80 trang 9 lượt tải

Giáo trình Lý thuyết mạch và cấu kiện điện tử | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

18

Giáo trình Lý thuyết mạch và cấu kiện điện tử | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. Tài liệu được sưu tầm giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem.

Môn: Linh kiện và mạch điện tử 8 tài liệu

Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1.8 K tài liệu

Tác giả:

Profile

Quân Tạ minh

2 tuần trước
Tải xuống
Báo cáo
Danh sách Quiz
Tải xuống
/80
2
LỜI NÓI ĐẦU
Điện tử tƣơng tự là môn học cơ sở, nhằm cung cấp cho ngƣời học những kiến thức cơ
bản nhất để phân tích, thiết kế các mạch điện trong hệ thống mạch điện tử. Để nghiên cứu tài
liệu này đƣợc thuận lợi, ngƣời đọc cần có kiến thức của các môn học Lý thuyết mạch và Cấu
kiện điện tử. Cuốn sách này đƣợc chia thành 7 chƣơng.
Chƣơng 1: Mạch khuếch đại transis rto . Đề cập các cách mắc mạch khuếch đại cơ bản,
vấn đề hồi tiếp trong mạch khuếch đại, cách ghép giữa các tầng trong một bộ khuếch đại, các
mạch khuếch đại công suất và một số mạch khuếch đại khác: nhƣ khuếch đại Cascade, khuếch
đại Darlingtơn, mạch khuếch đại dải rộng, mạch khuếch đại cộng hƣởng.
. CChƣơng 2: Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) ác đặc điểm và tính chất của bộ khuếch
đại thuật toán, các biện pháp chống trôi và bù điểm không của khuếch đại thuật toán, cũng
nhƣ các ứng dụng của nó: mạch khuếch đại, mạch cộng, mạch trừ, mạch vi phân, mạch tích
phân, mạch tạo hàm lôga, hàm mũ, mạch nhân tƣơng tự, mạch lọc tích cực.
Nguyên lý Chƣơng 3: Mạch tạo dao động sin: tạo dao động sin. Phân tích mạch tạo dao
động sin ghép biến áp, dao động sin ghép RC, mạch dao động sin ba điểm. Mạch tạo dao
động sin ổn định tần số dùng phần tử áp điện thạch anh. Mạch tạo sin kiểu xấp xỉ tuyến tính.
NChƣơng 4: Mạch xung: êu các tham số của tín hiệu xung, tranzito và BKĐTT làm việc
ở chế độ xung, các mạch tạo xung: gồm mạch đa hài tự dao động, đa hài đợi, trigger, dao
động nghẹt, mạch hạn chế, mạch tạo điện áp răng cƣa, mạch tạo dao động điều khiển bằng
điện áp (VCO).
- Tách sóng Chƣơng 5: Điều chế – Trộn tần: Điều biên, các mạch điều biên, điều chế đơn
biên. Điều tần và điều pha, mạch điều tần điều pha. Tách sóng: các mạch tách sóng điều biên,
điều tần, điều pha. Trộn tần, mạch trộn tần. Nhân chia tần số dùng vòng giữ pha (PLL).
Chƣơng 6: Chuyển đổi A/D, D/A. Giải thích quá trình biến đổi A/D và các mạch thực
hiện. Giải thích quá trình biến đổi D/A và các mạch thực hiện. Nêu tóm tắt quá trình chuyển
đổi A/D, D/A phi tuyến.
Chƣơng 7: Mạch cung cấp nguồn. Phân tích mạch cung cấp nguồn một chiều: biến áp,
chỉnh lƣu, lọc và ổn áp. Phƣơng pháp bảo vệ quá dòng, quá áp của bộ nguồn. Nguyên lý bộ
nguồn chuyển mạch.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhƣng cuốn sách chắc chắn còn thiếu sót, rất mong bạn
đọc đóng góp ý kiến để sửa chữa, bổ sung thêm.
Xin chân thành cảm ơn!
Các tác giả
2 0
3
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ 2
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 3
CHƢƠNG 1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR .............................................. 7
1.1. Định nghĩa, các chỉ tiêu và tham số cơ bản của mạch khuếch đại .................................. 7
1.1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại .................................................................................... 7
1.1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại ......................................... 8
1.2. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của trans ƣờng và trans ƣỡng cực istor tr istor l . 10
1.2.1. Nguyên tắc chung phân cực tran ƣỡng cựcsistor l ................................................... 10
1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tran ƣỡng cựcsistor l .................................... 11
1.2.3. Hiện tƣợng trôi điểm làm việc và các ph ng pháp ổn địnhƣơ ................................ 122
1.2.4. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của Transistor trƣờng .............................. 13
1.3. Hồi tiếp trong các tầng khuếch đại ................................................................................ 15
1.3.1. Định nghĩa .............................................................................................................. 15
1.3.2. Các ph ...................................... 16ƣơng trình của mạng 4 cực khuếch đại có hồi tiếp
1.3.3. Ảnh hƣởng của hồi tiếp âm đến các tham số tầng khuếch đại ............................... 17
1.4. Các s dùng transis r l (BJT) ............................ 19ơ đồ khuếch đại tín hiệu nhỏ to ƣỡng cực
1.4.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 19
1.4.2. Tầng khuếch đại Emitơ chung ................................................................................ 19
1.4.3. Tầng khuếch đại Colectơ chung ........................................................................... 210
1.4.4. S chung ................................................................................................. 222ơ đồ Bazơ
1.5. Các s r .......................................................... 233ơ đồ cơ bản dùng transisto trƣờng (FET)
1.5.1. S .............................................................................................. 233ơ đồ Source chung
1.5.2. S ................................................................................................ 244ơ đồ Drain chung
1.6. Một số mạch khuếch đại khác ..................................................................................... 255
1.6.1. Mạch khuếch đại Darlingtơn ................................................................................ 255
1.6.2. Mạch Kaskode ...................................................................................................... 266
1.6.3. Mạch khuếch đại dải rộng .................................................................................. 2727
1.6.4. Mạch khuếch đại cộng hƣởng ............................................................................. 2727
1.6.5. Tầng khuếch đại đảo pha ....................................................................................... 27
1.6.6. Mạch khuếch đại vi sai ........................................................................................... 29
1.7. Các ph ......................................................... 30ƣơng pháp ghép tầng trong bộ khuếch đại
1.7.1. Ghép tầng bằng tụ điện ......................................................................................... 311
1.7.2. Ghép bằng biến áp ................................................................................................ 312
1.7.3. Mạch ghép trực tiếp .............................................................................................. 322
1.8. Tầng khuếch đại công suất .......................................................................................... 322
2 0
4
1.8.1. Chế độ công tác và điểm làm việc của tầng khuếch đại công suất ....................... 322
1.8.2. Tầng khuếch đại công suất chế độ A .................................................................... 344
1.8.3. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo .................................................................... 3737
CHƢƠNG 2 BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN............................................................. 455
2.1. Tính chất và tham số cơ bản ........................................................................................ 455
2.1.1. Các tính chất cơ bản ............................................................................................. 455
2.1.2. Hệ số khuếch đại hiệu ........................................................................................... 455
2.1.3. Đặc tuyến biên độ tần số và đặc tuyến pha ........................................................... 466
2.1.4. Hệ số nén đồng pha .............................................................................................. 466
2.2. Các mạch khuếch đại ................................................................................................. 4747
2.2.1. Mạch khuếch đại đảo .............................................................................................. 47
2.2.2. Mạch khuếch đại không đảo ................................................................................... 48
2.2.3. Hiện tƣợng lệch không biện pháp và bù.. ............................................................... 49
2.3. C ............................................................................... 49ác mạch điện ứng dụng bộ KĐTT
2.3.1. Mạch cộng .............................................................................................................. 49
2.3.2. Mạch trừ ................................................................................................................. 50
2.3.3. Mạch tích phân ..................................................................................................... 511
2.3.4. Mạch vi phân ........................................................................................................ 511
2.3.5. Mạch tạo hàm loga ............................................................................................... 511
2.3.6. Mạch tạo hàm đối loga ......................................................................................... 522
2.3.7. Mạch nhân ............................................................................................................ 522
2.3.8. Mạch chia ............................................................................................................. 533
2.3.9. Mạch so sánh ........................................................................................................ 544
CHƢƠNG 3 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ..................................................... 56
3.1. Khái niệm chung về dao động ....................................................................................... 56
3.2. Điều kiện tạo dao động và đặc điểm của mạch tạo dao động. ....................................... 56
3.3. Ổn định biên độ và tần số dao động .............................................................................. 57
3.4. Mạch dao động LC ........................................................................................................ 58
3.4.1. Mạch dao động ghép biến áp .................................................................................. 58
3.4.2. Mạch tạo dao động ba điểm .................................................................................... 58
3.5. Mạch dao động RC ........................................................................................................ 60
3.5.1. Mạch dao động dùng 3 mắt RC trong khâu hồi tiếp ............................................... 60
3.5.2. Mạch dao động dùng mạch cầu Viên trong khâu hồi tiếp ...................................... 61
3.6. Mạch dao động dùng thạch anh ..................................................................................... 63
3.6.1. Các tính chất của thạch anh .................................................................................... 63
3.6.2. Một số mạch dao động dùng thạch anh .................................................................. 64
3.7. Mạch tạo sóng sin kiểu xấp xỉ tuyến tính ...................................................................... 65
2 0
5
CHƢƠNG 4 ............................................................................................ 67 MẠCH XUNG
4.1. Tín hiệu xung và các tham số ....................................................................................... 67
4.2. Chế độ khóa của transistor............................................................................................ 67
4.3. Chế độ khóa của bộ KĐTT ............................................................................................ 68
4.4 . Trig ............................................................................................................................. 69ơ
4.4.1. Trig ................................................................................................................ 69ơ đảo
4.4.2. Trig ............................................................................................................. 70ơ thuận
4.5. Mạch đa hài đợi ............................................................................................................. 70
4.6. Mạch đa hài tự dao động ............................................................................................... 72
4.6.1. Mạch đa hài tự dao động dùng transistor ............................................................... 72
4.6.2. Mạch đa hài tự dao động dùng bộ khuếch đại thuật toán ....................................... 74
4.7. Mạch hạn chế biên độ .................................................................................................... 76
4.7.1. Mạch hạn chế trên ................................................................................................... 76
4.7.2. Mạch hạn chế dƣới ................................................................................................. 77
4.7.3. Mạch hạn chế hai phía ............................................................................................ 78
4.8. Mạch tạo xung răng cƣa ................................................................................................ 79
4.8.1 Tham số tín hiệu xung răng cƣa .............................................................................. 79
4.8.2. Mạch tạo xung răng cƣa dùng mạch tích phân RC. ............................................... 79
4.8.3. Mạch tạo xung răng cƣa dùng nguồn dòng ............................................................ 80
4.8.4. Mạch tạo xung răng cƣa thêm tầng khuếch đại có hồi tiếp .................................... 81
4.9. Mạch tạo dao động có tần số điều khiển bằng điện áp (VCO) ...................................... 82
CHƢƠNG 5 ĐIỀU CHẾ TRỘN TẦN- TÁCH SÓNG - ............................................... 84
5.1. Điều chế ......................................................................................................................... 84
5.1.1. Khái niệm ............................................................................................................... 84
5.1.2. Điều chế biên độ ..................................................................................................... 84
5.1.3. Điều chế đơn biên ................................................................................................... 89
5.1.4. Điều tần và điều pha ............................................................................................... 93
5.2. Tách sóng ....................................................................................................................... 98
5.2.1. Khái niệm ............................................................................................................... 98
5.2.2. Tách sóng điều biên. ............................................................................................... 98
5.2.3. Tách sóng điều tần và điều pha ............................................................................ 101
5.3. Trộn tần........................................................................................................................ 104
5.3.1. Định nghĩa ............................................................................................................ 104
5.3.2. Nguyên lý trộn tần ................................................................................................ 104
5.3.3. Mạch trộn tần ........................................................................................................ 105
5.4. M ................................................................................................. 108ạch nhân chia tần số
CHƢƠNG 6 CHUYỂN ĐỔI T NG TỰ SỐ VÀ SỐ NG TỰƢƠ - - TƢƠ ....................... 111
2 0
6
6.1. Khái niệm và các tham số cơ bản ................................................................................ 111
6.1.1. Khái niệm chung ................................................................................................... 111
6.1.2. Các tham số cơ bản ........................................................................................... 11212
6.1.3. ............................................................................... 113Nguyên tắc làm việc của A/D
6.2. Các ph ................................................................... 115ƣơng pháp chuyển đổi t ng tự sốƣơ
6.2.1. Phân loại ............................................................................................................... 115
6.2.2. Một số mạch chuyển đổi t ng tự ƣơ - số ................................................................. 115
6.3. Các ph ............................................................... 12424ƣơng pháp chuyển đổi số t ng tựƣơ
6.3.1. Chuyển đổi D/A bằng ph ng pháp thang điện trởƣơ .............................................. 124
6.3.2 Chuyển đổi D/A bằ ng pháp mạng điện trởng phƣơ ............................................... 125
CHƢƠNG 7 MẠCH CUNG CẤP NGUỒN MỘT CHIỀU ....................................... 12727
7.1. Khái niệm chung ...................................................................................................... 12727
7.2. Biến áp nguồn và mạch chỉnh lƣu ........................................................................... 12727
7.2.1. Chỉnh lƣu nửa chu kỳ ....................................................................................... 12828
7.2.2. Chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ .................................................................................. 12828
7.3. Bộ lọc nguồn ............................................................................................................ 13030
7.3.1. Bộ lọc dùng tụ điện ........................................................................................... 13131
7.3.2. Bộ lọc RC, LC .................................................................................................. 13131
7.4. Mạch ổn áp .............................................................................................................. 13232
7.4.1. Ổn áp dùng điốt Zener ...................................................................................... 13232
7.4.2. Ổn áp dùng transis r ........................................................................................ 13333to
7.4.3. Ổn áp dùng IC................................................................................................... 13737
7.5. Nguồn ổn áp chuyển mạch ...................................................................................... 13838
7.5.1 Khái niệm về nguồn chuyển mạch .................................................................... 13838
7.5.2. S ............................................................ 14040ơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạch
7.5.3 Các khối trong bộ nguồn chuyển mạch ............................................................. 14141
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 14545
2 0
7
C KHUHƢƠNG 1 MẠCH ẾCH ĐẠI DÙNG TRANSIS R TO
1.1. tiêu Định nghĩa, các chỉ và tham số cơ bản của mạch khuếch đại
1.1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại
Một trong số những ứng dụng quan trọng nhất của trans là sử dụng nó trong các istor
mạch để làm tăng cƣờng độ điện áp hay dòng điện của tín hiệu mà thƣờng gọi là mạch khuếch
đại. Thực chất khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lƣợng có điều khiển, ở đó năng
lƣợng một chiều của nguồn cung cấp không chứa thông tin , đƣợc biến đổi thành năng lƣợng ( )
xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào chứa đựng thông tin , làm cho tín hiệu ra lớn lên ( )
nhiều lần và không méo. Phần tử điều khiển đó là tran . Sơ đồ tổng quát của mạch sis rto
khuếch đại 1, trong đó U là nguồn tín hiệu vào, R là điện trở trong của nguồn tín hình 1-
n
n
hiệu, R tải nơi nhận tín hiệu ra.
t
Hình 1-2 đƣa ra cấu trúc nguyên lý để xây dựng một tầng khuếch đại. Phần tử cơ bản là
phần tử điều khiển tran có điện trở thay đổi theo sự điều khiển của điện áp hay dòng sistor
điện đặt tới cực điều khiển (cực gốc) của nó, qua đó điều khiển quy luật biến đổi dòng điện
của mạch ra bao gồm tran và điện trở R . Tại lối ra giữa cực góp và cực phát, ta nhận sistor
C
đƣợc một điện áp biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhƣng độ lớn đƣợc tăng lên nhiều
lần. Để đơn giản, giả thiết điện áp đặt vào cực gốc có dạng hình sin.
Từ sơ đồ hình 1 2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp ở mạch ra (tỷ lệ với dòng điện và -
điện áp tín hiệu vào) là tổng các thành phần xoay chiều dòng điện và điện áp trên nền của ( )
thành phần một chiều I . Phải đảm bảo sao cho biên độ thành phần xoay chiều không
r0
và U
r0
vƣợt quá thành phần một chiều, nghĩa là
^
0
r
r
I I
và
^
0
r
r
U U
. Nếu điều kiện đó không đƣợc
thoả mãn thì sẽ làm méo dạng tín hiệu . ra
Nhƣ vậy để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại (khi tín hiệu vào là xoay chiều) thì ở
mạch ra của nó phải tạo nên thành phần dòng một chiều I và điện áp một chiều U
r0
r0
. Chính vì
vậy, ở mạch vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, ngƣời ta cũng phải đặt thêm
điện áp một chiều U (hay dòng điện một chiều I ). Các thành phần dòng điện và điện áp
v0
v0
một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo
Hình 1-1. Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.
I
v
Nguồn cung cấp
(U
CC
)
U
v
R
n
U
n
I
r
U
r
R
t
~
2 0
8
mạch vào (I ) và theo mạch ra (I ) đặc trƣng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi
v0
, U
v0 r0
, U
r0
chƣa có tín hiệu vào.
1.1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại
Để đánh giá chất lƣợng của một tầng khuếch đại ngƣời ta đƣa ra các chỉ tiêu và tham số
cơ bản sau:
1.1.2.1. Hệ số khuếch đại.
Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức.
K
=
K
exp(j.
k
)
Mô đun |K| thể hiện quan hệ về cƣờng độ (biên độ) giữa các đại lƣợng đầu ra và đầu vào,
phần góc thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Độ lớn của |K| và phụ thuộc vào tần số
k
k
của
tín hiệu vào. Đồ thị số đƣợc gọi là đặc tuyến biên độ tần số của tầng khuếch hàm |K| = f( ) -
đại. Đồ thị hàm đƣợc gọi là đặc tuyến pha tần số của nó. số = )
k
f( -
Có thể tính |K| theo đơn vị logarit, gọi là đơn vị đề xi ben (dB)
Klg20)dB(K
Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tƣơng ứng là K
1
, K
2
,...K
n
thì hệ số khuếch đại chung của bộ khuếch đại xác định:
K = K .
TP 1
.K ...K
2 n
Đại lƣợng đầu ra
Đại lƣợng tƣơng ứng đầu vào
K =
(1-1)
I
r0
P
ĐK
U
v
t
i R
C
U
r
U
r
t
+U
CC
R
t
C
E
B
U
v
a.
U
r0
I
r
U
r
ˆ
r
I
ˆ
r
U
0
0
b.
t
t
Hình 1-2. a. Nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại.
b. Biểu đồ thời gian.
2 0
9
Nếu tính theo đơn vị dB ta có:
K (dB) = K (dB) + K (dB) +... + K (dB)
TP 1 2 n
Hình 1-3 là d = ) ạng của K f( đối với một bộ khuếch đại điện áp tần số thấp.
1.1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra
Trở kháng ra của tầng khuếch đại đƣợc định nghĩavào, :
V
V
V
I
U
Z
;
r
r
r
U
Z
I
(1-2)
Nói chung chúng là các đại lƣợng phức nên ta có thể viết:
Z = R + jX.
1.1.2.3. Méo tần số
Méo tần số là méo do hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm ở vùng hai đầu giải
tần. ở vùng tần số thấp có méo thấp M , ở vùng tần số cao có méo tần số cao M . Chúng đƣợc
t C
xác định theo biểu thức:
C
0
C
t
0
t
K
K
M;
K
K
M
(1-3)
Trong đó: K
0
là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.
K
C
là hệ số khuếch đại ở vùng tần số cao.
K
t
là hệ số khuếch đại ở vùng tần số thấp.
Méo tần số cũng có thể đƣợc tính theo đơn vị đề xi ben.
1.1.2.4. Méo phi tuyến
Méo phi tuyến do tính chất phi tuyến của các phần tử nhƣ tranzito gây ra thể hiện trong tín
hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không có ở đầu vào). Khi U
v
chỉ có thành phần
tần số thì U
r
nói chung có các thành phần n (với n = 0,1,2...) với các biên độ tƣơng ứng là
Û
n
. Lúc đó hệ số méo không đƣờng thẳng do tầng khuếch đại gây ra đƣợc đánh giá là:
Hình 1-3. Đặc tuyến biên độ tần số- .
0 f (Hz)
|K|
K
0
2 0
10
2 2 2
2 3
1
...
%
n
U U U
U
-4) (1
1.1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại
Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lƣợng đƣợc tính bằng tỷ số giữa công suất tín
hiệu xoay chiều đƣa ra tải với công suất một chiều của nguồn cung cấp P
r
P
0
.
0
%
r
P
H
P
(1-5)
Trên đây đã nêu một số chỉ tiêu quan trọng của một tầng (hay một bộ khuếch đại gồm
nhiều tầng). Căn cứ vào các chỉ tiêu này ngƣời ta có thể phân loại các bộ khuếch đại với các
tên gọi với đặc điểm khác nhau. ó thể phân loại theo dạng đặc tuyến tần số C K = f(), từ đó
có bộ khuếch đại một chiều, bộ khuếch đại tần số thấp, bộ khuếch đại tần số cao, bộ khuếch
đại chọn lọc tần số...v.v.
1.2. r Phân cực và chế độ làm việc một chiều của transistor trƣờng và transisto lƣỡng cực
1.2.1. Nguyên tắc chung phân cực tran lƣỡng cựcsistor
Để transis r to làm việc nhƣ là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải thoả mãn
điều kiện thích hợp. Những tham số này của t phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân ransistor
cực các chuyển tiếp góp, phát. Nói một cách khác giá trị tham số phụ thuộc vào điểm làm các
việc của trans . Một cách tổng quát, dù tran đƣợc mắc theo kiểu nào, muốn nó làm is rto sistor
việc ở chế độ khuếch đại cần có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc phát luôn phân cực thuận, -
chuyển tiếp gốc góp luôn phân cực ngƣợc.-
Đối với tran n điều kiện phân cực để nó làm việc ở chế độ khuếch đại là:sistor n-p-
U = U - U > 0
BE B E
U = U - U > 0
CE C E
U < U < U
E B C
Hình 1- r 4 biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực của transisto ở chế độ khuếch đại.
I
B
I
C
U
C
U
E
I
E
U
B
U > 0
CE
U
BE
> 0
I
B
U
B
a.
I
C
U
C
U
E
I
E
U < 0
CE
U
BE
<0
b.
Hình 1-4. a. -p-n. Biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực tranzito n
b. Transistor p-n-p.
2 0
11
Trong đó U là điện thế các cực phát, gốc, góp của tran nhƣ trên hình 1
E
, U , U
B C
sistor - 4.
Với tran p thì điều kiện phân cực có dấu ngƣợc lại.sistor p-n-
1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tran lƣỡng cựcsistor
1.2.2.1. Mạch cấp điện áp phân cực
Có hai cách phân áp cho Transis r to là phƣơng pháp định dòng Bazơ và định áp Bazơ,
hình 1-5.
Mạch điện h 5a cấp điện áp cho cực gốc theo phƣơng pháp định dòng. Điện áp Uình 1-
BE0
đƣợc lấy từ nguồn U dẫn qua điện trở R vào cực gốc. Điện trở R có trị số lớn hơn nhiều
CC
B
B
so với điện trở một chiều của mặt ghép gốc phát, do đó dòng định thiên I đƣợc xác định gần -
B0
đúng.
0
0
CC BE CC
B
B B
U U U
I
R R
Dòng điện một chiều ở đầu ra (dòng cực góp) I và điện áp một chiều ở đầu ra U
C0
CE0
:
I
C0
= .I
B0 C0
; U
CE0
= U
CC
- I .R
C
Mạch này đơn giản nhƣng độ ổn định điểm làm việc kém.
Mạch điện h 5b cung cấp điện cho cực gốc theo phƣơng pháp định áp nhờ bộ ình 1- áp
phân áp R , R . >> I
1 2
Thƣờng chọn I
P B0
, nên điện áp tại điểm làm việc của cực gốc đƣợc xác
định theo biểu thức:
CC
BE0 2 CC p 1
1 2
U
U .R = U - I .R
R +R
Trong đó I là dòng phân áp chạy qua điện trở R
P
1
, R .
2
+Ucc
Ur
Uv
+
Cr
+
Cv
RB
Rc
a. Định dòng Bazơ
+Ucc
R2
Ur
Uv
+
Cr
+
Cv
R1
Rc
b. Định áp Bazơ
I
B0
I
P
Hình 1-5. Phƣơng pháp cấp thiên áp cho transistor lƣỡng cực
2 0
12
Ta thấy rằng không phụ thuộc vào các tham số của trans và nhiệt độ nên ổn U
BE0
istor
định. Rõ ràng càng lớn U càng ổn định, nhƣng khi đó R phải có giá trị nhỏ sẽ dòng I
P
BE0
1
, R
2
làm giảm trở kháng vào của mạch.
1.2.2.2. Điểm làm việc của tran lƣỡng cực tĩnh sistor
Các tham số U
BE0
, U , I , I
CE0 B0 C0
thể hiện chế độ một chiều của tranzito lƣỡng cực, nếu
bi sisểu diễn chúng trên đƣờng tải một chiều của tran tor thì còn đƣợc gọi là điểm làm việc một
chiều hay điểm làm việc tĩnh ( Điểm Q trên đƣờng tải một chiều ).
Từ hình 1 6 ta xác định đƣợc:-
.
CC CE C C E E
U U I R I R
vì
E C
I I
nên ta có thể viết:
( )
CE CC C C E
U U I R R
(1-6)
Biểu thức 6) là phƣơng trình đƣờng tải một chiều, đƣợc vẽ trên hình 1(1- nó -7. Trên
đƣờng tải điểm làm việc Q đƣợc xác định bằng các giá trị một chều I
C0
, U
CE0
.
1.2.3. Hiện tƣợng trôi điểm làm việc và các phƣơng pháp ổn định
Trong quá tình làm việc của Transistor điểm làm
việc tĩnh có thể bị dịch chuyển do nhiệt hay tạp tán của
nó. Để giữ điểm làm việc của Transistor ổn định ngƣời
ta dùng các phƣơng pháp ổn định điểm làm việc.
Có hai phƣơng pháp ổn định điểm làm việc là
ổn định tuyến tính và ổn định phi tuyến:
Ổn định tuyến tính: dùng hồi tiếp âm một
chiều, làm r thay đổi thiên áp mạch vào của transisto
để hạn chế sự di chuyển của điểm làm việc.
RB
Ur
+
Cv
+
Cr
Uv
+12V
Rc
Hình 1-8.
+U
CC
RE
R2
R1
Ur
+
CE
+
Cv
+
Cr
Uv
Rc
+U
CC
Hình 1-6.
I
Bmin
U
CE
I
C
CC
C E
U
R R
Q
U
CC
I
B0
I
C0
I
Bmax
0CE
U
Hình 1-7. Điểm làm việc tĩnh của transistor.
2 0
13
Hình 1-8 là sơ đồ ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp. Ở đây R vừa làm
B
nhiệm vụ đƣa điện áp vào cực gốc bằng phƣơng pháp định dòng Bazơ, vừa dẫn điện áp hồi
tiếp về mạch vào. Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho dòng một chiều I
C0
tăng lên thì điện thế U giảm (do U
CE0
CE0
U I ) làm U
CC
–
C0
.R
C BE0
giảm, kéo theo dòng I
B0
giảm làm cho I giảm (vì I
C0
C0
= .
0B
I
), nghĩa là dòng I ban đầu đƣợc giữ ổn định tƣơng đối.
C0
Hình 1-9 là sơ đồ ổn định điểm làm việc bằng hồi
tiếp âm dòng điện. Trong sơ đồ này R làm nhiệm vụ
E
hồi tiếp âm dòng điện một chiều. Khi I tăng do
C0
nhiệt độ thay đổi hay do độ tạp tán tham số của
tranzito thì điện áp hạ trên R ) tăng. Vì
E
(U
E0
= I
E0
.R
E
điện áp U lấy trên điện trở R hầu nhƣ không đổi
R2
2
nên điện áp U giảm, làm cho I giảm,
BE0
= U - U
R2 E0
B0
do đó I không tăng lên đƣợc, tức là I đƣợc giữ ổn
C0
C0
định tƣơng đối.
Ổn định phi tuyến: dùng phƣơng pháp bù nhiệt
nhờ các phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ
nhƣ tran , điốt, điện trở nhiệt.sis rto
1.2.4. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của Tranzito trƣờng
Về nguyên tắc, việc cung cấp và ổn định điểm làm việc của Transistor trƣờng cũng giống
nhƣ transistor lƣỡng cực. Đối với tranzito trƣờng xác định điểm làm việc thông qua I
D
, U , và
GS
U
DS
.
Transis r p-n to hiệu ứng trƣờng(FET) có hai loại chính là FET điều khiển bằng tiếp xúc
(viết tắt là JFET) và FET có cực cửa cách điện (viết tắt là IGFET). Sau đây chúng ta xét phân
cực và chế độ làm việc của JFET kênh n.
Để JFET làm việc trong miền khuếch đại phải có các điều kiện sau:
+ < 0 < I
D
I
DSS
+ Điện áp cực cửa – cực nguồn: với kênh n U < U
P GS
U
P
> U
GS
với kênh p
Uv
+UD
Ur
+
Cs
Cv
Cr
RD
Rs
RG
Q1
Hình 1-10. Sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc cho JFET
Ur
R1
R2 RE
+
Cv
+
Cr
Uv
Rc
Hình 1-9.
+U
CC
2 0
14
Để phân cực cho JFET ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp tự phân cực ( ). Ở hình 1-10
đây R đƣợc mắc vào cực nguồn vừa tạo thiên áp âm cho U vừa có tác dụng hồi tiếp âm
S
GS
dòng điện để ổn định điểm làm việc.
Phƣơng trình hàm truyền đạt của JFET Kênh n đƣợc vẽ trên hình 1-11a.
Biểu thức phƣơng trình đặc tuyến truyền đạt trên hình 1-11a là:
2
(1 )
GS
D DSS
P
U
I I
U
(1-7)
Vì dòng qua R
G
gần nhƣ bằng không nên ta có:
U
GS
= - I
D
.R
S
(1-8)
Giải hệ hai phƣơng trình (1-7) và (1-8) và Uta sẽ nhận đƣợc I
D0 GS0
là các giá trị một
chiều, tƣơng ứng với điểm làm việc Q trên hình 1-11b.
Từ mạch điện hình 1 ƣơng trình đƣờng tải một chiều:-10, ta có ph
U
DS
= U
D D S D
I– (R + R ) -9) (1
Mạch ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm thông qua R . Nếu muốn hồi tiếp âm
S
bỏ
xoay chiều ta nhƣ trên mạch điện. mắc thêm C
S
Ƣu điểm lớn nhất của Trans trƣờng là trở kháng vào rất lớn, nên để R ít ảnh hƣởng istor
G
tới trở kháng vào của mạch ngƣời ta chọn R rất lớn (cỡ M
G
).
U
GS0
U
P
U
DS
I
D
D
D S
U
R R
Q
U
D
I
D0
0DS
U
a. b.
Hình 1-11. Đặc tuyến truyền đạt (a) và điểm làm việc tĩnh của (b) JFET kênh n
I
D
U
GS
I
DSS
I
D0
0
0
2 0
15
1.3. H ồi tiếp trong các tầng khuếch đại
1.3.1. Định nghĩa
Hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của bộ khuếch đại về đầu
vào thông qua mạch hồi tiếp.
Phân loại hồi tiếp:
Hồi tiếp dương: tín hiệu hồi tiếp cùng pha với
tín vào, hồi tiếp dƣơng sẽ làm bộ khuếch đại mất
ổn định, do đó nó không đƣợc sử dụng trong mạch
khuếch đại, hồi tiếp dƣơng đƣợc sử dụng trong
mạch tạo dao động.
Hồi tiếp âm: tín hiệu hồi tiếp ngƣợc pha với
tín hiệu vào, hồi tiếp âm đóng vai trò rất quan
trọng trong mạch khuếch đại. Hồi tiếp âm cải
thiện các tính chất của mạch khuếch đại.
Trong hồi tiếp âm có hồi tiếp âm một chiều và hồi tiếp âm xoay chiều.
Hồi tiếp âm một chiều đƣợc dùng để ổn định điểm làm việc tĩnh.
