I, U|, Ư
2
,
u
ư , . 0^^
1VW^->
+ L
R, 2,2kQ E,^IO V
R, I
E3=-5V
I +
R, u.
E , : 5V
Hình 1-14
Hình 1-13
Qiọn đin áp iông cho đit D loi Si 0,7V ta v li đ trên như hình 1-14.
Dòng điện I đưc tính:
,^ E .E - U (1 0 .5 -0 ^ )
R,+R2 (4,7+2,2)10^
Đin áp U|, Ư2 tương ng trên R|, R, s là:
u, =IR, =2,07.10'\4,7.10^ =9,73V
Ư2 =IR2 =2,07.1012,2.10^ =4,55V
Điện áp ra sẽ là:
u = Ư2 - E, = 4,55 - 5 = -0,45V
Du tr (-) trong kết qu biu th rng cc tính ca đin áp ra (U„) sẽ
Bài gii
Chn giá tr đin áp thông cho các điốt D , loại Si 0,7V. Sơ đ 1-15
đưc vẽ li như hình 1-16.
Dòng điện I đưc tính
R
I = H ^ = ^ = i ^ = 2 8 , 1 8 m A
R 0 ,3 3.1 0 '
14
ra
Hình 1-15
Hình 1-16
Nếu chn D và D, giống nhau ta có ng qua cng sẽ như nhau và
tính đưc;
I =I Q g
D, D, ^
Điện áp ra chính là đin áp thông rơi trên điốt D| và D,
U = 0,7V
Bài tập 1-15. Cho mch điện dùng điốt như hình 1-17. Xác định ng
đin I chy qua mch.
i giai
Dưi tác động ca hai ngun đin áp E| và E. D| đưc phân cc thun,
còn D đưc phân cc nghịch, ta v i đ tương đưong như hình 1-18
dưi đây:
Si
I R
E|=20V 2,2kQ
Si
N 1
D.
D,
------
-------
i
E,=4V
+
-----
^A
R 2.2kn
E, -4 :^ 0 V
-^E2=4V
Hình 1-17
ng điện I đưc tính:
Hình 1-18
R 2,2.10'
15
E tl2V
Bài tp 1-16. Cho mạch điện ng đit như hình 1-19. Xác định điện
áp ra trên ti R.
R
4rO,3V
u.
2,2kQ
ra
Hình 1-20
Bài giải
Vì D| và D, khác loi (D, - Si; D-, - Ge) nên khi đưc cp điện áp phân
cc E điốt D-, (Ge) luôn luôn thông ngưng 0,3V, n điốt D| sẽ luôn luôn
khoá do ngưng thông ti thiu ca điốt loi Si là 0,7V.
Sơ đ tưong đưofng ca mch đưc v li như trên hình 1 -20.
Đin áp ra (U„) trên ti R đưc tính:
U,, = E-u„= 12-0,3= 11,7V.
©
17 ) Bài tp 1-17. Cho mch điện dùng điốt,n trên hình 1-21. c đnh
dòng điện I„ I,, .
Bài gii
Chn ngưng điện áp thông cho
hai điốt D„ ¿ 2 loại Si bng 0,7V.
Dòng điện I| đưc tính:
u . 0,7
Si
H >h
D.
R| 3,3kQ
- aXat- i
I
E - i
20V
I,=
D,
R. 3,3.10
3-=0,212mA
d, ¥ Si
h
4-AAAr
Theo đnh lut Kirchoff v đin áp
vòng ta có:
5,6kfì
Hình 1-21
-U « ,+ E -U -U ,= 0
16
Hay
Do đó:
Ur =E-U c^-U^ =20-0,7-0,7= 18,6V
,_ u 18,6
I= -^ = 3 ,3 2 m A
R, 5,6.10^
Theo đnh lut Kirchoff v dòng điện nút ta có;
=1^- I ,=3,32-0,212 = 3,108mA
Bài tp 1-18. Cho mch đin dùng điốt như hình 1-22 (cng lôgic OR
dương). c định điện áp và dòng điện ra trên ti I, u.
Bài gii
Vì D , Dj đu điốt loi Si, nếu chọn ngưng thông cho chúng bng
0,7V thì Ds luôn luôn thông n Dj luôn luôn bị khoá. Mạch điện đưc v
li như hình 1-23.
(1) * - i
E.=10V
Si
ư
DI
(0)
E, ov
D,
Si
S
D,
u
ra
+
E *:riov
1
t I'-
0.7V
- *-
u
ra
ra
R ^ ik n
Hình 1-22
Đin áp ra s là:
Hnh 1-23
U = E -U d,=10-0,7= 9,3V
I =iÌ2-=_iL=9 3mA.
