Giáo trình kỹ thuật điện tử nghề sửa chữa lắp ráp máy tính cao đẳng phần 2 trường cao đẳng cơ điện xây dựng việt xô

Giáo trình kỹ thuật điện tử phần 2 cung cấp kiến thức chuyên sâu về sửa chữa, lắp ráp máy tính cho sinh viên cao đẳng cơ điện xây dựng Việt Xô.

• Trường học: Cao đẳng Việt Xô
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Tranzitor hiệu ứng trường
• Loại tài liệu: Bài giảng

Mục lục chi tiết

• 5. Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng
• 5.1. Mục tiêu
• 5.2. Nội dung
• 5.2.1. Field Effect Transistor (FET)
• 5.2.1.1. JFET
• 5.2.1.1.1. Cấu tạo – kí hiệu JFET
• 5.2.1.1.2. Nguyên lí hoạt động
• 5.2.1.1.3. Cách mắc JFET
• 5.2.1.1.4. Đặc tuyến của JFET
• 5.2.1.2. MOSFET
• 5.2.1.2.1. MOSFET kênh liên tục
• 5.2.1.2.1.1. Cấu tạo – kí hiệu
• 5.2.1.2.1.2. Đặc tuyến
• 5.2.1.2.2. MOSFET kênh gián đoạn
• 5.2.1.2.2.1. Cấu tạo – kí hiệu
• 5.2.1.2.2.2. Đặc tuyến
• 5.2.1.2.3. Các cách mắc cơ bản của MOSFET
• 5.2.2. Ứng dụng
• 5.2.3. Cơ sở vật chất
• 5.2.4. Nội dung tiến hành
• 5.2.4.1. Nhận dạng, phân loại JFET, MOSFET
• 5.2.4.2. Xác định các cực
• 5.2.4.3. Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các linh kiện
• 6. Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt
• 6.1. Mục tiêu
• 6.2. Các phần tử quang
• 6.2.1. Điốt quang
• 6.2.2. Tranzitor quang
• 6.2.3. Triac quang
• 6.2.4. Các bộ ghép quang
• 6.2.4.1. Bộ ghép quang Điốt – phô tô quang
• 6.2.4.2. Bộ ghép quang Điốt – Triac quang
• 6.3. Khái niệm: Vi mạch (IC)
• 6.3.1. Cấu trúc
• 7. Bài 7: Mạch nguồn một chiều
• 7.1. Mục tiêu
• 7.2. Khái quát chung
• 7.3. Phân loại
• 7.3.1. Mạch nguồn một chiều dải hẹp
• 7.3.2. Mạch nguồn một chiều dải rộng (nguồn xung)
• 7.4. Mạch chỉnh lưu
• 7.4.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ
• 7.4.2. Mạch chỉnh lưu hình tia

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tranzitor hiệu ứng trường trong kỹ thuật điện tử

Tranzitor hiệu ứng trường (FET) là một trong những linh kiện quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử hiện đại nhờ vào khả năng điều khiển dòng điện bằng điện áp. FET có hai loại chính là JFET và MOSFET, mỗi loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng biệt. Việc hiểu rõ về tranzitor hiệu ứng trường sẽ giúp nâng cao khả năng thiết kế và ứng dụng trong các mạch điện tử.

1.1. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của FET

Tranzitor hiệu ứng trường có cấu tạo đơn giản hơn so với BJT. FET hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện qua một kênh dẫn bằng điện trường. JFET và MOSFET có cấu tạo khác nhau, nhưng đều có ba cực: cực nguồn (S), cực thoát (D) và cực cổng (G). Cấu tạo này cho phép FET có tổng trở vào lớn và tiêu thụ năng lượng thấp.

1.2. Phân loại Tranzitor hiệu ứng trường JFET và MOSFET

JFET (Junction Field Effect Transistor) và MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) là hai loại chính của tranzitor hiệu ứng trường. JFET có cấu tạo đơn giản và thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao. MOSFET, với khả năng cách điện tốt hơn, thường được sử dụng trong các mạch số và tần số cao.

II. Vấn đề và thách thức trong việc sử dụng Tranzitor hiệu ứng trường

Mặc dù tranzitor hiệu ứng trường mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong quá trình sử dụng. Việc lựa chọn loại FET phù hợp cho từng ứng dụng là rất quan trọng. Ngoài ra, các vấn đề về nhiệt độ và độ ổn định của linh kiện cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thách thức trong việc lựa chọn loại FET

Việc lựa chọn giữa JFET và MOSFET phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạch điện. JFET thường được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao, trong khi MOSFET lại phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và tiêu thụ năng lượng thấp.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của FET

Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của tranzitor hiệu ứng trường. Khi nhiệt độ tăng, các thông số như điện trở và dòng điện có thể thay đổi, dẫn đến hiệu suất không ổn định. Việc thiết kế mạch cần phải tính đến yếu tố này để đảm bảo hoạt động ổn định.

III. Phương pháp và giải pháp tối ưu hóa hiệu suất của Tranzitor hiệu ứng trường

Để tối ưu hóa hiệu suất của tranzitor hiệu ứng trường, cần áp dụng một số phương pháp và giải pháp kỹ thuật. Việc sử dụng các mạch điều khiển và bảo vệ có thể giúp nâng cao độ bền và hiệu suất của FET trong các ứng dụng thực tế.

3.1. Sử dụng mạch điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất

Mạch điều khiển có thể giúp điều chỉnh điện áp và dòng điện vào FET, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động. Việc sử dụng các mạch khuếch đại và điều chỉnh có thể giúp cải thiện độ nhạy và độ ổn định của mạch.

3.2. Bảo vệ Tranzitor hiệu ứng trường khỏi các yếu tố bên ngoài

Bảo vệ FET khỏi các yếu tố bên ngoài như quá tải điện áp và nhiệt độ cao là rất quan trọng. Việc sử dụng các linh kiện bảo vệ như diode và cầu chì có thể giúp bảo vệ FET khỏi hư hỏng và kéo dài tuổi thọ của linh kiện.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Tranzitor hiệu ứng trường trong mạch điện

Tranzitor hiệu ứng trường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ mạch khuếch đại đến mạch số. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện tử.

4.1. Ứng dụng trong mạch khuếch đại

FET thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại nhờ vào khả năng khuếch đại tín hiệu với độ nhạy cao. JFET và MOSFET đều có thể được sử dụng trong các ứng dụng này, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạch.

4.2. Ứng dụng trong mạch số và điều khiển

MOSFET là lựa chọn phổ biến trong các mạch số và điều khiển nhờ vào khả năng chuyển mạch nhanh và tiêu thụ năng lượng thấp. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng như bộ điều khiển động cơ và mạch logic.

V. Kết luận và tương lai của Tranzitor hiệu ứng trường trong kỹ thuật điện tử

Tranzitor hiệu ứng trường sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại FET mới sẽ được phát triển, mang lại nhiều ứng dụng và cải tiến trong hiệu suất.

5.1. Xu hướng phát triển của Tranzitor hiệu ứng trường

Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm kích thước của FET. Công nghệ mới như FET trên nền tảng graphene hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến lớn trong lĩnh vực này.

5.2. Tương lai của ứng dụng Tranzitor hiệu ứng trường

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tranzitor hiệu ứng trường sẽ tiếp tục được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ điện tử tiêu dùng đến công nghiệp nặng. Sự phát triển của các linh kiện mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng sáng tạo.

Nội dung chính

TỔNG QUAN VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Tài liệu giáo trình Kỹ thuật điện tử do Khoa Điện – Điện Tự động hóa, Trường Cao đẳng Việt Xô biên soạn là tài liệu học tập chuyên môn thuộc khối kiến thức cơ sở ngành trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư trình độ Cao đẳng, Đại học các ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử và Tự động hóa.

Về chuẩn đầu ra học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học năng lực:

• Trình bày chính xác cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động và đặc tính làm việc của các loại linh kiện bán dẫn đơn cực (JFET, MOSFET), linh kiện quang điện tử và vi mạch tích hợp (IC).
• Phân tích nguyên lý và sơ đồ cấu trúc của các mạch chức năng cơ bản gồm mạch nguồn một chiều (nguồn dải hẹp tuyến tính và nguồn dải rộng kiểu xung) cùng các tầng khuếch đại tín hiệu dùng tranzitor lưỡng cực (BJT).
• Nhận dạng linh kiện, đo kiểm tra tình trạng kỹ thuật (đo nguội bằng đồng hồ vạn năng) và thực hiện lắp ráp, khảo sát thực nghiệm các sơ đồ mạch điện tử trên mô đun thực hành.

Cấu trúc tài liệu được thiết kế theo cách tiếp cận mô đun hóa, đi từ lý thuyết linh kiện bán dẫn chuyên biệt (Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trường, Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt) đến việc ứng dụng linh kiện trong hệ thống biến đổi năng lượng (Bài 7: Mạch nguồn một chiều) và xử lý tín hiệu (Bài 8: Các mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT). Điểm đặc thù của giáo trình là sự gắn kết chặt chẽ giữa các công thức giải tích, đồ thị đường đặc tuyến với bảng danh mục vật tư thực hành chi tiết (như IC 78xx, 79xx, BJT D613, điốt Zener, biến trở, tụ điện) phục vụ công tác đào tạo thực nghiệm tại xưởng thực hành.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Căn cứ vào dữ liệu phân phối chương trình trong tài liệu, các nội dung trọng tâm bao gồm:

• Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trường (FET):
  • JFET (Junction FET): Cấu tạo gồm thanh bán dẫn pha tạp thấp kênh N hoặc kênh P, các cực Cửa (Gate - G), Máng (Drain - D), Nguồn (Source - S). Nguyên lý điều khiển dòng $I_D$ qua điện áp thắt kênh $V_{PO}$ và dòng bão hòa $I_{DSS}$. Ba cách mắc cơ bản: Nguồn chung (CS - hệ số khuếch đại áp và trở kháng vào cao), Cổng chung (CG - ứng dụng khuếch đại tần số cao), Máng chung (CD - tầng khuếch đại đệm). Phương trình đặc tuyến truyền dẫn: $$I_D = I_{DSS} \left(1 - \frac{V_{GS}}{V_{PO}}\right)^2$$
  • MOSFET (Insulated Gate FET): Phân loại thành MOSFET kênh liên tục (loại hiếm) và MOSFET kênh gián đoạn (loại tăng), có lớp cách điện $SiO_2$ và chân đế Sub nối cực S. Đặc tính làm việc phụ thuộc vào điện áp ngưỡng $V_{th}$. Mở rộng các họ linh kiện cải tiến: CMOS, V-MOS, D-MOS.
• Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt:
  • Phần tử quang: Điốt quang (dẫn điện khi có quang thông chiếu vào bề mặt tiếp nhận, làm cảm biến), Tranzitor quang (điều khiển dòng $I_C$ bằng cường độ ánh sáng), Triac quang (kích mở bằng tia sáng).
  • Bộ ghép quang (Optocoupler): Cặp ghép Điốt – Phô tô tranzitor và Điốt – Triac quang nhằm truyền tín hiệu và cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch đầu vào và đầu ra.
  • Vi mạch (IC): Khái niệm mạch tổ hợp chứa hàng triệu linh kiện; phân loại kiểu chân vỏ: vi mạch 1 hàng chân, 2 hàng chân (DIP), 4 hàng chân, chân cắm, chân dán, không chân.
• Bài 7: Mạch nguồn một chiều:
  • Nguồn dải hẹp: Cấu trúc gồm Biến áp $\rightarrow$ Mạch chỉnh lưu (nửa chu kỳ $U_{DCtb} = 0,45U_{AC}$; hình tia $U_{DCtb} = 0,9U_a$; cầu 1 pha $U_{DCtb} = 0,9U_{AC}$) $\rightarrow$ Mạch lọc DC (mạch lọc tụ, mạch lọc hình $\pi$, hình T) $\rightarrow$ Mạch ổn áp (dùng Điốt Zener, BJT điều khiển, IC ổn áp dòng 78XX điện áp dương và 79XX điện áp âm: 7805, 7812, 7905, 7912).
  • Nguồn dải rộng (Nguồn xung): Hoạt động trong dải điện áp vào $90\text{V} \div 300\text{V}$. Cấu trúc gồm 6 khối: Chỉnh lưu sơ cấp $\rightarrow$ Lọc DC sơ cấp $\rightarrow$ Mạch nghịch lưu (chuyển mạch điện tử đóng ngắt tần số $10\text{ kHz} \div 15\text{ kHz}$) $\rightarrow$ Chỉnh lưu thứ cấp $\rightarrow$ Lọc DC thứ cấp $\rightarrow$ Ổn áp và mạch hồi tiếp cách ly bằng bộ ghép quang.
• Bài 8: Các mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT:
  • Chỉ tiêu chất lượng: Hệ số khuếch đại ($K_u = U_r/U_v$, $K_I = I_r/I_v$, $K_p = P_r/P_v$), độ méo phi tuyến trên đoạn đặc tính tuyến tính, tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$).
  • Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ: 3 cấu hình phân cực: Phát chung (EC - đảo pha, trở kháng vào vài trăm $\Omega$ đến vài $\text{k}\Omega$), Gốc chung (BC - đồng pha, $A_i \approx 1$, dùng cho cao tần), Góp chung (CC - đồng pha, $A_v \approx 1$, làm tầng đệm).
  • Phương pháp ghép tầng: Ghép R-C, ghép biến áp, ghép trực tiếp, ghép kiểu Cascode (kết hợp EC-BC triệt tiêu hiệu ứng Miller), ghép Darlington (hệ số khuếch đại dòng lớn $\beta_D \approx \beta_1 \cdot \beta_2$).
  • Mạch khuếch đại công suất: Khảo sát các chế độ công tác A, B, AB, C, D trên đường tải tĩnh/động; mạch đẩy kéo (Push-Pull) sử dụng biến áp và phân cực AB để triệt tiêu biến dạng xuyên tâm (cross-over distortion).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết bán dẫn unipolar dựa trên sự dẫn điện của hạt tải đa số trong điện trường; nguyên lý chuyển đổi AC-DC và biến đổi tần số cao trong kỹ thuật nguồn xung; lý thuyết giải tích mạch tuyến tính tín hiệu nhỏ kết hợp phương pháp đồ thị phân tích điểm làm việc tĩnh Q ($I_{CQ}, V_{CEQ}$) của tranzitor công suất.

Kỹ năng phát triển

Tài liệu rèn luyện cho người học:

• Kỹ thuật (Technical skills): Đo nguội điện trở giữa các cực D-G-S hoặc B-C-E để xác định cực tính và kiểm tra tình trạng ngắn mạch/đứt chân linh kiện; tra cứu mã linh kiện trên datasheet và mạng Internet.
• Phân tích (Analytical skills): Tính toán thông số mạch ổn áp ($U_{DZ} = U_R + 1\text{V}$, $R = 1000(U_V - U_R)$), hệ số khuếch đại dòng/áp, công suất tiêu tán tranzitor $P_T = P_{CC} - P_L$.
• Thực hành (Practical competencies): Lắp ráp, đo đạc thông số trên mô đun thực hành điện tử, đồng hồ vạn năng, bo cắm đa năng và thay thế linh kiện (như BJT D613, IC 78xx/79xx, tụ điện).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp lý thuyết gắn liền với quy trình thao tác kỹ thuật thực nghiệm:

• Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên triển khai bài giảng thông qua việc phân tích mô hình giải tích và đồ thị (đường tải tĩnh AB, đặc tuyến truyền dẫn và ngõ ra), sau đó thị phạm quy trình đo kiểm linh kiện và hướng dẫn sinh viên trực tiếp đấu nối mạch trên thiết bị thí nghiệm.
• Hệ thống bài tập và thực hành: Sau mỗi bài học lý thuyết đều có mục "Nội dung tiến hành" và "Thực hành". Cụ thể:
  • Thực hành nhận dạng, phân loại và đo kiểm tình trạng kỹ thuật của JFET, MOSFET.
  • Thực hành khảo sát các sơ đồ chỉnh lưu (1 pha nửa chu kỳ, hình tia, chỉnh lưu cầu) và mạch ổn áp (dùng Zener, BJT, IC ổn áp 7805, 7812, 7905, 7912).
  • Khảo sát thông số vào/ra, vẽ sơ đồ và thực hành sửa chữa các hư hỏng thông thường trên bộ nguồn dải rộng thực tế.
  • Lắp ráp, đo đạc dạng sóng và xác định hệ số khuếch đại của các mạch khuếch đại EC, BC, CC, Cascode và Darlington.
• Phương pháp đánh giá kết quả học tập:
  • Đánh giá định kỳ: Kiểm tra lý thuyết tính toán thông số mạch và khả năng giải thích nguyên lý hoạt động của các sơ đồ khối.
  • Đánh giá thực hành: Kiểm tra kỹ năng nhận diện linh kiện, độ chuẩn xác của phép đo điện trở bằng đồng hồ vạn năng, kỹ năng cắm nối sơ đồ mạch trên bo cắm và khả năng phân tích dạng sóng đo được.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần đọc trước thông số cấu tạo linh kiện, chuẩn bị sơ đồ nguyên lý trước khi vào xưởng, sử dụng mạng Internet để tra cứu sơ đồ chân của các IC và transistor tương đương khi thực hành thay thế.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Nội dung giáo trình phản ánh các yếu tố kỹ thuật mang tính thực tiễn và tính hệ thống cao:

• Tích hợp công nghệ nguồn xung (Switched-Mode Power Supply): Thay vì chỉ dừng lại ở các mạch ổn áp tuyến tính cổ điển, giáo trình mở rộng sang phân tích khối nguồn dải rộng có khả năng thích ứng điện áp từ $90\text{V} \div 300\text{V}$. Cấu trúc nguồn xung tích hợp mạch nghịch lưu đóng ngắt tần số cao ($10\text{ kHz} \div 15\text{ kHz}$) và mạch hồi tiếp cách ly điện áp bằng Optocoupler phản ánh chính xác các tiêu chuẩn thiết kế nguồn công nghiệp hiện nay.
• Phân loại vi mạch và linh kiện quang điện tử: Tài liệu cập nhật cấu trúc vật lý của các dạng vỏ vi mạch (DIP, linh kiện chân dán SMD, mạch không chân) cùng các phần tử điều khiển quang (Điốt quang, Tranzitor quang, Triac quang), đáp ứng yêu cầu phân tích các mạch cảm biến và mạch truyền tín hiệu cách ly an toàn.
• Cấu hình mạch khuếch đại chuyên dụng: Giáo trình trình bày chi tiết các giải pháp kỹ thuật giải quyết hạn chế của transistor như: mạch ghép Cascode nhằm triệt tiêu hiệu ứng điện dung Miller ở tần số cao; mạch khuếch đại Darlington nâng cao trở kháng ngõ vào; và phương pháp phân cực chế độ AB trong mạch đẩy kéo để khắc phục méo xuyên tâm (cross-over distortion).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Tài liệu được xây dựng phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật:

• Sinh viên: Dành cho sinh viên năm thứ nhất và năm thứ hai theo học các ngành Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điện tử, Điện Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Viễn thông tại các trường Cao đẳng, Đại học kỹ thuật.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Vật lý đại cương (phần điện và bán dẫn), Lý thuyết mạch điện (phân tích dòng điện một chiều, xoay chiều, định luật Kirchhoff, định lý Thevenin) và kiến thức cơ bản về linh kiện thụ động (điện trở, tụ điện, cuộn cảm) cùng cấu trúc phân cực cơ bản của tranzitor BJT.
• Giảng viên: Sử dụng làm đề cương giảng dạy lý thuyết trên lớp, tài liệu thiết kế các bài thí nghiệm/thực hành xưởng, đồng thời làm căn cứ biên soạn ngân hàng câu hỏi kiểm tra, đánh giá kỹ năng nghề.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Phục vụ kỹ thuật viên bảo trì, sửa chữa thiết bị điện tử dân dụng và công nghiệp làm tài liệu tra cứu quy trình đo nguội linh kiện bán dẫn và phương pháp dò mạch nguồn xung.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Tài liệu được biên soạn chuẩn hóa cho chương trình đào tạo Cao đẳng và Đại học khối ngành kỹ thuật Điện – Điện tử, Tự động hóa, đồng thời dùng làm tài liệu kỹ thuật cho học viên học nghề sửa chữa điện tử.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?

Người học cần nắm vững lý thuyết mạch điện cơ bản (định luật Ohm, định luật Kirchhoff, tính toán thông số mạch xoay chiều R-L-C) và hiểu biết căn bản về tính chất vật lý của các chất bán dẫn loại P và loại N.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu thuần lý thuyết là gì?

Giáo trình kết hợp phân tích giải tích với hướng dẫn đo kiểm thực tế: cung cấp quy trình nhận dạng chân cực, bảng vật tư thực hành mẫu (IC 7805, 7905, BJT D613), hướng dẫn phương pháp kiểm tra linh kiện hỏng bằng đồng hồ vạn năng và phân tích trực tiếp sơ đồ nguồn xung dải rộng.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học nên kết hợp việc phân tích biểu thức toán học của mạch với việc vẽ lại sơ đồ nguyên lý, tra cứu datasheet linh kiện thực tế trên Internet và thực hành đo kiểm trên các linh kiện rời trước khi lắp ráp mạch hoàn chỉnh.

5. Có những trang thiết bị và vật tư nào cần đi kèm giáo trình?

Các thiết bị bổ trợ gồm: Mô đun thực hành điện tử, đồng hồ đo điện vạn năng (VOM), bo cắm đa năng (breadboard), dây cắm, cùng các linh kiện: điốt chỉnh lưu, điốt Zener 7,5V, IC họ 78xx/79xx, tranzitor D613, tụ hóa $2200\mu\text{F}$, $100\mu\text{F}$, điện trở và biến trở $50\text{k}\Omega$.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Kỹ thuật điện tử của Khoa Điện – Điện Tự động hóa, Trường Cao đẳng Việt Xô cung cấp hệ thống kiến thức hoàn chỉnh về cấu tạo, đặc tuyến và ứng dụng của các linh kiện bán dẫn (JFET, MOSFET, linh kiện quang, vi mạch IC) cùng phương pháp phân tích, thiết kế các mạch nguồn một chiều và mạch khuếch đại tín hiệu BJT.

Lộ trình học tập đề xuất: Người học nghiên cứu tuần tự từ cấu tạo, đặc tuyến và phương pháp đo kiểm linh kiện (Bài 5, Bài 6), tiến tới tính toán, lắp ráp mạch cấp nguồn DC (Bài 7), và hoàn thiện bằng việc phân tích, vận hành các tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ và khuếch đại công suất (Bài 8). Tài nguyên hỗ trợ bao gồm hệ thống bài tập thực hành trên bo mạch, bảng hướng dẫn tra cứu linh kiện và danh mục thiết bị đo kiểm trong phòng thí nghiệm điện tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng Mục tiêu: - Trình bày đƣợc đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại Tranzitor trƣờng cũng nhƣ phạm vi ứng dụng của chúng; - Nhận dạng, phân loại đƣợc các loại JFET,MOSFET; - Xác định đƣợc các cực và kiểm tra đƣợc tình trạng kỹ thuật của JFET, MOSFET. Nội dung: Transistor trình bày trƣớc đƣợc gọi là transistor mối nối lƣỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor). BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông thƣờng CE, dòng IC =  IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào). Đối với transistor hiệu ứng trƣờng có tổng trở vào rất lớn.

Dòng điện ở lối ra đƣợc Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 70 tăng bằng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện. Vậy ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trƣờng và trƣờng này tạo ra một dòng điện ở lối ra. Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET v à MOSFET.Cấu tạo – kí hiệu JFET (Junction Field Effect Transistor) đƣợc gọi là FET nối. JFET có cấu tạo nhƣ (hình vẽ) Cấu tạo của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b).

Trên thanh bán dẫn hình trụ có điện trở suất khá lớn (nồng độ tạp chất tƣơng đối thấp), đáy trên và đáy dƣới lần lƣợt cho tiếp xúc kim loại đƣa ra hai cực tƣơng ứng là cực máng (cực thoát) và cực nguồn. Vòng theo chu vi của thanh bán dẫn ngƣời ta tạo một mối nối P – N. Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đƣa ra ngoài cực cổng (cửa). D: Drain: cực máng (cực thoát).

G: Gate: cực cổng (cực cửa). S: Source: cực nguồn. Vùng bán dẫn giữa D và S đƣợc gọi là thông lộ (kênh). Tùy theo loại bán dẫn giữa D và S mà ta phân biệt JFET thành hai loại: JFET kênh N, JFET kênh P.

Nguyên lí hoạt động Giữa D và S đặt một điện áp VDS tạo ra một điện trƣờng có tác dụng đẩy hạt tải đa số của bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dòng điện I D. Dòng ID tăng theo điện áp VDS đến khi đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) và điện áp tƣơng ứng gọi là điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn hơn VPO thì ID vẫn không tăng. Giữa G và S đặt một điện áp VGS sao cho không phân cực hoặc phân cực nghịch mối nối P – N. Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dòng ID đạt giá trị lớn nhất IDSS.

Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích. Điện áp phân cực nghịch càng lớn thì vùng tiếp xúc (vùng hiếm) càng nở rộng ra, làm cho tiết diện của kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên dòng điện qua kênh ID giảm xuống và ngƣợc lại. VGS tăng đến giá trị VPO thì ID giảm về 0.Cách mắc JFET - Cũng tƣơng tự nhƣ BJT, JFET cũng có 3 cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), và chung cực cửa(CG) - Trong đó kiểu CS thƣờng đƣợc dùng nhiều hơn cả vì kiểu mắc này cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao. Còn các kiểu mắc CD, CG thƣờng đƣợc dùng trong tầng khuếch đại đệm và khuếch đại tần số cao.

(hình 3-46) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 72 Các cách mắc của JFET - CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S. - CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G. - CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu ra S so với D. Đặc tuyến của JFET.

Mạch khảo sát đặc tuyến của JFET. Khảo sát sự thay đổi dòng thoát ID theo hiệu điện thế VDS và VGS, từ đó ngƣời ta đƣa ra hai dạng đặc tuyến của JFET. Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. Giữ VDS = const, thay đổi VGS bằng cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VGS.

Ta có: VGS 2 I D  I DSS (1  ) VP 0 - Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn nhất và đạt giá trị bão hòa, kí hiệu: IDSS. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 73 - Khi VGS âm thì dòng ID giảm, VGS càng âm thì dòng ID càng giảm. Khi VGS = VPO thì dòng ID = 0. VPO lúc này đƣợc gọi là điện thế thắt kênh (nghẽn kênh).

Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Giữ nguyên VGS ở một trị số không đổi (nhất định). Thay đổi VCC và khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VDS.(hình 3-48) - Giả sử chỉnh nguồn VDC về 0v, không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi.