Hồi tiếp âm xoay chiều đƣợc dùng để ổn định các tham số của bộ khuếch đại.
Mạch n b khuđiệ ộ ếch i có h i đạ ồ tiếp c phân làm 4 lo i: đƣợ ạ
Hồi tiếp nối tiếp điện áp: Tín hiệ đƣ ề đầ ố ế ồ ệ ỷ ệu a v u vào n i ti p với ngu n tín hi u vào và t l
v 1-13ới điện áp đầu ra, hình a.
Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: Tín hiệ đƣ ề đầ ố ế ồ ệ ỷu a v u vào n i ti p với ngu n tín hi u vào và t
lệ v i , hình 1-13b . ớ dòng điện ra
Hồi tiếp song song điện áp: Tín hiệ đƣ ề ồ ệu a v đầu vào song song với ngu n tín hi u vào và
tỷ lệ v i , hình 1-13c. ớ điện áp đầu ra
Hồi tiếp song song dòng điện: Tín hiệ đƣ ề ồ ệu a v đầu vào song song với ngu n tín hi u vào
và t l v i , hình 1-13d. ỷ ệ ớ dòng điện ra
X
ht
X
r
ht
K
X
v
Hình 1-12. Sơ đồ khối bộ khuếch đại
có hồi tiếp.
t rong đó K là hệ số khuếch đại,
K
ht
là hệ số hồi tiếp.
K
U
rK
U
VK
U
rht
K
I
rht
I
vht
I
rK
U
vht
U
vK’
U
rK’
I
vK
’
I
vK
I
rK’
K
ht
a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp
2 0
16
1.3.2. Các phƣơng trình của mạng 4 cực khuếch
đại có hồi tiếp
Từ sơ đồ hình 1-14 ta có:
X .X
r
= K.X ; X = K
h ht ht r v
; X
h
= X X . –
ht
Từ 3 phƣơng trình trên ta rút ra đƣợc:
'
1 .
r
V ht
X K
K
X K K
-10) (1
Trong đó:
K’ là hệ số khuếch đại của mạng 4 cực
khuếch đại có hồi tiếp âm.
K là hệ số khuếch đại của mạng 4 cực không có hồi tiếp.
K
ht
là hệ số hồi tiếp.
K
v
= K.K g
ht
ọi là hệ số khuếch đại vòng.
K’
X
h
X
ht
X
r
ht
K
X
v
Hình 1-14. Sơ đồ khối bộ khuếch
đại có hồi tiếp.
K
Hình 1-13. Các loại mạch hồi tiếp.
U
vht
U
vK
U
rht
I
rht
I
vht
I
rK
U
vK’
U
rK’
I
vK
’
I
vK
I
rK’
U
rK
K
K
ht
b. Hồi tiếp nối tiếp dòng điện
U
vht
U
vK
I
rht
I
vht
I
rK
U
vK’
U
rK’
I
vK
’
I
vK
I
rK’
U
rK
U
rht
K
K
ht
d. Hồi tiếp song song dòng điện
U
vht
U
vK
I
rht
I
vht
I
rK
U
vK’
U
rK’
I
vK
’
I
vK
I
rK’
U
rK
U
rht
K
K
ht
c. Hồi tiếp song song điện áp
2 0
17
g = 1 + K.K
ht
gọi là độ sâu hồi tiếp.
Khi -10) ta có: K.K
ht
>> 1 từ (1
1
'
ht
K
K
(1-11)
Từ biểu thức (1 11) ta có nhận xét: một bộ khuếch đại có hồi tiếp có hệ số khuếch đại -
vòng rất lớn thì hàm truyền đạt của nó hầu nhƣ không phụ thuộc vào tính chất của bộ khuếch
đại mà chỉ phụ thuộc vào tính chất của mạch hồi tiếp. Tức là các tham số của bộ khuếch đại
không ảnh hƣởng đến hàm truyền đạt của bộ khuếch đại có hồi tiếp mà chỉ phụ thuộc vào các
tham số của mạch hồi tiếp.
1.3.3. Ảnh hƣởng của hồi tiếp âm đến các tham số tầng khuếch đại
1.3.3.1. Hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại
Hồi tiếp âm làm hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại có hồi tiếp giảm g lần
'
1 .
ht
K K
K
K K g
g = 1 + K.K
ht
là độ sâu hồi tiếp.
Tuy vậy hồi tiếp âm lại cải thiện các tính chất của mạch khuếch đại nhƣ giảm tạp âm,
giảm méo phi tuyến, giảm méo tần số, làm ổn định hệ số khuếch đại…
1.3.3.2. Hồi tiếp âm làm ổn định hệ số khuếch đại
Khi cần dùng các bộ khuếch đại có độ ổn định cao, không bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ, độ
tạp tán của tran , điện áp nguồn và thời gian sử dụng thì phải sử dụng hồi tiếp âm.sis rto
Từ biểu thức (1-10) ta có:
2
'
2 2
1
( ) . .
(1 . ) (1 . )
ht
ht ht
K
d K dK dK
K K K K
'
'
.
1
. .
(1 . ) (1 . )
ht ht
ht ht ht
K K KK K
K K K K K K K
-12) (1
Từ biểu thức (1 12) ta có nhận xét: Sai số tƣơng đối hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm nhỏ -
hơn (1 + K.K ) lần so với khi không có hồi tiếp. Nhƣ vậy khi có hồi tiếp âm hệ số khuếch đại
ht
sẽ ổn định hơn khi không có hồi tiếp.
Khi bộ khuếch đại có nhiều tầng, có thể thực hiện hồi tiếp từng tầng (hình 1 15a) hoặc -
hồi tiếp qua nhiều tầng (hình 1 15b). Hồi tiếp qua nhiều tầng cho hệ số khuếch đại ổn định -
hơn hồi tiếp từng tầng.
2 0
18
1.3.3.3. Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào, trở kháng ra của bộ khuếch đại
Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp. Sự thay
đổi này phụ thuộc vào cách mắc hồi tiếp về đầu vào (nối tiếp hay song song) mà không phụ
thuộc vào cách lấy tín hiệu hồi tiếp ở đầu ra đƣa vào mạch hồi tiếp.
Tƣơng tự hồi tiếp âm cũng làm thay đổi trở kháng ra của phần mạch nằm trong vòng hồi
tiếp. Sự thay đổi này không phụ thuộc vào cách mắc hồi tiếpvề đầu vào (nối tiếp hay song
song) mà phụ thuộc vào cách lấy tín hiệu hồi tiếp ở đầu ra đƣa vào mạch hồi tiếp (hồi tiếp
điện áp hay dòng điện).
- Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
- . Hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần
- Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
- Hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
1.3.3.4. Hồi tiếp âm làm tăng độ rộng dải thông
Trên hình 1-16 đƣờng nét liền là đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại không có hồi
tiếp âm, nét đứt là đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm. Ta có thể nhận
thấy khi có hồi tiếp âm hệ số khuếch đại của toàn tầng giảm nhƣng giải thông của nó đƣợc
tăng lên ( f’ > f).
Ngoài ra hồi tiếp âm còn có tác dụng quan trọng trong khuếch đại nhƣ: Giảm tạp âm, giảm
méo phi tuyến.
X
r
1ht
K
X
V
1
K
htn
K
n
K
ht
K
X
V
1
K
2
K
n
K
r
X
a. Hồi tiếp từng tầng.
b. Hồi tiếp qua nhiều tầng.
Hình 1-15. Bộ khuếch đại có hồi tiếp.
2 0
19
1.4. dùng transis r Các sơ đồ khuếch đại tín hiệu nhỏ to lƣỡng cực
1.4.1. Giới thiệu
Có nhiều phƣơng pháp để phân tích các sơ đồ của một tầng khuếch đại, nhƣng với tín
hiệu nhỏ ngƣời ta thƣờng hay dùng sơ đồ tƣơng đƣơng để phân tích .
Các tham số cơ bản cần khảo sát của một tầng khuếch đại là: Trở kháng vào, trở kháng
ra, h ệ số khuếch đại dòng K
i
, hệ số khuếch đại áp K
U
và hệ số khuếch đại công suất K
P
.
Sau chúng ta r a cách đây sẽ phân tích tầng khuếch đại dùng transisto lƣỡng cực theo b
mắc mạch: Emitơ , và Bazơ . Giả thiết tín hiệu vào là hình sin ở chung, Colectơ chung chung
miền tần số trung bình vì vậy trở kháng của tụ điện coi nhƣ bằng không, còn ảnh hƣởng điện
dung ký sinh , của sơ đồ và transis rto , cũng nhƣ sự phụ thuộc về hệ số khuếch đại dòng
của tran vào tần số coi nhƣ không đáng kể.sistor
1.4.2. Tầng khuếch đại Emito chung
Hình 1-17 chung, hình 1-18 là tầng khuếch đại Emitơ là sơ đồ tƣơng đƣơng xoay chiều
tín hiệu nhỏ.
Hệ số khuếch đại điện áp:
.( / / / / ) .( / / / / )
.
B CE C t CE C tR
U
V B be be
I r R R r R RU
K
U I r r
C
BE be
I
S
U r
là hỗ dẫn của transistor.
.( / / / / )
U CE C t
K S r R R
f
K
f
f ’
0
K’
K
/ 2K
' / 2K
Hình 1-16. Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại
2 0
20
Dấu trừ cho thấy tín hiệu vào và tín hiệu ra ngƣợc pha nhau. Vì r
CE
>> R , R nên:
C t
( / / )
U C t
K S R R
(1-13)
Ở đây
0 0
. .
T T
be b e
E C
U U
r r r
I I
Trong đó: là điện áp nhiệt, U = 26mV ở 25 U
T
T
0
C.
Thay vào ta có: (1-13)
0
( / / )
( / / ) ( / / )
C C t
U C t C t
be T
I R R
K S R R R R
r U
Trở kháng vào:
1 2
/ / / /
V be
Z R R r
(1-14)
Hệ số khuếch đại dòng điện:
1 2
/ ( / / ) /
/ . /
( / / ) ( / / )( / / / / )
Rt r t B C t t
i
V V V B be v
C t v C t be
be t be t
I U R I R R R
K
I U Z I r Z
R R Z R R R R r
r R r R
-15) (1
Trở kháng ra:
/ /
r CE C C
Z r R R
(1-16)
Hình 1-17. Sơ đồ Emitơ chung
Hình 1-18. Sơ đồ tƣơng đƣơng Emitơ chung
+Ucc
+
CE
+
Cv
+
Cr
Rt
RE
R2
R1
Rc
U
R
I
B
R1//R2
Rc
Rt
r
be
U
R
I
B
U
v
I
V
U
V
r
CE
2 0
21
1.4.3. Tầng khuếch đại Colectơ chung
Hệ số khuếch đại điện áp:
( 1) ( / / )
. ( 1) ( / / )
( 1)( / / )
1
( 1)( / / )
B E tr
U
V B be B E t
E t
be E t
I R RU
K
U I r I R R
R R
r R R
-17) (1
Trở kháng vào:
1 2
/ / / / ( 1)( / / )
V be E t
Z R R r R R
-18) (1
Hệ số khuếch đại dòng điện:
1 2
/
/
/ / / / ( 1)( / / )
r t v
r
i U
V v v t
be E t
t
U R ZI
K K
I U Z R
R R r R R
R
-19) (1
Trở kháng ra:
rhm
r
rngm
U
Z
I
U
rhm
là điện áp ra hở mạch đầu ra.khi
I
rngm
khi là dòng điện ra ngắn mạch đầu ra.
