Bài giảng Nguyên lý điện tử 2 - ThS. Vũ Chiến Thắng

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn sách Bài giảng Nguyên lý điện tử 2 có 5 chương: Các mạch tạo quan hệ hàm số dùng khuếch đại thuật toán (Các mạch tính toán và điều khiển tuyến tính, Các mạch khuếch đại và tính toán phi tuyến liên tục, Các mạch phi tuyến không liên tục), Điều chế (Điều biên, Giải điều biên, Điều tần và điều pha, Giải điều tần), Đổi tần (Nguyên lý đổi tần,Mạch đổi tần dùng Diode), Chuyển đổi AD và DA (Cơ sở lý thuyết, Các thông số cơ bản, Nguyên tắc làm việc của ADC, Các phương pháp chuyển đổi tương tự-số...), Nguồn cung cấp (Nguồn chỉnh lưu đơn giản, Ổn áp...). Đây là tài liệu học tập và giảng dạy của học viên, giảng viên khoa Công nghệ thông tin.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nguyên lý điện tử 2 - ThS. Vũ Chiến Thắng

I H C THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN ~~~~~***~~~~~ BÀI GI NG: NGUYÊN LÝ NT 2 Ng i biên so n : ThS. V Chi n Th ng. 1
M CL C C L C ................................................................................................................................. 1 CH NG 1: CÁC M CH T O QUAN H HÀM S DÙNG KHU CH I THU T TOÁN 4 1.1. Khái ni m chung.................................................................................................................. 4 1.2. Các m ch tính toán và u khi n tuy n tính ........................................................................ 4 1.2.1. M ch c ng o.............................................................................................................. 4 1.2.2. M ch tr ....................................................................................................................... 5 1.2.3. M ch tích phân o....................................................................................................... 6 1.2.4. M ch tích phân t ng...................................................................................................... 7 1.2.5. M ch tích phân hi u...................................................................................................... 7 1.2.6. M ch vi phân ................................................................................................................ 8 1.3. Các m ch khu ch i và tính toán phi tuy n liên t c ............................................................ 9 1.3.1. T o quan h hàm s có d ng c tuy n c a ph n t phi tuy n. ..................................... 9 1.3.2. T o quan h hàm i c a d ng c tuy n volt-ampe c a ph n t phi tuy n.................. 10 1.3.3. M ch khu ch i Loga ................................................................................................ 10 1.3.4. M ch khu ch i i Loga .......................................................................................... 12 1.3.5. M ch nhân dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga .......................................... 12 1.3.6. M ch l y th a b c hai ................................................................................................. 13 1.3.7. M ch chia theo nguyên t c nhân o ........................................................................... 14 1.3.8. M ch chia dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga: .......................................... 15 1.3.9. M ch khai c n............................................................................................................. 15 1.4. Các m ch phi tuy n không liên t c..................................................................................... 17 1.4.1. M ch t o hàm ch nh l u h n ch : ................................................................................ 17 1.4.2. M ch so sánh t ng t ................................................................................................ 22 Ch ng 2: U CH .............................................................................................................. 31 2.1. nh ngh a ......................................................................................................................... 31 2.2. u biên ........................................................................................................................... 31 2.2.1. nh ngh a .................................................................................................................. 31 2.2.2. u biên thông th ng.............................................................................................. 31 2.2.3. Các ch tiêu c b n c a dao ng ã u biên............................................................ 34 2.2.4 Ph ng pháp tính toán m ch u biên : ...................................................................... 36 2.2.5. Các m ch u biên c th :........................................................................................ 40 2.2.6. u ch n biên ....................................................................................................... 45 2.3. Gi i u biên .................................................................................................................... 53 2.3.1. Gi i u biên v i tín hi u u biên thông th ng ...................................................... 53 2.3.2 Gi i u ch n biên: ............................................................................................... 55 2.4. u t n và u pha .......................................................................................................... 56 2.5. Gi i u t n. ..................................................................................................................... 60 2.5.1. Nguyên lý chung......................................................................................................... 60 2.5.2. Các m ch gi i ch t n s ............................................................................................. 60 Ch ng 3: I T N................................................................................................................ 63 3.1. nh ngh a ......................................................................................................................... 63 3.1.1. t v n :.................................................................................................................. 63 3.1.2. Khái ni m: .................................................................................................................. 64 3.2. Nguyên lý i t n: ............................................................................................................. 65 3.2.1. S kh i và nguyên lý làm vi c:............................................................................... 65 3.2.2. Nhi u sinh ra c a b tr n t n và cách kh c ph c.......................................................... 67 3.2.3 Thu i t n trong 1 d i t n r ng ................................................................................... 70 3.2.4 i t n th c hi n i b ng t n s ............................................................................ 70 2
3.3. M ch i t n dùng Diode.................................................................................................. 71 3.3.1. M ch i t n n ........................................................................................................ 71 3.3.2. M ch i t n cân b ng ................................................................................................ 71 4.4.3. M ch i t n vòng ...................................................................................................... 72 3.3.2 M ch i t n dùng Transistor ....................................................................................... 73 CH NG 4: CHUY N I AD VÀ DA................................................................................ 76 4.1. C s lý thuy t................................................................................................................... 76 4.2. Các thông s c b n........................................................................................................... 78 4.3. Nguyên t c làm vi c c a ADC ........................................................................................... 79 4.4. Các ph ng pháp chuy n i t ng t - s ........................................................................ 80 4.4.1 Phân lo i ...................................................................................................................... 80 4.4.2. Chuy n i AD theo ph ng pháp song song.............................................................. 81 4.4.3. Chuy n i AD n i ti p .............................................................................................. 82 4.4.4. Chuy n i AD theo ph ng pháp k t h p.................................................................. 83 4.4.5. Chuy n i AD n i ti p dùng vòng h i ti p................................................................. 84 4.4.6. Chuy n i AD theo ph ng pháp tich phân n gi n:................................................ 85 4.4.7. Chuy n i AD theo ph ng pháp tích phân hai s n d c .......................................... 88 4.5. Các ph ng pháp chuy n i s - t ng t ........................................................................ 92 4.5.1. Chuy n i DA b ng ph ng pháp n tr b c thang................................................. 93 4.5.2. Ph ng pháp m ng n tr : ....................................................................................... 94 4.5.3. Ph ng pháp Shanon – Rack:...................................................................................... 97 Ch ng 5: NGU N CUNG C P ........................................................................................... 101 5.1. Khái ni m chung.............................................................................................................. 101 5.1.1. t v n ................................................................................................................. 101 5.1.2. Thông s ngu n cung c p.......................................................................................... 101 5.2. Ngu n ch nh l u n gi n................................................................................................ 103 5.2.1. S kh i................................................................................................................. 103 5.2.2. Bi n áp...................................................................................................................... 103 5.2.3. Ch nh l u .................................................................................................................. 104 5.2.4. L c ........................................................................................................................... 105 5.2.5. Các b ch nh l u b i áp............................................................................................. 106 5.3. n áp:.............................................................................................................................. 107 5.3.1. t v n :................................................................................................................ 107 5.3.2. n áp thông s :......................................................................................................... 107 5.3.3. n áp so sánh:........................................................................................................... 108 5.4. n áp xung: ..................................................................................................................... 113 5.5. Các vi m ch n áp: .......................................................................................................... 114 TÀI LI U THAM KH O ...................................................................................................... 118 3
CH NG 1: CÁC M CH T O QUAN H HÀM S DÙNG KHU CH I THU T TOÁN Ch ng này nh m gi i thi u vi c ng d ng m ch khu ch i thu t toán (K TT) trong các m ch t o quan h hàm s . Kh o sát các m ch khu ch i loga và i loga, khai n, bình ph ng, m ch nhân, m ch chia, m ch ch nh l u h n ch , m ch t o hàm so sánh 1.1. Khái ni m chung Hi n nay, các b khu ch i thu t toán (K TT) óng vai trò quan tr ng và c ng d ng r ng rãi trong k thu t khu ch i, tính toán, u khi n, t o hàm, t o tín hi u hình sin và xung, s d ng trong n áp và các b l c tích c c... Trong k thu t m ch t ng t , các m ch tính toán và i u khi n c xây d ng ch y u d a trên b TT. Khi thay i các linh ki n m c trong m ch h i ti p ta s có c các m ch tính toán và i u khi n khác nhau. Có 2 d ng m ch tính toán và i u khi n: Tuy n tính và phi tuy n. Tuy n tính: có trong m ch h i ti p các linh ki n có hàm truy n t tuy n tính. Phi tuy n: có trong m ch h i ti p các linh ki n có hàm truy n phi tuy n tính. V m t k thu t, t o hàm phi tuy n có th d a vào m t trong các nguyên t c sau ây : 1. Quan h phi tuy n Volt - Ampe c a m t ghép pn c a diode ho c BJT khi phân c c thu n (m ch khu ch i loga) 2. Quan h phi tuy n gi a d cc a c tuy n BJT l ng c c và dòng Emit (m ch nhân t ng t ). 3. Làm g n úng c tuy n phi tuy n b ng nh ng n th ng g p khúc (các m ch t o hàm dùng diode). 4. Thay i c c tính c a n áp t vào phân t tích c c làm cho dòng i n ra thay i (khoá diode, khoá transistor). 1.2. Các m ch tính toán và i u khi n tuy n tính 1.2.1. M ch c ng o 4
Hình 1.1. S m ch c ng o Áp d ng quy t c dòng i n nút cho N ta có: 1.2.2. M ch tr Hình 1.2. S m ch tr R1 = RN/a R2 = RP/a i n áp c a vào thu n: i n áp c a vào o: Vì: N u RN = RP: 5
1.2.3. M ch tích phân o Hình 1.3.a. S m ch tích phân o Ph ng trình dòng i n nút t i N: i1 + iC = 0 Hay: Suy ra: => i n áp ra t l v i tích phân n áp vào. Th ng ch n h ng s th i gian = RC = 1s. Vout(t=0) là i u ki n u, không ph thu c vào i n áp vào Vin1. N u Vin1 là i n áp xoay chi u hình sin: vin1 = Vin1 sin t thì: => Biên n áp ra t l ngh ch v i t n s . c tuy n biên - t n s c a m ch tích phân f( ) có d c -20dB/decade: M ch c g i là m ch tích phân trong m t ph m vi t n s nào ó n u trong ph m vi t n s ó c tuy n biên - t n c a nó gi m v i d c 20dB/decade. gi m nh h ng c a dòng t nh It và i n áp l ch không có th gây sai s áng k cho m ch tích phân, c a thu n c a b K TT ng i ta m c thêm m t n tr thay i c R1 và n i xu ng masse. 6
Hình 1.3.b M ch tích phân o có bi n tr R1 bù dòng l ch không i u ch nh R1 sao cho R1 R thì gi m c tác d ng c a dòng i n l ch không I0 = IP – IN và i n áp l ch không V0 = VP – VN (khi Vout = 0) 1.2.4. M ch tích phân t ng Hình 1.4. S m ch tích phân t ng Dùng ph ng pháp x p ch ng và vi t ph ng trình dòng i n nút i v i nút N ta tìm c: 1.2.5. M ch tích phân hi u Hình 1.5. M ch tích phân hi u 7
Vi t ph ng trình i v i nút N: i v i nút P: Bi n i và cho VN = VP, R1CN = R2CP = RC Suy ra: 1.2.6. M ch vi phân Hình 1.6. S m ch vi phân Ta có: Gi thi t: vin1 = Vin1 sin t 8
H s khu ch i c a mach: K’ t ng theo t n s và th bode có d c 20dB/decade. V y : M ch c g i là m ch vi phân trong m t ph m vi t n s nào ó n u trong ph m vi t ns ó c tuy n biên - t n c a nó t ng v i d c 20dB/decade. 1.3. Các m ch khu ch i và tính toán phi tuy n liên t c 1.3.1. T o quan h hàm s có d ng c tuy n c a ph n t phi tuy n. Gi s ta có m t ph n t tuy n tính trong ó nó có c tuy n: I = f (v ) Dòng i n qua diode và i n áp t lên diode có quan h : v  iD = I 0 exp  D   vT  Hình 1.7. M ch t o quan h hàm s có d ng c tuy n c a ph n t phi tuy n Ta có: Vh = VP – VN Mà do K TT lý t ng nên: VP = VN VP = 0 VP = VN = 0 Lúc ó i n tr vào nó vô cùng l n, và dòng vào K TT vô cùng bé: IN = 0. Mà: VN = Vht +Vout = 0 ⇒ Vout = −Vht = − I ht Rht ⇒ Vout = − I .Rht ⇒ Vout = − f ( v ).Rht ⇒ Vout = − f (Vin ).Rht 9
1.3.2. T o quan h hàm i c a d ng c tuy n volt-ampe c a ph n t phi tuy n. Gi s ta có m t ph n t tuy n tính trong ó nó có c tuy n: v = f ( I ) Ta có: Vh = VP − V N Mà do K TT lý t ng nên: VP = VN VP = 0 ⇒ VP = VN = 0 Lúc ó i n tr vào nó vô cùng l n, và dòng vào K TT vô cùng bé: I N = 0 . Do ó: I = I ht = f ( v ) VN = Vht + Vout = 0 ⇒ Vout = −V = f −1 ( I ) Vin − VN Vin Mà: I= = RN RN V  ⇒ Vout = − f −1  in   RN  1.3.3. M ch khu ch i Loga Hình 1.8.a S m ch khu ch i Loga dùng Diode t o m ch khu ch i loga, m c diode ho c BJT m ch h i ti p c a b K TT. M ch i n dùng diode (1.8.a.) có th làm vi c t t v i dòng i n I n m trong kho ng nA –› mA. Dòng i n qua diode và i n áp t lên diode có quan h : Trong ó: ID, vD : dòng i n qua diode và i p áp t lên diode. 10
I0: dòng i n ban u, có tr s b ng dòng qua diode ng v i n áp ng c cho phép. VT : i n áp nhi t. nhi t bình th ng thì VT= 26mV Hình 1.8.b. S m ch khu ch i Loga dùng BJT. M ch (1.8.b) làm vi c t t v i dòng i n trong kho ng pA –› mA Dòng Colect iC ph thu c vào i n áp Baz – Emit theo quan h : Trong ó: AN: h s khu ch i dòng i n khi m c Baz chung (BC) IEbh: là dòng i n emit tr ng thái bão hòa. Khi : Ta có : Mà Vout = -VBE và iC = Vin/R Nh n xét : - M ch ch làm vi c v i n áp vào d ng (do m i n i p-n). - Mu n làm vi c v i n áp âm ta thay BJT npn b ng BJT pnp. 11