Đo dòng ID và VDS. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v. Không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 1V = const.

Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dòng ID và VDS tƣơng ứng. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Lặp lại tƣơng tự nhƣ trên ta vẽ đƣợc họ đặc tuyến ngõ ra I D(VDS) ứng với VGS = const.

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 74 Họ đặc tuyến ngõ ra của JFET. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOSFET hay còn đƣợc gọi IGFET (Insulated Gate FET) là FET có cực cổng cách li. MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm) và MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng). Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N hoặc kênh P.MOSFET kênh liên tục a.

Cấu tạo – kí hiệu Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 75 Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại P. Trên đó phủ một lớp mỏng SiO2 là chất cách điện. Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đƣa ra cực thoát (D) và cực nguồn (S).

Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhƣng vẫn cách điện với kênh N có nghĩa là tổng trở vào cực là lớn. Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tƣ gọi là chân Sub, chân này hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N. Thực tế, chân Sub của MOSFET đƣợc nhà sản xuất nối với cực S ở bên trong MOSFET. Đặc tuyến VDS là hiệu điện thế giữa cực D và cực S.

VGS là hiệu điện thế giữa cực G và cực S. Xét mạch nhƣ (hình 3-52) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 76 Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục loại N. Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dòng điện ID, khi tăng điện thế VDS thì dòng ID tăng, ID sẽ tăng đến một trị số giới hạn là IDsat (dòng ID bão hòa). Điện thế VDS ở trị số IDsat đƣợc gọi là điện thế nghẽn VP0 giống nhƣ JFET.

Khi VGS < 0: cực G có điện thế âm nên đẩy điện tử ở kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID sẽ giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng. Khi điện thế cực G càng âm thì dòng ID càng nhỏ, và đến một trị số giới hạn dòng điện ID gần nhƣ không còn. Điện thế này ở cực G gọi là điện thế nghẽn –VP0. Đặc tuyến chuyển này tƣơng tự đặc tuyến chuyển của JFET kênh N.

Khi VGS > 0, cực G có điện thế dƣơng thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng I D tăng cao hơn trị số bão hòa IDsat. Trƣờng hợp này ID lớn dễ làm hƣ MOSFET nên ít đƣợc dùng. Tƣơng tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const.

Cách khảo sát tƣơng tự nhƣ khảo sát JFET nhƣng đến khi cần V GS > 0, ta đổi cực của nguồn VDC nhƣng lƣu ý chỉ cần nguồn dƣơng nhỏ thì ID đã tăng cao. Ta có hai dạng đặc tuyến Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 77 Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh liên tục loại N. Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh liên tục loại N. MOSFET kênh gián đoạn a.

Cấu tạo – kí hiệu: Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 78 Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P. Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub) Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tƣơng tự nhƣ cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N nhƣng không có sẵn kênh N. Có nghĩa là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) không dính liền nhau nên còn gọi là MOSFET kênh gián đoạn.

Mặt trên kênh dẫn điện cũng đƣợc phủ một lớp oxit cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D. Cực G đƣợc lấy ra từ kim loại tiếp xúc bên ngoài lớp oxit SiO2 nhƣng cách điện với bên trong. Cực Sub đƣợc nối với cực S ở bên trong MOSFET.

Đặc tuyến Xét mạch sau:. Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 79 Khi VGS = 0V, điện tử không di chuyển đƣợc nên ID = 0, điện trở giữa D và S rất lớn. Khi VGS > 0V thì điện tích dƣơng ở cực G sẽ hút điện tử của nền P về phía giữa hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh N nối liền hai vùng bán dẫn N+ đã hình thành nên có dòng ID chạy từ D sang S.

Điện thế cực G càng tăng thì ID càng lớn. Điện thế ngƣỡng V  là điện thế VGS đủ lớn để hình thành kênh, thông thƣờng V  vài volt. Tƣơng tự JFET và MOSFET kênh liên tục ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const.