( 1).
. .
( 1).
E
rhm Uhm V V
be E
R
U K U U
r R
( 1)
V
rngm B B
be
U
I I I
r
Uv
Ur
RE
E
Rt
Hình 1-19. Sơ đồ Colectơ chung
+Ucc
Ur
Uv
+
Cv
Rt
+
Cr
R2
RE
R1
I
B
I
B
Hình 1-20. chung Sơ đồ tƣơng đƣơng Colectơ
r
CE
R
1
//R
2
I
V
2 0

Tài liệu khác của Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Preview text:

LỜI NÓI ĐẦU
Điện tử tƣơng tự là môn học cơ sở, nhằm cung cấp cho ngƣời học những kiến thức cơ
bản nhất để phân tích, thiết kế các mạch điện trong hệ thống mạch điện tử. Để nghiên cứu tài
liệu này đƣợc thuận lợi, ngƣời đọc cần có kiến thức của các môn học Lý thuyết mạch và Cấu kiện điện tử. C
uốn sách này đƣợc chia thành 7 chƣơng.
Chƣơng 1: Mạch khuếch đại transist r
o . Đề cập các cách mắc mạch khuếch đại cơ bản,
vấn đề hồi tiếp trong mạch khuếch đại, cách ghép giữa các tầng trong một bộ khuếch đại, các
mạch khuếch đại công suất và một số mạch khuếch đại khác: nhƣ khuếch đại Cascade, khuếch
đại Darlingtơn, mạch khuếch đại dải rộng, mạch khuếch đại cộng hƣởng.
Chƣơng 2: Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT). Các đặc điểm và tính chất của bộ khuếch
đại thuật toán, các biện pháp chống trôi và bù điểm không của khuếch đại thuật toán, cũng
nhƣ các ứng dụng của nó: mạch khuếch đại, mạch cộng, mạch trừ, mạch vi phân, mạch tích
phân, mạch tạo hàm lôga, hàm mũ, mạch nhân tƣơng tự, mạch lọc tích cực.
Chƣơng 3: Mạch tạo dao động sin: Nguyên lý tạo dao động sin. Phân tích mạch tạo dao
động sin ghép biến áp, dao động sin ghép RC, mạch dao động sin ba điểm. Mạch tạo dao
động sin ổn định tần số dùng phần tử áp điện thạch anh. Mạch tạo sin kiểu xấp xỉ tuyến tính. Chƣơng 4: Mạch
xung: Nêu các tham số của tín hiệu xung, tranzito và BKĐTT làm việc
ở chế độ xung, các mạch tạo xung: gồm mạch đa hài tự dao động, đa hài đợi, trigger, dao
động nghẹt, mạch hạn chế, mạch tạo điện áp răng cƣa, mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO). Chƣơng 5: Điều chế -
Tách sóng – Trộn tần: Điều biên, các mạch điều biên, điều chế đơn
biên. Điều tần và điều pha, mạch điều tần điều pha. Tách sóng: các mạch tách sóng điều biên,
điều tần, điều pha. Trộn tần, mạch t rộn tần. Nhân chia tần số dùng vòng giữ pha (PLL).
Chƣơng 6: Chuyển đổi A/D, D/A. Giải thích quá trình biến đổi A/D và các mạch thực
hiện. Giải thích quá trình biến đổi D/A và các mạch thực hiện. Nêu tóm tắt quá trình chuyển đổi A/D, D/A phi tuyến.
Chƣơng 7: Mạch cung cấp nguồn. Phân tích mạch cung cấp nguồn một chiều: biến áp,
chỉnh lƣu, lọc và ổn áp. Phƣơng pháp bảo vệ quá dòng, quá áp của bộ nguồn. Nguyên lý bộ nguồn chuyển mạch.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhƣng cuốn sách chắc chắn còn thiếu sót, rất mong bạn
đọc đóng góp ý kiến để sửa chữa, bổ sung thêm. Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả 2 2 0 MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ 2
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 3
CHƢƠNG 1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR .............................................. 7
1.1. Định nghĩa, các chỉ tiêu và tham số cơ bả
n của mạch khuếch đại .................................. 7
1.1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại .................................................................................... 7
1.1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bả
n của một tầng khuếch đại ......................................... 8
1.2. Phân cực và chế độ l
àm việc một chiều của transistor trƣờng và transistor lƣỡng cực . 10
1.2.1. Nguyên tắc chung phân cực transistor lƣỡng cực ................................................... 10
1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho transistor lƣỡng cực .................................... 11
1.2.3. Hiện tƣợng trôi điểm làm việc và các phƣ ng phá ơ
p ổn định ................................ 122
1.2.4. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của Transistor trƣờng .............................. 13
1.3. Hồi tiếp trong các tầng khuếch đại ................................................................................ 15
1.3.1. Định nghĩa .............................................................................................................. 15
1.3.2. Các phƣơng trình của mạng 4 cực khuếch đại có hồi tiếp ...................................... 16
1.3.3. Ảnh hƣởng của hồi tiếp âm đến các tham số tầng khuếch đại ............................... 17 1.4. Các s
ơ đồ khuếch đại tín hiệ dùn u nhỏ g transist r o lƣỡng cự (
c BJT) ............................ 19
1.4.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 19
1.4.2. Tầng khuếch đại Emitơ chung ................................................................................ 19
1.4.3. Tầng khuếch đại Colectơ chung ........................................................................... 210 1.4.4. S ơ đồ Baz c
ơ hung ................................................................................................. 222 1.5. Các s ơ đồ c ơ bản dùng transist r
o trƣờng (FET) .......................................................... 233 1.5.1. S ơ đồ Source c
hung .............................................................................................. 233 1.5.2. S
ơ đồ Drain chung ................................................................................................ 244
1.6. Một số mạch khuếch đại khác ..................................................................................... 255
1.6.1. Mạch khuếch đại Darlingtơn ................................................................................ 255
1.6.2. Mạch Kaskode ...................................................................................................... 266
1.6.3. Mạch khuếch đại dải rộng .................................................................................. 2727
1.6.4. Mạch khuếch đại cộng hƣởng ............................................................................. 2727 1.6.5. Tầng khuế
ch đại đảo pha ....................................................................................... 27
1.6.6. Mạch khuếch đại vi sai ........................................................................................... 29
1.7. Các phƣơng pháp ghép tầng trong bộ khuếch đạ i......................................................... 30
1.7.1. Ghép tầng bằng tụ điện ......................................................................................... 311
1.7.2. Ghép bằng biến áp ................................................................................................ 312
1.7.3. Mạch ghép trực tiếp .............................................................................................. 322
1.8. Tầng khuếch đại công suất .......................................................................................... 322 3 2 0
1.8.1. Chế độ công tác và điểm làm việc của tầng khuếch đại công suất ....................... 322
1.8.2. Tầng khuếch đại công suất chế độ A .................................................................... 344
1.8.3. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo .................................................................... 3737
CHƢƠNG 2 BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN............................................................. 455
2.1. Tính chất và tham số cơ bản ........................................................................................ 455
2.1.1. Các tính chất cơ bản ............................................................................................. 455
2.1.2. Hệ số khuếch đại hiệu ........................................................................................... 455
2.1.3. Đặc tuyến biên độ tần số và đặc tuyến pha ........................................................... 466
2.1.4. Hệ số nén đồng pha .............................................................................................. 466
2.2. Các mạch khuếch đại ................................................................................................. 4747
2.2.1. Mạch khuếch đại đảo .............................................................................................. 47
2.2.2. Mạch khuếch đại không đảo ................................................................................... 48
2.2.3. Hiện tƣợng lệch không và bi
ện pháp bù.. ............................................................... 49
2.3. Các mạch điện ứng dụng bộ KĐT
T............................................................................... 49
2.3.1. Mạch cộng .............................................................................................................. 49
2.3.2. Mạch trừ ................................................................................................................. 50
2.3.3. Mạch tích phân ..................................................................................................... 511
2.3.4. Mạch vi phân ........................................................................................................ 511
2.3.5. Mạch tạo hàm loga ............................................................................................... 511
2.3.6. Mạch tạo hàm đối loga ......................................................................................... 522
2.3.7. Mạch nhân ............................................................................................................ 522
2.3.8. Mạch chia ............................................................................................................. 533
2.3.9. Mạch so sánh ........................................................................................................ 544 CHƢƠNG 3
MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ..................................................... 56
3.1. Khái niệm chung về dao động ....................................................................................... 56
3.2. Điều kiện tạo dao động và đặc điểm của mạch tạo dao động. ....................................... 56
3.3. Ổn định biên độ và tần số dao động .............................................................................. 57
3.4. Mạch dao động LC ........................................................................................................ 58
3.4.1. Mạch dao động ghép biến áp .................................................................................. 58
3.4.2. Mạch tạo dao động ba điểm .................................................................................... 58
3.5. Mạch dao động RC ........................................................................................................ 60
3.5.1. Mạch dao động dùng 3 mắt RC trong khâu hồi tiếp ............................................... 60
3.5.2. Mạch dao động dùng mạch cầu Viên trong khâu hồi tiếp ...................................... 61
3.6. Mạch dao động dùng thạch anh ..................................................................................... 63
3.6.1. Các tính chất của thạch anh .................................................................................... 63
3.6.2. Một số mạch dao động dùng thạch anh .................................................................. 64
3.7. Mạch tạo sóng sin kiểu xấp xỉ tuyến tính ...................................................................... 65 4 2 0 CHƢƠNG 4
MẠCH XUNG ............................................................................................ 67
4.1. Tín hiệu xung và các tham số ....................................................................................... 67
4.2. Chế độ khóa của transistor............................................................................................ 67
4.3. Chế độ khóa của bộ KĐTT ............................................................................................ 68
4.4 . Trigơ ............................................................................................................................. 69 4.4.1. Trig ơ đả
o ................................................................................................................ 69 4.4.2. Trig
ơ thuận ............................................................................................................. 70
4.5. Mạch đa hài đợi ............................................................................................................. 70
4.6. Mạch đa hài tự dao động ............................................................................................... 72
4.6.1. Mạch đa hài tự dao động dùng transistor ............................................................... 72
4.6.2. Mạch đa hài tự dao động dùng bộ khuếch đại thuật toán ....................................... 74
4.7. Mạch hạn chế biên độ .................................................................................................... 76
4.7.1. Mạch hạn chế trên ................................................................................................... 76
4.7.2. Mạch hạn chế dƣới ................................................................................................. 77
4.7.3. Mạch hạn chế hai phía ............................................................................................ 78
4.8. Mạch tạo xung răng cƣa ................................................................................................ 79
4.8.1 Tham số tín hiệu xung răng cƣa .............................................................................. 79
4.8.2. Mạch tạo xung răng cƣa dùng mạch tích phân RC. ............................................... 79
4.8.3. Mạch tạo xung răng cƣa dùng nguồn dòng ............................................................ 80
4.8.4. Mạch tạo xung răng cƣa thêm tầng khuếch đại có hồi tiếp .................................... 81
4.9. Mạch tạo dao động có tần số điều khiển bằng điện áp (VCO) ...................................... 82 CHƢƠNG 5
ĐIỀU CHẾ - TÁCH SÓNG - TRỘN TẦN ............................................... 84
5.1. Điều chế ......................................................................................................................... 84
5.1.1. Khái niệm ............................................................................................................... 84
5.1.2. Điều chế biên độ ..................................................................................................... 84
5.1.3. Điều chế đơn biên ................................................................................................... 89
5.1.4. Điều tần và điều pha ............................................................................................... 93
5.2. Tách sóng ....................................................................................................................... 98
5.2.1. Khái niệm ............................................................................................................... 98
5.2.2. Tách sóng điều biên. ............................................................................................... 98
5.2.3. Tách sóng điều tần và điều pha ............................................................................ 101
5.3. Trộn tần........................................................................................................................ 104
5.3.1. Định nghĩa ............................................................................................................ 104
5.3.2. Nguyên lý trộn tần ................................................................................................ 104
5.3.3. Mạch trộn tần ........................................................................................................ 105
5.4. Mạch nhân chia tần số ................................................................................................. 108 CHƢƠNG 6
CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - S
Ố VÀ SỐ - TƢƠNG TỰ ....................... 111 5 2 0
6.1. Khái niệm và các tham số cơ bản ................................................................................ 111
6.1.1. Khái niệm chung ................................................................................................... 111
6.1.2. Các tham số cơ bản ........................................................................................... 11212
6.1.3. Nguyên tắc làm việc của A/D ............................................................................... 113
6.2. Các phƣơng pháp chuyển đổi tƣ ng t ơ ự s
ố ................................................................... 115
6.2.1. Phân loại ............................................................................................................... 115
6.2.2. Một số mạch chuyển đổi tƣ ng t ơ
ự - số ................................................................. 115
6.3. Các phƣơng pháp chuyển đổi số tƣ ng t ơ
ự ............................................................... 12424
6.3.1. Chuyển đổi D/A bằng phƣ ng phá ơ
p thang điện trở .............................................. 124
6.3.2 Chuyển đổi D/A bằng phƣ ng phá ơ
p mạng điện trở ............................................... 125 CHƢƠNG 7
MẠCH CUNG CẤP NGUỒN MỘT CHIỀU ....................................... 12727
7.1. Khái niệm chung ...................................................................................................... 12727
7.2. Biến áp nguồn và mạch chỉnh lƣu ........................................................................... 12727
7.2.1. Chỉnh lƣu nửa chu kỳ ....................................................................................... 12828
7.2.2. Chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ .................................................................................. 12828
7.3. Bộ lọc nguồn ............................................................................................................ 13030
7.3.1. Bộ lọc dùng tụ điện ........................................................................................... 13131
7.3.2. Bộ lọc RC, LC .................................................................................................. 13131
7.4. Mạch ổn áp .............................................................................................................. 13232
7.4.1. Ổn áp dùng điốt Zener ...................................................................................... 13232
7.4.2. Ổn áp dùng transist r
o ........................................................................................ 13333
7.4.3. Ổn áp dùng IC................................................................................................... 13737
7.5. Nguồn ổn áp chuyển mạch ...................................................................................... 13838
7.5.1 Khái niệm về nguồn chuyển mạch .................................................................... 13838 7.5.2. S
ơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạc
h ............................................................ 14040
7.5.3 Các khối trong bộ nguồn chuyển mạch ............................................................. 14141
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 14545 6 2 0 CHƢƠNG 1 MẠCH K
HUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR
1.1. Định nghĩa, các chỉ t
iêu và tham số cơ bản của mạch khuếch đ ại
1.1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại
Một trong số những ứng dụng quan trọng nhất của transistor là sử dụng nó trong các
mạch để làm tăng cƣờng độ điện áp hay dòng điện của tín hiệu mà thƣờng gọi là mạch khuếch
đại. Thực chất khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lƣợng có điều khiển, ở đó năng
lƣợng một chiều của nguồn cung cấp (không chứa thông tin), đƣợc biến đổi thành năng lƣợng
xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào (chứa đựng thông tin), làm cho tín hiệu ra lớn lên
nhiều lần và không méo. Phần tử điều khiển đó là transist r
o . Sơ đồ tổng quát của mạch
khuếch đại hình 1-1, trong đó Un là nguồn tín hiệu vào, Rn là điện trở trong của nguồn tín
hiệu, Rt t ải nơi nhận tín hiệu ra. Iv Ir Rn Mạch khuếch Uv Rt U ~ đại r Un Nguồn cung cấp (UCC)
Hình 1-1. Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.
Hình 1-2 đƣa ra cấu trúc nguyên lý để xây dựng một tầng khuếch đại. Phần tử cơ bản là
phần tử điều khiển transistor có điện trở thay đổi theo sự điều khiển của điện áp hay dòng
điện đặt tới cực điều khiển (cực gốc) của nó, qua đó điều khiển quy luật biến đổi dòng điện
của mạch ra bao gồm transistor và điện trở RC. Tại lối ra giữa cực góp và cực phát, ta nhận
đƣợc một điện áp biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhƣng độ lớn đƣợc tăng lên nhiều
lần. Để đơn giản, giả thiết điện áp đặt vào cực gốc có dạng hình sin.
Từ sơ đồ hình 1-2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp ở mạch ra (tỷ lệ với dòng điện và
điện áp tín hiệu vào) là tổng các thành phần xoay chiều (dòng điện và điện áp) trên nền của
thành phần một chiều Ir0 và Ur .
0 Phải đảm bảo sao cho biên độ thành phần xoay chiều không ^ ^
vƣợt quá thành phần một chiều, nghĩa là I I và U U . Nếu điều kiện đó không đƣợc 0 r r 0 r r
thoả mãn thì sẽ làm méo dạng tín hiệu ra.
Nhƣ vậy để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại (khi tín hiệu vào là xoay chiều) thì ở
mạch ra của nó phải tạo nên thành phần dòng một chiều Ir0 và điện áp một chiều Ur0. Chính vì
vậy, ở mạch vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, ngƣời ta cũng phải đặt thêm
điện áp một chiều Uv0 (hay dòng điện một chiều Iv )
0 . Các thành phần dòng điện và điện áp
một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo 7 2 0 mạch vào (Iv0, Uv )
0 và theo mạch ra (Ir0, Ur )
0 đặc trƣng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chƣa có tín hiệu vào. +U I CC r U U ˆ v r i R I C r t Ir0 t C 0 B P U t Đ K R r t Ur Uv E ˆ U r Ur 0 0 t a. b.
Hình 1-2. a. Nguyên lý xâ y dựng một tầng khuếch đại.
b. Biểu đồ thời gian.
1.1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại
Để đánh giá chất lƣợng của một tầng khuếch đại ngƣời ta đƣa ra các chỉ tiêu và tham số cơ bản sau:
1.1.2.1. Hệ số khuếch đại. Đại lƣợng đầu ra K =
Đại lƣợng tƣơng ứng đầu vào (1-1)
Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức.
K = K exp(j.k)
Mô đun |K| thể hiện quan hệ về cƣờng độ (biên độ) giữa các đại lƣợng đầu ra và đầu vào,
phần góc k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Độ lớn của |K| và k phụ thuộc vào tần số  của
tín hiệu vào. Đồ thị hàm số |K| = f() đƣợc gọi là đặc tuyến biên độ - tần số của tầng khuếch
đại. Đồ thị hàm số k = f() đƣ
ợc gọi là đặc tuyến pha - t ần số của nó.
Có thể t ính |K| theo đơn vị logarit, gọi là đơn vị đề xi ben (dB) K d ( ) B  20lg K
Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tƣơng ứng là K1, K2,...K n
thì hệ số khuếch đại chung của bộ khuếch đại xác định: KT = P K1.K2...Kn. 8 2 0
Nếu tính theo đơn vị dB ta có: KT (
P dB) = K1(dB) + K2(dB) +... + Kn(dB)
Hình 1-3 là dạng của K =
 f() đối với một bộ khuếch đại điện áp tần số thấp. |K| K0 0 f (Hz)
Hình 1-3. Đặc tuyến biên độ - t ần số.
1.1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra
Trở kháng vào, ra của tầng khuếch đạ i đƣợc định nghĩa: U V U Z  ; r Z (1-2) V I r I V r
Nói chung chúng là các đại lƣợng phức nê n ta có thể viết: Z = R + jX.
1.1.2.3. Méo tần số
Méo tần số là méo do hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm ở vùng hai đầu giải
tần. ở vùng tần số thấp có méo thấp Mt, ở vùng tần số cao có méo tần số cao MC. Chúng đƣợc
xác định theo biểu thức: K K 0 0 M   t ; MC (1-3) K K t C Trong đó:
K0 là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.
KC là hệ số khuếch đại ở vùng tần số ca o.
Kt là hệ số khuếch đại ở vùng tần số thấ p.
Méo tần số cũng có thể đƣợc tính theo đơn vị đề xi ben.
1.1.2.4. Méo phi tuyế n
Méo phi tuyến do tính chất phi tuyến của các phần tử nhƣ tranzito gây ra thể hiện trong tín
hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không có ở đầu vào). Khi Uv chỉ có thành phần
tần số  thì Ur nói chung có các thành phần n (với n = 0,1,2...) với các biên độ tƣơng ứng là
Ûn. Lúc đó hệ số méo không đƣờng thẳng do tầng khuếch đại gây ra đƣợc đánh giá là: 9 2 0 2 2 2 U U ... U 2 3 n      % ( - 1 4) U1
1.1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại
Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lƣợng đƣợc tính bằng tỷ số giữa công suất tín hiệu xoay chiều đƣ a ra tải Pr vớ
i công suất một chiều của nguồn cung cấp P0. Pr H  % (1-5) 0 P
Trên đây đã nêu một số chỉ tiêu quan trọng của một tầng (hay một bộ khuếch đại gồm
nhiều tầng). Căn cứ vào các chỉ tiêu này ngƣời ta có thể phân loại các bộ khuếch đại với các
tên gọi với đặc điểm khác nhau. Có thể phân loại theo dạng đặc tuyến tần số K = f(), từ đó
có bộ khuếch đại một chiều, bộ khuếch đại tần số thấp, bộ khuếch đại tần số cao, bộ khuếch
đại chọn lọc tần số...v.v.
1.2. Phân cực và chế đ
ộ làm việc một chiều của transistor trƣờng và transistor lƣỡng cự c
1.2.1. Nguyên tắc chung phân cực transistor l ƣỡng cực Để transist r
o làm việc nhƣ là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải thoả mãn
điều kiện thích hợp. Những tham số này của transistor phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân
cực các chuyển tiếp góp, phát. Nói một cách khác giá trị các t ham số phụ thuộc vào điểm làm việc của transist r
o . Một cách tổng quát, dù transistor đƣợc mắc theo kiểu nào, muốn nó làm
việc ở chế độ khuếch đại cần có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc-phát luôn phân cực thuận, chuyển tiếp gốc - góp l uôn phân cực ngƣợc.
Đối với transistor n-p-n điều kiện phân cực để nó làm việc ở chế độ khuếch đại là: UBE = UB - UE > 0 UCE = UC - UE > 0 UE < UB < UC
Hình 1-4 biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực của transist r
o ở chế độ khuếch đại . IC I I B U C C IB U UC CE > 0 UCE < 0 UB U U B UE E I I E E UBE > 0 UBE <0 a. b.
Hình 1-4. a. Biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực tranzito n-p-n. b. Transistor p-n-p. 10 2 0
Trong đó UE, UB, UC là điện thế các cực phát, gốc, góp của transistor nhƣ trên hình 1- 4.
Với transistor p-n-p thì điều kiện phân cực có dấu ngƣợc lại.
1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho transistor l ƣỡng cực
1.2.2.1. Mạch cấp điện áp phân cực
Có hai cách phân áp cho Transist r
o là phƣơng pháp định dòng Bazơ và định áp Bazơ, hình 1-5. +Ucc +Ucc Rc I Rc P Cr RB Cr R1 + I + B0 Cv Cv + Ur + Ur Uv Uv R2 a .Định dòng Baz ơ b. Định áp Baz ơ
Hình 1-5. Phƣơng pháp cấp thiên áp cho transistor lƣỡng cực
Mạch điện hình 1-5a cấp điện áp cho cực gốc theo phƣơng pháp định dòng. Điện áp UBE0
đƣợc lấy từ nguồn UCC dẫn qua điện trở RB vào cực gốc. Điện trở RB có trị số lớn hơn nhiều
so với điện trở một chiều của mặt ghép gốc-phát, do đó dòng định thiên IB0 đƣợc xác định gần đúng. UU U CC B 0 E CC I   B0 R R B B
Dòng điện một chiều ở đầu ra (dòng cực góp) IC0 và điện áp một chiều ở đầu ra UCE0:
IC0 = .IB0; UCE0 = UCC - IC0.RC
Mạch này đơn giản nhƣng độ ổn định điểm làm việc kém.
Mạch điện hình 1-5b cung cấp điện áp cho cực gốc theo phƣơng pháp định áp nhờ bộ
phân áp R1, R2. Thƣờng chọn IP >> IB0, nên điện áp tại điểm làm việc của cực gốc đƣợc xác định theo biểu thức: U CC U  .R = U - I .R BE0 2 CC p 1 R +R 1 2
Trong đó IP l à dòng phân áp chạy qua điện trở R1, R2. 11 2 0
Ta thấy rằng UBE0 không phụ thuộc vào các tham số của transistor và nhiệt độ nên ổn
định. Rõ ràng dòng IP càng lớn UBE0 càng ổn định, nhƣng khi đó R1, R2 phải có giá trị nhỏ sẽ
làm giảm trở kháng vào của mạch.
1.2.2.2. Điểm làm việc tĩnh của transistor lƣỡng cực
Các tham số UBE0, UCE ,0 IB0, IC0 thể hiện chế độ một chiều của tranzito lƣỡng cực, nếu
biểu diễn chúng trên đƣờng tải một chiều của transistor thì còn đƣợc gọi là điểm làm việc một
chiều hay điểm làm việc tĩnh (
Điểm Q trên đƣờng tải một chiều). IC U CC I +U Bmax CC R R C E R1 Rc + I Cv Q B0 IC0 Cr + Ur Uv I R2 RE Bmin + CE UCC UCE U CE0 Hình 1-6.
Hình 1-7. Điểm làm việc tĩnh của transistor .
Từ hình 1-6 ta xác định đƣợc: U
U I .R I R vì I I nên ta có thể viết: CC CE C C E E E C U
U I (R R ) (1-6) CE CC C C E
Biểu thức (1-6) là phƣơng trình đƣờng tải một chiều, nó đƣợc vẽ trên hình 1-7. Trên
đƣờng tải điểm làm việc Q đƣợc xác định bằng các giá trị một chều IC0, UCE0.
1.2.3. Hiện tƣợng trôi điểm làm việc và các phƣơng pháp ổn định
Trong quá tình làm việc của Transistor điểm làm +UCC
việc tĩnh có thể bị dịch chuyển do nhiệt hay tạp tán của +12V
nó. Để giữ điểm làm việc của Transistor ổn định ngƣời Rc
ta dùng các phƣơng pháp ổn định điểm làm việc. RB Cr +
Có hai phƣơng pháp ổn định điểm làm việc là Cv
ổn định tuyến tính và ổn định phi tuyến: + Ur
Ổn định tuyến tính: dùng hồi tiếp âm một
chiều, làm thay đổi thiên áp mạch vào của transist r o Uv
để hạn chế sự di chuyển của điểm làm việc. Hình 1-8. 12 2 0
Hình 1-8 là sơ đồ ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp. Ở đây RB vừa làm
nhiệm vụ đƣa điện áp vào cực gốc bằng phƣơng pháp định dòng Bazơ, vừa dẫn điện áp hồi
tiếp về mạch vào. Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho dòng một chiều IC0
tăng lên thì điện thế UCE0 giảm (do UCE0  UCC
– IC0.RC) làm UBE0 giảm, kéo theo dòng IB0 giảm làm cho IC0 g
iảm (vì IC0 = . I ), nghĩa là dòng IC0 ba
n đầu đƣợc giữ ổn định tƣơng đối. B0
Hình 1-9 là sơ đồ ổn định điểm làm việc bằng hồi +UCC
tiếp âm dòng điện. Trong sơ đồ này RE làm nhiệm vụ
hồi tiếp âm dòng điện một chiều. Khi IC0 tăng do
nhiệt độ thay đổi hay do độ tạp tán tham số của Rc R1
tranzito thì điện áp hạ trên RE(UE0 = IE0.RE) tăng. Vì + Cv
điện áp UR2 lấy trên điện trở R2 hầu nhƣ không đổi Cr nên điện áp U + Ur
BE0 = UR2 - UE0 giảm, làm cho IB0 giảm,
do đó IC0 không tăng lên đƣợc, tức là IC0 đƣợc giữ ổn Uv R2 RE định tƣơng đối.
Ổn định phi tuyến: dùng phƣơng pháp bù nhiệt
nhờ các phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ nhƣ transist r
o , điốt, điện trở nhiệt. Hình 1-9.
1.2.4. Phân cực và chế độ l àm việc một chiều của Tranzito trƣờng
Về nguyên tắc, việc cung cấp và ổn định điểm làm việc của Transistor trƣờng cũng giống
nhƣ transistor lƣỡng cực. Đối với tranzito trƣờng xác định điểm làm việc thông qua ID, UG ,S và UDS. Transist r
o hiệu ứng trƣờng(FET) có hai loại chính là FET điều khiển bằng tiếp xúc p-n
(viết tắt là JFET) và FET có cực cửa cách điện (viết tắt là IGFET). Sau đây chúng ta xét phân
cực và chế độ làm việc của JFET kênh n.
Để JFET làm việc trong miền khuếch đại phải có các điều kiện sau:
+ 0 < ID < IDSS
+ Điện áp cực cửa – cực nguồn: U < P UG Svới kênh n UP > UGS với kê nh p +UD RD Cr Ur Cv Uv Q1 + Cs RG Rs
Hình 1-10. Sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc cho JFET 13 2 0
Để phân cực cho JFET ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp tự phân cực ( hình 1-10 ). Ở
đây RS đƣợc mắc vào cực nguồn vừa tạo thiên áp âm cho UGS vừa có tác dụng hồi tiếp âm
dòng điện để ổn định điểm làm việc. ID ID IDSS U D R R D S ID 0 ID 0 Q UP U UD U GS0 0 0 DS UGS U DS 0 a. b.
Hình 1-11. Đặc tuyến truyền đạ
t (a) và điểm làm việc tĩnh (b) c ủa JFET kênh n
Phƣơng trình hàm truyền đạt của JFET Kênh n đƣợc vẽ trên hình 1-11a.
Biểu thức phƣơng trình đặc tuyến truyền đạt trên hình 1-11a là: UGS 2 I I (1  ) (1-7) D DSS UP
Vì dòng qua RG gần nhƣ bằng không nên ta có: UGS = - ID.RS (1-8)
Giải hệ hai phƣơng trình (1-7) và (1-8) ta sẽ nhận đƣợc ID 0và UGS0 là các giá trị một
chiều, tƣơng ứng với điểm làm việc Q trên hình 1-11b.
Từ mạch điện hình 1-10, ta có ƣ
ph ơng trình đƣờng tải một chiều: UDS = UD I – D( S R + D R ) ( - 1 9)
Mạch ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm thông qua R .
S Nếu muốn bỏ hồi tiếp âm
xoay chiều ta mắc thêm C nhƣ S trên mạch điện.
Ƣu điểm lớn nhất của Transistor trƣờng là trở kháng vào rất lớn, nên để RG ít ảnh hƣởng
tới trở kháng vào của mạch ngƣời ta chọn RG r ất lớn (cỡ M). 14 2 0
1.3. Hồi tiếp trong các tầng khuếch đ ại
1.3.1. Định nghĩa
Hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của bộ khuếch đại về đầu
vào thông qua mạch hồi tiế p. Phân loại hồi tiếp: X Xr v
Hồi tiếp dương: tín hiệu hồi tiếp cùng pha với K
tín vào, hồi tiếp dƣơng sẽ làm bộ khuếch đại mất
ổn định, do đó nó không đƣợc sử dụng trong mạch Xht K
khuếch đại, hồi tiếp dƣơng đƣợc sử dụng trong ht mạch tạo dao động.
Hồi tiếp âm: tín hiệu hồi tiếp ngƣợc pha với
Hình 1-12. Sơ đồ khối bộ khuếch đại
tín hiệu vào, hồi tiếp âm đóng vai trò rất quan có hồi tiếp.
trọng trong mạch khuếch đại. Hồi tiếp âm cải
trong đó K là hệ số khuếch đại ,
thiện các tính chất của mạch khuếch đại.
Kht là hệ số hồi tiếp.
Trong hồi tiếp âm có hồi tiếp âm một chiều và hồi tiếp âm xoay chiều. Hồi tiếp âm m
ột chiều đƣợc dùng để ổn định điểm làm việc tĩnh.