1.3.4. M ch khu ch i i Loga Hình 1.9.a S m ch khu ch i i Loga dùng Diode Vì : Hình 1.9.b S m ch khu ch i i Loga dùng Transitor Do VBE = -Vin : 1.3.5. M ch nhân dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga a, S kh i Hình 1.10. M ch nhân dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga 12
Các m ch khu ch i loga và i loga có th dùng m ch nh ã xét m c trên. Coi m ch t ng có th dùng m t khu ch i t ng K TT. M ch ch làm vi c c v i các tín hi u vx, vy > 0 (do tính ch t hàm loga). M ch nhân 4200 là m t trong nh ng m ch tiêu bi u c ch t o theo nguyên t c này. A = K1ln(Vx/K2) B = K1ln(Vy/K2) C = A+ B = K1ln(VxVy/K2 2) C = ln(VxVy/K2 2) Vz = K3VxVy/K2 2 b)S nguyên lý D1 R5 Vin1 R1 R6 R3 D3 R4 Vout D2 Vin2 R2 Hình 1.11. S nguyên lý m ch nhân 1.3.6. M ch l y th a b c hai u hai u vào c a m ch nhân v i nhau ta s có m ch l y th a: Hình 1.12. S m ch l y th a b c hai Lúc này vx = vy => vz = K.vx2 Gi s n áp vào có d ng sin: vx = Vcos t Thì i n áp ra: 13
=> Có th dùng m ch l y th a b c hai th c hi n nhân ôi t n s . 1.3.7. M ch chia theo nguyên t c nhân o a, M ch chia thu n Hình 1.13. S m ch chia thu n Ta có: b, M ch chia o Hình 1.14. S m ch chia o Ph ng trình cân b ng dòng t i N: 14
1.3.8. M ch chia dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga: Hình 1.15. M ch chia dùng nguyên t Loga và i Loga Hình 1.18 M ch chia t ng t dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga b) S nguyên lý: D1 R5 Vin1 R1 R6 D3 R3 Vout R4 D2 R7 Vin2 R2 Hình 1.16. nguyên lý m ch chia dùng nguyên t c loga và i loga 1.3.9. M ch khai c n M ch khai c n c th c hi n b ng cách m c vào m ch h i ti p c a b K TT m t m ch l y th a. 15
Hình 1.17.a M ch khai c n o Dùng ph ng pháp x p ch ng ta có: Do: Hình 1.17.b M ch khai c n thu n Ta có: Vz = VN Mà: M ch n hình 1.17.a ch làm vi c v i n áp vào vZ < 0, còn m ch n hình 1.17.b thì vZ > 0. Trong tr ng h p ng c l i thì m ch s có h i ti p d ng làm m ch b k t. 16
ng n ng a ng i ta m c thêm diode (m i m ch m t diode) u ra c a b TT nh hình v . 1.4. Các m ch phi tuy n không liên t c 1.4.1. M ch t o hàm ch nh l u h n ch : 1.4.1.1. tv n : Xét m ch ch nh l u dùng diode : Vin D Vout R Hình 1.18. M ch ch nh l u dùng D M ch này có h n ch là n u nh yêu c u ch nh l u tín hi u vào c mV thì m ch không th c hi n c. Vì v y ta k t h p v i m ch K TT có ng c tuy n nh sau: Hình 1.19. Ch nh l u v i tín hi u nh Khi ng c tuy n qua g c t a g i là m ch h n ch m c 0. Còn không qua g c t a g i là m ch h n ch khác m c 0. 1.4.1.2. Ch nh l u h n ch m t Diode: 17
Hình 1.20. S m ch ch nh l u h n ch 1 Diode - Khi Vin < 0 → Va 0 → Va >0 thì D thông → Vout = Va − VDthông Va= K0Vh Mà: Vh = VP − VN ⇒ Va = K0 ( VP – VN ) ⇒ Va = K0 ( Vin – Vout ) → K0 ( Vin – Vout ) = Va + VDthông K0 V ⇒ Vout = Vin − Dthong 1 + K0 1 + K0 V i K0 >> và VDthong
- M ch trên là m ch h n ch d i. có m ch h n ch trên ta o chi u Diode. 1.4.1.3. M ch ch nh l u h n ch 2 Diode. Hình 1.22. S m ch ch nh l u h n ch 2 Diode - Khi Vin > 0 → Va0 thì D1 t t, D2 thông Va =K0(VP – VN)= - K0VN = VDthong + Vout . Áp d ng nguyên lý x p ch ng : R2 R1 VN = Vin + Vout R1 + R2 R1 + R2 R2 R1 VDthong + Vout ⇒ Vin + Vout =− R1 + R2 R1 + R2 K0  R1 1  R2  −VDthong  ⇒ Vout  +  = Vin    R1 + R2 K 0  R1 + R2  K 0  V i K 0 >> , VDthong
Hình 1.23. ng d ng c a m ch ch nh l u h n ch m c 0 dùng 2 D. Nh n xét: - ng c tuy n truy n t i qua g c t a nên ta có th th c hi n ch nh l u c các tín hi u nh - M ch ch nh l u nh hình v trên là ch nh l u h n ch trên m c 0. Mu n có m ch ch nh l u h n ch d i m c 0 ta ch vi c i chi u 2diode. - N u R1 = R2 thì biên tín hi u ra = biên tín hi u vào. - N u R1 > R2 thì biên tín hi u vào > biên tín hi u ra. - N u R1 < R2 thì biên tín hi u vào < biên tín hi u ra. 1.4.1.4. M ch ch nh l u h n ch khác m c 0: Hình 1.24. S m ch ch nh l u h n ch khác m c 0 - Khi Vin > E0 à Vh < 0 à Va = K0Vh < 0 → D1 thông, D2 t t - Khi Vin < E0 à Vh > 0 à Va = K0Vh > 0 → D1 t t, D2 thông 20