ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - docview1.tlvnimg.comdocview1.tlvnimg.com/tailieu/2014/20140421/mnhat91/dttt1... · TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT. ... Mạch khuyếch đại

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG MÔN

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Giảng viên: Lê Xuân ThànhĐiện thoại/E-mail: 01655.111.888/[email protected]ộ môn: Lý thuyết mạch-Khoa Kỹ thuật điện tử 1Biên soạn: Học kỳ I năm học 2009-2010

BÀI GIẢNG MÔN


www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNHBỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1

Trang 2

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn Chương 2. Mạch khuếch đại thuật toán Chương 3. Mạch tạo dao động điều hòa Chương 4. Mạch xung Chương 5. Mạch biến đổi tần số Chương 6. Mạch chuyển đổi A/D và D/A Chương 7. Mạch cung cấp nguồn

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 3

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 4

Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn

ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC TẦNG KHUẾCH ĐẠI ĐẢO PHA CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO TRƯỜNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP TẦNG TRONG BỘ KHUẾCH ĐẠIMỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 5

1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại

Khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng cóđiều khiển, ở đó năng lượng một chiều của nguồncung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thànhnăng lượng xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầuvào, chứa đựng thông tin, làm cho tín hiệu ra lớn lênnhiều lần và không méo.

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.

Iv

Mạch khuyếchđại

Nguồn cung cấp(EC)

Uv

Rn

En

Ir

Ur

Rt

Uv

t

Ur

t~

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 6

1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại Để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại thì ở mạch ra của nó phải tạo nên

thành phần dòng một chiều I0 và điện áp một chiều U0. Chính vì vậy, ở mạchvào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặtthêm điện áp một chiều UV0 (hay dòng điện một chiều IV0). Các thành phầndòng điện và điện áp một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầngkhuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo mạch vào (IV0, UV0) và theo mạchra (I0, U0) đặc trưng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chưa có tín hiệuvào.

I0

PĐK

Uv

t

i RC

Ur

Ur

t

+EC

Rt

C

E

B

Uv

a.

U0

i

ura

0

0

b. t

t

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 7

1. ĐỊNH NGHĨA CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại1.2.1. Hệ số khuếch đại

Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượngđầu ra và đầu vào, phần góc k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chungđộ lớn của |K| và k phụ thuộc vào tần số của tín hiệu vào.

Nếu biểu diễn |K| = f1() ta nhận được đường cong gọi là đặc tuyến biên độ -tần số của tầng khuếch đại. Đường biểu diễn k=f2() gọi là đặc tuyến pha -tần số.

Đại lượng đầu raĐại lượng tương ứng đầu vào

K =

K = K exp(j.k)

1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra

V

VV I

UZ

r

rr I

UZ

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 8

1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại1.2.3. Méo tần số Méo tần số là méo do độ 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 méotần số cao MC.

C

0C

t

0t K

KM;

KK

M

Hình 1-3: a. Đặc tuyến biên độ - tần số

b. Đặc tuyến biên độ (f = 1kHz) của một bộ khuếch đại tần số thấp

0 102

104 2.104 (Hz)

|K|

(a)

K0

Uvào

(mV)

Ura(V)

(b)0

K0

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 9

1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại1.2.4. Méo không đường thẳng (méo phi tuyến)

Méo không đường thẳng do tính chất phi tuyến của các phần tử như tranzitogây ra thể hiện trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (khôngcó ở đầu vào). Khi uvào chỉ có thành phần tần số thì ura nói chung có cácthành phần n (với n = 0,1,2...) với các biên độ tương ứng là Ûn.

%U

)U...UU( /n

1

21223

22

1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại

0PPr

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 10

2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU2.1. Nguyên tắc chung phân cực tranzito

Muốn tranzito làm việc như là một phần tử tích cực thì các tham số của nóphải thoả mãn điều kiện thích hợp.

Dù tranzito được mắc theo kiểu nào, muốn nó làm việc ở chế độ khuếch đạicần có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc-phát luôn phân cực thuận, chuyểntiếp gốc - góp luôn phân cực ngược.

IB

ICUC

UE

IE

UB

UCE >0

UBE>0

IB

UB

(a)

ICUC

UE

IE

UCE <0

UBE <0

(b)

Hình 1-4: a) Biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực tranzito n-p-n.b) Tranzito p-n-p.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 11

2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito

IP+IB0

CP2

UBE0

UB

(a)

RCRBIB0

+EC

CP1 CP2

R2

(b)

RCR1IB0

+EC

CP1

IP

Hình 1-5: Mạch cấp điện cho tranzito

B

CB R

EI 0

IC0 = .IB0; UCE0 = EC-IC0.RC

UBE0 = IP.R2 = EC -(IP+IB0).R1

1.RIEU pCBE

IP =(0,33).IBmax

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 12

2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito

Hình 1-7: Sơ đồcung cấp và ổn địnhđiểm làm việc nhờhồi tiếp âm dòngđiện một chiều quaRE.

UR2

Cp2

R2

RCR1

+EC

Cp1

UE RE CE

UBE

+ECRCRB

Cp2

Cp1

IB

UCE0UBE0

Hình 1-6: Mạchcung cấp và ổn địnhđiểm làm việc bằnghồi tiếp âm điện ápmột chiều qua RB.

Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đólàm cho dòng một chiều IC0 trên cực góp tănglên thì điện thế UCE0 giảm làm UBE giảm, kéotheo dòng IB0 giảm làm cho IC0 giảm (vì IC0=.), nghĩa là dòng IC0 ban đầu được giữnguyên.

Khi IC0 tăng do nhiệt độ tăng hay do độ tạptán tham số của tranzito thì điện áp hạ trên RE(UE0=IE0.RE) tăng. Vì điện áp UR2 lấy trênđiện trở R2 hầu như không đổi nên điện ápUBE0 = UR2 - UE0 giảm, làm cho IB0 giảm, dođó IC0 không tăng lên được, tức là IC0 đượcgiữ ổn định. Nếu nhiệt độ giảm làm IC0 giảmthì nhờ mạch hồi tiếp âm dòng điện mộtchiều, UBE0 lại tăng, làm cho IB0 tăng, IC0 tănggiữ cho IC0 ổn định.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 13

3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Hồi tiếp là việc thực hiện truyền tín hiệu từ đầu ra về đầu vào bộ khuếch đại. Thực hiện hồi tiếp trong bộ khuếch đại sẽ cải thiện hầu hết các chỉ tiêu chất lượng

của nó và làm cho bộ khuếch đại có một số tính chất đặc biệt.Đầu raĐầu vào

Hình 1-8: Sơ đồ khối bộ khuếch đại có hồi tiếp

K

Nếu điện áp hồi tiếp tỷ lệ với điện áp ra của bộ khuếch đại ta có hồi tiếp điện áp,nếu tỷ lệ với dòng điện ra ta có hồi tiếp dòng điện. Có thể hồi tiếp hỗn hợp cả dòngđiện và điện áp.

Xét ở đầu vào, khi điện áp đưa về hồi tiếp nối tiếp với nguồn tín hiệu vào thì ta cóhồi tiếp nối tiếp. Khi điện áp hồi tiếp đặt tới đầu vào bộ khuếch đại song song vớiđiện áp nguồn tín hiệu thì có hồi tiếp song song.

Hai đặc điểm trên xác định một loại mạch hồi tiếp cụ thể: hồi tiếp điện áp nối tiếphoặc song song, hồi tiếp dòng điện nối tiếp hoặc song song, hồi tiếp hỗn hợp nốitiếp hoặc song song.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 14

3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Nếu khi hồi tiếp nối tiếp ảnh hưởng đến trị số điện áp vào bản thân bộ khuếch đại uy, thì khi hồi tiếp

song song sẽ ảnh hưởng đến trị số dòng điện vào bộ khuếch đại. Tác dụng của hồi tiếp có thể làm tăng,khi K + = 2n, hoặc giảm khi + = (2n +1). (n là số nguyên dương) tín hiệu tổng hợp ở đầuvào bộ khuếch đại được gọi là hồi tiếp dương và tương ứng gọi là hồi tiếp âm.

Hồi tiếp âm cho phép cải thiện một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại, vì thế nó được dùng rất rộng rãi.

Hình 1-9: Một số mạch hồi tiếp thông dụng:

a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp

b. Hồi tiếp dòng điện

c. Hồi tiếp song song điện áp

Rn

ur RtK~

Iht Ir

c.Iv

ur

Rt

K~

Iv Ir

It

uht

Rn It

K~ ur

Rt

Iv Ir It

uht

Rn

a.

b.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 15

3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI

Khi 1 > K. > 0 thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp Kht lớn hơn hệ số khuếch đại củabản thân bộ khuếch đại K. Đó chính là hồi tiếp dương, Uht đưa tới đầu vào bộ khuếch đại cùng pha vớiđiện áp vào Uv, tức là Uy = Uv +Uht. Vậy Ur = K.(Uv + Uht) > K.Uv Kht >K

Trường hợp K. 1 (khi hồi tiếp dương) đặc trưng cho điều kiện tự kích của bộ khuếch đại. Lúc nàyđầu ra của bộ khuếch đại xuất hiện một phổ tần số không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào. Với trị sốphức K và bất đẳng thức K. 1 tương ứng với điều kiện tự kích ở một tần số cố định và tín hiệu ởđầu ra gần với dạng hình sin.

Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp

K~ ur

Rt

Iv Ir It

uht

Rn

V

rht U

UK

htVY UUU r

ht

r

V

r

Y

UU

UU

UU

htKK

11

ht

r

uu

KK

K ht .1

.1 KKK ht

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 16


Khi K.<0 thì:

Đây là hồi tiếp âm (Uht ngược pha với Uv) và Uy = Uv - Uht, nghĩa là hệ số khuếch đại củabộ khuếch đại có hồi tiếp âm Kht nhỏ hơn hệ số khuếch đại khi không có hồi tiếp.


K~ ur

Rt

Iv Ir It

uht

Rn

V

rht U

UK

htVY UUU r

ht

r

V

r

Y

UU

UU

UU

htKK

11

ht

r

uu

KK

K ht .1

.1 KKK ht

KKKK ht

.1

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 17


Sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn 1 + K. lần sovới khi không hồi tiếp. Độ ổn định hệ số khuếch đại sẽ tăng khi tăng độ sâu hồi tiếp.


K~ ur

Rt

Iv Ir It

uht

Rn

1

htK Nếu hệ số khuếch đại K lớn và hồi tiếp âm sâu thì thực tế có thể loại trừ sự phụ thuộccủa hệ số khuếch đại vào sự thay đổi các tham số trong bộ khuếch đại. Khi đó:

Ý nghĩa vật lý của việc tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm là ở chỗ khi thay đổi hệ sốkhuếch đại K thì điện áp hồi tiếp sẽ bị thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp Uy theo hướng bù lại sự thayđổi điện áp ra của bộ khuếch đại. Giả sử khi giảm K do sự thay đổi tham số bộ khuếch đại sẽ làm choUht giảm và Ur giảm, điện áp Uy = Uv - Uht tăng dẫn đến Ur tăng, chính là ngăn cản sự giảm của hệ sốkhuếch đại K.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 18


Tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại bằng hồi tiếp âm được dùng rộng rãi để cải thiện đặctuyến biên độ, tần số của bộ khuếch đại nhiều tầng ghép điện dung. Vì ở miền tần số thấpvà cao hệ số khuếch đại bị giảm. Tác dụng hồi tiếp âm ở miền tần số kể trên sẽ yếu vì hệ sốkhuếch đại K nhỏ và sẽ dẫn đến tăng độ khuếch đại ở giải biên tần và mở rộng giải thông fcủa bộ khuếch đại.

Hồi tiếp âm cũng làm giảm méo không đường thẳng của tín hiệu ra và giảm nhiễu (tạp âm)trong bộ khuếch đại.

f

Ku

Kuht

K

ffht

0

Hình 1-10: ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến đặc tuyến biên độ -tần số

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 19


Thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng điện trở vào của bộ khuếch đại lên (1+K.) lần.Điều này rất cần thiết khi bộ khuếch đại nhận tín hiệu từ bộ cảm biến có điện trở trong lớnhoặc bộ khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực.

Điện trở ra giảm đi (1+K.) lần đảm bảo điện áp ra của bộ khuếch đại ít phụ thuộc vào sựthay đổi điện trở tải Rt.

BÀI GIẢNG MÔN



Trang 20


Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu trên đầu vào bộ khuếch đại (Uy hay Iy) và do đólàm giảm hệ số khuếch đại Kht, làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại của bộ khuếchđại.

Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng điện trở vào. Hồi tiếp điện áp nối tiếp làm ổn định điện áp ra, giảm điện trở ra Rrht. Còn hồi tiếp dòng

điện nối tiếp làm ổn định dòng điện ra It, tăng điện trở ra Rrht. Hồi tiếp âm song song làm tăng dòng điện vào, làm giảm điện trở vào Rvht, cũng như điện

trở ra Rrht.

T1

~

CP2

RC1R1

R2 RE1

Rn

En

Uv

CP1

Ur

+EC

b)

RC2

RE2

R3

R4

CP3

T2

R

C

~

CP2

RC

R1

R2 RE

Rn

En

Uv

CP1

Ur

+EC

a)

Documents

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - docview1.tlvnimg.comdocview1.tlvnimg.com/tailieu/2014/20140421/mnhat91/dttt1... · TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT. ... Mạch khuyếch đại