Hồi tiếp âm xoay chiều đƣợc dùng để ổn định các tham số của bộ khuếch đại. Mạch đi n ệ b khu ộ ếch i đạ có h i ồ tiếp đƣ c ợ phân làm 4 lo i ạ :
Hồi tiếp nối tiếp điện áp: Tín hiệu đƣa về đầu vào nối tiếp với ng ồ u n tín hiệu vào và ỷ t lệ
với điện áp đầu ra, hình 1-13a.
Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: Tín hiệu đƣa ề
v đầu vào nối tiếp với ng ồ u n tín hiệu vào và tỷ lệ v i ớ dòng điện r , a hình 1-13b .
Hồi tiếp song song điện áp: Tín hiệ đƣ
u a về đầu vào song song với nguồn tín hiệu vào và tỷ lệ v i ớ điện áp đầu r , a hình 1-13c.
Hồi tiếp song song dòng điện: Tín hiệu đƣa ề
v đầu vào song song với ng ồ u n tín hiệu vào và t l ỷ v ệ i ớ dòng điện r , a hình 1-13d. I ’ vK IvK I rK IrK’ UVK K UrK
a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp UvK’ U I rK’ rht Ivht Urht Kht Uvht 15 2 0 I ’ vK IvK IrK IrK’ U U vK rK K
b. Hồi tiếp nối tiếp dòng điện UvK’ U I rK’ rht Ivht Urht Kht Uvht I ’ vK IvK IrK IrK’ U K U vK rK
c. Hồi tiếp song song điện áp UvK’ U I rK’ rht Ivht Urht Kht Uvht I ’ vK IvK IrK IrK’ UvK K U rK
d. Hồi tiếp song song dòng điện UvK’ U I rK’ rht Ivht U K U rht vht ht
Hình 1-13. Các loại mạch hồi tiếp.
1.3.2. Các phƣơng trình của mạng 4 cực khuếch K ’
đại có hồi tiếp X Xv X r h K
Từ sơ đồ hình 1-14 ta có:
Xr = K.Xh; Xht = Kht.Xr; Xh = Xv X – ht. Xht
Từ 3 phƣơng trình trên ta rút ra đƣợc: Kht K ' X K r   (1-10) X 1  . K K V ht
Hình 1-14. Sơ đồ khối bộ khuếch Trong đó: đại có hồi tiế p.
K’ là hệ số khuếch đại của mạng 4 cực
khuếch đại có hồi tiếp âm.
K là hệ số khuếch đại của mạng 4 cực không có hồi tiếp.
Kht là hệ số hồi tiếp.
Kv = K.Kht gọi là hệ số khuếch đại vòng. 16 2 0
g = 1 + K.Kht gọi là độ sâu hồi tiếp. Khi K.Kht > > 1 từ ( - 1 10) ta có: 1 K'  (1-11) Kht
Từ biểu thức (1-11) ta có nhận xét: một bộ khuếch đại có hồi tiếp có hệ số khuếch đại
vòng rất lớn thì hàm truyền đạt của nó hầu nhƣ không phụ thuộc vào tính chất của bộ khuếch
đại mà chỉ phụ thuộc vào tính chất của mạch hồi tiếp. Tức là các tham số của bộ khuếch đại
không ảnh hƣởng đến hàm truyền đạt của bộ khuếch đại có hồi tiếp mà chỉ phụ thuộc vào các
tham số của mạch hồi tiếp.
1.3.3. Ảnh hƣởng của hồi tiếp âm đến các tham số tầng khuếch đại
1.3.3.1. Hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại
Hồi tiếp âm làm hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại có hồi tiếp giảm g lần K K K'   1  . K K g ht
g = 1 + K.Kht là độ sâu hồi tiế p.
Tuy vậy hồi tiếp âm lại cải thiện các tính chất của mạch khuếch đại nhƣ giảm tạp âm,
giảm méo phi tuyến, giảm méo tần số, làm ổn định hệ số khuếch đại…
1.3.3.2. Hồi tiếp âm làm ổn định hệ số khuếch đại
Khi cần dùng các bộ khuếch đại có độ ổn định cao, không bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ, độ tạp tán của transist r
o , điện áp nguồn và thời gian sử dụng thì phải sử dụng hồi tiếp âm.
Từ biểu thức (1-10) ta có: 2 1 K ' d(K )  .dK  .dK 2 2 (1  . K K ) (1  K.K ) ht ht ht ' K  1 KK.K K    . ht  . ht ( - 1 12) ' K (1  . K K ) K (1  . K K ) K ht ht ht
Từ biểu thức (1-12) ta có nhận xét: Sai số tƣơng đối hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm nhỏ
hơn (1 + K.Kht) lần so với khi không có hồi tiếp. Nhƣ vậy khi có hồi tiếp âm hệ số khuếch đại
sẽ ổn định hơn khi không có hồi tiếp.
Khi bộ khuếch đại có nhiều tầng, có thể thực hiện hồi tiếp từng tầng (hình 1-15a) hoặc
hồi tiếp qua nhiều tầng (hình 1-15b). Hồi tiếp qua nhiều tầng cho hệ số khuếch đại ổn định
hơn hồi tiếp từng tầng. 17 2 0 X X r V 1 K Kn K K ht1 htn a. Hồi tiếp từng tầ ng. X X V r 1 K K2 Kn K ht
b. Hồi tiếp qua nhiều tầng.
Hình 1-15. Bộ khuếch đại có hồi tiếp.
1.3.3.3. Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào, trở kháng ra của bộ khuếch đại
Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp. Sự thay
đổi này phụ thuộc vào cách mắc hồi tiếp về đầu vào (nối tiếp hay song song) mà không phụ
thuộc vào cách lấy tín hiệu hồi tiếp ở đầu ra đƣa vào mạch hồi tiếp.
Tƣơng tự hồi tiếp âm cũng làm thay đổi trở kháng ra của phần mạch nằm trong vòng hồi
tiếp. Sự thay đổi này không phụ thuộc vào cách mắc hồi tiếpvề đầu vào (nối tiếp hay song
song) mà phụ thuộc vào cách lấy tín hiệu hồi tiếp ở đầu ra đƣa vào mạch hồi tiếp (hồi tiếp
điện áp hay dòng điện).
- Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
- Hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
- Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
- Hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
1.3.3.4. Hồi tiếp âm làm tăng độ rộng dải thông
Trên hình 1-16 đƣờng nét liền là đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại không có hồi
tiếp âm, nét đứt là đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm. Ta có thể nhận
thấy khi có hồi tiếp âm hệ số khuếch đại của toàn tầng giảm nhƣng giải thông của nó đƣợc tăng lên ( f  ’ > f).
Ngoài ra hồi tiếp âm còn có tác dụng quan trọng trong khuếch đại nhƣ: Giảm tạp âm, giảm méo phi tuyến. 18 2 0 K K / 2 K ' / 2 K K’ f 0 f  f ’
Hình 1-16. Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đạ i
1.4. Các sơ đồ khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transist r
o lƣỡng cự c
1.4.1. Giới thiệu
Có nhiều phƣơng pháp để phân tích các sơ đồ của một tầng khuếch đại, nhƣng với tín
hiệu nhỏ ngƣời ta thƣờng hay dùng sơ đồ tƣơng đƣơng để phân tích.
Các tham số cơ bản cần khảo sát của một tầng khuếch đại là: Trở kháng vào, trở kháng
ra, hệ số khuếch đại dòng Ki, hệ số khuếch đại áp K
U và hệ số khuếch đại công suất KP. Sau đâ
y chúng ta sẽ phân tích tầng khuếch đại dùng transist r o lƣỡng cực theo a b cách
mắc mạch: Emitơ chung, Colectơ chun , g và Bazơ chun .
g Giả thiết tín hiệu vào là hình sin ở
miền tần số trung bình vì vậy trở kháng của tụ điện coi nhƣ bằng không, còn ảnh hƣởng điện
dung ký sinh của sơ đồ và transist r
o , cũng nhƣ sự phụ thuộc về hệ số khuếch đại dòng ,   của transistor và
o tần số coi nhƣ không đáng kể.
1.4.2. Tầng khuếch đại Emito chung
Hình 1-17 là tầng khuếch đại Emit
ơ chung, hình 1-18 là sơ đồ tƣơng đƣơng xoay chiều tín hiệu nhỏ.
Hệ số khuếch đại điện áp: U
I .(r / /R / /R )
.(r / /R / /R ) R B CE C t CE C t K     U U I .r r V B be be I   C S  
là hỗ dẫn của transistor. Ur BE be
K  S.(r / /R / / R ) U CE C t 19 2 0
Dấu trừ cho thấy tín hiệu vào và tín hiệu ra ngƣợc pha nhau. Vì rCE >> RC, Rt nên:
K  S(R / /R ) (1-13) U C t Ở đây U U
r r  r  . T   . Tbe b e I I E0 C 0 Trong đó: U 0
T là điện áp nhiệt, UT = 26mV ở 25 C. Thay (1-13) và o ta có: 
I (R / /R ) 0
K   S(R / / R )   (R / / R ) C C t   U C t C t r U be T +Ucc R1 Rc I Cr V IB + Cv + UR Uv I r U B CE Rc r R R1//R2 Rt be UV Rt R2 + RE CE
H ình 1-17. Sơ đồ Emitơ chung Hình 1-
18. Sơ đồ tƣơng đƣơng Emitơ chung Trở kháng vào:
Z R / /R / /r (1-14) V 1 2 be
Hệ số khuếch đại dòng điện: I U RI R R R Rt r / t B ( C / / t ) / t K    i I U / Z I .r / Z V V V B be v (1-15)
( R / / R) Z
( R / / R )( R / / R / / r ) C t v C t 1 2 be   r R r R be t be t Trở kháng ra:
Z r / /R R (1-16) r CE C C 20 2 0
1.4.3. Tầng khuếch đại Colectơ chung +Ucc IV IB R1 IB r C E E Cv Uv R + Cr 1//R2 + Ur RE Rt Rt Ur R2 RE Uv
Hình 1-19. Sơ đồ Colectơ chung
Hình 1-20. Sơ đồ tƣơng đƣơng Colect c ơ hung
Hệ số khuếch đại điện áp: U
( 1)I (R / /R ) r B E t K   U U
I .r  (  1) I ( R / / R ) V B be B E t ( - 1 17)
( 1)(R / /R ) E t  1
r  ( 1)(R / /R ) be E t Trở kháng vào:
Z R / / R / / r (  1)( R / / R ) ( - 1 18) V 1 2  be E t
Hệ số khuếch đại dòng điện: I U / R Z r r t v K    K i I U / U Z R V v v t ( - 1 19)
R / /R / / r  ( 1)(R / /R ) 1 2  be E t   Rt Trở kháng ra: U rhm Z r Irngm
Urhm là điện áp ra khi hở mạch đầu ra. Irngm là dòng điện ra khi ngắn mạch đầu ra. ( 1).R UK . E U  .U rhm Uhm V r  ( 1). V R be E U V I
I   I  ( 1) rngm B B rbe 21 2 0

Tài liệu liên quan: