intTypePromotion=3

Bài giảng môn Điện tử tương tự: Chương I - GV. Lê Xuân Thành

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

0
197
lượt xem
56
download

Bài giảng môn Điện tử tương tự: Chương I - GV. Lê Xuân Thành

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng môn Điện tử tương tự - Chương I: Mạch khuếch đại bán dẫn trình bày các nội dung chính: định nghĩa, các chỉ tiêu và 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 đại, một số mạch khuếch đại khác, tầng khuếch đại công suất.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn Điện tử tương tự: Chương I - GV. Lê Xuân Thành

  1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Giảng viên: Lê Xuân Thành Điện thoại/E-mail: 01655.111.888/thanhqn80@gmail.com Bộ môn: Lý thuyết mạch-Khoa Kỹ thuật điện tử 1 Biên soạn: Học kỳ I năm học 2009-2010
  2. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 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 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 2 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  3. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 3 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  4. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 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 ĐẠI  MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC  TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 4 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  5. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại  Khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng lượng một chiều của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thành năng lượng 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. Iv Ir Ur Uv Rn Mạch khuyếch Rt Uv đại En ~ Ur t t Nguồn cung cấp (EC) Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 5 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  6. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.1. 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 mạch vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặt thêm điện áp một chiều UV0 (hay dòng điện một chiều IV0). 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 mạch vào (IV0, UV0) và theo mạch ra (I0, U0) đặc trưng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chưa có tín hiệu vào. +E i C Uv Ur i RC t I0 t C 0 B t PĐK ura R Ur t Uv E U0 0 a. b. t www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 6 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  7. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1. ĐỊNH NGHĨA CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.1. Hệ số khuếch đại K= Đại lượng đầu ra Đại lượng tương ứng đầu vào K = K exp(j.k)  Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượng đầu ra và đầu vào, phần góc k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ 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. 1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra UV Ur ZV  Zr  IV Ir www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 7 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  8. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.3. 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 méo tần số cao MC. K0 K0 Mt  ; MC  Kt KC |K| Ura (V) K0 K0 Uvào 0 (b) (mV) 0 102 (a) 104 2.104 (Hz) 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 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 8 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  9. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.4. Méo không đường thẳng (méo phi tuyến)  Méo không đường thẳng do tính chất phi tuyến của các phần tử như tranzito gây ra thể hiện trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không có ở đầu vào). Khi uvào chỉ có thành phần tần số  thì ura nói chung có các thành phần n (với n = 0,1,2...) với các biên độ tương ứng là Ûn.  2  2  2 1/ 2 ( U 2  U 3  ...  U n )    % U1 1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại Pr  P0 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 9 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  10. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU 2.1. Nguyên tắc chung phân cực tranzito  Muốn tranzito làm việc như là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải thoả mãn điều kiện thích hợp.  Dù tranzito được 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 luôn phân cực ngược. IC IB U IC IB U C UCE >0 UCE 0 IE UBE
  11. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU 2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito +EC +EC RB RC R1 RC IP+IB0 IB0 IB0 CP1 CP2 CP2 UB CP1 IP R2 UBE0 (a) (b) EC Hình 1-5: Mạch cấp điện cho tranzito I B0  RB UBE0 = IP.R2 = EC -(IP+IB0).R1 IC0 = .IB0; UCE0 = EC-IC0.RC U BE  E C  I p .R1 IP =(0,33).IBmax www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 11 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  12. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU 2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito Hình 1-6: Mạch RC +EC  Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó RB cung cấp và ổn định làm cho dòng một chiều IC0 trên cực góp tăng Cp2 lên thì điện thế UCE0 giảm làm UBE giảm, kéo IB điểm làm việc bằng theo dòng IB0 giảm làm cho IC0 giảm (vì IC0= Cp1 hồi tiếp âm điện áp UBE0 .), nghĩa là dòng IC0 ban đầu được giữ UCE0 một chiều qua RB. nguyên. +EC  Khi IC0 tăng do nhiệt độ tăng hay do độ tạp R1 RC Hình 1-7: Sơ đồ tán tham số của tranzito thì điện áp hạ trên RE cung cấp và ổn định Cp1 Cp2 (UE0=IE0.RE) tăng. Vì điện áp UR2 lấy trên điểm làm việc nhờ điện trở R2 hầu như không đổi nên điện áp UBE UBE0 = UR2 - UE0 giảm, làm cho IB0 giảm, do hồi tiếp âm dòng UR2 R2 UE RE CE đó IC0 không tăng lên được, tức là IC0 được điện một chiều qua giữ ổn định. Nếu nhiệt độ giảm làm IC0 giảm RE. thì nhờ mạch hồi tiếp âm dòng điện một chiều, UBE0 lại tăng, làm cho IB0 tăng, IC0 tăng giữ cho IC0 ổn định. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 12 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  13. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 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 vào Đầu ra K  Hình 1-8: Sơ đồ khối bộ khuếch đại có hồi tiếp  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 dòng điện và điện áp.  Xét ở đầu vào, khi điện áp đưa về hồi tiếp nối tiếp với nguồn tín hiệu vào thì ta có hồi tiếp nối tiếp. Khi điện áp hồi tiếp đặt tới đầu vào bộ khuếch đại song song với điện 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 tiếp hoặc song song, hồi tiếp dòng điện nối tiếp hoặc song song, hồi tiếp hỗn hợp nối tiếp hoặc song song. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 13 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  14. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 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 đầu vào 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. Iv Ir Rn Iv Ir Rn It It ~ K ur ~ K ur Rt Rt uht uht   b. It a.  Hình 1-9: Một số mạch hồi tiếp thông dụng: Iht Rn Ir a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp c. ~ Iv K ur Rt b. Hồi tiếp dòng điện c. Hồi tiếp song song điện áp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 14 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  15. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn Iv Ir It Ur u ht ~ K ur K ht   Rt UV ur uht  U Y U V U ht U Y  U V  U ht   Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp Ur Ur Ur 1 1 K K   K ht  K ht  K K ht 1   .K 1  K .  Khi 1 > K. > 0 thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp Kht lớn hơn hệ số khuếch đại của bản thân bộ khuếch đại K. Đó chính là hồi tiếp dương, Uht đưa tới đầu vào bộ khuếch đại cùng pha với điện 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 này đầu ra của bộ khuếch đại xuất hiện một phổ tần số không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào. Với trị số phức K và  bất đẳng thức K.  1 tương ứng với điều kiện tự kích ở một tần số cố định và tín hiệu ở đầu ra gần với dạng hình sin. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 15 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  16. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn Iv Ir It Ur u ht ~ K ur K ht   Rt UV ur uht  U Y U V U ht U Y  U V  U ht   Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp Ur Ur Ur 1 1 K K   K ht  K ht  K K ht 1   .K 1  K .  Khi K.
  17. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn Iv Ir It ~ K ur Rt uht  Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp  Sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn 1 + K. lần so với khi không hồi tiếp. Độ ổn định hệ số khuếch đại sẽ tăng khi tăng độ sâu hồi tiếp.  Nếu hệ số khuếch đại K lớn và hồi tiếp âm sâu thì thực tế có thể loại trừ sự phụ thuộc 1 của hệ số khuếch đại vào sự thay đổi các tham số trong bộ khuếch đại. Khi đó: K ht    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 số khuếch đại K thì điện áp hồi tiếp sẽ bị thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp Uy theo hướng bù lại sự thay đổi điện áp ra của bộ khuếch đại. Giả sử khi giảm K do sự thay đổi tham số bộ khuếch đại sẽ làm cho Uht giảm và Ur giảm, điện áp Uy = Uv - Uht tăng dẫn đến Ur tăng, chính là ngăn cản sự giảm của hệ số khuếch đại K. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 17 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  18. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI K Ku Hình 1-10: ảnh hưởng của hồi Kuht tiếp âm đến đặc tuyến biên độ - tần số f f 0 fht  Tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại bằng hồi tiếp âm được dùng rộng rãi để cải thiện đặc tuyến biên độ, tần số của bộ khuếch đại nhiều tầng ghép điện dung. Vì ở miền tần số thấp và cao hệ số khuếch đại bị giảm. Tác dụng hồi tiếp âm ở miền tần số kể trên sẽ yếu vì hệ số khuếch đại K nhỏ và sẽ dẫn đến tăng độ khuếch đại ở giải biên tần và mở rộng giải thông f của 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. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 18 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  19. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI  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 lớn hoặc 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 sự thay đổi điện trở tải Rt. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 19 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  20. BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI  Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu trên đầu vào bộ khuếch đại (Uy hay Iy) và do đó làm giảm hệ số khuếch đại Kht, làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại.  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. +E R1 R R1 RC1 RC2 +E C R3 C C C CP1 CP1 CP2 CP2 CP3 Rn Rn R Ur T1 T2 Ur Uv Uv En R2 R R2 RE1 R4 RE2 ~ En E ~ a) b) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH Trang 20 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản