Chương 1. Linh kiện điện từ Chương 2. Mạch khuếch đại Chương 3. Khuếch đại vi sai và khuếch đại thuật toán Chương 4.
Mạch dao động Chương 5. Các mạch sổ cơ bản Chương 6. Mạch biển đổi tần số tín hiệu Chương 7. Nguồn cấp điện một chiều Chương 8.
Dụng cụ đo lường điện tử Giáo trình đã được Hội đồng thấm định Trường Đại học Quy Nhơn thông qua. Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Bộ môn Vật lý - Khoa học vật liệu, Khoa học Tự nhiên; các Thầv giáo, Cô giáo Khoa Kỹ thuật và Công nghệ đã giúp đỡ, đọc bản thảo và đỏng góp nhiều ỷ kiến quỷ báu trong khi biên soạn tài liệu. Trong quá trình biên soạn, mặc dù các tác giả đã dành nhiều thời gian và nỗ lực đê hoàn thiện song chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các đông nghiệp và bạn đọc.
CÁC TÁC GIÀ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Việt BKĐ Bộ khuếch đại CTT Chuẩn tắc tuyển CTH Chuẩn tắc hội HSKĐ Hệ số khuếch đại KĐ Khuếch đại KĐCS Khuếch đại công suất KĐVS Khuếch đại vi sai SĐTĐ Sơ đồ tương đương Tiếng Anh Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ BCD Binary Coded Decimal Mã nhị phân BCD Bit Binary digit Số (bit) nhị phân BJT Bipolar Junction Transistor Transistor lưỡng cực BPSK Binary Phase Shift Key Điều chế khóa dịch pha nhị phân CB Common Base Cực gốc chung cc Common Collector Cực thu chung CD Common Drain Cực máng chung CG Common Gate Cực cổng chung CE Common Emitter Cực phát chung CMRR Common Mode Rejection Ratio Tỷ số nén nhiễu đồng pha cs Common Source Cực nguồn chung DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự Từ viết tắt Tiếng Anh. Tiếng Việt DC Directing Current ■ * Dòng điện một chiều Diac Diode Alternative Current Chuyển mạch bán dẫn xoay chiều Semiconductor Switch 2 cực DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh DIV Division Độ chia (trong máy hiện sóng điện tử) DPSK Differential Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha vi sai DSB-SC Double Sideband Suppressed Điều chế biên độ 2 biên triệt sóng Carrier mang EXT TRIG External Trigger In Ngõ vào đồng bộ ngoài IN FA Full Adder Bộ toàn tổng FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần sổ FET Field Effect Transistor Transistor hiệu ứng trường FF Flip Flop Mạch bập bênh FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Key Điều chế khóa dịch tần GND Ground Đất (mass) GTO Gate Turn O ff Thyristor Thyristor có cổng đóng mở HA Half Adder Bộ bán tổng IC Intergrated Circuit Mạch tích hợp (Vi mạch) IF Intermediate Frequency Trung tần IGFET Isolated Gate Field Effect Transistor Transistor hiệu ứng trường có cực cửa cách ly JFET Junction Field Effect Transistor Transistor hiệu ứng trường có cực cửa là chuyển tiếp p-n. LCD Liquid Crystal Display Bộ hiển thị tinh thể lỏng LED Light Emitting Diode Diode phát quang LSB Least Significant Bit Bit có ý nghĩa nhỏ nhất LTP Lower Threshold Point Điểm khởi động dưới MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET (Tên gọi khác của IGFET) MSB Most Significant Bit Bít có ý nghĩa lớn nhất 6 Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NTSC National Television System ủ y ban hệ thống truyền hình quôc Committee gia Mỹ (hệ màu NTSC) OA Operational Amplifier Bộ khuếch đại thuật toán OOK On - Off Keying Điều chế khóa đóng - ngắt PAL Phase Alternative Line Thay đổi pha theo dòng (hệ màu PAL) PAM Pulse Amplitude Modulaton Điều chế biên độ xung PCM Pulse Coded Modulation Điều chế xung mã PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha PM Phase Modulation Điều chế pha PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung PSK Phase Shift Key Điều chế khóa dịch pha PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc. QPSK Quartemary Phase Shift Key Điều chế khóa dịch pha 4 bit REF Reference Mức tham chiếu (chuẩn) RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SCR Silicon Controlled Rectifier Bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiên sw Switch Chuyển mạch điện tử S/N Signal/Noise Tỷ số công suất tín hiệu fren công suất tạp âm TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian THD Total Harmonic Distortion Hệ số méo hài tổng cộng Triac Triode Alternative Current Chuyển mạch bán dẫn xoay chiêu 3 Semiconductor Switch cực UTP Upper Threshold Point Điểm ngưỡng trên vco Voltage Controlled Oscillator Mạch dao động điều khiên băng điện áp WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia cheo bước sóng 7 C hư ơng 1 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.
Chất bán dẫn thuần khiết - Các vật liệu điện tử thường được phân chia thành 3 loại: cách điện, dẫn điện và bán dẫn. Chất bán dẫn có điện trở suất ở khoảng giữa chất dẫn điện và chất cách điện, trong khoảng (10"4 -ỉ-10+4) Í2.m [2], Tuy nhiên, giá trị này còn phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ tạp chất trong bán dẫn. - về cấu trúc, bán dẫn là chất rắn kết tinh và hầu hết có cấu trúc đơn tinh thể, gồm 2 loại là: bán dẫn đơn chất (Si, G e.) và bán dẫn hợp chất (Ga-As, In-P, Ga-Al-As.) [7], Để đơn giản, ta có thể hình dung cấu trúc tinh thể của bán dẫn Si thuần khiết bằng mô hình phẳng như Hình 1. Silic là nguyên tố thuộc nhóm rv trong bảng tuần hoàn Medeleep, có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng.
Trong tinh thể, mỗi nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử kế cận thông qua các liên kết cộng hóa trị. Khi đó, mỗi nguyên Hình 1. Cấu trúc tinh thể bán dẫn Si tử Si sẽ có 8 điện tử ở lớp ngoài cùng và trở nên bền vững. Trong trạng thái như vậy, tinh thể Si không có điện tích tự do nên không dẫn điện.
- Theo thuyết Vùng năng lượng, giản đồ năng lượng của chất rắn tinh thể có 3 vùng năng lượng khác nhau [7]: + Vùng hoá trị: trong đó các mức năng lượng bị chiếm chỗ hoàn toàn bởi các điện tử. + Vùng dân: trong đó các mức năng lượng đều còn bỏ trống hoặc bị chiếm chồ một phần. + Vùng cấm: trong đó không tồn tại mức năng lượng nào để các điện tử có thể chiếm chỗ. - Đôi với kim loại (Hình 1.2a), giản đô vùng năng lượng có vùng dẫn và vùng hoá trị kề nhau hoặc gối lên nhau, không có vùng cấm xen vào giữa.
Vì vậy, ngay ở nhiệt độ xấp xỉ OK, điện tử đã có thể lên chiếm giữ các mức năng lượng còn trống của vùng dẫn, trở thành điện tử tự do và tham gia dẫn điện. Giản đồ vùng năng lượng của kim loại ( a )y điện môi (b) và bán dân (c) - Đối với điện môi (Hình 1.2b), vùng dẫn cách vùng hoá trị một khoảng bằng bề rộng của vùng cấm (Wg > 5eV [2], [29]). Ở nhiệt độ thường, vùng dẫn hoàn toàn trông, không có điện tử, do đỏ, chất điện môi không dẫn điện. - Đối với chất bán dẫn thuần (Hình 1.2c), bề rộng vùng cấm hẹp hơn nhiều so với chất điện môi (Wg < 2eV.
Ví dụ: Si có wg= 1,1 eV, Ge có Wg= 0,67eV [7], [29]). Vì vậy, khi được cung cấp năng lượng (nhiệt độ hoặc ánh sáng), một số điện tử trong vùng hoá trị có thể vượt qua vùng cấm, lên vùng dẫn để tham gia dẫn điện. Khi đó, trong vùng hóa trị, nơi điện tử vừa đi khỏi, xuất hiện mức năng lượng bỏ trống, được đặc trưng bời một điện tích dương gọi là lỗ ,. Quá trình này được gọi là quá trình phát xạ cặp điện tử - lỗ trống.
Lỗ trống có thê di chuyển trong mạng tinh thể bán dân đê tham gia dân điện (Hmh 1. Như vậy trong bán dẫn, điện tử và lồ trống đều tham gia vào thành phần dòng điện. Các điện tử dẫn điện trong vùng dẫn, các lỗ trống dẫn điện trong vùng hỏa trị. Chất bán dẫn tạp chất 1.
Bán dẫn tạp chất loại n - Để làm tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn ở điều kiện bình thường, người ta đưa vào bán dẫn Si thuần một tạp chất thuộc nhóm V (như là: p, A s.) với hàm lượng thích hợp, sao cho các nguyên tử tạp chất chiếm một trong những nút của mạng tinh thê Si (Hình 1. Khi đó, 4 điện tử hóa trị của nguyên từ tạp chất tham gia vào các môi liên kêt với mạng tinh thề Si, còn điện từ hóa trị thứ 5 chỉ liên kết rất yếu với hạt nhân của nó, chỉ 10 cần cung cấp một năng lượng rất nhỏ (nhờ nhiệt độ, ánh sáng.) điện tử này sẽ trở thành hạt dẫn tự do [7]. Mạng tinh thể của bán dẫn loại n - Chất pha tạp thuộc nhóm V này được gọi là chất donor hay là chất cho điện tử. Bán dẫn được pha tạp chất donor gọi là bán dẫn loại n.
số lượng các điện tử tự do của bán dẫn n lớn horn nhiều số lỗ trống (sinh ra do sự phát xạ cặp điện tử - lồ trống ). Do vậy, trong bán dẫn loại n, điện tử là hạt dẫn đa số, còn lỗ ưổng là hạt dẫn thiểu số. - Việc đưa tạp chất donor vào mạng tinh thể bán *w dẫn Si thuần làm xuất hiện trên giản đồ vùng năng lượng của bán dẫn mức năng lượng donor Wd nằm trong vùng cấm, sát đáy vùng dẫn (Hình 1. Vì vậy, chỉ cần nhận một năng lượng rất nhỏ là điện tử hóa trị wd của nguyên tử tạp chất này nhảy từ mức donor lên vùng dẫn, ưở thành điện tử tự do, còn nguyên tử donor trở thành ion dưomg.
Ở nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt mà các điện tử nhận được đã vượt xa năng lượng cần thiết nói ưên, vì vậy trong vùng dẫn của bán dẫn N luôn có các điện Hình 1. Giản đồ năng lượng tử tự do và toàn bộ các nguyên tử tạp chất đều bị ion bản dẫn loại n hóa [8], 1. Bán dẫn tạp chất loạip - Người ta cũng có thể chọn tạp chất pha vào bán dẫn thuần Si thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn các nguyên tố (như là: B, In,. Do lớp ngoài cùng củanguyên tử tạp chất chỉ có 3 điện tử, khi tham gia vào mạng tinh thể của Si chỉ tạo nên 3 mốiliên kết hoànchỉnh, còn mối liên kết thứ 4 bị bỏ trống (Hình 1.
Khi đó, chỉ cần một kích thích nhỏ (nhờ nhiệt độ, ánh sáng,.) là một trong những điện tử của các mối liên kết hoàn chỉnh bên cạnh sẽ 11 đến thế vào liên kết bỏ trống nóị trên. Tại''mối liên kết mà điện tử vừa đi khỏi sẽ xuất hiện một lỗ trống. Neu có điện trường .