R 1.10^
Bài tp 1-19. Cho mch điện ng điốt như hình 1-24 (cng lôgic
AND dương). c đnh dòng điện ra (I) và điện áp ra (U^) ưên ti R.
Bài gii
*
Chn ngưng thông bng 0,7V cho D| D2, khi đó sơ đ 1-24 đưc vẽ
li như hình 1-25, tương ng vi thông, n D, tt.
2- 250BTKTĐINT.A
17
«
E - i r l O V
0 , 7 V
u
u
I
ra
D2
R ^ Ikn
"ị^ElOV
Hình 1-25
Điện áp ra chính đin áp thông cho điốt D2 và bng Up . Vây ta có:
=0,7V.
Dòng điện qua ti R cũng chính là dòng qua D2 và đưc tính:
E -U ,
ì = l £ l ^ = 9 ,3 m A .
R 1.10'
Bài tp 1-20. Cho mch chỉnh lưu dùng điốt như hình 1-26.
V dng điện áp ra ưên ti R và xác đnh giá ư đin áp ra một chiều
sau chỉnh lưu Ujc vi điốt D lý tưng.
u
V 2
D
R
2kQ
Hình 1-26
Bài gii
b)
Vi mch điện cho trên hình 1-26 điốt D sẽ dn đin (thông) trong na
chu k dương (+) của tín hiệu vào (t Ơ4-T/2) n trong na chu k âm (-)
ca tín hiệu vào (t T/2^T) điốt D s b khoá hoàn toàn. Dạng ca đin áp ra
trên ti đưc biểu diễn như trên hình l-27b, còn đ tương đưofng đưc
biu diễn như hình l-27a.
18
2- 250BTKTĐIỆNTỬ - B
+
u
+
R S 2kQ
U
de
a) Hinh 1-27 b)
Dien áp ra mót chiéu tren tai diídc tính:
Ud, = 0,318U, = 0,318.20V = 6,36V
1-21. Cho mach chinh lim düng dió't nhuf trén hinh 1-28.
Ve dang dién áp ra trén tai R va tính giá tri dién áp ra t chiéu
trén tái R i dió't D thirc té' loai Si
Uv
D
R
2kQ
a)
Hinh 1-28
Bái gi
Vói dió't D thuc (khdng 1;^ tucmg)
nói tróf cüa dió't khi phán cuc veri tiimg
nífa chu ky cüa tín hiéu váo có giá
trj xác láp. Khi dió't thóng nói trd cüa
D rát bé con khi D khoá tuofng úng
rát n. Vi váy dang dn áp ra diroc
bu dn nhir trén hinh 1 -29.
Dién áp ra mót chiéu trén tái R
duoc tính: = -0,318(U,„ - U^)
= -0,318(20-0,7) = -6,14V
Hinh 1-29
19
Như vy so vi trưng hp D tưcmg trong bài 1-20 đin áp ra giảm
0,22V tương đưofng 3,5%.
( 2^ Bài tập 1-22. Tính toán lp li bài 1-20 và 1-21 vi g tr = 200V
và rút ra kết lun gì?
Bài gii
Đi vi điốt D lý tưng ta có:
u.,, = 0,318U^ = 0,318.200V = 63,6V
Đi vi điốt D thc (không tưng) ta có:
U,, = 0,318(U,-Uo)
= 0,318 (200-0,7) = 63,38V
Kết lun: Khi điện áp vào có mc ln = 200V).
Đi vi trưng hp điốt thc, đin áp ra mt chiều giảm 0,22V tương
đương 0,3459% ít hơn 10 ln so vi kết qu trong bài 1-21 khi mc
bé ( u l = 20V ).
(^2^ Bài 1-23. Cho mch chnh lưu hai na chu k dig đit như trên hình 1-30
a) V dng sóng sau chỉnh lưu trên ti R,.
b) Tính giá tr điện áp ra một chiều trên ti Uj,,.
c) Tính giá tr điện áp ngưc đt n Dị và Dj.
Bài giải
a) Đây mạch chỉnh lưu hai na chu kỳ dùng điốt. Đ dễ dàng nhn
biết trng thái m vic ca mch ta vẽ li đồ tương đương khi các điốt
20
thông, khoá vi tng 1/2 chu k ca tín hiu vào. Ví d: vi 1/2 chu k
dương ca tín hiu vào (t O-^T/2) đồ tương đương đưc biu diễn trên
hình 1-31.
+
a) b)
+
+
R. .
> ư
> *'' <
2,2k< :
<
2.2k ìi
c)
ÌRj2.2kO
t(s)
d) Hình 1-31
b) G ir đin áp mt chiểu trên ti R( sẽ là:
=0,63U, =0,636^:
U.,(V)
u
..
5
__
0
T 7 t(s)
2
e)
= 0,636.5 = 3,18V
Dng đin áp ra sau chnh lưu đy đ c hai na chu k như trên hình 1 -3 le).
c) Đin áp ngưc đl lên D|, D, đúng bng đin áp ra cc đi u,, trong
tng 1/2 chu k hay bng 1/2 tr cc đi cũa đin áp vào và bng 5V.
(^2^ Bài tp 1-24. Cho mch đin dùng đit như hình 1-32 (mch hn biên ni tiếp)
Vdng đin áp ra trên ti R:
21
Bài gỉải
t Ư,(V)
a)
Hình 1-32
b)
5V
U
R
U
Giả thiết điốt D lý tưng, d dàng nhn thy D luôn luôn thông vi 1/2
chu k dương (+) của đin áp vào. Mch điện tương đương c này đưc v
như trên hình 1-33.
Điện áp ra s là: = Uy + 5V và
điốt D s thông cho đến thi điểm Uy
gim xuống đến -5V na chu k âm. Sau
khong thi gian đó điốt D sẽ trng thái
phân cc ngưc, ng qua điốt và qua ti
R luôn bng không, nên đin áp ra cũng sẽ
bng không (tương ng vi mc đin áp
vào Uy < -5V. Khi U y > -5V cũng tưcnig
ng trong khong na chu kỳ âm ca tín hiệu vào, tc khi U v > -5V điốt D
thông tr li và quá trình sẽ lp lại như phân ch trên. .
Dạng đin áp ra đưc biu din như trên hình 1-34:
Hinh 1-33
' UJV)
25
^=20V +5V =25V
5 /
/
71
--------
J
-5
2
Hình 1-34
b)
^2^ Bài tp 1-25. Cho mch điện dùng điốt như hình 1-35. V dng điện
áp ra trên ti R.
22
| 1/216

Preview text:

NGUYỄN THANH TRÀ - THÁI VĨNH HIỂN 250 BÀI TẬP KV THUỘT ĐIỈN TỬ
NHÀ XUẤ T BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM Chưởng 1 ĐIỐT
1.1. TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT
Hiệu ứng chỉnh lưu của điốt bán dẫn là tính dẫn điện không đối xứng.
Khi điốt được phân cực thuận, điện trở tiếp giáp thường rất bé. Khi điốt được
phân cực ngược điện trở tiếp giáp thưcmg rất lớn. Khi điện áp ngược đặt vào
đủ lớn điốt bị đánh thủng và mất đi tính chỉnh lưu của nó. Trên thực tế tồn
tại hai phưofng thức đánh thủng đối với điốt bán dẫn. Phưcíng thức thứ nhất
gọi là đánh thủng tạm thời (zener). Phương thức thứ hai gọi là đánh thủng về
nhiệt hay đánh thủng thác lũ. Người ta sử dụng phương thức đánh thủng tạm
thời để làm điốt ổn áp.
Phương trình cơ bản xác định dòng điện Id chảy qua điốt được viết như sau: enu.. ~^DS ( 1- 1) ở đây: -
= — , là thế nhiệt; q
- k = 1,38.10"^^ — , hằng số Boltzman; K
- q = 1,6.10 '’c , điện tích của electron;
- n = 1 đối vói Ge và n = 2 đối với Si;
- T nhiệt độ môi trường tính theo độ K.
Từ phương trình (1-1) người ta xây dựng được đặc tuyến Volt-Ampe
= f(Uj3) cho điốt và dùng nó đé iính toán các thông số có liên quan đối với
các mạch điện dùng điốt.
úhg dụng quan trọng của điốt là: a)
Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành một chiều nhờ các sơ đồ cơ bản
sử dụng các loại điốt khác nhau (điốt có điều khiển và điốt không điều khiển).
b) Hạn chế biên độ điện áp một giá trị ngưỡng cho trước.
c) Ổn định giá trị điện áp một chiều ở một ngưỡng xác lập Uz nhờ đánh
thủng tạm thời (zener).
Mô hình gần đúng để mô tả điốt trong các mạch điện được xem như:
a) Là một nguồn điện áp lý tưởng có nội trở bằng không khi điốt
chuyển từ trạng thái khoá sang mở tại mức điện áp U^K = Up.
b) Là một nguồn dòng lý tưởng có nội trở rất lớn khi điốt chuyển từ
trạng thái mở sang khoá tại mức điện áp = oV
c) ở chế độ xoay chiều khi tần số tín hiệu còn đủ thấp, điốt sẽ tưcmg đương
như một điện trở xoay chiều được xác định theo biểu thức (1-2) dưới đây : ( 1-2 )
Còn khi' tần số tín hiệu đủ cao, cần chú ý tới giá trị điện dung ký sinh
của điốt Cd, nó được mắc song song với điện trở xoay chiều r^.
1.2. BÀJ TẬP CÓ LỜI GIẢI
Bài tập 1-1. Xác định giá trị thế nhiệt (U-r) của điốt bán dẫn trong điều
kiện nhiệt độ môi trường 20°c. Bài giải
Từ biểu thức cơ bản dùng để xác định thế nhiệt u , = i ĩ q Trong đó:
- k = 1,38.10'^^ — , hằng số Boltzman; K
- q = 1 , 6 . điện tích của electron;
- T nhiệt độ môi trường tính theo độ K.
Tĩiay các đại lượng tưcíng ứng vào biểu thức ta có: U, = ^ = ^ M . 2 5 . 2 7 , n V ^ q 1,6.10"'’
Bài tập 1-2. Xác định điện trở một chiều Rj3 của điốt chỉnh lưu với đặc
tuyến V-A cho trên hình 1-1 tại các giá trị dòng điện và điện áp sau: = 2mA Uo = -10V. Bài giải a)
Trên đặc tuyến V-A của điốt đã cho tại Iß = 2mA ta có: Ud = 0,5V nên: u .. 0,5 K = — = = 250Q -3 Id 2.10
b) Tương tự tại Uq = -lOV Ta có Id = l|iA nên; Hinh 1-1 10 R„ = 10MQ.
tập 1-3. Xác định điện trở xoay chiều
của điốt chỉnh lưu với đặc
tuyến V-A cho trên hình 1-2. a) Với Id = 2mA b) Với Id = 25mA. Bài giải a)
Với Ij) = 2mA, kẻ tiếp tuyến tại điểm cắt với đặc tuyến V-A trên hình
1-2 'a sẽ có các giá trị Ij3 và Up tương ứng để xác định AUß và AIp như sau:
ỉ„ = 4niA; U^ = 0,76V ẩ In(mA) Ip = OrnA; ưp = 0,65V 30 AI. 25
AIp = 4 m A - OmA = 4m A 20
A U d = 0 , 7 6 V - 0 , 6 5 V = 0 ,1 1 V Vậy: 10 AI, u (v; ---► " AI„ 4.10-’ 0 0,2 0,4 0,60,7 0,8 1,0 Hinh 1-2 b)
Với Id = 25mA. Các bước tương tự như câu a) ta xác định được các
đại lượng tương ứng dưới đây: Id = 30mA; ƯD = 0,8V Id = 20mA; Ud = 0,78V AIjj = 30 - 20 = lOmA
Aưd = 0,8 - 0,78 = 0,02V V â y , = ^ = ^ = 2 « . AI„ 10.10''
04 ) Bài tập 1-4. Cho đặc tuyến V-A của một điốt như trên hình 1-2. Xác
định điện trở một chiều tại hai giá trị dòng điện. a) Ij5 = 2mA.
b) Iq = 25mA và so sánh chúng với giá trị điện trở xoay chiều trong bài tập 1-3. Bài giải
Từ đặc tuyến V-A trên hình 1-2 ta có các giá trị tưoìig ứng sau; a) Id = 2mA; ƯD = 0,7V Nên: R . = ^ = - ^ = 3 5 0 Q AL 2.10 so với = 27,5Q.
b) Id = 25mA; ƯD = 0,79V Nên:
R , = ^ = - ^ ^ = 3 1 , 6 2 Q '* AL 25.10"' so với = 2 Q.
Bài tập 1-5. Cho mạch điện dùng điốí như hình l-3a và đặc tuyến V-A
của điốt như trên hình l-3b.
a) Xác định toạ độ điểm công tác tĩnh Q[Ư£)o; liX)]-
b) Xác định giá ừị điện áp trên tải Ur. Bài giải
a) Theo định luật Kirchoff về điện áp vòng ta có: 8 uD R. u. IkQ a) Hình 1-3
E - u„ - u, = 0 hay E = Uo + ư,
Đây chính là phưcrtig trình đườna tải mội chiều củci mạch diện dùng điỏì trên.
Dựng đường tải một chiều thông qua hai điểm cắl trên trục lung với
U|) = o v và trên trục hoành với Ip = 0.
Tại ưp = 0 ta có E = 0 + IpR, E lOV Nên: ĨD=- = 10mA R 10'o
Tại I|J = 0 la có lì = U|J + (OA).R, Up = E| -lO V Ịíi) ■ <’
Đường tải rnột chiều
(R_) được dựng như trên hình
1-4. Đường tải một chiều
(R_) cắt đặc tuyến (V-A) tại
đicm công tác tĩnh Qflix>
UdoI với toạ độ tưcmg ứng: I[)0 = 9,2 5 m A Upo = 0 ,7 8 V
b) Điện áp rơi trên tải R, sẽ là:
u „ =I„.R, =I„,.R, =9,25.10-M 0’ =9,25V
Hoặc Ur, c ó thể được tính:
Ur, = E - U do= 10-0,78 = 9,22V
Sự khác nhau trong hai kết quả trên do sai số khi xác định theo đồ thi
biểu diễn đặc tuyến V-A đối với điốt trên hình 1-3 và hình 1 -4.
Bài tập 1-6. Tính toán lặp lại như bài tập 1-5 với R, = 2kQ. Bài giải a) Từ biểu thức: E lOV = 5mA R 2kQ U^ = E = 10V
Đường tải một chiều
(R_) được dimg như trên hình
1-5 và ta được toạ độ điểm
Q[Ido; UdoI tưcmg ứng: Ido = 4,6mA Udo = 0,7V
b) Điện áp rơi trên tải R, sẽ là:
=1^ .R, = IdoJR, =4,6.10-' .2.10' =9,2V hoặc
= E - U do= 10V -0,7V = 9,3V
©7 ] Bài tập 1-7. Tính toán lặp lại cho bài tập 1-5 bằng cách tuyến tính hoá
đặc tuyến Volt-Ampe cho trên hình l-3b và điốt loại Si. Bài giải
Với việc tuyến tính hoá đặc tuyến V-A của điốt trên ta vẽ lại đặc tuyến
đó như trên hình 1-6. 10
Dựng đường tải một
chiều (R_) cho mạch
tương tự như trong câu a)
của bài tập 1-5 và được
biểu diễn trên hình 1-6.
Đường tải một chiều đặc
tuyến V-A tại Q với toạ độ tưoíng ứng. Ido = 9,25mA U do = 0,7V. Hình 1-6
( 8 j Bài tập 1-8. Tính toán lặp lại cho bài tập 1-6 bằng cách tuyến tính hoá
đặc tuyến V-A cho trên hình l-3b và điốt loại Si. Bài giải
Với việc tuyến tính
hoá đặc tuyến V-A của điốt
trên ta vẽ lại đặc tuyến đó như trên hình 1-7.
Dựng đưòng tải một
chiều (R_) cho mạch tương
tự như trong câu a) của bài
tập 1-6 và được biểu diễn trên hình 1-7. Hình 1-7
Đường tải một chiều
(R_) cắt đặc tuyến V-A tại
Q. Với toạ độ tương ứng: Ido ~ 4,6rnA = 0,7V.
Bài tập 1-9. Tính toán lặp lại cho bài tập 1-5 bằng cách lý tưởng hoá
đặc tuyến V-A cho trên hình l-3b và điốt loại Si. Bài giải
Với việc lý tưcmg hoá đặc tuyến V-A của điốt, ta có nhánh thuận của
đặc tuyến trùng với trục tung (Ip), còn nhánh ngược trùng với trục hoành
(Ud) như trên hình 1-8. 11
Dựng dưòng lải một chicu
(R_) cho mạch tương tự như
Irong câu a) của bài lập 1-5.
Đường tải một chiều cắt
đặc tuyến V-A tại điểm Q với
toạ độ tưcyng ứng: ỉno = iOmA U,K, = OV.
Đường tải một chiều (R_)
được biểu diễn như trên hình 1-8.
Bài tập 1-10. Cho mạch điện dùng điốt loại Si như hình i -9.
Xác định các giá trị điện áp và dòng điện Uq. U|(, I|y Bài giải
Biết rằng để điốt loại Si làm việc
bình thường ngưỡng thông nằm trong
khoảng lừ 0.5V -r 1,25V. Chọn ngưỡng
ìàm việq cho điốt: U„ = 0,7V; E = 8V.
Điện áp rơi trên điện irở tải R sẽ là:
U, = E - U p = 8 - 0 ,7 = 7,3V Hình 1-9
Dòng điện chảy qua điốt I|) = 1,;, (dòng qua tái R) sẽ ỉà:
Id = Iu = - ' = ^ = - ^ ^ = 3.32mA " ' R 2 ,2 .1 0 '
Bài tập 1-11. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-10. Xác định điện
áp ra trên tải ư„ và dòng điện Id qua các điốt Dị, Dj. Bài giải
Chọn ngưỡng điện áp thông cho hai điốt D| và D, lương ứng.
=0,7V dối vớiđiốtSi 12
= 0,3V đối với điốt Ge. Ip Dj Si D, Ge .
Điện áp ra trên tải sẽ là: L + E 12V u ra = 12-0,7-0,3= liv. 5,6kQ
Dòng điện qua các điốt D|, và E sẽ là: Hình 1-10 11 r r l,96m A . R 5,6.10
(^1^ Bài tập 1-12. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-11
Xác đinh các điên áp và dòng điên u„, Up , Ij3. Bài giải D,Si D.Si
Id Uo,=OV I„= I,,= I,= 0A = I, •— ► — ¿1— ki— —•—• ĩ T u 12V u. 12V D. D R ra rn 2 R- r : 5,6kQ 5,6kfí Hình 1-11 Hình 1-12
Do D| được phân cực thuận, còn Dt được phân cực nghịch, ta vẽ lại sơ đồ
tương đương của mạch với giả thiết cả hai điốt đều lý tưcmg như trên hình 1-12.
Khi đó; u„ = Id.R = Ir.R = OA.R = o v
Vì điốt D, ở trạng thái hở mạch nên điện áp rơi trên nó chính là điện áp nguồn E: U „ ,= E -I 2 V
Nếu theo định luật Kirchoff ta cũng sẽ có kết quả như trên. E - U = 0 D,
u „ = E -U „ ,-U ^ = I 2 - 0 - 0 = 1 2 V . D-, D, ra • 13
(^1^ Bài tập 1-13. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-13
Xác định các dòng điện và điện áp I, U|, Ư2, + u , - D Si ư , . 0’^^ 1—VW^->— I + E ,=10V R 4,7kQ u R, I + L R, u . R, 2,2kQ E ,^ IO V E ,Ậ : 5V E3=-5V Hình 1-13 Hình 1-14
Qiọn điện áp ứiông cho điốt D loại Si 0,7V ta vẽ lại sơ đồ trên như hình 1-14.
Dòng điện I được tính: , ^ E . E - U „ ( 1 0 .5 - 0 ^ ) R,+R2 (4,7+2,2)10^
Điện áp U|, Ư2 tương ứng trên R|, R, sẽ là:
u , =IR, =2,07.10'\4,7.10^ =9,73V
Ư2 =IR2 =2,07.1012,2.10^ =4,55V
Điện áp ra sẽ là:
u„ = Ư2 - E, = 4,55 - 5 = -0,45V
Dấu trừ (-) trong kết quả biểu thị rằng cực tính của điện áp ra (U„) sẽ có Bài giải
Chọn giá trị điện áp thông cho các điốt D ị,
loại Si 0,7V. Sơ đồ 1-15
được vẽ lại như hình 1-16.
Dòng điện I được tính
I = H ^ = ^ = i ^ = 2 8 , 1 8 m A R R 0 ,3 3 .1 0 ' 14 ra Hình 1-15 Hình 1-16
Nếu chọn Dị và D, giống nhau ta có dòng qua chúng sẽ như nhau và tính được; I =I Q g D, D , ^ ọ ’
Điện áp ra chính là điện áp thông rơi trên điốt D| và D, U„ = 0 ,7 V
Bài tập 1-15. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-17. Xác định dòng
điện I chảy qua mạch. Bài giai
Dưới tác động của hai nguồn điện áp E| và Eị. D| được phân cực thuận,
còn Dọ được phân cực nghịch, ta vẽ ỉại sơ đồ tương đưong như hình 1-18 dưới đây: Si — N— 1 I R D. D, ----- ►^ẠA— E|=20V 2,2kQ E,=4V ------ ------- i + R 2.2kn -^E2=4V Si E, -4 :^ 0 V Hình 1-17 Hình 1-18
Dòng điện I được tính: R 2,2.10' 15
Bài tập 1-16. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-19. Xác định điện áp ra trên tải R. E t l 2 V 4rO,3V —• u. R ra 2,2kQ Hình 1-20 Bài giải
Vì D| và D, khác loại (D, - Si; D-, - Ge) nên khi được cấp điện áp phân
cực E điốt D-, (Ge) luôn luôn thông ngưỡng 0,3V, còn điốt D| sẽ luôn luôn
khoá do ngưỡng thông tối thiểu của điốt loại Si là 0,7V.
Sơ đồ tưong đưofng của mạch được vẽ lại như trên hình 1 -20.
Điện áp ra (U„) trên tải R được tính:
U,, = E - u „ = 1 2 - 0 , 3 = 11,7V.
©17 ) Bài tập 1-17. Cho mạch điện dùng điốt,như trên hình 1-21. Xác định dòng điện I„ I,, . Bài giải Si R| 3,3kQ H > h - aXat- i
Chọn ngưỡng điện áp thông cho D. I
hai điốt D„ ¿ 2 loại Si bằng 0,7V. E - i d , ¥ Si
Dòng điện I| được tính: 20V u .D , 0,7 h I,= 3-=0,212mA 4-AAAr R. 3,3.10 5,6kfì
Theo định luật Kirchoff về điện áp Hình 1-21 vòng ta có:
- U « , + E - U „ - U „ , = 0 16 Hay
Ur = E -U c^-Uọ^ = 20-0,7-0,7= 18,6V , _ u 18,6 Do đó: I = — — - ^ = 3 ,3 2 m A R, 5,6.10^
Theo định luật Kirchoff về dòng điện nút ta có;
=1^- I , = 3,32-0,212 = 3,108mA
Bài tập 1-18. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-22 (cổng lôgic OR
dương). Xác định điện áp và dòng điện ra trên tải I„, u„. Bài giải
Vì D ị, Dj đều là điốt loại Si, nếu chọn ngưỡng thông cho chúng bằng
0,7V thì Dị sẽ luôn luôn thông còn Dj luôn luôn bị khoá. Mạch điện được vẽ lại như hình 1-23. Si ưDI (1 ) * - i E.=10V D, t I ' - u 0.7V ( Si 0) u ■S + ra -• *- E, ov D, ra E * :r io v ra R ^ i k n 1 Hình 1-22 Hỉnh 1-23
Điện áp ra sẽ là:
U „ = E - U d,= 1 0 -0 ,7 = 9 ,3 V
I = iÌ2 -= _ Ẽ iL = 9 3mA. R 1.10^
Bài tập 1-19. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-24 (cổng lôgic
AND dương). Xác định dòng điện ra (I„) và điện áp ra (U^) ưên tải R. Bài giải *
Chọn ngưỡng thông bằng 0,7V cho D| và D2, khi đó sơ đồ 1-24 được vẽ
lại như hình 1-25, tương ứng với thông, còn D, tắt. 2- 250BTKTĐIỆNTỬ.A 17 •« •• 0 , 7 V u I u ra D2 E - i r l O V R ^ Ikn "ị^ElOV Hình 1-25
Điện áp ra chính là điện áp thông cho điốt D2 và bằng Up . Vây ta có: =0,7V .
Dòng điện qua tải R cũng chính là dòng qua D2 và được tính:
E -U ,ì= l£ l^ = 9 ,3 m A . R 1.10'
Bài tập 1-20. Cho mạch chỉnh lưu dùng điốt như hình 1-26.
Vẽ dạng điện áp ra ưên tải R và xác định giá ưị điện áp ra một chiều
sau chỉnh lưu Ujc với điốt D lý tưởng. D uV 2 R 2kQ Hình 1-26 b) Bài giải
Với mạch điện cho trên hình 1-26 điốt D sẽ dẫn điện (thông) trong nửa
chu kỳ dương (+) của tín hiệu vào (từ Ơ4-T/2) còn trong nửa chu kỳ âm (-)
của tín hiệu vào (từ T/2^T) điốt D sẽ bị khoá hoàn toàn. Dạng của điện áp ra
trên tải được biểu diễn như trên hình l-27b, còn sơ đồ tương đưofng được
biểu diễn như hình l-27a. 18 2- 250BTKTĐIỆNTỬ - B + + u R S 2kQ Ude a) Hinh 1-27 b)
Dien áp ra mót chiéu tren tai diídc tính:
Ud, = 0,318U,„ = 0,318.20V = 6,36V
1-21. Cho mach chinh lim düng dió't nhuf trén hinh 1-28.
Ve dang dién áp ra trén tai R va tính giá tri dién áp ra mót chiéu
trén tái R vói dió't D thirc té' loai Si • • D Uv R 2 k Q a) Hinh 1-28 Bái giái
Vói dió't D thuc (khdng 1;^ tucmg)
nói tróf cüa dió't khi phán cuc veri tiimg
nífa chu ky cüa tín hiéu váo sé có giá
trj xác láp. Khi dió't thóng nói trd cüa
D rát bé con khi D khoá sé tuofng úng
rát lón. Vi váy dang dién áp ra diroc
biéu dién nhir trén hinh 1 -29.
Dién áp ra mót chiéu trén tái R Hinh 1-29 duoc tính: = -0,318(U,„ - U^)
= -0 ,3 1 8 (2 0 -0 ,7 ) = -6,14V 19
Như vậy so với trường hợp D lý tưcmg trong bài 1-20 điện áp ra giảm
0,22V tương đưofng 3,5%.
( 2^ Bài tập 1-22. Tính toán lặp lại bài 1-20 và 1-21 với giá trị = 200V
và rút ra kết luận gì? Bài giải
Đối với điốt D lý tưởng ta có:
u.,, = 0,318U^ = 0,318.200V = 63,6V
Đối với điốt D thực (không lý tưởng) ta có: U,, = 0,318(U™,-Uo)
= 0,318 (2 0 0 -0 ,7 ) = 63,38V
Kết luận: Khi điện áp vào có mức lớn = 200V).
Đối với trường hợp điốt thực, điện áp ra một chiều giảm 0,22V tương
đương 0,3459% ít hơn 10 lần so với kết quả trong bài 1-21 khi có mức bé ( u l = 2 0 V ).
(^2^ Bài 1-23. Cho mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dừig điốt như trên hình 1-30
a) Vẽ dạng sóng sau chỉnh lưu trên tải R,.
b) Tính giá trị điện áp ra một chiều trên tải Uj,,.
c) Tính giá trị điện áp ngược đặt lên Dị và Dj. Bài giải a)
Đây là mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dùng điốt. Để dễ dàng nhận
biết trạng thái làm việc của mạch ta vẽ lại sơ đồ tương đương khi các điốt 20
thông, khoá với từng 1/2 chu kỳ của tín hiệu vào. Ví dụ: với 1/2 chu kỳ
dương của tín hiệu vào (từ O-^T/2) sơ đồ tương đương được biểu diễn trên hình 1-31. + a) b) + + ♦ U.,(V) R. .> ư
2,2k<:ì :> *'•' < ÌRj2.2kO < u.. 5 __ 2.2k ỉìi t(s) 0 T 7 t(s) 2 c) d) Hình 1-31 e)
b) Giá irị điện áp một chiểu trên tải R( sẽ là: =0,63U,„ =0,636^: = 0,636.5 = 3 ,18V
Dạng điện áp ra sau chỉnh lưu đầy đủ cả hai nửa chu kỳ như trên hình 1 -3 le). c)
Điện áp ngược đậl lên D|, D, đúng bằng điện áp ra cực đại u,,„„ trong
từng 1/2 chu kỳ hay bằng 1/2 trị cực đại cũa điện áp vào và bằng 5V.
(^2^ Bài tập 1-24. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-32 (mạch hạn biên nối tiếp)
Vẽ dạng điện áp ra trên tải R: 21 Bài gỉải t Ư,(V) a) Hình 1-32 b)
Giả thiết điốt D lý tưởng, dễ dàng nhận thấy D luôn luôn thông với 1/2
chu kỳ dương (+) của điện áp vào. Mạch điện tương đương lúc này được vẽ như trên hình 1-33.
Điện áp ra sẽ là: = U y + 5V và
điốt D sẽ thông cho đến thời điểm Uy 5V
giảm xuống đến -5V ở nửa chu kỳ âm. Sau U R U
khoảng thời gian đó điốt D sẽ ở trạng thái
phân cực ngược, dòng qua điốt và qua tải
R luôn bằng không, nên điện áp ra cũng sẽ
bằng không (tương ứng với mức điện áp Hinh 1-33
vào U y < -5V. Khi U y > -5V cũng tưcnig
ứng trong khoảng nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào, tức khi U v > -5V điốt D
thông trở lại và quá trình sẽ lặp lại như phân tích trên. .
Dạng điện áp ra được biểu diễn như trên hình 1-34: ' U JV ) 25 ^ = 2 0 V + 5 V = 2 5 V 5 / / — 71-------- J -5 2 Hình 1-34 b)
^ 2 ^ Bài tập 1-25. Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-35. Vẽ dạng điện áp ra trên tải R. 22