Tập bài giảng Điện tử tương tự [mới nhất]

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

(Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)

Lưu hành nội bộ

HÀ NỘI - 2008

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Biên soạn : Ks. LÊ SẮC

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử tương tự là môn học cơ sở, nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản nhất để phân tích, thiết kế các mạch điện trong hệ thống mạch điện tử. Tập bài giảng này được chia thành 7 chương. Trong mỗi chương có bốn phần. Phần giới thiệu chung nêu các vấn đề chủ yếu của chương. Phần nội dung phân tích chi tiết các vấn đề chủ yếu đó. Phần tóm tắt tổng hợp lại các yêu cầu quan trọng của chương mà người học cần nắm được. Phần cuối nêu các câu hỏi và bài tập. Để nghiên cứu tài liệu được thuận lợi, người học cần có trước kiến thức của các môn học Lý thuyết mạch và Cấu kiện điện tử.

Chương 1: Mạch khuếch đại tranzito. 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: như khuếch đại Cascade, khuếch đại Darlingtơn, mạch khuếch đại dải rộng, mạch khuếch đại cộng hưởng.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT) nêu 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 như 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 tương tự, mạch lọc tích cực.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin: định nghĩa, điều kiện của mạch 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.

Chương 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 cưa, mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO).

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số. 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).

Chương 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.

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn. Phân tích mạch cung cấp nguồn một chiều: biến áp, chỉnh lưu, lọc và ổn áp. Phương pháp bảo vệ quá dòng, quá áp của bộ nguồn. Cuối chương trình bày nguồn chuyển mạch: sơ đồ khối, chức năng các khối và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn này.

Cuối cùng là phần hướng dẫn trả lời các câu hỏi và giải các bài tập để giúp người học có thể

tự kiểm tra kiến thức của mình.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian ngắn, trình độ còn có hạn nên tập bài giảng

chắc còn thiếu sót, rất mong bạn đọc góp ý kiến để sửa chữa, bổ sung thêm, xin cảm ơn!

Tác giả

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRANZITO

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về mạch khuếch đại, bao gồm

các vấn đề sau:

- Định nghĩa mạch khuếch đại, các chỉ tiêu và tham số chính của một bộ khuếch đại: Hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, hệ số khuếch đại công suất, trở kháng vào, trở kháng ra, méo tần số, méo phi tuyến, hiệu suất.

- Nguyên tắc chung phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại. Với tranzito lưỡng cực thuận PNP cần cung cấp điện áp một chiều UBE < 0, UCE < 0. Với tranzito ngược NPN cần cung cấp điện áp một chiều UBE > 0, UCE > 0. Mạch điện cung cấp nguồn một chiều phân cực cho tranzito có: bốn phương pháp: phương pháp định dòng cho cực gốc, phương pháp định áp cho cực gốc, phương pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm điện áp một chiều, phương pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm dòng điện.

- Vấn đề hồi tiếp, hồi tíêp trong các tầng khuếch đại: hồi tiếp dương, hồi tiếp âm, hồi tiếp dòng điện, hồi tiếp điện áp, hồi tiếp mắc song song, hồi tiếp mắc nối tiếp. ảnh hưởng của hồi tiếp đến các chỉ tiêu kĩ thuật của mạch.

- Các sơ đồ khuếch đại cơ bản dùng tranzito lưỡng cực: tầng khuếch đại phát chung, tầng

khuếch đại góp chung và tầng khuếch đại gốc chung.

- Các sơ đồ khuếch đại dùng tranzito trường xét hai loại: tầng khuếch đại cực nguồn chung,

tầng khuếch đại cực máng chung.

- Tầng khuếch đại đảo pha có: mạch khuếch đại đảo pha chia tải, mạch khuếch đại đảo pha

ghép biến áp.

- Phương pháp ghép tầng trong bộ khuếch đại: phương pháp ghép tầng bằng tụ điện, ghép

tầng bằng biến áp, ghép tầng trực tiếp.

- Một số mạch khuếch đại khác: mạch khuếch đại Darlingtơn, mạch khuếch đại Cascốt,

mạch khuếch đại giải rộng, mạch khuếch đại cộng hưởng.

- Mạch khuếch đại công suất: đặc điểm của mạch khuếch đại công suất, các chế độ làm việc của tầng khuếch đại A, B, AB, C. Yêu cầu của tầng khuếch đại công suất cho công suất ra lớn, méo nhỏ và hiệu suất cao. Mạch khuếch đại công suất đơn làm việc ở chế độ A để giảm méo nhưng có hiệu suất thấp. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng hai tranzito thường cho làm việc ở chế độ AB (gần B) để có công suất ra lớn, méo nhỏ mà hiệu suất cao. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng tranzito cùng loại có mạch ghép biến áp, mạch không dùng biến áp. Các mạch khuếch đại này cần có mạch khuếch đại đẩy pha phía trước. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng tranzito khác loại có ưu điểm không cần tầng khuếch đại đảo pha.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Kết thúc chương 1 yêu cầu người học nắm được các mạch khuếch đại đã nêu. Hiểu được tác dụng các linh kiện trong mạch. Chế độ cấp điện một chiều và nguyên lý làm việc của mạch. Tính toán được một số chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu theo điều kiện cho trước.

Khi phân tích tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, ta dùng phương pháp mạch điện tương đương xoay chiều, ở tần số trung bình. Phần mạch khuếch đại công suất, do tín hiệu vào lớn nên dùng phương pháp đồ thị có độ chính xác cao.

NỘI DUNG

1.1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC 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 tranzito là sử dụng nó trong các mạch để làm tăng cường độ điện áp hay dòng điện của tín hiệu mà thường gọi là mạch khuếch đại.Thực chất 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. Phần tử điều khiển đó là tranzito. Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại như ở hình 1-1, trong đó En là nguồn tín hiệu vào, Rn là điện trở trong của nguồn tín hiệu, Rt tải nơi nhận tín hiệu ra.

Mạch khuyếch đại

Rn En

Nguồn cung cấp (EC)

Uv Uv ~

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

Hình 1-2 đưa ra cấu trúc nguyên lý để xây dựng một tầng khuếch đại. Phần tử cơ bản là phần tử điều khiển tranzito 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 tranzito và điện trở RC. Tại lối ra giữa cực góp và cực phát, người ta nhận được một điện áp biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhưng độ lớn được tăng lên nhiều lần. Để đơn giản, giả thiết điện áp đặt vào cực gốc có dạng hình sin.

(cid:7) U

(cid:7) I

≥0

và Từ sơ đồ hình 1-2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp xoay chiều ở mạch ra (tỷ lệ với dòng điện và điện áp tín hiệu vào) cần phải coi là tổng các thành phần xoay chiều dòng điện và điện áp trên nền của thành phần một chiều I0 và U0. Phải đảm bảo sao cho biên độ thành phần xoay chiều I . Nếu điều kiện đó không được không vượt quá thành phần một chiều, nghĩa là

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

thoả mãn thì dòng điện, điện áp ở mạch ra trong từng khoảng thời gian nhất định sẽ bằng không và sẽ làm méo dạng tín hiệu.

Như 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 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.

Iˆ

i RC

PĐK

Uˆ

ura

U0 t

Hình 1-2: a. Nguyên lý xây 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 lượng của một tầng khuếch đại người ta đưa ra các chỉ tiêu và tham số cơ

bản sau:

1.1.2.1. Hệ số khuếch đại.

K =

Đại lượng đầu ra Đại lượng tương ứng đầu vào

(1-1)

K = ⎢K ⎢exp(j.ϕk)

Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức.

Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượng đầu ra và đầu vào, phần góc ϕk thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ lớn của |K| và ϕk phụ thuộc vào tần số ω của tín hiệu vào. Nếu biểu diễn |K| = f1(ω) ta nhận được đường cong gọi là đặc tuyến biên độ - tần số của tầng khuếch đại. Đường biểu diễn ϕk=f2(ω) gọi là đặc tuyến pha - tần số của nó.

Thường người ta tính |K| theo đơn vị logarit, gọi là đơn vị đề xi ben (dB)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

)dB(K

Klg20

(1-2)

Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tương ứng là K1, K2,...Kn thì hệ số khuếch đại chung của bộ khuếch đại xác định theo:

K = K1.K2...Kn.

hay

(1-3) K(dB) = K1(dB) + K2(dB) +... + Kn(dB)

Đặc tuyến biên độ của tầng khuếch đại là đường biểu diễn quan hệ Ura=f3(Uv) lấy ở một tần số cố định của giải tần của tín hiệu vào.

Dạng điển hình của ⎢K ⎢=f1(ω) và Ura=f3(Uv) đối với một bộ khuếch đại điện áp tần số thấp cho tại hình 1-3.

(V)

Ura |K|

Uvào

(b)

0 102

104 2.104 (Hz)

(a)

(mV)

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

1.1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra

Trở kháng vµo, trë kh¸ng ra của tầng khuếch đại được định nghĩa (theo hình 1-1a)

Z = V

Z = r

U I

; (1-4)

Nói chung chúng là các đại lượng phức: Z = R+jX.

1.1.2.3. 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. Chúng được xác định theo biểu thức:

;

K K

(1-5)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Trong đó: K0 là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.

KC là hệ số khuếch đại ở vùng tần số cao.

Kt là hệ số khuếch đại ở vùng tần số thấp.

Méo tần số cũng có thể được tính theo đơn vị đề xi ben.

1.1.2.4. Méo không đường thẳng (méo phi tuyến).

21 /

(cid:7) U(

(cid:7) U

(cid:7) )U...

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 ω thì ura nói chung có các thành phần nω (với n = 0,1,2...) với các biên độ tương ứng là Ûn. Lúc đó hệ số méo không đường thẳng do tầng khuếch đại gây ra được đánh giá là:

=γ

+ (cid:7) U

(1-6)

1.1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại

Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lượng được tính bằng tỷ số giữa công suất tín hiệu

Pr=η 0P

xoay chiều đưa ra tải Pr với công suất một chiều của nguồn cung cấp P0.

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 người ta có thể phân loại các bộ khuếch đại với các tên gọi với đặc điểm khác nhau. Ví dụ theo hệ số khuếch đại K có bộ khuếch đại điện áp. Lúc này yêu cầu cơ bản là có KUmax, Zvào >> Znguồn và Zra << Ztải; bộ khuếch đại dòng điện với Ki max, Zvào<< Znguồn, Zra >> Ztải hay bộ khuếch đại công suất cần KPmax, Zvào ≈ Znguồn, Zra ≈ Ztải.

Cũng có thể phân loại theo dạng đặc tuyến tần số ⎢K ⎢= f1(ω), 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 ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU

1.2.1. 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. Những tham số này của tranzito như ở phần cấu kiện điện tử đã nghiên cứu, chúng phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân cực các chuyển tiếp góp, phát. Nói một cách khác các giá trị tham số phụ thuộc vào điểm làm việc của tranzito. Một cách tổng quát, 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.

Đối với tranzito 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 (1-7)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

và UE < UB < UC

Trong đó UE, UB, UC là điện thế các cực phát, gốc, góp của tranzito như trên hình 1-3.

Với tranzito p-n-p thì điều kiện phân cực có dấu ngược lại.

UCE >0

UCE <0

U C

U E

Hình 1-4 biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực của tranzito ở chế độ khuếch đại

UBE <0

(a)

(b)

UBE>0

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

b) Tranzito p-n-p.

1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito

Để cung cấp điện áp phân cực cho tranzito người ta thường dùng một nguồn chung. Hình 1-

+EC

IP+IB0

IB0

CP1

CP2

CP1

UBE0

(a)

(b)

4 biểu thị các mạch cấp điện đó.

Hình 1-5: Mạch cấp điện cho tranzito

Hình 1-5a cấp điện áp cho cực gốc theo phương pháp định dòng. Điện áp UBE0 được lấy từ nguồn EC 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 được xác định gần đúng.

≈0

E R

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Dòng điện một chiều ở đầu ra (dòng cực góp) IC0 và điện áp một chiều ở đầu ra UCE0:

(1-8) IC0 = β.IB0; UCE0 = EC-IC0.RC

Mạch này đơn giản nhưng độ ổn định điểm làm việc kém.

Hình 1-5b cung cấp điện cho cực gốc theo phương pháp định áp nhờ bộ phân áp R1, R2 mắc song song với nguồn cung cấp cực góp EC. Điện áp tại điểm làm việc của cực gốc được xác định theo biểu thức:

(1-9) UBE0 = IP.R2 = EC -(IP+IB0).R1

Trong đó IP là dòng phân áp chạy qua điện trở R1, R2. Thường chọn IP>>IB0, do đó biểu thức trên gần đúng:

≈

−

1.RI p

(1-10)

Ta thấy UBE0 không phụ thuộc vào các tham số của tranzito và nhiệt độ nên ổn định. Rõ

ràng dòng IP càng lớn UBE0 càng ổn định, nhưng khi đó R1, R2 phải có giá trị nhỏ.

(1-11) Thường chọn IP =(0,3÷3).IBmax

Trong đó IBmax là dòng xoay chiều trong mạch cực gốc với mức tín hiệu vào lớn nhất. Lúc này thiên áp UBE0 hầu như không phụ thuộc trị số dòng cực gốc IB0, do đó có thể dùng cho mạch khuếch đại tín hiệu lớn (chế độ B). Tuy nhiên khi trị số R1, R2 nhỏ thì công suất tiêu thụ nguồn cũng tăng.

Để nâng cao độ ổn định điểm làm việc người ta hay dùng các mạch cung cấp điện áp phân

cực sau.

+EC

Cp1

Cp2

Cp1

UCE0

UBE

UBE0

UR2

RE CE

Hình 1-6 là sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp một chiều.

Hình 1-7: Sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc nhờ hồi tiếp âm dòng điện một chiều. Hình 1-6: Mạch cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp một chiều.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Sơ đồ hình 1-6 chỉ khác sơ đồ hình 1-5a ở chỗ điện trở RB được nối lên cực góp. ở đây RB vừa làm nhiệm vụ đưa điện áp vào cực gốc bằng phương pháp ổn định dòng cực gốc, vừa dẫn điện áp hồi tiếp về mạch vào.

Nguyên lý ổn định như sau:

0BI

Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho dòng một chiều IC0 trên cực góp tăng ), lên thì điện thế UCE0 giảm làm UBE giảm, kéo theo dòng IB0 giảm làm cho IC0 giảm (vì IC0= β.

nghĩa là dòng IC0 ban đầu được giữ nguyên.

Hình 1-7 là sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc nhờ hồi tiếp âm dòng điện một chiều.

Trong sơ đồ này RE làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dòng điện một chiều. Nguyên tắc ổn định như sau: khi IC0 tăng do nhiệt độ tăng hay do độ tạp tán tham số của tranzito thì điện áp hạ trên RE (UE0=IE0.RE) tăng. Vì điện áp UR2 lấy trên điện trở R2 hầu như không đổi nên điện áp UBE0 = UR2 - UE0 giảm, làm cho IB0 giảm, do đó IC0 không tăng lên được, tức là IC0 được giữ ổn định. Nếu nhiệt độ giảm làm IC0 giảm thì nhờ mạch hồi tiếp âm dòng điện một chiều, UBE0 lại tăng, làm cho IB0 tăng, IC0 tăng giữ cho IC0 ổn định.

1.3. 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. Dưới đây ta sẽ phân tích những quy luật chung khi thực hiện hồi tiếp trong bộ khuếch đại. Điều này cũng đặc biệt cần thiết khi thiết kế bộ khuếch đại bằng IC tuyến tính.

Đầu ra

Đầu vào

Hình 1-8 là sơ đồ cấu trúc bộ khuếch đại có hồi tiếp

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

Mạch hồi tiếp có hệ số truyền đạt β, chỉ rõ quan hệ giữa tham số (điện áp, dòng điện) của

tín hiệu ra mạch đó với tham số (điện áp, dòng điện) của mạch ra bộ khuếch đại.

Hệ số khuếch đại K và hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp β nói chung là những số phức.

K = K.exp(jϕK)

β= β.exp(jϕβ)

Nghĩa là phải chú ý đến khả năng dịch pha ở miền tần số thấp và tần số cao do tồn tại các phần tử điện kháng trong mạch khuếch đại cũng như mạch hồi tiếp. Nếu bộ khuếch đại làm việc ở tần số trung bình, còn trong mạch hồi tiếp - không có thành phần điện kháng thì hệ số K và β là

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

những số thực. 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.

Iv Ir Rn Iv Ir Rn It It

• nE

Rt ur ~ ~ ur Rt K K

uht uht

β It β b.

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

Iht Ir Rn

• nE

c. ur Rt ~ Iv K a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp b. Hồi tiếp dòng điện c. Hồi tiếp song song 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. Hình 1-9 minh hoạ một số thí dụ về những mạch hồi tiếp phổ biến nhất trong 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 ϕK + ϕβ = 2nπ, hoặc giảm khi ϕκ + ϕβ = (2n +1).π (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. Để đánh giá ảnh hưởng của hồi tiếp đến các chỉ tiêu của bộ khuếch đại ta sẽ xét thí dụ hồi tiếp điện áp nối tiếp ở hình 1-9a.

K =

U ht U

Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp:

(1-12)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

U U

U V U

U U

Chia cả hai vế của (1-12) cho Ura, ta có:

β+

1 K

1 htK

(1-13) hay

β=

u ht u

là hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp. ở đây

Từ (1-13) ta tìm được:

K ht

1 β− .

(1-14)

Để đơn giản việc phân tích ta đưa vào trị số thực K và:

K ht

K 1 K −

β.

(1-15)

Theo (1-15) khi 1 > K.β > 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.

Điện áp ra bộ khuếch đại khi có hồi tiếp dương là:

Ur = K.(Uv + Uht) > K.Uv và do đó Kht >K

Trường hợp K.β ≥ 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.

≥ 1 tương ứng với điều kiện tự kích ở một tần số cố Với trị số phức K và β bất đẳng thức β.K

định và tín hiệu ở đầu ra gần với dạng hình sin. Bộ khuếch đại trong trường hợp này làm việc như một mạch tạo dao động hình sin.

Khi K.β<0 thì

K ht

K K

β.

(1-16)

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

K ht

K 1 K +

β.

1.(

Để đánh giá độ ổn định hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp, thực hiện vi phân biểu thức

dK ht

+ 1(

K +

KdK ) . β − 2β K .)

dK βK .

Có = (1-17)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Biến đổi (1-17) và chú ý đến (1-16) ta nhận được biểu thức đặc trưng cho sự thay đổi tương

ứng của hệ số khuếch đại.

dK K

/ K

dK 1 +

K β.

= (1-18)

Từ (1-18) thấy sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn 1 + K.β lần so với khi không hồi tiếp. Độ ổn định hệ số khuếch đại sẽ tăng khi tăng độ sâu hồi tiếp. Ví dụ, giả thiết sự thay đổi tương đối của hệ số khuếch đại dK/K = 20% và 1+K.β=100 thì sự thay đổi tương đối của hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp là dKht/Kht = 0,2%.Tính chất này đặc biệt quý giá trong điều kiện hệ số khuếch đại thay đổi do sự thay đổi của tham số theo nhiệt độ nhất là đối với tranzito và sự hoá già của chúng. Nếu hệ số khuếch đại K lớn và hồi tiếp âm sâu thì thực tế có thể loại trừ sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại vào sự thay đổi các tham số trong bộ khuếch đại. Khi đó trong mẫu số của (1-16) có thể bỏ qua 1 và hệ số khuếch đại của nó do hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp quyết định.

≈htK

1 β

(1-19)

Nghĩa là thực tế không phụ thuộc vào K và mọi sự thay đổi của nó.

100

1 βhtK =

Ví dụ K = 104 và β = 10-2 thì:

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 (hình 1.9a) 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 (hình 1-9a).

uK 2

Kuht

uhtK 2

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 (hình 1-10) 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.

Δf

Δfht

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

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Hồi tiếp âm cũng làm giảm méo không đường thẳng của tín hiệu ra và giảm nhiễu (tạp âm)

trong bộ khuếch đại.

VR =

U I

Dưới đây ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến điện trở vào bộ khuếch đại.

Hình 1-9a thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp.

.β= .

Mặt khác ta có . Vì vậy:

1.(

βK . )

VhtR =

. K ). β+ I

= (1-20)

Như vậy thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng điện trở vào của bộ khuếch đại lên (1+K.β) 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.

Tương tự, điện trở ra của bộ khuếch đại là:

rhtR =

Rr βK ) . +

(1-21)

Nghĩa là giảm đi (1+K.β) lần. Điều này đảm bảo điện áp ra của bộ khuếch đại ít phụ thuộc

vào sự thay đổi điện trở tải Rt.

Từ những phân tích trên, có thể rút ra những quy luật chung ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến

chỉ tiêu bộ khuếch đại là:

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.

Ngoài ra hồi tiếp âm nối tiếp hình 1-9a,b làm tăng điện trở vào.

Hồi tiếp điện áp nối tiếp (hình 1-9a) làm ổn định điện áp ra, giảm điện trở ra Rrht. Còn hồi

tiếp dòng điện nối tiếp (hình 1-9b) làm ổn định dòng điện ra It, tăng điện trở ra Rrht.

Hồi tiếp âm song song (hình 1-9c) làm tăng dòng điện vào, làm giảm điện trở vào Rvht, cũng

như điện trở ra Rrht.

Cần nói thêm là hồi tiếp dương thường không dùng trong bộ khuếch đại nhưng nó có thể xuất hiện ngoài ý muốn do ghép về điện ở bên trong hay bên ngoài gọi là hồi tiếp ký sinh, có thể xuất hiện qua nguồn cung cấp chung, qua điện cảm hoặc điện dung ký sinh giữa mạch ra và mạch vào của bộ khuếch đại.

Hồi tiếp ký sinh làm thay đổi đặc tuyến biên độ - tần số của bộ khuếch đại do làm tăng hệ số khuếch đại ở các đoạn riêng biệt của giải tần hoặc thậm chí có thể làm cho bộ khuếch đại bị tự kích nghĩa là xuất hiện dao động ở một tần số xác định.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Để loại bỏ hiện tượng trên có thể dùng các bộ lọc thoát, dùng dây dẫn bọc kim, bố trí mạch

in và các linh kiện hợp lý.

RC1

RC2

CP1

CP3

CP2

CP2 R

Dưới đây là các thí dụ về những mạch hồi tiếp âm thường gặp (hình 1-11)

RE2

R2 RE

T1 R2 RE1

Hình 1-11: Sơ đồ các mạch hồi tiếp âm.

a) Hồi tiếp dòng điện trên RE; b) Hồi tiếp điện áp nhờ khâu RC

Ở hình 1-11a trên điện trở RE có hồi tiếp âm dòng điện mắc nối tiếp.

E RR 1,

Trong mạch hình 1-11b ta thấy, nếu xét từng tầng riêng biệt thì trên đều thực hiện

hồi tiếp âm dòng điện mắc nối tiếp. Ngoài ra còn có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp lấy từ cực góp của tranzito T2 về cực phát của tranzito T1 qua C và R. Như vậy trên RE1 có cả hai loại hồi tiếp âm điện áp và dòng điện.

1.4. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT).

Dưới đây sẽ trình bày phương pháp phân tích tầng khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực theo ba cách mắc mạch: phát chung (EC), góp chung (CC), và gốc chung (BC). Giả thiết tín hiệu vào là hình sin ở miền tần số trung bình vì vậy trở kháng của tụ coi như bằng không, còn ảnh hưởng điện dung ký sinh của sơ đồ và tranzito, cũng như sự phụ thuộc về hệ số khuếch đại dòng α, β của tranzito vào tần số coi như không đáng kể.

1.4.1. Tầng khuếch đại phát chung (EC)

Mạch điện nguyên lý một tầng khuếch đại EC cho trên hình 1-12.

Trong sơ đồ này CP1, CP2 là các tụ nối tầng. Tụ Cp1 loại trừ tác dụng ảnh hưởng lẫn nhau của nguồn tín hiệu và mạch vào về dòng một chiều. Tụ CP2 ngăn thành phần một chiều và chỉ cho thành phần xoay chiều ra tải. R1, R2 để xác định chế độ tĩnh của tầng, cấp điện một chiều cho cực B.

RC: tải một chiều của tầng.

RE: điện trở ổn định nhiệt, CE tụ thoát thành phần xoay chiều xuống mát.

En: nguồn tín hiệu vào,

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Rn: điện trở trong của nguồn tín hiệu.

+EC

CP2

I B0 IC

IV CP1

UBE

CE0

It Rt Ur

Rt: điện trở tải.

IE0 UE0

RE CE

~ En

Hình 1-12: Tầng khuếch đại E chung

Nguyên lý làm việc của tầng EC như sau: khi đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào xuất hiện dòng xoay chiều cực gốc của tranzito và do đó xuất hiện dòng xoay chiều cực góp ở mạch ra của tầng. Dòng này gây hạ áp xoay chiều trên điện trở RC. Điện áp đó qua tụ CP2 đưa đến đầu ra của tầng tức là tới Rt. Có thể thực hiện bằng hai phương pháp cơ bản là phương pháp đồ thị đối với chế độ một chiều và phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ.

Phương pháp đồ thị dựa vào đặc tuyến vào và ra của tranzito có ưu điểm là dễ dàng tìm

(cid:7) rU

(cid:7) rI

được mối quan hệ giữa các giá trị biên độ của thành phần xoay chiều (điện áp ra và dòng điện

ra ) và là số liệu ban đầu để tính toán. Trên đặc tuyến hình (1-13a), vẽ đường tải một chiều (A- B). Sự phụ thuộc UCE0 = f(IC0) có thể tìm được từ phương trình cân bằng điện áp ở mạch ra của tầng:

0CI α

(1-22) UCE0 = EC - IC0.RC - IE0RE = EC - IC0RC - .RE

Vì hệ số α gần đúng 1, nên có thể viết

(1-23) UCE0 = EC - IC0 (RC+RE)

Biểu thức (1-23) là phương trình đường tải một chiều của tầng. Dựa vào đặc tuyến vào IB = f(UBE) ta chọn dòng cực gốc tĩnh cần thiết IB0, chính là xác định được toạ độ điểm P là giao điểm của đường IB = IB0 với đường tải một chiều trên đặc tuyến ra ở hình 1-13a.

Để xác định thành phần xoay chiều của điện áp ra và dòng ra cực góp của tranzito phải dùng đường tải xoay chiều của tầng. Chú ý rằng điện trở xoay chiều trong mạch cực phát của tranzito bằng không (vì có tụ CE mắc song song với điện trở RE) còn tải Rt được mắc vào mạch cực góp, vì điện trở xoay chiều của tụ Cp2 rất nhỏ bỏ qua.

PCCP

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

CIˆ

BIˆ

IC0

IB=IB0 IB2 IB1 IB=0

C IC0(E)

Cuˆ

uBE uC

vuˆ

UC0

uB0

Hình 1-13: Xác định chế độ tĩnh của tầng EC

a) Trên đặc tuyến ra

b) Trên đặc tuyến vào

Nếu coi điện trở xoay chiều của nguồn cung cấp EC bằng không, thì điện trở xoay chiều của

tầng gồm hai điện trở RC và Rt mắc song song, nghĩa là

CEUΔ

Rt~ =Rt//RC. Từ đó thấy rõ điện trở tải một chiều của tầng Rt==RC + RE lớn hơn điện trở tải xoay chiều Rt~. Khi có tín hiệu vào, điện áp và dòng điện là tổng của thành phần một chiều và xoay chiều, đường tải xoay chiều đi qua điểm tĩnh P. Độ dốc của đường tải xoay chiều lớn hơn độ dốc đường tải một chiều. Xây dựng đường tải xoay chiều theo tỷ số số gia của điện áp và dòng CIΔ .(RC // Rt). Khi cung cấp điện áp vào tới đầu vào của tầng thì trong mạch cực điện gốc xuất hiện thành phần dòng xoay chiều ib ∼ liên quan đến điện áp vào Uv theo đặc tuyến vào của tranzito.Vì dòng cực góp tỷ lệ với dòng cực gốc qua hệ số β, trong mạch cực góp cũng có thành phần dòng xoay chiều iC ∼ và điện áp xoay chiều Ura liên hệ với iC ∼ bằng đường tải xoay chiều. Khi đó đường tải xoay chiều đặc trưng cho sự thay đổi giá trị tức thời dòng cực góp iC và điện áp trên tranzito UC hay người ta nói đó là sự dịch chuyển điểm làm việc. Điểm làm việc dịch từ P đi lên ứng với 1/2 chu kỳ dương và dịch chuyển đi xuống ứng với 1/2 chu kỳ âm của tín hiệu vào. Nếu chọn trị số tín hiệu vào thích hợp và chế độ tĩnh đúng thì tín hiệu ra của tấng khuếch đại không bị méo dạng. Việc chọn điểm làm việc tĩnh và tính toán sẽ được thực hiện theo một tầng

(cid:7) rU

và dòng điện tải

, công suất tải Pt và điện trở tải Rt. Giữa những tham số này có quan hệ chặt chẽ với nhau, nên

khuếch đại cụ thể. Những tham số ban đầu để tính toán là biên độ điện áp ra (cid:7) tI về nguyên tắc chỉ cần biết hai trong những tham số đó là đủ để tính các tham số còn lại.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Để tín hiệu ra không bị méo dạng, các tham số của chế độ tĩnh phải thoả mãn những điều

kiện sau: (hình 1-13a).

Δ+

(1-24)

)

(cid:7) U (cid:7) I C

(1-25)

Ở đây là điện áp cực góp ứng với đoạn đầu của đặc tuyến ra (còn gọi là điện áp UCE

0CUΔ (0 E )

I C

bão hoà) là dòng cực góp ban đầu ứng với nhiệt độ cực đại, chính là độ cao của đường đặc

tuyến ra tĩnh ứng với dòng IB=0.

(cid:7) Quan hệ dòng CI

với điện áp ra có dạng

(cid:7) I

Λ U R//R C

Λ U r ~R t

(1-26)

Để tăng hệ số khuếch đại của tầng, trị số RC phải chọn lớn hơn Rt từ 3÷5 lần.

)

C − 0

Dựa vào dòng IC0 đã chọn, tính dòng cực gốc tĩnh:

I C β

(1-27) IB0 =

0BEU ứng với

0BI

đã tìm được. từ đó dựa vào đặc tuyến vào của trazito tìm được điện áp

0BI

(

)

−

Dòng cực phát tĩnh có quan hệ với dòng và IC0 theo biểu thức.

(

)

1.(

(

)

I ). β

) β

I C β

(1-28)

Khi chọn EC (nếu như không cho trước), cần phải theo điều kiện:

EC=UC0+IC0.Rc+UE0. (1-29)

ở đây

UE0 = IE0.RE

Khi xác định trị số UE0 phải xuất phát từ quan điểm tăng điện áp UE0 sẽ làm tăng độ ổn định nhiệt cho chế độ tĩnh của tầng (vì khi RE lớn sẽ làm tăng độ sâu hồi tiếp âm một chiều của tầng), tuy nhiên lúc đó cần phải tăng điện áp nguồn cung cấp EC. Vì vậy mà UE0 thường chọn bằng (0,1÷0,3) EC

Chú ý đến biểu thức (1-29) ta có:

RI .0 0 C C C 9,07,0 ÷

(1-30)

Điện trở RE có thể tính từ

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

R = E

U I

(1-31)

Khi tính các phần tử của bộ phân áp đầu vào cần lưu ý với quan điểm ổn định nhiệt cho chế độ tĩnh của tầng, sao cho sự thay đổi của dòng cực gốc tĩnh IB0 (do độ không ổn định nhiệt của điện áp UBE0) phải ít ảnh hưởng đến sự thay đổi điện áp UB0.Muốn vậy thì dòng phân áp IP qua bộ phân áp R1 R2 phải lớn hơn dòng IB0 qua điện trở R1. Tuy nhiên với điều kiện IP >> IB0 thì R1, R2 sẽ phải nhỏ và chúng sẽ gây ra rẽ mạch tín hiệu vào, làm giảm điện trở vào của tầng khuếch đại.

Vì thế khi tính các phần tử của bộ phân áp vào ta phải hạn chế theo điều kiện:

)52( ÷

r V

R 1

. (1-32)

)52( ÷

. (1-33)

I Δ

) ở đây rV là điện trở vào của tranzito, đặc trưng cho điện trở xoay chiều mạch gốc - phát (rV=

Điện trở R1,R2 có thể tính theo:

2 =

U I

+ I

= (1-34)

R 1

UE − I I +

(1-35)

max

Iˆ

Khi chọn tranzito cần chú ý đến các tham số giới hạn như: dải tần số công tác (theo tần số fα hay fβ) cũng như các tham số về dòng điện, điện áp và công suất. Dòng điện cực góp cho phép cực đại IC.C.P phải lớn hơn trị số tức thời lớn nhất trong khi làm việc, nghĩa là

P.C.C

. Về mặt điện áp người ta thường chọn tranzito theo UC0.C.P > EC. Công

suất tiêu hao trên cực góp PC =UC0.IC0 phải nhỏ hơn công suất cực đại cho phép của tranzito PC.C.P. Đường cong công suất giới hạn cho phép là đường hypecbon. Đối với mỗi điểm của nó ta có UC0.CP.IC.CP=PC.CP.

Tóm lại việc tính chế độ của tầng khuếch đại là giải quyết nhiệm vụ chọn hợp lý các phần

tử của sơ đồ để nhận được những tham số cần thiết của tín hiệu ra trên tải.

Các hệ số khuếch đại dòng điện Ki, điện áp Ku và công suất Kp cũng như điện trở vào RV, điện trở ra Rr là những chỉ tiêu quan trọng của tầng khuếch đại. Những chỉ tiêu đó có thể xác định được khi tính toán tầng khuếch đại theo dòng xoay chiều. Phương pháp giải tích dựa trên cơ sở thay thế tranzito và tầng khuếch đại bằng sơ đồ tương đương dòng xoay chiều ở chế độ tín hiệu nhỏ. Sơ đồ thay thế tầng EC vẽ trên hình 1-14, ở đây tranzito được thay bằng sơ đồ thay thế tham số vật lý. Tính toán theo dòng xoay chiều có thể thực hiện được khi sử dụng sơ đồ thay thế tranzito với các tham số r , trong đó rB là điện trở khối vùng cực gốc, rE là điện trở vi phân của tiếp giáp phát, rC điện trở vi phân của tiếp giáp góp.

Để đơn giản ta giả thiết tầng khuếch đại được tính ở miền tần số trung bình, tín hiệu vào là hình sin và điện trở của nguồn cung cấp đối với dòng xoay chiều bằng không. Các tụ Cp1, Cp2, CE

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

có trở kháng rất bé, xem như bằng không. Dòng điện và điện áp trong sơ đồ tính theo trị số hiệu dụng. Điện trở vào của tầng:

βIB <<

RV=R1//R2//rV (1-36)

⁄⁄ R1 R2 ~

Hình 1-14: Sơ đồ thay thế tầng khuếch đại EC bằng tham số vật lý.

Vì điện trở trong của nguồn dòng IB ở hình 1.14 rất lớn, còn rC(E) + RC//Rt >> rE nên:

. + r BB

. r E

hay là

U = BE

r B

1( β++ ). r E

(1-37) [ ]

Chia cả hai vế của phương trình (1-37) cho IB ta có:

rV= rB + (1+β).rE.

Tính gần đúng bậc một của RV theo rV và giá trị có thể của rB, β, rE với điều kiện R1//R2 ≥

(2÷3)rV ta sẽ có RV của tầng EC không vượt quá (1÷3)KΩ

Xác định hệ số khuếch đại dòng điện của tầng: Ki = It/IV từ hình 1-14 có:

=BI

R V V r

(1-38)

Er ( C

Khi xác định dòng It qua IB thì không tính đến rE vì nó rất nhỏ so với điện trở của các phần tử mạch ra:

.β=

//) R

(1-39)

Er ( C

Để ý đến biểu thức (1-38) ta có:

.β= I . V

//) R

R r V

(1-40)

Er ( C

và hệ số khuếch đại dòng xác định bởi:

.β=

//) R

R r V

(1-41)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Hệ số khuếch đại dòng Ki tỷ lệ với hệ số β của tranzito, các điện trở phân áp cấp điện một chiều ở cực gốc và điện trở RC, Rt. Biểu thức (1-41) cho ta thấy cần chọn R1//R2 >>rV và RC > Rt. Nếu coi RV ≈ rV và rC(E) >>RC//Rt thì hệ số khuếch đại dòng gần đúng.

.β=

// R

(1-42)

Như vậy tầng EC có hệ số khuếch đại dòng tương đối lớn, và nếu như RC>> Rt thì nó gần

bằng hệ số khuếch đại β của tranzito.

K = u

r E

Xác định hệ số khuếch đại điện áp của tầng

−=

R t +

t R

RI − . t R + .(

)

(1-43)

Thay (1-42) vào (1-43) ta có:

−=

.β

// +

R R

(1-44)

Từ (1-44) ta thấy nếu β càng lớn và điện trở mạch ra của tầng càng lớn so với điện trở mạch vào thì hệ số khuếch đại càng lớn. Đặc biệt, hệ số khuếch đại điện áp sẽ tăng khi điện trở trong của nguồn tín hiệu giảm.

Tầng khuếch đại EC thực hiện đảo pha của điện áp ra đối với điện áp vào. Việc tăng điện áp vào sẽ làm tăng dòng cực gốc và dòng cực góp của tranzito, hạ áp trên Rc tăng làm giảm điện áp trên cực góp. Việc đảo pha trong tầng khuếch đại EC được biểu thị bằng dấu “-” trong biểu thức Ku

KK . u

P r P V

Hệ số khuếch đại công suất trong sơ đồ EC khoảng (0,2 ÷ 5).103 lần.

Điện trở ra của tầng.

)

R r

R C

r E ( C

(1-45)

Vì rC(E) >> RC nên Rr = RC

1.4.2. Tầng khuếch đại góp chung (CC)

−

≈

cực E của tranzito, về trị số gần bằng điện áp vào ( Hình 1-15a là sơ đồ tầng khuếch đại CC, còn gọi là tầng lặp E vì điện áp ra của nó lấy ở U ) và trùng pha với điện

áp vào.

Điện trở RE trong sơ đồ đóng vai trò như RC trong EC, nghĩa là tạo nên một điện áp biến đổi ở đầu ra trên nó. Tụ C có nhiệm vụ đưa tín hiệu ra tải Rt. Điển trở R1, R2 là bộ phân áp cấp điện một chiều cho cực gốc, xác định chế độ tĩnh của tầng. Để tăng điện trở vào thường người ta không

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

βIB

mắc điện trở R2. Tính toán chế độ một chiều tương tự như tính toán tầng EC. Để khảo sát các tham số của tầng theo dòng xoay chiều, cần chuyển sang sơ đồ thay thế (hình 1.15b)

+ EC

<<

IC0

Ibo

CP1

CP2

UBE

R1//R2

rE E

It Rt

∼

Hình 1-15: a. Sơ đồ tầng khuếch đại CC; b. Sơ đồ thay thế

Điện trở vào của tầng: RV=R1//R2//rV.

)Rt

β+

r B

r).( E

//R E

U = V

Ta có [ ].

Chia UV cho IB ta có:

).Rt

β+

r V

r B

r).( E

//R E

(1-46)

Từ biểu thức (1-46) ta thấy rV của tranzito trong sơ đồ CC lớn hơn trong sơ đồ EC. Vì rE thường rất nhỏ hơn RE//Rt, còn rB nhỏ hơn số hạng thứ hai của vế phải biểu thức (1-46), nên điện trở vào của tầng lặp cực phát E bằng:

1//(R//R

).R//R).(

≈

β+

(1-47)

Nếu chọn bộ phân áp đầu vào R1, R2 lớn thì điện trở vào sẽ lớn. Tuy nhiên khi đó không thể

bỏ qua điện trở rC(E) mắc song song với mạch vào, nên điện trở vào phải tính:

//R//R

β+

V =

)R//R).( E

(1-48) [ ]//rC(E)

Điện trở vào lớn là một trong những ưu điểm quan trọng của tầng góp chung, dùng để làm

tầng phối hợp với nguồn tín hiệu có điện trở trong lớn.

Việc xác định hệ số khuếch đại dòng Ki cũng theo phương pháp giống như sơ đồ EC. Công thức

(1-38) đúng với tầng CC. Vì dòng It đây chỉ là một phần của dòng IE nên biểu thức (1-39) có dạng:

β+

.I). B

R//R E R

(1-49)

Và xét đến (1-39) ta có:

1.(

β+

R//R E R

R r V

(1-50)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Hệ số khuếch đại dòng trong sơ đồ CC:

β+

R//R E R

R r V

(1-51)

nghĩa là nó phụ thuộc vào quan hệ RV và rV, RE và Rt. Giả thiết RV=rV thì

β+

R//R E R

(1-52)

Khi RE = RC và điện trở Rt giống nhau thì hệ số khuếch đại dßng ®iÖn trong sơ đồ phát chung và góp chung gần bằng nhau.

Hệ số khuếch đại điện áp tính theo (1-43) ta có:

β+

R//R E R R +

(1-53)

R).(

β+

≈

VR >> nR và gần đúng RV

)R t

E +

1( chung để khuếch đại công suất tín hiệu trong khi giữ nguyên trị số điện áp của nó.

Khi thì Ku≈ 1. Như vậy tầng khuếch đại góp

Vì Ku=1 nên hệ số khuếch đại Kp xấp xỉ bằng Ki về trị số.

r B

Điện trở ra của tầng CC:

r//(

r//R) E

n 1

R//R//R β+

(1-54)

Điện trở ra của tầng nhỏ cỡ (1 ÷ 50)Ω. Nó được dùng để phối hợp mạch ra của tầng khuếch đại với tải có điện trở nhỏ, khi đó tầng góp chung dùng làm tầng ra của bộ khuếch đại có vai trò như một tầng khuếch đại công suất đơn chế độ A không có biến áp ra.

1.4.3 Tầng khuếch đại gốc chung (BC).

Hình (1-16a) là sơ đồ một tầng khuếch đại gốc chung. Các phần tử R1, R2, RE dùng để xác

định chế độ tĩnh IE. Các phần tử còn lại cũng có chức năng giống sơ đồ EC.

Để khảo sát các tham số của tầng khuếch đại BC theo dòng xoay chiều ta sử dụng sơ đồ

tương đương hình 1-16b.

R = V R

r E

r 1( α−+ ). B

//[ ] (1-55)

Từ (1-55) ta thấy điện trở vào của tầng được xác định chủ yếu bằng điện trở rE vào khoảng (10÷50)Ω. Điện trở vào nhỏ là nhược điểm cơ bản của tầng BC vì tầng đó sẽ là tải lớn đối với nguồn tín hiệu vào.

=α

I I

α<1. Hệ số khuếch đại dòng của tầng là:

Đối với thành phần xoay chiều thì hệ số khuếch đại dòng điện của tranzito là: và

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

. α=

R//R C R

+EC

α. <<

RC CP2

Rt Ur

(1-56)

uV ∼ ∼

Hình 1-16: a. Sơ đồ khuyếch đại BC

b. Sơ đồ thay thế

Hệ số khuếch đại điện áp:

. α=

R//R C R R +

(1-57)

Từ (1-57) ta thấy khi giảm điện trở trong của nguồn tín hiệu vào sẽ làm tăng hệ số khuếch

đại điện áp.

Điện trở ra của tầng BC là:

)

≈

R C

( Er C

R C

(1-58)

Cần chú ý rằng đặc tuyến tĩnh của tranzito mắc BC có độ tuyến tính lớn nên tranzito có thể dùng với điện áp cực góp lớn hơn sơ đồ EC. Chính vì vậy tầng khuếch đại BC được dùng khi cần có điện áp ở đầu ra lớn.

1.5. TẦNG KHUẾCH ĐẠI ĐẢO PHA

Tầng đảo pha dùng để khuếch đại tín hiệu và cho ra hai tín hiệu có biên độ bằng nhau

nhưng pha lệch nhau 1800 (hay ngược pha nhau).

2rU lấy từ cực phát đồng pha với tín hiệuvào UV còn tín hiệu ra

của tranzito. Tín hiệu ra Sơ đồ tầng khuếch đại đảo pha chia tải vẽ ở hình 1-17a. Tín hiệu lấy ra từ cực phát và cực góp 1rU lấy từ

cực góp ngược pha với tín hiệu vào. Dạng tín hiệu vẽ trên hình 1-17b, c, d.

Ta sẽ khảo sát chỉ tiêu của tầng tính tương tự như tầng CC.

1( β++

R = V

R//R 1

r B

r).( E

)R//R 2t

(1-59) //[ ]

hoặc tính gần đúng:

≈

β+

r).( E

)R//R 2t

(1-60)

+EC

Ur2

CP1

CP2

CP3

ˆ rU

Ur1

UC0

Ur2

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

∼

ˆ rU

UC0

Hình 1-17: a) Sơ đồ tầng đảo pha

b) c) d) Biểu đồ thời gian

Hệ số khuếch đại điện áp ở đầu ra 1 xác định tương tự như sơ đồ EC, còn ở đầu ra 2 xác

định tương tự như sơ đồ CC.

. β≈

)R//R( 1t R +

(1-61)

≈

β+

)R//R( 2t R +

(1-62)

R = 1t

+EC

thì Nếu chọn RC=RE và có

Ur1

1uK gần đúng bằng 2uK và sơ đồ này còn gọi là mạch đảo pha chia tải.

Ura2

giá trị hệ số khuếch đại

Tầng đảo pha cũng có thể dùng biến

áp, sơ đồ nguyên lý như hình 1-18.

Hai tín hiệu lấy ra từ hai nửa cuộn thứ

cấp có pha lệch nhau 1800 so với điểm 0. ∼

Hình 1-18: Sơ đồ tầng đảo pha dùng biến áp

Khi hai nửa cuộn thứ cấp có số vòng bằng nhau thì hai điện áp ra sẽ bằng nhau. Mạch này có hệ số khuếch đại lớn, dễ dàng thay đổi cực tính của điện áp ra và còn có tác dụng phối hợp trở kháng nhưng cồng kềnh, nặng nề và méo lớn nên hiện nay ít được dùng.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

1.6. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO TRƯỜNG(FET).

Nguyên lý xây dựng tầng khuếch đại dùng tranzito trường cũng giống như tầng dùng tranzito lưỡng cực. Điểm khác nhau là tranzito trường điều khiển bằng điện áp. Khi chọn chế độ tĩnh của tầng dùng tranzito trường cần đưa tới đầu vào (cực cửa G) một điện áp một chiều có giá trị và cực tính cần thiết.

1.6.1. Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

Sơ đồ khuếch đại SC dùng MOSFET có kênh n đặt sẵn cho trên hình 1-19a.

Tải RD được mắc vào cực máng D, các điện trở R1, RG, RS dùng để xác lập UGS0 ở chế độ tĩnh. Điện trở RS sẽ tạo ra hồi tiếp âm dòng điện một chiều để ổn định chế độ tĩnh khi thay đổi nhiệt độ và do tính tản mạn của tham số tranzito. Tụ CS dùng để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều. Tụ CP1 để ghép tầng với nguồn tín hiệu vào. Nguyên tắc chọn chế độ tĩnh cũng giống như sơ đồ tranzito lưỡng cực hình 1-12. Công thức (1-24) và (1-25) dùng để chọn chế độ tĩnh, ở đây có thể viết dưới dạng:

Λ U

Δ+

0DS

(1-63)

Λ I

PDMax

IDMax D

ID0

Λ DI

UGS

UDS

ID0

UGS0

UDS0

C A

UPMax UDS

US0+UR

US0

ΔUDS

(1-64)

IS0

rUˆ

U0S

∼

a) Hình 1-19:

a) Sơ đồ tầng khuyếch đại SC.

b) Đồ thị xác định chế độ tĩnh.

Điểm làm việc tĩnh P dịch chuyển theo đường tải một chiều sẽ qua điểm A và B (hình 1- 19b). Đối với điểm A: IDS = 0, UDS = +ED, đối với điểm B: UDS= 0, ID = ED/(RD+RS). Điện trở tải

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

xoay chiều xác định theo Rt∼= RD//Rt. Trong bộ khuếch đại nhiều tầng thì tải của tầng trước chính là mạch vào của tầng sau có điện trở vào RV đủ lớn. Trong những trường hợp như vậy thì tải xoay chiều của tầng xác định chủ yếu bằng điện trở RD được chọn tối thiểu cũng nhỏ hơn RV một bậc nữa. Chính vì vậy đối với tầng tiền khuếch đại thì độ dốc của đường tải xoay chiều (đường C-D) không khác lắm so với đường tải một chiều và trong nhiều trường hợp người ta coi chúng như là một đường.

Trong chế độ tĩnh:

−

)R S

0DS

(1-65)

0DSU là điện áp cực máng - nguồn tĩnh.

trong đó: ID0 là dòng máng tĩnh

0GSU là tham số của đặc tuyến ra tĩnh đi qua điểm P (hình 1-19b).

Điện áp

Dựa vào đặc tuyến của FET, ta thấy ở chế độ tĩnh điện áp cực G có thể có cực tính dương

hoặc âm đối với cực nguồn và thậm chí có thể bằng không.

U 0GS <

Khảo sát trường hợp

U 0GS < trong chế độ tĩnh. Trị số và cực tính của điện áp trên điện trở RS là do dòng điện IS0=ID0 chảy qua nó quyết định, điện trở RS được xác định bởi:

Điện trở RS và RG để xác định điện áp

R = S

U I

(1-66)

0GSU lấy trên RS lên cực cửa G của FET. Điện trở RG phải chọn nhỏ hơn điện trở vào. Điều này rất cần thiết để loại trừ ảnh hưởng của tính không ổn định theo nhiệt độ và tính tản mạn của các tham số mạch vào đến điện trở vào của tầng. Trị số RS thường chọn từ (1÷5)MΩ.

Điện trở RG để dẫn điện áp

0GSU yêu cầu, điện trở RS còn tạo ra hồi tiếp âm dòng điện một chiều trong tầng, ngăn cản sự thay đổi dòng ID0 do tác dụng của nhiệt độ và tính tản mạn tham số của tranzito và vì thế ổn định chế độ tĩnh của tầng. Để tăng tính ổn định thì cần tăng RS nhưng 0SU bằng cách cung cấp cho cực cửa phải bảo đảm

0GSU . Trong trường hợp này phải bù điện áp

Ngoài việc đảm bảo điện áp

điện áp UG0 qua điện trở R1.

−

R G +

R 1

(1-67)

−

R 1

RE . G D − U

(1-68)

Điện áp nguồn cung cấp:

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

(1-69)

Trị số RD có ảnh hưởng đến đặc tính tần số của tầng, nó được tính theo tần số trên của giải tần. Với quan điểm mở rộng dải tần thì phải giảm RD. Sau khi đã chọn điện trở trong của tranzito ri, thì ta có thể chọn RD=(0,05÷0,15).ri.

Việc chọn điện áp

nghĩa là tăng điện áp

0SU cũng theo những điều kiện giống như điện áp UE0 trong tầng EC, 0SU sẽ làm tăng độ ổn định của điểm làm việc tĩnh do RS tăng, tuy nhiên khi 0SU thường chọn trong khoảng (0,1÷0,3)ED. Cũng tương tự (1-30) ta có:

đó cần tăng ED. Vì thế

I R. 0D 9,07,0 ÷

(1-70)

0GSU ≥ 0 phải mắc điện trở RS để đạt yêu cầu về độ ổn định chế độ tĩnh. Lúc đó bắt buộc phải mắc R1. Chọn các phần tử dựa vào công thức (1-67) đến (1-70), khi đó (1-67), (1-68) phải cho >0 là chế độ điển hình

U 0GS = hoặc là thay đổi dấu trước điện áp

0GSU .Chế độ

GSOU

Khi

GSOU trong công thức

của MOSFET có kênh cảm ứng loại n.Vì thế nếu thực hiện đổi dấu trước

(1-67), (1-68) có thể dùng chúng để tính mạch thiên áp R1, RG của tầng nguồn chung.

máng cực đại IDmax, điện áp máng cực đại Chọn loại FET phải chú ý đến các tham số tương tự như trong tầng EC, phải tính đến dòng DSU max, và công suất tiêu tán cực đại trong tranzito

PDmax.

Giống như sơ đồ EC dùng tranzito lưỡng cực, tầng nguồn chung cũng làm đảo pha tín hiệu vào. Ví dụ đặt vào đầu vào nửa chu kỳ điện áp dương, sẽ làm tăng dòng máng và giảm điện áp máng; ở đầu ra sẽ nhận được nửa chu kỳ điện áp cực tính âm.

Dưới đây ta sẽ phân tích tầng khuếch đại về mặt xoay chiều.

Sơ đồ tương đương thay thế tầng SC vẽ trên hình 1-20a có tính đến điện dung giữa các điện

cực của tranzito.

ri

CDS

CGS

R1 // RG

∼ a)

CG

CDS

CGS

R1// RG

μUV

b) ∼

Hình 1-20: Sơ đồ tương đương thay thế tầng S chung

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

nR nhiều, nên điện áp vào của tầng coi như bằng E n

Sơ đồ thay thế dựa trên cơ sở sử dụng nguồn dòng ở mạch ra. Điện trở RD, Rt mắc song song ở mạch ra xác định tải xoay chiều Rt~=RD//Rt. Điện trở R1, RG cũng được mắc song song. Vì điện trở vào thường lớn hơn điện trở

2pC và tụ CS khá lớn nên điện trở xoay chiều coi như bằng không.Vì thế

1pC , trong sơ đồ thay thế không vẽ những tụ đó.

Tụ nối tầng

)

Hệ số khuyếch đại điện áp ở tầng tần số trung bình :

−=

)

rS .( i

U U

rUS .( . V i U

(1-71)

R.r.S i Rr + i

(1-72) Hay là: Ku= -

iSr=μ

iSr gọi là hệ số khuyếch đại tĩnh μ của FET.Thay

Trị số và ta có:

−=

μ R . t ~ R r + i

(1-73)

vU.μ

(hình 1-20b). Dựa vào (1-73) có thể vẽ sơ đồ thay thế tầng SC với nguồn điện áp

R << thì hệ số khuyếch đại điện áp của tầng được tính:

r i

.Nếu như tính Trong trường hợp nếu tầng SC là tầng khuyếch đại trong bộ khuyếch đại nhiều tầng thì R//R = D

R.S

−=

(1-74)

Điện trở vào của tầng SC là:

R = V

R//R 1

(1-75)

Điện trở ra của tầng:

≈

r//R i D

(1-76)

GS C,C

cần chú ý đến điện dung giữa các điện cực Khi chuyển sang miền tần số cao thì phải chú ý đến điện dung vào và ra của tầng, nghĩa là của tranzito, cũng như điện dung lắp ráp

GD LC (Điện dung của linh kiện và dây dẫn mạch vào đối với cực âm của nguồn cung

mạch vào

cấp).

Ở tần số cao những điện dung ký sinh kể trên sẽ tạo nên thành phần điện kháng của dòng

điện mạch vào

CGS

CGD

(1-77)

Dòng ICGS, ICL xác định bằng điện áp vào UV, còn dòng ICGD xác định bằng dòng cực máng - cửa. Vì điện áp cực máng ngược pha với điện áp vào, nên điện áp giữa cực cửa và cực máng sẽ bằng:

( ) v uK1 +=

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Dòng điện vào điện dung của tầng:

I CV = j.ω.CGS.uv + j.ωCGD.(1+Ku).UV+j.ω.CL.UV

hay I CV ≈ j.ω.UV[CGS+(1+Ku).CGD+CL]=j.ω.CV.UV

ở đây CV là điện dung vào của tầng:

(1-78) CV=CGS+(1+Ku).CGD+CL

Điện dung ra của tầng phụ thuộc vào điện dung giữa các điện cực ở khoảng máng - nguồn và máng - cửa, cũng như điện dung lắp ráp mạch ra. Tính điện dung ra cũng theo phương pháp như đã tính điện dung vào, có kết quả:

K1 + K

(1-79)

1.6.2. Tầng khuếch đại cực máng chung (DC)

CGD

Sơ đồ tầng khuếch đại cực máng chung gần giống sơ đồ CC. Hình 1-21a vẽ sơ đồ DC dùng FET có kênh đặt sẵn. Điện trở R1, RG cùng RS dùng để xác định chế độ làm việc tĩnh của tranzito.

CP1

CGS

CP2

ri μ+1

UGS

Ri // RG

+ ED

US0

μ 1 μ+

∼ UV ∼ (3 _

Hình 1-21: Tầng khuếch đại cực máng chung

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Sơ đồ tương đương.

Việc chọn và tính toán để đảm bảo chế độ tĩnh được tiến hành tương tự như tầng SC. Tải

một chiều của tầng là RS, còn tải xoay chiều là: Rt∼=RS//Rt.

Đối với tầng DC điện áp ra tải trùng pha với điện áp vào

= UU

−

(1-80)

)

U = t

rUS . ( GS i

Theo sơ đồ thay thế thì Ut lại là hàm số của UGS tác dụng lên đầu vào của tranzito.

U = GS

U t //

)

rS .( i

hay (1-81)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

)R//

Hệ số khuếch đại điện áp của tầng tính theo:

U U

r.(S i r.(S1 + i

~t )R// ~t

(1-82)

Vì ri >>Rt~ nên:

R.S ~t R.S1 +

(1-83)

Hệ số khuếch đại Ku phụ thuộc vào độ hỗ dẫn của tranzito và tải xoay chiều Rt~ của tầng. Hệ số khuếch đại tiến tới 1 khi tăng S và Rt~. Vì vậy đối với tầng DC nên dùng tranzito có độ hỗ dẫn lớn.

Để tìm được các tham số tương đương của sơ đồ thay thế ta sẽ biến đổi công thức (1-82)

r i

Rr . t i ~ r R + i

sau khi thay vào nó S=μ/ri và khai triển:

Sau khi biến đổi ta có:

μ R . t ~ μ + 1( ).

r i

(1-84)

Chia cả tử số và mẫu số vế phải công thức (1-84) cho μ+1 và thay Ku=Ut/UV, ta có:

μ +

U . μ

R t ~ μ + )

1/(

r i

(1-85)

Dựa vào (1-85) ta sẽ được sơ đồ thay thế của tầng hình 1-21b. ở mạch ra của sơ đồ thay thế

VU.

μ 1+μ

có nguồn điện áp tương đương

)

μ+

1/( tử giống nhau như sơ đồ thay thế SC.

Với điện trở tương đương . Mạch vào của sơ đồ thay thế hình 1-21b gồm ba phần

Dựa vào sơ đồ hình 1-21b xác định được điện trở ra của tầng DC

≈

rR =RS //

1 S

1 μ+

(1-86)

Điện trở ra của tầng DC nhỏ hơn tầng SC, và vào khoảng (100÷3000) Ω .

U −

V U

Vì điện áp giữa cực cửa và cực nguồn của tranzito trong sơ đồ lặp lại cực nguồn bằng nên dòng điện vào bản thân của tranzito sẽ nhỏ hơn trong sơ đồ SC, và độ không ổn

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

định nhiệt độ của điện trở giữa cửa và nguồn nhỏ. Do đó cho phép ta dùng R1, RG lớn. Vì vậy tầng DC có điện trở vào RV lớn (tới vài MΩ) hơn tầng SC.

Điện dung vào của tầng DC sẽ nhỏ hơn của tầng SC.

−

U).K1( u

Đối với tầng DC thì cần thiết phải tính đến thành phần dòng điện dung vào mạch cửa - máng và cửa - nguồn của tranzito, cũng như thành phần dòng điện dung lắp ráp ở mạch vào của tầng. Vì điện áp cực máng không đổi, thành phần dòng điện dung CGD và C1 được xác định bằng điện áp vào. Thành phần dòng điện dung CGS phụ thuộc vào điện áp

Dòng vào tổng là:

1.(

)

−

.j ω=

[ ]

1.(

)

−

C V

(1-87) từ đó:

Như vậy điện dung vào của tầng DC nhỏ hơn của tầng SC. Từ (1-87) ta thấy nếu Ku ≈1

trong tầng DC thì ảnh hưởng của điện dung CSG đến điện dung vào sẽ giảm nhiều.

1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP TẦNG TRONG BỘ KHUẾCH ĐẠI

UV(N-

Ur1=UV2

Một bộ khuếch đại thường gồm nhiều tầng mắc nối tiếp nhau như hình 1-22 (vì thực tế một tầng khuếch đại không đảm bảo đủ hệ số khuếch đại cần thiết). ở đây tín hiệu ra của tầng đầu hay tầng trung gian bất kỳ sẽ là tín hiệu vào cho tầng sau nó và tải của một tầng là điện trở vào của tầng sau nó. Điện trở vào và ra của bộ khuếch đại sẽ được tính theo tầng đầu và tầng cuối.

1 N-1 N ∼

Hình 1-22: Sơ đồ khối bộ khuếch đại nhiều tầng

Theo hệ thức (1-88) hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại nhiều tầng bằng tích hệ số khuếch

...

u N

KK . u 1

u 2

U E

ra E

U U

đại của mỗi tầng (tính theo đơn vị số lần) hay bằng tổng của chúng (tính theo đơn vị dB)

n =

n dB (

)

V 2 ++ ...

(

)

(

)

u N

u 1

(1-88)

Việc ghép giữa các tầng có thể dùng tụ điện, biến áp hay ghép trực tiếp.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

1.7.1. Ghép tầng bằng tụ điện

+EC

R11

CP1

CP2

CP3

R10

Bộ khuếch đại nhiều tầng ghép tụ điện vẽ trên hình 1-23. Các điều đã phân tích trong mục 1.6, đúng cho một tầng trung gian bất kỳ nếu thay Rt cho RV. Số tầng trong bộ khuếch đại nhiều tầng xác định theo công thức (1-88) xuất phát từ hệ số khuếch đại yêu cầu. Việc tính toán các tầng (chọn và đảm bảo chế độ làm việc tĩnh, tính toán chế độ xoay chiều) phải theo thứ tự từ tầng cuối cùng trở về tầng đầu tiên.

R6 R8

CE1

En ~

CE3

R12

CE2

Hình 1-23: Sơ đồ bộ khuếch đại nhiều tầng ghép điện dung.

Trước hết ta tính tầng cuối cùng. Tầng này phải đảm bảo đưa ra tải Rt công suất tín hiệu yêu cầu. Dựa vào hệ số khuếch đại tầng cuối, ta xác định các tham số tín hiệu vào của nó. Và đó chính là số liệu ban đầu để tính tầng trước cuối, và tiếp tục cho đến tầng đầu tiên của bộ khuếch đại.

Đầu tiên ta tính ở tần số trung bình f0, bỏ qua ảnh hưởng của tụ điện trong bộ khuếch đại và không tính đến sự phụ thuộc của các tham số của tranzito vào tần số. Trong trường hợp cần thiết phải chú ý đến đặc tính của tranzito và ảnh hưởng của tụ điện ở biên tần của tín hiệu cần khuếch đại, điều này sẽ làm cho điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thay đổi cả biên độ lẫn pha khi tần số tín hiệu vào thay đổi.ở miền tần số thấp, khi tải thuần trở thì những sự phụ thuộc kể trên là do tụ điện trong sơ đồ quyết định, còn ở miền tần số cao thì chủ yếu là do các tham số của tranzito quyết định. Trong thực tế người ta có thể nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trên một cách độc lập ở hai miền tần số thấp và cao.

Dưới đây ta xét đặc điểm công tác của bộ khuếch đại ở miền tần số thấp.

Trong (1-4) khi tính hệ số khuếch đại của tầng đơn đã giả thiết điện trở xoay chiều của tụ điện bằng không. Những giả thiết như vậy chỉ đúng ở tần số trung bình. Khi tần số giảm thì độ dẫn điện của các tụ nối tầng sẽ giảm. Do đó có hạ áp trên tụ nên điện áp của nguồn tín hiệu đặt vào tầng đầu tiên hay điện áp ra tầng trước đặt vào tầng sau sẽ bị giảm. Hạ áp trên tụ sẽ làm giảm biên độ tín hiệu ở đầu ra mỗi tầng của bộ khuếch đại nói chung tức là làm giảm hệ số khuếch đại ở miền tần số thấp (hình 1-24).

Ảnh hưởng của tụ nối tầng thể hiện rất rõ trong bộ khuếch đại ghép tụ ở chỗ hệ số khuếch đại Ku→ 0 khi f→ 0. Như vậy là trị số của tụ nối tầng có ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại ở miền tần thấp.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Tụ CE cũng ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại ở miền tần thấp. Vì khi tần số giảm sẽ làm giảm tác dụng rẽ mạch của tụ đối với điện trở RE và do đó làm tăng mức độ hồi tiếp âm dòng xoay chiều trên RE và do đó làm giảm hệ số khuếch đại.

K 0 K

Việc giảm môđun hệ số khuếch đại ở tần số thấp Kt được đặc trưng bằng hệ số méo tần số thấp của bộ khuếch đại.

đó chính là tích hệ số méo tần số của mỗi tụ trong bộ khuếch đại.

M....M.MM = t

Dải tần trung bình

2 C''P > CP' > CP

(1-89)

i

K M

KUO

KU0

K M

f''t

f't

ft b)

Dải thông a)

Hình 1-24:

a) Dạng tổng quát đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại ghép điện dung;

b) ảnh hưởng của tụ nối tầng đến đặc tuyến ở tần thấp

Hệ số méo tần số tính theo:

+ (1

1 τω . t t

=τ

(1-90)

)R 1V

Đối với tụ CP1 hình 1-88 thì hằng số thời gian

của nguồn tín hiệu vào, trong đó nR là điện trở R.(C 1P 1VR là điện trở vào của tầng đầu tiên. Tương tự ta sẽ xác định được hằng

số thời gian τ cho các tụ khác trong sơ đồ.

Tần số thấp nhất của giải thông sẽ được chọn làm số liệu ban đầu khi tính bộ khuếch đại ở vùng tần số thấp. Hệ số méo tần số ứng với tần số thấp của giải thông có giá trị tuỳ thuộc vào

nhiệm vụ của bộ khuếch đại. Ví dụ đối với bộ khuếch đại âm thanh thường chọn bằng 2 .

Như trên đã giả thiết, ở miền tần số trung bình các tụ điện không gây ảnh hưởng gì và sự dịch pha của tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại đối với tín hiệu đầu vào sẽ là nπ, ở đây n là số tầng khuếch đại làm đảo pha tín hiệu.

Ở miền tần số thấp vì trong mạch có tụ điện nên dòng điện nhanh pha hơn so với điện áp. Như vậy sự dịch pha của điện áp ra bộ khuếch đại so với điện áp vào ở miền tần số thấp có đặc

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

tính vượt trước. Góc dịch pha của bộ khuếch đại bằng tổng góc dịch pha của mỗi tụ, và góc dịch pha của mỗi tụ là:

acrtg

=ϕ t

1 . τω t

. (1-91)

KUO

Đặc tuyến biên độ tần số và pha tần số của bộ khuếch đại ở miền tần thấp vẽ trên hình 1-25. Đường nét liền là đặc tuyến xét khi ảnh hưởng của một tụ, còn đường đứt nét là đặc tuyến xét khi ảnh hưởng của tất cả các tụ trong bộ khuếch đại.

KUO

0 ϕt

π/2 π/4

Đặc điểm công tác của bộ khuếch đại ở miền tần số cao là sự phụ thuộc hệ số khuếch đại β của tranzito vào tần số và sự tồn tại điện dung mặt ghép góp CCE. Những nhân tố này ảnh hưởng đến đặc tuyến tần số của bộ khuếch đại ở miền tần cao. ở miền tần cao sự giảm môđun hệ số β của tranzito cũng như tác dụng rẽ mạch của điện dung CCE làm giảm hệ số khuếch đại.

)

. τω+

Hệ số méo ở tần số cao xác định Hình 1-25: Ảnh hưởng của tụ nối tầng đến đặc tuyến theo công thức: a) Biên độ - tần số; b) Pha -tần số. (1-92)

ở đây Cτ là hằng số thời gian tương

đương của tầng ở miền tần số cao.

UO1

Góc dịch pha do một tầng

K M

K1U0

khuếch đại gây ra là:

−=

ϕ C

arctg τω C

0 ϕC

(1-93)

Đặc tuyến biên độ tần số và pha tần

-π/4

-π/2

số ở miền tần cao ở hình 1-26

Trong bộ khuếch đại có nhiều tầng thì: méo ở tần số cao bằng tích độ méo của các tầng, còn méo pha bằng tổng méo phacủa từng tầng

Tức là:

Hình 1-26: Ảnh hưởng tính chất tần số

....

. MM C 1

(1-94)

củaTranzito đến đặc tuyến

... ++

ϕϕϕ C C

ϕ Cn

a) Biên độ -tần số; b) Pha-tần số.

(1-95)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

1.7.2. Ghép bằng biến áp

Hình 1-27 là sơ đồ bộ khuếch đại ghép bằng biến áp. Cuộn sơ cấp W1 mắc vào cực góp T1, cuộn thứ cấp W2 mắc vào cực gốc T2 qua tụ CP2. Ghép tầng bằng biến áp cách ly điện áp một chiều giữa các tầng mà còn làm tăng hệ số khuếch đại chung về điện áp hay dòng điện tuỳ thuộc vào biến áp tăng hay giảm áp.

+EC

CP2

En ∼

Ưu điểm của mạch này là điện áp nguồn cung cấp cho cực góp của tranzito lớn vì điện áp một chiều cuộn dây bé, do đó cho phép nguồn có điện áp thấp. Ngoài ra tầng ghép biến áp dễ dàng thực hiện phối hợp trở kháng và thay đổi cực tính điện áp tín hiệu trên các cuộn dây. Tuy nhiên nó có nhược điểm là đặc tuyến tần số không bằng phẳng trong giải tần. Kết cấu mạch nặng nề, cồng kềnh, hư hỏng sửa chữa thay thế phức tạp.

Hình 1-27: Tầng khuếch đại ghép biến áp

+EC

1.7.3. Mạch ghép trực tiếp

ur uV

Hình 1-28: Mạch khuếch đại ghép trực tiếp

Mạch ghép trực tiếp cho ở hình 1-28. ở mạch này cực góp của tranzito trước đấu trực tiếp vào cực gốc của tranzito sau. Cách trực tiếp này làm giảm méo tần số thấp trong bộ khuếch đại, được dùng trong bộ khuếch đại tín hiệu có thành phần một chiều (tín hiệu biến thiên chậm). Nhược điểm của mạch là không tận dụng được độ khuếch đại của tranzito do chế độ cấp điện một chiều.

1.8. MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC

1.8.1. Mạch khuếch đại Đarlingtơn

Khi cần trở kháng vào tầng khuếch đại lớn để dòng vào nhỏ, hệ số khuếch đại lớn ta nối

mạch khuếch đại theo Đarlingtơn. Mạch gồm hai tranzito T1 và T2 đấu như hình 1-29.

Khi cấp nguồn thoả mãn để T1,T2 làm việc chế độ khuếch đại ta có:

IC1

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

I = 1E

IB1

IC2

1.(

I).

còn

β=

β+

β=

I. 2B2

C β=

I. 1B1 β+

I. 1B1 I. 1B2

2 . ββ≈ 1

I. 1B2

. ββ+ 1

I. 1B1

Bỏ qua thành phần dòng ngược ban đầu ta có: β+

IE1=IB2

, ββ 1

IE2

1,ββ >> khuếch đại dòng của tranzito T1, T2.

trong đó thứ tự là hệ số Vì

Vậy hệ số khuếch đại dòng của sơ đồ Đarlingtơn: Hình 1-29: Mạch Đarlingtơn

1.ββ=β

(1-96)

CP2

Ta tính được điện áp vào của mạch:

1.(

r).

β+

r. 1V1B

2BE

Ura

Nên điện trở vào là:

r).

1( β++

r V

r 1V

(1-97)

CP1

U I

Ura1

1.8.2. Mạch Cascốt (Kaskode)

Hình 1-30: Mạch khuếch đại Cascốt. Mạch gồm hai tranzito ghép với nhau, T1 mắc phát chung còn T2 mắc gốc chung. Sơ đồ như hình 1-30.

1raU lên cực phát gốc T2 điều khiển tiếp T2

Khi có tín hiệu vào T1 khuếch đại đặt tín hiệu ra

2raU .

1 −=

khuếch đại tiếp cho

≈

Ta chứng minh được hệ số khuếch đại điện áp của T1:

R. 2 r 2V

của T2:

nên hệ số khuếch đại chung:

K.KK

−=

R. 2 r 2V

(1-98)

trong đó rv2 là điện trở vào của tranzito T2.

Ưu điểm cơ bản của mạch này là ngăn cách ảnh hưởng của mạch ra đến mạch vào của tầng

khuếch đại, đặc biệt ở tần số cao.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

1.8.3. Mạch khuếch đại giải rộng

Tín hiệu có giải tần rộng điển hình là tín hiệu video. Để khuếch đại được giải tần rộng như vậy mạch khuếch đại thường dùng thêm một phần tử hiệu chỉnh. Mạch điện của một tầng có hình 1-31.

Ở mạch này L, R3, C2 là các phần tử hiệu chỉnh được chọn phù hợp sao cho ở khoảng tần số

, <<

1 C.

trung bình của giải tần , xem ≈ 0 nên tải của tầng là R4. Thường R4 chọn nhỏ

hơn các tầng khuếch đại khác. ở khoảng tần số cao fC có ωC.L đủ lớn nên tải của tầng gồm R4 và ωC.L nên Ura tăng lên.

, <<

1 C.

Ở tần số thấp đủ lớn nên tải của tầng là R4 và R3. Như vậy nhờ các phần tử

K/K0

+EC

T L

CP2

hiệu chỉnh làm tăng tải xoay chiều ở vùng tần số hai đầu của giải tần nhờ vậy điện áp ra tăng lên ở hai đầu vùng đó. Đường 1 biểu thị hệ số khuếch đại tương đối khi không có phần tử hiệu chỉnh, đường 2 là khi có các phần tử hiệu chỉnh.

CP1

ftb

ura uV

(cid:104)

U a)

Hì U b)

Hình 1-31: a) Tầng khuếch đại giải rộng

b) Đặc tuyến biên độ tần số.

1.8.4. Mạch khuếch đại cộng hưởng (chọn lọc)

Mạch khuếch đại cộng hưởng dùng phổ biến ở các tầng khuếch đại có tần số cao.

Tải của tầng là mạch cộng hưởng song song. Mạch điển hình ở hình 1-32.

Ở mạch này L1C2, L2C3 cộng hưởng ở tần số vào. Khi tần số tín hiệu vào thay đổi các

mạch L1C2, L2C3 cần phải điều chỉnh tần số cộng hưởng theo. Tức là:

CL 1

CL 2

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

+E

C3

L2 L3

CP

C4

C2

Hình 1-32: Tầng khuếch đại cộng hưởng dùng Tranzito trường

Đặc điểm của mạch, ngoài tác dụng khuếch đại tín hiệu nó còn có khả năng chọn lọc tín hiệu theo tần số. Khi có tín hiệu vào thì thành phần tín hiệu tần số bằng và lân cận tần số cộng hưởng của khung C2L1, bị khung này chặn lại đưa vào tranzito khuếch đại. Dòng điện ra sụt áp trên khung L2C3, cảm ứng qua L3 cho điện áp ra ở các tần số đó.

1.9. TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

1.9.1. Đặc điểm chung và yêu cầu của tầng khuếch đại công suất

Tầng khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ khuếch đại, có tín hiệu vào lớn. Nó có nhiệm vụ khuếch đại cho ra tải một công suất lớn nhất có thể được. Với độ méo cho phép vào bảo đảm hiệu suất cao.

Do khuếch đại tín hiệu lớn, tranzito làm việc trong miền không tuyến tính nên không thể

dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để nghiên cứu mà phải dùng phương pháp đồ thị.

Các tham số cơ bản của tầng khuếch đại công suất là:

K = p

P r P V

- Hệ số khuếch đại công suất Kp là tỷ số giữa công suất ra và công suất vào.

=η

P r P 0

- Hiệu suất là tỷ số công suất ra và công suất cung cấp một chiều P0.

Hiệu suất càng lớn thì công suất tổn hao trên cực góp của tranzito càng nhỏ.

Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại. Tầng khuếch đại có thể làm việc ở các chế độ A,

AB, B và C tuỳ thuộc vào chế độ công tác của tranzito.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

UBE

2θ

UBE

PCm

Khu vực bão hoà

IB= 0

UCE

Khu vực tắt

(A)

(AB)

(B)

(C)

Chế độ A là chế độ tầng khuếch đại cả tín hiệu hình sin vào. ở chế độ này góc cắt θ=1800, dòng tĩnh luôn lớn hơn biên độ dòng điện ra nên méo nhỏ nhưng hiệu suất rất thấp - chỉ dùng khi yêu cầu công suất ra nhỏ.

Hình 1-33: Minh họa chế độ công tác của tầng khuếch đại công suất

a) Đặc tuyến truyền đạt của Tranzito

b) Đặc tuyến ra của Tranzito

c) Dòng điện ra ứng với các chế độ khi điện áp vào là sin

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Chế độ AB tầng khuếch đại hơn nửa hình sin của tín hiệu vào, góc cắt 900<θ<1800. Lúc này dòng tĩnh bé hơn chế độ A nên hiệu suất cao hơn. Điểm làm việc của chế độ AB gần khu vực tắt của tranzito.

Chế độ B tầng khuếch đại nửa tín hiệu hình sin vào, có góc cắt θ=900. ở chế độ này dòng

tĩnh bằng không nên hiệu suất cao.

Chế độ AB và B có hiệu suất cao nhưng gây méo lớn. Để giảm méo phải dùng mạch khuếch

đại kiểu đẩy kéo mà ta sẽ xét sau đây.

Chế độ C tầng khuếch đại tín hiệu ra bé hơn nửa hình sin, góc cắt θ<900. Nó được dùng trong các mạch khuếch đại cao tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng hài mong muốn và để có hiệu suất cao.

Chế độ D tranzito làm nhiệm vụ như một khoá điện tử đóng mở. Dưới tác dụng của tín hiệu vào điều khiển khi tranzito thông bão hoà là khoá đóng, dòng IC đạt cực đại, còn khoá mở khi tranzito tắt, dòng IC = 0.

Hình 1-33 minh hoạ chế độ công tác của tầng khuếch đại công suất.

1.9.2. Tầng khuếch đại công suất chế độ A

E R

CIˆ

IB0

IC0

+EC

IB=0

UC0

UCE

Trong tầng khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi đối xứng xung quanh điểm tĩnh. So với tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, nó chỉ khác là tín hiệu vào lớn nên IC0 phải lớn theo. Xét tầng khuếch đại đơn mắc phát chung vì có hệ số khuếch đại lớn và méo nhỏ. Mạch điện tầng khuếch đại ở hình 1-34.

UCE

CUˆ

ur=uCE uV

Hình 1-34: Tầng khuếch đại công suất chế độ A mắc phát chung

a) Sơ đồ b) Minh hoạ dạng tín hiệu trên họ đặc tuyến ra

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Với nguồn EC đã chọn, RC đã cho ta dựng đường tải theo phương trình.

UC + IC.RC = EC.

Chọn điểm làm việc sao cho khi tín hiệu vào tín hiệu ra chỉ biến đổi trong vùng khuếch đại,

(cid:7) CU

từ đó xác định được . , CIˆ

Chọn tranzito cần thoả mãn:

CCP

max

(1-99)

(cid:7) I C (cid:7) U

CP.C

(1-100)

I.E

P C

0CC

CP.C

(1-101)

P r

Từ hình 1-34 ta thấy công suất ra của tầng chính là diện tích tam giác OPQ. (cid:7) (cid:7) 2/U.I C C

Theo giá trị IC0 tìm được IB0, sau đó xác định UB0 và RB.

P r

(1-102) Công suất ra của tầng: (cid:7) (cid:7) U.I C 2

Công suất tiêu thụ của nguồn cung cấp:

P = 0

=η

(1-103)

P r P 0

Hiệu suất của mạch cực góp: (cid:7) (cid:7) I.U CC I.2 E.

(cid:7) U

(cid:7) I = C

E C 2

Từ hình vẽ ta thấy khi và thì có η max =25%.

Nếu dùng mạch ra ghép biến áp, thực hiện được phối hợp trở kháng và tận dụng được

nguồn nuôi EC, hiệu suất cực đại có thể đạt 50%.

Công suất tiêu hao trên mặt ghép góp:

−

P C

P 0

P r

(cid:7) (cid:7) .I.U. CC

1 2

(1-104)

Từ 1-104 ta thấy công suất PC phụ thuộc vào tín hiệu ra. Khi không có tín hiệu PC=P0 nên

chế độ nhiệt của tranzito phải tính theo công suất P0.

1.9.3. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp

Sơ đồ tầng khuếch đại công suất đẩy kéo có biến áp ra vẽ trên hình (1-35) gồm hai tranzito T1, T2. Tải được mắc với tầng khuếch đại qua biến áp ra BA2. Mạch cực góp của mỗi tranzito mắc với nửa cuộn sơ cấp biến áp. Tỷ số biến áp là n2=W21/Wt=W22/Wt.

IC1

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

W11

W21

WV

Wt

- + EC

W12

W22

IC2

T2

Hình 1-35: Tầng đẩy kéo ghép biến áp

Biến áp BA1 có hệ số biến áp là n1=WV/W11=WV/W12 đảm bảo cung cấp tín hiệu vào cực gốc của hai tranzito. Tầng có thể làm việc ở chế độ B hay AB. Trong chế độ AB thiên áp lấy trên cực gốc của hai tranzito được lấy từ nguồn nuôi EC bằng bộ phân áp R1, R2. Trong chế độ B thiên áp ban đầu bằng không nên không cần R1. Khi đó điện trở R2 được dùng để đảm bảo công tác cho mạch vào của tranzito trong chế độ gần với chế độ nguồn dòng.

Đầu tiên xét sơ đồ làm việc ở chế độ B. Lúc không có tín hiệu vào điện áp trên cực gốc của hai tranzito bằng không. Nếu không tính đến dòng điện ngược cực góp thì có thể coi dòng điện bằng không. Điện áp trên tải bằng không. Trên cực góp các tranzito có điện áp bằng EC.

β=

Khi có tín hiệu vào, bắt đầu ở nửa chu kỳ dương, khi đó trên W11 của biến áp BA1 có nửa

chu kỳ điện áp dương, còn trên W12 có nửa chu kỳ điện áp âm đối với điểm chung. Kết quả là tranzito T2 tắt, T1 làm I. việc có dòng . Trên cuộn W21

sẽ tạo nên điện áp

2 R.n. 2

CIˆ

Trên tải có

U = t

21 2

U n

IC0

UCE

ΔUCE

Cuˆ

nửa sóng điện áp dương .

Khi tín hiệu vào chuyển sang nửa chu kỳ âm, cực tính trên cuộn thứ cấp biến áp vào đổi dấu. Lúc đó T1 tắt, T2 khuếch đại đưa ra tải nửa chu kỳ tín hiệu sau. Để tín hiệu ra không méo cần chọn β1=β2=β. Như vậy hai tranzito T1, T2 thay nhau làm việc theo cực tính của tín hiệu vào Quá trình làm việc mô tả trên hình (1-36). Đường tải một chiều xuất phát từ điểm toạ độ (0, EC) vì điện trở một chiều của cuộn dây không đáng Hình 1-36: Đồ thị tính tầng công suất

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

BEU

0 =

kể. Do nên dòng cực góp xác định từ dòng điện ngược của nó. Đường tải xoay chiều

R = ~t

2 R.n 2

. cắt đường tải một chiều tại (IC0, UC = EC) với

Công suất ra của tầng tính được theo diện tích tam giác:

P r

(cid:7) (cid:7) I.U CC 2

(1-105)

Công suất đưa ra tải có tính đến hiệu suất của biến áp là:

P t

.P r

2a/b

(1-106)

Trị số trung bình dòng tiêu thụ từ nguồn:

sin . d θ θ

I 0

(cid:7) I C

∫

1 π

(cid:7) I 2. C π

(1-107)

Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp:

P 0

(cid:7) I.E.2 CC π

(1-108)

Hiệu suất của mạch cực góp:

=η C

Uˆ. π E.4

P r P 0

(1-109)

ηη=

.2/ ab

(cid:7) U E

π 4

Hiệu suất của tầng:

Uˆ =

%5,78=η

C E

/ =abη

Nếu thì khi .

Uˆ <

C E

Thực tế do vòng cong của đặc tuyến và ηb/a = 0,8 nên η =0,6 ÷ 0,7.

Công suất tiêu thụ trên mặt ghép góp:

−

P C

P 0

P r

(cid:7)(cid:7) IU. CC

1 2

(cid:7) I.E.2 CC π

2 C

(1-110)

−

P C

ˆ U R

(cid:7) EU .2 CC π R .

1 2

(1-111) hay

(cid:7) CU

PC phụ thuộc vào

E.64,0

max

khi . (cid:7) U = C

max

E C R

= (1-112)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

ib1

IB0

ib1

IB0

ib2

UBE

ib2

Để tránh méo do tính không đường thẳng đoạn đầu đặc tuyến vào tranzito khi dòng cực gốc bé, đó là hiện tượng méo gốc như vẽ trên hình 1-37.Ta cho tầng làm việc ở chế độ AB. Khi đó cần có điện áp UBE và IB0 ban đầu (nhờ có R1, R2). ở chế độ này UBE0, IB0, IC0 bé nên các công thức dùng cho chế độ B vẫn đúng, xem hình 1-38.

Hình 1-38: Giảm méo không đường thẳng trong chế độ AB Hình 1-37: ảnh hưởng độ không đường thẳng của đặc tuyến vào Tranzito đến méo dạng tín hiệu trong chế độ B

1.9.4. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp

+EC

iC2

CP2

1.9.4.1. Mạch dùng tranzito cùng loại:

UV2

CP2

CP1

iC1

UV1

UV2

Hình 1-39: Mạch đẩy kéo không biến áp dùng tranzito cùng loại.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Cho trên hình 1-39.a, b. Mạch 1-39a cấp nguồn xứng còn ở hình 1-39b cấp nguồn đơn.Do tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng pha ngược nhau nên hai tranzito T1, T2 thay nhau làm việc khuếch đại tín hiệu ra tải. Để tầng làm việc ở chế độ AB cần chọn bộ phân áp R1 ÷ R4 phù hợp.

1.9.4.2. Mạch dùng tranzito khác loại trên hình 1-40.

-EC

_

R1

T2

EC1

CP

C

Rt

CP

Rt

T1

EC2

R2

+

Hình 1-40: Mạch đẩy kéo không biến áp ra dùng tranzito khác loại

Các tranzito T1, T2 khác loại: n-p-n và p-n-p nhưng phải cùng tham số, đặc biệt là hệ số β

OBEU

(β1 = β2). Đặc điểm của mạch này chỉ cần một tín hiệu vào hai đèn thay nhau làm việc cho tín hiệu ra tải. Để tránh méo do tranzito làm việc ở chế độ B, mắc hai điốt vào giữa các cực gốc tạo điện áp ban đầu, khi đó tranzito công suất làm việc sang chế độ AB.

D 1

TBE 10

TEB 20

+EC

' 2T

0BEU2

CP1

+ −

Mạch điện như ở hình 1- 41a; hình 1-41b dùng cho tranzito Đarlingtơn .

-EC

−

a) Hình 1-41: Tầng khuyếch đại đẩy kéo nối tiếp và tầng kích

a) Dùng tranzito khác loại; b) Dùng tranzito Đarlington khác loại. 46

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

TÓM TẮT

Vấn đề chính của chương là khuếch đại tín hiệu. Mạch khuếch đại có nhiệm vụ khuếch đại

tín hiệu lớn lên với độ méo cho phép.

Kết thúc chương yêu cầu người học hiểu và nắm được:

Định nghĩa mạch khuếch đại, các tham số đặc trưng cho bộ khuếch đại: hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, hệ số khuếch đại công suất, trở kháng vào, trở kháng ra, méo tần số, méo phi tuyến, hiệu suất.

Vấn đề phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại. Với tranzito lưỡng cực thuận PNP cần cung cấp điện áp một chiều sao cho UBE <0, UCE < 0 để tiếp giáp phát phân cực thuận, tiếp giáp góp phân cực ngược. Loại tranzito NPN cần cung cấp điện áp một chiều UBE > 0, UCE > 0. Cần nắm được bốn kiểu mạch cung cấp điện áp một chiều phân cực cho tranzito, tác dụng các linh kiện trong mạch, so sánh được ưu nhược điểm của các phương pháp đó.

Hồi tiếp: hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu đầu ra đưa trở về đầu vào. Có hồi tiếp dương và

hồi tiếp âm.

Hồi tiếp dương là điện áp hồi tiếp về cùng pha với tín hiệu vào, loại hồi tiếp này dùng trong

các mạch tạo dao động.

Hồi tiếp âm là điện áp hồi tiếp về ngược pha với tín hiệu vào. Hồi tiếp loại này làm giảm hệ số khuếch đại của mạch nhưng cải thiện được nhiều chỉ tiêu chất lượng của mạch khuếch đại: làm giảm tạp âm, giảm méo tần số, giảm méo phi tuyến, tăng độ ổn định độ khuếch đại.

Xét ở đầu ra của mạch khuếch đại có hồi tiếp có khái niệm hồi tiếp điện áp, hồi tiếp dòng điện. Khi điện áp hồi tiếp tỷ lệ với dòng điện ra gọi là hồi tiếp dòng điện, tỷ lệ với điện áp ra gọi là hồi tiếp điện áp.

Xét ở đầu vào mạch khuếch đại có hồi tiếp có khái niệm hồi tiếp mắc nối tiếp, hồi tiếp mắc song song. Hồi tiếp mắc nối tiếp là điện áp hồi tiếp mắc nối tiếp với tín hiệu vào, hồi tiếp song song là điện áp hồi tiếp mắc song song với tín hiệu vào. Để minh hoạ phần hồi tiếp phân tích mạch điện hình 1-11. Ở hình 1-11a có hồi tiếp âm dòng điện trên điện trở RE: Uht = IE.RE. Ở hình 1-11b có hồi tiếp âm dòng điện trên RE1, RE2 và hồi tiếp âm điện áp từ tầng sau đưa về trên RE1: Uht = Ur.RE1 /(R + RE1).

Các sơ đồ khuếch đại cơ bản dùng tranzito lưỡng cực:

Tầng khuếch đại cực phát chung: mạch này có cực phát nối đất về xoay chiều chung cho đầu vào và đầu ra. Cần hiểu được tác dụng các linh kiện trong mạch. Tải một chiều của tầng RE nối tiếp với RC, tải xoay chiều của tầng RC // Rt. Cách chuyển về sơ đồ tương đương để xác định trở kháng vào, trở kháng ra, hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện của tầng. Sơ đồ hình 1-14 có được khi các tụ Cp1, Cp2, CE tại tần số làm việc rất nhỏ, xem như bằng không. Tranzito được thay bằng điện trở rE, rB, rC và nguồn dòng βIB. Nguồn cung cấp EC có nội trở rất nhỏ xem như bằng không nên về xoay chiều điểm dương nguồn và đất là như nhau. Tầng này có hệ số khuếch đại điện áp âm có nghĩa là tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Tầng khuếch đại gốc chung, góp chung cũng phân tích tương tự để nắm được các vấn đề trên. Đặc điểm của hai tầng này là tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào, hai tầng đều có hệ số khuếch đại điện áp dương. Tầng khuếch đại góp chung có tải một chiều RE, tải xoay chiều RE //Rt.

Sơ đồ khuếch đại dùng tranzito trường nghiên cứu hai sơ đồ cực nguồn chung và cực máng

chung.

Tầng khuếch đại cực nguồn chung có cực nguồn nối đất về xoay chiều, tầng khuếch đại máng chung có cực máng nối đất về xoay chiều. Cần nắm được cách vẽ mạch, tác dụng các linh kiện trong mạch, tải một chiều, tải xoay chiều của tầng cũng như xác định được các thông số: trở kháng vào, trở kháng ra, hệ số khuếch đại điện áp của các tầng. Tầng khuếch đại cực nguồn chung có tải một chiều RS nối tiếp RD, tải xoay chiều RD//Rt. Tầng khuếch đại cực máng chungcó tải một chiều RS, tải xoay chiều RS//Rt.

Tầng khuếch đại đảo pha: tầng có nhiệm vụ khuếch đại và tạo ra hai tín hiệu đầu ra có biên độ bằng nhau, pha ngược nhau. Có hai mạch cơ bản là mạch khuếch đại đảo pha chia tải và mạch khuếch đại đảo pha ghép biến áp. Cần nắm được nguyên lý làm việc để thực hiện được nhiệm vụ trên.

Phương pháp ghép tầng trong bộ khuếch đại: có ba phương pháp ghép tầng: phương pháp ghép bằng tụ điện. Các tầng ghép với nhau qua tụ điện để cách li điện áp một chiều, dẫn tín hiệu xoay chiều qua. Các tụ nối tầng được chọn sao cho đối với tín hiệu trở kháng của chúng rất nhỏ, xem như bằng không. Ưu điểm của phương pháp này là mạch gọn nhẹ, tuy nhiên có nhược điểm không phối hợp được trở kháng ra tầng trước với trở kháng vào tầng sau. Phương pháp ghép tầng bằng biến áp: tầng trước ghép với tầng sao qua biến áp để cách li điện áp một chiều. Mạch này cố ưư điểm là phối hợp được trở kháng giữa tầng trước với tầng sau, tận dụng được nguồn nuôi. Tuy nhiên mạch có nhược điểm là nặng, cồng kềnh vì biến áp có kích thước lớn khi làm việc ở tần số thấp. Mạch chỉ thích hợp khi làm việc ở tần số cao. Phương pháp ghép tầng trực tiếp giảm được linh kiện, giảm méo tần số. Nhưng việc phân cực cho các tranzito khó khăn vì có sự ảnh hưởng lẫn nhau.

Một số mạch khuếch đại khác: Mạch khuếch đại Darlingtơn. Mạch này có hệ số khuếch đại dòng điện bằng tích hệ số khuếch đại của hai tranzito nên rất lớn. Nó có thể cho dòng ra lớn khi dòng vào nhỏ. Mạch khuếch đại Cascốt gồm có hai tranzito đấu nối tiếp với nhau về mặt một chiều mạch này được dùng khuếch đại tín hiệu vùng tần số cao để tránh ghép ký sinh giữa đầu ra về đầu vào qua điện dung thông đường CBC. Mạch khuếch đại cộng hưởng có tải là mạch cộng hưởng song song. Ngoài nhiệm vụ khuếch đại mạch còn có nhiệm vụ chọn lọc tín hiệu theo tần số, thường dùng làm mạch khuếch đại tín hiệu có tần số cao.

Tầng khuếch đại công suất dùng để khuếch đại công suất ra tải. Yêu cầu mạch khuếch đại cho công suất ra lớn với độ méo cho phép và hiệu suất cao. Đặc điểm của tầng là biên độ tín hiệu vào lớn. Khi phân tích và tính toán dùng phương pháp đồ thị trên đặc tuyến để có độ chính xác cao. Tầng khuếch đại công suất đơn làm việc ở chế độ A cho công suất ra bé. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo cho công suất ra kém làm việc ở chế độ AB để giảm méo và có hiệu suất cao. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng tranzito cùng loại có thể dùng mạch ghép biến áp hoặc mạch không dùng biến áp. Khi dùng mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp phía trước phải có tầng đảo pha chia tải. Mạch khuếch đại công suất đây kéo dùng tranzito khác loại có ưu điểm đơn giản, phía trước không cần tầng khuếch đại đảo pha và có hồi tiếp âm dòng điện toàn

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

phần trên tải Rt: Uht = Ir.Rt (hình 1-41a) . Cần chú ý hai tranzito trong tầng khuếch đại công suất đẩy kéo có tham số giống nhau đặc biệt là hệ số khuếch đại dòng và kết cấu mạch đối xứng để có méo phi tuyến nhỏ.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1.1. Nêu định nghĩa và các tham số của mạch khuếch đại?

1.2. Nêu các phương pháp cấp nguồn phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại? Ưu nhược điểm của các phương pháp đó?

1.3. Thế nào là hồi tiếp trong mạch khuếch đại? hồi tiếp âm, hồi tiếp dương?

1.4. Thế nào là hồi tiếp dòng điện, hồi tiếp điện áp?

1.5. Thế nào là hồi tiếp mắc song song, hồi tiếp mắc nối tiếp?

1.6. Nêu các ưu điểm của hồi tiếp ẩmtong mạch khuếch đại?

1.7. Trình bày tầng khuếch đại mắc cực phát chung?

1.8. Trình bày tầng khuếch đại mắc cực góp chung?

1.9. Trình bày tầng khuếch đại mắc cực gốc chung?

1.10. Trình bày tầng khuếch đại mắc cực nguồn chung?

1.11. Trình bày tầng khuếch đại mắc cực máng chung?

1.12. Trình bày phương pháp ghép tầng bằng tụ, ưu nhược điểm?

1.13. Tại sao trong bộ khuếch đại ghép tụ, tụ nối tầng gây méo tần số thấp?

1.14. Trình bày phương pháp ghép tầng bằng biến áp, ưu nhược điểm?

1.15. Trình bày phương pháp ghép tầng trực tiếp, ưu nhược điểm?

1.16. Nguyên nhân gây méo tần số cao trong bộ khuếch đại?

1.17. Nêu phương pháp nâng cao chất lượng của bộ khuếch đại?

1.18. Đặc điểm của tầng khuếch đại giải rộng?

1.19. Đặc điểm của tầng khuếch đại cộng hưởng?

1.20. Trong tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng tranzito khác loại có hồi tiếp không? nếu có thuộc loại hồi tiếp gì?

1.21. Thế nào là chế độ A, B, AB, C của tầng khuếch đại?

1.22. Tại sao tầng khuyếch đại công suất đơn cho làm việc ở chế độ A, tầng đẩy kéo làm việc ở chế độ AB?

1.23. Thế nào là tầng khuếch đại đảo pha ? Nêu các loại mạch đảo pha đã học?

1.24. Tại sao khi phân tích các tầng khuếch đại cơ bản ta dùng phương pháp mạch tương đương?

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

1.25. Tại sao khi phân tích tầng khuếch đại công suất phải dùng phương pháp đồ thị (trên đặc tuyến vào, đặc tuyến ra của tranzito)?

1.26. Nêu đặc điểm của tầng khuếch đại Darlingtơn?

1.27. Nêu đặc điểm của tầng khuếch đại Cascốt?

1.28. Phân tích các loại hồi tiếp ở hình 1-11? Xác định biểu thức tính các điện áp hồi tiếp đó?

+Ec

1.29. Cho tầng khuếch đại hình P 1.29 biết các tham số của mạch Ec = +12v,

Hình P1-29.

R1 = 300k Ω; R2 = 2,7 k Ω; β = 99, chọn Ube0 = 0,6V.

a. Xác định các giá trị dòng điện và điện áp một chiều trên các cực của tranzito?

b. Biết Rt = 2,7k Ω, xác định tải một chiều và tải xoay chiều của tầng khuếch đại ? Vẽ

+Ec

đường tải một chiều và xác định điểm làm việc tĩnh Q ?

1.30. Cho tầng khuếch đại hình P1.30. Biết Ec = +12v, R1 = 20kΩ, R2 = 4kΩ, R3 = 4kΩ, R4 = 1kΩ, β = 99.

Hình P1-30.

a. Xác định chế độ dòng điện và điện áp một chiều trên các cực của tranzito ?

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

b. Biết Rt = 8kΩ, xác định giá trị tải một chiều, tải xoay chiều của tầng khuếch đại. Vẽ đường tải một chiều và xác định điểm làm việc Q?

1.31. Cho tầng khuếch đại công suất đẩy kéo trên hình P1.31. Giả thiết tranzito lý tưởng. Biết Ube0 = Ud = 0,5v. Thiên áp cho tranzito được thực hiện sao cho đạt biên độ tín hiệu ra cực đại không méo. Tụ C1, C2 trở kháng xem như bằng không tại tần số làm việc.

a. Giải thích nguyên lý làm việc của sơ đồ?

b. Tính R1, R2 sao cho dòng phân cực qua chúng là 1mA?

+Ec

c. Cho Rt = 100 Ω. Tính công suất ra cực đại và hiệu suất của tầng (bỏ qua công suất tổn hao trong mạch thiên áp)?

Hình P1-31.

1.32. Méo tần số trong mạch khuếch đại là:

a. Méo mà hệ số khuếch đại của mạch bị thay đổi ở khoảng tần số hai đầu của giải tần.

b. Méo làm xuất hiện thêm tần số mới ở đầu ra.

c. Méo mà hệ số khuếch đại không thay đổi theo tần số.

d. Méo mà hệ số khuếch đại không phụ thuộc vào tần số.

1.33. Méo phi tuyến trong mạch khuếch đại là:

a. Méo làm xuất hiện thêm thành phần tần số mới ở đầu ra.

b. Méo làm giảm tín hiệu ra ở hai đầu giải tần.

c. Méo làm tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào.

d. Méo làm tín hiệu ra lệch pha với tín hiệu vào.

1.34. Tải một chiều của tầng khuếch đại là:

a. Các điện trở mà dòng một chiều đầu ra chạy qua.

b. Các điện trở mà dòng xoay chiều đầu ra chạy qua.

c. Các điện trở mà dòng một chiều và xoay chiều đầu ra cùng chạy qua.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

d. Các điện trở dòng một chiều đầu ra không chạy qua.

1.35. Tải một chiều trong tầng khuếch đại cực phát chung là:

a. Rt- = RE + Rt. b. Rt- = Rt + RC.

c. Rt- = RC + RE. d. Rt- = RC.

1.36. Tải một chiều trong tầng khuếch đại cực góp chung là:

a. Rt- = RE + Rt. b. Rt- = RE //Rt

c. Rt- = RE. d. Rt- = Rt.

1.37. Tải xoay chiều của tầng khuếch đại là:

a. Các điện trở mà dòng một chiều và xoay chiều đầu ra cùng chạy qua.

b. Các điện trở mà dòng một chiều đầu ra chạy qua.

c. Các điện trở mà dòng xoay chiều đầu ra chạy qua.

d. Các điện trở dòng xoay chiều đầu ra không chạy qua.

1.38. Tải xoay chiều của tầng khuếch đại cực phát chung là:

c. Rt~ = Rt + RC.

a. Rt~ = RE //Rt. b. Rt~ = RC //Rt.

d. Rt~ = Rt.

1.39. Tải xoay chiều của tầng khuếch đại cực góp chung là:

c. Rt~ = Rt + RE.

a. Rt~ = RE. b. Rt~ = RE //Rt.

d. Rt~ = Rt.

1.40. Tải một chiều của tầng khuếch đại cực nguồn chung là:

c. Rt- = RD.

d. Rt- = RD//Rt.

a. Rt- = RS + RD. b. Rt- = RS.

1.41 Tải một chiều của tầng khuếch đại cực máng chung là:

c. Rt- = Rt + RS.

a. Rt- = Rt //RS. b. Rt- = RS.

d. Rt- = Rt.

1.42 Tải xoay chiều của tầng khuếch đại cực nguồn chung là:

c. Rt~ = RS + Rt.

a. Rt~ = RD //Rt. b. Rt~ = RD + Rt.

d. Rt~ = Rt.

1.43. Hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại có n tầng khi hệ số khuếch đại từng tầng thứ tự K1, K2 ….Kn là:

a. K = K1.K2 ….Kn.

b. K = K1 + K2 + …+ Kn.

c. Bằng tổng đại số các hệ số khuếch đại.

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

d. K = K1 + K2 + …- Kn.

1.44. Méo tần số của bộ khuếch đại có n tầng khi độ méo tần số của các tầng thứ tự M1, M2 …Mn là:

a. M = M1.M2 …Mn.

b. M = M1 + M2 + … + Mn.

c. Bằng tổn đại số các độ méo.

d. M = M1 + M2 + … - Mn.

1.45. Hệ số khuếch đại dòng điện của cặp khuếch đai Darlingtơn khi hệ số khuếch đại của các tranzito β1, β2 là:

b. β = β1 +β2.

a. β = β1.β2.

c. β = β2 - β1. d. β = β1 - β2.

1.46. Tác dụng của điốt D1, D2 trong tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng tranzito khác loại là:

a. Để phân cực cho các tranzito công suất làm việc ở chế độ AB và ổn định điểm làm

việc cho tầng.

b. Để cho các tranzito công suất làm việc ở chế độ A.

c. Để ổn định điểm làm việc cho các tranzito công suất.

d. Để các tranzito công suất làm việc ở chế độ B.

1.47. Tầng khuếch đại công suât đẩy kéo dùng tranzito khác loại:

a. Có hồi tiếp âm dòng điện.

b. Không có hồi tiếp.

c. Có hồi tiếp âm điện áp.

d. Có hồi tiếp âm dòng điện và hồi tiếp âm điện áp.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này nêu các tính chất của bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT), tầng khuếch đại vi

sai và các mạch điện ứng dụng BKĐTT. Nội dung của chương gồm:

- Tính chất chung của BKĐTT: trở kháng vào, trở kháng ra, hệ số khuếch đại. Giới thiệu

đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến tần số của BKĐTT

- Mạch khuếch đại vi sai: cấu tạo của tầng khuếch đại vi sai cơ bản, tầng khuếch đại vi sai

có tải động kiểu gương dòng, tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trường.

- Mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại thuận, mạch khuếch đại lặp lại.

- Phương pháp chống trôi và bù điểm không: dùng điện trở cân bằng, dùng nguồn nuôi để hiệu chỉnh điện áp một chiều đầu ra ở chế độ tĩnh của BKĐTT. Mục đích của những phương pháp này là giũ cho điện áp đầu ra cân bằng không khi không có tín hiệu vào.

- Mạch cộng: có mạch cộng thuận, mạch cộng đảo. Mạch cộng thuận các tín hiệu cần cộng

đưa vào của thuân. Mạch cộng đảo các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa đảo.

- Mạch trừ: tín hiệu đưa vào hai cửa thuận và đảo. Tín hiệu bị trừ đưa vào cửa cộng, tín hiệu

trừ đưa vào cửa đảo.

- Mạch vi phân: mạch vi phân là mạch mà điện áp ra tỉ lệ với vi phân của điện áp vào.

- Mạch tích phân: mạch tích phân là mạch mà điện áp ra tỉ lệ với tích phân điện áp vào.

- Mạch tạo hàm loga: điện áp ra tỉ lệ với logarit tự nhiên của điện áp vào.

- Mạch tạo hàm mũ: điện áp ra tỷ lệ với mũ logarit tự nhiên của điện áp vào

- Mạch nhân tương tự: cho điện áp ra tỷ lệ với tích tức thời các điện áp vào.

- Mạch lọc tích cực: cấu tạo mạch lọc tích cực gồm có BKĐTT kết hợp với các phần tử RC. Mạch lọc tích cực làm việc ở vùng tần tháp có ưu điểm gọn nhẹ, phẩm chất lọc cao. Có các mạch lọc thông cao, thông thấp, thông giải, chặn giải tương tự như các mạch lọc thụ động. Bậc của bộ lọc là số tụ điện chứa trong mạch lọc đó.

- Các mạch điện sử dụng BKĐTT ở trên đều làm việc ở chế độ tuyến tính.Trong quá trình chứng minh các công thức điện áp ra của mạch luôn coi hiệu điện áp giữa hai cửa vào BKĐTT U0 rất bé, gần đúng xem như bằng không.

- Cần chú ý các mạch điện BKĐTT đều được cấp nguồn đối xứng ±E. Khi vẽ mạch nhiều lúc không vẽ nguồn vào, nhưng xem như mặc định. Điện áp ra đạt cực đại Ur = +Urmax khi BKĐTT bão hoà dương. Điện áp ra đạt cực tiểu Ur = -Urmax khi BKĐTT bão hoà âm, trong đó gần đúng |± Urmax| = E – 2 vôn.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Kết thúc chương này yêu cầu người học vận dụng lý thuyết làm tốt các bài tập . Qua đó hiểu

bài sâu sắc hơn ,nhớ mạch điện chính xác hơn.

NỘI DUNG

Danh từ ″khuếch đại thuật toán’’ thuộc về bộ khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai và một đầu ra chung. Tên gọi này có quan hệ tới việc ứng dụng đầu tiên của chúng chủ yếu để thực hiện các phép tính cộng, trừ, tích phân v..v... Hiện nay bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực v.v...

2.1. CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA BKĐTT

+EC

Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn trên hình 2-1. Trong đó Ut, It là điện áp, dòng điện vào cửa thuận. Uđ, Iđ là điện áp, dòng điện vào cửa đảo.Ur ,Ir điện áp ra và dòng điện ra. U0 là điện áp vào giữa hai cửa. Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0=Ut-Uđ với hệ số khuếch đại K0 > 0.

Do đó điện áp ra:

+

T rU =K0.U0=K0(Ut-Uđ) (2-1)

Iđ

U = r

U.K o

lúc Nếu U đ 0= thì

-

Ura

Uđ

-EC

tU . Vì vậy cửa T gọi là cửa thuận của bộ khuyếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “+”.

này điện áp ra cùng pha với điện áp vào

Hình 2-1: Bộ khuếch đại thuật toán

tU = 0 thì

−=

đ, điện áp ra ngược pha với điện áp vào nên cửa Đ là cửa đảo của bộ khuyếch đại

U.K 0

Tương tự như vậy khi

và các cửa để chỉnh lệch không và bù tần. thuật toán và ký hiệu dấu “-”. Ngoài ra bộ khuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng CE±

Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có những tính chất sau:

+ Trở kháng vào ZV = ∞

+ Trở kháng ra Zra = 0 (2-2)

+ Hệ số khuếch đại K0 = ∞

Thực tế bộ khuếch đại thuật toán có K0=104÷106 ở vùng tần số thấp. Lên vùng tần số cao hệ số khuếch đại giảm xuống. Nguyên nhân do sự phụ thuộc tham số của Tranzito và điện dung ký sinh trong sơ đồ. Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ và đăc tuyến pha như ở hình 2-2 và 2-3. IC khuếch đại thuật toán có khả năng nén tín hiệu đồng pha.

Ura

đầu

vào

K0 K 0 2

a) Đặc tuyến biên độ

đầu

vào

0 45o 90o

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

180o 360o

b) Đặc tuyến pha

Hình 2-2: Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán

Hình 2-3: Đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha của bộ khuếch đại thuật toán

CMK là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha thì hệ số nén tín hiệu đồng pha được xác

Gọi

định theo biểu thức:

G =

K K

(2-3)

Thường G =103 ÷ 105.

Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầng ghép trực tiếp với nhau. Tầng vào là tầng khuếch đại vi sai, tiếp theo là tầng khuyếch đại trung gian (có thể là tầng đệm hay khuếch đại vi sai hai), đến tầng dịch mức và tầng khuếch đại ra.

2.2. MẠCH KHẾCH ĐẠI VI SAI

R = 1C

Trong IC khuếch đại thuật toán, ở phía đầu vào mạch khuếch đại vi sai có một đến hai tầng. Hình 2-4 là cấu trúc điển hình của một tầng khuếch đại vi sai làm việc theo nguyên lý cầu cân bằng song song. Hai nhánh cầu là RC1 và RC2, còn hai nhánh kia là các Tranzito T1 và T2 được chế tạo trong cùng một điều kiện sao cho và T1, T2 có các thông số giống hệt nhau.

Điện áp lấy ra giữa hai cực góp (kiểu ra đối xứng) hay trên mỗi cực góp với đất (kiểu ra không đối xứng). Tranzito T3 làm nguồn ổn dòng giữ ổn định dòng IE (là tổng dòng IE1 và IE2) của tranzito T1, T2. Trong sơ đồ nguồn ổn định dòng còn có R1, R2, R3 và nguồn cung cấp EC2, T4 mắc thành điôt làm phần tử bù nhiệt ổn định nhiệt cho T3.

Trong sơ đồ rút gọn (hình 2-4b) phần nguồn ổn dòng T3 được thay bằng nguồn dòng IE.

+ EC1

IC1

RC2

RC1

IC2

IC1

+ EC1

RC2

RC1

UC1=Ur

UC2=Ur

IC2

UC1=Ur

UC2=Ur

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

UV2

IE1

IE2

UV1

UV2

IE1

IE2

∨

< <

- EC2 +

_ EC2 +

UV1

UV2

∨

< <

UV1

Hình 2-4: Tầng khuếch đại vi sai

a) Mạch nguyên lý; b) Sơ đồ đơn giản hoá

c); d) Các phương pháp đưa tín hiệu vào (kiểu vào không đối xứng)

Tín hiệu vào tầng vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt UV1 và UV2 hoặc từ một nguồn (hình 2-4c, d). Trong trường hợp sau tín hiệu vào đặt lên cực gốc của một trong hai Tranzito hay giữa hai cực gốc của chúng. Các đầu vào UV1 và UV2 nối theo sơ đồ hình 2-4c, d được gọi đầu vào vi sai.

Điện áp một chiều cung cấp cho tầng vi sai là hai nguồn EC1 và EC2 có thể khác nhau hay bằng

nhau về trị số. Vì hai nguồn nối tiếp nhau nên điện áp cung cấp tổng là EC = EC1 + EC2.

Do có EC2 nên điện thế cực phát của Tranzito T1 và T2 giảm nhiều so với trong sơ đồ hình 2- 5 và điều này cho phép đưa tín hiệu tới đầu vào của bộ khuếch đại vi sai mà không cần mạch bù điện áp ở đầu vào.

Xét một số trường hợp điển hình.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu dùng Tranzito T1, T2 có tham số giống nhau và RC1 = RC2, do đó khi tín hiệu vào bằng không, cầu cân bằng, điện áp trên cực góp của hai Tranzito bằng nhau và như vậy điện áp ra lấy trên đường chéo cầu Ura = Ura1 +Ura2 = 0. Sơ đồ có độ ổn định cao đối với sự thay đổi điện áp cung cấp, nhiệt độ và yếu tố khác vì độ trôi của hai nhánh giống nhau, điện áp trên cực góp thay đổi cùng một gia số và độ trôi đầu ra gần như bị triệt tiêu.

I E 2

. Dòng cực gốc được xác Dòng phát EI chia đều cho hai Tranzito nghĩa là

định:

02B

01B

I 1.(2

E ) β+

. α=

≈

I E 2

. Dòng cực góp

và điện áp cực góp là:

−

R.I E 2

(2-4)

ở đây .

Trạng thái này đặc trưng cho chế độ cân bằng của tầng và gọi là chế độ cân bằng tĩnh.

U 1V > ,

U 2V =

IC1 IC2

RC2

IC2 RC2

RC1

+ EC1 -

ΔUC2

UC1

IC1 RC1

IE1 IE2

EC1

ΔUC1 Ur UC2

UC1

+ En -

∨ ∨

Khi có tín hiệu đưa tới một trong các đầu vào giả sử

EC2

+

b)

Hình 2-5:

1 >VU

2 =VU

a) Sơ đồ tầng vi sai khi có tín hiệu vào với , b) Biểu đồ điện thế.

giữ nguyên không đổi. Do tác dụng của tín hiệu vào, xuất hiện dòng điện vào của hai tranzito, dòng cực gốc T1 tăng lên, dòng cực gốc T2 giảm xuống. Khi đó IE1 và IC1 tăng lên còn IE2 và IC2 giảm. Sự thay đổi dòng điện của các tranzito xẩy ra ngược chiều nhau và với cùng một số gia vì tổng dòng điện I

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

−

1CUΔ

giảm một lượng ngược Điện áp trên cực góp của tranzito T1 là

1C 1C 2CUΔ 2CU tăng và tạo ra số gia điện áp

pha với điện áp vào. Điện áp cùng pha với điện áp tín

hiệu vào.

U.2

−

Δ=

Δ+

Δ=

.2 I Δ≈

.R. C

Như vậy với cách đưa tín hiệu vào như sơ đồ đang khảo sát đầu ra của tầng lấy trên cực góp T1 gọi là đầu ra đảo, còn đầu ra lấy trên cực góp T2 gọi là đầu ra không đảo (thuận). Tín hiệu lấy giữa hai cực góp gọi là tín hiệu vi sai.

Ta xác định hệ số khuếch đại điện áp của tầng vi sai. Khi hai Tranzito có tham số giống

nhau thì dòng vào của tầng là:

E n +

]) β+

r 2v

[ r.2 B

1(r E

E r 1v

(2-5)

trong đó En là nguồn tín hiệu vào

Rn là điện trở nguồn

rV là điện trở vào Tranzito.

I. β±=Δ± C

Dòng điện vào tạo ra số gia dòng điện ra nên khi đó

Δ±

Δ±=

βΔ±=

R.I C

R..I V

2,1r

(2-6)

1,2

Hệ số khuếch đại của tầng riêng rẽ:

1,2

E n

R n

R . β C r (1 + + B

r ). β E

[

]

(2-7)

nR = 0 thì

Nếu

2,1

r).

R. β C 1( β++

[ r.2 B

(2-8)

Hệ số khuếch đại của tầng vi sai khi Rt ∞→ .

U Δ E

. R β C (1 + +

). r β E

R n

2. [ r B

]

(2-9)

)Rt

Nếu tính đến Rt thì:

.2 //R.( β C R r.2 + V

(2-10)

R n → thì:

R. β C 1( β++

R. r V

r). E

r B

(2-11) Khi Rt ∞→ ,

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Trong tầng khuếch đại vi sai của các IC thuật toán, người ta thường thay RC1, RC2 bằng Tranzito, thực hiện chức năng tải động của tầng. Sơ đồ này có hệ số khuếch đại KVS lớn hơn nhiều lần so với sơ đồ đã khảo sát có tải RC. Điều này rất quan trọng khi thiết kế bộ khuếch đại một chiều nhiều tầng. Một trong những sơ đồ như vậy vẽ trên hình 2-6. Tranzito T5, T6 dùng làm tải động của tầng có tham số giống nhau, T5 được mắc thành điôt. Cách mắc như vậy còn được gọi là 5BEU xác định điện áp vào sơ đồ gương dòng điện. Dòng IC của T1 chảy qua T5 tạo nên điện áp

UBC

+ EC 1

UBE6. Vì T5 và T6 có tham số giống nhau nên IC6 giống IC1.Tín hiệu vi sai lấy ở cực góp T2.

bằng cân

6CI

IC2

. Dòng Khi En = 0 sơ đồ ở chế độ tĩnh, dòng I E 2

Rt +

IE1

IE2

> >

chảy qua T2 nên Ura= 0 vì itải = 0.

- EC 2

Giả thiết tín hiệu vào có cực tính như ở hình 2-6. Dưới tác dụng của En dòng IB1 tăng, và như vậy làm giảm dòng IB2. Sự thay đổi dòng cực gốc làm thay đổi dòng cực góp.

I. β+

I E 2

β−

I E 2

. Hình 2-6: Sơ đồ tầng vi sai có tải động kiểu gương dòng điện

I = nên I 1C 6C

Bởi vì dòng

β+

I E 2

−

I..2 β=

. Nên điện áp đầu ra trên tải: Khi đó dòng tải : Itải

β=

R.I..2 V

, Itải và cực tính điện áp ra. Nếu tải tín hiệu vào đổi dấu thì làm đổi chiều VI

Hệ số khuếch đại điện áp của tầng.

. Rt β (1 + +

U ra E n

2. R n

. Rt β 2. r + V

2. r B

). r β E

R n

[

]

(2-12)

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Khi Rn = 0:

R. β 1( β++

r). E

r B

(2-13)

RC1

RC2

EC1 -

Ur1

Ur2

UV1

UV2

Sơ đồ hình 2-6 có ưu điểm cơ bản là khả năng chịu tải cao và tải có ưu điểm nối đất và hệ số khuếch đại lớn khoảng vài trăm lần. Trở kháng vào có thể đạt hàng chục hoặc hàng trăm K Ω . Khi cần có trở kháng vào lớn hơn hàng chục ΜΩ dùng T1 và T2 là tranzito trường. Sơ đồ như ở hình 2-7. Nguyên lý làm việc tương tự như sơ đồ hình 2-4.

2.3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI

< <

- EC2 + Do vi mạch khuếch đại thuật toán có hai cửa vào. Khi đưa tín hiệu vào cửa đảo ta có mạch khuếch đại đảo, nếu đưa tín hiệu vào cửa thuận ta có mạch khuếch đại thuận.

Hình 2-7: Sơ đồ tầng vi sai dùng Tranzito trường. 2.3.1. Mạch khuếch đại đảo

Rht

Iht

Mạch khuếch đại đảo cho ở hình 2-8

R1 N

có thực hiện hồi tiếp âm điện áp qua Rht. Đầu vào thuận được nối đất. Tín hiệu qua R1 đưa tới đầu vào đảo. Nếu coi IC có trở kháng vào

vô cùng lớn tức ZV → ∞ thì dòng vào IC vô cùng bé I0 = 0, khi đó tải nút N có phương trình dòng điện. uV ura IV ≈ Iht

− V R

− 0 R

Từ đó có:

Hình 2-8: Mạch khuếch đại đảo (2-14)

→

U ra K

−=

U R

vì vậy 2-14 có dạng: Khi K → ∞ điện áp đầu vào

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Do đó hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại đảo K có hồi tiếp âm song song được

xác định bằng phần tử thụ động trong sơ đồ:

= −

htR R 1

(2-15)

1−=

, sơ đồ có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu). Nếu chọn Rht = R1 thì K

−=

I = V

R.I V

U R

ta có hay tức là điện áp Nếu R1= 0 thì từ phương trình

ra tỷ lệ với dòng điện vào. Mạch trở thành bộ biến đổi dòng thành áp.

∞→K

Rht

thì Vì U0 = 0 nên Rv = R1, khi

Rra = 0.

2.3.2. Mạch khuếch đại thuận

Ura

Mạch khuếch đại thuận có hình 2-9 gồm một mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo còn tín hiệu đặt vào cửa thuận.

Vì điện áp đặt vào giữa hai cửa rất bé, xem U0 = 0 nên quan hệ giữa UV và Ura xác

.U ra

1 R

R +

định bởi:

Hình 2-9: Mạch khuếch đại thuận

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch

khuếch đại thuận.

1 = +

U U

R R + ht R 1

R ht R 1

(2-16) _

∞=VR

Ura=UV

nên Vì +

I V = . Được dùng khi cần mạch khuếch đại có trở kháng vào lớn. Khi Rht = 0 và R1 = ∞ ta có sơ đồ bộ lặp lại điện áp với K = 1 (hình 2-10). Điện trở vào của mạch khuếch đại thuận rất lớn, bằng điện trở vào của IC, còn điện trở ra

R ra → .

Hình 2-10: Mạch khuếch đại lặp lại điện áp

2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG

Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán để khuếch đại tín hiệu một chiều có trị số nhỏ thì các sai

số chủ yếu do dòng điện tĩnh, điện áp lệch không và hiện tượng trôi gây ra.

Rht

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Các dòng điện tĩnh It, Iđ ở đầu vào bộ khuếch đại thuật toán thực chất là các dòng cực gốc tranzito tầng vào mạch khuếch đại vi sai. Dòng tĩnh cửa thuận It và dòng tĩnh cửa đảo gần bằng nhau. Các dòng tĩnh It và Iđ gây sụt áp trên các cửa vào. Do sự khác nhau trị số các điện trở cửa thuận T và cửa đảo Đ nên sụt áp này cũng khác nhau. Hiệu điện thế của chúng chính là điện áp lệch không. Để giữ cho điện áp lệch không nhỏ, trong mạch khuếch đại đảo, cửa thuận không đấu trực tiếp xuống đất mà đấu qua điện trở RC như trên hình 2-11.

R.R ht 1 R R +

+ RC có trị số bằng điện trở vào cửa đảo, nghĩa là:

Lúc đó dòng tĩnh gây ra trên hai đầu vào các sụt áp là It.RC và Iđ.(R1//Rht). Thường I t ≈ đ nên các sụt áp đó gần bằng nhau. Hình 2-11: Mạch khuếch đại mắc thêm điện trở RC

Thực tế It ≠ Iđ nên dòng tĩnh I0 = It - Iđ

còn gây ra một hiệu điện áp ở đầu vào, gọi là điện áp lệch không U0. Khi đó điện áp ra sai số là:

U).

r 0

R ht R

(2-17)

Để khử sai số này dùng các mạch bù điển hình ở hình 2-12. Việc bù điện áp lệch không được thực hiện theo nguyên tắc: một trong hai đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán với một nguồn điện áp biến đổi để có một điện áp ngược với điện áp lệch không trên.

Khi cần phải để trống cả hai cửa vào thì mắc mạch bù vào cửa khác có liên quan đến cửa vào. Cần phải chọn các linh kiện mạch bù sao cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc bình thường.

Ngoài ra còn có hiện tượng trôi điện áp đầu ra do lượng trôi điện áp đầu vào ΔU0 và lượng

trôi của dòng tĩnh vào ΔI0.

Lượng trôi điện áp đầu ra được xác định:

)

Δ=

Δ−

1.(U 0

R.I 0

R ht R

(2-18)

0UΔ

0IΔ là lượng trôi dòng lệch không đầu vào.

trong đó: là lượng trôi điện áp lệch không đầu vào.

Biến đổi (2-18) ta có:

1.(

Δ−

[ U). Δ

])R//R.(

R ht R

R R

(2-19)

Rht

Vào

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Rht

_ _ Vào

Hình 2-12: Mạch bù điện áp lệch không

Từ (2-19) rút ra kết luận:

- Nếu nguồn tín hiệu có trở kháng lớn (R1// Rht lớn) thì điện áp sai số ở đầu ra chủ yếu do trôi dòng lệch không đầu vào sinh ra. Ngược lại nếu nguồn tín hiệu có trở kháng nhỏ (R1 nhỏ) thì sai số đầu ra chủ yếu do điện áp lệch không đầu vào sinh ra. Do đó khi cần khuếch đại dòng một chiều nhỏ thì chọn R1 // Rht nhỏ, nếu cần khuếch đại điện áp một chiều nhỏ thì chọn R1 lớn.

Trong bộ khuếch đại tín hiệu xoay chiều không cần quan tâm đến vấn đề bù lệch không.

2.5. MẠCH CỘNG

2.5.1. Mạch cộng đảo

Mạch này các tín hiệu vào đưa tới cửa đảo. Sơ đồ hình 2-13. Coi các điện trở vào bằng

nhau.

...

Rht

R2 .....

Iht

Ura

Hình 2-13: Mạch cộng đảo

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Khi IV = 0 thì (vì RV của IC xem = ∞ )

... ++

.I n

2(U

)20

−=

−

U ra

UU( + 1 2

)U... n

∑

1i =

hay

...

≠

(

−=

... ++

)U. n

R R

R ht R

Tổng quát khi có:

)

−

... ++

.(R ht

U R

n ∑ α−= 1i =

= (2-21)

=α i

R ht R

Rht

với

2.5.2. Mạch cộng thuận

Ura

R ..... R

UV_

.U. ra

−

1 R

R +

UV+

Sơ đồ mạch điện ở hình 2-14, ở đây các tín hiệu vào đưa tới cửa thuận. Khi U0 = 0 điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và bằng. +

Khi dòng vào đầu thuận bằng không

(RV= ∞ ) ta có:

Hình 2-14: Mạch cộng thuận U

−

... ++

UU − R

− R

U...

U.n

UU +

−

Hay:

U...

UU +

1 R

R +

(cid:198)

Từ đó

U.(

)U...

+ 1 R.n

n ∑ U. 1i =

(2-22)

Chọn các tham số của mạch thích hợp để có thừa số đầu tiên của vế phải công thức (2-22)

+ 1 R.n

và khi đó: bằng 1

U...

UU +

∑

1i =

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

2.6. MẠCH TRỪ

Khi cần trừ hai điện áp người ta có thể thực hiện theo sơ đồ hình 2-15. Khi đó điện áp đầu

ra được tính theo

UKU.K + 1

(2-23)

Có thể tìm K1, K2 theo phương pháp cho điện áp vào từng cửa bằng không.

Cho U2 = 0 thì mạch làm việc như một bộ khuếch đại đảo. Ta có:

α−=

.U. 1

vậy

Khi U1 = 0 mạch trở thành mạch khuếch đại thuận có phân áp vào. Khi đó:

Ra /αa

2 R α

α b +1 α b

Ura

Hệ số phân áp:

α+

Rb /αb

α b α+

Khi đó

Hệ số khuếch đại

α+

α b α+

Hình 2-15: Mạch trừ

α+

α−

α b α+

nên Ura khi có U1, U2 là :

Nếu điện trở trên cả hai lối vào là như nhau tức là: αa = αb = α

α=

α−=

thì

U.(

α=

−

)U 1

(2-24) Vậy :

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

2.7. MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN

2.7.1. Mạch vi phân

Mạch vi phân là mạch điện áp đầu ra tỷ lệ với vi phân điện áp đầu vào, tức là

ra =

dU dt

, trong đó K là một hệ số.

Mạch vi phân dùng IC khuếch đại thuật toán như hình 2-18

V =

IV C I0

dU dt

Xem như U0 = 0; I0 = 0 nên

−=

R.I V

UV U0

Mà nên

+

.C.R

−=

dU dt

(2-26)

= C.RK

τ=

trong đó

Hình 2-18: Mạch vi phân

gọi là hằng số vi phân của mạch. Dấu (-) nói lên Ura ngược pha UV.

Khi tín hiệu vào là hình sin thì mạch vi phân làm việc như một bộ lọc tần cao.

2.7.2. Mạch tích phân

dtUk

∫=

Mạch tích phân là mạch mà điện áp đầu ra tỷ lệ với tích phân điện áp đầu vào.

trong đó k là hệ số.

IC C

Mạch tích phân dùng IC khuếch

IV R

đại thuật toán có mạch hình 2-19.

−

ra =

UV A

Tại nút A ta có IV = IC hay: _

+

dU dt

U V R

nên

−=

0ra

1 C.R

t ∫ Udt.U. 0

(2-27) Hình 2-19: Mạch tích phân

Ở đây Ura0 là điện áp trên tụ C khi

t=0 (là hằng số tích phân xác định từ điều kiện ban đầu)

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Thường khi t=0 UV = 0 và Ura = 0 nên

−=

t 1 ∫τ dtU. V 0

(2-28)

τ = R.C gọi là hằng số thời gian của mạch tích phân.

−=

U V C.R

U ra t Δ

Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc, tốc độ thay đổi của điện áp ra bằng:

nghĩa là ở đầu ra bộ tích phân có điện áp tăng hay giảm tuyến tính theo thời gian.

Đối với tín hiệu hình sin mạch tích phân trở thành mạch lọc thông thấp.

2.8. MẠCH TẠO HÀM LOGARIT VÀ LŨY THỪA

Trong thực tế thường cần tạo ra một điện áp Ur là hàm số nào đó của điện áp UV, tức là Ur = f(UV). ở đây f là một quan hệ hàm như hàm lôgarit, hàm mũ, hàm lượng giác... Ta xét một vài mạch tạo hàm cụ thể.

2.8.1. Mạch tạo hàm lôgarit

Mạch tạo hàm số lôgarit cho điện áp đầu ra: Ur = α1.ln(α2.UV)

.(exp

−

U ak nU

Muốn vậy ta có thể dùng biểu thức của dòng qua điốt ở phần cấu kiện điện tử

trong đó: IS là dòng điện ngược bão hoà.

UT là điện thế nhiệt KT/e0.

m là hệ số hiệu chỉnh. 1 < m < 2.

Uak là điện áp đặt lên điốt.

.exp

U ak mU

Trong miền làm việc ID >> IS gần đúng có thể coi:

U = ak

ln.U.m T

I I

Từ đó (2-29)

chính là hàm lôgarit cần tìm.

Để thực hiện quan hệ này, có thể sử dụng như hình 2-20. Nếu vi mạch khuếch đại thuật toán

là lý tưởng ta có thể tính như sau:

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

−=

D =

U V R

ln(

)

−=

.U.m T

U V R.I S

URa

UV U

rút ra:

Hình 2-20: Mạch logarit dùng điôt

Hình 2-21: Mạch logarit dùng Tranzitor nối kiểu điốt

Có thể thay điốt bằng tranzito nối kiểu điốt, khi đó loại trừ được m và mở rộng phạm vi làm việc của mạch.

Lúc này:

ln(

)

−=

.U T

V R.

(2-30)

Mạch điện ở hình 2-21.

2.8.2. Mạch tạo hàm đối lôgarit (hàm mũ)

Để tạo hàm đối lôgarit ta mắc phần tử phi tuyến là điốt hay Tranzito vào nhánh vào của IC

ID D

URa

(b)

(a)

khuếch đại thuật toán. Mạch nguyên lý được biểu diễn trên hình 2-22.

Hình 2-22: Mạch khuyếch đại đối loga

a) Mạch dùng điốt

b) Mạch dùng Tranzitor nối kiểu điốt

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Với mạch dùng điốt ta có:

.exp

U v mU

. R I

.exp

= −

U v mU

. (2-31) Nên

Với mạch b ta dùng tranzito đấu theo kiểu điốt, lúc đó

. R I

= −

U .exp v U t

. (2-32)

2.9. MẠCH NHÂN TƯƠNG TỰ

X Z k Y

Hình 2-23: Sơ đồ quy ước của mạch nhân tương tự

Mạch nhân tương tự có sơ đồ quy ước trên hình 2-23. Tín hiệu trên đầu ra của nó tỷ lệ với

tích các tín hiệu đặt lên hai đầu vào.

Z = k.X.Y.

Trong đó: X, Y Là các tín hiệu vào.

Z: tín hiệu ra

k: hệ số tỷ lệ còn gọi là hệ số truyền đạt của mạch nhân.

Trên hình 2-24 là sơ đồ mạch nhân điện áp và mạch tương đương của nó.Mạch nhân điện áp lý tưởng có trở kháng vào hai cửa ZVX, ZVY = ∞ và trở kháng ra Zr = 0. Hệ số truyền đạt lý tưởng không phụ thuộc vào tần số và trị số các điện áp vào UX, UY nghĩa là k là một hằng số.

Zra

ZVX

Ura

~

k.UX.UY

~

UY ZY

(a)

(b)

Hình 2-24: Mạch nhân điện áp và mạch nhân tương đương

Mạch nhân thực hiện bởi mạch khuếch đại lôga và đối lôga có sơ đồ khối như hình 2-25.

Tổng

exp

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Hình 2-25: Sơ đồ khối mạch nhân dùng mạch khuếch đại lôga và đối lôga

Gọi X = kX.UX

Y = kY.UY và Z = kZ.UZ.

trong đó kX, kY, kZ lần lượt là hệ số tỷ lệ của các điện áp vào UX, UY và điện áp ra UZ.

exp(lnU ln

)

Từ mạch trên ta có:

exp(ln

)

expln

Z k

X k

Y k

XY k k x y

tức là:

Suy ra:

.Y.X.

k z k.k x

(2-33)

Các mạch khuếch đại lôga và đối lôga đã xét ở tiết trước, còn mạch tổng nhờ vi mạch

khuếch đại thuật toán thực hiện.

2.10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC

Ở tần số cao thường dùng các mạch lọc thụ động RLC. ở tần số thấp các mạch lọc đó có điện cảm quá lớn làm cho kết cấu nặng nề và tốn kém cũng như phẩm chất của mạch giảm. Vì vậy trong phạm vi tần số ≤ 100kHz người ta hay dùng bộ lọc khuếch đại thuật toán và mạng RC- gọi là mạch lọc tích cực để lọc.

Khác với mạch lọc thụ động, mạch lọc tích cực được đặc trưng bởi ba tham số cơ bản: tần

số giới hạn ωC, bậc của bộ lọc và loại bộ lọc.

- Tần số giới hạn ωC là tần số tại hàm truyền đạt giảm đi 3 dB so với tần số ở trung tâm.

- Bậc của bộ lọc xác định độ dốc của đặc tuyến biên độ tần số ngoài giải tần. Bậc của bộ lọc

được tính bằng số tụ trong mạch lọc.

- Loại bộ lọc xác định dạng đặc tuyến biên độ tần số xung quanh tần số cắt và trong khu vực thông của mạch lọc. Cần chú ý rằng mạch điện của các loại bộ lọc thì giống nhau, chúng chỉ khác nhau ở giá trị các linh kiện RC mà thôi. Người ta quan tâm đến 3 loại bộ lọc: lọc Bessel, lọc Butteewroth và lọc Tschcbyscheff. Đặc tính của các bộ lọc đó như ở hình 2-26.

|Kd| (dB)

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

-10

-20

4 3 2 1

-30

-40

-50

=Ω

f gf

-60

0,01 0,03 0,1 0,3 1 3 10 30

Hình 2-26: Đặc tính biên độ- tần số của mạch lọc thông thấp bậc bốn:

1-lọc thụ động; 2-lọc Bessel; 3-lọc Butteewroth và 4-lọc Tschcbyscheff

Để tiện xét các mạch lọc, ta đưa vào hàm truyền đạt tổng quát của một mạch lọc thông thấp:

)p(d

p.Cp.C1

... ++

K +

p.C n

0d p.C 3

(2-34)

j Ω=

.j ω ω

trong đó: Ci là các hệ số thực, dương.

Bậc của bộ lọc chính là số mũ lớn nhất của p. Để thực hiện bộ lọc đó thuận lợi ta phân tích

mẫu số của biểu thức (2-34) thành tích các thừa số - có biểu thức:

)p(d

0d 2 )p.bp.a1( +

∏

(2-35)

Kd0 hệ số truyền đạt ở tần số thấp.

ai, bi là các số thực, dương.

Với bộ lọc bậc lẻ thì có một hệ số bi = 0.

Để tính toán các linh kiện của bộ lọc ta dựa vào loại mạch lọc, bậc của bộ lọc n và các hệ số ai, bi ( i là số thứ tự các mắt lọc ), fci / fc, hệ số phẩm chất của mắt lọc thứ i: Qi được tra theo bảng:

a. Bảng tham số của mạch lọc Butterworth (b¶ng 1).

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Bảng 1

i n ai(p) bi(p2) fCi/fC Qi

1 1,0000 0,0000 1,0000 - 1

1 1,4142 1,0000 1,0000 0,71 2

1 1,0000 0,0000 1,0000 - 3 2 1,0000 1,000 1,2720 1,00

1 1,8478 1,0000 0,7910 0,54 4 2 0,7654 1,0000 1,3900 1,31

b. Bảng tham số của mạch lọc Bessel (b¶ng 2).

Bảng 2:

i n Ai(p) bi(p2) fCi/fC Qi

1 1,0000 0,0000 1,0000 - 1

1 1,3617 0,6180 1,0000 0,58 2

1 0,7560 0 1,3230 - 3

2 0,9996 0,4772 1,4140 0,69

1 1,3397 0,4889 0,9780 0,52 4

2 0,7743 0,3890 1,7970 0,81

2.10.1. Mạch lọc tích cực bậc một

Loại này chỉ dùng cho mạch lọc thông thấp hay thông cao.

2.10.1.1. Mạch lọc thông thấp bậc một

Theo (2-35) khi đó hàm truyền đạt có dạng:

K do . pa 1+

(2-36)

Ura

Hình 2-27: Mạch lọc tích cực thông thấp bậc 1

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

Mạch điện như ở hình 2-27 a,b.

ω.

Mạch (a) ta có:

U U

.j1

C.R.

.p1

C.R.

1 ω+

j ω C

(vì )

K do = 1

C.R.

1 ω=

ở đây

Cω ; chọn R ta có

1 R.

a ω

Biết a,

.p1

C.R.

1 − ω+

Mạch b ta có:

.C.R

1 −=

K do

và . ở đây

Cω và chọn R ta cũng có:

1 R.

a ω

Khi biết 1a ,

2.10.1.2. Mạch lọc tích cực thông cao bậc một

Đổi chỗ R bởi C và C bởi R, ở mạch thông thấp ta có mạch lọc tích cực thông cao.

Mạch như ở hình 2-28.

Ura

Hình 2-28: Mạch lọc tích cực thông cao bậc 1

1 p ↔ p

Khi đó trong công thức 2-36 thay

1 C.R.

1 p

1 C.R.

Mạch a có:

K do =

ở đây:

1 C.R.

= 1 ω

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

1a ,

Cω và chọn C ta tính được:

1 C.C.a ω

Khi biết

−=

1 C.R. Cω

Mạch b:

1 −=

K do

ở đây:

Cω , chọn C ta tính được R (theo a) =

1 C.C.a ω

. và tương tự khi biết

2.10.2. Mạch lọc tích cực bậc hai

2.10.2.1. Mạch lọc thông thấp bậc hai

Mạch lọc tích cực thông thấp bậc hai có các dạng hồi tiếp âm một vòng, hồi tiếp âm nhiều

C2 R2

vòng, hồi tiếp dương một vòng như ở hình 2-29.

a) hồi tiếp âm một vòng b) hồi tiếp âm nhiều vòng

U2 (K-1)R3

c) hồi tiếp dương một vòng

Hình 2-29: Mạch lọc thông thấp bậc hai:

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

+ Xét mạch ở hình 2-29a ta có hàm truyền đạt (dùng phương trình điện thế nút):

U U

.p.21

C.R.

2 .p

C.C.R.

1 +

2 C

(2-37)

So sánh với (2-35) ta có:

C.R.

C.C.R.

.2 ω=

ω=

K do = ; 1

2 C

; .

C.b.4 1

Dựa vào loại bộ lọc xác định a1, b1, chọn trước C1 theo giá trị chuẩn và tính R, C2 theo:

C = 2

1 C.

a ω

;

.p1

ω+

2 .p) +

R.R.C.C. 2

R(C. 1

R/R 2 R.R 2 R

+ Với mạch 2-29b ta có:

K = do

)

ω=

R.(C. 1

R.R 2 R

Từ đây xác định:

ω=

R.R.C.C. 2

Cω ,

doK , chọn C1 và C2 tính được:

−

C.a 1

2 C.a 1

)K1.(b.C.C.4 1 do

2 .2

1 C.C. 1

Cho trước

R =

R 1 K

1 R.C.C.

và

1.(

)

.4 b 1

≥

+ 2

C 2 C 1

a 1

Để R2 có giá trị thực:

+ Với mạch 2-29c có hàm truyền đạt:

.p1

C.R).K1(

2 .p

ω+

−+

]

[ C.R 1

C.R 2

RRC.C. 2

(2-38)

Để đơn giản chọn K=1 khi đó (K-1).R3=0 .

Biểu thức trên viết lại:

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

.p1

ω+

1 2 .p)R +

R.(C. 1

R.R.C.C. 2

Kđ =

Nếu cho trước ωC, C1, C2 ta tính được Kđo, R1, R2.

−

C.a 1

C.C.b.4 1

2,1

2 C.a 1 .2 ω

2 C.C. 1

Kđo =1

Để R1,2 là số thực cần:

≥

b.4 1 2

C C

2.10.2.2. Mạch lọc thông cao bậc hai

Mạch cao bậc hai các dạng ở thể dùng thông thông lọc

thấp có hình 2-29. Trong đó phải đổi chỗ C và R cho nhau. Ví dụ mạch lọc thông cao bậc hai hồi tiếp

p =

1 p

K đ =

K −

C(R 2

1 p

+ 1 ω

1 2 p

)K1.(C.R)C + 2 C.C.R.R. 2

C.R.R.C. 1

, C bởi R và R bởi C vào công thức (2-38) ta có: dương một vòng có hình 2-30. Thay

Cho K=1 và C1 = C2 = C ta có:

1 2

1 p

1 1 2 p

R.R.C.

2 C.R. 1

. K đ =

= 1 ω

2 C.R. 1

ở đây K đo 1=

= 1 ω

2 C.a. 1

Ua (K-1)R3

1 2

R.R.C.

nên

a 1 b.C.

nên

Hình 2-30: Sơ đồ mạch lọc thông cao bậc hai một vòng hồi tiếp dương

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

2.10.2.3. Mạch lọc tích cực bậc hai thông giải

C1 - R Nếu mắc nối tiếp một mắt lọc thông thấp và một mắt lọc thông cao ta nhận được bộ lọc thông giải. Đặc tính tần số là tích tần số của hai khâu lọc riêng rẽ. C2 + UV R3 K = Kđ1.Kđ2 Ura

Mạch lọc tích cực thông giải bậc hai như

ở hình 2-31.

Hình 2-31: Mạch lọc thông giải 2.10.3. Mạch lọc tích cực bậc cao

Khi cần đặc tính biên độ, tần số của bộ lọc vuông góc người ta phải thực hiện bộ lọc bậc cao. Muốn vậy mắc nối tiếp các bộ lọc bậc một và hai đã biết. Lúc đó đặc tính tần số của mạch là tích các đặc tính tần số của các mạch riêng rẽ.

TÓM TẮT

Kết thúc chương hai yêu cầu người học hiểu và nắm được:

- Các tính chất chung của BKĐTT: Trở kháng vào rất lớn, lý tưởng Zv = ∞. Trở kháng ra rất nhỏ, lý tưởng Zr = 0. Hệ số khuếch đại điện áp rất lớn ký hiệu K0, lý tưởng K0 = ∞. Đặc tuyến truyền đạt BKĐTT nêu quan hệ điện áp ra Ur là hàm số của điện áp vào Uv. Khi Uv còn bé Ur tăng tuyến tính theo Uv. Khi Uv tăng mà Ur không tăng nữa là BKĐTT bão hoà. Ur = +Ur max gọi là bão hoà dương. Khi Ur = -Ur max gọi là bão hoà âm. Có thể xem gần đúng ⎜±Ur max ⎜ = E -2V khi nguồn nuôi đối xứng ±E.

- Đặc tuyến tần số mô tả quan hệ hệ số khuếch đại K0 theo tần số của tín hiệu vào. Do các tầng khuếch đại trong BKĐTT ghép trực tiếp nên nó có thể khuếch đại được tín hiệu một chiều. BKĐTT có khả năng nén tín hiệu đồng pha.

- Tầng khuếch đại vi sai: cấu tạo tầng khuếch đại vi sai, xác định hệ số khuếch đại điện áp của nó. Tầng khuếch đại vi sai có tải động kiểu gương dòng có hệ số khuếch đại rất lớn. với tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trường còn có ưu điểm trở kháng vào lớn.

- Mạch khuếch dại dùng BKĐTT có mạch khuếch đại thuận, khuếch đại đảo. Đặc điểm chung của các mạch khuếch đại hệ số khuếch đại của mạch phụ thuộc vào trị số các linh kiện ngoài được đáu nối để có hồi tiếp âm điện áp. Mạch khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại âm, tức là tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào. Mạch khuếch đại thuận cho tín hiệu ra cùng pha.

- Các phương pháp chống trôi và bù điểm không là tìm biện pháp để giữ cho đầu ra BKĐTT có điện áp ra bằng không ở chế độ tĩnh. Có thể dùng điện trở cân bằng RC để thực hiên như ở hình 2-11. Cũng có thể dùng mạch hiệu chỉnh nhờ điện áp nguồn nuôi như ở hình 2-12.

- Mạch cộng. Mạch cộng đảo là mạch các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa đảo. Điện áp đầu ra bằng trừ tổng tỷ lệ các điện áp đầu vào. Mạch cộng thuận là mạch các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa thuận. Đầu ra nhận được điện áp tỷ lệ với tổng các điện áp vào.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

- Mạch trừ tín hiệu đưa vào hai cửa. Tín hiệu bị trừ đưa vào cửa thuận. Tín hiệu trừ đưa vào

cửa đảo. Đầu ra nhận được điện áp tỷ lệ với hiệu của hai điện áp vào.

- Mạch tích phân cho điện áp ra tỷ lệ với tích phân điện áp vào. Khi cho tín hiệu vào mạch

là dãy xung vuông đầu ra nhận được dãy xung tam giác.

- Mạch vi phân cho điện áp ra tỷ lệ với vi phân của điện áp vào. Đầu ra mạch này nhận

được dãy xung nhọn có cực tính thay đổi khi đầu vào tác dụng vào dãy xung vuông.

- Mạch tạo hàm logarit cho tín hiệu ra tỷ lệ với loga tự nhiên của điên áp vào.

- Mạch tạo hàm mũ cho tín hiệu ra tỷ lệ với hàm mũ tự nhiên của tín hiệu vào.

- Mạch nhân tương tự cho tín hiệu ra tỷ lệ với tích tức thời của hai tín hiệu vào. Trong kỹ

thuật mạch nhân tương tự có thể dùng để điều chế tín hiệu, tách sóng tín hiệu.

- Mạch lọc tích cực. Cấu tạo mạch lọc tích cực gồm BKĐTT và các phần tử RC. Ưu điểm của mạch lọc tích cực dùng ở vùng tần số thấp là đơn giản gọn nhẹ và có phẩm chất lọc cao. Nếu dung mạch lọc thụ động L, R, C nặng, cồng kềnh do điện cảm L phải lớn, phẩm chất lọc kém do tiêu hao năng lượng nhiều. Bậc của bộ lọc tích cực là số tụ điện trong mạch lọc đó. Phân tích các loại mạch lọc thông thấp, thông cao, thông giải và chặn giải. Cách xác định giá trị các điện trở, tụ điện trong các mạch lọc tích cực nói trên.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

2.1. Nêu các tính chất của BKĐTT lý tưởng?

2.2. Tại sao khi dùng BKĐTT làm mạch khuếch đại phải đấu nối thêm linh kiện ngoài tạo hồi tiếp âm?

2.3. Trình bày mạch khuếch đại đảo?

2.4. Trình bày mạch khuếch đại thuận? Mạch khuếch đại lặp?

2.5. Nêu tác dụng của điện trở cân bằng Rc ở hình 2-11? Biểu thức tính giá trị Rc?

2.6. Trình bày mạch cộng thuận?

2.7. Trình bày mạch cộng đảo?

2.8.Trình bày mạch trừ?

2.9. Các mạch cộng, mạch trừ làm việc ở chế độ tuyến tính hay phi tuyến? Tại sao?

2.10. Trình bày mạch vi phân? ứng dụng của nó?

2.11. Trình bày mạch tích phân? ứng dụng của nó?

2.12. Trình bày mạch tạo hàm loga?

2.13. Trình bày mạch tạo hàm mũ?

2.14. Thế nào là mạch nhân tương tự?

2.15. Thế nào là mạch lọc thụ động, mạch lọc tích cực?

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

2.16 Tại sao ở dải tần số ≤ 100KHz ta nên dùng mạch lọc tích cực để thực hiện?

Rht

2.17. Cho mạch hình P2-17. Biết nguồn nuôi E = ± 12v, R1 = 10KΩ, Rht = 50KΩ

Hình 2-17.

a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?

b. Xác định trở kháng vào của mạch?

c. Xác định điện áp ra đối với mỗi giá trị sau của điện áp vào UV = 0v, -1v, 2v, -3v.

2.18 Cho mạch điện hình P2-17 với R1 = 1,2KΩ; Rht = 18KΩ, nguồn E = ±15v.

a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?

b. Xác định trở kháng vào của mạch?

c. Xác định điện áp vào đỉnh Uv để mạch hoạt động tuyến tính?

d. Xác định điện áp ra đối với mỗi giá trị sau của điện áp vào Uv = 0v; 0,4v;

0,8v; -1,2v;1,6v.

Rht

2.19. Cho mạch điện hình P2-19 với R1 = 10KΩ, Rht = 50K. Biết E = ±15v;

Hình P2-19.

a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?

b. Xác định trở kháng vào lý tưởng của mạch?

c. Xác định điện áp vào đỉnh để mạch hoạt động tuyến tính?

d. Xác định điện áp ra đối với mỗi giá trị sau của điện áp vào :

Uv = 0v ; -1v ;2v ;-3v ; 4v .

2.20. Cho mạch hình 2-19 với R1 = 12kΩ; Rht = 180kΩ; E = ±15v

a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

b. Xác định trở kháng vào lý tưởng của mạch?

c. Xác định điện áp vào đỉnh mà mạch hoạt động tuyến tính?

d. Xác định điện áp ra đối với mỗi giá trị sau của điện áp vào

Uv= 0v; -0,4v; 0,8v; -1,2 v.

2.21 .Cho mạch hình P2-21. Với Rht = 100kΩ, R1 = 100kΩ, R2 = 50kΩ, R3 = 25kΩ, nguồn E = ±15v

a. Viết phương trình Ur theo ba điện áp vào?

b. Xác định Ur khi U1 = 10v; U2 = 3v và U3 = -7v

Rht

c. Xác định Ur khi U1 = 8v; U2 = - 4v và U3 = 5v.

Hình P2-21.

2.22. Cho mạch hình P2-21. Với Rht = 100kΩ; R1 = 20kΩ; R2 = 10kΩ; R3 = 5kΩ. nguồn E= ±15v.

a. Viết phương trình Ur theo ba điện áp vào?

b. Xác định Ur khi U1 = -2v; U2 = 1,5v và U3 = - 0,8v.

2.23. Cho mạch hình P2-23. Với R1 = 10kΩ; R2 = 20kΩ. Nguồn E = ±15v.

Hình P2-23.

a. Viết phương trình Ur theo hai điện áp vào?

b. Xác định Ur với U1 = 3v; U2 = 3v.

c. Xác định Ur với U1 = 3v; U2 = -3v.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

d. Xác định Ur khi U1 = 5v; U2 = -5v.

2.24. Cho mạch hình P2-23 với R1 = 10kΩ; R2 = 50kΩ, nguồn E = ±15v.

a. Viết phương trình Ur theo hai điện áp vào?

b. Xác định Ur khi U1 = 4v; U2 = 4v.

c. Xác dịnh Ur khi U1 = 2v; U2 = 4v.

d. Xác định Ur khi U1 = 4v; U2 = -2v.

2.25 . Cho mạch điện hình P2-25 làm việc ở chế độ tuyến tính. Chứng minh điện áp ra Ur cho bởi công thức :

Hình P2-25.

Ur = (R3 + R4)(R2U1 + R1U2) / R3(R1 + R2).

2.26. Cho mạch P2-26. Biết R3 = 8,25kΩ; R6 = 4,7kΩ, nguồn E = ±12v.

Hình P2-26.

a. Thiết lập biểu thức tổng quát Ur theo các điện áp vào Ux, Uy, Uz và các tham số của mạch?

b. Xác định giá trị các điện trở R1, R2, R4 và R5 để mạch thực hiện được hàm số sau:

Ur = 2,5Ux - 4,7Uy + 4,1Uz.

2.27. Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại đảo là:

a. K = - R1 / Rht.

b. K = Rht / R1.

c. K = - Rht / R1.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

d. K = 1 + Rht/R1.

2.28. Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại thuận là:

a. K = R1 / Rht.

b. K = 1 + Rht / R1.

c. K = 1 - Rht / R1.

d. K = Rht/R1.

2.29. Điện trở cân bằng RC trong mạch khuếch đại đảo bằng:

a. RC = R1.Rht / (R1 + Rht).

b. RC = Rht + R1.

c. RC = Rht – R1.

d. RC = Rht.

2.30. Mạch cộng đảo là:

a. Mạch mà các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa thuận.

b. Mạch mà các tín hiệu cần cộng đưa vào của đảo.

c. Mạch mà các tín hiệu cấn cộng đưa vào cửa thuận và cửa đảo.

d. Mạch không có hồi tiếp âm.

2.31. Mạch cộng thuận là:

a. Mạch mà các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa thuận.

b. Mạch mà các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa đảo.

c. Mạch mà các tín hiệu cần cộng đưa vào của thuận và cửa đảo.

d. Mạch không có hồi tiếp âm.

2.32. Dạng xung đầu ra mạch vi phân khi đầu vào tác dụng dãy xung vuông la:

a. Dãy xung nhọn có cực tính thay đổi.

b. Dãy xung tam giác.

c. Dãy xung nhọn một cực tính.

d. Dãy xung nhọn âm.

2.33. Dạng xung đầu ra của mạch tích phân khi đầu vào tác dụng dãy xung vuông là:

a. Dãy xung tam giác.

b. Dãy xung nhọn.

c. Dãy xung hình thang.

d. Dãy xung vuông.

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

2.34. Nhược điểm của mạch lọc thụ động R, L, C ở tần số thấp là:

a. Mạch điện phức tạp.

b. Mạch nặng nề, tốn kém và phẩm chất của mạch giảm.

c. Mạch gọn nhẹ nhưng phẩm chất của mạch giảm.

d. Cả ý a và b.

2.35. Mạch lọc tích cực gồm các phần tử:

a. BKĐTT và các phần tử LC.

b. BKĐTT và các phần tử LR.

c. BKĐTT và các phần tử RC.

d. BKĐTT và các phần tử R, LC.

2.36. Ưu điểm của mạch lọc tích cực ở vùng tần số thấp là:

a. Gọn nhẹ, rẻ tiền và phẩm chất lọc cao.

b. Gọn nhẹ nhưng phẩm chất lọc giảm.

c. Phức tạp nhưng phẩm chất lọc cao.

d. Cả ý b và c.

2.37. Bậc của một bộ lọc tích cực được xác định bởi:

a. Số tụ điện tham gia trong bộ lọc.

b. Số điện trở tham gia trong bộ lọc.

c. Số tụ điện và điện trở tham gia trong bộ lọc.

d. Số các điện cảm tham gia trong bộ lọc.

2.38. Biên độ tín hiệu ra cực đại (đỉnh) trong các mạch dùng BKĐTT có nguồn nuôi đối xứng là:

a. (E – 2) Vôn.

b. E vôn.

c. E/2 vôn.

d. – (E – 2) Vôn.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

CHƯƠNG 3: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 3 giới thiệu các mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu hình sin (còn gọi là tín hiệu điều

hoà).

- Khái niệm về mạch tạo dao động sin. Yêu cầu của mạch tạo dao động sin là tạo ra tín hiệu

có biên độ, tần số ổn định cao.

- Điều kiện dao động của mạch tạo dao động hình sin: mạch tạo dao động sin có hai phần cơ

bản: phần mạch khuếch đại và phần mạch hồi tiếp. Mạch hồi tiếp thực hiện hồi tiếp dương.

- Mạch tạo dao động sin ghép biến áp loại mạch này phần tử khuếch đại là tranzito hoặc BKĐTT. Mạch hồi tiếp dùng biến áp để thực hiện. Khung dao động song song có hai phần tử LC.

- Mạch tạo dao động sin ba điểm. Loại mạch này khung dao động có ba phần tử điện kháng. Mạch khuếch đại cũng có thể là tranzito hoặc BKĐTT. Có mạch tạo dao động ba điểm điện dung (khung dao động có hai tụ điện, một điện cảm), mạch dao động ba điểm điện cảm (khung dao động có hai điện cảm, một tụ điện).

- Mạch tạo dao động sin ghép RC. Loại mạch này phần hồi tiếp ghép qua các mắt RC. Có

mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC, mạch tạo dao động sin Cầu Viên.

- Mạch tạo dao động sin có thạch anh. Loại mạch này cho tín hiệu ra có tần số ổn định cao do bản thân thạch anh có tần số dao động riêng rất ổn định. Có thể dùng thạch anh trong mạch tạo dao động sin ghép biến áp hay mạch tạo dao động sin ba điểm. Tuỳ vào mạch điện cụ thể mạch sẽ có tần số làm việc theo tần số dao động nối tiếp fq hay tần số dao động song song fp của thạch anh. Do mỗi miếng thạch anh chỉ có một tần số dao động cố định nên muốn điều chỉnh tần số dao động của mạch trong một phạm vi hẹp phải nối tiếp với thạch anh một tụ điện vi chỉnh, ký hiệu là CS.

- Mạch tạo tín hiệu sin kiểu xấp xỉ tuyến tính. Mạch này được dùng phổ biến trong các mạch tạo sóng chức năng. Nhờ mạch điện để tạo ra tín hiệu hình sin (gần đúng) khi đầu vào là dãy xung tam giác.

- Kết thúc chương yêu cầu người học nắm được thế nào là một mạch tạo dao động sin, phân tích chế độ một chiều và chế độ xoay chiều. Phân biệt được khối khuếch đại, khối tạo hồi tiếp dương và các xác định tần số dao đông của mạch.

NỘI DUNG

3.1. KHÁI NIỆM

Mạch tạo dao động là mạch khi có nguồn cung cấp nó tự làm việc cho ra tín hiệu. Sơ đồ

tổng quát một mạch tạo dao động như ở hình 3-1.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Yêu cầu mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu có biên độ, tần số ổn định cao, ít chịu ảnh hưởng

của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm.

ura

Để đạt các yêu cầu đó mạch tạo dao động

Mạch tạo dao động

cần:

+ Dùng nguồn ổn áp.

+ Dùng các phần tử có hệ số nhiệt

ura

độ nhỏ. Hình 3-1: Sơ đồ tổng quát của một mạch tạo dao động + Giảm ảnh hưởng của tải đến mạch

tạo dao động như mắc thêm tầng đệm.

uht

+ Dùng các linh kiện có sai số nhỏ.

+ Dùng các phần tử ổn nhiệt.

Đặc biệt khi cần có độ ổn định tần số cao trên 104 ta dùng thạch anh vào mạch tạo dao

6 10 − 8 − ÷

fΔ f

Hình 3-2: Sơ đồ khối đầy đủ của bộ tạo dao động. đạt được 10 . động. Khi đó

3.2. ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

.exp

K K =

jϕ k

khối; khối khuếch đại có hệ số khếch đại Để xét nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động ta dùng sơ đồ khối hình 3-2. Nó gồm hai và khối hồi tiếp có hệ số hồi tiếp

β β =

.exp j β ϕ

ht U

U =

.K =β

U..K β

VU và giả thiết

htU bằng nhau cả về biên độ và pha Vậy tín hiệu vào của mạch khuếch đại và tín hiệu hồi tiếp nên nối a với a , thì tín hiệu vẫn không thay đổi. Lúc đó ta có sơ đồ khối của mạch tạo dao động làm việc theo nguyên tắc hồi tiếp.

thì . với . Nếu đặt vào đầu vào tín hiệu

Như vậy trong sơ đồ này mạch chỉ dao động ở tần số mà nó thoả mãn:

.K =β

(3-1)

Với K và β là những số phức nên viết lại:

) 1

j .exp (

= .

. β

ϕ ϕ + β

(3-2)

trong đó: K: Mođun hệ số khuếch đại.

β: Mođul hệ số hồi tiếp.

ϕk: Góc dịch pha của bộ khuếch đại.

ϕk: Góc dịch pha của mạch hồi tiếp.

Có thể tách 3-2 thành hai biểu thức viết theo mođun và biểu thức viết theo pha:

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

(3-3) K.β = 1

(3-4) ϕ = ϕk + ϕβ = 2π.n.

ϕ là tổng góc dịch pha của bộ khuếch đại và mạch hồi tiếp, biểu thị sự dịch pha giữa Uht và

tín hiệu vào ban đầu UV.

Quan hệ 3-3 được gọi là điều kiện cân bằng biên độ. Nó cho thấy mạch chỉ có thể dao động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có thể bù được tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra. Còn điều kiện cân bằng pha (3-4) cho thấy dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp về đồng pha với tín hiệu ban đầu tức là hồi tiếp dương.

Thực tế để có dao động khi mới đóng nguồn β.K phải lín hơn 1 làm cho biên độ dao động tăng dần. Do tính phi tuyến của phần tử khuếch đại điểm làm việc đi vào vùng có S giảm làm K

.K =β

.K ≥β

giảm đến lúc mạch làm việc ở chế độ xác lập. Vậy điều kiện dao động của mạch là:

3.3. MẠCH TẠO DO ĐỘNG SIN GHÉP BIẾN ÁP

+Ec

Mạch tạo dao động sin ghép biến áp có

mạch hồi tiếp ghép qua biến áp ở hình 3-3.

* L2 *

ura

Trong mạch R1, R2 là bộ phân áp cấp điện áp một chiều cho cực gốc. R3,C3 là mạch ổn định nhiệt. L1, C1 là khung dao động, L2 là cuộn ghép lấy điện áp Uht, C2 tụ thoát, C4 là tụ lấy tín hiệu ra. Do tranzito mắc phát chung, tại tần số dao động có tải là điện trở thuần,nên Ura ngược pha Uvào. Như vậy để đảm bảo điều kiện cân bằng pha cần đấu cuộn L1, L2 có cực cùng tên chéo nhau.

)54( −

Tần số dao động của mạch do mạch cộng Hình 3-3: Mạch tạo sin ghép biến áp hưởng ở cực góp quyết định.

C.L..2

fdđ =

3.4. MẠCH DAO ĐỘNG SIN BA ĐIỂM

Mạch dao động sin ba điểm có thể dùng tranzito hay IC để khuếch đại. Với mạch dùng

tranzito mắc phát chung còn IC khuếch đại thuật toán có cửa thuận nối đất.

Khung dao động chứa ba phần tử điện

kháng thứ tự là X1, X2, X3.

Sơ đồ đối với thành phần xoay chiều như hình 3-4.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

ura

uht

X1 _

uht

ura

X3 + X2

Hình 4-4: Sơ đồ mạch dao động ba điểm với thành phần xoay chiều.

=β

X 2 XX + 1

Từ mạch điện ta có:

.K >β mà K < 0 nên cần β < 0 mặt khác tại tần số dao động

Để mạch dao động được cần

có:

X1 + X2 + X3 = 0

Kết hợp lại ta thấy X1, X2 phải khác dấu và X2, X3 phải cựng dấu, tức là:

- Nếu X1 là điện cảm thì X2, X3 là tụ điện, ta có mạch ba điểm điện dung.

+EC

- Nếu X1 là tụ điện thì X2, X3 là điện cảm, ta có mạch ba điểm điện cảm. Mạch điện dùng tranzito như hình 4-5.

ura ura

Hình 3-5: Mạch tạo dao động ba điểm

a) Ba điểm điện cảm.

b) Ba điểm điện dung.

Tần số dao động của mạch 3-5a là:

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

L.(C..2

1 +

)L 2

(3-6a) fdđ =

Tần số dao động của mạch 3-5b là:

1 .2 π

C C + 2 C.C.L 1

(3-6b) fdđ =

3.5. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN GHÉP RC

Các mạch tạo dao động RC thường dùng ở phạm vi tần số thấp, vì nếu dùng mạch LC kích thước quá lớn, do điện cảm L phải lớn. Trong mạch tạo dao động sin ghép RC, mạch hồi tiếp chứa các phần tử RC.

3.5.1. Mạch tạo dao động dùng mạch di pha RC trong mạch hồi tiếp

C C C

Uht

Ura

Uht

R R R1

R R R2

Hình 3-6

ura

Mạch điện dùng tranzito và IC khuếch đại thuật toán như ở hình 3-6.

. Hàm

Ở đây phần tử khuếch đại đảo pha 1800, nên mạch hồi tiếp cũng phải có góc pha 1800

truyền đạt và góc di pha mỗi khâu RC trên hình 3-6 xác định theo:

1 .j C. ω

(3-7a)

arctg

−

1 R.C.

(3-7b) ϕ =

Theo (3-7a) mỗi khâu RC chỉ tạo ra một góc di pha < 900 khi trị số R, C phù hợp. Như vậy để đảm bảo về pha mạch hồi tiếp ít nhất phải có ba mắt RC, mỗi khâu thực hiện di pha 600. Với trường hợp dùng 3 khâu RC như nhau ở hình 3-6 cần:

R1//R2//rBE = R. mạch dùng tranzito

R1//R2 = R mạch dùng IC.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Từ mạch điện ta có hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp:

=β

U U

.61

2 C.R.

C.R.

3 3 )C.R.

.5.(j

ω−

.j ω− 2 +

3 C.R. ω

(3-8)

Với K là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại thì:

=β

− 2 2 2 C.R.

ω .5.(j

.61

3 3 )C.R.

.K.j +

3 C.R. C.R. ω

ω−

(3-9)

.K =β

ta được : Cho

.61

2 C.R.

ω−

2 dd

(3-10) ⊕

Tần số dao động:

dd =ω

C.R.6

(3-11)

−=β

ddω vào (3-8) tính được

1 29

và ⊕ Thay

C.R.

3 C.R.

ω−

.K ω−=

3 dd

. (3-12)

nên K = -29 (3-13)

=β

R R

1 29

3 = 2

Mạch có hệ số hồi tiếp . Với mạch , nên cần mắc điện trở R2, R3 sao cho

dùng tranzito cần chọn điện trở RC và hệ số khuếch đại của tranzito β sao cho:

C ≥

R. r vt

(3-14)

3.5.2. Mạch tạo dao động dùng mạch cầu Viên

+ C2 R2

Ura

Hình 3-7: Mạch dao động cầu Viên

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Mạch điện ở hình 3-7. Ở mạch này Uht đưa vào cửa thuận, còn các phần tử ở cửa đảo để xác định độ khuếch đại của mạch.

.R 1

Từ mạch điện ta có:

Z 1

.j1

R 1 R.C. ω+ 1

1 .j C. ω 1 .j C. ω

(3-15)

C.R. 2 C.

1 .j C. ω

.j1 ω+ .j ω

(3-16)

=β

U U

Z 1 +

Hệ số hồi tiếp

Thay vào:

=β

ω−

.j ω .j ω+

C.C.R.R. 2

C.R 2

)C.R 2

C.R. 1 C.R.( 1

(3-17)

CCC == 1 2

Khi , thì :

=β

C.R. 2

.j ω 2 C.R.

C.R.

ω−

.3j ω+

(3-18)

Để mạch dao động được:

1 ==β

.C.R.3j

.K.j C.R. ω 2 2 C.R. +

ω−

(3-19)

2 C.R.

ω−

2 dd

Hay:

dd =ω

1 C.R

(3-20)

.KC.R.

C.R.

3 ω

ω=

(3-21) và

nên K = 3

ddω vào (3-18) được:

Thay

=β

1 3

(3-22)

R R

4 = 2 3

Để mạch tạo dao động được cần chọn các điện trở R3, R4 sao cho

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

3.6. MẠCH DAO ĐỘNG BẰNG THẠCH ANH

3.6.1. Tính chất và mạch tương đương của thạch anh

Khi cần mạch tạo dao động có tần số ổn định cao mà dùng các biện pháp thông thường như ổn định nguồn cung cấp, ổn định tải... vẫn không đảm bảo độ ổn định tần số theo yêu cầu thì phải dùng thạch anh để ổn định tần số. Thạch anh có những đặc tính vật lý rất đáng quý như độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác dụng hoá học.

Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thường sinh ra dao động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất dao động của thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương hình 4-8b. trong đó Lq, Cq và rq phụ thuộc vào kích thước khối thạch anh và cách cắt khối thạch anh. Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì Lq, Cq và rq càng nhỏ, nghĩa là tần số cộng hưởng riêng của nó càng cao. Lq, Cq, rq có tính ổn định cao. Cp là điện dung giá đỡ, tính ổn định của Cp kém hơn.

.j(

1 .j C. ω

−

Thường rq rất nhỏ, nên khi tính toán bỏ qua. Với giả thiết rq = 0 thì trở kháng tương đương của thạch anh xác định theo công thức:

C.(

q ω−

1C.L. q 2 )C.C.L. q p

.j ω+

1 .j C. ω

1 .j C. ω 1 .j C. ω

j.Xq

(3-23)

fq fP

b) Hình 3-8:

Hình 3-9 a:

a) Sơ đồ quy ước của thạch anh Đặc tính điện kháng của thạch anh

b) Sơ đồ tương đương về điện của thạch anh

Từ (3-23) suy ra thạch anh có hai tần số cộng hưởng: một tần số cộng hưởng nối tiếp fq ứng

pf ứng với Zp = ∞ .

với Zq= 0 và một tần số cộng hưởng song song

C.L.2

(3-24) Ta có :

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

1.f q

q C.C.L

1 2 π

Còn (3-25)

Cp càng lớn so với Cq thì fp càng gần với fq. Đặc tính trở kháng của thạch anh theo tần số biểu diễn ở hình 4-9a. Thường sản xuất thạch anh với tần số fq = 1khz đến 100Mhz. Các thạch anh tần số thấp hơn ít được sản xuất, và loại này kích thước lớn và đắt tiền.

Các tính chất về điện của thạch anh có thể tóm tắt như sau:

4 10

10 ÷

+ Phẩm chất cao Q =

R = td

q r.C q q

+ Tỷ số rất lớn, do đó trở kháng tương đương của thạch anh rất lớn.

C << q

+ .

10 −

≈

6 − ÷

f Δ f

+ Tính tiêu chuẩn của thạch anh rất cao, với khung dao động thạch anh có thể đạt được độ ổn định tần số.

Để thay đổi tần số cộng hưởng của thạch anh trong phạm vi hẹp ta mắc nối tiếp với thạch

SC như trên hình 3-9b. Khi đó

anh một tụ biến đổi

tần số dao động được xác định theo biểu thức: q

=′ q

1.f q

(3-26)

Hình 3-9b: Một biện pháp để

q +

thay đổi tần số cộng hưởng

riêng của thạch anh

3.6.2. Mạch điện bộ tạo dao động dùng thạch anh

Mạch điện bộ tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng song song cho ở hình 3- 10. Hình 3-10a là mạch ba điểm điện dung. Nhánh có thạch anh mắc nối tiếp với tụ điện CS tương đương một điện cảm, nghĩa là tần số dao động của mạch phải thỏa mãn điều kiện (3-27) và tụ CS chọn theo điều kiện (3-28)

(3-27)

ω<

1 C.

(3-28)

C << S

Trong đó Ltd là điện cảm tương đương của thạch anh. Ngoài ra CS còn phải thỏa mãn: C,C 1

Tần số dao động của mạch xác định gần đúng.

f ≈ dd

(3-29)

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Ở mạch 3-10b điều kiện pha chỉ thỏa mãn khi thạch anh tương đương một điện cảm tại tần

số dao động nghĩa là:

Lúc đó ta có mạch ba điểm điện cảm, khi đó:

C.L.2

+EC

(3-30)

+EC

(a)

(b)

Hình 3-10: Mạch tạo dao động thạch anh với tần số cộng hưởng song song

CS q M

Ở hình 3-11 là mạch tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp. Ở đây thạch anh được mắc trong mạch hồi tiếp và đóng vai trò như một phần tử ghép có tính chất chọn lọc đối với tần số.

+EC

Hình 3-11: Mach tạo dao động sin có thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp

f ≈ dd

Zq = do đó hạ áp trên thạch anh

thì trở kháng thạch anh Khi tần số dao động

f = dd

. nhỏ làm cho điện áp về cực gốc tăng, mạch có dao động với tần số dao động

3.7. MẠCH TẠO TÍN HIỆU SIN KIỂU XẤP XỈ TUYẾN TÍNH

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Hình 3-12: Xấp xỉ dạng hình sin bằng 4n những đoạn thẳng có góc nghiêng thay đổi

Trong máy tạo sóng đa chức năng (máy tạo hàm) nó đồng thời tạo ra tín hiệu xung vuông, xung tam giác và tín hiệu sin. Để nhận được tín hiệu hình sin từ xung tam giác, có bộ biến đổi "xung tam giác - hình sin’’ dựng phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính hoặc không tuyến tính. Phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính chia hình sin thành 4n phần nhỏ và thay thế mỗi phần bằng một đoạn thẳng có độ nghiêng khác nhau như ở hình 3-12.

Số n càng lớn thì độ chính xác càng cao và hệ số méo hình sin nhận được càng nhỏ. Một trong những sơ đồ thực hiện phương pháp này được mô tả trên hình 3-13. ở đây n = 6. Các điôt D1 ÷ D10 ở trạng thái ban đầu là tắt bằng các mức điện áp cho trước

1U±

5U±

VUˆ

+U1 +U2 +U3 +U4 +U5

D5 D7 D9

R3 R4 R5

Trong đó là biên độ xung tam giác ở lối vào. ⎜ ⎜<....<⎜ ⎜< VUˆ

-U1 -U2 -U3 -U4 -U5

D6 D8 D10

Hình 3-13: Mạch biến đổi xung tam giác - hình sin bằng phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính.

Khi UV tăng dần thì lần lượt các điôt thông và sau đó tắt (nhóm điôt lẻ làm việc ở nửa dương và điôt chẵn làm việc ở nửa âm của điện áp xung tam giác) tạo thành từng đoạn tín hiệu tuyến tính có độ dốc khác nhau. Độ dốc của từng đoạn này được xác định bởi hệ số phân áp tác động lên từng khoảng thời gian tương ứng. Khi điện áp vào Uv nhỏ, các điốt ngắt vì chúng được phân cực ngược. Lúc này hệ số khuếch đại của mạch K = 1 do đó Ur = Uv. Khi Uv tăng lên sao cho Uv > +U1 thì D1 thông, R0 và R1 tạo thành mạch phân áp nên hệ số khuếch đại của toàn mạch giảm, làm cho Ur tăng chậm hơn Uv. Khi Uv > +U2 thì D3 thông, R1//R2 cùng R0 tạo thành mạch phân áp có hệ số phân áp nhỏ hơn nữa, do đó tốc độ tăng của điện áp ra càng giảm...Cuối cùng khi D9 thông thì mạch có hệ số phân áp nhỏ nhất tương ứng với điểm cực đại của hàm hình sin. Tiếp

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

theo Uv giảm các điốt lẻ tắt dần làm cho hệ số phân áp của mạch lại tăng lên cho đến khi K = 1. Các điốt D2, D4..D10 cũng có tác dụng như vậy khi Uv < 0. Như vậy qua mạch này từ tín hiệu vào xung tam giác ta nhận được tín hiệu hình sin đầu ra.

TÓM TẮT

Nội dung chính của chương là phân tích các mạch dao động tạo tín hiệu sin thường gặp

trong kỹ thuật. Kết thúc chương yêu cầu người học cần hiểu và nắm được các vấn đề:

- Thế nào là mạch tạo dao động. Yêu cầu của một mạch tạo dao động là cho ra tín hiệu có biên độ tần số rất ổn định. Để đạt được điều đó mạch tạo dao động phải có nguồn nuôi ổn định, dùng linh kiện phải có sai số nhỏ, tìm biện pháp ổn định cho mạch và khi cần dùng tinh thể thạch anh.

- Điều kiện của mạch tạo dao động. Một mạch tạo dao động có hai phần: phần mạch khuếch đại và phần mạch hồi tiếp. Để mạch dao động được cần: mạch hồi tiếp luôn thực hiên hồi tiếp dương để ϕK + ϕβ = 2nΠ, tích hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại và hệ số hồi tiếp của mạch hồi tiếp phải lớn hơn 1. Khi dao động ổn định (xác lập) K.β = 1.

- Các mạch tạo dao động sin:

+ Mạch tạo dao động sin ghép biến áp. Mạch này tranzito mắc cực phát chung. Tại tần số cộng hưởng tải của tầng khuếch đại là điện trở thuần nên ϕK = Π. Muốn có hồi tiếp dương các cuộn L1, L2 của biến áp lấy điện áp hồi tiếp phải có cực cùng tên đấu chéo nhau. Khi đó ϕβ = Π. Tổng góc dịch pha bằng 2Π. Tần số dao động của mạch do phần tử L1C1 trong khung dao động quyết định.

+ Mạch tạo dao động sin ba điểm. Loại mạch này khung dao động có ba phần tử điện kháng. Do tranzito mắc cực phát chung, BKĐTT mắc cửa thuận chung nên tín hiệu sau khuếch đại ngược pha với tín hiệu vào. Vì vậy các phần tử điện kháng lấy hồi tiếp về cũng phải tạo ra góc dịch pha bằng Π để có hồi tiếp dương. Dựa trên cơ sở đó tìm các phần tử LC trong khung dao động ba điểm và có được mạch dao động ba điểm điện cảm, mạch dao động ba điểm điện dung. Tần số dao động của mạch do các phần tử trong khung dao động quyết định.

+ Mạch tạo dao động sin ghép RC. Loại mạch này phần hồi tiếp ghép qua các phần tử RC. Nó thích gợp tạo ra tín hiệu sin ở tần số thấp và có độ ổn định ở tần số cao. Mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC có ϕK = Π, có ϕβ = Π, đội lớn hệ số hồi tiếp β = 1/29, độ lớn hệ số khuếch đại của mạch K = 29 để Kβ = 1. Mạch tạo dao động sin cầu Viên do kết cấu mạch nên ϕK = 0, ϕβ = 0, hệ số hồi tiếp β = 1/3, hệ số khuếch đại K = 3 để Kβ = 1. Tần số dao động của mạch ω = 1/RC.

Các mạch tạo dao động sin trên có tần số dao động phụ thuộc vào các thông số LC hay RC của mạch. Muốn thay đổi tần số dao động của mạch có thể điều chỉnh giá trị một trong các thông số đó.

- Mạch tạo dao động sin có thạch anh. Do thạch anh có tần số dao động riêng rất ổn định, nên mạch tạo dao động dùng nó cũng có tần số rất ổn định. Tuỳ theo mạch dao động cụ thể, để thoả mãn điều kiện dao động mà mạch sẽ làm việc ở tần số cộng hưỏng nối tiếp hay tần số cộng

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

hưởng song song. Ở mạch hình 3-11 mạch có tần số dao động là fq vì tại đó điện áp hồi tiếp về khuếch đại lớn nhất (do Zq = 0) nên Ur lớn nhất và duy trì ở đó.

- Tụ CS mắc nối tiếp hay với thạch anh để điều chỉnh tần số dao động của mạch trong một phạm vi hẹp khi cần thiết.

- Mạch tạo tín hiệu sin kiểu xấp xỉ tuyến tính dùng để tạo tín hiệu sin từ dãy xung tam giác. Do mạch điện chứa các điện trở, các điốt cùng với các điện áp định thiên đã chọn sẽ làm thay đổi hệ số khuếch đại toàn mạch theo từng khoảng tín hiệu vào. Tín hiệu vào càng lớn thì hệ số khuếch đại của mạch càng giảm. Hệ số khuếch đại nhỏ nhất khi Uv bằng biên độ. Nhờ vậy đầu ra nhận được tín hiệu có dạng hình sin gãy khúc (gần đúng) khi tín hiệu vào là dãy xung tam giác. Tín hiệu ra càng chính xác (méo nhỏ) khi số điốt trong các dãy càng lớn.

Khi phân tích các mạch tạo dao động cần nắm được tác dụng các linh kiện, nguyên lý làm việc của mạch, các công thức xác định hệ số khuếch đại, hệ số hồi tiếp, tần số dao động và cách biến đổi tần số dao động khi có yêu cầu.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

3.1. Định nghĩa mạch tạo dao động?

3.2. Yêu cầu của một mạch tạo dao động sin?

3.3. Điều kiện dao đông của một mạch tạo dao động?

3.4. Trình bày mạch tạo dao động sin ghép biến áp?

3.5. Dựa trên cơ số nào để xác định các phần tử LC trong mạch dao động ba điểm?

3.6. Trình bày mạch tạo dao động sin ba điểm điện dung?

3.7. Trình bày mạch tạo dao động sin ba điểm điện cảm?

3.8. Trình bày mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC?

3.9. Trình bày mạch tạo dao động sin Cầu Viên?

3.10. Nêu nguyên tắc tạo tín hiệu sin từ tín hiệu tam giác?

3.11. Khi nào mạch tạo dao động sin cần có thạch anh?

3.12. Tại sao trong mạch tạo dao động sin ghép biến áp có thạch anh mắc nối tiếp ở cực gốc tần số dao động là tần số cộng hưởng nối tiếp fq?

3.13. Tại sao trong mạch tạo dao động sin ba điểm đã học có thạch anh, mạch phải làm việc khi thạch anh mang tính cảm?

3.14. Tại sao trong mạch tạo dao động phải có mạch khuếch đại?

3.15. Cho mạch điện như hình P3 – 15. Nguồn E = ±15v.

L 1

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

Hình P3-15.

a. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch?

b. Điều kiện để mạch dao động cho ra điện áp sin?

c. Cho R1 = R2 = R3 = 1kΩ. Phẩm chất của mạch cộng hưởng Q = 100. Tần số cộng

hưởng của mạch cộng hưởng fCH = 100kHz. Tính giá trị L và C?

Rht

3.16. Cho mạch điện như hình P3 – 16 là mạch dao động sin có mạch hồi tiếp dùng ba mắt RC. Nguồn E = ±15v.

Hình P3-16.

a. Vẽ dạng tín hiệu ra theo thời gian?

b. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch?

Rht

c. Cho tần số dao đồng fdd = 1kHz, điện trở R = 1kΩ. Tính giá trị các linh kiện còn lại?

3.17. Cho mạch dao động cầu Viên hình P3-17 có R1 = 10kΩ, R = 15kΩ, C = 0.02μF. Nguồn E = ±15V

Hình P3-17.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

a. Vẽ dạng tín hiệu ra?

b. Xác định tần số dao động của mạch?

c. Xác định trị số Rht cần thiết?

Rht

3.18. Cho mạch dao động cầu Viên tạo sóng sin có tần số điều chỉnh được từ 100Hz đến 1kHz ở hình P3-18. Biết R1 = 22kΩ, C = 0,01μF. Nguồn E = ±15v.

Hình P3-18.

a. Xác định trị số Rht?

b. Xác định khoảng biến đổi cần thiết của điện trở R?

3.19. Điều kiện dao động của mạch tạo dao động sin ở chế độ xác lập là:

Kβ= .

Kβ≥ .

Kβ≤ .

1βΚ < .

3.20. Mạch tạo dao động ba điểm điện dung là:

a. Mạch mà khung dao động có hai tụ điện và một điện cảm.

b. Mạch mà khung dao động có một tụ điện và hai điện cảm.

c. Mạch mà khung dao động có một tụ điện và một điện cảm.

d. Mạch mà khung dao động có ba phần tử L, R, C.

3.21. Giá trị điện trở R3 khi biết R2 trong mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC là:

a. R3 = 2R2.

c. R3 = 29R2.

b. R3 = 3R2.

d. R3 = 20R2.

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

3.22. Góc di pha của mạch hồi tiếp và gốc di pha của mạch khuếch đại trong mạch dao động sin ghép ba mắt RC là:

a. ϕk = 2Π, ϕβ = 0.

b. ϕk = 0, ϕβ = 2Π.

c. ϕk = Π, ϕβ = Π.

d. . ϕk = 2Π, ϕβ = Π.

3.23. Góc di pha của mạch hồi tiếp và góc di pha của mạch khuếch đại trong mạch dao động cầu Viên là:

a. ϕk = Π, ϕβ = Π.

b. ϕk = 0, ϕβ = 0.

c. ϕk = 2Π, ϕβ = 0.

d. ϕk = Π, ϕβ = 2Π.

3.24. Biểu thức xác định tần số dao động của mạch cầu Viên:

a. ω = 1/RC.

b. ω = 1/ 6RC.

c. ω = 1/3RC.

d. ω = 1/5RC.

3.25. Tác dụng của tinh thể thạch anh trong mạch tạo dao động sin là:

a. Để tạo dao động.

b. Để ổn định tần số dao động.

c. Để ổn định biên độ tín hiệu ra.

d. Để nâng cao hiệu suất của mạch.

3.26. Tác dụng của tụ CS đấu nối tiếp thạch anh trong mạch tạo dao động sin là:

a. Để ổn định tần số dao động.

b. Để điều chỉnh tần số dao động.

c. Để bảo vệ thạch anh trong mạch.

d. Để ngăn điện áp một chiều trong mạch.

100

Chương 4: Mạch xung

CHƯƠNG 4: MẠCH XUNG

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này trình bày các mạch tạo tín hiệu xung, gồm các vấn đề sau:

- Nêu khái niệm về tín hiệu xung: tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian. Các tham số của tín hiệu xung: biên độ xung, độ rộng xung, sườn xung. độ sụt đỉnh xung, chu kỳ xung, tần số lặp lại, hệ số lấp đầy.

- Chế độ làm việc của tranzito ở chế độ xung. Tranzito trong mạch xung làm việc ở hai chế độ cơ bản là chế độ tắt và chế độ bão hoà tuỳ thuộc vào điện áp đặt vào cực điều khiển ở đầu vào. Khi UBE ≤ 0 tranzito tắt, dòng cực góp IC = 0 điện áp UC đạt cực đại bằng EC, khi UBE > 0 đủ để IB ≥ Ibh thì tranzito bão hoà, dòng cực góp đạt cực đại IC = IC max, UC = 0.

- BKĐTT làm việc trong mạch xung: BKĐTT làm việc ở chế độ so sánh, đầu ra ở một trong hai trạng thái bão hoà dương, Ur = +Ur max hoặc bão hoà âm Ur = - Ur max tuỳ thuộc điện áp đầu vào điều khiển.

- Các mạch tạo xung:

+ Mạch trigơ Smít dùng để tạo xung vuông từ điện áp hình sin ở đầu vào. Xét mạch trigơ Smit đảo, tín hiệu hình sin đưa vào cửa đảo còn điện áp hồi tiếp dương đưa về cửa thuận của BKĐTT.

+ Mạch đa hài đợi. Mạch này có điốt mắc ở cửa đảo BKĐTT để có trạng thái ổn định ban

đầu. Mạch cho dãy xung vuông đầu ra có tần số bằng tần số xung vào.

+ Mạch đa hài tự dao động. Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito và mạch đa hài tự dao động dùng BKĐTT. Loại mạch này khi có nguồn nuôi nó tự làm việc tạo ra dãy xung vuông đầu ra. Tần số xung ra phụ thuộc vào thông số RC của mạch.

+ Mạch dao động nghẹt: mạch gồm tranzito và biến áp ghép chặt để tạo hồi tiếp dương sâu.

Mạch tự làm việc cho ra dãy xung vuông hẹp, có độ rỗng lớn.

- Mạch hạn chế: Mạch hạn chế có thể dùng điốt hoặc tranzito. Mạch dùng tranzito ngoài tác dụng hạn chế còn có tác dụng khuếch đại tín hiệu lớn lên. Xét mạch hạn chế dùng điốt lý tưởng (điốt tắt điện trở bằng vô cùng, điốt thông điện trở bằng không). Mạch hạn chế một phía là mạch cắt xén một phía biên độ của tín hiệu, mạch hạn chế hai phía cắt xén hai phía biên độ của tín hiệu. Mức hạn chế trong mạch hạn chế phải thoả mãn điều kiên về biên độ tín hiệu vào. Mạch hạn chế hai phía có mạch hạn chế hai phía song song, mạch hạn chế hai phía nối tiếp.

- Mạch tạo xung răng cưa: Loại mạch này dùng để tạo xung răng cưa điều khiển tia điện tử quét trong máy hiện sóng hoặc dùng trong các mạch điện tử khác. Xung răng cưa có các tham số: biên độ xung, thời gian quét thuận tqt, thời gian quét ngược (yêu cầu tqt >> tqn), hệ số phi tuyến ε và hiệu suất sử dụng điện áp η. Có một số mạch tạo xung răng cưa dùng mạch tích phân RC, dùng

101

Chương 4: Mạch xung

mạch có nguồn dòng, dùng mạch có tầng khuếch đại hồi tiếp. Khi phân tích cần chú ý các mạch cho xung đầu ra có biên độ lớn, méo phi tuyến nhỏ và hiệu suất cao.

- Mạch tạo tín hiệu tổng hợp giới thiệu sơ đồ khối của mạch tạo các tín hiệu xung vuông, xung tam giác và tín hiệu sin đồng thời. Nó được dùng phổ biến trong bộ tạo sóng dùng ở phòng thí nghiệm.

- Mạch tạo dao động điều khiển ở điện áp (VCO). Giới thiệu mạch đa hài tự dao động có tần số tín hiệu ra được điều khiển bằng điện áp. Quan hệ tần số với điện áp điều khiển theo quy luật tuyến tính.

Kết thúc chương này người học cần nắm được khái niệm tín hiệu xung, tranzito và BKĐTT

làm việc ở mạch xung, các mạch tạo xung, nguyên lý làm việc của mạch để tạo ra tín hiệu xung.

NỘI DUNG

4.1. TÍN HIỆU XUNG VÀ THAM SỐ

Tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian. Thường được gọi theo hình dạng của nó như

xung vuông, xung tam giác, xung nhọn …vv, như ở hình 4-1.

tqt tqn

Hình 4-1. Các dạng tín hiêu xung t

tx T

Các tham số cơ bản của tín hiệu. xung là biên độ, độ rộng xung, độ rộng sườn trước, sườn

sau, độ sụt đỉnh, hình 4-2.

- Biên độ xung xác định bằng giá trị lớn nhất của tín hiệu xung , ký hiệu Û.

- Độ rộng sườn trước và sườn sau xác định khoảng thời gian tăng, giảm của biên độ xung

trong khoảng 0,1Û đến 0,9Û.

102

Chương 4: Mạch xung

ΔU

Hình 4-2. Các tham số của tín hiệu xung t

ttr

- Độ rộng xung tx là khoảng thời gian tồn tại của tín hiệu xung.

- Độ sụt đỉnh xung ΔU thể hiện mức giảm biên độ ở đoạn đỉnh xung.

Với dãy xung tuần hoàn có các tham số đặc trưng sau:

- Chu kỳ lặp lại T, tần số xung f = 1/T.

- Hệ số lấp đầy δ = tx/T.

4.2. CHẾ ĐỘ KHÓA CỦA TRANZITO

+Ec

R1 1k

Trong các mạch xung tranzito làm việc ở chế độ khoá, như một khoá điện tử có hai trạng thái đặc biệt: tranzito tắt và tranzito thông bão hoà do điện áp đặt lên đầu vào quyết định, mạch ở hình 4-3.

Hình 4-3. Mạch khóa dùng tranzito

- Khi Uv ≤ 0 trazito tắt .Dòng Ib = o, Ic = 0 nên Ur =Ec.

- Khi Uv>0.Tranzito thông có dòng Ib, Ic.

Nếu thoả mãn điều kiện Ib ≥ Ib bh tức là Uv/Rb ≥ Ec/β Rc thì tranzito chuyển sang trạng thái bão hoà.

Lúc này Ur = Ec- Ic bh. Rc = Urbh = 0 (thực tế Ur bh = 0,4v)

- Khi tín hiệu vào chuyển đổi từ điều kiện UV ≤ 0 sang điều kiện UV >0, đủ lớn thì tranzito sẽ chuyển đổi tắt sang bão hòa, khi điều kiện ngược lại thì tranzito lại chuyển đổi từ bão hòa sang tắt.

103

Chương 4: Mạch xung

4.3. CHẾ ĐỘ KHÓA CỦA BKĐTT

Khi làm việc ở mạch xung, BKĐTT hoạt động như một kkhoá điện tử, điểm làm việc luôn nằm trong vùng bão hoà của đặc tuyến truyền đạt Ur = f(Uv). Khi đó điện áp ra chỉ nằm ở một trong hai mức bão hoà dương +Ur max và bão hoà âm- Ur max, ứng với các biên độ Uvào đủ lớn. Để minh hoạ hoạt động của khoá ta xét ví dụ điển hình là mạch so sánh.

Ura

Mạch so sánh điện áp dùng IC khuếch đại thuật toán cho ở hình 4-4. Đó là quá trình so sánh biên độ điện áp đưa vào với một điện áp chuẩn (Uch) có cực tính có thể dương hay âm. Thông thường điện áp chuẩn được định trước không đổi.

+Urama

Ura

Uvào

Uch

-Uramax

-E

(a)

(b)

+ Uch

+ + +Urama

-

Uvào

Ura

Uch

-Uramax

-E

(c)

(d)

Hình 4-4: Mạch so sánh điện áp dùng

a, c: IC khuếch đại thuật toán

b, d: Hàm truyền đạt

Trong mạch hình 4-4a, điện áp vào đưa tới cửa đảo còn Uch ở cửa thuận. Uch > 0.

Hiệu điện áp U0 = UV-Uch giữa hai đầu vào của IC sẽ xác định hàm truyền đạt của nó. Do hệ

số của khuếch đại của IC rất lớn, xem K0 = ∞ nên:

- Khi UV < Uch thì U0 < 0 do đó Ura = + Uramax

- Khi UV > Uch thì U0 > 0 do đó Ura = - Uramax

- Khi Ura = +Uramax thì ta nói IC bão hoà dương.

- Còn Ura = -Uramax thì ta nói IC bão hoà âm. Đặc tuyến truyền đạt hình 4-4b.

104

Chương 4: Mạch xung

Về giá trị điện áp ra bão hoà thấp hơn nguồn nuôi 2 vôn.

Ở hình 4-4b điện áp vào đưa đưa tới cửa thuận còn điện áp chuẩn ở cửa đảo. Trong trường

hợp này khi:

- UV < Uch thì Ura = -Uramax

- UV > Uch thì Ura = +Uramax. Đặc tuyến truyền đạt hình 4-4d.

Với Uch < 0 đặc tuyến có dạng như trên nhưng nằm ở phía trái góc toạ độ một khoảng bằng

–Uch. Với Uch = 0 đặc tuyến nằm ngay ở góc toạ độ.

Khi làm việc với tín hiệu xung biến đổi nhanh cần chú ý đến tính quán tính (trễ) của IC thuật toán. Với các IC thuật toán tiêu chuẩn hiện nay thời gian tăng của điện áp ra khoảng V/μs. Trong điều kiện tốt hơn nên sử dụng các IC chuyên dùng có tốc độ chuyển biến nhanh hơn như loại μA710, A110, LM310 -339; loại này đạt mức tăng V/ ns.

4.4. TRIGƠ

Ura

Uvào

Trigơ là mạch có hai trạng thái ổn định. Khi có nguồn mạch ở một trạng thái ổn định nào đó. Có một xung vào mạch chuyển đổi trạng thái một lần . Như vậy cứ hai xung vào mạch cho một xung ra . Mạch trigơ có thể dùng tranzito hay IC thuật toán. Ta xét mạch trigơ Smít dùng IC thuật toán khi tác dụng đầu vào là điện áp sin đưa vào cửa đảo. Mạch điện và dạng điện áp ở hình 4-5.

U1(+)

Ura

+Ura max _

Uvào

+

U1(-)

Tra

(a)

(b)

- Ura max

Hình 4-5: Trigơ Smít và dạng điện áp vào, ra

Từ dạng sóng ta thấy khi uv có giá trị âm lớn, mạch ở trạng thái bão hoà dương Ur = +Urmax ,

=+ )

.R 1

U max R +

+ R 1

trên lối vào thuận có . Uvào tăng dần, trạng thái này vẫn không đổi cho tới khi

UV > U1(+) điện áp vào hai đầu IC đổi dấu nên đầu ra đột biến sang trạng thái bão hoà âm, Ura = -

=− )(1

.R 1

max R

U r +

− R 1

. Umax lập tức qua mạch phân áp đưa về cửa thuận điện áp

105

Chương 4: Mạch xung

Điện áp vào tăng lên rồi giảm xuống. Khi UV < U1(-), điện áp đầu vào IC đổi dấu làm đầu ra IC lật trạng thái sang bão hoà dương Ura=+Urmax. Và cứ như vậy, khi tác dụng điện áp sin vào cửa đảo, đầu ra ta nhận được dãy xung vuông có độ rộng xung tx=Txvào/2.

Txra=Txvào (4-1)

Để mạch có hai trạng thái ổn định cần thoả mãn điều kiện:

1K. ≥

R 1 R +

(4-2)

trong đó K là hệ số khuếch đại không tải của BKĐTT.

4.5. MẠCH ĐA HÀI ĐỢI

Mạch đa hài đợi có hai trạng thái, trong đó có một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định. Khi có nguồn mạch ở trạng thái ổn định. Có xung kích thích mạch chuyển sang trạng thái không ổn định một thời gian rồi tự trở về trạng thái ổn định ban đầu chờ xung kích thích tiếp. Như vậy cứ một xung vào mạch chuyển đổi trạng thái hai lần cho một xung vuông ra. Mạch có thể dùng tranzito hay IC thuật toán.

Mạch đa hài đợi dùng IC thuật toán ở hình 4-6a và dạng điện áp ở các cực như ở hình 4-6b.

−

R 1

Ban đầu mạch ở trạng thái ổn định, đầu ra bão hoà âm, Ura= -Umax. Qua mạch phân áp đưa

=− )(1

. max + R

U R 1

về cửa thuận điện áp điốt D được phân cực thuận, thông nên UC = 0. Tại t =

t1 có xung nhọn cực tính dương tới đầu vào. Nếu biên độ đủ lớn vượt quá giá trị u1(+), sơ đồ lật trạng thái sang bão hoà dương Ura= +Urmax.Qua mạch hồi tiếp dương đưa về cửa thuận

.R 1

=+ )

r max R +

U R 1

, điốt D tắt. Sau t1 điện áp ra Urmax nạp điện cho tụ C làm cho UC tăng lên. Tới

t2, UC > U1(+) đầu vào của IC có điện áp đổi dấu, đầu ra IC lật sang trạng thái bão hoà, Ura= -Urmax.

Qua bộ phân áp lại đưa về điện áp U1(-), tụ C phóng điện qua R hướng tới -Urmax, đến t1 = t3;

uC = 0, điốt D thông trở lại mạch trở về trạng thái đợi ban đầu.

Với mạch có nguồn nuôi đối xứng để Urmax= |-Urmax| ta xác định được độ rộng xung ra (khoảng thời gian mạch ở trạng thái không ổn định) là:

.C.R

1ln(

)

R R

(4-3) tx=

Thời gian phục hồi tph là thời gian mạch trở về trạng thái ổn định ban đầu, xác định theo biểu thức:

.C.R

1ln(

)

R 1 R +

(4-4) tph =

Để mạch làm việc bình thường, chu kỳ xung vào cần thoả mãn điều kiện:

106

Chương 4: Mạch xung

Txvào > tx + tph. (4-5)

Chu kỳ xung ra bằng chu kỳ xung vào:

Uvào

Txra = Txvào.

_

D C

_

Tvào

Ura

UC = UN

β.Ura max

-β.Ura max

+ +Ura max UP

Ura

- Ura max

Hình 4-6: +Ura max a) Mạch đa hài đợi

b) Dạng điện áp -Ura max

4.6. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI TỰ DAO ĐỘNG

4.6.1. Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito

Có mạch điện như ở hình 4-7 và điện áp các cực theo thời gian ở hình 4-8. Mạch gồm hai tranzito mắc phát chung, đầu ra T1 ghép tới đầu vào tầng T2 qua tụ C1, còn đầu ra tầng T2 ghép trở lại qua tụ C2. Như vậy mỗi tầng gây di pha một góc 1800, hai tầng di pha 3600, bảo đảm hồi tiếp dương khi mạch làm việc.

Khi có nguồn hai tụ C1, C2 thay nhau nạp điện và phóng điện, hai tranzito thay nhau thông (bão hoà), tắt tạo cho mạch có hai trạng thái cân bằng không ổn định: T1 tắt, T2 thông (bão hoà) và T1 thông (bão hoà), T2 tắt và tự chuyển đổi trạng thái cho nhau, đầu ra nhận được dãy xung vuông.

Xem như mạch đã bình thường, xung ra có biên độ ổn định, xét tại thời điểm mạch đang ở trạng thái T1 tắt, T2 thông (bão hoà). Lúc này tụ C2 (trước đó nạp điện) đang phóng điện từ +C2 qua T2, nguồn E, qua điện trở R 3 đến -C2 đặt điện áp âm lên cực gốc T1 làm cho uB1 < 0 giữ T1 tắt trong một khoảng thời gian.

107

Chương 4: Mạch xung

+EC

R3 C2

Hình 4-7:

Ura2

T1 Ura1

UB1

UB2

UB1

Ura1

UB2

Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito

Hình 4-8:

Ura2

tX1

tX2

Dạng xung các cực của mạch đa hài

r 2BET

đến -E Đồng thời với quá trình đó, tụ C1 nạp điện từ +E qua R1 đến +C1, -C1 qua

nhanh chóng đến điện áp bằng E (do trong mạch có R1<

Do C2 phóng làm cho uB1 tăng dần, khi UB1> 0 T1 thông xuất hiện dòng IB1, IC1 và tăng lên làm cho Ura1 giảm, qua tụ C1 dẫn đến UB2 giảm, dòng T2 giảm và Ura2 tăng. Qua C2 lượng tăng đưa vào cực gốc T1 làm cho UB1 tiếp tục tăng, dòng đèn T1 tiếp tục tăng. Hồi tiếp dương xẩy ra nhanh chóng (xem như tức thời) làm cho T1 thông (bão hoà), T2 tắt.

r 1BET

Tiếp theo tụ C1 lại phóng điện qua T1, nguồn E và điện trở R2 giữ cho T2 tắt trong một , nhanh chóng đến điện áp khoảng thời gian. Tụ C2 nạp điện từ nguồn E qua R4 và điện trở

bằng E do có R4<

108

Chương 4: Mạch xung

Dòng phóng giảm làm cho UB2 tăng lên . Khi UB2 > 0 T2 thông trở lại, T1 tắt mạch chuyển sang trạng thái ban đầu.

+ Điều kiện làm việc của mạch:

Để xung ra vuông, tụ C nạp điện nhanh hơn khi tụ phóng phải có: R1,4<

+ Các tham số xung ra:

Biên độ xung ra:

Λ U r ≈

(4-6)

Độ rộng xung tx1 là thời gian T1 tắt, tụ C2 phóng điện qua R 3 nên tx1 được tính:

tx1 = R 3 .C2ln2 ≈ 0,7 R 3 .C2. (4-7)

Tương tự tx2 là thời gian T2 tắt, tụ C1 phóng điện qua R2 nên tx2 được tính:

tx2 = R2.C1ln2 ≈ 0,7R2.C1 (4-8)

Chu kỳ dao động của mạch:

T = tx1+tx2 = 0,7(R3.C2+R2.C1) (4-9)

Tần số dao động của mạch:

1 T

C.R(7,0

)C.R 2 1

(4-10) f =

Với mạch đối xứng ta có:

R1 = R4 = RC; R2 = R 3 = RB.

C1=C2=C, các tranzito T1, T2 cùng loại, cùng tham số thì: tx1=tx2

tx1 = tx2 = 0,7.RB.C

T = 2tx = 1,4.RB.C

1 C.R.4,1

1 T

(4-11) f =

4.6.2. Mạch đa hài tự dao động dùng bộ khuếch đại thuật toán

Mạch đa hài tự dao động dùng IC thuật toán và dạng xung ở các cực theo thời gian như ở

hình 4-9.

Phân tích nguyên lý làm việc của mạch bắt đầu tại thời điểm mạch đang ở trạng thái bão

hoà dương Ura = +Urmax. Lập tức qua mạch phân áp R1 R2 cho điện áp hồi tiếp:

109

Chương 4: Mạch xung

β= U .

u (1

=+ )

R 1

max

r max + R

U R 1

+Urmax

U1(+)

0 U1(-)

Ura

(4-12)

U1(+)

βUrmax

(a)

0 U1(-)

-Urmax

Ura

- βUrmax

+Urmax

Hình 4-9:

Tra

(b)

a. Bộ đa hài trên cơ sở bộ khuếch đại thuật toán. -Urmax b. Đồ thị thời gian.

Tụ C (trước đó nạp điện) phóng điện qua +E, đầu ra IC, điện trở R, rồi nạp tiếp làm cho UC tăng lên. Khi UC > U1(+) thì đầu ra lập tức đột biến về -Urmax, mạch chuyển sang trạng thái bão hoà âm.

Qua mạch phân áp R1 R2 đưa về một điện áp:

β−= U

R 1

max

=− )(1

max R

U r +

− R 1

. (4-13)

Tụ C phóng điện qua đầu ra IC, qua điện trở R làm cho uC giảm xuống, rồi nạp tiếp về phía - Urmax. Khi UC < U1(-) thì đầu ra đột biến từ -Urmax về +Urmax, mạch chuyển sang trạng thái bão hoà dương ban đầu. Cứ như vậy mạch tự làm việc chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác cho dãy xung vuông ở đầu ra.

Khi nguồn nuôi đối xứng có +Urmax= |-Urmax| thì độ rộng xung tx được xác định:

.C.R

1ln(

)

R2 R

(4-14) tx =

Nếu chọn R1 = R2 thì:

tx = R.C.ln3 ≈ 1,1R.C (4-15)

110

Chương 4: Mạch xung

Chu kỳ dao động:

T = 2tx ≈ 2,2 R.C

Tần số dao động:

1 T

1 C.R2,2

(4-16)

R'' D2

Ura

UC(t)

+Urmax

Khi cần dạng xung ra không đối xứng ta dùng mạch ở hình 4-10.

R' D1 _

ura

-Urmax

tX1

tX2

(a)

(b)

Hình 4-10:

a. Mạch đa hài không đối xứng

b. Đồ thị thời gian dạng xung ra

Bằng cách thay đổi giá trị tương quan giữa R' và R'' sẽ thay đổi được tx1 và tx2. Khi R' + R''

không đổi thì chu kỳ T = tx1 + tx2 sẽ được giữ nguyên.

4.7. MẠCH DAO ĐỘNG NGHẸT (BLOCKING)

Mạch dao động nghẹt gồm một tranzito mắc phát chung và một biến áp xung có hồi tiếp dương sâu - nhờ đó tạo ra xung vuông có độ rộng hẹp cỡ (10-3÷10-6)s và biên độ lớn. Mạch điện và dạng điện áp ở hình 4-11.

Trong mạch biến áp xung có ba cuộn. Để có hồi tiếp dương cuộn WB và WC có cực tính ngược nhau. Cuộn Wt lấy tín hiệu ra tải. Điốt D dùng hạn chế xung cực tính âm ra tải. Điện trở R(<

n = t

w n = B w

w C w

; (4-17)

Xét loại mạch nghẹt tự dao động. Xem như mạch đã làm việc ổn định, xung ra như hình vẽ. Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1 tranzito T đang tắt, IB, IC = 0, lúc này tụ C đang phóng điện từ +C qua cuộn WB, đất, nguồn EC, RB, R, → -C làm cho UB < 0, Ur = EC. Đến t1 UB > 0 đủ để T thông dòng IB, IC xuất hiện và tăng lên. Trên WC xuất hiện sức điện động chống lại sự tăng của IC

111

Chương 4: Mạch xung

+EC

D Ut

có cực dương ở trên, cảm ứng qua cuộn WB điện áp U2 có cực dương ở phía dưới. Qua tụ C và điện trở R đặt vào cực gốc làm cho UB càng dương. Hồi tiếp dương xảy ra nhanh chóng đưa tranzito T sang chế độ bão hoà (cid:198) UB đạt cực đại, IC ≈ IC bh nên Ur= 0.

Ur EC

tph

Hình 4-11: Mạch dao động nghẹt và điện áp các cực

Tiếp theo là thời gian nạp điện của tụ C bởi điện áp U2 trên cuộn WB. Do C nạp UC tăng lên làm cho UB giảm xuống vì thực tế trong quá trình này U2 hầu như không đổi (mà U2 = UB + UC) t1 ÷ t3 là thời gian thiết lập đỉnh xung.

Đến t2 do UB giảm làm tranzito rời khỏi chế độ bão hoà nên IB giảm kéo theo IC giảm. Trên cuộn WC xuất hiện sức điện động chống lại sự giảm của IC có cực âm ở phía trên. Nó cảm ứng qua cuộn WB điện áp U2 có cực âm phía dưới làm cho UB càng giảm, IB, IC càng giảm. Hồi tiếp dương lại xẩy ra nhanh chóng đưa tranzito sang chế độ cắt, tắt, IB, IC=0. Do sức điện động chống lại sự giảm của dòng IC trên cuộn WC mà ur có mức biên độ điện áp lớn hơn nguồn nuôi EC.

Sau đó tụ C lại phóng điện như quá trình ban đầu. Khi cần lấy xung ra tải có cực tính dương

U = t

E C n

Điốt D dùng để hạn chế (cắt bỏ) phần ta quấn cuộn Wt ngược chiều WC với biên độ

xung âm.

Các tham số của xung ra:

- Độ rộng xung: là thời gian nạp điện của tụ C.

.C).

ln(

)

rR( + V

′β R. t +

R.(n B

)r V

(4-18) tx = t2 - t1 =

trong đó: rV là điện trở vào của tranzito.

112

Chương 4: Mạch xung

R =′ t

2 R.n 1

là tải phản về mạch cực góp.

β là hệ số khuếch đại tĩnh của tranzito.

- Thời gian phục hồi t2 ÷ t3 là thời gian phóng điện của tụ C và được xác định bởi:

1ln(

)

.R.C B

1 n

(4-19) tph = t3 - t2 =

- Bỏ qua thời gian tạo sườn thì chu kỳ dao động là:

T = tx + tph

- Tần số dao động là:

1 T

1 +

(4-20)

4.8. MẠCH HẠN CHẾ BIÊN ĐỘ

Mạch hạn chế biên độ còn gọi là mạch xén biên, trong đó tín hiệu ra ur luôn tỷ lệ với tín hiệu vào uV nếu uV chưa một giá trị, một mức ngưỡng cho trước, còn khi uV vượt quá mức ngưỡng thì tín hiệu ra ur luôn giữ ở một giá trị không đổi. Các linh kiện tích cực được sử dụng trong mạch hạn chế thường là điốt, tranzito hay IC. Sau đây ta sẽ nghiên cứu các mạch hạn chế dùng điốt lý tưởng (tức là các điốt mà ở trạng thái tắt điện trở bằng vô cùng, thông có điện trở bằng không).

Ura

(b)

(a)

E 0

(d)

(c)

Tuỳ theo cách mắc điốt là nối tiếp hay song song với tải, người ta phân biệt thành mạch hạn chế nối tiếp hay hạn chế song song. Cũng có thể phân loại theo chức năng hạn chế ở mức trên, hạn chế ở mức dưới (một phía) hoặc hạn chế ở hai mức (hai phía).

Hình 4-12: Mạch hạn chế trên 113

Chương 4: Mạch xung

Mạch hạn chế một phía mắc song song cho ở hình 4-12a. Ở mạch này khi UV ≤ E điốt tắt nên Ur = Uv. Ngược lại khi UV > E điốt thông Ur = E (lúc này UV sụt áp tất cả trên R). Đây là mạch hạn chế ở mức trên.

Mạch hạn chế nối tiếp ở hình 4-12b, khi UV < E điốt thông, nối tắt lối ra với lối vào nên Ur

= UV. Ngược lại khi UV > E điốt tắt nên Ur = E.

Trên hình 4-12c là dạng tín hiệu ra khi tín hiệu vào là hình sin, còn hình 4-12d là đặc tuyến

truyền đạt của mạch hạn chế trên.

Trong các mạch đã nêu, nếu ta đổi chiều các điốt thì mach sẽ thực hiện chức năng hạn chế ở mức dưới. Ví dụ mạch hạn chế song song ở hình 4-13a, khi UV < E, D thông nên Ur= E. Trường hợp UV ≥ E, D tắt nên Ur = uV. Còn trong mạch hạn chế nối tiếp ở hình 4-13b, khi UV ≤ E điốt tắt nên Ur = E, khi UV > E điốt thông nên Ur = UV.

Trên hình 4-14a, b là mạch hạn chế hai phía trong đó E2 > E1

Mạch hạn chế song song hình 4-14a khi UV < E1 thì D1 thông, D2 tắt do đó Ur=E1. Nếu UV > E2 thì D2 thông ,D1 tắt nên Ur = E2. Khi tín hiệu vào biến thiên trong phạm vi E1 ≤ UV ≤ E2 thì D1, D2 đều tắt nên Ur = UV.

Mạch ở hình 4-14b cũng có nguyên lý tương tự nhưng cần chọn R2>>R1.

Ura

(a)

(b)

Ở các mạch hạn chế thực tế dạng tín hiệu phụ thuộc rất nhiều vào thông số thực của các linh kiện trong mạch, phụ thuộc giá trị tải cũng như điện dung ký sinh. Các yếu tố đó có thể gây méo dạng tín hiệu ra một cách đáng kể nên cần tính toán một cách đầy đủ. Trong kỹ thuật, mạch hạn chế được dùng để tạo xung, sửa xung, chọn xung hay chống nhiễu.v.v..

(d)

(c)

Hình 4-13: Mạch hạn chế dưới

114

Ura

+ -

(a)

(b)

Chương 4: Mạch xung

E1 E2

(c)

(d)

U E2

Hình 4-14: Mạch hạn chế hai phía

4.9. MẠCH TẠO XUNG RĂNG CƯA

4.9.1 Tham số tín hiệu xung răng cưa

Tín hiệu xung răng cưa được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn làm tín

U Uˆ

tqt

tqn

hiệu quét trong các máy hiện sóng, làm tín hiệu so sánh biến đổi điện áp hay thời gian.v.v...

Hình 4-15: Tín hiệu xung răng cưa Trên hình 4-15 là một tín hiệu xung răng cưa thông thường. Nó bao gồm hai phần rõ rệt: phần biến thiên tuyến tính theo thời gian gọi là thời gian quét thuận tqt và phần còn lại là thời gian quét ngược tqn. Các mạch tạo tín hiệu răng cưa phải bảo đảm sao cho thời gian quét thuận lớn hơn rất nhiều thời gian quét ngược. Biên độ của xung răng cưa là Λ U . Tín hiệu răng cưa có thể dương hay âm, thực hiện quét lên hoặc quét xuống và mạch tạo xung răng cưa có thể hoạt động ở chế độ đợi hay tự dao động.

Trong thực tế, phần quét thuận của xung răng cưa không hoàn toàn tuyến tính. Do đó để đánh

tqt

)

giá chất lượng đường quét của xung răng cưa, ta đưa ra hệ số phi tuyến ε, định nghĩa như sau:

=ε

′−′ U ( )0( ′ )0(

(4-21)

)0(U′

là độ dốc ở điểm bắt đầu đường quét thuận. trong đó

115

Chương 4: Mạch xung

(tqtU′

)

là độ dốc ở điểm kết thúc đường quét thuận.

Ngoài ra mạch quét còn được đánh giá theo hiệu suất sử dụng nguồn cung cấp.

=η

Λ U CE

(4-22)

Λ U là biên độ, EC là điện áp nguồn. Nói chung tín hiệu răng cưa được tạo ra dựa trên quá trình nạp và phóng của tụ. Các mạch tạo xung răng cưa đều dựa theo một trong ba nguyên lý cơ bản sau:

Với

- Nạp, phóng cho tụ bằng mạch RC đơn giản.

- Nạp hoặc phóng cho tụ qua nguồn dòng ổn định.

- Dùng hồi tiếp để ổn định dòng nạp cho tụ.

4.9.2. Mạch tạo xung răng cưa dùng mạch tích phân RC.

0≈rU

Trên hình 4-16 là sơ đồ nguyên lý tạo xung răng cưa dùng mạch RC. Trong mạch tranzito hoạt động ở chế độ khoá. Bình thường, khi không có xung kích thích, tranzito thông bão hoà do . Khi mạch được kích thích xung được cung cấp dòng IB khá lớn qua, do đó tín hiệu ra

/ CRt .

âm, tranzito tắt, tụ C nạp điện từ nguồn EC qua R. Điện áp trên tụ tăng dần theo:

−− e

)

(4-23)

Để xung ra tăng lên gần như tuyến tính cần chọn trị số R, C đủ lớn sao cho τ = RC >> txvào

(txvào là độ rộng xung vào)

Khi xung vào kết thúc tranzito thông và bão hoà trở lại, tụ C phóng điện nhanh qua tranzito tới giá trị gần bằng không. Thời gian quét thuận của mạch bằng thời gian tồn tại của xung vào, còn thời gian quét ngược là thời gian phóng điện của tụ C.

+EC

R1 RC

Λ rU

Nhược điểm của loại mạch này là chất lượng tuyến tính của phần quét thuận không cao, do ở cuối dòng nạp cho tụ giảm dần. Để khắc phục nhược điểm trên, có thể sử dụng nguồn dòng ổn định để nạp cho tụ.

C Ur

Ubh

tqt

tqn

Hình 4-16: Mạch tạo xung răng cưa dùng mạch RC.

116

Chương 4: Mạch xung

4.9.3. Mạch tạo xung răng cưa dùng nguồn dòng

Trên hình 4-17 là sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung răng cưa theo nguyên tắc dùng nguồn ổn

+EC

0 Ur

Λ rU

dòng.

C Ura

Ubh

tqn

tqt

Hình 4-17: Mạch tạo xung răng cưa dùng nguồn dòng

idt

∫

1 C

Như ta đã biết, khi tụ nạp điện áp trên nó tỷ lệ với tích phân theo thời gian của dòng nạp qua nó.

Vì vậy nếu dòng nạp cho tụ lấy từ một nguồn dòng, tức là:

i =I0 = const.

thì điện áp trên tụ sẽ biến đổi tuyến tính theo thời gian.

t .

tdI 0

∫ .

1 C

I 0 C

(4-24)

−

Mạch ở hình 4-17 tranzito T1 hoạt động như một khoá điện tử. Bình thường khi chưa có xung vào do được cấp dòng IB1 đủ lớn nên T1 bão hoà, do đó điện áp ra gần như bằng không. Tranzito T2 đóng vai trò nguồn dòng. Nhờ có điốt ổn áp D nên điện áp cực gốc T2 luôn ổn định. Vì vậy dòng qua T2, IE2 cũng như IC2 có giá trị ổn định.

≈

U 2EB R

(4-25)

Trong khi T1 bão hoà, dòng IC2 này bằng dòng IC1. Khi có xung âm vào T1 tắt, tụ C nạp điện

bởi dòng IC2 và điện áp trên tụ tăng tuyến tính theo thời gian:

117

E U −

−

Chương 4: Mạch xung

U U = r

i dt 2 C

∫

1 C

2 BE C R . E

(4-26)

Khi hết xung kích thích T1 lại thông và bão hoà, tụ C phóng điện nhanh qua T1 làm cho Ur giảm xuống nhanh chóng về điện áp gần bằng không.

4.9.4. Mạch tạo xung răng cưa thêm tầng khuếch đại có hồi tiếp

Để tăng độ tuyến tính của đường quét thuận, trong một số mạch tạo xung răng cưa ta dùng

thêm mạch khếch đại có hồi tiếp như trên hình 4-18 (còn gọi là mạch quét Boostrap).

U U≈ r

Trong mạch này T1 luôn thông bão hoà khi không có xung vào, do đó điện áp trên tụ C luôn xấp xỉ bằng không (UC ≈ 0). Lúc đó tồn tại một dòng điện chạy từ nguồn EC, qua điốt D, qua R đến T1. Tầng khuếch đại T2 mắc cực góp chung, có độ khuếch đại điện áp gần bằng một nên điện = , tụ C0 (có điện dung rất lớn hơn tụ C) lúc này nạp điện tới giá trị EC, UC0 = EC. áp ra

Khi có xung kích thích, tranzito T1 tắt, tụ C bắt đầu được nạp điện bởi dòng do tụ C0 phóng ra qua R. Theo mức độ nạp của tụ C, điện áp ra tăng dần và do đó điốt tắt. Ta thấy dòng nạp cho tụ C khá ổn định nhờ điện áp trên tụ C0 hầu như không đổi trong suốt thời gian quét thuận nên điện áp ra tuyến tính.

−

Về mặt giải tích, có thể xác định dòng nạp cho tụ C thông qua điện áp hạ trên R.

u R R

u r R

+EC

(4-27)

Ubh

tqt

tqn

Hình 4-18: Mạch tạo xung răng cưa thêm tầng khuếch đại có hồi tiếp

u ≈ C

nên: Do tầng khuếch đại T2 có hệ số khuếch đại điện áp gần bằng 1,

≈

U C = 0 R

E C R

(4-28)

Trong quá trình nạp:

118

Chương 4: Mạch xung

≈

t .

∫

t idt 0

1 C

E C CR .

(4-29)

ban đầu. Sau khi xung vào kết thúc, T1 thông và bão hoà trở lại, tụ C phóng điện qua T1. Khi tụ C phóng điện giảm xuống xấp xỉ bằng không điốt D thông và tụ C0 lại nạp bổ sung đến giá trị U =0 C

Trong mạch này thời gian quét thuận cũng bằng độ rộng xung vào.

Cũng có thể dùng mạch tích phân có BKĐTT để tạo xung răng cưa.

4.10. MẠCH TẠO TÍN HIỆU HỖN HỢP

Loại mạch này được sử dụng trong các máy tạo sóng đa chức năng. Nó có thể đồng thời tạo ra ba loại tín hiệu xung vuông, xung tam giác và điện áp hình sin. Sơ đồ khối của mạch được thể hiện trên hình 4-19. Nó gồm ba khối chính là M1, M2 và M3. Hệ kín gồm một mạch tích phân (một mạch khuếch đại thuật toán và hai phần tử R1C1) phần tử chuyển mạch M2 (mạch khuếch đại thuật toán và một khâu hồi tiếp dương R1, R2) tạo thành một hệ tự dao động, cho ra hai dạng tín hiệu: tín hiệu tam giác (U1) và tín hiệu xung chữ nhật (U2).

M3 là bộ biến đổi xung tam giác - hình sin cho tín hiệu đầu ra U3 là sin. Các tín hiệu này có cùng tần số, dạng điện áp ở các đầu ra như ở hình 4-20.

M1 M2

Hình 4-19: Sơ đồ khối máy tạo sóng đa chức năng

Hình 4-20: Dạng điện áp các đầu ra máy tạo sóng chức năng.

119

Chương 4: Mạch xung

4.11. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CÓ TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN ÁP (VCO)

Yêu cầu chung đối với các mạch tạo dao động có tần số điều khiển được là quan hệ giữa điện áp điều khiển và tần số dãy xung ra phải tuyến tính. Ngoài ra mạch phải có độ ổn định tần số cao, giải biến đổi của tần số theo điện áp rộng, đơn giản, dễ điều chỉnh.

%50±

%10±

đến

Về nguyên tắc, có thể dùng một mạch tạo dao động mà tần số dao động của nó có thể biến thiên được trong phạm vi xung quanh tần số dao động tự do f0. Tuy nhiên người ta thường dùng các bộ tạo xung chữ nhật hơn cả, vì loại này có thể làm việc trong phạm vi 1 ÷ MHz) thường dùng các mạch tạo dao động đa hài. Các bộ tần số khá rộng. Trong phạm vi ( tạo dao động điều khiển bằng dòng điện ưu việt hơn các bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp ở chỗ: nó có phạm vi tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt rộng hơn.

Một sơ đồ đơn giản của VCO là mạch dao động đa hài được biểu diễn trên hình 4-21.

Khi nối đầu điều khiển với EC thì đây là một mạch dao động đa hài thông thường. Khi tách

ra và đặt điện áp điều khiển vào đầu đó Ud thì tần số dãy xungra biến thiên theo Ud.

Cụ thể nếu Ud tăng thì thời gian phóng nạp của tụ giảm, do đó tần số của dao động tăng và

+EC

ngược lại. Ta có đặc tuyến truyền đạt f = f(Ud) biểu diễn trên hình 4-22.

R R

- EC

fr (Khz)

1,1

1,0

Hình 4-21: Mạch tạo dao động đa hài có tần số điều khiển bằng điện áp

0,9

Ud(v)

Vùng làm việc

-5V 0 +5V

Hình 4-22: Quan hệ giữa tần số dao động ra của VCO với điện áp điều khiển

120

Chương 4: Mạch xung

TÓM TẮT

Chương này nêu lên các mạch tạo xung, nguyên lý tạo xung và dạng xung đầu ra của mạch.

Các vấn đề chung cần hiểu và nắm được:

- Khái niệm về tín hiệu xung, các tham số của tín hiệu xung.

- Chế độ làm việc của tranzito ở mạch xung. Tranzito trong mạch xung mắc cực phát chung làm việc ở chế độ tắt và chế độ bão hoà do điện áp đặt lên cực điều khiển quyết định. Với tranzito loại NPN, khi UBE ≤ 0 tranzito tắt IC = 0, UCE = E, khi UBE > 0 đủ lớn thì tranzito bão hoà IC = IC max, UCE = 0.

- Chế độ làm việc của BKĐTT trong mạch xung. Trong mạch xung BKĐTT làm việc ở chế độ so sánh. Do có hệ số khuếch đại rất lớn, lý tưởng K = ∞ nên khi làm việc điện áp ra BKĐTT ở một trong hai trạng thái bão hoà dương hoặc bão hoà âm. Biên độ điện áp ra cực đại bằng E – 2V.

- Các mạch tạo xung vuông:

+ Mạch trigơ Smit tín hiệu hình sin đưa vào cửa đảo, mạch hồi tiếp dương đưa về cửa thuận qua bộ phân áp R1, R2. Tuỳ theo mức điện áp vào so sánh với điện áp hồi tiếp mà mạch chuyển đổi trạng thái đầu ra để tạo ra dãy xung vuông. Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu vào.

+ Mạch đa hài đợi: khi có nguồn mạch ở trạng thái ổn định bão hoà âm do có điốt D. Khi có xung đầu vào mạch chuyển sang trạng thái không ổn định (bão hoà dương) một thời gian rồi tự trở về trạng thái ổn định chờ xung vào tiếp. Có một xung vào đầu ra nhận được một xung ra, tần số xung ra bằng xung vào.

+ Mạch đa hài tự dao động: Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito. Mạch có hai tranzito mắc cực phát chung và hai tụ C. Khi có nguồn hai tranzito thay nhau thông bão hoà, tắt; hai tụ thay nhau nạp phóng cho đầu ra dãy xung vuông trên trục thời gian. Khi mạch đối xứng, xung ra có biên độ bằng EC, tần số xung ra f = 1/1,4RB.C.

Mạch đa hài tự dao động dùng BKĐTT. Mạch có phần tử nạp phóng RC, mạch hồi tiếp dương lấy điện áp về so sánh qua R1, R2. Khi mạch làm việc tại các thời điểm điện áp trên tự C (UC) lớn hơn hay bé hơn điện áp hồi tiếp (U1 lấy trên R1) thì đầu ra mạch chuyển đổi trạng thái tạo ra dãy xung vuông. Dãy xung vuông biến đổi xung quanh trục thời gian có biên độ là Ur max. Khi chọn R1 = R2 tần số dao động của mạch f = 1/2,2RC.

Khi thay đổi một trong hai thông số RC của mạch đa hài tự dao động thì tần số xung ra thay

đổi theo.

- Mạch hạn chế: mạch này có thể dùng để tạo xung, chọn xung, chống nhiễu. Xét loại mạch hạn chế dùng điốt. Mạch hạn chế một phía có thể hạn chế ở mức 0 hoặc mức E. Muốn thay đổi phía hạn chế ta đổi chiều điốt. Mạch hạn chế hai phía phải có hai điốt và hai mức hạn chế. Mức hạn chế phải thoả mãn điều kiện của mạch. Ở mạch hạn chế một phía mức E bé hơn biên độ tín hiệu vào. Mạch hạn chế hai phía có mức hạn chế E1, E2 phải thoả mãn biên độ tín hiệu vào > E2 > E1. Xét hai mạch hạn chế song song và nối tiếp cùng có mức hạn chế E1, E2.

- Mach tạo xung răng cưa. Cần nắm được các tham số đặc trưng tín hiệu xung răng cưa. Phân tích các mạch tạo xung răng cưa dùng mạch tích phân RC, mạch dùng nguồn dòng, mạch

121

Chương 4: Mạch xung

dùng tầng khuếch đại có hồi tiếp để so sánh chọn mạch có hệ số phi tuyến nhỏ, hiệu suất cao. Trong các mạch trên mạch tạo xung răng cưa dùng nguồn dòng có độ tuyến tính cao, hiệu suất cao vì suốt trong quá trình tụ C nạp điện dòng nạp không thay đổi. Mạch tạo xung dùng tầng khuếch đại có hồi tiếp cũng có độ tuyến tính cao, hiệu suất cao do dòng nạp không đổi.

- Mạch tạo tín hiệu hỗn hợp: nắm được sơ đồ khối của bộ tạo tín hiệu tổng hợp xung vuông,

xung tam giác và tín hiệu hình sin.

- Mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp: nắm được mạch đa hài tự dao động dùng tranzito điều khiển tần số xung ra băng điện áp. Quan hệ giữa tần số tín hiệu ra và điện áp điều khiển là quan hệ tuyến tính.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

4.1. Thế nào là tín hiệu xung? Nêu các tham số đặc trưng của tín hiệu đó?

4.2. Chế độ làm việc của tranzito ở mạch xung?

4.3. Chế độ làm việc của BKĐTT ở mạch xung?

4.4. Thế nào là mạch tri gơ? trình bày trigơ Smith đảo dùng BKĐTT?

4.5. Thế nào là mạch đa hài đợi? trình bày mạch đa hài đợi dung BKĐTT?

4.6. Thế nào là mạch đa hài tự dao động? Công thức tính độ rộng xung, chu kỳ T và tần số làm việc của mạch dùng BKĐTT khi R1 = R2 ?

4.7 Thế nào là mạch hạn chế, ứng dụng của nó ?

4.8 Trình bày mạch hạn chế hai phía mắc nối tiếp?

4.9 Trình bày mạch hạn chế hai phía mắc song song?

4.10. Nêu các tham số đặc trưng của điện áp răng cưa?

4.11. Trình bày mạch tạo điện áp răng cưa dùng mạch tích phân RC?

4.12. Trình bày mạch tạo điện áp răng cưa dùng nguồn dòng?

4.13. Cho mạch điện hình P4-13. Tín hiệu vào hình sin tần số thấp, biên độ 6v.

Điện áp nguồn E = ±12v.

Hình P 4-13.

a. Vẽ dạng tín hiệu ra?

b. Khi Uv đưa tới cửa đảo, cửa thuận nối đất hãy vẽ dạng Ur.

122

Chương 4: Mạch xung

2kΩ

4.14 . Cho mạch điện hình P4-14. Điện áp vào sin tần số thấp, biên độ 6v? Nguồn nuôi E = ± 15v.

3kΩ

Hình P 4-14.

a. Vẽ dạng tín hiệu ra ?

b. Khi tín hiệu đưa vào cửa đảo, điện áp ngưỡng đưa vào cửa thuận. Vẽ Ur ?

4.15 . Cho mạch điện hình P4-15. Biết R = 12kΩ, C = 0,2μF, R1 = R2 = 30kΩ. Nguồn E = ±12v.

Hình P 4-15.

a. Vẽ dạng tín hiệu ra?

b. Xác định điện áp hồi tiếp ?

c. Xác định chu kỳ tần số dao động?

4.16. Thiết kế mạch hình P4-15 để tạo tín hiệu ra 1kHz ?

4.17. Thiết kế mạch hình P4-15 để tạo tín hiệu ra có tần số biến đổi từ 500Hz đến 5kHz ?

4.18. Cho mạch hạn chế hai phía hình P4-18. Biết Uv là tín hiệu sin biên độ 10v, E1 = 2v, E2 = 6v, R1 = 1kΩ, R2 = 9kΩ. Điốt Đ1, Đ2 lý tưởng. Nêu nguyên lý, vẽ dạng tín hiệu ra. Xác định mức hạn chế ?

Hình P 4-18.

123

Chương 4: Mạch xung

4.19. Công thức tính tần số trong mạch đa hài đối xứng tự dao động dùng tranzito là:

a.f = 1/0,7RB.C. b. f = 1/1,4RB.C.

c. f = 1/1,4RC.C. d. f = 1/2,2RC.

4.20. Biên độ xung ra của mạch đa hài tự dao động dùng tranzito có nguồn nuôi E vôn là:

a. E vôn. b. E/2 vôn.

c. (E – 2) vôn. d. (E + 2) vôn.

4.21. Công thức tính tần số của mạch đa hài tự dao động dùng BKĐTT khi có điện trở ở mạch hồi tiếp dương R1 = R2 là:

a. f = 1/2,2 R.C. b. f = 1/2,2R1.C.

c. f = 1/1,4 R.C. d. f = 1/ 2,2R2C.

4.22. Tác dụng của điốt D trong mạch đa hài đợi dùng BKĐTT là:

a. Để giữ cho mạch có một trạng thái ổn định ban đầu.

b. Để giữ cho biên độ xung ra ổn định.

c. Để giữ cho tần số xung ra ổn định.

d. Cả ý a và b.

4.23. Điều kiện của mức hạn chế E1, E2 trong mạch hạn chế hai phía dùng điốt đã học là:

E 2

E 1.

a. ûv b. E2 < E1 < ûv

c. E2 < Uv < E1. d. E2 = E1 < ûv.

4.24. Biên độ xung ra của mạch đa hài dùng BKĐTT khi có nguồn nuôi ±E vôn là:

a. E vôn. b. (E – 2) vôn.

c. E/2 vôn. d. (E + 2) vôn.

124

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH BIẾN ĐỔI TẦN SỐ

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này trình bày các mạch biến đổi tần số của tín hiệu: điều chế, tách sóng, trộn tần,

nhân chia tần số.

- Điều chế: Khái niệm về điều chế. Điều chế là quá trình ghi tin tức vào dao động cao tần

(tải tin).

- Điều chế biên độ: phổ của tín hiệu điều biên, quan hệ năng lượng trong điều biên, các chỉ

tiêu cơ bản của dao động điều biên.

- Mạch điều biên: mạch điều biên là một mạng sáu cực, có thể dùng điốt hay tranzito thực

hiện. Có mạch điều biên cân bằng và điều biên vòng.

- Điều chế đơn biên. Khái niệm về tín hiệu đơn biên. Ưu điểm trong thông tin khi dùng tín

hiệu đơn biên. Sơ đồ khối mạch điều chế đơn biên theo phương pháp lọc hai cấp.

- Điều tần và điều pha: hai loại điều chế này đều làm góc pha thay đổi nên gọi chung là điều

chế góc.

- Biểu thức tín hỉệu điều tần, điều pha. Mạch điều tần: nghiên cứu mạch điều tần dùng điốt

biến dung, mạch điều tần dùng tranzito điện kháng.

+ Mạch điều pha: nghiên cứu mạch điều pha theo Armstrong.

+ Tách sóng, khái niệm về tách sóng.

- Tách sóng điều biên: các tham số cơ bản. Mạch tách sóng điều biên.

+ Tách sóng điều tần điều pha: nguyên tắc chung tách sóng điều tần điều pha. Nghiên cứu các mạch tách sóng: mạch tách sóng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng, mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng kép, mạch tách sóng điều tần kiểu tách sóng tỷ số.

+ Mạch tách sóng điều pha cân bằng dùng điốt.

- Trộn tần. Khái niệm về trộn tần, định nghĩa trộn tần. Nguyên lý trộn tần.

+ Mạch trộn tần: mạch trộn tần dùng điốt, mạch trộn tần dùng tranzito.

- Nhân chia tần số: vòng giữ pha (PLL) và nguyên lý hoạt động của nó. Mạch nhân chia tần

số dùng vòng giữ pha.

125

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

NỘI DUNG

5.1. ĐIỀU CHẾ

5.1.1. Khái niệm

Điều chế là quá trình ghi tin tức vào dao động cao tần nhờ biến đổi một thông số nào đó như

biên độ, tần số hay góc pha của dao động cao tần theo tin tức.

Thông qua điều chế, tin tức ở miền tần số thấp được chuyển lên vùng tần số cao để bức xạ,

truyền đi xa.

- Tin tức được gọi là tín hiệu điều chế.

- Dao động cao tần được gọi là tải tin hay tải tần.

- Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế.

Đối với tải tin điều hoà, ta phân biệt ra hai loại điều chế là điều biên và điều chế góc, trong

đó điều chế góc bao gồm cả điều tần và điều pha.

5.1.2. Điều chế biên độ

5.1.2.1. Phổ của tín hiệu điều biên

Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tín hiệu biến đổi theo tin tức.

tU đều là dao động điều hoà và tần số tin tức

Để đơn giản, giả thiết tin tức US và tải tin

ω S

min

ω÷ S

max

.ˆ= U

ωcos S

biến thiên từ , ta có:

.ˆ=

ω>>ω

ωcos t

và

cos

1.(ˆ

. m

cos

Ut =

ˆ( UU + t

ω S

ω t

(5-1) Do đó tín hiệu điều biên: .ˆ Uđb

ˆ U ˆ U

1m ≤ . Khi

1m > thì mạch có hiện tượng quá điều

trong đó: là hệ số điều chế.

Hệ số điều chế phải thoả mãn điều kiện chế làm cho tín hiệu bị méo trầm trọng. (Hình 5-1).

Áp dụng biến đổi lượng giác (5-1) được:

cos(

cos

cos(

ˆ U

t )

ω t

ωω + S

ωω − S

ˆ Um 2

(5-2)

Như vậy, ngoài thành phần tải tin, tín hiệu điều biên còn có hai biên tần. Biên tần trên có

(

)

(

)

ω+ω

ω+ω÷ t

max

min

và biên tần dưới từ tần số từ

126

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

(

)

(

)

ω−ω

max

ω−ω÷ t

min

5.1.2.2. Quan hệ năng lượng trong điều biên.

Trong tín hiệu điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Ta xét

xem năng lượng được phân bố thế nào trong tín hiệu điều biên.

Công suất của tải tin: là công suất trung bình trong một chu kỳ tải tin.

~P t~

(cid:7) tU

1 2

(tỷ lệ)

)

(

ωsmin

ωsmax

P ~

ˆ. Um 2 2

Uđb

ωt

ωt-ωSmax ωt-ωSmin

ωt+ωSmi

ω ωt+ωSmax

Công suất biên tần:

Hình 5-1: Tín hiệu điều biên

a) Phổ của tin tức;

b) Phổ của tín hiệu điều biên;

Uđb

m < 1

Uđb

m > 1

c) Đồ thị thời gian của tin tức và tín hiệu điều biên khi m < 1 và m > 1

127

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Công suất của tín hiệu đã điều biên là công suất trung bình trong một chu kỳ của tín hiệu

)

~P db

bt~

1(P t~

m 2

điều chế.

bt~ =

P t~ 2

Ta thấy rằng công suất của tín hiệu đã điều biên phụ thuộc vào hệ số điều chế m. Hệ số điều chế m càng lớn thì công suất tín hiệu đã điều biên càng lớn. Khi m = 1 thì ta có quan hệ công suất hai biên tần và tải tần như sau:

Để giảm méo hệ số điều chế m < 1 do đó công suất các biên tần thực tế chỉ khoảng một phần ba công suất tải tin. Nghĩa là phần lớn công suất phát xạ được phân bổ cho tải tin, còn công suất của tin tức chỉ chiếm phần nhỏ. Đó là nhược điểm của tín hiệu điều biên so với tín hiệu đơn biên.

5.2. MẠCH ĐIỀU BIÊN

Mạch điều biên có thể dùng các kiểu điều biên đơn, điều biên cân bằng và điều biên vòng.

- Mạch điều biên đơn chỉ dùng một phần trở tích cực như điốt hoặc tranzito.

- Mạch điều biên cân bằng có ưu điểm giảm được méo phi tuyến. Hình 5-2 là các mạch điều

(cid:7) U

biên cân bằng dùng điốt và tranzito lưỡng cực.

cos

. S (cid:7) U

. t (cid:7) + Ut

−=

cos

ω S ω S

ω t ω t

Theo hình 5-2a điện áp đặt lên các điốt Đ1, Đ2 lần lượt là: (cid:7) + Ut (5-3)

...

i 1

+ UaUa 1

2 1

Ua 3

3 1

Dòng điện qua mỗi điốt được biểu diễn theo chuỗi Taylor:

...

Ua . 1

2 2

Ua . 3

3 2

(5-4)

Dòng điện ra:

(5-5) i = i1 - i2

cos

3cos

.Bt

.[cos(

cos(

]t)

.Ai =

+ω+ω

ω−ω

Thay (5-3) và (5-4) vào (5-5), chỉ lấy bốn số hạng đầu được:

.[cos(

+ω S cos(

t ]t)

+ω S 2 +ω+ω

2 ω−ω

(5-6)

trong đó:

128

ˆ UA =

a 1

ˆ). 3 Ua 3

ˆ. . Ua 3

2 s

1 2

ˆ. . Ua 3

3 s

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

1 2 .2

ˆ.ˆ. UUa S

.ˆ.ˆ.

UUa . S

3 2

(5-7)

Cũng có thể chứng minh tương tự cho mạch hình 5-2b.

Trong trường hợp cần có tải tin ở đầu ra, sau khi điều chế đưa thêm tải tin vào.

Phổ của tín hiệu ra của mạch điều biên cân bằng như ở hình 5-2c.

Đ1

- +

Uđb

Đ2

(a)

(b)

ωS 3ωS

ωt - ωS ωt + ωS

2ωt - ωS 2ωt + ωS

(c)

Uđb

Hình 5-2: Mạch điều biên cân bằng

a) Dùng điốt; b) Dùng tranzito; c) Phổ tín hiệu ra

Mạch điều chế vòng:

Mạch điều chế vòng: thực chất là hai mạch điều chế cân bằng chung tải.

Gọi dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng D1 D2 là Ii và dòng điện ra của mạch điều chế

cân bằng D3 D4 là IIi

129

Đ1

Đ3

Uđb

Đ4

Đ2

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Hình 5-3: Mạch điều chế vòng

cos

.Bt

3cos

.[cos(

+ω+ω

I cos(

.[cos(

t cos(

)]

ω−ω

+ω S D]t) +

+ω S 2 +ω+ω

S 2 ω−ω

−

Ta có:

...

Ua . 1

Ua . 2

Ua . 3

3 3

2 3

...

Ua . 1

Ua . 2

Ua . 3

3 4

2 4

trong đó:

−=

Ut −

cos

ω t

ω S

−=

Ut +

cos

.ˆ U t .ˆ U t

ω t

ω S

.ˆ S .ˆ S

với u3và u4 là điện áp đặt lên D3, D4 xác định

cos

.Bt

3cos

.[cos(

cos(

]t)

−=

+ω+ω

ω−ω

−ω S

.[cos(

cos(

]t)

II −

2 +ω+ω

+ω S 2 ω−ω

thay vào

.[cos(

cos(

t )

t ])

A, B, C, D xác định như ở mạch điều chế cân bằng trước đây.

ωω + S

ωω − S

Nên: i đb

ωt-ωS

ωt+ωS

ωt

Phổ có dạng:

Sω và các biên tần

tω2

Điều chế vòng cho méo nhỏ nhất vì nó khử được các hài bậc lẻ của .

130

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

5.3. ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN

- Khái niệm:

Như đã trình bày ở phần trước, phổ của tín hiệu điều biên gồm tải tần và hai biên tần, trong đó chỉ có biên tần mang tin tức. Vì hai giải biên tần mang tin tức như nhau nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi. Quá trình điều chế để nhằm tạo ra một giải biên tần gọi là điều chế đơn biên.

Điều chế đơn biên tuy tốn kém nhưng có các ưu điểm sau:

- Độ rộng tải tần giảm một nửa.

- Công suất bức xạ yêu cầu thấp hơn cùng với một cự ly thông tin. Vì có thể tập

trung công suất của tải tần và một biên tần cho biên tần còn lại.

- Tạp âm đầu thu giảm do giải tần của tín hiệu hẹp hơn.

Biểu thức của tín hiệu điều chế đơn biên trên là:

cos(

t )(

.ˆ. U

t )

ωω + S

m 2

(5-8) Uđb

∞÷0

(cid:7) U (cid:7) U

trong đó được gọi là hệ số nén tải tin, m có thể nhận các giá trị từ .

- Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc.

200

400

f =Δ

min

−

, lúc đó khoảng cách giữa hai biên tần Từ sự phân tích phổ của tín hiệu điều biên rõ ràng muốn có tín hiệu đơn biên ta chỉ cần lọc bớt một giải biên tần. Nhưng thực tế không làm được như vậy. Khi tải tần là cao tần thì vấn đề lọc để tách ra một giải biên tần gặp khó khăn. Thật vậy, giả thiết tần số thấp nhất của tin tức f min (xem hình 5-1b). S

MHz

10.4

f t =

f Δ f

Nếu tải tần thì hệ số lọc của bộ lọc , khá nhỏ. Khi đó sự phân bố

ft2±(ft1+fS)

ĐCB1

Lọc I

ĐCB2

Lọc II

ft1+fS c

của hai biên tần gần nhau đến nỗi ngay dùng một mạch lọc Thạch anh cũng rất khó lọc được giải biên tần mong muốn. Do đó trong phương pháp lọc, người ta dùng một bộ biến đổi trung gian để có thể hạ thấp yêu cầu đối với bộ lọc

ft2+ft1+f d

ft1±fS b

ft2

ft1

Tạo dao động 1

Tạo dao động 2

US a

Hình 5-4: Sơ đồ khối mạch điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc

131

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Sơ đồ khối của mạch điều chế đơn biên như vậy được biểu diễn trên hình 5-4 và phổ của

−

tín hiệu trên đầu ra của từng khối được biểu diễn trên hình 5-5.

max

min

f.(2

)

Trong sơ đồ khối trên đây, trước hết dùng tin tức điều chế tải tin trung gian có tần số ft1 khá thấp so với tải tần yêu cầu sao cho hệ số lọc vừa phải để lọc bỏ một biên tần dễ dàng. Trên đầu ra của bộ lọc thứ nhất nhận được một tín hiệu có giải phổ bằng giải phổ của tín hiệu vào f =Δ nhưng dịch đi một lượng ft1 trên thang tần số. Tín hiệu này được đưa vào điều

1t +

min

chế ở bộ điều chế cân bằng 2 mà trên đầu ra có phổ cả hai biên tần cách nhau một khoảng =′Δ f sao cho việc lọc lấy một biên tần nhờ bộ lọc 2 dễ thực hiện. Khi đó tín hiệu

ra là tín hiệu đơn biên. Bộ điều chế cân bằng thường là mạch điều biên cân bằng hay là mạch điều biên vòng. Trên sơ đồ khối trên đây tải tần yêu cầu là tổng của hai tải tần phụ.

f += 1t

Ngoài ra còn có mạch điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha hay mạch điều chế

fSmax

fSmin

ft1

fSmin

ft1

ft2+ft1

ft2

đơn biên theo phương pháp lọc và quay pha kết hợp mà ta không trình bày ở đây.

Hình 5-5: Phổ của tín hiệu ra của các khối hình 5-5

a) Phổ của tín hiệu vào b) Phổ của tín hiệu điều chế cân bằng 1

c) Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 1 d) Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 2

132

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

5.4. ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA

Các công thức cơ bản và quan hệ giữa điều tần và điều pha:

Vì giữa tần số và góc pha của một dao động có quan hệ

=ω

dΨ dt

(5-9)

Điều tần và điều pha là ghi tin tức vào tải tin làm cho tần số hoặc pha tức thời của tải tin

biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế. Với tải tin là dao động điều hoà:

(cid:7) U

(cid:7) = UU

cos(

)

cos

+ t ϕω 0

t )(

(5-10)

Từ (5-9) rút ra:

ω=Ψ

dt ϕ+

)t(

∫

(5-11)

Thay (5-11) vào (5-10) ta được:

cos[

]

.ˆ UU = t

ω + dt t )(

t )(

∫

(5-12)

Giả thiết tín hiệu điều chế là đơn âm.

(cid:7) U

ωcos S

(5-13)

Khi điều chế tần số hoặc điều chế pha thì tần số hoặc góc pha của dao động cao tần biến

thiên tỷ lệ với tín hiệu điều chế và chúng được xác định lần lượt theo biểu thức:

+ω=ω

)t(

(5-14) kđt

+ϕ=ϕ

ˆ U S ωcos S (cid:7) U .

)t(

S ωcos S

(5-15) kđp

tω là tần số trung tâm của tín hiệu điều tần

trong đó

và gọi là lượng di tần cực đại. Đặt: kđt

ωΔ=ˆ. SU (cid:7) SU .

ϕΔ= m

và gọi là lượng di pha cực đại. kđp

Khi đó các biểu thức (5-14), (5-15) viết lại như sau:

)t(

cos

ωΔ+ω=ω

(5-16)

)t(

cos

ϕΔ+ϕ= 0

(5-17)

)t(

ϕ=

Khi điều chế tần số góc pha đầu không đổi nên . Thay (5-16) và

(5-17) vào (5-12) và tích phân lên được biểu thức của dao động điều tần:

.ˆ U

cos(

sin.

)

t + 0ϕω

ω t

Δ ω m ω S

(5-18) Uđt

133

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

const

t =ω=ω

Tương tự như vậy, ta có biểu thức dao động điều pha khi cho :

cos(

)

(cid:7) U

Δ+

0ϕωϕω . cos

(5-19) Uđp

cos

ϕΔ=ϕΔ

Lượng di pha đạt được khi điều pha

sin.

=ωΔ

ωϕΔ=

) ϕΔ dt

Tương ứng có lượng di tần là:

và lượng di tần cực đại khi điều pha là:

k đp

. ω=ϕΔω=ωΔ S

(cid:7) SU .

(5-20)

Lượng di tần cực đại khi điều tần là:

=ωΔ m

SUˆ.

(5-21) kđt

Như vậy ta thấy điều tần và điều pha đều làm cho góc pha thay đổi nên thường gọi chung là điều chế góc. Điểm khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều pha là lượng di tần khi điều pha tỷ lệ với biên độ của tín hiệu điều chế và tần số điều chế, còn lượng di tần của tín hiệu điều tần tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế mà thôi.

5.5. MẠCH ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA

5.5.1. Mạch điều tần.

Có thể dùng mạch điều tần trực tiếp hay điều tần gián tiếp.

Mạch điều tần trực tiếp thường được thực hiện bởi các mạch tao dao động mà tần số dao động riêng của nó được điều khiển bằng điện áp (VCO) hoặc bởi các mạch biến đổi điện áp - tần số. Nguyên tắc thực hiện điều tần trong các bộ tạo dao động là làm biến đổi trị số điện kháng của bộ tạo dao động theo điện áp đặt vào. Phương pháp phổ biến nhất là dùng điốt biến dung (varicap) và tranzito điện kháng. Sau đây xét loại điều chế đó.

Mạch điều tần trực tiếp dùng điốt biến dung. Điốt biến dung có điện dung mặt ghép biến đổi theo điện áp đặt vào. Nó có sơ đồ tương đương hình 5-7a. Trị số RD và CD phụ thuộc vào điện áp đặt lên điốt. Trường hợp điốt được phân cực ngược RD = ∞ còn CD được xác định theo biểu thức:

k γϕ+ ) k

(5-22)

trong đó k là hệ số tỷ lệ.

7,0

k ≈ϕ

V ϕk là hiệu điện thế tiếp xúc mặt ghép, với điốt Silic

,...,

=γ

1 3

1 2

γ là hệ số phụ thuộc vật liệu:

134

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

+E1

(a)

+E2

L3 C D

C2 C (b)

Mắc điốt song song với hệ tạo dao động của bộ tạo dao động, đồng thời đặt điện áp điều chế lên điốt thì CD thay đổi theo điện áp điều chế, do đó tần số cộng hưởng riêng của bộ tạo dao động cũng biến đổi theo. Trên hình 5-6b là mạch điện bộ tạo dao động điều tần bằng điốt biến dung. Trong mạch điện này điốt được phân cực ngược bởi nguồn E2.

Hình 5-6: Mạch điều tần bằng điốt biến dung.

a, Sơ đồ tương đương của điốt.

b, Mạch tạo dao động điều tần bằng điốt biến dung

Tần số dao động của mạch gần bằng tần số cộng hưởng riêng của hệ dao động và được xác

định như sau:

)CC.(L.2 D

(5-23) fđd

CD xác định theo biểu thức (5-22)

Điện áp đặt lên điốt:

cos

−

Ut −

Et −

(cid:7) UE =

UU − t

ω t

ω S

(5-24)

Để điốt luôn được phân cực ngược cần thoả mãn điều kiện:

−

0 ≤

và

−

−=

≤

min

ˆ ˆ UU + DMax t (cid:7) (cid:7) UU − t

ngcp

(5-25)

Khi điều tần bằng điốt biến dung phải chú ý những đặc điểm sau:

- Chỉ phân cực ngược cho điốt để tránh ảnh hưởng của RD đến phẩm chất của hệ tạo dao động nghĩa là đến độ ổn định tần số của mạch.

135

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

D =

)U(f D

- Phải hạn chế khu vực làm việc trong đoạn tuyến tính của đặc tuyến của điốt

biến dung (hình 5-8) để giảm méo phi tuyến. Lượng di tần tương đối khi điều tần dùng điốt biến dung đạt được khoảng 1%.

CDma

CDmi

- Vì dùng điốt điều tần nên thiết bị điều tần có kích thước nhỏ. Có thể dùng điốt bán dẫn để điều tần ở tần số siêu cao, khoảng vài trăm MHz. Tuy nhiên độ tạp tán của tham số bán dẫn lớn, nên kém ổn định.

0 U U

Hình 5-7: Đặc tuyến CD=f(UD) của điốt biến dung và nguyên lý biến đổi điện dung mặc ghép của điốt theo điện áp dặt vào

Điều tần dùng tranzito điện kháng: phần tử điện kháng dung tính hoặc cảm tính đượcmắc song song với hệ dao động của bộ tạo dao động làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu điều chế. Phần tử điện kháng gồm một tranzito và hai linh kiện RC hoặc RL tạo thành mạch di pha mắc trong mạch hồi tiếp của tranzito. Xem thêm ở tài liệu tham khảo 1.

5.5.2. Mạch điều pha

ˆ U

1.(

m .

cos

db 1

ω t

cos

.[cos(

cos(

t )

t ])

.ˆ U

ω t

ωω + S

ωω − S

ω S ˆ. Um 2

ˆ U

1.(

m .

sin).

−

ω S

ω t

.[sin(

sin(

sin.

ˆ U

t )

t ])

−

ωω + S

ωω − S

cos ˆ. Um 2

Mạch điều chế pha theo Armstrong ở hình 5-9 được thực hiện theo nguyên lý: tải tin từ bộ tạo dao động Thạch anh được đưa đến bộ điều biên 1 (ĐB1) và điều biên 2 (ĐB2) lệch pha nhau 900, còn tín hiệu điều chế uS đưa đến hai mạch điều biên ngược pha. Điện áp đầu ra trên hai bộ điều biên là:

Đồ thị véc tơ của Uđb1 và Uđb2 và véc tơ tổng của chúng được biểu diễn trên hình 5-11.

136

1tU

ĐB1

Uđb1

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Tổng

1tU

Uđb2

2tU

ĐB2

Tín hiệu điều pha

Di pha 900

ˆ. tUm

ˆ tU 2

→ U

ˆ. tUm

Δϕ

ˆ. tUm

ˆ tU 1

(cid:71) 1dbU

Hình 5-8: Sơ đồ khối mạch điều pha theo ArmStrong (cid:71) 2dbU uđb2

Hình 5-9: Đồ thị véc tơ của tín hiệu điều pha theo mạch Arstrong

Từ đồ thị đó, thấy rằng: tổng các dao động đã điều biên U = U đb1+ U đb2 là một dao động điều chế về pha và biên độ. Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là lượng di pha nhỏ. Để hạn chế mức điều biên ký sinh chọn Δϕ nhỏ. Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì Δϕ < 0,35.

5.6. TÁCH SÓNG

5.6.1 Khái niệm

Tách sóng là quá trình lấy lại tín hiệu điều chế. Tín hiệu sau tách sóng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu. Để tín hiệu ra không méo thì tín hiệu vào tách sóng phải có biên độ đủ lớn. Tương ứng với các loại điều chế, ta cũng có các mạch tách sóng sau đây: tách sóng điều biên, tách sóng điều tần, tách sóng điều pha.

137

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

5.6.2. Tách sóng điều biên.

5.6.2.1. Các tham số cơ bản

- Hệ số tách sóng:

Tín hiệu vào bộ tách sóng là tín hiệu đã điều biên.

ˆ= U

VTS

ωcos t

VTS

VTSUˆ

trong đó biến thiên theo quy luật tin tức.

ˆ U

RTS

ˆ. UK TS

VTS

Tín hiệu ra bộ tách sóng điều biên:

RTS

ˆ U ˆ U

VTS

KTS là hệ số tỷ lệ và được gọi là hệ số tách sóng.

- Thực tế, đối với quá trình tách sóng chỉ cần quan tâm đến thành phần biến thiên chậm

RTS

(mang tin tức) mà thôi, do đó thường xác định hệ số tách sóng như sau:

ˆ U ˆ U

VTS

(5-26)

VTS

- Trở kháng vào bộ tách sóng:

VTS

ˆ U I

VTS

U t ω= I t ω

(5-27)

...

2 2 ω S

2 3 ω S

%100

ω S

- Méo phi tuyến:

I , ω 3 2

ω S

trong đó ... là thành phần dòng điện các sóng hài của tín hiệu điều chế xuất hiện

khi qua mạch tách sóng.

Ở đây không quan tâm đến các sóng hài dòng điện cao tần vì dễ dàng lọc bỏ chúng.

5.6.2.2. Mạch tách sóng điều biên.

≥

khi

Xét mạch tách sóng điều biên dùng điốt mắc nối tiếp hình 5-10. Nếu tín hiệu vào đủ lớn sao cho điốt làm việc trong đoạn thẳng của đặc tuyến như trên hình 5-11 ta có quá trình tách sóng tín hiệu lớn. Lúc đó dòng điện qua điốt biểu diễn:

=Di

khi

D 0

⎧ ⎨ ⎩

(5-28)

138

U R = U S

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

U đb

U C = U S

(b)

(a)

Uđb

Hình 5-10: Sơ đồ tách sóng dùng điốt.

a, Tách sóng nối tiếp. b, Tách sóng song song

Trong sơ đồ hình 5-10 điốt chỉ thông với nửa chu kỳ dương của dao động cao tần đầu vào. Hình bao của dao động nhận được nhờ sự nạp, phóng của tụ C (hình 5-11). Do tín hiệu vào có tần số rất cao các nửa hình sin rất sát nhau, hình bao do sự nạp phóng của tụ xem như một đường trơn, đó chính là tín hiệu Us cần tách.

Uđb

Trong sơ đồ hình 5-10 phải chọn hằng số thời gian τ = R.C đủ lớn sao cho dạng điện áp ra tải gần với dạng hình bao của điện áp cao tần đầu vào. Thông thường điện áp vào lớn hơn 1 vôn hiệu dụng và R >> Ri, Rv thì có thể tách sóng được điện áp đỉnh. Tuy nhiên cũng không được chọn τ quá lớn để tránh méo do điện dung gây nên. Điều kiện tổng quát để chọn τ là:

Hình 5-11: Quá trình tách sóng tín hiệu lớn nhờ mạch chỉnh lưu dùng điốt

139

U c

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

2θ

Hình 5-12: Đồ thị thời gian điện áp ra UC trên tải bộ tách sóng nối tiếp

CR .

1 ω t

1 ω S

(5-29)

Trường hợp chọn C lớn quá làm cho vế thứ hai của bất đẳng thức (5-29) không thoả mãn thì điện áp ra khi tụ phóng không biến thiên kịp với biên độ điện áp vào, gây méo tín hiệu như ở hình 5-13.

Thực tế thường chọn R, C theo điều kiện:

CR .

max

10 ω t

1 ω S

(5-30)

≥ω

100ω

max

dbUˆ

Uđb

Muốn dễ dàng thoả mãn (5-30) cần

Hình 5-13: Hiện tượng méo tín hiệu tách sóng do tải điện dung quá lớn.

5.7. TÁCH SÓNG ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA

Tách sóng điều tần và điều pha thường được thực hiện theo một trong những nguyên tắc

140

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

- Biến đổi tín hiệu điều tần hoặc điều pha thành tín hiệu điều biên rồi thực hiện tách sóng

biên độ.

- Biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều chế độ rộng xung rồi thực hiện tách sóng tín

hiệu điều chế độ rộng xung nhờ mạch tích phân.

- Làm cho tần số tín hiệu cần tách sóng bám theo tần số của một bộ tạo dao động nhờ hệ

thống vòng giữ pha PLL, điện áp sai số chính là điện áp cần tách sóng.

Ta xét một số mạch cụ thể:

a. Mạch tách sóng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng.

Hình 5-14. là sơ đồ mạch tách sóng điều tần số dùng mạch lệch cộng hưởng. Đầu vào hai bộ tách sóng biên độ (D1, D2) là hai mạch cộng hưởng được điều chỉnh tại các tần số ω1, và ω2. Nếu gọi tần số trung tâm của tín hiệu điều tần đầu vào là ω0 = ωt thì:

ωΔ+ω=ω 0

ωΔ−ω=ω 0

;

Sự điều chuẩn mạch cộng hưởng lệch khỏi tần số trung bình của tín hiệu vào làm biên độ điện áp vào của hai bộ tách sóng biên độ (U1, U2) thay đổi phụ thuộc vào tần số điện áp vào. Từ mạch điện hình 5-14 xác định được:

Z.Uˆ.mUˆ Uˆ Z.Uˆ.m

(5-31)

M L

US1

1Uˆ

Uđt

US2

2Uˆ

) trong đó m là hệ số ghép của biến áp vào (

Hình 5-14: Mạch điện bộ tách sóng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng

Z1, Z2 là trở kháng của hai mạch cộng hưởng 1 và 2. Mà Z1, Z2 được xác định theo:

)

1td ξ−ξ+

]

.Q.2[1 1

1td ( ω−ω 1 ω 1

(5-32)

141

)

2td ξ+ξ+

]

.Q.2[1 2

2td ( ω−ω ω

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Rtd1, Rtd2 lần lượt là hai trở kháng của hai mạch cộng hưởng ở tần số cộng hưởng ω1 và

ω2.

Q1, Q2 là phẩm chất của các mạch cộng hưởng tương ứng.

Chọn hai mạch cộng hưởng như nhau ta có:

QQ =

2td

1td

Q.2

ω−ω

2,1

=ξ 0

0 ω

0 của mạch dao động với tần số trung bình của tín hiệu vào.

Q.2

ω−ω

là độ lệch số tần số tương đối giữa tần số cộng hưởng riêng

=ξ

là độ lệch lệch số tần số tương đối giữa tần số tín hiệu vào và tần

số trung bình.

Theo (5-32) khi tần số tín hiệu vào ω thay đổi thì Z1, Z2 thay đổi kéo theo sự thay đổi của

1 Uˆ,Uˆ

nghĩa là quá trình biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên biên độ điện áp vào

1td

đã được thực hiện. Qua bộ tách sóng biên độ ta nhận được các điện áp.

(cid:7) Uˆ.K

.Uˆ.m.K

)

ξ−ξ+ 0

2td

(5-33)

(cid:7) Uˆ.K

.Uˆ.m.K

)

ξ+ξ+ 0

(5-34)

.Uˆ.R.m.K

)

−

.( ξξψ

Điện áp ra tổng.

Tách sóng dùng mạch lệch cộng hưởng có nhược điểm la khó điều chỉnh cho hai mạch cộng

hưởng hoàn toàn đối xứng nên ít được dùng.

b. Mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng ghép

UU +

Mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng ghép ở hình 5-15. Mạch điện làm việc theo nguyên tắc chuyển biến thiên tần số thành biến thiên về pha, sau đó thực hiện tách sóng pha nhờ tách sóng biên độ. Tín hiệu điều tần một mặt ghép qua biến áp đưa sang cuộn thứ cấp, một mặt được ghép qua tụ Cgh . Do đó điện áp đặt lên các điốt D1, D2 lần lượt là:

UU +

(5-35)

142

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Uđt

21U

22U

ϕ1

Hình 5-15: Mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng ghép.

2DU

Hình 5-16:

1DU

I, L

Đồ thị véc tơ các dòng điện và điện áp vào của bộ tách sóng tần số dùng mạch cộng hưởng ghép

Ta phân biệt 3 trường hợp:

+ Khi tần số tín hiệu vào f = f0 (đồ thị véc tơ hình 5-16). Trong đó f0 là tần số cộng hưởng 1U một góc

của mạch cộng hưởng sơ cấp và thứ cấp, dòng điện qua điện cảm L1 chậm pha so với 900 và được xác định như sau:

I L1

U 1 .j L. ω

(5-36)

L1I

Dòng gây ra trong cuộn thứ cấp L2 sức điện động.

I.M.

.j ω=

LI1 một góc 900. ME sinh ra dòng

2I trong mạch

(5-37)

Giả thiết M > 0 nên ME sớm pha so với cộng hưởng thứ cấp. Vì f = f0 nên 2I đồng pha với ME .

I = 2

E r 2

(5-38)

21U và

22U ngược

2DU có biên độ bằng nhau nên điện áp ra.

trong đó r2 là điện trở tổn hao của mạch cộng hưởng thứ cấp. Điện áp

1DU ,

pha nhau và lệch pha so với 2I là ± 900. Vì

−

U.(K TS

)U 2D

143

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

21uˆ và

mang tính chất điện cảm nên + Trường hợp f > f0 (đường đứt nét trên đồ thị véc tơ hình 5-16). Mạch cộng hưởng thứ cấp 2I chậm pha so với ME một góc ϕ < 900. 22U ngược pha

21U ,

2I . Giữa

1U và

22uˆ

nhau và vuông góc với có một góc lệch pha lần lượt là ϕ1 và π - ϕ1.

1DU càng lớn hơn

Tần số tín hiệu vào càng lệch khỏi tần số cộng hưởng trung tâm f0 thì biên độ

2DU , do đó trị số điện áp ra US càng lớn.

biên độ

2I sớm pha hơn ME ,

+ Trường hợp f < f0 thì mạch thứ cấp mang tính chất điện dung nên

1DU <

2DU và uS âm.

do đó

1DU và

2DU di chuyển trên các vòng tròn 1 và 2 trên hình 5-16 làm cho điện áp ra thay đổi về trị số và cực tính. Trị số điện áp ra đặc trưng cho độ lệch của tần số tín hiệu vào so với tần số trung tâm f0, còn cực tính của điện áp ra cho biết tần số tín hiệu vào lệch khỏi tần số trung tâm về phía nào (lớn hơn hay nhỏ hơn f0).

- Tóm lại khi tần số tín hiệu vào thay đổi thì đầu nút của véc tơ

Tách sóng dùng mạch cộng hưởng ghép ít gây méo và dễ điều chỉnh vì cả hai mạch đều cộng hưởng ở tần số f0. Tuy nhiên điện áp ra trong bộ tách sóng này vừa phụ thuộc tần số vừa phụ 1U nên nó sinh ra nhiễu biên độ. Để khắc phục nhược điểm này, phải thuộc biên độ tín hiệu vào

đặt trước mạch tách sóng một mạch hạn chế biên độ.

US1

US2

c. Mạch tách sóng tỷ số Uđt

Hình 5-17: Sơ đồ mạch tách sóng tỷ số

Mạch tách sóng điều tần tỷ số có sơ đồ ở hình 5-17. Các điốt tách sóng được mắc nối tiếp

nhau. Mạch vừa làm nhiệm vụ tách sóng vừa làm nhiệm vụ hạn chế biên độ.

=τ

≈

)2,01,0( ÷

C.R 1

giây khá Dòng qua các điốt nạp điện cho tụ C1. Hằng số thời gian

lớn nên điện áp trên C1 biến thiên rất chậm làm cho nhiễu biên độ giảm. Có thể chứng minh điều đó bằng biểu thức sau:

US = US1 - UR

144

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

U 0 2

+ 2

với

U U

− +

− 2

UU 0 . U 2

Thay vào ta có:

− +

1 1

UUU / S 1 0 UU 2 / S 1

Hay (5-39)

Khi U0 ≈ const, điện áp ra chỉ chỉ phụ thuộc vào tỷ số US1/ US2, hơn nữa US1, US2 giống như trong bộ tách sóng dùng mạch cộng hưởng ghép, phụ thuộc vào biến thiên tần số ở đầu vào. Vì vậy bộ tách sóng tỷ số không có phản ứng với các biến thiên về biên độ ở đầu vào nên tránh được nhiễu biên độ.

Đ1

d. Mạch tách sóng pha cân bằng dùng điốt

+

US1

1Uˆ

_

U®p

+

Đ2

U S2

_

1DUˆ

1Uˆ−

+

2DUˆ

Uch

Hình 5-18: a) Mạch điện bộ tách sóng điều pha dùng điốt.

b) Đồ thị véc tơ của các điện áp.

cos[

)t(

cos

)t(

t ϕ+ω

ϕ+

Mạch tách sóng pha cân bằng là hai mạch tách sóng biên độ dùng điốt ghép với nhau hình 5-18. Tín hiệu cần tách sóng chính là tín hiệu đã điều pha, Udp được so sánh về pha với một dao động chuẩn Uch. Biểu thức Udp và Uch như sau:

(cid:7) .U] 1

ϕ 1

cos[

]

cos

(cid:7) .U 1 (cid:7) U

t )(

01 (cid:7) U

t ϕω + 02

ϕ 2

U ch

cos[

]

Uđp

t )(

(cid:7) U

ϕϕω 01

ϕω +t 02

U D 1

cos[

)t(

]

cos[

]

. cos[ (cid:7) U

−=

t ϕ+ω

ϕ+

. 1 (cid:7) .U 1

ϕω +t 02

Điện áp đặt lên hai bộ tách sóng tương ứng là: (cid:7) U

145

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Điện áp ra tương ứng trên hai bộ tách sóng biên độ xác định được theo đồ thị véc tơ hình 5-

cos

t )(

(cid:7) U

ϕΔ

2 1

2 2

(cid:7) (cid:7) UU . 1

t 1

D 1

(cid:7) UK . TS

18b.

cos

(cid:7) U

t )(

−

ϕΔ

2 1

2 2

(cid:7) (cid:7) UU . 1

(cid:7) UK . TS

(5-40)

TSK là hệ số truyền đạt của bộ tách sóng biên độ.

trong đó

U S Um .

(5-41)

)(tϕΔ

(

)

t )(

t )

−

( ϕϕϕωω 02

t )(

là hiệu pha của hai điện áp vào.

−

(cid:7) U

cos

t )(

cos

] (5-42)

(cid:7) U

−

ϕΔ

2 1

2 2

(cid:7) (cid:7) UU . 1

=SU

ϕΔ t )(

Điện áp ra trên bộ tách sóng:

Vậy trị số tức thời của điện áp ra trên bộ tách sóng phụ thuộc hiệu pha của tín hiệu điều pha

01 ωω = 02

01 ϕϕ = 02

và tín hiệu chuẩn. Trường hợp và thì điện áp ra chỉ còn phụ thuộc vào pha

của tín hiệu vào ϕ(t).

5.8. TRỘN TẦN

5.8.1. Định nghĩa

Trộn tần là quá trình tác dụng vào hai tín hiệu sao cho trên đầu ra bộ trộn tần nhận được các

thành phần tần số tổng hoặc hiệu của hai tín hiệu đó (thường lấy hiệu tần số).

Thông thường một trong hai tín hiệu đó là đơn âm (có một vạch phổ), tín hiệu đó gọi là tín hiệu ngoại sai và có tần số fns. Tín hiệu còn lại là tín hiệu hữu ích với tần số fth cố định hoặc biến thiên trong một phạm vi nào đó. Tín hiệu có tần số mong muốn ở đầu ra được tách nhờ bộ lọc, tần số của nó thường được gọi là tần số trung tần ftt.

Để thực hiện trộn tần phải dùng phần tử phi tuyến hoặc dùng phần tử tuyến tính tham số.

5.8.2. Nguyên lý trộn tần

Giả thiết đặc tuyến của phần tử phi tuyến được biểu diễn theo chuỗi Taylor sau đây:

...

... ++

uaua . + 1

n ua .

(5-43)

trong đó U là phần điện áp đặt lên phần tử phi tuyến để trộn tần. Trong trường hợp này U =

Uns + Uth

Giả thiết

146

ωcos ns

(cid:7) U (cid:7) U

ωcos th

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

)

(cid:7) U

a .(1

ns ωcos ns

cos . th ω th

)

cos

)

(cid:7) U

ω2 ns

2 ω th

a 2 2

Thay vào (5-43) ta có:

.[cos(

cos(

...

t )

t ])

ωω + th

ωω − th

(cid:7) 2 ns U + (cid:7) (cid:7) UUa .2 ns

(5-44)

ns ωω , th

Vậy tín hiệu ra gồm có tín hiệu một chiều, thành phần cơ bản ; các thành phần tần

2 ns ωω 2, th

ns ωω ± th trong dòng điện còn có các thành phần bậc cao:

±=

n ω

ns m ±

ω th

số tổng và hiệu . Tính các vế tiếp theo của (5-58) ta thấy , thành phần bậc cao

là những số nguyên dương. trong đó mn,

=ω

= mn

ns ωω − th

Nếu trên đầu ra bộ trộn tần lấy tín hiệu có tần số , nghĩa là chọn

thì ta có trộn tần đơn giản.

=ω

2≥n

n ωω − th

với ta có trộn tần tổ hợp. Có trường hợp lấy

const

−

. Trộn tần được dùng trong máy thu đổi tần. Nhờ bộ trộn tần, mạch cộng hưởng của các tầng trung tần của máy thu tần được điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số cố định. Tần số ngoại sai f được đồng chuẩn với tần số tín hiệu vào sao cho

Cần chú ý rằng quá trình trộn tần biên độ điện áp ngoại sai rất lớn hơn điện áp tín hiệu nên đôí với tín hiệu đặc tuyến vôn-ampe của phần tử trộn tần xem như tuyến tính còn với điện áp ngoại sai xem như phi tuyến.

5.8.3. Mạch trộn tần

5.8.3.1. Mạch trộn tần dùng điốt.

Mạch trộn tần dùng điốt được dùng rộng rãi ở mọi tần số đặc biệt ở phạm vi tần số cao (trên 1GHz). Mạch trộn tần dùng điốt có nhược điểm là làm suy giảm tín hiệu. Mạch trộn tần dùng điốt được biểu diễn trên hình 5-19.

tt GS ,

itt hình 5-20. Theo đặc tuyến đó:

Trong sơ đồ trộn tần đơn mạch tín hiệu, mạch ngoại sai và mạch trung trung tần mắc nối cho sơ đồ dựa vào đặc tuyến lý tưởng hoá của điốt biểu diễn trên tiếp nhau. Có thể tính

khi

0U ≥ 0U <

U.S ⎧ ⎨ 0 ⎩

Viết được biểu thức dòng điện qua điốt.

147

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

di du

1 R i

thU

Utt

nsU

ở đây

thU

Utt

itt1

itt2

+ - + -

nsU

+ -

Hình 5-19: Mạch trộn tần dùng điôt.

Vì điện áp ngoại sai là hàm tuần hoàn theo thời gian nên hỗ dẫn S là một dãy xung vuông

)90(

0 π = 2

. với độ rộng xung phụ thuộc góc cắt θ. Với điểm tĩnh chọn ở gốc toạ độ thì

(cid:7) S 1 =

S .2 π

S tt

1 (cid:7) S 1. 2

S π

Theo Furiê khi đó ta tính được biên độ S sóng cơ bản là:

itt

S 2

còn

148

π/2

ωnst

U Uns

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Hình 5-20: Đặc tuyến volt - ampe

)

f ( nsω=

ωnst

của điôt và quan hệ

thD 1

ωcos th

cos(

(cid:7) U th (cid:7) U

t ) πω +

thD

Để chống tạp âm ngoại sai, dùng sơ đồ trộn tần cân bằng (hình 5-19b). Trong bộ trộn tần này điện áp tín hiệu đặt lên hai điôt ngược pha còn điện áp ngoại sai đặt lên hai điôt đồng pha, nghĩa là:

nsD

nsD 1

thU tạo ra:

t )

U (cid:7) I tt

i tt

ω ω − th

t )

= −

−

2.cos(

(cid:7) I tt

ω ω − th

và . Do đó dòng điện trung tần qua các điôt do

] ω ω π th (cid:7) tt US .

1.cos( (cid:7) I tt (cid:7) 2ttI

2.cos[( (cid:7) ttI=

i tt 2 (cid:7) 1ttI =

trong đó

.cos

I tti = 1tti + 2tti = 2.

tω tt

Trên mạch cộng hưởng ra ta nhận được:

Mạch này tạo ra dòng điện tạp âm đầu ra ngược pha nhau trên mạch cộng hưởng ra nên nó

tự triệt tiêu nhau.

Như vậy mạch trộn tần cân bằng làm tăng dòng điện trung tần đầu ra và giảm được tạp âm.

Cũng có thể dùng mạch trộn tần vòng.

149

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

5.8.3.2. Mạch trộn tần dùng Tranzito.

Ưu điểm của mạch trộn tần kiểu này là ngoài nhiệm vụ trộn tần còn khuếch đại nên tín hiệu ra có biên độ lớn. Có thể dùng Tranzito trường hay Tranzito lưỡng cực để trộn tần. Có thể dùng cách mắc gốc chung hay phát chung. Mạch mắc gốc chung dùng ở phạm vi tần số cao hay siêu cao vì tần số giới hạn của nó cao. Tuy nhiên sơ đồ này độ khuếch đại không bằng mạch phát chung.

Utt

Uth

Uns

Mạch trộn tần dùng Tranzito lưỡng cực hình 5-21.

Utt

Uth

Uns

Hình 5-21.a: Mạch trộn tần dùng Tranzito. +E

Hình 5-21.b: Mạch trộn tần dùng Tranzito.

Mạch trộn tần dùng tranzito trường cũng có kết cấu tương tự. Mạch dùng tranzito trường có

hai cực cửa như hình 5-22.

150

+EC

Utt

Uns

R1 R2

Uth

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Hình 5-22: Mạch trộn tần dùng Tranzito trường có hai cực cửa.

5.9. MẠCH NHÂN CHIA TẦN SỐ

Để tạo ra tín hiệu có tần số theo yêu cầu từ một tín hiệu có tần số chuẩn ta dùng mạch nhân hoặc

chia tần số. Mạch nhân chia tần số hiện nay phổ biến dùng vòng giữ pha viết tắt là PLL.

Ud=KdUVUr

LTT và KĐ

VCO

Nguyên lý làm việc của PLL được chỉ ra ở hình 5-23. PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển. Khác với vòng điều khiển thường dùng trong kỹ thuật điện tử, trong đó điện áp hoặc dòng điện là các đại lượng vào và đại lượng ra, trong PLL đại lượng vào và đại lượng ra là tần số và chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra, nghĩa là PLL làm cho tần số fr của tín hiệu so sánh bám theo tần số fv của tín hiệu vào, cho ®Õn khi tần số của tín hiệu so sánh bằng tần số của tín hiệu ra ( fr= fv ).

(fV- fr)

(fV+ fr)

Tín hiệu so sánh Ur

Hình 5-23: Sơ đồ khối vòng giữ pha.

Để có tín hiệu điều chỉnh Ud (hoặc id) tỷ lệ với hiệu pha Δϕ = ϕv - ϕr phải dùng bộ tách sóng pha. ở đầu ra bộ tách sóng pha là tín hiệu hiệu chỉnh được đưa đến bộ tạo bộ dao động khống chế bằng điện áp (VCO) làm thay đổi tần số dao động của nó sao cho hiệu tần số của tín hiệu vào và tín hiệu ra giảm dần và tiến tới không, nghĩa là fr = fv.

Các phần tử cơ bản của vòng giữ pha gồm có bộ tách sóng pha, bộ lọc thông thấp và một bộ

lọc tạo dao động điều khiển bằng điện áp VCO.

151

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

Để hiểu rõ nguyên lý làn việc của mạch, ta xét trường hợp đơn giản tín hiệu vào và tín hiệu ra so sánh đều là tín hiệu hình sin, vòng giữ pha thuộc loại tuyến tính dùng mạch nhân tương tự để tách sóng pha.

Với giả thuyết trên, ta thấy khi không có tín hiệu vào thì tín hiệu hiệu chỉnh Ud = 0, và tín hiệu ra của bộ tách sóng pha là tích Uv0.Ur. Mạch VCO dao động tại tần số dao động riêng f0 của nó. f0 còn được gọi là tần số dao động tự do. Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha sẽ so pha tần số của tín hiệu vào với tín hiệu so sánh. Đầu ra bộ tách sóng pha xuất hiện tín hiệu Ud mà trị số tức thời của nó tỷ lệ với hiệu pha (hiệu tần số ) của hai tín hiệu vào tại thời điểm đó.

Vì Ud =K.Uv.Ur nên trong tín hiệu ra bộ tách sóng pha có các thành phần tần số fv - fr và fv+ fr. Tần số tổng bị loại bỏ nhờ bộ lọc thông thấp, còn tần số hiệu được khuếch đại lên và dùng làm tín hiệu điều khiển tần số dao động của VCO. Tần số của VCO được thay đổi sao cho fv - fr tiến tới không, nghĩa là fv=fr.

Nếu tần số tín hiệu vào và tín hiệu so sánh lệch nhau quá nhiều làm cho tần số tổng và tần số hiệu đều nằm ngoài khu vực thông của bộ lọc thì không có tín hiệu điều khiển VCO dao động tại f0. Khi f0 và fr xích lại gần nhau sao cho thành phần fv - fr rơi vào khu vực thông của bộ lọc thì VCO bắt đầu nhận tín hiệu điều khiển để thay đổi tần số dao động của nó, PLL bắt đầu hoạt động, ta nói PLL làm việc trong "dải bắt". Dải bắt của PLL phụ thuộc vào giải thông của bộ lọc. "Dải giữ" của PLL là giải tần số mà PLL có thể giữ được chế độ đồng bộ khi thay đổi tần số tín hiệu vào. Dải giữ không phụ thuộc vào giải thông của bộ lọc mà phụ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển Ud và vào khả năng biến đổi tần số của VCO.

Vòng giữ pha đã có nhiều năm nay nhưng gần đây được ứng dụng rộng rãi nhờ sự ra đời

của vi mạch PLL làm giảm nhẹ được kết cấu quá phức tạp của mạch.

Một trong các ứng dụng quan trọng của PLL là nhân tần và chia tần.

Mạch nhân tần với hệ số nhân n như ở hình 5-24.

Từ một tín hiệu vào là một dây xung có tần số cơ bản là fv và các bài bậc cao nfv và cho tần số

VCO bám theo một hài bậc cao nào đó của fv thì đầu ra nhận được tín hiệu có fr = nfv.

Tần số chuẩn

Tần số ra

TSP

VCO

LTT và KĐ

fr = nfv

Mạch tổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội của tần số chuẩn ở hình 5-25.

n:1

Hình 5-24: Mạch nhân tần với hệ số n nguyên

152

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

PLL

fn . m

fv/m

CT1

TSP

VCO

LTT và KĐ

1:m

fr n

CT2

n:1

Ở đây tần số của tín hiệu vào trước khi vào bộ tách sóng pha được đưa qua mạch chia tần với hệ số chia m, đầu ra mạch chia có tần số fv/m. Đầu ra của mạch VCO có tần số fr = n/m fv với độ ổn định và độ chính xác như của tần số tín hiệu vào.

Hình 5-25: Mạch tổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội của tần số vào

TÓM TẮT

Kết thúc chương 5 người học cần nắm được:

- Điều chế. Khái niệm về điều chế.

Mạch điều chế là một mạng sáu cực: có hai điện áp vào và một điện áp ra. Điện áp tin tức được ký

hiệu US, điện áp tải tin ký hiệu Ut. Điều kiện để điều chế được là tần số tải tin rất lớn hơn tần số tin tức.

Điều biên: làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức.

Điều tần là làm cho tần số tải tin biến đổi theo tin tức.

Điều pha là làm cho pha của tải tin biến đổi theo tin tức.

Điều biên. Biểu thức điều biên khi tải tin Ut và tin tức US đều là dao động điều hoà.

Tìm phổ của tín hiệu điều biên, xét quan hệ năng lượng trong điều biên.

+ Mạch điều biên. Để thực hiện điều biên có thể dùng điốt hay tranzito để thực hiện. Mạch điều biên dùng điốt phải sử dụng loại điốt cao tần (tiếp điểm). Mach điều biên cân bằng cho tín hiệu ra hai biên tần còn có các thành phần tần số khác gây nhiễu. Mạch điều biên vòng ưu điểm hơn vì loại trừ được các thành phần gây nhiễu đó (mạch phải dùng bốn điốt).

+ Mạch điều biên dùng tranzito nguyên lý điều chế cũng tương tự, tuy nhiên nó có khả năng

khuếch đại làm biên độ tín hiệu ra lớn hơn.

+ Điều chế đơn biên. Tín hiệu điều biên có hai biên tần chứa nội dung tin tức như nhau. Có thể lọc bỏ một biên tần mà nội dung tin tức vẫn không thay đổi. Đó là tín hiệu đơn biên (một biên). Truyền tin loại tín hiệu này giảm được công suất máy phát khi cùng cự ly thông tin, giảm

153

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

được giải tần công tác, giảm được tạp âm. Mạch điều chế tín hiệu đơn biên thường dùng phương pháp lọc để thực hiện. Để việc lọc bỏ một biên tần thuận lợi thường dùng phương pháp điều chế qua nhiều cấp.

+ Điều tần và điều pha: còn gọi chung là điều chế gốc vì hai loại điều chế này đều làm gốc

pha chung thay đổi.

+ Mạch điều tần. Mạch điều tần điển hình là mạch dùng điốt biến dung. Về cơ bản đây là một mạch tạo dao động sin ghép biến áp có điốt biến dung đóng vai trò tụ điện ở khung dao động. Khi mạch làm việc, tin tức US = 0, mạch cho ra tín hiệu cao tần. Khi có tin tức đưa tới đặt lên điốt biến dung làm điện dung của điốt thay đổi, làm tần số dao động của mạch biến đổi theo tin tức. Trên khung dao động ta nhận được tín hiệu điều tần.

+ Mạnh điều tần dùng tranzito điện kháng nguyên lý cũng tương tự nhưng thực hiện điều

tần gián tiếp.

+ Mạch điều pha. Mạch điều pha thực hiên theo Armstrong. Mạch này dùng hai mạch điều biên có sóng mang xung tốt còn tin tức US đưa vào có pha ngược nhau. Cộng hai tín hiệu điều biên đó cho đầu ra tín hiệu điều pha. Điều đó được giải thích dễ dàng qua đồ thi véctơ.

- Tách sóng.

Tách sóng là quá trình ngược với điều chế (còn gọi là giải điều chế). Mạch tách sóng có nhiệm vụ tách lấy tin tức US, lọc bỏ tải tin Ut. Do các phương thức điều chế: điều biên, điều tần, điều pha khác nhau nên tương ứng các mạch tách sóng cũng phải khác nhau.

+ Tách sóng điều biên: để tín hiệu sau tách sóng không méo, tín hiệu vào mạch tách sóng

phải có biên độ lớn để điốt làm việc trên phần thẳng của đặc tuyến.

Mạch tách sóng điều biên có điốt cao tần mắc nối tiếp với tải RC. Từ mạch điện ta thấy điốt chỉ thông với các nửa dương của dao động cao tần đầu vào. Đầu ra nhận được hình bao của dao động nhờ sự nạp phóng của tụ C. Đó là tin tức US. Để tách sóng tín hiệu ra không méo cần chọn tụ C và R phù hợp: 1/ωt << τ = RC << 1/ωs.

+ Tách sóng điều tần điều pha. Có thể dùng phương thức chuyển tín hiệu điều tần điều pha thành tín hiệu điều biên rồi dùng mạch tách sóng điều biên để tách sóng: mạch tách sóng điều tần lệch cộng hưởng. Nhờ mạch cộng hưởng lệch từ tín hiệu điều tần đưa vào ta nhận được tín hiệu điều biên U1, U2. Qua mạch tách sóng điều biên cho ra tin tức US. Mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng ghép: mạch chuyển tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều pha sau đó thực hiện tách sóng pha nhờ mạch tách sóng điều biên. Mạch tách sóng điều pha cân bằng dùng điốt: đưa thêm điện áp chuẩn vào để chuyển tín hiệu điều pha thành tín hiệu điều biên rồi tách sóng.

- Trộn tần.

Trộn tần là trộn tín hiệu có tần số fth với điện áp ngoại sai có tần số fns để cho ra tín hiệu trung tần có tần số bằng tổng hoặc hiệu của hai tần số đó (ftt = fns + fth hoặc ftt = fns – fth). Thường lấy tần số ftt hiệu. Do tín hiệu vào có biên độ nhỏ nên với mạch trộn tần xem như tuyến tính. Sau trộn tần tin tức không bị thay đổi. Vì tính phi tuyến của mạch trộn tần, dòng đầu ra của nó chứa nhiều thành phần tần số cách biệt nhau trong đó có tần số trung tần ftt = fns – fth. Để lọc lấy thành

154

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

phần tín hiệu có tần số này tải của tầng trộn tần phải là mạch cộng hưởng song song, cộng hưởng ở tần số đó.

Mạch trộn tần có thể dùng điốt hoặc tranzito thực hiện. Mạch trộn tần dùng điốt loại cao tần

(tiếp điểm) như hình 5-19. Mạch trộn tần dùng tranzito ở hình 5-21, 5-22.

- Nhân chia tần số.

Vòng giữ pha là một linh kiện điện tử hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển. Qua sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của nó ta thấy khi mạch làm việc đồng bộ thì fr = fv. Vì vậy khi lối vào cho tín hiệu vào qua bộ chia tần với hệ số chia m, lối so sánh về qua bộ chia tần, hệ số chia tần n thì khi PLL làm việc đồng bộ có fv/m = fr/n nên fr = nfv/m. Nếu thay đổi hệ số chia m,n ta có tần số fr theo ý muốn. Đó là ứng dụng cơ bản của vòng giữ pha để thực hiện nhân chia tần số.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

5.1. Thế nào là điều chế?

5.2. Viết biểu thức tín hiệu điều biên, tín hiệu điều tần, tín hiệu điều pha khi Us, Ut đều là tín hiệu điều

hoà?

5.3. So sánh mạch điều biên cân bằng với mạch điều biên vòng dùng điốt?

5.4. Ưu điểm khi truyền tín hiệu đơn biên trong thông tin?

5.5. Trình bày sơ đồ điều chế đơn biên hai cấp?

5.6. Trình bày mạch tạo dao động sin ghép biến áp?

5.7. Thế nào là tranzito điện kháng?

5.8. Trình bày mạch điều tầng dùng tranzito điện kháng?

5.9. Nếu đổi chiều điốt biến dung trong mạch điều tần có được không? Tại sao?

5.10. Thế nào là mạch tách sóng? Yêu cầu của mạch tách sóng?

5.11. Trình bày mạch tách sóng điều biên? Điều kiện để tách sóng không méo?

5.12. Tại sao mạch tách sóng điều tần,mạch tách sóng điều pha khác nhau?

5.13. Trình bày mạch tách sóg điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng?

5.14. Trình bày mạch tách sóng điều pha cân bằng dung điốt?

5.15. Định nghĩa mạch trộn tần?

5.16. Tại sao tải mạch trộn tần là mạch cộng hưởng song song?

5.17. Nguyên tắc hoạt động của vòng giữ pha? Nêu ứng dụng của nó?

5.18. Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m = 50%, tần số điều chế fs =10KHz, tải tin có biên độ

5mV và tần số ft = 10MHz.

a. Viết biểu thức tín hiệu điều biên?

b. Tính phổ của tín hiệu đó?

155

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

c. Sau khi khuếch đại thực hiện trộn tần. Đầu ra bộ trộn tần tín hiệu có biên độ lớn hơn

biên độ tín hiệu vào 1000 lần và tần số ftt =1MHz.

Viết biểu thức tín hiệu sau trộn tần?

Tìm tần số ngoại sai của mạch ?

Vẽ mạch tách sóng tín hiệu trung tần trên?

5.19. Điều kiện về tần số tải tin ωt và tần số tín hiệu ωs của mạch điều chế là:

a. ωt >> ωs.

b. ωt = ωs.

c. ωt ≥ ωs.

d. ωt < ωs.

5.20. Yêu cầu về loại điốt dùng trong mạch điều biên là:

a. Điốt tiếp mặt.

b. Điốt tiếp điểm (cao tần).

c. Điốt biến dung.

d. Điốt zene.

5.21. Tác dụng của điốt biến dung trong mạch điều tần là:

a. Để giữ cho biên độ tín hiệu ra ổn định.

b. Để làm cho tần số của mạch dao động biến đổi theo tin tức Us.

c. Để giữ cho tần số tín hiệu ra không thay đổi.

d. Để duy trì dao động cho mạch.

5.22. Điều kiện biên độ tín hiệu vào mạch tách sóng điều biên để tín hiệu ra không méo là:

a. Biên độ nhỏ.

b. Biên độ rất nhỏ.

c. Biên độ lớn.

d. Cả ý a và b.

5.23. Điều kiện về hằng số thời gian của mạch tách sóng điều biên để tín hiệu ra không méo là:

a. 1/ωs <<τ = RC <<1/ωt.

b. 1/ωt < τ = RC< 1/ωs.

c. 1/ωt << τ = RC <<1/ωs.

d. 1/ωs = τ = RC >>1/ωt.

5.24. Tải của mạch trộn tần phải là:

156

Chương 5: Các mạch biến đổi tần số

a. Mạch cộng hưởng nối tiếp có tần số cộng hưởng bằng ftt.

b. Mạch cộng hưởng song song có tần số cộng hưởng bằng ftt.

c. Mạch cộng hưởng song song có tần số cộng hưởng khác ftt.

d. Mạch cộng hưởng song song có tần số cộng hưởng bằng 2ftt.

5.25. Tần số đầu ra của mạch tổ hợp tần số dùng vòng giữ pha khi hệ số chia lối vào m, hệ số chia lối so

sánh n là:

a. fr = nfv.

b. fr = nfv/m.

c. fr = mfv /n.

d. fr = fv/(m – n).

157

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

CHƯƠNG 6: CHUYỂN ĐỔI A/D, D/A

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này nêu lên nguyên tắc chung chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) thành tín hiệu số (Digital) A/D và chuyển đổi tín hiệu số (Digital) thành tín hiệu tương tự (Analog) D/A. Nêu một số mạch điện để thực hiện các quá trình đó. Các vấn đề của chương gồm:

- Cơ sở lý luận: Khái niệm chung về chuyển đổi A/D, D/A, các tham số cơ bản, giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự đầu vào, độ chính xác của qúa trình chuyển đổi A/D, tốc độ chuyển đổi.

- Các bước chuyển đổi A/D: lấy mẫu và giữ mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. - Các phương pháp chuyển đổi A/D.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp hai sườn dốc.

So sánh các phương pháp chuyển đổi A/D.

- Chuyển đổi A/D phi tuyến: đặc tính của chuyển đổi A/D phi tuyến, đặc tính của bộ chuyển đổi D/A phi tuyến. Đặc tính của bộ chuyển đổi A/D, D/A phi tuyến thực tế.

- Các phương pháp chuyển đổi D/A. + Các bước chyuển đổi D/A.

+ Chuyển đổi D/A bằng phương pháp thang điện trở.

+ Chuyển đổi D/A bằng phương pháp mạng điện trở.

NỘI DUNG

6.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN

6.1.1. Khái niệm chung

Để phối ghép giữa nguồn tín hiệu tương tự với các hệ thống xử lý số, người ta dùng các mạch chuyển đổi tương tự - số (viết tắt là A/D) nhằm biến đổi tín hiệu tương tự sang dạng số hoặc dùng mạch chuyển đổi số - tương tự (D/A) trong trường hợp cần thiết biến đổi tín hiệu số sang dạng tương tự. Quá trình biến đổi một tín hiệu tương tự sang dạng số được minh hoạ bởi đặc tuyến truyền đạt trên hình 6-1.

158

111

110

ΔUQ

101

100

011

010

0 1 2 3 4 5 6 7 (UAmax) UA

ULSB

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Hình 6-1: Đặc tuyến truyền đạt của mạch biến đổi tương tự - số.

Tín hiệu tương tự UA được chuyển thành một tín hiệu có dạng bậc thang đều. Với đặc tuyến truyền đạt như vậy, một phạm vi giá trị của UA được biểu diễn một giá trị đại diện số thích hợp. Các giá trị đại diện số là các giá trị rời rạc. Cách biểu diễn phổ biến nhất là dùng mã nhị phân (hệ cơ số 2) để biểu diễn tín hiệu số.

1n −

2n −

Tổng quát, gọi tín hiệu tương tự là SA (UA), tín hiệu số là SD(UD) thì SD được biểu diễn dưới dạng của nhị phân là:

...

2.b 0

1n −

2n −

(6-1)

Trong đó các hệ số bk= 0 hoặc 1 (với k = 0 đến k = n-1) và được gọi là bit.

bn-1 được gọi là bit có nghĩa lớn nhất (MSB) tương ứng với cột đứng đầu bên trái của dãy mã số. Muốn biến đổi giá trị của MSB ứng với sự biến đổi của tín hiệu của giải làm việc.

b0 gọi là bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB) ứng với cột đứng đầu bên phải của dãy mã số. Mỗi biến đổi của tín hiệu là một mức lượng tử (một nấc của hình bậc thang).

Với một mạch biến đổi có N bit tức là có N số hạng trong từ mã nhị phân thì một nấc trên

hình bậc thang chiếm một giá trị.

UQ =

LSB

U maxA N 1 −

(6-2)

maxAU

trong đó là giá trị cực đại cho phép tương ứng của điện áp tương tự ở đầu vào A/D.

LSBU hay Q gọi là mức lượng tử.

Giá trị

Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc nên trong quá trình chuyển đổi A/D xuất hiện một sai số

gọi là sai số lượng tử hoá, được xác định như sau:

U Q =

1 2

(6-3)

159

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Khi chuyển đổi A/D phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương tự. Để đảm bảo khôi phục lại tín

hiệu một cách trung thực tần số lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện sau:

f.2

B.2

≥

≈

max

(6-4)

trong đó ftmax là tần số cực đại của tín hiệu.

B là giải tần số của tín hiệu.

Theo định lý lấy mẫu, nếu điều kiện (6-4) thoả mãn thì không có sự trung lặp giữa phổ cơ

bản và các thành phần phổ khác sinh ra do quá trình lấy mẫu.

6.1.2. Các tham số cơ bản

6.1.2.1. Giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự ở đầu vào

Là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi A/D thực hiện được.

Khoảng điện áp đó có thể lấy trị số từ 0 đến giá trị dương hoặc âm nào đó hoặc cũng có thể

là điện áp hai cực tính từ -UAm đến +UAm

Lý tưởng

Thực

6.1.2.2. Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D.

111

Tham số đầu tiên đặc trưng cho độ chính xác của bộ A/D là độ phân biệt. Ta biết rằng đầu ra của bộ A/D là các giá trị số sắp xếp theo quy luật của một loại mã nào đó. Số các số hạng của mã số đầu ra tương ứng với dải biến đổi của điện áp vào, cho biết mức chính xác của phép biến đổi. Ví dụ: 1 bộ A/D có số bit đầu ra N=12 có thể phân biệt được 212 = 4096 mức trong giải biến đổi điện áp của nó. Độ phân biệt của bộ A/D được ký hiệu là Q và được xác định theo biểu thức (6-2). Q chính là giá trị của một mức lượng tử hoá hoặc còn gọi là 1 LSB.

110

Méo phi tuyến

101

100

Sai số khuếch đại

tế Trong

011

Sai số đơn điệu

010

Sai số lệch không

1/2 LSB

thường thực dùng số bit N để đặc trưng cho độ chính xác, lúc đó phải hiểu ngầm rằng giải biên độ điện áp vào coi như không đổi.

Thông thường các bộ A/D có số bit từ 3 đến 12. Có những bộ A/D đạt độ chính xác 14 đến 16 bit.

Hình 6-2: Đặc tuyến truyền đạt lý tưởng và thực của mạch chuyển đổi A/D

Đường đặc tuyến truyền đạt lý tưởng của bộ A/D là 1 đường bậc thang đều và có độ dốc trung bình bằng 1. Đường đặc tuyến thực có sai số lệch không, sai số khuyếch đại của méo phi tuyến và sai số đơn điệu, biểu diễn trên hình 6-2.

160

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Cần chú ý rằng bộ A/D làm việc lý tưởng vẫn tồn tại sai số. Đó là sai số lượng tử hoá, được xác định theo biểu thức (6-2). Vì vậy sai số lượng tử còn gọi là sai số lý tưởng hoặc sai số hệ thống của bộ A/D.

6.1.2.3. Tốc độ chuyển đổi:

Tốc độ chuyển đổi cho biết kết quả chuyển đổi trong một giây được gọi là tần số chuyển đổi fC. Cũng có thể dùng tham số thời gian chuyển đổi TC để đặc trưng cho tốc độ chuyển đổi. TC là

f ≠ C

1 f < C T

1 T C

. Thường . Khi bộ thời gian cần thiết cho một kết quả chuyển đổi. Chú ý rằng

chuyển A/D có tốc độ cao thì độ chính xác giảm hoặc ngược lại, nghĩa là tộc độ chuyển đổi và độ chính xác mâu thuẫn với nhau. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà dung hoà giữa các yêu cầu đó một cách hợp lý.

6.1.3. Nguyên tắc làm việc của A/D

Nguyên lý làm việc của bộ A/D được minh hoạ trên sơ đồ khối hình 6-3.

A/D

Mã

Mạch lấy mẫu

Lượng tử hoá

hoá

Trước hết tín hiệu tương tự UA được đưa đến một mạch lấy mẫu, mạch này có 2 nhiệm vụ (xem đồ thị thời gian hình 6-4)

UMt0

Hình 6-3: Sơ đồ khối minh hoạ nguyên tắc làm việc của bộ A/D

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8

Hình 6-4: Đồ thị thời gian của điện áp vào và điện áp ra mạch lấy mẫu

161

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

- Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc hoá tín

hiệu về mặt thời gian).

- Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển đổi

tiếp theo.

Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lượng tử hoá để làm tròn với độ chính xác

Q 2

. Mạch lượng tử hoá có nhiệm vụ rời rạc tín hiệu tương tự về mặt biên độ. Nhờ quá trình

lượng tử hoá một tín hiệu tương tự bất kỳ được biểu diễn bởi một số nguyên lần mức lượng tử, nghĩa là:

−

X Ai Q

X Q

(6-5) ZDi = Phần nguyên

Trong đó: XAi: là tín hiệu tương tự ở thời điểm i

ZDi: tín hiệu số ở thời điểm i

Q: Mức lượng tử

ΔXi: Số dư trong phép lượng tử hoá

Trong phép chia theo biểu thức (6-5) chỉ lấy phần nguyên của kết quả, phần dư còn lại (không chia hết cho Q) chính là sai số lượng tử hoá. Như vậy, quá trình lượng tử hoá thực chất là quá trình làm tròn số. Lượng tử hoá thực hiện theo nguyên tắc so sánh. Tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn Q.

Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử hoá được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi.

Trong nhiều loại mạch A/D quá trình lượng tử hoá và mã hoá xảy ra đồng thời, không thể

tách rời hai quá trình đó.

Phép lượng tử hoá và phép mã hoá được gọi chung là mạch chuyển đổi A/D

6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI A/D

6.2.1. Phân loại

Có nhiều phương pháp chuyển đổi A/D, người ta phân ra bốn phương pháp biến đổi sau:

- Biến đổi song song.

Trong phương pháp chuyển đổi song song, tín hiệu được so sánh cùng một lúc với nhiều giá

trị chuẩn. Do đó tất cả các bit được xác định đồng thời và đưa đến đầu ra.

- Biến đổi nối tiếp theo mã đếm:

Ở đây quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật của mã đếm. Kết quả chuyển đổi được xác định bằng cách đếm số lượng giá trị chuẩn có thể chứa được trong giá trị tín hiệu tương tự cần chuyển đổi.

162

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

- Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân

Quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật mã nhị phân. Các đơn vị chuẩn dùng để so sánh lấy các giá trị giảm dần theo quy luật mã nhị phân, do đó các bit được xác định lần lượt từ bit có nghĩa lớn nhất (MSB) đến bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB)

- Biến đổi song song - nối tiếp kết hợp

Trong phương pháp này, qua mỗi bước so sánh có thể xác định được tối thiểu là 2 bit đồng

thời.

Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số phương pháp chuyển đổi điển hình.

6.2.2. Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song

Sơ đồ của phương pháp này như ở hình 6-5. Tín hiệu tương tự đã lấy mẫu UM được đồng

thời đưa đến các bộ so sánh S1 ÷ Sm.

+Uch _ S1 +

_ S2 +

_ S4 +

Mã hoá

_ Sm +

R 2

Nhịp

Điện áp chuẩn Uch được đưa đến đầu vào thứ 2 của bộ so sánh qua thang điện trở R. Do các điện áp chuẩn đặt vào các bộ so sánh lân cận khác nhau một lượng không đổi và giảm dần từ S1 đến Sm. Đầu ra các bộ so sánh có điện áp vào lớn hơn điện áp chuẩn lấy trên thang điện trở, có mức logic "1", các đầu ra còn lại có mức logic "0". Tất cả các đầu ra được nối đến mạch "Và", một đầu mạch "Và" nối tới mạch tạo xung nhịp. Chỉ khi có xung nhịp đưa tới đầu vào "Và" thì các xung đầu ra bộ so sánh mới đưa ra mạch nhớ FF (Flip-Flop). Như vậy cứ sau 1 thời gian bằng 1 chu kỳ xung nhịp lại có 1 tín hiệu được biến đổi và đưa đến đầu ra. Xung nhịp bảo đảm cho quá trình so sánh kết thúc mới đưa tín hiệu vào bộ nhớ. Bộ mã hoá có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu vào dưới dạng mã đếm thành mã nhị phân.

Hình 6-5: Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi A/D theo phương pháp song song

163

2 −N

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Mạch này có ưu điểm là tốc độ biến đổi nhanh, vì quá trình so sánh thực hiện song song. Nhưng nhược điểm là kết cấu mạch phức tạp với số linh kiện quá lớn. Với bộ chuyển đổi N bit, để phân biệt được 2N mức lượng tử hoá, phải dùng ( ) bộ so sánh. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng trong các bộ A/D yêu cầu số bít nhỏ và tốc độ chuyển đổi cao. Ngày nay người ta đã chế tạo các bộ A/D song song 7 bits với fC = 15MHz

6.2.3. Chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản.

Hình 6-6 biểu diễn sơ đồ khối và nguyên tắc làm việc của mạch. Hình 6-7 là đồ thị thời gian

USS

+ _

Đếm,

Mã hóa

Tạo điện áp răng cưa

+ _

USS

Tạo nhịp

điện áp ra của các khối hình 6-6.

0 USS2

0 USS1

Hình 6-6: Sơ đồ nguyên tắc của A/D làm việc theo phương pháp đếm đơn giản

0 UG

Hình 6-7: Đồ thị thời gian điện áp ra các khối của hình 6-6

Điện áp vào UA được so sánh với điện áp chuẩn dạng răng cưa UC nhờ bộ so sánh SS1. Khi

UA>UC thì SS1=1, khi UA

164

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Bộ so sánh SS2 so sánh điện áp răng cưa với mức 0V (đất). USS1 và USS2 được đưa đến một mạch "Và". Xung ra UG có độ rộng tỷ lệ với độ lớn của điện áp vào tương tự UA, với giả thiết xung chuẩn dạng răng cưa có độ dốc không đổi.

Mạch "Và" thứ 2 chỉ cho ra các xung nhịp khi tồn tại UG, nghĩa là trong khoảng thời gian 0 < UC < UA. Mạch đếm đầu ra sẽ đếm số xung nhịp đó. Đương nhiên, số xung này tỷ lệ với độ lớn của UA.

Bộ tạo xung răng cưa là một bộ tích phân ta đã nghiên cứu ở chương 4. Sơ đồ nguyên lý

Uch

trên hình 6-8.

Hình 6-8: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung răng cưa

t .

dtU ch

∫

1 RC

U ch RC

Dùng điện áp chuẩn một chiều Uch để nạp cho tụ C thông qua điện trở R, ta có điện áp ra:

Giả sử tại t = tm thì UC = UA, ta có:

U = A

U ch RC

RC.

M =

U U

, do đó

Số xung nhịp đếm được trong thời gian tM gọi là Z

Z = fn.tM, với fn là tần số xung nhịp, hay:

RC.

.fZ n=

U U

(6-6)

Theo (6-6) ta thấy rằng Z tỷ lệ với UA như mong muốn, nhưng Z còn phụ thuộc vào R, C và fn. Nếu những tham số này không ổn định thì kết quả đếm có sai số. Ngoài ra, trong phương pháp này yêu cầu fn phải đủ lớn để đạt được độ chính xác cần thiết.

6.2.4. Chuyển đổi A/ D theo phương pháp tích phân hai sườn dốc

Mạch điện ở hình 6-9 minh hoạ nguyên tắc làm việc của bộ A/D theo phương pháp tích phân hai sườn dốc. Khi mạch logic điều khiển cho khoá K ở vị trí 1 thì UA nạp điện cho tụ C thông qua điện trở R. Trên đầu ra mạch tích phân A1 có điện áp:

165

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

dtU A

tU . A

∫

1 RC

S _

(6-7)

Uch

Đếm

"và"

K 1

Nhịp

Mạch logic

Hình 6-9: Sơ đồ nguyên lý của bộ A/D làm việc theo phương pháp tích phân hai sườn dốc

Giả thiết thời gian nạp cho tụ là t1, ta có điện áp hạ trên tụ sau thời gian t1 là

t 1.

Ct =

U A RC

(6-8)

U'C1

U'Ct1 tỷ lệ với UA Tuỳ theo UA lớn hay bé mà điện áp U'C(t) có độ dốc khác nhau như trên hình 6-10. Trong thời gian t1, bộ đếm Z0 cũng đếm các xung nhịp. Hết thời gian t1 khoá K được mạch logic điều khiển sang vị trí 2, đồng thời tín hiệu từ mạch logic cũng được đưa đến mạch "Và" làm cho mạch "Và" thông đối với xung nhịp. Tại thời điểm này mạch đếm ở đầu ra bắt đầu đếm, đồng thời mạch đếm Z0 được mạch logic điều khiển về vị trí nghỉ.

t'2

Hình 6-10: Đồ thị thời gian điện áp ra trên mạch tích phân

Khi khoá K ở vị trí 2, điện áp Uch bắt đầu nạp cho tụ C theo chiều ngược lại, phương trình nạp là:

166

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

t .

−=

'' C

U ch RC

(6-9)

Sau một khoảng thời gian t2 thì:

t .

−=

'' Ct

U ch RC

(6-10)

'' |U| C =

' |U| C

, nghĩa là điện áp trên tụ C bằng 0. Theo (6-8) và Giả thiết sau thời gian t2 thì

t 1

U A RC

U ch RC

(6-10) ta có:

t 1

U U

hay: (6-11)

Mặt khác, có thể xác định được số xung đưa đến mạch đếm Z0 trong khoảng thời gian t1 là:

(6-12) Z0 = fn.t1

Trong đó: fn là tần số dãy xung nhịp. Từ (6-12) suy ra:

t = 1

Z f

(6-13)

Thay (6-13) vào (6-11) xác định được:

t = 2

Z f

U U

(6-14)

Do đó số xung nhịp đếm được nhờ mạch đếm ở đầu ra trong khoảng thời gian t2 là:

f.tZ =

U U

(6-15)

Sau thời gian t2 mạch đếm ra bị ngắt, vì UC = 0 và mạch logic đóng cổng "Và". Quá trình đó được lặp lại trong chu kỳ chuyển đổi tiếp theo.

Theo (6-15) ta thấy số xung đếm được ở đầu ra tỷ lệ với điện áp tương tự UA cần chuyển đổi. ở đây kết quả đếm không phụ thuộc vào các thông số RC của mạch và cũng không phụ thuộc vào tần số xung nhịp fn, như trong phương pháp đếm đơn giản. Nhờ vậy kết quả chuyển đổi khá chính xác và không cần chọn tần số xung nhịp fn cao. Tuy nhiên tần số xung nhịp phải có độ ổn định cao sao cho trị số của nó trong khoảng thời gian t1 và t2 như nhau để phép giản ước trong biểu thức (6-15) không gây sai số.

Trong phương pháp đếm đơn giản và phương pháp tích phân hai sườn dốc, ta đã làm cho điện áp UA tỷ lệ với thời gian t1 và t2 rồi đếm số xung nhịp xuất hiện trong khoảng thời gian đó. Vì vậy các phương pháp này còn có tên gọi chung là phương pháp gián tiếp thông qua thông số thời gian.

167

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

6.2.5. Chuyển đổi A/ D, D/A phi tuyến

Ta biết rằng sai số tuyệt đối của bộ chuyển đổi A/D không đổi, còn sai số tương đối của nó tăng khi biên độ tín hiệu vào giảm. Trường hợp muốn cho sai số tương đối không đổi trong toàn giải biến đổi của điện áp vào thì đường đặc tính truyền đạt của bộ biến đổi phải có dạng loga (hình 6-11a), sao cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm thay đổi trong giải biến đổi của điện áp vào. Nhờ đó tiếng nói nhỏ không bị tạp âm lấn át và đó cũng là một cách làm cho quá trình lượng tử hoá thích ứng với đặc tính của tai người. Đó là đặc tính lấn át được tạp âm khi tín hiệu vào lớn. Ngoài ra, lượng tử hoá phi tuyến còn cho phép tăng dung lượng của kênh thoại do giảm được số bit với cùng chất lượng thông tin như nhau khi lượng tử hoá tuyến tính.

a) của bộ biến đổi A/D;

b) của bộ biến đổi D/A

Hình 6-11: Đặc tính biến đổi phi tuyến

Để có lại tín hiệu trung thực như ban đầu, bộ biến đổi ngược D/A theo phương pháp này có cấu tạo sao cho đường đặc tính biến đổi ngược của nó có dạng hàm số mũ (hình 6-11b). Đặc trưng biến đổi A/D thường dùng hàm số:

1ln( + 1ln( +

x ) μ ) μ

(6-16)

;

Amax

max

trong đó:

Theo (6-16) y = 0 khi x = 0 và y = 1 khi x = 1.

==xy |' 0

1ln(

μ +

) μ

Độ dốc y' tại x = 0:

Hình 6-12 biểu diễn hàm số này với μ = 100. So sánh với đường đặc tính y = x thì đường cong (6-13) có độ dốc gấp đôi tại gốc toạ độ. Do đó với tín hiệu bé, đường đặc tính có bậc "thang" biến đổi dày hơn. Tương ứng tỷ số tín hiệu trên tạp âm tính được là 6dB. Nếu đường đặc tính có độ dốc tại gốc tạo độ y'' = 21,7 thì tỷ số S/N = 26,7 dB

Thực tế rất khó tăng hệ số μ, vì đường đặc tính cáng cong thì việc thực hiện hai đường cong biến đổi A/D và D/A có dạng như nhau, biến đổi ngược nhau và có độ dốc phù hợp rất phức tạp. Trong thực tế để đơn giản ta chia đường đặc tính truyền đạt thành 2 đoạn có độ dốc khác nhau:

168

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

x <

y 1

1 A

A x Aln +

với tín hiệu bé ( ) dùng hàm số và với tín hiệu lớn dùng hàm số:

Aln 1 + X 1 Aln +

. y

1,0

0,9

0,8

1ln( 1ln(

)x. μ+ ) μ+

μ+ μ+

0,7 = với μ =100. 0,6 Hình 6-12: Đường cong )x ) 1ln( 1ln( 0,5

0,4

0,3

0,2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,1

g n ă m c é s ố S

Số mức

0 2 4 8 16

Theo nguyên tắc đó, người ta thực hiện đường đặt tính gồm 13 séc măng: 6 sec măng ứng với x > 0; 6 séc măng ứng với x < 0 và séc măng thứ 13 đi qua gốc toạ độ có |y| = 2,8 (hình 6-13). Các séc măng kề nhau có độ dốc hơn kém nhau hai lần.

Hình 6-13: Đặc tính truyền đạt của bộ chuyển đổi D/A phi tuyến dùng trong thực tế

Bằng cách có thể chế tạo một bộ chuyển đổi A/D- 4 bit, trong đó 1 bit dùng để chỉ thị cực tính của điện áp vào, và 3 bit để biểu diễn một tín hiệu có giải biến đổi điện áp vào lớn gấp 256 lần séc măng nhỏ nhất, nghĩa là so với lượng tử hoá tuyến tính thì số bit giảm đi một nửa.

Để truyền tín hiệu tiếng nói thường dùng mã 8 bít. Bằng cách chia mỗi sec măng ở trên

thành 16 phần nhỏ sẽ thu được mã 8 bít mong muốn.

169

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

6.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI D/A

Chuyển đổi số-tương tự (D/A) là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bít) đã

biết của tín hiệu số, với độ chính xác là một mức lượng tử từ 1 LSB.

Chuyển đổi D/A không phải là phép nghịch đảo của chuyển đổi A/D, vì không thể thực hiện

phép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa.

D/A

LTT

Để lấy lại tín hiệu tương tự từ tín hiệu số, dùng sơ đồ nguyên tắc trên hình 6-14.

Hình 6-14: Sơ đồ khối nguyên tắc biến đổi tìm lại tín hiệu tương tự từ tín hiệu số

Theo sơ đồ này thì quá trình chuyển đổi số- tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự đã lấy mẫu được. Tín hiệu đầu ra là tín hiệu rời rạc theo thời gian như trên hình 6-15. Tín hiệu này được đưa qua một bộ lọc thông thấp lý tưởng. Đầu ra bộ lọc được tín hiệu UA biến đổi liên tục theo thời gian, đó là tín hiệu nội quy của UM.

Sau đây ta sẽ xét một số phương pháp chuyển đổi D/A cơ bản.

Hình 6-15: Đồ thị thời gian của tín hiệu sau mạch chuyển đổi D/A

6.3.1. Chuyển đổi D/A bằng phương pháp thang điện trở

và MSB điều khiển khóa nối với điện trở nhỏ nhất (

Sơ đồ 6-16 minh họa nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp thang điện trở. Đầu vào bộ khuyếch đại thuật toán là một thang điện trở. Mà trị số của chúng phân bố theo mã nhị phân, các điện trở lân cận nhau hơn kém nhau 2 lần. Tín hiệu điều khiển là tín hiệu số cần chuyển đổi. Bít có nghĩa nhỏ nhất (LSB) được đưa đến điều khiển khóa nối với điện trở lớn nhất R, bit có nghĩa lớn hơn tiếp đó được đưa đến điều khiển khóa nối với điện trở nhỏ hơn R/2... R ). Nếu một bít có giá trị "O" thì khóa 2 1-N

1N −

tương ứng nối đất và nếu một bít có giá trị "1" thì khóa K tương ứng nối với nguồn điện áp chuẩn Uch để tạo nên một dòng điện tỷ lệ nghịch với trị số điện trở của nhánh đó, nghĩa là Io có giá trị bé nhất, IN-1 có giá trị lớn nhất. Dòng sinh ra trong các nhánh điện trở được đưa đến đầu vào bộ khuyếch đại, đầu ra bộ khuyếch đại thuật toán có điện áp:

−=

∑

0n −

(6-17)

170

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

Để thực hiện chuyển mạch K trong sơ đồ 6-16 có thể dùng sơ đồ 6-17. Đây là một mạch

Rht

2N-1 IN-1

_ +

R 2

R 1N2 −

khuyếch đại vi sai làm việc ở trạng thái bão hòa. Khi tín hiệu điều khiển có giá trị "O" thì Io qua

Hình 6-16: Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp thang điện trở

Uch

Tín hiệu điều khiển số =

T1 xuống đất, khi tín hiệu điều khiển có giá trị "1" thì Io được dẫn qua T2 đến đầu vào bộ khuyếch đại thuật toán.

Chuyển đổi D/A theo phương pháp này yêu cầu trị số của các điện trở phải rất chính xác. Ví

R 1-N2

phải chính xác đến mức sai số dòng điện qua đó không vượt quá 1 dụ điện trở nhỏ nhất

Rht

Tín hiệu điều khiển

LSB, với N=16 thì sai số này khoảng 0,5%.

-Uch

Hình 6-17: Minh họa nguyên tắc làm việc của chuyển mạch K trên hình 6-16.

6.3.2. Chuyển đổi D/A bằng phương pháp mạng điện trở

Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp này như ở hình 6-18. ở đây các nguồn dòng được tạo ra bởi nguồn điện áp chuẩn Uch. Dòng điện của chúng bằng nhau và bằng Io. Tín hiệu cần chuyển đổi được đưa đến chuyển mạch K. Khi một bít nào đó của tín hiệu điều khiển

171

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

là "0" thì Io tương ứng với bít đó bị ngắn mạch qua khóa xuống đất. Ngược lại, nếu tín hiệu điều khiển là "1" thì Io ứng với bít đó được dẫn tới đầu vào bộ khuyếch đại qua mạng điện trở.

. . .

Tín hiệu

iN-2

iN-1

Rht

điều khiển

Hình 6-18: Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp mạng điện trở

Trong sơ đồ này mạng điện trở làm nhiệm vụ phân dòng. Vì điện trở nhánh ngang bằng một nửa điện trở nhánh dọc, nên dòng đi qua mỗi khâu điện trở thì giảm đi một nửa. Dòng điện ứng với LSB đi qua N-1 khâu điện trở, dòng điện ứng với bit có nghĩa lớn hơn đi qua N-2 khâu.....và dòng ứng với MSB được đưa trực tiếp đến đầu bộ khuyếch đại. Kết quả là các dòng điện ở cửa vào bộ khuyếch đại có trị số tương ứng với bit mà nó đại diện. Chúng có trị số giảm dần từ MSB đến LSB theo mã nhị phân. Điện trở ở nhánh ngang cuối cùng có giá trị số là 2R bằng điện trở

2N =−

I 0 2

nhánh dọc để đảm bảo sự phân dòng cho ở khâu cuối cùng cũng giống như các khâu

trước.

Trong sơ đồ này số điện trở phải dùng khá lớn. Nếu phải chuyển đổi N bit thì số điện trở

phải dùng là 2(N-1), trong khi theo phương pháp thang điện trở chỉ phải dùng N điện trở mà thôi.

TÓM TẮT

Kết thúc chương người học cần hiểu và nắm được các vấn đề:

- Tín hiệu trong hệ thống thông tin số là tín hiệu số. Từ tín hiệu tương tự (Analog) muốn chuyển đổi thành tín hiệu số (Digital) phải dùng bộ chuyển đổi tương tự- số viết tắt là A/D. Ngược lại khi có tín hiệu số muốn chuển thành tín hiệu tương tự phải dùng bộ chuyển đổi số- tương tự viết tắt là D/A.

- Chuyển đổi A/D. Nguyên tắc chuyên đổi A/D được mô tả trên đặc tuyến truyền đạt hình 6-1. Ở đây UA là tín hiệu tương tự, UD là tín hiệu số. Ta thấy tín hiệu số là tín hiệu rơì rạc, một phạm vi giá trị của UA được biểu diễn bằng một đại diện số thích hợp dưới dạng số nhị phân. Với

172

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

UAmax là điện áp tương tự cực đại đầu vào, thì mmọt nấc của hình thang (còn gọi là mức lượng tử Q) bằng:

Q = UAmax /(2N – 1).

Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc nên trong quá trình chuyển đổi A/D xuất hiện sai số lượng

tử ΔUQ = Q/2.

Trước khi chuyển đổi A/D phải lấy mẫu tín hiệu tương tự. Để quá trình khôi phục lại tín hiệu tương tự trung thực, tần số lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện fM ≥ 2Fmax, trong đó Fmax là tần số giới hạn trên của giải tín hiệu vào.

- Các tham số cơ bản của bộ chuyển đổi A/D:

+ Giải biến đổi điện áp của tín hiệu tương tự đầu vào.

+ Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D: được đánh giá bằng số bít N của từ mã, khi xem giải biên độ của điện áp tín hiệu vào không đổi. Trong chuyển đổi A/D luôn tồn tại sai số được gọi là sai số lượng tử. Ngoài ra có thể có các sai số khác như sai số đơn điệu, sai số lệch không, sai số khuếch đại.

+ Tốc độ chuyển đổi: trong chuyển đổi A/D tốc độ chuyển đổi và đọ chính xác mâu thuẫn

nhau.

+ Các bước chuyển đổi A/D: có ba bước: lấy mẫu tín hiệu tương tự và giữ mẫu, lượng tử

hoá, mã hoá.

- Các phương pháp chuyển đổi A/D.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song: phương pháp này có ưu điểm là tốc độ chuyển đổi nhanh nhưng phải dùng nhiều bộ so sánh. Với mạch chuyển đổi cho tín hiệu số N bít cần có 2N – 1 bộ so sánh.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản: phương pháp này mạch đơn giản hơn, chỉ cần hai bộ so sánh. Tuy vậy muốn có độ chính xác cao cần linh kiện RC trong mạch tạo điện áp răng cưa có sai số nhỏ, tần số xung nhịp (fn) phải lớn.

+ Chuyển đổi A/D theo phương pháp tích phân hai sườn dốc có ưu điểm hơn cả. Độ chính xác của quá trình chuyển đổi cao, nó không phụ thuộc độ sai số của linh kiện trong mạch cũng như yêu cầu về tần số xung nhịp.

+ Chuyển đổi A/D, D/A phi tuyến có ưu điểm là làm tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) khi tín hiệu vào nhỏ. Ngoài ra lượng tử hoá phi tuyến còn cho phép tăng dung lượng của kênh thoại do giảm được số bít của từ mã với cùng chất lượng thông tin như nhau so với khi lượng tử hoá tuyến tính.

+ Chuyển đổi D/A là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự UA từ tín hiệu số UD. Bộ chuyển đổi D/A cho ta tín ta lại tín hiệu tương tự đã lấy mẫu UM. Đó là tín hiệu rời rạc theo thời gian. Tín hiệu này qua mạch lọc thông thấp lý tưởng cho tín hiệu UA biến đổi liên tục theo thời gian, là tín hiệu nội suy của UM.

- Các phương pháp chuyển đổi D/A.

173

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

+ Chuyển đổi D/A dùng thang điện trở: mạch gồm một thang điện trở có số điện trở bằng số bít của từ mã. Trị số các điện trở liền kề cách nhau hai lần R, R/2,...,R/2N-1. Các bít tương ứng của tín hiệu số UD điều khiển chuyển mạch, nối điện áp Uch với điện trở tương ứng nếu bít nhận giá trị 1 và nối đất nếu bít nhận giá trị 0. Dòng tổng qua Rht, cho điện áp đầu ra là một xung có biên độ tương ứng với từ mã đảm nhiệm tác động đầu vào. Mạch này có nhiều loại điện trở bằng số bít N, dễ gây sai số do trị số các điện trở khác nhau quá nhiều.

+ Chuyển đổi D/A dùng mạng điện trở. Mạng chỉ dùng hai loại điện trở R và 2R nên ảnh hưởng của sai số linh kiện ít hơn. Do cách đấu của mạng điện trở nên dòng điện từ trái qua phải, cứ qua một nút mạch phải chia đôi giá trị. Dòng tổng gây sụt áp trên Rht cho điện áp ra là xung có biên độ tương ứng tín hiệu số tác động đầu vào.

Chú ý: các phương pháp chuyển đổi A/D, D/A ở tài liệu này đều xét ở quá trình chuyển đổi tuyến tính có mức lượng tử Q đều. Hiện nay vi mạch chuyển đổi A/D, D/A dùng rất phổ biến, được chia theo các họ. Các vi mạch chuyển đổi A/D ký hiệu ADC 0801 - 0805, từ tín hiệu tương tự cho ra tín hiệu số 8 bit. Các vi mạch chuyển đổi D/A ký hiệu DAC 0806 - 0808, là bộ chuyển đổi ngược, từ tín hiệu số 8 bít cho ra tín hiệu tương tự.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

6.1. Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D phụ thuộc vào tham số nào? tại sao?

6.2. Nêu các bước chuyển đổi A/D?

6.3. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi A/D theo phương pháp song song?

6.4. Trong sơ đồ chuyển đổi A/D theo phương pháp song song mức lượng tử Q thể hiện ở đâu?

Tìm biểu thức xác định giá trị đó?

6.5. Sơ đồ và nguyên lý chuyển đổi của bộ chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản?

6.6. Trong sơ đồ chuyển đổi A/D theo pương phương pháp đếm đơn giản mức lượng tử Q thể

hiện ở đâu? Tìm biểu thưc xác đinh giá trị đó?

6.7. So sánh ưu điểm bộ chuyển đổi A/D theo phương pháp tích phân hai sườn đối với phương

pháp đếm đơn giản?

6.8. Thế nào là chuyển đổi A/D phi tuyến? ý nghĩa thực tế của nó?

6.9. Nêu các bước chuyển đổi D/A?

6.10. Sơ đồ và nguyên lý bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp thang điện trở?

6.11. Sơ đồ và nguyên lý bộ chuyển đổi D/A theo phương pháp mạng điện trở?

6.12. So sánh bộ chuyển đổi D/A dùng phương pháp thang điện trở với phương pháp dùng mạng

điện trở?

6.13. Một tín hiệu tương tự có giải tần số 300 Hz đến 3700 Hz. Hãy xác định tần số lấy mẫu để

chuyển đổi A/D trong trường hợp đó?

Nếu tần số lấy mẫu fM = 8000Hz thì chu kỳ lấy mẫu TM là bao nhiêu?

174

Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A

6.14. Một bộ chuyển đổi A/D có Ua max = 5v. Hãy xác định mức lượng tử Q và sai số lượng tử của nó trong các trường hợp: số bít từ mã N = 3, số bít từ mã N = 6, nhận xét?

6.15. Tần số lấy mẫu trong chuyển đổi A/D khi tín hiệu vào có giải tần Fmin ÷ Fmax là:

a. fM ≥ 2Fmin. b. fM ≥ 2Fmax.

c. fM < 2Fmax. d. fM = Fmax.

6.16. Độ chính xác trong chuyển đổi A/D khi Ua max không đổi phụ thuộc vào:

a. Độ lớn tần số lấy mẫu fM.

b. Độ rộng giải tần tín hiệu vào.

c. Số bít N của từ mã.

d. Cả ý b và c.

6.17. Độ chính xác trong chuyển đổi A/D dùng phương pháp đếm đơn giản phụ thuộc vào thông số của mạch:

a. Chỉ phụ thuộc fn.

b. Phụ thuộc R, C.

c. Phụ thuộc R, C và fn.

d. Không phụ thuộc.

6.18. Độ chính xác trong chuyển đổi A/D dùng phương pháp tích phân hai sườn dốc phụ thuộc vào thông số của mạch:

a. Phụ thuộc fn, R và C.

b. Phụ thuộc R, C.

c. Không phụ thuộc.

d. Chỉ phụ thuộc fn.

6.19. Số điện trở dùng trong thang điện trở của mạch chuyển đổi D/A khi số bít của từ mã N:

a. 2N. b. N.

c. 2(N – 1). d. 2(N + 1).

6.20. Số điện trở dùng trong mạng điện trở của mạch chuyển đổi D/A khi số bít của từ mã N:

a. N. b. 2N - 1.

c. 2(N – 1). d. (N + 1)

175

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

CHƯƠNG 7: MẠCH CUNG CẤP NGUỒN

GIỚI THIỆU CHUNG

Các vấn đề chính của chương gồm:

- Khái niệm bộ nguồn, sơ đồ khối của bộ nguồn gồm các khối biến áp, chỉnh lưu, lọc san

bằng và ổn áp.

- Biến áp: nhiệm vụ của biến áp.

- Mạch chỉnh lưu: chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha toàn sóng, chỉnh lưu cầu

và chỉnh lưu bội áp. Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu.

- Mạch lọc. Nhiệm vụ của mạch lọc. Có mạch lọc C, mạch lọc L, mạch lọc LC và RC.

- Mạch ổn áp. Nhiệm vụ của mạch ổn áp. Có mạch ổn áp dùng điôt zene, mạch ổn áp dùng

tranzito, mạch ổn áp dùng vi mạch.

- Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp. Nhiệm vụ của mạch bảo vệ. Phân tích mạch bảo vệ quá

dòng, mạch bảo vệ quá áp.

- Bộ nguồn chuyển mạch: khái niệm, sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn

chuyển mạch.

NỘI DUNG

7.1. KHÁI NIỆM

Biến áp

Ur Rt

Mạch lọc

U01

Mạch nguồn cung cấp có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch điện và thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua quá trình biến đổi thực hiện trong bộ nguồn một chiều. Hình 7-1 biểu diễn sơ đồ khối của một bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng các khối như sau:

Mạch chỉnh lưu Mạch ổn áp (ổn dòng)

Hình 7-1. Sơ đồ khối bộ nguồn.

Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp

với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U1 không cần biến áp.

- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều không

bằng phẳng U0. Sự không bằng phẳng này phụ thuộc cụ thể vào từng dạng mạch chỉnh lưu.

176

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

- Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U0 thành điện áp một chiều

U01 ít nhấp nhô hơn.

- Mạch ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu ra Ur (It), khi U01 thay đổi theo sự mất ổn định của U1 hay dòng tải It thay đổi. Trong trường hợp không có yêu cầu cao thì không cần mạch ổn áp, ổn dòng một chiều.

7.2. BIẾN ÁP

Biến áp là thiết bị làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều naỳ thành điện áp xoay chiều khác nhưng tần số không đổi. Trong thiết bị nguồn biến áp ngoài nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết với mạch chỉnh lưu còn có tác dụng ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạch điện về một chiều.

Một biến áp cơ bản có hai cuộn dây cuốn trên lõi sắt từ hình 7-2. Cuộn sơ cấp được nối với

mạng điện, cuộn thứ cấp được nối với tải.

Hình 7- 2. Biến áp nguồn.

Các thông số phía sơ cấp thường có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1 điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng, công suất hiệu dụng sơ cấp U1, I1, P1. Các thông số cuộn thứ cấp ghi chỉ số 2: W2, U2, I2 ,P2. Ngoài ra còn có các đại lượng định mức của biến áp: điện áp định mức: U1dm, U2dm, dòng định mức I1dm, I2dm, công suất định mức Pdm.

Nếu bỏ qua tổn hao do điện trở dây cuốn và từ thông tổn hao thì hệ số biến áp n được tính:

(7-1) n = U1/ U2 = W1/ W2

7.3. CHỈNH LƯU MỘT PHA

7.3.1 Chỉnh lưu một pha nửa sóng :

7.3.1.1. Với tải thuần trở (hình 7-3a)

Giả sử nửa chu kỳ đầu U2 dương, điốt D phân cực thuận, D thông nên có dòng qua điốt,

qua Rt khép kín mạch.

Nửa chu kỳ sau U2 âm, điốt D phân cực ngược nên tắt, không có dòng qua tải. Nếu bỏ qua sụt áp thuận trên điốt thì dạng sóng điện áp nguồn, dạng sóng điện áp ra, dòng điện trên tải, dạng sóng điện áp ngược đặt đặt lên điốt D như hình 7-3b.

177

U2m

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

2π ωt

U2m

io ωt Hình 7-3: Sơ đồ chỉnh lưu và đồ thị dạng sóng của chỉnh lưu 1 pha nửa sóng

uDng

ωt

Ta thấy trong 1 chu kỳ của điện áp mạng, chỉ có 1 xung dòng qua tải → m =1.

∞

= u U 0

∑

= 1

∞

i n

i 0

∑

= 1

Điện áp trên tải u0 và dòng điện qua tải i0 bao gồm thành phần 1 chiều và vô số các thành phần xoay chiều từ bậc một trở lên, những thành phần xoay chiều này gây nên độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu.

Bỏ qua tổn hao trên điốt, ta có thành phần 1 chiều của điện áp trên tải U0

sin

45,0

t td ωω

mU 2

∫

m 2 π

U m 2 π

(7-2)

U = 2

mU 2 2

U điện áp hiệu dụng của u;

- Tần số đập mạnh của điện áp trên tải:

fd= m.f = f = 50Hz

- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt:

(7-3) UDngmax=U2m

178

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

7.3.1.2. Với tải dung tính

R t

1 cm ω

Khi đầu ra bộ chỉnh lưu mắc 1 tụ C song song với tải, với điều kiện thì

U2m

2π

ωt

2θ

tải của bộ nắn được coi là mang dung tính (Hình 7-3a)

Hình 7-4: Sơ đồ nắn 1 pha nửa sóng tải dung tính và dạng sóng trên tải

Nếu giá trị tụ C để sao cho XC<

sẽ được nối tắt qua tụ C, trên Rt chỉ còn thành phần 1 chiều I0

Vì sự có mặt của tụ C nên khi D thông, C được nạp với hằng số thời gian nạp τn=(rS+rv)C.

Khi D tắt, tụ C phóng qua tải với hằng số thời gian phóng τP=Rt.C.

Vì nội trở của nguồn rS và của van nắn rv(rS+rv) << Rt nên τn<<τP, vì vậy điện áp trên tụ C biến đổi rất ít. Điốt chỉ thông khi giá trị điện áp tức thời của nguồn (uS) vượt điện áp uC, nên xuất hiện góc cắt θ của xung dòng điện nắn.

Điện áp trung bình (điện áp 1 chiều) trên tụ được tính bằng:

(7-4) UC=U0=U2mcosθ

θ 3=

S R/Rπ

Ta thấy U0 là hàm của θ mà θ lại phụ thuộc vào giá trị của tải so với tổng trở của mạch.

Khi hở tải (Rt=∞) thì I0hm= 0; θ = 0 vậy U0hm = U2m

- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt là trong trường hợp hở mạch (Rt=∞)

(7-5) Ungmaxtt=2U2m

Sơ đồ nắn 1 pha nửa sóng có ưu điểm là đơn giản nhưng có những khuyết điểm:

- Dòng trung bình qua điốt lớn Itbv=I0

179

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

- Tần số đập mạch nhỏ fd=f=50Hz nên khó lọc san bằng.

7.3.2 Chỉnh lưu một pha toàn sóng

7.3.2.1. Chỉnh lưu 1 pha toàn sóng dùng biến áp thứ cấp có điểm giữa

+ Với tải thuần trở i2a D1 u2 a u2a u2b

u2a u2M Rt i0

2π π 0 u1∼ ωt Uo u2b i2 i2a i2a I2M b i2b D2 a)

Hình 7-5: ωt u0

ωt Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha toàn sóng với thứ cấp biến áp có điểm giữa khi tải thuần trở, dạng sóng đầu vào, đầu ra bộ chỉnh lưu và điện áp ngược trên điốt b)

Trên sơ đồ hình 7-5a: biến áp 1 pha có cuộn thứ cấp ra điểm giữa, tạo thành 2 điện áp u2a, u2b có biên độ bằng nhau và lệch pha nhau 1800 đặt vào 2 điốt, khiến chúng thay nhau làm việc trong cả chu kỳ.

Khi u2a ở bán chu kỳ dương (a+;b-), điốt D1 thông, D2 khoá có dòng i2a (a→D1→ Rt→ 0)

còn dòng i2b= 0.

∞

Khi u2b ở bán chu kỳ dương (b+; a-), điốt D2 thông điốt D1 khoá, có dòng i2b (b → D2→ Rt→ 0), còn dòng i2a= 0. Vậy trong 1 chu kỳ có 2 xung dòng qua tải cùng chiều, còn trên mỗi nửa cuộn thứ cấp chỉ có 1 xung dòng, m = 2 và tần số đập mạch fd=2f=100Hz.

i n

i 0

i 2

+ ∑

= 1

∞

Dòng qua tải

u n

u U = 0

+ ∑

= 1

Do đó điện áp trên tải

Dòng và điện áp trên tải bao gồm thành phần 1 chiều (I0, U0) và vô số các thành phần xoay

chiều (Σ i∼ ; Σ u∼) thành phần 1 chiều của dòng điện chỉnh lưu:

636 ,

2 π

(7-6)

180

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

U M 2 R + t

Trong đó:

rf = rb.a+rD là điện trở thuần tổn hao của 1 pha chỉnh lưu bao gồm điện trở tổng cuộn dây

R t

RI t 0

2 π

U M 2 R + t

biến áp rb.a và điện trở thuần điốt rD, thành phần một chiều của điện áp nắn:

Nếu bỏ qua tổn hao biến áp và chỉnh lưu (bộ qua rf) thì

M =

2 π

(7-7)

+ Với tải dung tính. u2a u2b uC u0

a Uo D1 i2a ωt u2a + u1~

u2b i0 i2b D2 U0 I2 Rt C b Io

ωt _

Hình 7-6: Chỉnh lưu toàn sóng biến áp điểm giữa tải dung tính và dạng sóng.

R t

1 m ω c

thì bộ chỉnh lưu có tải dung tính Khi có C// Rt và

Khi tải dung tính thì các điốt chỉ thông khi giá trị dương tức thời của điện áp thứ cấp, vượt

UC tức là xuất hiện góc cắt θ của dòng điện chỉnh lưu và điện áp 1 chiều U0 phụ thuộc θ.

cos

(7-8)

Khi Rt = ∞ (chế độ hở mạch) → θ = 0

- Điện áp ngược cực đại đặt trên điốt:

2 U

Dng

max

222 U

(7-9)

+ Với tải cảm tính.

181

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

u2a u2b u2 U2M

D1 i2a ωt u2a Lch + u1~ u0 u2b I0 i2b D2

Rt u0 U0 b Uo

i0 ωt _

ωt b)

Hình 7-7: Chỉnh lưu toàn sóng biến áp giữa với tải cảm và dạng sóng

Tại đầu ra bộ chỉnh lưu mắc cuộn chặn nối tiếp với tải cuộn dây Lch sẽ chặn tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, với điều kiện:

XLch=mωLch>>Rt

RLch<

thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu sẽ bị chặn lại trên Lch, còn trên tải Rt là thành phần điện áp, dòng điện 1 chiều U0, I0. Dòng điện qua Lch và Rt là liên tục không đổi trong suốt cả chu kỳ (hình 7-7b)

- Bỏ qua các tổn hao trên biến áp, điốt và Lch thì:

I;U, 2

U tR

(7-10)

Trong thực tế để loại bỏ tương đối triệt để các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, người ta không chỉ dùng cuộn chặn riêng lẻ mà kết hợp với tụ C mắc sau nó và song song với Rt, để giảm nhỏ trở kháng ra của bộ chỉnh lưu.

* So với sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng, thì sơ đồ này có ưu điểm:

- Điện áp, dòng điện 1 chiều ra lớn

- Tần số đập mạch fd = 2f → dễ lọc san bằng

- Dòng trung bình qua điốt nhỏ

* Nhược điểm:

- Điện áp ngược đặt lên điốt lớn

- Bắt buộc phải dùng biến áp

182

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

7.3.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha

Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha: gồm nguồn xoay chiều vào (có thể có biến áp hoặc không), 4

điốt mắc theo sơ đồ cầu, và tải.

i2a a

D1 D4 Lc + U2 U1

D3 D2 Rt Rt Rt U0 C b i2b

Hình 7-8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau

Khi nửa chu kỳ ứng với a+, b- thì D1 và D3 thông, thì có dòng i2a từ a → D1 → tải → D3 →

b. Nửa chu kỳ ứng với b+, a- thì D2 và D4 thông, có dòng i2a từ b → D2 → tải → D4 → a.

Trong một chu kỳ của điện áp mạng, sơ đồ làm việc hai lần với tải, có 2 xung dòng qua tải

nên fd = 2f = 100Hz.

Đối với tải điện trở, điện cảm, điện dung các dạng sóng và trị số giống như sơ đồ chỉnh lưu

toàn sóng 1 pha với biến áp điểm giữa.

cos

2 U

- Với tải thuần trở: U0 ≈ 0,9 U2

2 U

ohm

⎧ U ⎪ ⎨ ⎪⎩ U

- Với tải dung tính:

Dng

max

- Với tải cảm tính: U0 ≈ 0,9 U2 ,còn điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt

- Ưu điểm của sơ đồ cầu so với sơ đồ có biến áp thứ cấp ra điểm giữa .

+ Có thể dùng biến áp hoặc không

+ Nếu dùng biến áp và nếu cùng điện áp thì cuộn thứ cấp có số vòng giảm một nửa.

7.4. CHỈNH LƯU BỘI ÁP

7.4.1. Chỉnh lưu bội áp nửa sóng

183

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

D2 D1 u1 u2

Hình 7-9: Sơ đồ nắn bội áp nửa sóng C2 C1

+ + b U0

+ Rt

X,X C 1

R t

1 C ω

, 21

thì sơ đồ này là tải dung - C1, C2 có giá trị điện dung đảm bảo

tính.

Giả sử nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D1 thông, C1 được nạp nhanh với giá trị UC1 ≈ U2M. Nửa

chu kỳ sau b+; a- thì D2 thông, C2 được nạp với

(7-11) UC2 = 2U2M.cosθ = U0

(Điện áp nạp cho C2 là tổng điện áp cực đại trên cuộn thứ U2M nối tiếp với điện áp UC1).

2 U

max

Khi hở tải:

7.4.2 Chỉnh lưu bội áp toàn sóng.

U1 U2 I0

−

Hình 7-10: Sơ đồ chỉnh lưu bội áp toàn sóng U0 Rt

Sơ đồ này có thể xem như 2 sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng mắc nối tiếp nhau với độ dịch

pha giữa chúng là 1800 và tải dung tính.

Giả thiết nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D1 thông, C1 được nạp với UC1=U2Mcosθ

Nửa chu kỳ sau b+; a- có dòng i2 (D2 thông), C2 được nạp:

(7-11) UC2=U2Mcosθ

Sau 1 chu kỳ điện áp mạng ta có U0=UC1+UC2=2U2Mcosθ

Khi hở tải ta có: U0hm= 2U2M=2 2 U2

Sơ đồ này 1 chu kỳ điện áp mạng, sơ đồ làm việc 2 lần với tải fd = 2f.

184

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

7.5. BỘ LỌC

7.5.1. Khái niệm chung

Sau chỉnh lưu, nhất thiết phải có bộ lọc để san bằng độ đập mạch (hay lọc loại bỏ thành

phần xoay chiều) của điện áp chỉnh lưu đến mức cần thiết mà tải yêu cầu.

Để đánh giá tác dụng lọc của bộ lọc, ta coi bộ lọc như một mạng 4 đầu mà lối vào của nó

được cung cấp một điện áp 1 chiều với độ đập mạch:

Kđv = U0∼v/U0v

Tại đầu ra bộ lọc ta nhận được điện áp với độ đập mạch:

(7-12) Kđr = U0∼r/U0r

Bộ lọc

Hình 7-11

U0∼v; U0∼r là biên độ của thành phần xoay chiều của điện áp đập mạch đầu vào và đầu ra được tính với hài bậc 1

0 v

U0v, Uor điện áp 1 chiều đầu vào, ra của bộ lọc. Hệ số lọc (hay hệ số san bằng) của bộ lọc là:

K K

U U

0 r

(7-13)

Nếu coi bộ lọc không tổn hao thành phần 1 chiều thì q ≈ U0∼v/U0∼r → q>1

Hệ số lọc nói lên chất lượng của bộ lọc đẫ làm giảm độ đập mạch đi bao nhiêu lần so với

đầu vào.

7.5.2. Bộ lọc C, L

- Bộ lọc C thường dùng trong các bộ nguồn có Rt lớn, công suất nhỏ. Khi biết Kd , f =50Hz thì giá trị tụ C được tính:

C =3200Kd / m Rt (μF)

- Bộ lọc L dùng trong các bộ nguồn công suất lớn. Khi biết Kđ , f =50 Hz thì giá trị Lch được

tính :

Lch =3,2.10-3 Rt / m Kđ (H)

7.5.3. Bộ lọc LC

Bộ lọc LC là bộ lọc được dùng thông dụng nhất trong các bộ chỉnh lưu công suất vừa và lớn.

185

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

LCh

Để lọc tốt các thành phần xoay chiều của điện áp đập

mạch, ta chọn giá trị LCh sao cho:

Uo~V

Uo~r

XLch=mω.LCh >> Rt (7-14)

Và rLch<

- Trị số điện dung sao cho:

XC= 1/mωC <

Trong đó: m là số xung dòng qua tải, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.

ω tần số điện mạng

0~ r

0~ v

1 jm C ω

jm L ω ch

1 jm C ω

0 ~v

(

)

m C m

2 2 ω

m L ω ch

L C ch

U U

1 m C ω

0 ~r

rLch điện trở thuần tổn hao trên cuộn chặn, ta có:

(7-16) do m2ω2LchC >>1 nên q = m2ω2LchC (bỏ qua 1)

CLch =

q 2ωm

Hệ số đập mạch của điện áp tại đầu ra bộ chỉnh lưu được xác định phụ thuộc vào sơ đồ bộ chỉnh lưu và đặc tính tải của nó, còn hệ số đập mạch tại đầu ra bộ lọc do tải yêu cầu, nên q luôn có thể xác định được trước nên

q 2ω 2

chL

từ (7-14) xác định được Lch, vậy giá trị tụ lọc:

với f=50Hz; Lch tính theo Henry; C (μF)

10≈

q 2 chLm

(7-17) (μF)

Hiệu suất của bộ lọc:

η L

R t +

r L

R t

1 r L R t

(7-18)

Thường thì rLch << Rt nên hiệu suất của bộ lọc LC khá cao và q tỷ lệ với m2, ω2 nên hệ số lọc của bộ lọc LC rất lớn.

Những cuộn chặn có thể tích trọng lượng lớn, cồng kềnh, giá thành đắt.

186

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Uo~r

Uo~V

Hình 7-13: Bộ lọc RC

7.5.4. Bộ lọc RC

Khi hiệu suất bộ lọc là thứ yếu để đơn giản cấu trúc bộ lọc người ta dùng bộ lọc RC, trong đó 1 phần tử của mắt lọc là điện trở thuần R mắc nối tiếp với Rt. Tính q của bộ lọc RC tương tự như tính q của bộ lọc LC

(7-19) Ta có: q = mωCRtđ

R td

RR t RR + t

Với

Khi biết trước q; f = 50Hz; C (μF); Rtđ (Ω) ta có:

3200

c =→

( μ

q m

q mR td

(7-20)

- Cho biết sụt áp ΔUR trên điện trở lọc R và dòng tải, ta tính được R=ΔUR/IRt

Muốn lọc tốt (q lớn) thì điện trở lọc lớn do đó tổn hao trên bộ lọc sẽ lớn và hiệu suất của bộ

lọc sẽ thấp.

7.6. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

7.6.1. Khái niệm chung

Nhiệm vụ của mạch ổn định điện áp là giữ cho điện áp đầu ra ổn định khi điện áp đàu vào thay đổi hay tải thay đổi. Để đánh giá độ ổn định của mạch ổn áp người ta đưa ra hệ số ổn định Ku.

Δ = r U

Δ = V U

rdm

Vdm

Bộ ổn định

Hệ số ổn định điện áp Ku nói lên tác dụng của bộ ổn định đã làm giảm độ không ổn định điện áp ra trên tải đi bao nhiêu lần so với đầu vào.

Δ = V U

Vdm

Độ không ổn định đầu vào : Hình 7-14: Khối ổn định điện áp

Độ không ổn định điện áp đầu ra

187

Δ = r U

rdm

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

V U,U Δ

là độ lệch lớn nhất về 1 phía của điện áp đầu vào và đầu ra so với các giá trị

rdm

định mức đầu vào, đầu ra UVđm, Urđm. Vậy độ ổn định điện áp của bộ ổn áp.

N V N

U U

Δ Δ

Vdm

(7-21)

- Dải ổn định Du, Di nói nên độ rộng của khoảng làm việc của bộ ổn áp, ổn dòng.

- Hiệu suất: khi làm việc các bộ ổn định cũng tiêu hao năng lượng điện trên chúng, do đó

hiệu suất của bộ ổn định

=η

P r P V

P r PP + r th

(7-22)

Pr công suất có ích trên tải của bộ ổn định

PV công suất mà bộ ổn định yêu cầu từ đầu vào

Pth công suất tổn hao trên bộ ổn định

7.6.2. Ổn áp dùng điốt zener :

Điốt zener có đặc điểm là:

- Nếu đặt điện áp thuận trên điốt zener thì đặc tính của nó giống các điốt thường.

- Nếu đặt điện áp ngược thì nó có thể làm việc được sau điểm đánh thủng A trên đặc tuyến V-A (hình 7-15a), tức là trong khoảng AB, chừng vào dòng điện ngược thông qua nó chứa vượt quá 1 giá trị cho phép Ingmax nào đó (IZmax).

UZMax UZMin

It R U IZmin I = IZ+ It IZ A

UV Rt + Khoảng ổn định IZTB ZD U

(vùng Zener)

B IZMax

a) b)

Hình 7-15: Đặc tính V-A của điốt Zener và sơ đồ ổn áp một chiều dùng điốt Zener -U

188

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Ta thấy trên đặc tuyến V-A của điốt zener: trên đoạn AB dòng ngược biến đổi ΔI = IZmax-

IZmin là rất lớn, nhưng điện áp ngược trên nó biến đổi rất ít ΔUZ =UZmax- UZmin rất nhỏ.

Người ta lợi dụng đoạn AB trên đặc tuyến V-A để sử dụng điốt zener làm phần tử hiệu

chỉnh để ổn định điện áp 1 chiều.

Nếu dòng ngược qua nó nhỏ hơn IZmin thì điốt zener không có tác dụng ổn áp.

max

min

Nếu dòng ngược qua nó lớn hơn IZmax thì điốt zener sẽ bị đánh thủng hoàn toàn (bị ngắn mạch) khoảng làm việc (khoảng ổn định) của điốt zener được chọn trong khoảng AB còn điểm làm việc tĩnh thường được chọn ở chính giữa khoảng làm việc.

Ztb

+ 2

(7-23)

Tương ứng với IZ ta có UZ.

Sơ đồ nguyên lý mạch ổn định điện áp 1 chiều dùng điốt zener như hình 7-15b

Theo sơ đồ đó ta có Ur = UZ

UV = UR +UZ

Khi Uv tăng lên thì dòng ngược IZ tăng lên gần tuyến tính, do đó

I↑= (IZ↑+It)→ UR↑=I.R

Vậy lượng tăng của UV đặt trên điện trở tuyến tính R, còn Ur = UZ có biến đổi rất ít khi UV

giảm thì IZ↓ → I↓ → UR↓.

Điện trở R để hạn chế dòng IZ không vượt quá IZmax

- Hệ số ổn định điện áp đối với điện áp 1 chiều đồng thời là hệ số lọc đối với điện áp xoay

r Z

chiều

1 +=

≈

U U

Δ Δ

+ r Z

R r Z

(7-24)

ΔUV, ΔUr là sự biến thiên của điện áp vào và điện áp ra của bộ ổn áp so với điện áp vào, điện áp ra định mức.

rZ điện trở động của điốt Zener

Vậy nếu điốt Zener có điện trở động càng nhỏ thì độ ổn định càng cao.

Mạch ổn định điện áp dùng điốt Zener được sử dụng khi yêu cầu công suất ra nhỏ, vì hiệu suất

thấp η ≤ 50%, do tổn hao trên R lớn, mạch nạy đảm bảo sự ổn định tốt thì nên chọn:

UV = (1,5 ÷3) Ur

Mạch ổn áp dùng điốt zener được dùng thông dụng trong các bộ tạo điện áp chuẩn cho các

bộ ổn áp dùng transistor và các bộ so sánh trong các mạch cảnh báo, bảo vệ...

189

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

7.6.3. Ổn định điện áp một chiều với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục

7.6.3.1. Sơ đồ khối

Các bộ ổn định điện áp với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục còn gọi là bộ ổn áp có hồi tiếp

có sơ đồ khối như hình 8-16.

Bộ ổn định có hồi tiếp có hệ số ổn định lớn cũng như cho công suất lớn.

Tải Phần tử hiệu chỉnh

(Điện áp 1 chiều) chưa ổn định)

Bộ khuếch đại Mạch hồi tiếp Hình 7-16: Sơ đồ khối bộ ổn định điện áp có hồi tiếp

Bộ so sánh Nguồn chuẩn

Trong sơ đồ PTHC được điều khiển bằng tín hiệu 1 chiều từ bộ khuếch đại, phần tử hiệu chỉnh là các transitor công suất lưỡng cực hay tranzitor công suất trường, làm việc ở chế độ khuếch đại ở chế độ đó điện trở tiếp giáp (CE hoặc DS) biến đổi theo điện áp đầu ra.

Điện áp ra qua mạch hồi tiếp đưa về bộ so sánh, mạch hồi tiếp đưa điện áp ra hay một phần

điện áp ra trở về bộ so sánh, mạch hồi tiếp phần lớn là 1 bộ phân áp hay phân dòng

Bộ so sánh thực hiện việc so sánh giữa điện áp ra trên tải (qua mạch hồi tiếp) với nguồn điện áp chuẩn, kết quả so sánh ta được 1 tín hiệu US cũng là điện áp 1 chiều. Tín hiệu 1 chiều US có thể đưa thẳng đến điều khiển PTHC hoặc thông qua bộ khuếch đại để tăng hiệu quả điều khiển.

Bộ khuếch đại: là bộ khuếch đại 1 chiều để khuếch đại điện áp so sánh (còn gọi là điện áp sai lệch) trước khi đưa đến điều khiển PTHC để tăng hệ số ổn định của sơ đồ. Như vậy bộ khuếch đại có thể có, có thể không tuỳ theo yêu cầu của hệ số ổn định.

Nguồn chuẩn là nơi tạo ra điện áp ổn định không phụ thuộc vào sự biến đổi của UV và Ur để cung cấp cho bộ so sánh, thường dùng điốt zener để tạo nguồn chuẩn.

7.6.3.2. Bộ ổn định không khuếch đại

UCE

+

T1

T1 đóng vai trò là PTHC kiêm cả bộ so sánh; ZD tạo áp chuẩn. Điện áp hồi tiếp 100% (mạch lặp emittor). Uch đưa đến cực B R

UB(T1)= Uch.

Ur Rt

UE(T1)= Ur.

ZD UCh

Giả sử khi UV tăng hoặc tải giảm khiến cho Ur tăng hơn giá trị Urdm, làm cho UBE= Uch - Ur giảm. UBE giảm nghĩa là phân

Hình 7-17: Sơ đồ ổn áp 1 chiều vắng khuếch đại 190

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

cực thuận cho tiếp giáp BE của tranzito giảm khiến cho nội trở rCE của tranzito tăng thì sụt áp UCE của tranzito tăng, giữ cho Ur không tăng. Vậy lượng tăng của UV đặt hoàn toàn trên PTHC. Trường hợp UV giảm hoặc dòng tải tăng thì quá trình ngược lại.

Điện áp ra của sơ đồ. + + T1 (7-25). Ur = Uch - UBE = Uz - UBE

Với UBE ≈ (0,6 ÷ 0,7). R2 7.6.3.3. Bộ ổn định có khuếch đại : R1 T2 UV Ur Trong sơ đồ:

Uht - T1 là PTHC.

- T2 là bộ so sánh và khuếch đại. UCh ZD

- ZD tạo áp chuẩn. Hình 7-18: Bộ ổn định hồi tiếp có khuếch đại - R2, R3 là phân áp hồi tiếp.

- R1 cùng T2, ZD định thiên dòng cho T1

Khi Ur giảm thì qua bộ phân áp R2, R3 điện áp hồi tiếp Uht giảm chính là UB2 giảm

UBE2=UB2 - Uch cũng giảm

(vì Uch không đổi) làm cho UCE2 tăng thì UB1 = UCE2 + Uch cũng tăng, T1 tăng thông → UCE1 giảm nên Ur tăng trở lại. Khi Ur tăng lớn hơn trị số định mức thì quá trình diễn biến ngược lại.

Như vậy nhờ có vòng hồi tiếp mà điện áp ra Ur luôn được điều chỉnh để ổn định và:

R 2 +

UB2 = Ur = Uch + UBE2.

+ + T1

(

)

BE 2

R R

⎛ 1 +⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

(7-26) R1 ZD2 UB1 R2 T3

T2 UV

Điện trở R1 cho dòng colecto T2 và dòng bazơ T1; (IC2 + IB1) qua, nên chọn R1 sao cho dòng qua điốt zener luôn lớn hơn IZmin để điốt zener luôn nằm trong vùng ổn áp. R3 R4 UB2 ZD1

R 1

U I

− I

min +

max

zmin

(7-27).

Hình 7-19: Bộ ổn áp hồi tiếp có khuếch đại so sánh với nguồn dòng

Mạch ổn áp trên hình 7-18 ổn áp tốt đối với khi tải thay đổi, còn khi UV thay đổi thì tác dụng ổn áp không tốt lắm (KU ≈ 20)

191

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

vì dòng qua R1 thay đổi theo UV. Để khắc phục điều này ta thay R1 bằng một nguồn dòng gồm T3, R1, R4 và ZD2. Như hình 7-19.

Dòng colecto IC3 được xác định

U = ZD2

− R 1

(7-28)

R 2

hình Với mạch 7-20

UCh

thì KU = 104 ÷ 105 lần. Có thể thay đổi được Ur bằng cách điều chỉnh chiết áp R2 mà dòng IC2 vẫn không đổi do có nguồn dòng T3.

Muốn tăng hệ số ổn định của bộ ổn áp ta dùng bộ khuếch đại thuật toán làm bộ khuếch đại so sánh thay cho T2, vì bộ khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn (như hình 7-20). Trên sơ đồ T1 là PTHC. Hình 7-20: Bộ ổn áp dùng khuếch đại thuật toán BKĐTT: khuếch đại so sánh.

R1, ZD tạo điện áp chuẩn đưa vào đầu (+) của BKĐTT.

Ur đưa hồi tiếp về đầu (-) qua bộ phân áp R2, R3 với bộ ổn áp này thì Ur biến thiên rất ítvì Uch được tạo từ Ur nên dòng qua ZD có biến thiên rất ít. Muốn điện áp điều chỉnh dược thì R2 thay bằng một chiết áp.

Khi dòng tải yêu cầu lớn, đòi hỏi PTHC phải có hệ số khuếch đại dòng lớn, để đạt được điều này ta dùng PTHC là mạch Darlington. Nhờ mạch Darlington có trở kháng vào lớn, nên tải thay đổi cũng không ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của BKĐTT, nên Ur ổn định.

7.6.3.4. Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp

T1 R6 + + F

UV T4 Rt T2 R1 ZD2 T3

R7 R3 R8 + _

ZD1

Hình 7-21: Bộ ổn áp có mạch bảo vệ quá dòng, quá áp

192

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Ta biết rằng bán dẫn rất nhậy cảm với dòng lớn, nó chịu quá dòng, quá áp rất kém. Vì vậy trong các mạch ổn áp sử dụng các tranzito làm PTHC thì thường dùng thêm mạch hạn dòng để tránh quá tải cho PTHC. Đồng thời phải bảo vệ tải được an toàn khi PTHC bị ngắn mạch, phải có mạch bảo vệ quá áp, một loại mạch hạn dòng và bảo vệ quá áp như hình 7-21.

Trong sơ đồ 8-23: T3, R7, R6 làm nhiệm vụ hạn chế dòng.

ZD2, R8 và thiristor T4 làm nhiệm vụ bảo vệ quá áp.

- Nguyên lý hạn dòng:

Điện trở R6 mác nối tiếp với T1, và tải, khi dòng tải bình thường thì sụt áp trên R6: ΔUR6< 0,6V, thì T3 không dẫn (không có tác dụng trong mạch) khi dòng tải tăng lớn hơn định mức cho đến khi ΔUR6 > 0,6V thì T3 dẫn, dòng colecto của T3 gây hạ áp trên R7, làm cho điện áp UB của tầng dalington giảm → tầng dalington giảm thông → dòng tải trở lại định mức. Mạch bảo vệ quá áp:

Khi điện áp trên tải bình thường thì ZD2 không thông (UZD> Ur), nên Thiristor cũng không thông, mạch bảo vệ không có tác dụng.

Khi T1 ngắn mạch thì Ur = UV, lập tức ZD2 thông và sụt áp trên R8 mở thông Thiristor T4, kéo điện áp Ur xuống bằng điện thuận của Thiristor khoảng 1 vôn, dòng qua Thiristor rất lớn và cầu chì F sẽ chảy, tải an toàn và bộ ổn áp sẽ không làm việc nữa.

7.6.3.5. Ổn định điện áp bằng vi mạch

Sự ra đời của các vi mạch tích hợp đã khiến cho việc thực hiện cấu trúc các bộ ổn áp 1 chiều trở nên đơn giản và thuận lợi hơn rất nhiều, cấu trúc bên trong của các vi mạch ổn áp bao gồm đầy đủ các thành phần của một sơ đồ ổn áp có hồi tiếp có cả mạch hạn chế dòng và bảo vệ quá áp.

Ngày nay sử dụng thông thường các vi mạch có 3 cực: cực vào, cực ra và cực chung. Mỗi

loại vi mạch như vậy được chế tạo theo các mức điện áp ra tiêu chuẩn dương hoặc âm.

Ví dụ các vi mạch xx78xx được chế tạo với các mức điện ra tiêu chuẩn dương từ +5 ÷

+24V.

Ví dụ: LM 7805 ổn áp dương, điện áp ra là +5V

LM 7812 ổn áp dương điện áp ra là +12V

Các vi mạch xx79xx được chế tạo với các mức điện áp ra tiêu chuẩn âm, từ

-5V ÷ -15V.

Ví dụ AN 7915 ổn áp âm điện áp ra là -15V. Các vi mạch 3 chân này thường có điện áp đầu vào cực đại là +35V hoặc -35V (UVmax), có những loại vi mạch ổn áp 3 chân mà điện áp ra của nó có thể điều chỉnh được trong phạm vi khá rộng như:

LM238 có Ur = +1,2 ÷ +37V.

193

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

+ + + 1 2 1 2 + LM78XX LM238 UV Ur Ur UV R1 3 3 C1 C2 C1 C2

b) a)

Hình 7-22: Sơ đồ vi mạch ổn áp dương

Dùng vi mạch ổn áp dương, trong đó: chân 1 là điện áp vào, chân 2 là điện áp ra, chân 3 là chung. ở đầu vào và đầu ra có mắc các tụ C1, C2 có giá trị khoảng vài chục nF để nối tắt các xung nhiễu thời hạn ngắn để khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc của vi mạch.

Sơ đồ 7-22a dùng cho các vi mạch có điện áp ra cố định.

Sơ đồ 7-22b dùng cho vi mạch có điện áp ra thay đổi. Khi điều chỉnh R2 điện áp ra của mạch:

Ur = 1,25 (1+R2/R1) (V)

+ Nâng cao điện áp ra, dòng ra.

Với vi mạch có điện áp ra 1 mức cố định, khi tải yêu cầu có mức điện áp cung cấp cao hơn

thì ta dùng một điốt zener mắc như hình 7-23a.

1 + + 2 T1 IC Ir + + 78XX Ur UV Ur UV IIC R1 R1 3 2 78XX C2 C1

1 ZD1 C1 C2 3

a) b)

Hình 7-23: a) Nâng cao điện áp ra của vi mạch ổn áp

b) Nâng cao dòng ra của vi mạch ổn áp

Sơ đồ 7-23b: điện áp ra của vi mạch là điện áp giữa hai chân 2 và 3: Ur(IC) = UR1.

Điện áp ra của sơ đồ Ur = UR1 +UZD1= Ur(IC) + UZD1.

Các vi mạch được chế tạo cho phép dòng điện ra không được vượt quá một giá trị cực đại nào đó, ví dụ LM7805,7812,7815, LM120 có dòng Iramax= 1,5A. Khi sử dụng vào mạch tải yêu

194

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

cầu dòng cao hơn ta có thể mắc theo mạch 7-23b, trong đó dùng thêm 1 tranzito công suất T1, cùng với vi mạch tạo nên 1 biến thể của sơ đồ darlington ta có Ir = IC + IIC.

7.6.3.6. Nguồn ổn áp đối xứng 1 2 +Ur 78XX

+ 3 C1 − 0 UV +

_ 3 C2

1 2 79XX -Ur

Hình 7-24: Nguồn cấp điện ồn áp đối xứng

Nguồn ổn áp đối xứng (còn được gọi là nguồn ổn áp lưỡng cực) thường hay được sử dụng,

nhất là trong các mạch khuếch đại thuật toán, và các mạch số.

Nguồn ổn áp đối xứng là nguồn mà có hai điện áp ra có trị số bằng nhau nhưng cực tính

ngược nhau, đối xứng qua điểm đất (điểm 0)

Cách tạo ra nguồn cấp điện ổn áp đối xứng như hình 7-24

7.6.3.7. Mạch ổn dòng

Những tải yêu cầu dòng qua nó cố định khi tải thay đổi và điện áp trên tải cũng thay đổi

theo thì ta phải dùng mạch ổn dòng. Mạch ổn dòng dùng tranzito như trên hình 7-25

1 2 + R1 + LM238 T1

R1 3 UV UV it Rt ZD R2

Hình7-26: ổn dòng dùng IC 3 chân Hình7 -25: Mạch ổn dòng dùng transistor

Trên mạch hình 7-25 phân cực thuận của tranzito T1 bởi UZD không đổi.

UZD = UR1+ UBE1. UZD không đổi nên UBE1 không đổi vì vậy dòng IB1 và dòng IC1 cũng không đổi. Dòng IC1 là dòng qua tải nên dòng qua tải cũng không đổi mặc dù tải thay đổi và điện áp trên tải cũng thay đổi.

Ta có thể dùng vi mạch tích hợp ổn áp 3 chân làm mạch ổn dòng như hình 7-26

Tải mắc nối tiếp với R1, điện áp ra của IC là cố định giữa chân 2 và 3

195

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Ur(IC) = UR1= const

)

( ICr

)

U R R 1

IC(r R 1

Do đó dòng ra của IC

Ir(IC)= const nên dòng tải it = Ir(IC)=const

7.7. NGUỒN CHUYỂN MẠCH

7.7.1 Khái niệm về nguồn chuyển mạch

iD1

U1 W1

W2 U2

iD2

Điều khiển đóng mở S Hình 7-27: Mô tả khải niệm về nguồn chuyển mạch

Để có khái niệm về nguồn ổn áp chuyển mạch ta lấy ví dụ 1 mạch điện trên hình 7-27.

Hình 7-28: Dãy xung điện áp trên W1, W2 và điện áp ra của mạch hình 6-10

Nguồn điện áp 1 chiều UV thông qua chuyển mạch S đặt vào sơ cấp biến áp Tr. Khi S đóng, có dòng qua W1 khi S mở → không có dòng qua W1. Hai cuộn sơ cấp và thứ cấp cuấn cùng chiều nên trên cuộn thứ cấp W2 cũng xuất hiện chuỗi xung cùng chiều với chuỗi xung trên cuộn sơ cấp, nên khi S đóng thì D1 dẫn, có dòng iD1 qua cuộn chặn L và tải, cuộn L tích năng lượng. Khi S mở dòng iD1 mất đột ngột, năng lượng trên L đổi dấu làm D2 dẫn, có dòng iD2 qua tải, như vậy dòng qua tải có liên tục cả khi S mở.

Trong đó : U1 là biên độ xung trên cuộn W1 U1 = Uv

U2 là biên độ xung trên cuộn W2 (giả sử Tr là biến áp hạ áp)

Ur là điện áp 1 chiều ra trên tải

T là chu kỳ đóng mở S

196

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

δ là thời gian đóng của S

n là tỉ số biến áp

n =

W 1 W

và coi bộ lọc LC là lý tưởng

δ1 U V T n

Ta có (7-28)

τ =

δ T

gọi là độ xốp của xung (Hệ số lấp đầy) Đặt

Từ (7-28) ta thấy điện áp ra phụ thuộc Uv và độ rộng của xung. Từ đó ta thấy: muốn Ur

không đổi khi Uv thay đổi ta làm thay đổi độ xốp của xung τ.

Có 3 cách khống chế τ

- Thay đổi δ và giữ nguyên T

- Thay đổi T và giữ nguyên δ

- Thay đổi kết hợp cả T và δ

Cách thay đổi δ và giữ nguyên T gọi là " Điều chế độ rộng xung ĐRX" (Pulse - Width - Modulation PWM). Phương pháp điều chế độ rộng xung được sử dụng phổ biến nhất trong các bộ nguồn kiểu chuyển mạch.

Tất cả các bộ nguồn biến đổi từ 1 chiều vào 1 chiều bằng phương pháp chuyển mạch có

điều khiển điện áp ra thì gọi là bộ nguồn chuyển mạch.

(cid:99)

(cid:100)

(cid:101)

(cid:102)

UV~

(cid:108)

(cid:103)

(cid:106)

(cid:107)

(cid:104)

7.7.2 Sơ đồ khối cúa bộ nguồn chuyển mạch

(cid:105)

Hình7-29: Sơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạch

Khối điều khiển

(1) Bộ lọc nhiễu tần số cao

197

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

(2) Bộ chỉnh lưu và lọc sơ cấp (Nếu UVDC thì không có phần này)

(3) Phần chuyển mạch chính

(4) Phần chỉnh lưu lọc thứ cấp

(5) Phần hồi tiếp (lấy mẫu)

(6) Phần khuếch đại sai lệch

(7) Tạo áp chuẩn

(8) Tạo dao động sóng tam giác

(9) Điều chế độ rộng xung

(10) Bộ khuếch đại kích thích và đảo pha

Đầu vào (9) có thể còn các tín hiệu khống chế khác (P) để ngắt bộ nguồn

Tần số công tác (tần số chuyển mạch) của bộ nguồn xung thường trong khoảng 15kHz ÷

50kHz để giảm nhỏ kích thước của biến áp và nâng cao hiệu suất.

Phần chuyển mạch chính sử dụng các tranzito lưỡng cực và MOSFET công suất lớn, có tốc độ chuyển mạch cao, làm việc ở 2 trạng thái: bão hoà và ngắt nên có tổn hao tranzito chuyển mạch rất nhỏ, nên sự toả nhiệt cho chúng đơn giản.

Với những đặc điểm đó làm cho bộ nguồn chuyển mạch có các ưu điểm hơn hẳn các bộ

nguồn ổn áp thông thường như:

- Hiệu suất cao từ 80% ÷ 90%, trong khi các bộ nguồn ổn áp thông thường có

η< 65%

- Dải ổn định rộng

- Độ bền, tuổi thọ cao

- Kích thước trọng lượng nhỏ

- Giá thành rẻ

7.7.3. Các khối trong bộ nguồn chuyển mạch

7.7.3.1. Khối lọc nhiễu đầu vào

Lch

C1

C2

Hình 7-30: Mạch lọc nhiễu tần số cao đầu vào

Để lọc bỏ các nhiễu cao tần vì nguồn xung nên có rất nhiều các thành phần tần số cao tần sẽ gây nhiễu cho các thiết bị điện tử khác trong vùng, nên bộ lọc sẽ chặn lại các tín hiệu nhiễu đó không đưa ra đường dây dẫn gây nhiễu. Đồng thời nó cũng chặn các xung nhiễu cao tần từ ngoài không cho vào bộ nguồn khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống chuyển mạch.

198

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Biến áp cao tần, có rất ít vòng dây và cách bố trí như hình 7-30 sẽ chặn lại các nhiễu cao tần đối xứng từ đầu vào và đầu ra. Còn đối với dòng cung cấp ngược chiều và tần số 50/60Hz thì biến áp lọc có trở kháng coi như bằng 0. Các tụ lọc C1, C2 là các tụ cao tần (khoảng vài chục nF) để lọc các nhiễu cao tần đầu vào, đầu ra không đối xứng, đối với tần số điện mạng 50/60Hz thì ZC1,2 ≈ ∞

+ C _

220~

7.7.3.2. Phần chỉnh lưu và lọc sơ cấp

Hình 7-31: Bộ chỉnh lưu lọc sơ cấp trong bộ nguồn chuyển mạch

7.7.3.3. Phần chuyển mạch và chỉnh lưu, lọc thứ cấp

Phần này còn thường gọi là bộ biến đổi 1 chiều vào 1 chiều (DC to DC Converter) vì đầu vào là 1 chiều và đầu ra cũng là 1 chiều. Nếu bộ nguồn công suất nhỏ và Uv thấp thì chuyển mạch dùng 1 tran zito như hình 7-32. L D1 + + Tr . .

UR D2 C1 D3 UV

Hình7-32: Phần chuyển mạch và nắn lọc thứ cấp của bộ nguồn xung công suất nhỏ

Mạch hình 7-32 biến áp Tr có cuộn sơ cấp và thứ cấp cuấn cùng chiều, nên mạch này được gọi là đồng pha dẫn. Khi xung mức cao kích mở T1 bên sơ cấp có dòng thì cuộn sơ cấp có xung dương thì cuộn thứ cấp cũng có xung dương và D1 dẫn. D2 khép kín dòng qua tải khi T1 và D1 ngắt.

- Khi cần nâng công suất của bộ nguồn mà với điện áp vào thấp thì phần tử chuyển mạch dùng mạch đẩy kéo mắc song song như hình 7-33.

T1 và T2 được kích thích bởi các xung ngược pha nhau và phần nắn, lọc thứ cấp là nắn toàn sóng với biến áp thứ cấp điểm giữa.

Với nguồn điện áp vào cao và công suất trung bình thì chuyển mạch theo kiểu đẩy kéo nối

tiếp.

199

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Hình 7-33: Chuyển mạch kiểu đẩy kéo song song

7.7.3.4. Khối điều khiển

Khối điều khiển gồm các khối (5,6,7,8,9,10) của hình 7-34. Khối điều khiển làm các nhiệm

vụ sau:

- Tạo ra các xung vuông có tần số cố định nhưng độ rộng biến đổi ngược với điện áp

trên tải để điều khiển các tranzito chuyển mạch.

- Đủ công suất kích thích cho các chuyển mạch chính.

Ngoài ra khối này còn làm các nhiệm vụ:

- Bảo vệ quá dòng, quá áp trên tải

- Bảo vệ mạch khử điện áp vào quá thấp, quá cao

Nguyên lý điều chế độ rộng xung:

Để thực hiện việc điều chế độ rộng xung, mạch phải có cấu trúc như hình 7-35.

Điện áp DC ra trên tải qua bộ phân áp lấy điện áp hồi tiếp Uht đưa về đầu đảo của bộ khuếch đại thuật toán làm bộ khuếch đại sai lệch.

Ur _ U1 R2

2 =

(1)

U 1 P

(5) U1 - + R1 + (2) - Uht UP Uch (4) (3)

Hình 7-34 Mạch điều chế độ rộng xung

200

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

(1) Mạch hồi tiếp (phân áp)

(2) Bộ khuếch đại sai lệch

(3) Bộ tạo áp chuẩn

(4) Bộ tạo sóng tam giác

(5) Bộ so sánh (bộ điều chế độ rộng xung)

Uht phản ánh đầy đủ sự thay đổi của Ur , đầu không đảo của bộ khuếch đại SL được đưa vào

điện áp chuẩn Uch. Nguồn Uch là cố định không phụ thuộc Ur.

Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại SL là:

) U

(1 = +

−

R 2 R 1

(7-29)

Điện áp U1 biến đổi tuyến tính theo Uht (tức là theo điện áp ra) nhưng với chiều ngược, U1 là điện áp 1 chiều.

Bộ so sánh (5) là bộ điều chế độ rộng xung, tín hiệu điều chế (U1) đưa vào đầu (+). Tín hiệu

sóng mang (UP) là sóng tam giác đưa vào đầu (-) của bộ điều chế.

(1+R2/R1)Uch khi Uht = 0

Bộ điều chế so sánh 2 biên độ của sóng mang Up và tín hiệu điều chế U1. Dạng sóng ra của bộ điều chế U2 là sóng vuông có tần số là tần số của sóng mang (sóng tam giác) nhưng độ rộng xung δ biến đổi theo tín hiệu điều chế U1. Hình 7-36 mô tả nguyên lý điều chế ĐRX.

(1+R1/R2)Uch=Uht

2π

khi U1 = 0

Hình 7-35: Nguyên lý điều chế ĐRX

R 1 R 2

R 2 R 1

Nếu U1 biến đổi từ 0 đến Up = (1 + )Uch ứng với Uht = (1 + )Uch đến Uht = 0, thì δ sẽ

biến thiên trong khoảng từ 0 đến T, chuỗi xung U2 đưa đến kích mở tranzito chuyển mạch, chuyển mạch đóng ngắt theo U2

U U

=1 P

gọi là hệ số điều chế. Tỉ số

M biến đổi trong khoảng 0 < M < 1.

201

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Có những bộ nguồn chuyển mạch công suất nhỏ duới 100w mà chuyển mạch là tầng đơn,

thì có khi cả tranzito chuyển mạch cũng được cấu trúc trong vi mạch điều chế độ rộng xung.

7.7.4. Ví dụ 1 bộ nguồn chuyển mạch

Tác dụng của các linh kiện trong hình 7-36:

D3 UR2 +14V 3 + C7 T1

4 1

D2 C6 5 +

2 R2 R1 C3 C2 C5 D1

R3 6

+115 L1 (cid:101) (cid:102) R4 + T1 C8 R5 U ZD2 T3 T2 (cid:100) (cid:103) C1

C4 C9 AC 90÷240V

IC TR50115B

Hình 7-36: Một bộ nguồn mạch dải rộng công suất nhỏ

- IC STR50115B : chuyển mạch điều chế ĐXR.

- C1, C2, L1 lọc nhiễu đầu vào.

- R1 hạn chế dòng nạp cho C3 khi mở nguồn.

- Cầu chỉnh lưu, lọc C3 sơ cấp nguồn UV~

- R2 tạo thiên áp ban đầu cho T1 dao động

- Cuộn 6-7, C5, R3 hồi tiếp duy trì dao động

- D1 nâng biên độ xung dao động , ngăn C5 phóng qua đường Ur1 - Cuộn 5-6, D2, C8 cấp nguồn +115V - Cuộn 3-4 C7, D3 cấp nguồn +14V - C4, C5 lọc nhiễu đầu bộ dao động, bộ khuếch đại sai lệch

202

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

- ZD2 bảo vệ quá áp cho tải khi T1 ngắn mạch. - IC STR50115B: - T1: chuyển mạch, dao động điều chế ĐXR. - T3, T2 khuếch đại sai lệch - R5, R6 phân áp hồi tiếp - R4, ZD1 tạo áp chuẩn cho bộ khuếch đại sai lệch - C6 suy giảm xung ngược trên cuộn 5-6, bảo vệ D2.

TÓM TẮT

Kết thúc chương người học cần nắm được nhiệm vụ của các khối trong một bộ nguồn đầy đủ. Qua đó hình dung được quá trình hoạt động của một mạch nguồn từ đầu vào tới đầu ra có điện áp một chiều ổn định. Nắm và hiểu sơ đồ khối cũng như nguyên lý bộ nguồn chuyển mạch.

- Khái niệm bộ nguồn, sơ đồ khối của bộ nguồn ổn áp một chiều đầy đủ.

+ Biến áp: có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới điện U1 thành điện áp U2 ở thứ cấp theo yêu cầu.

+ Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều đập mạch. Độ đập mạch này khác nhau tuỳ thuộc vào loại mạch chỉnh lưu. Phân tích mạch chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha toàn sóng,chỉnh lưu cầu. Khi cần có điện áp ra một chiều lớn, dòng nhỏ thì dùng mạch chỉnh lưu bội áp.

+ Mạch lọc có nhiệm vụ san phẳng các điện áp dã chỉnh lưu thành điện pá bằng phẳng hơn. Tuỳ theo yêu cầu mà dùng mạch lọc cho phù hợp. Mạch lọc C thường sử dụng với tải lớn, công suất nhỏ. Mạch lọc L thường dùng trong các bộ nguồn có công suất lớn. Mạch lọc LC được dùng thông dụng trong các bộ nguồn có công suất vừa và lớn. còn bộ lọc RC dùng khi công suất bộ nguồn nhỏ, dòng tải nhỏ hiệu suất của mạch lọc không cao.

+ Mạch ổn áp có nhiệm vụ cho ra điện áp ổn định khi điện áp đầu vào thay đổi hay dòng tải thay đổi. Khi yêu cầu của bộ nguồn không cao có thể không có phần này. Mạch ổn áp có thể dùng điôt ổn áp zener, mạch ổn áp dùng tranzito hay mạch ổn áp dùng vi mạch. Loại bộ nguồn này giải điện áp ổn định đầu vào hẹp, tổn hao công suất lớn trên phần tử hiệu chỉnh nên hiệu suất thấp. Để khắc phục nhược điểm đó người ta dùng bộ nguồn chuyển mạch.

- Bộ nguồn chuyển mạch. Bộ nguồn chuyển mạch có năm khối cơ bản: mạch lọc nhiễu cao tần, mạch chỉnh lưu lọc sơ cấp, phần chuyển mạch, chỉnh lưu lọc thứ cấp và khối điều khiển. Vấn đề cơ bản của bộ nguồn chuyển mạch là phần tử chuyển mạch. Nó là một tranzito công suất làm việc ở chế độ khoá đóng mở, dưới tác dụng của xung điều khiển do khối điều khiển đưa đến. Do chuyển mạch làm việc ở tần số cao trong khoảng 15KHz đến 50KHz nên kết cấu biến áp nhỏ gọn, tranzito làm việc ở chế độ khoá đóng mở nên tổn hao trong bộ nguồn thấp, bộ nguồn có hiệu suất cao. Nguyên lý làm việc của bộ nguồn này là: khi điện áp xoay chiều đầu vào tăng, qua nắn chỉnh lưu sơ cấp điện áp một chiều cũng tăng, qua nắn lọc thứ cấp cho Ur tăng. Lập tức qua mạch hồi tiếp, khối điều khiển tạo ra xung điều khiển làm phần tử chuyển mạch có thời gian đóng giảm xuống (thời gian mở tăng lên) tạo xung đầu ra hẹp lại , qua nắn lọc thứ cấp cho Ur giảm xuống. Ngược lại, khi điện áp đầu vào giảm, qua nắn lọc sơ cấp điện áp một chiều giảm, đầu ra Ur giảm.

203

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Lập tức qua mạch hồi tiếp khối điều khiển tạo xung điều khiển đóng chuyển mạch thời gian dài hơn (thời gian mở ít hơn), qua chuyển mạch xung ra có độ rộng rộng hơn, qua nắn lọc thứ cấp cho Ur tăng lên. Như vậy mạch tự động giữ cho Ur ổn định khi điện áp đầu vào thay đổi do thời gian đóng mở của chuyển mạch thay đổi, dưới tác dụng của xung điều khiển.

Trong khối điều khiển có mạch tạo dao động tạo xung tam giác, mạch điều chế độ rộng xung. Mạch điều chế tạo ra xung điều khiển có độ rộng tỷ lệ nghịch với độ lớn của điện áp ra. Điện áp ra tăng độ rộng xung hẹp lại, điện áp ra giảm độ rộng xung tăng lên.

Ưu điểm của bộ nguồn chuyển mạch là gọn nhẹ, ổn định điện áp ra tốt, giải ổn định điện áp

đầu vào rộng và hiệu suất cao.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

7-1. Nhiệm vụ của mạch cung cấp nguồn ?

7-2. Sơ đồ khối của một bộ nguồn đầy đủ và nhiệm vụ từng khối?

7-3. Nêu các loại mạch chỉnh lưu? So sánh các mạch chỉnh lưu đó?

7-4. Mạch chỉnh lưu bội áp? Khi nào dùng nó?

7-5. Nêu ý nghĩa của hệ số đập mạch Kđ , hệ số lọc q của bộ lọc?

7-6. Nêu các kiểu mạch lọc san bằng? ứng dụng từng kiểu?

7-7. Sơ đồ khối của một mạch ổn áp một chiều? Nguyên tắc chung của mạch?

7-8. Nguyên lý ổn áp của mạch ổn áp điốt dùng Zene?

7-9. Nguyên lý ổn áp của mạch ổn áp dùng tranzito?

7-10. Khi nào dùng mạch ổn áp có phần tư hiệu chỉnh là cặp tranzito Darlingtơn ?

7-11. Ưu điểm của mạch ổn áp dùng vi mạch KĐTT làm mạch khuếch đại so sánh?

7-12. Giải thích nguyên lý bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá điện áp của mạch nguồn đã học hình 7-

21?

7-13. Trình bày mạch ổn áp dùng vi mạch ổn áp?

7-14. Sơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạch? Nhiệm vụ từng khối?

7-15. Tại sao bộ nguồn chuyển mạch làm việc ở tần số chuyển mạch cao?

7-16. Nguyên tắc ổn định điện áp đầu ra của bộ nguồn chuyển mạch khi điện áp đầu vào thay đổi?

7-17. Cho hình P7-17 là một sơ đồ ổn áp đơn giản dùng điốt Zene.

Biết Iz max = 60mA, Iz min=10mA, U01 = 20 V, U02 = Uz = 12 V; Rz = 7Ω, Rt = 240Ω.

a) Xác định giá trị điện trở R1?

b) Xác định giá trị điện áp gợn sóng lối ra khi điện áp gợn sóng đặt ở đầu vào

ΔU01 = 10% của U01?

204

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

I = IZ+ It

U01

U02

Hình P7-17.

7.18. Tác dụng của mạch chỉnh lưu là:

a. Chuyển điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều thấp hơn.

b. Chuyển điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.

c. Chuyển điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều.

d. Cả ý b và c.

7.19. Tác dụng của mạch lọc là:

a. Giữ cho điện áp ra ổn định.

b. San bằng điện áp một chiều.

c. San bằng điện áp xoay chiều.

d. Chuyển điện áp xoay chiều thành một chiều.

7.20. Tác dụng của mạch ổn áp là:

a. Giữ cho điện áp ra ổn định.

b. Giữ cho dòng điện ra ổn định.

c. Giữ cho điện áp vào ổn định.

d. Cả ý a và b.

7.21. Khi điện áp vào tăng, thời gian tắt của tranzito chuyển mạch trong bộ nguồn chuyển mạch:

a. Dài hơn.

b. Ngắn hơn.

c. Không đổi

d. Lúc ngắn hơn, lúc dài hơn..

7.22. Khi điện áp vào giảm, độ rộng xung đầu ra của tranzito chuyển mạch:

a. Hẹp hơn.

b. Rộng hơn.

c. Không đổi.

205

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

d. Khi rộng hơn, khi hẹp hơn.

7.23. Khi điện áp vào tăng, thời gian thông bão hòa của tranzito chuyển mạch:

a. Ngắn hơn.

b. Dài hơn.

c. Không đổi.

d. Khi dài hơn, khi ngắn hơn.

7.24. Khi điện áp vào tăng, độ rộng xung đầu ra của tranzito chuyển mạch:

a. Không đổi.

b. Hẹp hơn.

c. Rộng hơn.

d. Khi không đổi, khi rộng hơn.

7.25. Khi điện áp vào tăng, điện trở của phần tử hiệu chỉnh trong mạch ổn áp một chiều sẽ:

a. Giảm xuống.

b. Tăng lên.

c. Không đổi.

d. Khi giảm xuống, khi tăng lên.

7.26. Khi điện áp vào giảm, sụt áp trên phần tử hiệu chỉnh trong mạch ổn áp một chiều sẽ:

a. Không đổi.

b. Giảm xuống.

c. Tăng lên.

d. Khi không đổi, khi giảm xuống.

7.27. Khi điện áp vào tăng, biên độ, độ rộng xung ra sau tranzito chuyển mạch sẽ:

a. Biên độ tăng, độ rộng giảm.

b. Biên độ tăng, độ rộng tăng.

c. Biên độ giảm, độ rộng tăng.

d. Biên độ không đổi, độ rộng không đổi.

206

Hướng dẫn trả lời

HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI

CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRANZITO

1.1. Khuếch đại là sự chuyển đổi năng lượng một chiều của nguồn cung cấp thành năng lượng xoay chiều đầu ra theo tín hiệu điều khiển đầu vào, làm cho tín hiệu ra lớn lên nhiều lần nhưng không méo, nhờ phần tử điều khiển là tranzito.

Các tham số Ku, Ki, Zv, Zr, Mt, Mc, η, γ.

1.2. Có 4 phương pháp: phương pháp định dòng, phương pháp phân áp, phương pháp hồi tiếp

âm điện áp, phương pháp hồi tiếp âm dòng điện một chiều.

Mạch phức tạp thì tốn linh kiện, tốn nguồn hơn nhưng độ ổn định điểm làm việc tốt hơn.

1.3. Hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu đầu ra đưa trở về đầu vào.

Điện áp hồi tiếp ngược pha với điện áp vào là hồi tiếp âm, cùng pha là hồi tiếp dương.

1.4. Điện áp hồi tiếp tỷ lệ với dòng điện ra là hồi tiếp dòng điện, tỷ lệ với điện áp ra là hồi tiếp

điện áp.

1.5. Xét ở lối vào của mạch, điện áp hồi tiếp mắc song song với điện áp vào là hồi tiếp song song, mắc nối tiếp với điện áp vào là hồi tiếp nối tiếp. Cũng có trường hợp mắc hồi tiếp nối tiếp.

1.6. Ưu điểm: làm giảm tạp âm, giảm méo tần số, giảm méo phi tuyên, làm ổn định bộ khuếch

đại của mạch.

1.7. Vẽ mạch hình 1-12, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch. Viết các biểu thức Ki, Ku, Rv,

Rr, Ur ngược pha Uv.

1.8. Vẽ mạch hình 1-15a, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch . Viết các biểu thức Ki, Ku, Rv,

Rr, Ur cùng pha Uv.

1.9.

. Vẽ mạch hình 1-16a, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch . Viết các biểu thức Ki, Ku, Rv, Rr, Ur cùng pha Uv.

1.10. Vẽ mạch hình 1-19a, nêu tác dụng các linh kiện. Viết các biểu thức Ku, Rv, Rr, Ur ngược

pha Uv.

1.11. Vẽ mạch hình 1-21a, nêu tác dụng các linh kiện. Viết các biểu thức Ku, Rv, Rr, Ur cùng pha

Uv.

1.12. Vẽ mạch hình 1-32, nêu tác dụng của tụ nối tầng.

Ưu điểm: mạch đơn giản, gọn nhẹ. Nhược điểm: không phối hợp trở kháng giữa các tầng

với nhau.

207

Hướng dẫn trả lời

Khi tần số của tín hiệu vào càng giảm thì trở kháng của tụ nối tầng (Zc = 1/ωC) ngăn cản tín hiệu tầng trước sang tầng sau ở vùng tần số thấp nên gây méo tần số thấp.

1.13. Vẽ mạch hình 1-27, nêu tác dụng của biến áp. Ưu điểm là phối hợp trở kháng giữa các tầng với nhau. Nhược điểm là nặng, cồng kềnh, chỉ thích hợp khi mạch làm việc ở tần số cao.

1.14. Vẽ mạch hình 1-28. Ưu điểm: giảm được tụ nối tầng nên giảm được méo tần số thấp, mạch đơn giản, gọn nhẹ. Nhược điểm: khó điều chỉnh chế độ một chiều cho các tầng, đặc biệt khi phải thay thế tranzito.

1.15. Do các tụ ký sinh CBE, CCE, CCB của tranzito, điện dung lắp ráp C1, làm thoát tín hiệu ở vùng tần số cao xuống đất (mát) và do sự suy giảm hệ số khuếch đại dòng điện β ở vùng tần số cao gây nên méo tần số cao.

1.16. Chọn linh kiện phù hợp.

Chọn điểm làm việc đúng.

Dùng hồi tiếp âm.

1.17. Dùng thêm phần tử hiệu chỉnh mắt lọc RC, điện cảm L mắc ở tải làm tăng tải xoay chiều ở vùng tần số thấp và vùng tần số cao, làm tăng hệ số khuếch đại của tầng ở hai vùng tần số đó nên mở rộng được giải tần.

1.18. Ngoài nhiệm vụ làm khuếch đại tín hiệu, tầng này còn có tác dụng chọn lọc tín hiệu. Đầu ra

nhận được tín hiệu có tần số bằng tần số cộng hưởng của mạch và tần số lân cận.

1.19. Có hồi tiếp âm dòng điện. Vì điện áp hồi tiếp lấy trên tải ở cực phát. Điện áp hồi tiếp tỷ lệ

với dòng điện ra.

1.20. Khi tín hiệu vào là sin thì tầng khuếch đại ở chế độ A cho ra tín hiệu sin, chế độ B cho ra tín hiệu một nửa sin, chế độ AB cho ra hơn nửa sin, chế độ C cho ra tín hiệu bé hơn một nửa sin.

1.21. Tầng khuếch đại công suất đơn cho làm việc ở chế độ A để tránh méo, tuy nhiên hiệu suất thấp. Tầng khuếch đại đẩy kéo cho làm việc ở chế độ AB để giảm méo phi tuyến và cho hiệu suất cao.

1.22. Là tầng khuếch đại tín hiệu và cho đầu ra hai tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng pha

ngược nhau.

Có mạch khuếch đại đảo pha ghép biến áp và mạch khuếch đại đảo pha chia tải.

1.23. Khi đó tín hiệu vào bé, xem tranzito là phần tử tuyến tính, làm việc trong phần thẳng của

đặc tuyến.

1.24. Khi đó tín hiệu vào lớn (vì đã qua nhiều tầng khuếch đại phía trước) nên tranzito làm việc

cả phần cong của đặc tuyến. Dùng phương pháp đồ thị có độ chính xác cao hơn.

1.25. Xem cặp tranzito khuếch đại Darlingtơn như một tranzito có hệ số khuếch đại dòng bằng tích hệ số khuếch đại của các tranzito rất lớn, nên chỉ dòng vào nhỏ (trở kháng vào lớn) mà cho dòng ra lớn.

208

Hướng dẫn trả lời

1.26. Tầng khuếch đại Cascốt có đặc điểm là tránh được hồi tiếp ký sinh của tầng qua điện dung thông thường CBC của tranzito T2 giữ cho tầng làm việc ổn định, đặc biệt khi làm việc ở tần số rất cao. (vì có ghép về thì bị thoát đất do T2 có cực gốc nối đất). Mặt khác tầng này còn có trở kháng vào lớn do điện dung vào nhỏ.

1.27. Ở hình 1-11a trên RE có hồi tiếp âm dòng điện. Uht = IE1~ .RE.

Hình 1-11b có ba điện áp hồi tiếp âm. Trên RE1 có hồi tiếp âm dòng điện Uht = IE1~ . RE1.,

trên RE2 có hồi tiếp âm dòng điện Uht2 = IE2~. RE2.

Trên RE1 còn có hồi tiếp âm điện áp lấy từ đầu ra tầng 2 đưa về tầng 1 qua RC. Tụ C để

ngăn điện áp một chiều (XC~ = 0) R điện trở hạn chế mức hồi tiếp:

Uht3 = Ur.RE1/(RE1+R).

1.28. a, Tính chế độ một chiều của tranzito: từ hình P1-29 có:

IB.R1 + UBE + IE.R2 = E với IE = (1+β)IB.

Ta nhận được IB = (E – UBE)/[R1 + (1+β)R2] = (12v – 0,6v)/(3.105 + 100.2,7.103)

IB = 11,4v/570.103 =20μA.

Điện áp colectơ UC = 12v.

UB = E – IB.R1 = 12V – 20.10-6.300.103 = 6V.

UE = UB – 0,6V = 6V – 0,6V = 5,4V.

IC = βIB = 99.20.10-6 = 1,98mA.

IE = IC + IB = 1,98mA + 0,02mA = 2mA.

b, Tải một chiều của tầng khuếch đại chính là điện trở R2 = 2,7KΩ. Tải xoay chiều được tính:

Rt~ = R2//Rt = 2,7KΩ//2,7KΩ = 1,35KΩ.

Đường tải một chiều xác định từ phương trình dòng 1 chiều mạch ra:

E = UCE + IE.R2 hay UCE = E – IE. R2.

Khi IE = 0 có UCE hở mạch = E = 12V, khi UCE = 0 có IE ngắn mạch = E/R2 = 4,4mA. Dựng đường tải một chiều qua hai điểm làm việc trên đặc tuyến ra IE = f(UCE) tìm được điểm làm việc tĩnh tại IB = 20μA có UCE = 2mA, QA(6,6V; 2mA).

1.30. a. Tính các giá trị dòng và áp 1 chiều trên các cực của Tranzito:

Vì dòng điện IR1 ≈ IR2 (xem hình P1-30) nên UB = E.R2/(R1+R2) = 12V.4KΩ/(20KΩ +

4KΩ) = 2V.

Để tranzito ở chế khuếch đại không méo (chế độ A) chọn UBE = +0,6V (loại Si) do vậy UE =

UB- 0,6V = 2V – 0,6V = 1,4V.

Từ các dòng 1 chiều IE, IB và IC được tính:

IE = UE/R4 = 1,4V/1KΩ = 1,4mA; IB = IE/(1+β) = 1,4mA(1+99) = 14μA.

209

Hướng dẫn trả lời

IC = IE – IB = 1,4mA – 0,014mA = 1,386mA.

Điện áp một chiều trên cực góp UC = E – IC.R3 = 12V – 1,386mA.4KΩ = 6,456V.

b. Tải một chiều của tầng khuếch đại bao gồm R3 và R4.

Rt- = R3 + R4 = 4KΩ + 1KΩ = 5KΩ. Tải xoay chiều được tính bởi R3//Rt: Rt~ = R3//Rt =

4KΩ//8KΩ ≈ 2,67KΩ.

Đường tải một chiều được xác định từ phương trình UCE = E – (RC+RE) = E – IC(R3+R4). Khi IC = 0 có UCE hở mạch = E = 12V, khi UCE = 0 có IC ngắn mạch = E/(R3+R4) = 12V/(4KΩ+1KΩ) = 2,4mA. Vẽ đường tải một chiều qua hai điểm (2,4mA; 0V) và (0mA; 12V) trên đặc tuyến ra IC = f(UCE) ta xác định được điểm làm việc QA tải IC = 1,368mA và UCE = 6,456V – 1,4V = 5,056V.

1.31. a, Hai tranzito trong sơ đồ mắc theo kiểu mạch lặp cực phát. Để có tín hiệu ra cực đại điện

áp trên mỗi cực phát là:

UE = EC/2 = 10V.

Do đó điện áp cực gốc T1:

UBT1 = UE + UBE1 = 10 + 0,5 = 10,5V.

Và điện áp cực gốc T2: UBT2 = UE – UBE2 = 10 – 0,5 = 9,5V.

C2 được nạp đến trị số 10V. Khi UV >0 T2 tắt, T1 dẫn. Điện áp trên cực phát biến thiên theo

điện áp vào. Điện áp trên C2 giữ nguyên không đổi và điện áp trên Rt biến thiên từ (0V ÷ 10V).

Khi Uv < 0 T2 dẫn, T1 tắt, C2 phóng điện. Lúc này tụ C2 đóng vai trò là nguồn cung cấp cho

T2. Điện áp trên tải thay đổi từ (0 ÷ 10)V.

Trong nửa chu kỳ âm của điện áp vào, năng lưọng tích trữ trên tải rất nhỏ so với năng lượng tích trữ trong C2. Vì vậy điện áp trên tụ C2 hầu như không đổi, trong nửa chu kỳ âm C2 phóng điện rất chậm.

−

E C 2

9,5

R 1

R 2

U Rt I

10 0,5 − − 10

b, Tính R1, R2.

)

(

c, Công suất ra và hiệu suất:

0,5

P r

10 2 100

U hd R t

A 0,1 .

10 100

E C 2 R t

Dòng cung cấp chỉ có trong nửa chu kỳ dương của điện áp vào và trị số cực đại của nó là:

210

Hướng dẫn trả lời

−

20.

P 0

E I . C th

10 2 = π π

Công suất cung cấp:

η=

0, 78 78%. =

0,5 2

rP P 0

Hiệu suất:

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

1-32a, 1-33a, 1-34a, 1-35c, 1-36c, 1-37c, 1-38b, 1-39b, 1-40a, 1-41b, 1-42a, 1-43a, 1-44a,

1-45a, 1-46a, 1-47a.

CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

2.1. BKĐTT lý tưởng có:

Trở kháng vào Zv = ∞.

Trở kháng ra Zr = 0.

Hệ số khuếch đại K0 = ∞.

2.2. Làm như vậy để đưa hệ số khuếch đại của mạch về một giá trị theo yêu cầu (phụ thuộc vào trị

số các điện trở) và mở rộng giải thông cho mạch.

2.3. Vẽ mạch hình 2-8. Chứng minh để có K = - Rht/R1.

2.4. Vẽ mạch hình 2-9. Chứng minh để có K = 1 + Rht/R1. Khi Rht = 0, R1 = ∞ có K = 1 nên Ur =

Uv như hình 2-10.

2.5. Điện trở cân bằng Rc có tác dụng tạo cân bằng điện áp ở hai lối vào do dòng tĩnh gây ra, giữ

cho hiệu điện áp U0 giữa hai lối vào bằng không nên Ur = 0.

RC = Rht//R1 = Rht.R1/(Rht+R1).

u i

∑ khi (R1+Rht)/nR1 = 1.

1 =

2.6. Vẽ mạch hình 2-14. Chứng minh để có công thức: Ur =

uα i i

∑

1 =

2.7. Vẽ mạch hình 2-13. Chứng minh để có công thức: Ur = - trong đó αi = Rht/Ri.

2.8. Vẽ mạch hình 2- 15. Chứng minh để có công thức: Ur = α(U2 – U1).

2.9. Các mạch cộng, mạch trừ đều làm việc ở chế độ tuyến tính khi đó ta dùng nguyên lý xếp

chồng để thực hiện.

2.10. Vẽ mạch hình 2-18. Chứng minh để có Ur tỷ lệ với vi phân của Uv theo công thức (2-26).

Ứng dụng của mạch: để tạo xung nhọn từ xung vuông, tạo xung vuông từ xung tam giác.vv.

2.11. Vẽ mạch hình 2-19. Chứng minh để có Ur tỷ lệ với tích phân của Uv theo công thức (2-28).

211

Hướng dẫn trả lời

Ứng dụng của mạch: để tạo xung tam giác, xung răng cưa.

2.12. Vẽ mạch hình 2-20. Chứng minh để có Ur tỷ lệ với lôga của Uv theo công thức (2-30).

2.13. Vẽ mạch hình 2-22a. Chứng minh để có Ur tỷ lệ với hàm mũ của Uv theo công thức (2-31).

2.14. Mạch nhân tương tự là mạch mà điện áp tỷ lệ với tích các điện áp tức thời ở đầu vào.

Mạch nhân tương tự có thể dùng để điều chế tín hiệu hoặc tách sóng tín hiệu.

2.15. Mạch lọc thụ động là mạch lọc chỉ có các phần tử thụ động R, L, C. Mạch lọc tích cực là mạch lọc chứa các phần tử RC và phần tử tích cực như tranzito hoặc vi mạch. Ở đây ta xét mạch lọc tích cực RC kết hợp BKĐTT.

2.16. Ở giải tần f ≤ 100KHz nếu dùng mạch lọc tích cực thì mạch lọc gọn nhẹ, đặc tuyến lọc tốt.

Nếu dùng mạch lọc thụ động thì nặng, cồng kềnh và tổn hao lớn.

2.17. (a) K = - 5 (b) Rv = R1 = 10KΩ (c) 0V; 5V; -10V; 10V.

2.18. (a) K = -15 (b) Rv = R1 = 1,2KΩ (c) 0,866V (d) 0V; -6V; -12V; 13V; -13V.

2.19. (a) K = 6 (b) Zv = ∞ (c) = 2,1667V (d) 0v; -6V; 12V; -13V; 13V.

2.20. (a) K = 16 (b) Zv = ∞ (c) 0,8125V (d) 0v; -6,4V; 12,8V; -13V.

2.21. (a) Ur = -U1- 2U2 – 4U3 (b) Ur = 12V (c) Ur = -13V.

2.22. (a) Ur = -5Uv – 10U2 – 20U3 (b) -11V.

2.23. (a) Ur = 2(U2 – U1) (b) 0V (c) -12V (d) -13V.

2.24. (a) 5(U2 – U1) (b) 0V (c) 10V (d) -13V.

2.25. Tìm Ur1 khi chỉ có U1 vào và các thông số của mạch, (U2 = 0); tìm Ur2 khi có U2 vào và các

thông số của mạch, (U1 = 0), Ur = Ur1 + Ur2.

2.26. (a) 38,775UX//R1R4 – 4,7Uv/R5 + 38,775UZ/R2R4.

(b) R5 = 1KΩ; chọn R4 = 2K, R1 = 7,775KΩ; R2 = 4,73KΩ.

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

2-27c, 2-28c, 2-29a, 2-30b, 2-31a, 2-32a, 2-33a, 2-34b, 2-35c, 2-36a, 2-37a, 2-38a.

CHƯƠNG 3 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN

3.1. Mạch tạo dao động là mạch khi có nguồn nó tự làm việc cho ra tín hiệu. Mạch tạo dao động sin cho ra tín hiệu hình sin, mạch tạo dao động xung tạo ra tín hiệu xung như: xung vuông, xung tam giác…

3.2. Yêu cầu của một mạch tạo dao động sin là cho tín hiệu ra có biên độ, tần số ổn định.

K β= 1

trong 3.3. Điều kiện dao động của một mạch tạo dao động là

expj

K K ϕ K

expj β β β ϕ

; đó nên có Kβ = 1 và ϕK + ϕβ = n2Π.

3.4. Vẽ mạch hình 3-3, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch, viết biểu thức tần số dao động.

212

Hướng dẫn trả lời

3.5. Dựa trên cơ sở về pha, đảm bảo cho mạch tạo dao động có hồi tiếp dương để xác định các

phần tử LC trong khung dao động của mạch tạo dao động 3 điểm.

3.6. Vẽ mạch hình 3-5b, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch. Viết biểu thức tần số dao động.

3.7. Vẽ mạch hình 3-5a, nêu tác dụng các linh kiện trong mạch.Viết biểu thứ tần số dao động.

3.8. Vẽ mạch hình 3-6, giới thiệu khối khuếch đại, khối hồi tiếp. Viết biểu thức tần số dao động,

giá trị β, K của mạch.

3.9. Vẽ mạch hình 3-7, giới thiệu khối khuếch đại, khối hồi tiếp. Viết biểu thức tần số dao động,

giá trị β, K của mạch.

3.10. Nguyên tắc tạo tín hiệu sin từ tín hiệu tam giác là dùng bộ điện trở cùng hai dãy điốt để giảm hệ số phân áp của mạch khi tín hiệu vào lớn (theo từng khoảng thời gian) làm tín hiệu vào BKĐTT có dạng sin gãy khúc, qua khuếch đại cho tín hiệu ra hình sin. Độ chính xác càng cao khi số điốt trong dãy càng nhiều.

3.11. Trong các mạch tạo dao động sin tần số cần có độ ổn định cao ta dùng phần tử thạch anh. Khi mạch làm việc tần số của thạch anh sẽ quyết định tần số dao động của mạch. Vì thạch anh có tần số rất ổn định.

3.12. Vì tại tần số fq trở kháng của thạch anh Zq = 0, tín hiệu hồi tiếp đưa về khuếch đại lớn nhất Ur lớn nhất. Mạch dao động ở tần số đó. Ở các tần số khác Zq ≠ 0, điện áp đưa vào khuếch đại bị suy giảm nên Ur bị triệt tiêu.

3.13. Vì khi thạch anh mang tính cảm (L) thì mạch mới thoả mãn điều kiện dao động về pha tức

là có hồi tiếp dương.

3.14. Trong mạch dao động phải có mạch khuếch đại là để lấy năng lượng của nguồn cung cấp bù vào tổn hao cho mạch gây ra. Tuy nhiên mạch khuếch đại phải được đấu nối sao cho khi kết hợp với mạch hồi tiếp có ϕK + ϕβ = n2Π và Kβ = 1 để mạch duy trì dao động.

3.15. a, Đây là mạch dao động sin có khung dao động LC đặt ở cửa thuận BKĐTT. Khi có nguồn nuôi trên khung LC phát sinh ra dao động sin, mạch khuếch đại tín hiệu đó rồi hồi tiếp về qua R3, khung LC. Mạch này có ϕK = 0; hệ số hồi tiếp β = Rtđ/(Rtđ + R3) trong đó Rtđ là điện trở tương đương của khung cộng hưởng; hệ số khuếch đại K = (R2+R1)/R1. Mạch sẽ dao động ở tần số cộng hưởng vì lúc đó Rtđ lớn nhất nên β cũng lớn nhất.

b, Điều kiện để mạch dao động cho ra điện áp là:

K.β = 1

[(R2 + R1)/R1].[Rtđ/(Rtđ + R3)] = 1

Hay

Rtđ/(Rtđ + R3) = R1/(R2 + R1).

c, Từ điều kiện Rtđ/(Rtđ + R3) = R1/(R2 + R1), thay các giá trị đó cho các điện trở, suy ra Rtđ

= 1KΩ.

213

Q K

KHz

100

= Ω và

Hướng dẫn trả lời

CHf

L C

1 L Cπ 2 .

2 − 10 .

. Q L

2 . π

10 10

R td f

2 −

4 −

.10

≈

10 2 . π

10 2 .100 π

1 2 π

Biết Rtđ =

6 −

−

8 10

0,159.10

0,16

= → =

≈

F μ

R td

Q 8 10 .2

Q 2 . π

10 = 8 2 .10 π π

10 2 π

Ta lại có:

3.16. a, Tín hiệu ra là sóng hình sin theo thời gian.

b, Ở mạch này điện trở R1 mắc nối tiếp với tụ C làm điện trở của mắt lọc thứ ba, vừa làm điện trở trong mạch hồi tiếp âm vì cửa đảo của BKĐTT là điểm đất ảo nên R1 = R. Mục đích để mạch đơn giản, gọn.

c, Vì đầu vào “-“ là điểm đất ảo nên R1 = R = 1KΩ

htR R

1 29

nên K = Vì β = = 29 từ đó suy ra Rht = 29.R1 = 29KΩ

1 .R C 6.

Ta có: ω = 2.π.f =

6.2.

1 .f Rπ . 6.2.

1 3 .10 .10 π

= Nên: C = = 64,7945.10-9F ≈ 65nF.

3.17. a, Tín hiệu ra là sóng hình sin theo thời gian.

b, Ta có fdd = 1/2πRC. Thay số vào ta được fdd = 530,5Hz.

c, Mạch này có hệ số hồi tiếp β = 1/3 nên hệ số khuếch đại K phải bằng 3.

Ta có K = 1 + Rht/R1 ⇒ Rht = 2R1 = 20KΩ.

3.18. a, Mạch này cần Rht = 2R1 = 44KΩ.

b, Ta có f = 1/2πRC.

Tại f = 100Hz có Rmax = 1/2πCfmin.

Thay số vào tìm được Rmax = 159,15KΩ.

Tại fmax = 1KHz có Rmin = 1/2πCfmin. Thay số vào tìm được Rmax = 15,915KΩ.

Khoảng biến đổi của điện trở R là từ 15,915KΩ đến 159,15KΩ (chú ý các điện trở R được

đồng chính với nhau).

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

214

Hướng dẫn trả lời

3-19a, 3-20a, 3-21c, 3-22c, 3-23b, 3-24a, 3-25b, 3-26b.

CHƯƠNG 4: MẠCH XUNG

4.1. Vẽ hình 4-1, 4-2. Tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian, được gọi tên theo hình dạng của nó như xung vuông, xung tam giác. Tham số của xung có biên độ, độ rộng xung, độ rộng sườn xung, chu kỳ, tần số xung, hệ số lấp đầy.

4.2. Tranzito trong mạch xung được mắc cực phát chung, làm nhiệm vụ như một khoá điện tử. Vẽ hình 4-3. Khi Uv ≤ 0 khoá mở (tranzito tắt) dòng IC = 0 nên Uc = Ec. Khi Uv > 0 với điều kiện sao cho IB ≥ IBbh = Ec/βRc thì khoá đóng (tranzito thông bão hoà) Ic = Ic max = Ec/Rc, lúc này Uc = 0. Như vậy khi điện áp đầu vào thay đổi thoả mãn các điều kiện trên thì khoá tranzito sẽ làm việc thay đổi giữa hai trạng thái đó.

4.3. BKĐTT ở mạch xung làm việc ở chế độ so sánh. Do có hệ số khuếch đại rất lớn, lý tưởng K0 = ∞ nên điện áp đầu ra của nó chỉ ở một hai trạng thái là bão hoà dương (Ur = +Ur max) hay bão hoà âm (Ur = - Ur min), khi hiệu điện áp giữa hai cửa vào khác không. Vẽ hình 4-4.

4.4. Mạch Trigơ là mạch có hai trạng thái ổn định. Khi có điện áp tác dụng đầu vào thì mạch chuyển trạng thái một lần. Vẽ mạch Trigơ Smít ở hình 4-5. Ta thấy khi điện áp vào lớn hơn U1(+) đầu ra lật trạng thái về - Ur max và giữ nguyên giá trị đó đến khi Uv < U1(-) đầu ra lật trạng thái về +Ur max. Cứ như vậy, đầu ra nhận được dạng xung vuông có tần số bằng tần số tín hiệu vào.

4.5. Mạch đa hài đợi có một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định. Có xung tác dụng mạch lật sang trạng thái không ổn định một thời gian rồi tự lật về trạng thái ổn định ban đầu. Một xung vào cho một xung ra. Mạch đa hài đợi BKĐTT ở hình 4-6a và dạng xung các cực như 4-6b.

4.6. Mạch đa hài tự dao động là mạch có hai trạng thái không ổn định. Khi có nguồn nuôi mạch tự làm việc thay đổi trạng thái cho nhau, cho đầu ra là dãy xung vuông có tần số xung phụ thuộc các thông số của mạch.Mạch đa hài tự dao động dùng BKĐTT ở hình 4-9a, dạng xung trên các cực ở hình 4-9b. Khi R1 = R2 thì độ rộng xung tx = 1,1RC chu kỳ T = 2,2RC, tần số f = 1/T = 1/2,2RC.

4.7. Mạch hạn chế là mạch mà tín hiệu ra Ur luôn tỷ lệ với tín hiệu vào Uv nếu Uv chưa vượt một giá trị ngưỡng cho trước, còn khi Uv vượt mức ngưỡng thì tín hiệu ra Ur luôn giữ ở một giá trị không đổi. Ứng dụng của nó có thể là để tạo xung, sửa xung, chống nhiễu, chọn xung…

4.8. Vẽ mạch hình 4-14b. Khi đưa tín hiệu hình sin vào: Uv ≥ E2 làm cho D1 thông, D2 tắt Ur = E2; Uv ≤ E1 làm cho D1 tắt, D2 thông (vì E2 > E1) Ur = E2 – (E2-E1)R2/(R1+R2) = E1 (khi R2 >>R); E1

4.9. Vẽ mạch hình 4-14a. Khi đưa tín hiệu hình sin vào: Uv > E2 làm cho D1 tắt, D2 thông Ur = E2; Uv < E1 làm cho D1 thông, D2 tắt Ur = E1; E1 ≤ Uv ≤ E2 làm cho D1, D2 đều tắt Ur = Uv. Đầu ra nhận được dãy xung hình thang trên trục thời gian ở mức E1, E2.

215

Hướng dẫn trả lời

4.10. Vẽ dạng xung răng cưa hình 4-15. Các tham số của xung răng cưa là: biên độ, thời gian quét thuận, thời gian quét ngược, tần số quét, hệ số phi tuyến ε và hiệu suất sử dụng nguồn η.

4.11. Vẽ hình 4-16. Nêu nguyên lý làm việc của mạch để tụ nạp phóng tạo răng cưa ở đầu ra khi

đầu vào có xung vuông âm. Mạch này có hệ số phi tuyến tương đối lớn và hiệu suất thấp.

4.12. Vẽ hình 4-17, nêu nguyên lý tạo xung răng cưa đầu ra khi đầu vào có xung âm tác dụng. Mạch này có hệ số phi tuyến bé, hiệu suất cao nhờ dòng nạp IC2 có giá trị không đổi.

4.13. a, Ur là dãy xung vuông có biên độ bằng 10 vôn khi Uv > 0, Ur = -10V khi Uv < 0.

b, Ur là dãy xung vuông có biên độ 10V khi Uv ≤ 0 và Ur = -10V khi Uv > 0.

4.14. a, Ur là dãy xung vuông có biên độ 10V, Uv ≥ 3V (mạch này có Uch = 5.3/(2+3) = 3V). Ur =

-10V khi Uv < 3V.

b, Ur là dãy xung vuông có biên độ 10V khi Uv < 3V, Ur = -10V khi Uv ≥ 3V.

4.15. a, Ur là dãy xung vuông biến đổi xung quanh trục thời gian có biên độ 10V.

b, Uht = Ur.R1/(R1+R2) = 5V khi bão hoà dương và - 5V khi bão hoà âm.

c, Chu kỳ dao động T = 2,2RC = 2,2.1013.0,2.10-6 = 5,28.10-3s.

Tần số dao động f = 1/T = 103/5,28 ≈189 Hz.

4.16. Chọn R1 = R2 = 45KΩ.

Chọn R = 5KΩ, tính giá trị của C. Ta có f = 1/2.2RC nên C = 1/2,2Rf.

C = 1/2,2.5.103.103 = 10-6/11 = 0,09μF.

Với mạch này khi có R = 5KΩ, C = 0,09μF sẽ có tần số dao động xung ra 1KHz.

4.17. Chọn R1 = R2 = 45KΩ, chọn C =300μF. Chọn R biến đổi (R là biến trở) để thay đổi tần số

cho thuận tiện. Khi đó biến trở R biến đổi trong khoảng Rmin đến Rmax.

Rmin = 1/2,2C.fmax = 1/2,2.300.10-9.5.103 = 303Ω.

Rmax = 1/2,2C.fmin = 1/2,2.300.10-9.500 = 303Ω.

4.18. Khi Uv ≥ E2 = 10V, D1 thông, D2 tắt nên Ur = 10V. Khi Uv ≤ E1 = 2V, D1 tắt, D2 thông, Ur =

E2 – (E2-E1)R2/(R1+R2) = 10 – 7,2 = 2,8v.

Khi 2V < Uv < 10V, D1D2 đều thông, Ur = Uv. Như vậy đầu ra là dãy xung hình thang nằm phía trên trục thời gian với mức hạn chế trên là 10V, mức hạn chế dưới là 10V, mức hạn chế dưới là 2,8V.

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

4-19b, 4-20a, 4-21a, 4-22a, 4-23a, 4-24b.

216

Hướng dẫn trả lời

CHƯƠNG 5:CÁC MẠCH BIẾN ĐỔI TẦN SỐ

5.1. Điều chế là ghi tin tức vào sóng cao tần làm biến đổi một thông số nào đó như biên độ, tần số hay góc pha của sóng cao tần theo tin tức. Thông qua điều chế phổ của tin tức ở miền tần số thấp được chuyển lên vùng tần số cao để bức xạ, truyền đi xa.

^ u U c =

; t u U c =

ω ω>> s

ω s

t ω t

) os t c ω ω t

sin

os( c

t ω t

ω s

U ω s

os( c

os c

t K +

ω t

ω s

và có . 5.2. Khi

Trong đó là hệ số điều biên.

Kdt , Kdp là các hệ số tỷ lệ điều tần điều pha.

5.3. Về cơ bản hai mạch này tương tự nhau. Mạch điều biên vòng có bốn điốt. Mạch điều biên cân bằng chỉ có hai điốt. Ở mạch điều biên cân bằng tín hiệu sau điều chế ngoài thành phần tần số mong muốn ωt ± ωs, còn có các thành phần tần số thấp và tần phần cao gây nhiễu.

Còn mạch điều chế vòng các thành phần tần số không mong muốn đều triệt tiêu, chỉ còn lại hai biên tần cần thiết. Để đạt được điều đó yêu cầu mạch phải thật đối xứng, linh kiện hoàn toàn như nhau.

5.4. Trong thông tin, khi truyền tín hiệu đơn biên có các ưu điểm sau: giảm độ rộng giải tần một nửa, công suất bức xạ yêu cầu thấp hơn khi cùng cự ly thông tin và tạp âm đầu thu giảm do giải tần của tín hiệu hẹp hơn. Tuy nhiên mạch điều chế tín hiệu đơn biên phức tạp hơn.

5.5. Vẽ sơ đồ khối hình 5-4 và sơ đồ phổ của tín hiệu hình 5-5. Ta thực hiện điều chế hai cấp để việc lọc bỏ một biên tần sau điều biên thuận lợi. Nếu điều chế một lần với tần số sóng mang ft rất lớn, việc lọc bỏ một biên tần rất khó khăn vì các biên tần rất sát nhau.

5.6. Vẽ hình 5-6. Đây là mạch dao động sin ghép biến áp mà khung dao động có điốt biến dung. Tín hiệu điều chế Us đưa qua biến áp (tần số thấp) đặt vào điốt. Khi Us = 0 mạch dao động tự làm việc cho dao động cao tần với tần số không đổi ft. Khi có Us, điện dung Cd của điốt thay đổi theo Us nên tần số dao động của mạch thay đổi theo Us. Như vậy trên khung dao động nhận được tín hiệu điều tần. Sự thay đổi của Cd theo Us biểu diễn ở hình 5-7.

5.7. Xem hình 5-1 ở tài liệu tham khảo 1. Tranzito điện kháng là một tranzito kết hợp với hai phần tử RC và RL, có điều kiện kết nối thành mạng hai cực . Khi làm việc nó tương đương

217

Hướng dẫn trả lời

một điện kháng (điện cảm tương đương Ltđ hay tụ điện tương đương Ctđ). Nếu có điện áp tín hiệu Us đặt vào cực gốc điều khiển thì Ltđ hay Ctđ sẽ biến đổi theo Us.

5.8. Mạch điều tần dùng tranzito điện kháng có tranzito điện kháng mắc vào khung dao động của mạch dao động sin (hình 5-8) ở tài liệu tham khảo 1. Khi có Us đầu vào Ltđ của T1, C, R thay đổi theo Us. Ltđ mắc vào khung dao động sin chứa tranzito T2 nêu trên khung dao động nhận được tín hiệu điều tần.

5.9. Đổi chiều điốt biến dung trong mạch hình 5-6 không được vì khi đó điốt luôn thông, khung

dao động bị nối tắt, mạch dao động không làm việc.

5.10. Mạch tách sóng là mạch tách lấy tin tức Us, lọc bỏ sóng mang cao tần Ut. Yêu cầu của mạch tách sóng là tín hiệu lấy ra trung thực, không méo, lọc bỏ hết tạp âm và sóng cao tần. Để đạt được yêu cầu đó tín hiệu vào tách sóng phải có biên độ đủ lớn.

5.11. Vẽ mạch hình 5-10. Khi có tín hiệu điều biên lối vào điốt chỉ thông ở nửa chu ỳ dương của dao động cao tần. Đầu ra nhận được hình bao của dao động nhờ sự nạp phóng của tụ. Khi tín hiệu vào đủ lớn, RC chọn phù hợp ta được mạch tách sóng đỉnh, đường bao chính là Us cần lấy.

Để cho tín hiệu ra tốt cần: 1/ωt << τ = RC <<1/ωs.

5.12. Do các phương thức điều chế: điều biên, điều tần, điều pha là khác nhau nên các mạch tách

sóng các tín hiệu tương ứng cũng phải khác nhau.

5.13. Vẽ hình 5-14. Ở mạch này hai mạch cộng hưởng (ở thứ cấp biến áp) có tần số cộng hưởng lệch với tần số sóng mang tín hiệu điều tần. Khi có tín hiệu điều tần ở đầu vào, trên hai mạch cộng hưởng nhận được tín hiệu điều biên. Qua mạch tách sóng điều biên đầu ra có tín hiệu Us1, Us2. Ur chung = Us1 – Us2.

5.14. Vẽ hình 5-18. Ta đưa thêm một điện áp chuẩn Uch cao tần có tần số bằng tần số sóng mang của tín hiệu điều pha vào mạch. Do kết cấu mạch nên điện áp đặt lên hai mạch tách sóng phía sau là tín hiệu điều biên có biên độ tỷ lệ với độ di pha của tín hiệu điều pha (dùng đồ thị véctơ 5-18b để giải thích). Qua mạch tách sóng điều biên Đ1RC, Đ2RC nhận được tin tức Us.

5.15. Mạch trộn tần là mạch trộn điện áp tín hiệu có tần số fth với điện áp ngoại sai có tần số fns để lấy ra tín hiệu có tần số fns + fth hoặc fns – fth. Thông thường người ta lấy tín hiệu có tần số hiệu gọi là tín hiệu trung tần. cần chú ý rằng do biện độ điện áp ngoại sai rất lớn hơn biên độ điện áp tín hiệu nên sau trộn tần tin tức không bị ảnh hưởng.

5.16. Do dòng điện đầu ra mạch trộn tần chứa nhiều thành phần: một chiều, tần số fns, fth, fns – fth, fns + fth và các thành phần tần số bậc cao nên để lọc lấy thành phần tần số ftt = fns - fth thì tải của tầng trộn tần phải dùng mạch cộng hưởng song song cộng hưởng ở tần số đó, mục đích chặn lấy thành phần tần số ftt, lọc bỏ các thành phần khác. Mạch điện như ở hình 5-21, hình 5-22.

5.17. Sơ đồ khối của vùng giữ pha (PLL) ở hình 5-24. Nguyên tắc hoạt động của nó là so sánh pha của tín hiệu vào với tín hiệu ra. Vùng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và ra để khống chế mạch tạo dao động

218

Hướng dẫn trả lời

3 −

sao cho fr bám theo fv đến khi fr = fv. PLL có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật. Một trong những ứng dụng đó là dùng làm bộ tổng hợp tần số như hình 5-26. Từ mạch ta có fr = nfv/m. Khi thay đổi hệ số m, n ta có fr tuỳ ý.

.10 ).cos 2 .10

5.10 .(1 0,5.cos 2. +

dbu

5.18. a,

dbu như sau:

.(1

.cos

).cos

.cos

.cos(

t )

ω S

ω t

t ω t

− ω ω S

(cid:7) t U = 1

(cid:7) U 1

(cid:7) mU . 1 2

.cos(

t )

+ ω ω S

= (cid:7) mU . 1 2

−

3 −

−

5.10 .cos 2 .10

.cos 999.10

.cos1001.10

0,5.5.10 2

−

1.10 .t

0,5.5.10 2 3 − 1, 25.10 .cos100

5.10 .cos 2 .10

1, 25.10 .cos 999.10

b, Có thể viết lại biểu thức

Vậy phổ của tín hiệu điều biên có tải tin.

MHz

410.999

10=

f t

f d

với biên độ . Biên tần dưới với biên độ

1001

410.

25,1=

Atr

f tr

và biên tần trên với biên độ .

5.(1 0,5.cos 2.

.10 ).cos 2 .10

ttu

c, Tín hiệu sau mạch trộn tần.

Tần số ngoại sai của mạch fns = ft + ftt = 10MHz + 1MHz = 11MHz.

Có thể dùng sơ đồ sau để tách sóng.

r i

Ur'

r là điện trở trong của điôt.

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

5-19a, 5-20b, 5-21b, 5-22c, 5-23c, 5-24b, 5-25b.

CHƯƠNG 6: CHUYỂN ĐỔI A/D, D/A

6.1. Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D phụ thuộc vào số bít N của từ mã. Nếu N càng lớn thì số mức phân biệt càng nhiều nên mức lượng tử Q càng bé dẫn đến sai số lượng tử càng bé. (ΔUQ = Q/2).

219

Hướng dẫn trả lời

6.2. Các bước chuyển đổi A/D gồm: lấy mẫu và giữ mẫu, lượng tử hoá và mã hoá. (phân tích

thêm ba bước cơ bản đó)

6.3. Vẽ hình 6-5. Giải thích quá trình hoạt động của sơ đồ từ tín hiệu vào đến tín hiệu ra.

6.4. Trong sơ đồ biến đổi A/D theo phương pháp song song mức lượng tử Q là điện áp sụt trên

điện trở R. Ta có thể xác định Q khi số bít từ mã N như sau:

Q = Uch.R/(2N-2)R+R/2.

6.5. Vẽ hình 6-6. Nguyên lý hoạt động của mạch là chuyển đổi sự biến đổi biên độ từng mẫu tín hiệu vào thành xung có độ rộng thay đổi theo thời gian (UG). Xung đó làm tín hiệu mở cổng để đưa xung nhịp ra, đếm số xung nhịp qua cổng và mã hoá được tín hiệu UD.

6.6. Trong sơ đồ chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản mức lượng tử Q thể hiện ở

chu kỳ xung nhịp Tn; Tn = TM/n (n số xung nhịp).

6.7. Mạch chuyển đổi A/D dùng phương pháp tích phân theo hai sườn dốc kết quả đếm không phụ thuộc vào các thông số RC của mạch và cũng không phụ thuộc vào tần số xung nhịp như trong trường hợp chuyển đổi A/D dùng phương pháp đếm đơn giản. Nhờ vậy kết quả chuyển đổi chính xác hơn.

6.8. Chuyển đổi A/D phi tuyến là chuyển đổi mà đặc tính của bộ chuyển đổi phi tuyến có dạng lôga, sao cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm thay đổi trong giải biến đổi của điện áp vào. Nhờ đó tiếng nói nhỏ không bị tạp âm lấn át. Ngoài ra lượng tử hoá phi tuyến còn cho ghép tăng dung lượng của kênh thoại do giảm được số bít từ mã khi cùng chất lượng thông tin như nhau so với khi lượng tử hoá tuyến tính.

6.9. Từ tín hiệu số để lấy lại UA ta dùng sơ đồ hình 6-14. Đầu tiên dùng mạch chuyển đổi tín hiệu số của từng từ mã thành các mẫu điện áp UM. Đó là các xung rời rạc có chu kỳ bằng chu kỳ lấy mẫu trong biến đổi A/D với biên độ thay đổi. Cho dãy xung qua mạch lọc thông thấp đầu ra nhận được tín hiệu UA biến đổi liên tục theo thời gian.

6.10. Vẽ mạch hình 6-16. Thang điện trở có các điện trở kế cận nhau cách nhau hai lần về giá trị nên dòng qua nó sẽ tương ứng trọng số của bít từ mã đảm nhiệm. Vì vậy điện áp tổng sụt trên Rht có giá trị tương ứng với tín hiệu số đưa đến. Nhược điểm của mạch phải dùng loại điện trở độ chính xác cao, nếu không sẽ gây nên sai số lớn trong quá trình chuyển đổi.

6.11. Vẽ hình 6-18. Mạch có mạng điện trở gồm loại điện trở R và 2R, kết nối với hệ thông nguồn dòng qua chuyển mạch K. Do kết cấu mạch nên dòng điện đi từ trái qua phải của mạng có giá trị giảm dần hai lần theo các nút mạch. Vì vậy trên Rht nhậ được điện áp theo từ mã đã có.

6.12. Bộ chuyển đổi D/A cùng thang điện trở phải dùng nhiều loại điện trở, sẽ dẫn đến sai số trong quá trình mạch làm việc. Bộ chuyển đổi D/A dùng mạch điện trở chỉ cần hai loại điện trở nên độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên mạch này phải dùng số điện trở nhiều hơn.

6.13. Để bảo đảm quá trình chuyển đổi D/A lấy hai tín hiệu trung thực, tần số lấy mẫu trong quá trình chuyển đổi D/A thoả mãn điều kiện fM ≥ 2FmaxTrong đó Fmax là tần số giới hạn trên của của giải tần tín hiệu. Ở đây Fmax = 3700Hz nên fM ≥ 7400Hz.

220

Hướng dẫn trả lời

Khi fM = 8000Hz thì chu kỳ lấy mẫu TM = 1/fM = 1/8000 = 125μs.

6.14. Khi N = 3 thì Q = Ua max /(2N-1) = 5V/7 = 0,714V, sai số lượng tử ΔUQ = Q/2 = 0,357V. Khi N = 5 thì Q = Ua max/(2N – 1) = 5V/31 =0,16V, sai số lượng tử ΔUQ = Q/2 = 0,08V. Như vậy khi số bít của từ mã càng tăng thì Q và sai số ΔUQ càng giảm.

Trả lời câu hỏi:

6-15b, 6-16c, 6-17c, 6-18c, 6-19b, 6-20c.

CHƯƠNG 7: MẠCH CUNG CẤP NGUỒN

7.1. Mạch cung cấp nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều từ lưới điện thành nguồn

điện áp một chiều để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử hoạt động.

7.2. Vẽ hình 7-1. Biến áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới điện thành một điện áp xoay chiều

U2 theo yêu cầu.

Mạch chỉnh lưu chuyển đổi điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều U0 đập mạch.

Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp U0 thành điện áp một chiều U01 ít đập mạch hơn.

Mạch ổn áp cho ra một điện áp Ur- ổn định. Khi U1 vào thay đổi hay Itải thay đổi.

7.3. Có mạch chỉnh lưu nửa sóng, chỉnh lưu toàn sóng, chỉnh lưu cầu.

Chỉnh lưu toàn sóng có số xung qua tải trong một chu kỳ lớn gấp đôi (m = 2) nên lọc thuận

lợi hơn. Đặc biệt chỉnh lưu cầu cuộn dây thứ cấp không cần điểm giữa.

7.4. Mạch chỉnh lưu bội áp là mạch để tạo ra điện áp một chiều đầu ra lớn hơn hai hay nhiều điện áp đầu vào (tuỳ vào mạch). Người ta dùng mạch chỉnh lưu này khi cần điện áp một chiều cao những đồng bộ.

7.5. Hệ số đập mạch Kd = U0~/U0 là tỷ số của thành phần xoay chiều với thành phần một chiều.

Ở đầu vào có Kdr = U0~r/U0v, đầu ra có Kdr = U0~r/U0r.

Kd càng nhỏ càng tốt. Hệ số lọc q = Kdv/Kdr ≈ U0~v/U0~r > 1, q càng lớn càng tốt.

7.6. Có các kiểu mạch lọc: mạch lọc C, mạch lọc L, mạch lọc LC, mạch lọc RC.

Mạch lọc C dùng trong trường hợp yêu cầu lọc đơn giản, điện trở tải lớn, dòng tải nhỏ.

Mạch lọc L dùng khi dòng tải lớn (điện trở tải nhỏ).

Mạch lọc LC dùng phổ biến trong mạch nguồn công suất vừa và lớn.

Mạch lọc RC dùng trong các mạch nguồn công suất nhỏ, hiệu suất mạch lọc này thấp.

7.7. Vẽ hình 7-16 gồm các khối tạo nguồn chuẩn, bộ so sánh, mạch hồi tiếp mạch khuếch đại,

phần tử hiệu chỉnh.

Nguyên tắc chung của mạch là nếu điện áp ra tăng, mạch hoạt động để điện trở của phần tử hiệu chỉnh tăng, sụt áp trên nó tăng, làm cho Ur giảm. Ngược lại điện áp ra giảm, mạch hoạt động để sao cho điện trở phần tử hiệu chỉnh giảm, sụt áp trên nó giảm, làm cho Ur tăng lên. Như vậy mạch có tác dụng tự động ổn định điện áp ra.

221

Hướng dẫn trả lời

7.8. Vẽ hình 7-15. Nguyên lý ổn áp của mạch là khi điện áp vào tăng thì dòng điện qua điốt Zener tăng gây sụt áp trên điện trở R tăng, giữ cho điện áp trên điốt không đổi. Vì Uz+Ur = Uv (Uv tăng bao nhiêu thì UR tăng bấy nhiêu).

Mạch thường sử dụng khi Uv = (1,5÷3)Uz.

7.9. Mạch ổn áp dùng tranzito khuếch đại có nhiệm vụ khuếch đại điện áp sai lệch để điều khiển tranzito công suất thông nhiều hoặc thông ít tỷ lệ nghịch với điện áp ra (Ur tăng thì T thông ít, Ur giảm thì T thông nhiều). Vẽ hình 7-18 và giả thích.

7.10. Khi dòng tải yêu cầu lớn đòi hỏi PTHC phải có hệ số khuếch đại dòng lớn ta dùng PTHC là mạch Darlingtơn. Mạch Darlingtơn có trở kháng vào lớn nên khi tải thay đổi ít ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của BKĐTT nên Ur ổn định (xem hình 7-21).

7.11. Mạch ổn áp dùng BKĐTT khuếch đại điện áp sai lệch có ưu điểm là nhờ nó có hệ số

khuếch đại rất lớn nên làm tăng hệ số ổn định của bộ ổn áp.

7.12. Vẽ mạch hình 7-21, trong đó T3, R6, R7 làm nhiệm vụ hạn chế dòng. Khi dòng tải bình thường sụt áp trên R6 bé hơn 0,6V nên T3 tắt. Khi dòng tải tăng sụt áp trên R6 lớn hơn 0,6V làm T3 thông, dòng T3 gãy sụt áp trên R7 làm giảm điện áp cực gốc tầng Darlingtơn. T1T2 giảm thông, làm giảm dòng tải trở lại.

7.13. Vì mạch ổn áp có hai họ. Họ 78xx ổn áp cho ra điện áp dương, họ 79xx ổn áp cho ra điện áp âm. Loại LM238 có thể điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi khá rộng. Vẽ các hình 7- 22. Có thể nâng cao điện áp ra hay dòng ra bằng cách dùng mạch ở hình 7-23.

7.14. Vẽ hình 7-29, nêu tên các khối từ 1 đến 10 và tìm hiểu nhiệm vụ các khối đó.

7.15. Người ta cho bộ nguồn chuyển mạch làm việc ở tần số cao (trong khoảng 15KHz÷50KHz) là để làm giảm nhỏ kích thước bộ nguồn (giảm kích thước của biến áp)và nâng cao hiệu suất của bộ nguồn, thuận tiện cho việc lọc nguồn thứ cấp.

7.16. Nguyên tắc ổn áp của bộ nguồn chuyển mạch là khi điện áp vào tăng khối điều khiển có nhiệm vụ điều khiển chuyển mạch đóng thời gian ngắn hơn để cho xung ra hẹp, ngược lại khi cho điện áp vào giảm thì tín hiệu thì điều khiển chuyển mạch đóng thời gian dài hơn (như vậy độ rộng xung ra tỷ kệ nghịch với điện áp vào), để sau khi chỉnh lưu và lọc lần hai Ur ổn định.

7.17. a, Khả năng cho dòng tải tối đa được đánh giá bằng hiệu số:

IZmax - IZmin = 60mA – 10 mA = 50mA.

Với Rt = 240Ω và U02 = UZ = 12V, ta có:

It = UZ/Rt = 12V/240Ω = 50mA > IZmin = 10mA.

R1 = UR1/IR1 = (U01 – UZ)/(It + IZ) = (20V – 12V)/(50mA + 10mA) = 133Ω.

b, Biết ΔU01 = 10%U01 = 10%.20V = 2V.

Điện áp gợn sóng đặt vào bộ ổp áp dùng DZ được san bằng trên RZ và R1 nối tiếp nhau, ta nói tác dụng làm suy giảm điện áp gợn sóng của DZ với hệ số suy giảm là RZ/(RZ+R1), tù đó lối ra có điện áp gợn sóng là: Ugợn sóng ra = ΔU01.RZ/(RZ+R1) = 2V.7Ω/(133Ω + 7Ω) =100mV.

222

Hướng dẫn trả lời

Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

7-18b, 7-19b, 7-20a, 7-21a, 7-22b, 7-23a, 7-24b, 7-25b, 7-26b, 7-27b.

223

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AC: (Alternating Current) dòng điện xoay chiều.

ADC: (Analog Digital Converter) chuyển đổi tương tự-số.

BKĐTT: Bộ khuếch đại thuật toán.

DAC: (Digital Analog Converter) chuyển đổi số tương tự.

DC: (Direct Current) dòng điện một chiều.

ĐRX: Điều rộng xung.

IC: (Integarated Cicuits) vi mạch tích hợp.

KĐ: Khuếch đại.

LTT: Lọc thông thấp.

PLL: (Phase Loocked Loop) vòng giữ pha.

TSP: Tách sóng pha.

VCO: (Volt Converter Osillate) tạo dao động điều khiển bằng điện áp.

224

Tài liệu tham khảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002

2. Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 1997

3. Lê Phi Yến, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 1996

4. William D.Stanley, Bộ khuếch đại xử lý và IC tuyến tính, NXB Khoa học kỹ thuật, 1994

5. Phạm Minh Việt, Trần Công Nhượng, Kỹ thuật mạch điện tử phi tuyến, NXB Giáo dục,

2000

225

Mục lục

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................................................... 2

CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRANZITO............................................................................................ 3 GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................................................................... 3 NỘI DUNG........................................................................................................................................................ 4 1.1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI........... 4

1.2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU ........................................................................... 7

1.3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI ................................................................................. 10

1.4. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT). ..................................................... 15

1.5. TẦNG KHUẾCH ĐẠI ĐẢO PHA....................................................................................................... 24

1.6. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO TRƯỜNG(FET). ........................................................... 26

1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP TẦNG TRONG BỘ KHUẾCH ĐẠI.................................................... 32

1.8. MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC ............................................................................................. 36

1.9. TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT................................................................................................... 39 TÓM TẮT........................................................................................................................................................ 47 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................................................................. 49 CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ........................................................................................... 54 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................................................................... 54 NỘI DUNG...................................................................................................................................................... 55 2.1. CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA BKĐTT.......................................................................................... 55

2.2. MẠCH KHẾCH ĐẠI VI SAI................................................................................................................ 56

2.3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ......................................................................................................................... 61

2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG......................................................... 62

2.5. MẠCH CỘNG....................................................................................................................................... 64

2.6. MẠCH TRỪ.......................................................................................................................................... 66

2.7. MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN .............................................................................................. 67

2.8. MẠCH TẠO HÀM LOGARIT VÀ LŨY THỪA ................................................................................. 68

2.9. MẠCH NHÂN TƯƠNG TỰ................................................................................................................. 70

2.10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC .................................................................................................................... 71 TÓM TẮT........................................................................................................................................................ 78 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................................................................. 79 CHƯƠNG 3: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN................................................................................................... 85 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................................................................... 85 NỘI DUNG...................................................................................................................................................... 85 3.1. KHÁI NIỆM.......................................................................................................................................... 85

226

3.2. ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ....................................86

3.3. MẠCH TẠO DO ĐỘNG SIN GHÉP BIẾN ÁP....................................................................................87

3.4. MẠCH DAO ĐỘNG SIN BA ĐIỂM ....................................................................................................87

3.5. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN GHÉP RC...........................................................................................89

3.6. MẠCH DAO ĐỘNG BẰNG THẠCH ANH.........................................................................................92

Mục lục

3.7. MẠCH TẠO TÍN HIỆU SIN KIỂU XẤP XỈ TUYẾN TÍNH ...............................................................94 TÓM TẮT ........................................................................................................................................................96 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ..................................................................................................................................97 CHƯƠNG 4: MẠCH XUNG ............................................................................................................................101 GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................................................................101 NỘI DUNG ....................................................................................................................................................102 4.1. TÍN HIỆU XUNG VÀ THAM SỐ ......................................................................................................102

4.2. CHẾ ĐỘ KHÓA CỦA TRANZITO....................................................................................................103

4.3. CHẾ ĐỘ KHÓA CỦA BKĐTT ..........................................................................................................104

4.4. TRIGƠ.................................................................................................................................................105

4.5. MẠCH ĐA HÀI ĐỢI ..........................................................................................................................106

4.6. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI TỰ DAO ĐỘNG................................................................................107

4.7. MẠCH DAO ĐỘNG NGHẸT (BLOCKING) ....................................................................................111

4.8. MẠCH HẠN CHẾ BIÊN ĐỘ..............................................................................................................113

4.9. MẠCH TẠO XUNG RĂNG CƯA......................................................................................................115

4.10. MẠCH TẠO TÍN HIỆU HỖN HỢP .................................................................................................119

4.11. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CÓ TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN ÁP (VCO)..........................120 TÓM TẮT ......................................................................................................................................................121 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ................................................................................................................................122 CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH BIẾN ĐỔI TẦN SỐ.............................................................................................125 GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................................................................125 NỘI DUNG ....................................................................................................................................................126 5.1. ĐIỀU CHẾ...........................................................................................................................................126

5.2. MẠCH ĐIỀU BIÊN ............................................................................................................................128

5.3. ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN.......................................................................................................................131

5.4. ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA ................................................................................................................133

5.5. MẠCH ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA ...................................................................................................134

5.6. TÁCH SÓNG ......................................................................................................................................137

5.7. TÁCH SÓNG ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA.........................................................................................140

5.8. TRỘN TẦN .........................................................................................................................................146

5.9. MẠCH NHÂN CHIA TẦN SỐ...........................................................................................................151 TÓM TẮT ......................................................................................................................................................153

227

Mục lục

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP................................................................................................................................ 155 CHƯƠNG 6: CHUYỂN ĐỔI A/D, D/A ........................................................................................................... 158 GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................................................... 158 NỘI DUNG.................................................................................................................................................... 158 6.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN............................................................................................................................... 158

6.1.1. Khái niệm chung .............................................................................................................................. 158

6.1.2. Các tham số cơ bản........................................................................................................................... 160

6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI A/D ...................................................................................... 162

6.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI D/A ...................................................................................... 170 TÓM TẮT...................................................................................................................................................... 172 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP................................................................................................................................ 174 CHƯƠNG 7: MẠCH CUNG CẤP NGUỒN ................................................................................................... 176 GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................................................... 176 NỘI DUNG.................................................................................................................................................... 176 7.1. KHÁI NIỆM........................................................................................................................................ 176

7.2. BIẾN ÁP ............................................................................................................................................. 177

7.3. CHỈNH LƯU MỘT PHA .................................................................................................................... 177

7.4. CHỈNH LƯU BỘI ÁP......................................................................................................................... 183

7.5. BỘ LỌC .............................................................................................................................................. 185

7.6. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP............................................................................................................................ 187