Luận văn tốt nghiệp Vật lý: Khảo sát đặc tính OPAMP - Ứng dụng lắp ráp máy phát sóng đơn giản

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo luận văn tốt nghiệp Vật lý: Khảo sát đặc tính OPAMP - Ứng dụng lắp ráp máy phát sóng đơn giản sau đây để nắm bắt được những nội dung về chất bán dẫn; mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp; linh kiện điện tử OPAMP. Luận văn hữu ích với các bạn chuyên ngành Vật lý.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp Vật lý: Khảo sát đặc tính OPAMP - Ứng dụng lắp ráp máy phát sóng đơn giản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM KHOA: VẬT LÝ –¯²¯— LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH OPAMP. ỨNG DỤNG LẮP RÁP MÁY PHÁT SÓNG ĐƠN GIẢN. GVHD: Thầy CAO ANH TUẤN SVTH: NGUYỄN THỊ THU TRANG TP.HCM THÁNG 5 NĂM 2010 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI CẢM ƠN Quá trình thực hiện luận văn chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn. Song, để hoàn thành tốt luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quý Thầy, Cô trong khoa và các bạn sinh viên thuộc các chuyên ngành liên quan. Vì vậy, em xin gởi lời cám ơn chân thành đến: - Thầy Cao Anh Tuấn đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, luôn ủng hộ và động viên em ngay từ những ngày đầu tiên bắt đầu làm đề tài. Giúp em vượt qua những bỡ ngỡ ban đầu cũng như sửa chữa cho em những sai sót và cung cấp cho em những tài liệu cần thiết, giải đáp những thắc mắc của em. - Quý Thầy, Cô trong khoa Vật Lý đã tạo mọi điều kiện tốt nhất có thể để giúp em hoàn thành luận văn. - Các bạn sinh viên thuộc các chuyên ngành liên quan đã cung cấp tài liệu, cũng như giúp em trong việc giải thích một số vấn đề còn đang vướng mắc. - Gia đình, bạn bè luôn ủng hộ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. TP.HCM, tháng 05 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Thu Trang 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI NÓI ĐẦU Nội dung của luận văn này liên quan đến các khái niệm cần thiết cho quá trình lắp ráp một máy phát sóng và cách lắp ráp chiếc máy này sao cho đơn giản, ít tốn kém lại hữu ích cho quá trình thực hành của sinh viên sư phạm vật lý. Tuy vậy, máy vẫn hội tụ được các yếu tố cần thiết cho việc thực hành có hiệu quả. Luận văn này gồm các phần sau: - Phần mở đầu: Trình bày lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu. - Phần lý thuyết: Chương I: Tìm hiểu về chất bán dẫn: + Các hiện tượng tiếp xúc: kim loại - bán dẫn, P - N, kim loại - điện môi - bán dẫn. + Điôt bán dẫn: Cấu tạo, kí hiệu, chức năng, nguyên lý làm việc, các loại điôt. + Transistor: Transistor lưỡng cực, transistor trường có cực cửa tiếp giáp, transistor trường có cực cửa cách ly. Chương II: Giới thiệu chung về mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp: + Mạch khuếch đại: tìm hiểu nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại và các chế độ làm việc của nó. + Mạch hồi tiếp: định nghĩa và tìm hiểu hai loại hồi tiếp âm, hồi tiếp dương. Chương III: Tìm hiểu về linh kiện điện tử OPAMP + Trước tiên là về lịch sử ra đời, chức năng, cấu tạo, kí hiệu, nguyên lý hoạt động và đặc tính - thông số của một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, một mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng là như thế nào? + Thông qua một số cách mắc hồi tiếp để tìm ra các công thức tính khá chính xác áp dụng vào thực tế: mạch khuếch đại đảo pha, mạch khuếch đại không đảo, mạch đệm. + Một số mạch làm toán: mạch cộng đảo dấu, mạch cộng không đảo dấu, mạch trừ, mạch tích phân, mạch vi phân và ứng dụng của mạch khuếch đại thuật toán trong thiết kế hệ thống điện tử. 2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương IV: Mạch dao động + Tìm hiểu về mạch tạo dao động điều hòa: mạch tạo sóng sin âm tần, mạch tạo sóng sin cao tần. + Tìm hiểu về mạch tạo sóng vuông, sóng răng cưa và tam giác. Chương V: Xử lý tín hiệu. + Tìm hiểu phép phân tích chuỗi Fourier của tín hiệu tuần hoàn + Phép tích phân tính hiệu sóng vuông, sóng răng cưa. - Phần thực hành: Chương VI: Lắp ráp máy phát sóng. + Khảo sát thực nghiệm OPAMP + Lắp ráp mạch nguồn và mạch phát sóng. Trong luận văn này, tôi cố gắng chỉ đưa vào những kiến thức nào thật đơn giản và cần thiết, dễ hiểu nhất cho quá trình thực hiện lắp ráp. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian gấp rút và chỉ mới ở mức độ tìm hiểu, nên chắc chắn rằng luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được nhiều góp ý từ quý Thầy, Cô và các bạn. 3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài. Trong giao tiếp hàng ngày, chúng ta luôn phải truyền đi tiếng nói, âm thanh, hình ảnh; chúng ta trao nhận tín hiệu, tin tức cho nhau. Chẳng phải đi đâu xa, chỉ cần dành 10 phút mỗi ngày để ngồi trước màn hình máy tính, hay tối tối quây quầy bên gia đình trước chiếc ti vi nhỏ của mình là bạn đã có thể biết được thế giới xung quanh đang diễn ra những vấn đề gì. Thậm chí chỉ cần một chiếc radio nhỏ bằng bàn tay, bạn cũng đã có thể biết được những điều tương tự.Thay vì mất công chờ đợi những cánh thư đi - về để biết tin tức một người bạn, một người thân ở cách ta hàng nghìn km, bạn chỉ cần nhấc chiếc điện thoại nhỏ xinh của mình lên là đã có thể nghe được giọng nói và cả hình ảnh của người mà bạn đang mong tin. Tại sao chúng ta lại làm được những điều kỳ diệu ấy? Đó là bởi vì chúng ta đang được hưởng những thành tựu của các ngành khoa học, trong đó có điện tử. Quả thật vậy, ngày nay kỹ thuật điện tử đã phát triển rất mạnh. Những sản phẩm điện tử tràn lan khắp nơi với trình độ ngày càng tinh vi, hiện đại, thiết kế thon gọn hơn. Chính vì vậy, kỹ thuật điện tử đã gây ra những chuyển biến thần kỳ trong ngành vô tuyến điện tử, bên cạnh đó nó còn trở thành một phương tiện kỹ thuật thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành khác. Nó hầu như chi phối đến mọi mặt đời sống của con người. Từ lâu, sinh viên thuộc các ngành kỹ thuật đã rất quen thuộc với bộ môn vô tuyến điện tử. Bởi vì, nó là một môn học, là tài liệu tham khảo không thể thiếu trong quá trình đào tạo các kỹ thuật viên, công nhân có tay nghề và thậm chí là những thợ sửa chữa muốn nâng cao hiểu biết về lĩnh vực điện tử. Riêng tôi - là một trong số những sinh viên khoa Vật Lý trường ĐHSP TP.HCM đã từng được học qua môn học này, tôi nhận thấy rằng những gì được tìm hiểu qua sách vở, qua khảo sát trên lý thuyết mà chưa được thực hành nhiều, chưa 4 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
được làm quen và sử dụng những linh kiện điện tử cơ bản, là một điều rất hạn chế đối với sinh viên sư phạm, so với thế giới ngập tràn các thiết bị điện tử ngày nay. Chính vì lý do đó, tôi đã chọn đề tài: "Khảo sát đặc tính OPAMP. Ứng dụng: lắp ráp máy phát sóng đơn giản" để làm luận văn tốt nghiệp. Một mặt, giúp tôi tiếp cận được các linh kiện điện tử và hiểu được các đặc tính của chúng, mà có thể trong quá trình học thậm chí tôi chưa được nhìn thấy. Mặt khác, giúp tôi hiểu được phần nào rõ hơn các vấn đề mà trước đây tôi đã được khảo sát trên lý thuyết. 2. Mục đích nghiên cứu. Trong suốt quá trình được học tại trường ĐHSP, tôi đã được làm quen với các máy móc về vô tuyến điện tử thông qua các buổi thực hành. Tôi nhận thấy rằng, với số lượng sinh viên đông, số máy móc còn hạn chế, lại rất nhạy cảm dễ bị hư hỏng, là một trở ngại không tránh khỏi trong phòng thí nghiệm vô tuyến điện tử. Trong điều kiện khó khăn đó, không cho phép sinh viên hoàn thành tốt việc thực hành các kiến thức đã học. Mặt khác, việc mua các máy móc hoàn toàn mới với chi phí cao và không thể mua ngay để trang bị kịp thời. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, tôi quyết định thực hiện đề tài này nhằm lắp ráp được một chiếc máy phát sóng đơn giản với linh kiện chính là OPAMP. Ngoài ra, các linh kiện sử dụng trong đề tài này đều thông dụng, dễ tìm kiếm trên thị trường và giá thành lại rẻ, với mong muốn góp một phần sức nhỏ bé vào việc cải thiện một phần nhỏ nào đó điều kiện thực hành cho các bạn sinh viên khóa sau. Đồng thời giúp ích cho việc sử dụng chiếc máy này trong quá trình giảng dạy tại trường trung học phổ thông, minh họa các dạng sóng điện cho học sinh tương lai của tôi. 3. Phương pháp nghiên cứu. Để đạt được mục đích nghiên cứu đã đề ra, chúng tôi dùng phương pháp nghiên cứu như sau: - Đầu tiên là khảo sát trên lý thuyết thông qua sách vở, các giáo trình, các trang web về điện tử về các vấn đề cần thiết cho quá trình lắp ráp máy phát sóng. Cụ thể là: 5 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
+ Các linh kiện điện tử cơ bản: điôt, transistor,… + Mạch hồi tiếp, mạch khuếch đại. + Tìm hiểu về linh kiện chính của mạch: OPAMP. +Tìm hiểu về mạch dao động. - Làm quen với một số linh kiện điện tử, các cách mắc mạch đơn giản, sau đó tiến hành lắp ráp một số mạch tạo sóng , rồi so sánh để tìm ra mạch tạo sóng nào ưu việt nhất. - Từ những kết quả đạt được ở trên, cho phép chúng tôi lắp ráp một máy phát sóng đơn giản mà hiệu quả của nó sẽ được kiểm chứng bằng thực nghiệm. 5. Kết quả nghiên cứu. Dựa vào những gì chúng tôi đã tìm hiểu trên phương diện lý thuyết và thông qua quá trình thực hành. Chúng tôi đã lắp ráp được một số mạch tạo sóng đơn giản dùng linh kiện chính là OPAMP và tìm ra được mạch nào là tối ưu nhất trong số những mạch đó. Mạch tạo sóng này tạo ra được các dạng sóng sin, vuông, tam giác, có thể thay đổi được biên độ hoặc tần số, hoặc cả biên độ và tần số. 6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương I – BÁN DẪN 1.1. Các hiện tượng tiếp xúc. 1.1.1. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn. Trong chất bán dẫn công thoát của electron nhỏ hơn công thoát của electron trong kim loại nên electron từ bán dẫn N sang kim loại dễ hơn electron từ kim loại sang bán dẫn N, tạo nên điện trường tiếp xúc Etx , không cho electron từ bán dẫn N tiếp tục sang kim loại. Hình thành một vùng nghèo hạt mang điện ở phía bán dẫn N. Khi đặt một điện trường ngoài vào tiếp xúc kim loại – bán dẫn, sẽ cho dòng điện từ kim loại qua bán dẫn N. Lớp tiếp xúc kim loại - bán dẫn có tính chỉnh lưu, được ứng dụng để chế tạo các điôt tiếp xúc điểm, có điện dung tiếp xúc nhỏ, dùng trong mạch điện tách sóng trong radio, TV hoặc trong các mạch điện chuyển mạch điện tử tần số cao. Etx KL N Hình 1. 1: Tiếp xúc kim loại - bán dẫn 1.1.2. Tiếp xúc P – N: Trong chất bán dẫn loại N: electron là hạt dẫn điện đa số, lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số. Trong chất bán dẫn loại P: lỗ trống là hạt dẫn điện đa số, electron là hạt dẫn điện thiểu số. Etx P N Hình 1. 2: Tiếp xúc P - N 7 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp xúc Etx (nhỏ). Điện trường này ngăn cản không cho electron từ N tiếp tục sang P. Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P- N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số, vùng này có điện trở lớn. Khi đặt tiếp xúc P - N vào điện trường ngoài: - Engoài ngược chiều với Etx: làm vùng nghèo hạt mang điện hẹp lại. Cho dòng điện I qua từ P sang N. - Engoài cùng chiều Etx: không có dòng điện I qua tiếp xúc P - N từ N sang P. 1.1.3. Tiếp xúc kim loại – điện môi – chất bán dẫn. Xét lớp điện môi SiO2, khi chưa đặt điên áp ngoài vào hai cực AB thì không xuất hiện điện tích ở hai bề mặt điện môi. Khi đặt điện áp âm vào A, dương vào B: electron trong lớp Si – P chạy về cực B, lỗ trống trong lớp Si – P chạy về phía vách chất điện môi, sát lớp điện môi gần chất bán dẫn xuất hiện điện tích dương, trong khi gần kim loại có điện tích âm. Khi đặt điện áp dương vào A, âm vào B: hai bên lớp điện môi SiO2 hình thành các điện tích có dấu trái nhau như ở hai bản cực tụ điện, chúng cho dòng xoay chiều đi qua. 1.2. Điôt bán dẫn. 1.2.1. Cấu tạo, kí hiệu, công dụng. a. Cấu tạo. Điôt bán dẫn cơ bản tạo bởi tiếp xúc P – N, tức là bởi vùng có độ dày nhỏ (cỡ micron), trong đó tính dẫn điện của tinh thể bán dẫn là pha loại tạp chất bán dẫn P vào loại N, có thể cho dòng điện có cường độ lớn qua được. Diốt có thể cấu tạo là một thanh kim loại tiếp xúc với chất bán dẫn loại N, có điện dung tiếp xúc nhỏ, dùng ở tần số cao. Ở đây ta xét điôt tạo thành từ một lớp tiếp xúc P – N. 8 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
b. Kí hiệu. A K Hình 1. 3: Kí hiệu Điôt c. Chức năng. Chỉ cho dòng điện chạy theo chiều từ P đến N, tức là từ anôt A tới catôt K. 1.2.2. Nguyên lý làm việc. Diốt có hai giới hạn tuyệt đối khi sử dụng để tránh sự đánh thủng nhiệt làm hỏng điôt: - Giới hạn về dòng điện Im . - Giới hạn về điện áp Um. Diốt có hai chế độ làm việc: chế độ thuận và chế độ ngược. Gọi UAK là điện áp đặt vào hai đầu điôt, Ud là điện áp ngưỡng của điôt (điện áp rơi). Chế độ thuận: là chế độ có UAK > UD Điôt dẫn với điện trở động (hay điện trở thuận): rd=dU/dI (cỡ vài ohm), trong chế độ thuận: UAK = UD + rdi tức là điôt tương đương với điện trở rd mắc nối tiếp nguồn điện áp có suất điện động UD. Chế độ ngược: đối với UAK ≤ UD. Dòng cực nhỏ cỡ vài nano ampe chảy qua điôt. Điện trở điôt lúc này cỡ vài chục mêga ôm. Dòng điện ở chế độ ngược có thể bỏ qua. Trong chế độ ngược, điôt tương đương công tắc hở mạch. 1.2.3. Phân loại điôt. Người ta có thể phân loại điôt tùy theo quan điểm khác nhau: - Theo đặc điểm cấu tạo: điôt tiếp điểm, điôt tiếp mặt. - Theo vật liệu sử dụng: điôt Ge, điôt Si. - Theo tần số sử dụng: điôt cao tần, điôt tần số thấp. - Theo công suất: điôt công suất lớn, công suất trung bình, công suất nhỏ. 9 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- Theo nguyên lý hoạt động: điôt chỉnh lưu, điôt ổn áp (Zener), điôt biến dung (Varicap), điôt dùng hiệu ứng đường hầm (Tunel). 1.3. Transistor. 1.3.1. Transistor lưỡng cực. a. Cấu tạo: Cùng trên một đế bán dẫn, lần lượt tạo ra hai tiếp xúc công nghệ P – N gần nhau để được một linh kiện bán dẫn 3 cực, gọi là transistor lưỡng cực. Nếu bán dẫn P nằm ở giữa hai lớp bán dẫn N, thì ta có transistor loại NPN (được gọi là transistor ngược). C N P N B E Hình 1. 4: Transistor NPN và kí hiệu Nếu lớp bán dẫn N nằm giữa hai lớp bán dẫn P thì ta có loại transistor PNP (transistor thuận). C P N P B E Hình 1. 5: Transistor PNP và Kí hiệu Một cực có thể điều khiển dòng điện qua hai cực còn lại gọi là cực khiển. Điều kiện của các vùng tạp chất: - Vùng E: pha tạp chất nhiều nhất. - Vùng C: pha tạp chất trung bình. 10 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- Vùng B: pha tạp chất nồng độ rất ít (nhỏ nhất), vùng B rất mỏng (vài micromet). b. Nguyên tắc hoạt động: Để transitor hoạt động phải đủ hai điều kiện về điện áp để tiếp tế và phân cực. Tiếp tế: cung cấp điện áp cho hai cực E,C bằng nguồn điện ECC. - Transistor NPN : UCE > 0 - Transistor PNP : UCE < 0 Phân cực: cung cấp điện áp cho hai cực B,E bằng nguồn điện EB. - Transistor NPN: UBE > 0 - Transistor PNP : UBE < 0 Nguyên tắc hoạt động của transistor thể hiện qua các thí nghiệm sau: Chọn một loại transistor loại PNP K2 C Rt P ECC K1 N B P EB E Hình 1. 6: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP Khi K1 đóng, K2 mở: có nguồn EB, không có nguồn ECC. Lớp tiếp giáp EB được phân cực thuận, lỗ trống từ vùng E sang vùng B. Khi qua vùng B: một số ít lỗ trống tái hợp được với electron từ mạch ngoài lại đi vào B tạo nên dòng điện IB. Vậy chỉ có dòng IB, không có dòng IC ở nguồn ECC. Khi K1 mở, K2 đóng: có nguồn ECC, không có nguồn EB. Lúc này CE coi như gồm hai điôt: CB và BE mắc nối tiếp, do hai điôt này mắc ngược chiều nhau nên 11 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
không cho dòng điện qua CE, và chỉ có dòng rò Ico rất nhỏ từ C sang B do các hạt không cơ bản gây ra. Khi K1 đóng,K2 đóng: Nhờ nguồn EB, lỗ trống từ E sang vùng B: - Số ít kết hợp với electron trong lớp B. - Tại B: lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số. Do độ dày của vùng B rất nhỏ, phần lớn lỗ trống chưa kịp tái hợp với electron thì đã đến lớp tiếp giáp BC. Ở đây, lỗ trống gặp điện trường mạnh tăng tốc và cuốn lỗ trống sang vùng C. Sang vùng C, lỗ trống là hạt dẫn điện đa số nên bị nguồn ECC hút mạnh tạo nên dòng IC qua CE. Đối với Transistor NPN thì ta đổi cực của nguồn. *Nhận xét: Ta nhận thấy: - Nếu IB = 0 thì IC = 0 - IB tăng thì IC tăng - IB giảm thì IC giảm Suy ra IB có tính điều khiển dòng IC. Trong đó dòng IB cỡ nA, dòng IC cỡ mA. Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo ra dòng IB, phần lớn còn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC. Vậy ta luôn luôn có: I E = IB + IC Trong đó: IB
IB β= IC Trên đây là transistor hoạt động ở chế độ tĩnh. Nếu bây giờ ta đặt vào mạch cực phát một nguồn tín hiệu biến thiên thì điện áp phân cực lớp tiếp giáp EB cũng thay đổi làm cho IB biến thiên, kéo theo IE cũng biến thiên, và IC thay đổi. Đặt ở cực góp một tải RC lớn, khi dòng IC biến thiên sẽ tạo ra trên RC một điện áp biến thiên nhưng biên độ lớn hơn nhiều (nhờ RC khá lớn).Ta nói rằng transistor đã khuếch đại tín hiệu. c. Các chế độ làm việc: Transistor có 3 chế độ làm việc: chế độ khóa, dẫn bão hòa, chế độ khuếch đại. * Chế độ khóa và dẫn bão hòa: Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ: K IC R1 I1 Rt ECC IB UCE UBE R2 I2 IE EB Hình 1. 7: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN Khi K mở: tiếp xúc EB bị phân cực ngược, electron từ E không qua được vùng B nên IB = 0, và transistor khóa, không có dòng IC qua tải Rt. Khi K đóng: Dòng IB khác 0. Với UBE = 0.6V (Si), nếu ta chọn R1, R2, ECC, EB sao cho: 13 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ICbh E IB = IBbh = = CC β RC .β lúc này transistor mở bão hòa. Khi đó ta có: ECC UCE = 0V, IC = RC * Chế độ khuếch đại: Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ: K IC Rt R1 I1 IB ECC UCE R2 I2 UBE IE EB Hình 1. 8: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN Lúc này nguồn phân cực EB có chiều như hình vẽ để tiếp xúc BE được phân cực thuận. Dòng IB sẽ điều khiển dòng IC. Ta có: ECC = Rt.IC + UCE UCE = ECC – Rt.IC Nhận xét: Khi IB tăng, Ic tăng theo và UCE giảm.Khi IB giảm, dòng IC giảm theo và UCE tăng hay điện áp tín hiệu lấy ra ở chân C ngược pha với điện áp tín hiệu vào khuếch đại ở chân B (vì ở đây ta xét transistor mắc theo kiểu phát chung sẽ được trình bày vào phần sau). Dòng IB thay đổi ở mạch vào sẽ tạo ra dòng IC thay đổi đồng pha tương ứng ở mạch ra ở cực C.Dòng IC qua Rt gây sụt áp UR, nên ta có điện áp UCE (chính là VC) 14 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
được tính theo công thức trên. IC tăng làm VC giảm và ngược lại, ta nói điện áp ra VC ngược pha với điện áp vào. 1.3.2. Phân cực cho Transistor: Phân cực cho Transitor là tạo ra điện áp phân cực cho tiếp giáp BE nhằm để tiếp xúc BE được phân cực thuận, để transistor hoạt động trong chế độ khuếch đại, ta có các cách sau: a. Phân cực cho transistor dùng dòng cố định. Xét transistor NPN. Hình 1. 9: Phân cực dùng dòng cố định. Mắc một điện trở RB có trị số lớn vào giữa nguồn ECC và chân B như hình vẽ. Lúc này: ECC = UBE + RBIB ECC − U BE => RB = IB UBE thường được chọn trong khoảng từ 0.6V đến 0.7V b. Phân cực cho transistor dùng điện áp phản hồi. Mắc điện trở RB từ chân C về chân B. Ta có: UCE = ECC – RCIC IC = β .IB Suy ra: Hình 1. 10: Phân cực dùng điện áp phản hồi. 15 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
U CE − U BE RB = IB c. Phân cực cho transistor dùng cầu chia thế. Cầu chia thế gồm R1, R2 sẽ xác định điện thế VB. Lúc này: ECC UBE = UB = R2.I = R2. R1 + R2 d. Dùng cầu chia thế có bổ chính nhiệt: Hình 1. 11: Phân cực Ngoài R1,R2 như trên, chân E được mắc xuống bằng cầu chia thế. Masse qua một điện trở RE có tác dụng bổ chính nhiệt. Ngoài ra người ta còn mắc song song với RE một tụ CE để nối tắt dòng tín hiệu từ E xuống masse, thường chọn CE có dung kháng ZC
Tiếp giáp EB được phân cực thuận, còn tiếp giáp BC được phân cực ngược.C1, C2 là tụ điện liên lạc tín hiệu với tầng trước và tầng sau. Tín hiệu tới được đưa vào giữa hai cực phát – gốc (E – B), tín hiệu ra lấy giữa hai cực gốc – góp (B – C). Cực gốc B chung cho cả mạch vào và mạch ra, nên gọi là mạch cực gốc chung. Khi ta đưa tín hiệu tới đầu vào của mạch: - Nửa chu kỳ dương của tín hiệu vào: Điện áp dương của tín hiệu hợp với điện áp dương của nguồn E1 , làm cực phát có điện áp dương hơn trước so với cực gốc. UBE tăng làm cho tiếp giáp EB phân cực thuận bởi điện áp lớn hơn, do đó IE tăng lên, làm dòng IC tăng, sụt áp trên R2 tăng, điện áp UC giảm, nghĩa là dương lên, nên điện áp ra dương hơn. - Nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào: Điện áp âm của tín hiệu làm giảm điện áp dương của nguồn E1, làm cho UE bớt dương hơn so với cực gốc nên UBE giảm, làm cho IE giảm, kéo theo IC giảm. Sụt áp trên R2 giảm, điện áp UC tăng lên, nghĩa là âm hơn, làm cho tín hiệu ra âm đi. Như vậy, trong mạch cực gốc chung: điện áp ra đồng pha với điện áp vào. Dựa vào tính toán, người ta cũng tính được trở kháng vào và trở kháng ra, độ tăng dòng, độ tăng áp, độ tăng công suất của transistor. - Trở kháng vào R1 có trị số khoảng 30-300 ( Ω ) - Trở kháng ra R2 có trị số khoảng 100 k Ω – 1M Ω . - Độ tăng dòng: ∆I C α =
P2 I2R R R Kp = = C2 2 = α . 2 ≈ 2 P1 I E R1 R1 R1 Kp đạt giá trị khoảng 100 đến 1000. Mạch cực gốc chung chỉ dùng trong tầng dao động của máy thu, để dao động được ổn định, ít méo hoặc trong các tầng khuếch đại âm tần đầu, yêu cầu độ méo nhỏ, tạp âm ít, ổn định cao, hoặc trong tầng công suất các máy tăng âm có chất lượng cao. b. Mạch cực phát chung: Sơ đồ mạch như hình vẽ: IC IB C2 C1 U0 R1 IE R2 UI E1 E2 Hình 1. 13: Mạch cực phát chung. Hai cực EB được phân cực thuận, BC được phân cực nghịch. Tín hiệu vào đưa tới giữa hai cực BE. Tín hiệu ra được lấy từ hai đầu điện trở R2, nghĩa là giữa hai cực EC. Cực phát E tham gia cả mạch vào và mạch ra, nên mạch này gọi là mạch cực phát chung. Khi ta đưa tín hiệu tới đầu vào của mạch: - Nửa chu kỳ dương của tín hiệu vào: điện áp dương của tín hiệu làm cho UB bớt âm hơn. UBE giảm, IB và IC đều giảm. Sụt áp trên R2 giảm đi, làm cho UC tăng, tức là làm UC âm hơn. 18 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- Nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào: điện áp âm của tín hiệu phối hợp với điện áp âm ở cực gốc làm cho UB âm hơn. UBE tăng lên, IBvà IC đều tăng. Sụt áp trên R2 tăng, làm cho UC giảm, tức là UC dương lên. Như vậy điện áp ra và điện áp vào ngược pha nhau Qua đây ta thấy, UBE thay đổi thì IB,IE thay đổi, và IC cũng thay đổi theo. - Trở kháng vào R1 khoảng 200 Ω – 2000 Ω . - Trở kháng ra R2 khoảng 20 k Ω – 100 k Ω . - Độ tăng dòng: ∆I C β= ( có trị số khoảng 20 – 100) ∆I B Ta có thể tính: IC IC α β = = = IB I E − IC 1 − α - Độ tăng điện áp : IC R2 R Ku = = Ki 2 I B R1 R1 Ku có giá trị trong khoảng vài tăm đến vài nghìn. - Độ tăng công suất: P2 IC2 R2 R Kp = = 2 = α 2. 2 P1 I B R1 R1 Ku có giá trị trong khoảng 1000 – 10000. Mạch cực phát chung là kiểu mạch được dùng phổ biến nhất vì Ki, Ku,Kp đều lớn và hơn nữa R1, R2 không quá chênh lệch như mạch cực gốc chung. Nên trong máy thông dụng thường ghép tầng theo kiểu điện trở điện dung, vừa gọn nhẹ, vừa dễ lắp ráp, điều chỉnh. c. Mạch cực góp chung: Sơ đồ như hình vẽ. 19 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com