›
›

Giáo trình Mạch điện tử cơ bản

doc 145 trang hapham 2670
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docgiao_trinh_mach_dien_tu_co_ban.doc

Nội dung text: Giáo trình Mạch điện tử cơ bản

  1. BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Môn đun: MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013
  2. 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
  3. 2 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Mạch điện tử là một trong những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 90 giờ gồm có: MĐ17- 1: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor MĐ17- 2 : Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET MĐ17- 3: Mạch ghép tranisitor – hồi tiếp MĐ17- 4 :Mạch khuếch đại công suất MĐ17- 5 : Mạch dao động MĐ17- 6 : Mạch ổn áp Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai . Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: TS. Lê Văn Hiền 2. Ths. Trần Minh Đức
  4. 3 Mục lục TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 1 LỜI GIỚI THIỆU 2 BÀI 1:MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR 7 1. Khái niệm 7 1.1 Khái niệm về tín hiệu 7 1.2 Các dạng tín hiệu 7 2. Mạch mắc theo kiểu EC, BC, CC 8 2.1 Mạch mắc theo kiểu EC ( kiểu Echung ) 8 2.2 Mạch mắc theo kiểu B chung (B-C): 14 2.3 Mạch mắc theo kiểu C chung (C-C): 17 BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET 29 1. Mạch khuếch đại cực nguồn chung 29 1.1 Mạch điện cơ bản 29 1.2 Mạch điện tương đương 29 1.3 Các thông số cơ bản 30 2. Mạch khuếch đại cực máng chung 35 2.1 Mạch điện cơ bản 36 2.2 Mạch điện tương đương 36 2.3 Các thông số cơ bản 36 Khảo sát mạch khuếch đại cực máng chung 36 3. Mạch khuếch đại cực cổng chung 40 3.1 Mạch điện cơ bản 40 3.2 Mạch điện tương đương 40 3.3 Các thông số cơ bản 40 4. Lắp mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET 44 5. Sữa chữa mạch khuếch đại dùng FET 47 BÀI 3: MẠCH GHÉP TRANSISTOR 49 1. Mạch ghép cascade 49 1.1 Mạch điện 49 1.2 Nguyên lý hoạt động 49 1.3 Đặc điểm và ứng dụng 50 1.4 Lắp mạch Transistor ghép cascode 50 2. Mạch Khuếch đại vi sai 52 2.1 Mạch điện 52
  5. 4 2.2 Nguyên lý hoạt động 52 2.3 Đặc điểm và mạch ứng dụng 53 2.4 Lắp mạch khuếch đại vi sai 55 3. Mạch khuếch đại Dalington 56 3.1 Mạch điện 56 3.2 Nguyên lý hoạt động 57 3.3 Đặc điểm và ứng dụng 59 3.4 Lắp mạch khuếch đại dalington 60 4. Mạch khuếch đại hồi tiếp, trở kháng vào, ra của mạch khuếch đại 61 4.1 Hồi tiếp 61 4.2 Trở kháng vào và ra của mạch khuếch đại hồi tiếp 63 4.3 Lắp mạch khuếch đại hồi tiếp 64 5. Lắp mạch khuếch đại tổng hợp 65 5.1 Khảo sát DC từng tầng đơn 66 5.2 Khảo sát AC từng tầng đơn: 66 Bài 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 70 1. Khái niệm 70 1.1 Khái niệm mạch khuếch đại công suất 70 1.2 Đặc điểm phân loại mạch khuếch đại công suất 70 2. Khuếch đại công suất loại A 72 2.1 Khảo sát đặc tính của mạch 72 2.2 Mạch khuếch đại cônvg suất loại A dung biến áp 75 3. Khuếch đại công suất loại B 76 3.1. Mạch khuếch đại đẩy kéo dùng biến áp: Hình 4.4 76 3.2 Các dạng mạch khuếch đại công suất loại B 77 4. Mạch khuếch đại công suất dung Mosfet 79 4.1 Mạch điện 79 4.2 Đặc tính kỹ thuật 80 5. Lắp mạch khuếch đại tổng hợp 80 Bài 1: Lắp mạch khuếch đại công suất lớp A 85 Bài 2: Lắp mạch khuếch đại dung Mosfet 87 6. Sửa chữa mạch khuếch đại tổng hợp 88 BÀI 5: MẠCH DAO ĐỘNG 98 1 Khái niệm 98 1.1 Khái niệm về mạch dao động 98 1.2 Các thông số kỹ thuật, phân loại 98 2. Dao động dịch pha 99 2.1 Mạch điện cơ bản 99
  6. 5 2.2 Nguyên lý mạch dao động dịch pha và ứng dụng 99 2.3 Lắp mạch dao động dịch pha 100 3. Mạch dao động hình sin: 101 3.1 Nguyên tắc 101 3.2 Mạch dao động 102 3.3 Lắp mạch dao động sóng sin 103 4. Mạch dao động thạch anh 104 4.1 Mạch dao động thạch anh 104 4.2 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 104 4.3 Lắp mạch dao động thạch anh 106 Yêu cầu đánh giá kết quả học tập 110 Bài 6: MẠCH ỔN ÁP 111 1. Khái niệm: 111 1.1 Khái niệm ổn áp 111 1.2 Thông số kỹ thuật của mạch ổn áp 112 2. Mạch ổn áp tham số 112 2.1. Mạch ổn áp tham số dung dide zener 113 2.2 Mạch ổn áp tham số dùng transistor 116 2.3 Lắp mạch ổn áp tham số 124 3. Mạch ổn áp có hồi tiếp 129 3.1 Các thành phần cơ bản của mạch ổn áp 129 3.2 Mạch ổn áp kiểu bù 129 3.3 Mạch ổn áp kiểu xung 130 3.4. Lắp mạch ổn áp có hồi tiếp 131 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP KIỂM TRA KẾT THÚC MÔ ĐUN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144
  7. 6 MÔ ĐUN MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã số mô đun: MĐ 17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trò của Mô đun + Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn học cơ bản chuyên môn như linh kiện điện tử, đo lường điện tử, chế tạo mạch in và hàn linh kiện điện tử. + Tính chất của mô đun: Là mô đun kỹ thuật cơ sở  Ý nghĩa của mô đun: giúp người học nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ dùng vi mạch  Vai trò của Mô-đun: khắc phục và sửa chữa các board điều khiển trong công nghiệp. Mục tiêu của mô- đun + Về kiến thức: - Phân tích được nguyên lý một số mạch ứng dụng cơ bản như mạch nguồn một chiều, ổ áp, dao động, các mạch khuếch đại tổng hợp + Về kỹ năng: - Thiết kế được các mạch điện ứng dụng đơn giản. - Lắp ráp được một số mạch điện ứng dụng cơ bản như mạch nguồn một chiều, ổ áp, dao động, các mạch khuếch đại tổng hợp - Vẽ lại các mạch điện thực tế chính xác, cân chỉnh một số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật và an toàn, sửa chữa được một số mạch ứng dụng cơ bản. - Kiểm tra, thay thế các mạch điện tử đơn giản đúng yêu cầu kỹ thuật + Về thái độ: Rèn luyện cho sinh viên thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong học tập và thực hiện công việc III. NỘI DUNG MÔ ĐUN Thời gian ST Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm tra T số thuyết hành 1 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng 6 3 3 tranzito 2 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 8 3 4 1 dùng FET 3 Mạch ghép transistor - hồi tiếp 24 7 16 1 4 Khuếch đại công suất 20 6 13 1 5 Mạch dao động 20 3 16 1 6 Mạch ổn áp 12 3 8 1
  8. 7 Cộng: 90 25 60 5 BÀI 1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR Mã bài: MĐ17-1 Giới thiệu: Một đặc điểm nổi bật của cấu tạo tranzito là tính khuếch đại tín hiệu. Trong trường hợp lắp mạch loại cực E chung (E-C), với một tín hiệu có biên độ điện áp nhỏ đặt vào cực badơ B, ta cũng có thể nhận được tín hiệu có biên độ điện áp rất lớn tại cực colectơ C. Tuỳ theo hệ số khuếch đại của tranzito, ta có thể nhận được tín hiệu lớn gấp hàng chục, thậm chí hàng trăm lần tín hiệu ban đầu. Nghiên cứu các mạch khuếch đại là nhiệm vụ quan trọng của người thợ sửa chữa điện tử trong kiểm tra, thay thế các linh kiện và mạch điện tử trong thực tế. Mục tiêu thực hiện Học xong bài học này, học viên có năng lực: Phân tích được nguyên lý làm việc của các mạch mắc tranisitor cơ bản Phân biệt ngõ vào và ngõ ra tín hiệu trên sơ đồ mạch điện, thực tế theo các tiêu chuẩn mạch điện. Kiểm tra chế độ làm việc của tranzito theo sơ đồ thiết kế. Thiết kế các mạch khuếch đại dùng tranzito đơn giản theo yêu cầu kĩ thuật. 1. Khái niệm 1.1 Khái niệm về tín hiệu Tín hiệu là sự biến đổi của một hay nhiều thông số của một quá trình vật lý nào đó theo qui luật của tin tức. Trong phạm vi hẹp của mạch điện, tín hiệu là hiệu thế hoặc dòng điện. Tín hiệu có thể có trị không đổi, ví dụ hiệu thế của một pin, accu; có thể có trị số thay đổi theo thời gian, ví dụ dòng điện đặc trưng cho âm thanh, hình ảnh. . . . Tín hiệu cho vào một mạch được gọi là tín hiệu vào hay kích thích và tín hiệu nhận được ở ngã ra của mạch là tín hiệu ra hay đáp ứng. Người ta dùng các hàm theo thời gian để mô tả tín hiệu và đường biểu diễn của chúng trên hệ trục biên độ - thời gian được gọi là dạng sóng. Dưới đây là một số hàm và dạng sóng của một số tín hiệu phổ biến. 1.2 Các dạng tín hiệu Về dạng sóng ta có tín hiệu sin, vuông, xung, răng cưa, v.v
  9. 8 Về tần số là tín hiệu hạ tần, âm tần (AF), cao tần (HF), siêu cao tần (VHF), cực cao tần (UHF), v.v., hoặc đôi khi phát biểu theo bước sóng: sóng rất dài (VLF), sóng dài (LW), sóng trung bình (MW), sóng ngắn (SW), sóng centimet, sóng milimet, sóng vi ba, sóng nanomet, v.v Về sự liên tục gồm có tín hiệu liên tục (continuous) và gián đoạn (không liên tục) (discontinuous). Liên tục hay gián đoạn là xét về biên độ hoặc thời gian. Về dạng sóng hay sự liên tục, người ta còn phân ra tín hiệu tương tự (analog) hay liên tục thời gian (continuous_time) và tín hiệu số (digital) hay rời rạc thời gian (discrete-time). Tín hiệu biến thiên liên tục về biên độ như hình 1.1 là tín hiệu tương tự.Tín hiệu như hình 1.3a là tín hiệu số. Về tính xác định người ta phân ra tín hiệu xác định (deterministic) và tín hiệu ngẫu nhiên (random). Về tính tuần hoàn có tín hiệu tuần hoàn (periodic) có dạng sóng lặp lại sau mỗi chu kỳ T, và tín hiệu không tuần hoàn (aperiodic) là tín hiệu không có sự lặp lại tức không có chu kỳ .Nếu sự lặp lại chỉ gần đúng ta có tín hiệu chuẩn tuần hoàn (quasi-periodic). 2. Mạch mắc theo kiểu EC, BC, CC Mục tiêu Giải thích được nguyên lý hoạt động của ba cách mắc Lắp được mạch khuếch đại cơ bản 2.1 Mạch mắc theo kiểu EC ( kiểu Echung ) 2.1.1 Mạch điện cơ bản +V +V Nguån cung cÊp Nguån cung cÊp Rc Rc Rb1 Rb1 Vo: Ngâ ra Vi: Ngâ vµo Vo: Ngâ ra Re Vi: Ngâ vµo Re Rb2 Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo mạch Tranzito mắc theo kiểu E chung (E-C) thực tế Trong đó: Vi: ngõ vào Vo: Ngõ ra. Rc: Điện trở tải để lấy tín hiệu ra. Re: Điện trở ổn định nhiệt.
  10. 9 R1; R2: Điện trở phân cực B 2.1.2 Mạch điện tương đương a)Cách mắc mạch theo kiểu E-C b)Sơ đồ tương đương mạch E-C Hình 1.2 Theo sơ đồ trên ta có: U U .I .R Z V BE B E .R v I I I E V B B (1.1) Trên sơ đồ tương đương không xác định được trở kháng ra của mạch.Thực tế được xác định theo độ dốc của đường đắc tuyến ra hình 1.3 Hình 1.3 Đặc tuyến ra của mạch E-C Giả sử trở kháng ra của mạch CE là ZR=Ro. Với trở kháng vào là β.RE, trở kháng ra là Ro ta vẽ lại được sơ đồ tương đưong của mạch như hinh1.4
  11. 10 Hình 1.4: Sơ đồ tương đương cách mắc C-E khi có tải 2.1.3 Các thông số kỹ thuật của mạch - Tổng trở ngõ vào: (1.2 ) - Tổng trở ngõ ra: (1.3) - Độ khuếch đại dòng điện: (1.4) - Độ khuếch đại điện áp: ( 1.5 ) 2.1.4 Tính chất, nguyên lý Mạch này có một số tính chất sau: Tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực C. Tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha (đảo pha) Hệ số khuếch đại dòng điện 1và khuếch đại điện áp < 1. Tổng trở ngõ vào khoảng vài trăm Ohm đến vài K. Tổng trở ngõ ra khoảng vài k đến hàng trăm k. Trong cách mắc C-E, đặc tuyến ra là quan hệ giữa dòng ra I c vàđiện áp ra UCE, ứng với khoảng giá trị dòng vào I B . Đặc tuyến vào là quan hệ giữa dòng vào IB và điện áp vào U BE, ứng với khoảng giá trị của điện áp ra U CE Được trình bày ở hình 1.6 a và 1.6 b a)Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến ra
  12. 11 Hình 1.5 Trên sơ đồ 1.5 a: Đặc tuyến vào của Tranzito, cho ta thấy tranzito chỉ bát đầu dẫn điện khi điện áp UBE vượt qua khỏi giá trị điện áp phân cực 0,6 v. Dòng điện phân cực IB phụ thuộc vào nguồn cung cấp VCE, nguồn cung cấp càng cao thì dòng phân cực IB càng lớn. Trên sơ đồ hình 1.5 b: Đặc tuyến ra của Tranzito, cho thấy Tranzito được chia làm ba vùng làm việc gồm có: + Vùng ngưng dẫn: Là vùng nằm dưới đường IB= 0. Lúc này điện áp phân cực VBE nằm dưới mức phân cực 0,6v. + Vùng khuếch đại: Là vùng tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp BC phân cực ngựơc. Vùng này dùng để khuếch đại tín hiệu dòng điện, điện áp hay công suất. + Vùng bão hoà: Là vùng nằm bên trái đường U CEbh lúc này cả hai mối nối BE và BC đều được phân cực thuận. Theo đặc tuyến ra hình1.6b Khi IB=0. Thì dòng IC#0 điều này được giải thích như sau: I .I I Ta có: C E CBO (1.6) I C .(I C I B ) I CBO .I I Suy ra: I B CBO C 1 1 + Hệ số β: Trong chế độ một chiều, để đánh giá khả năng điều khiển của dòng IB đối với dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện õ: I C  dc (1.7) I B Với IC và IB là giá trị tại điểm làm việc. Thông thường õ nằm trong khoảng từ 50 đến 400. Trong chế độ xoay chiều, hệ số khuếch đại õ được định nghĩa: I C  ac |UCE = const ( 1.8) I B 2.1.5 Lắp Mạch khuếch đại E chung a. Mục tiêu + Thực hiện được mạch khuếch đại đơn tầng + Đo được các thông số của mạch khuếch đại b. Dụng cụ thực hành + Bàn thực hành + Bộ thí nghiệm điện tử cơ bản + Các linh kiện điện trở, transistor
  13. 12 c. Chuẩn bị lý thuyết Yêy cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau + Khái niệm về mạch khuếch đại + Các yêu cầu cho một mạch khuếch đại + chức năng các tụ điện trong mạch khuếch đại + cách tính hệ số khuếch đại, tổng trở vào, ra của mạch khuếch đại d. Nội dung thực hành bài thực hành số 1: Lắp mạch như hình vẽ Hình 1.6: Mạch khuếch đại E chung Với VCC= 5VDC, R1 = 2.2K. R2 =1M, R3 = 470, C1= C2 = 10uF, C3 = 100uF Q loại 2SC1815 (C1815) .Vi được lấy từ máy phát sóng âm tần - Đo phân cực tĩnh: - Đo kết quả phân cực của mạch ICQ và VCEQ Yêu cầu của sinh viên - Tính hie - Viết và vẽ phương trình đường tải DC,AC - Xác định biên độ điện áp ra cực đại trên R1 Chú ý: trong phần này để đơn giản sinh viên chỉ cần lắp mạch phần DC, không cần nối dây nguồn Vi và các tụ điện. - Chế độ AC: sinh viên thực hiện các bước sau  Đo hệ số khuếch đại điện áp Av Bước 1: Tắt nguồn DC, để hở tụ C2 lắp mạch như hình 1.8 Bước 2: Bật nguồn DC, kiểm tra lại phân cực ( Q phải ở chế độ khuếch đại )
  14. 13 Bước 3: Cho Vimax = 50mV, tần số 1kHz, dạng sin chuẩn (nếu tín hiệu ngõ ra bị méo thì giảm nhỏ biên độ ngõ vào cho đến khi biên độ tín hiệu ra là sin chuẩn) Bước 4: Kiểm tra dao động ký OSC, dây đo, vị trí các núm điều chỉnh như :POS, Time/DIV, Volt/DIV, Mod sao cho có thể hiển thị Vị trí trên OSC Bước 5: Nối tụ C2 vào mạch, dùng OSC đo đồng thời tín hiệu Vi và Vout , tăng Vi đến khi nào Vout vừa méo ( không có dạng sin) thì ngừng tăng Vi Bước 6: Đọc các giá trị đỉnh Vi, Vout (V0) ghi vào bảng Vip Vop Tính hệ số khuếch đại Av của mạch bằng cách đo: Av= V0 / Vi nhận xét Sử dụng dao động ký đo vẽ dạng sóng vào Vi, ra Vo trên cùng hệ trục Hình 1.7  Đo tổng trở vào - Bước 1: Tắt nguồn DC từ mạch hình 1.8. mắc nối tiếp biến trở VRi = 10K vào giữa hai tụ C2 và Ri - Bước 2: Bật nguồn DC, dùng OSC quan sát dạng sóng vào và ra. Điều chỉnh Vi sao cho Vo đủ lớn, không méo - Bước 3: Dùng OSC quan sát đồng thời hai tín hiệu tại hai đầu biến trở VRi so với mass. Chỉnh biền trở VRi cho tới khi thấy biên độ tín hiệu này giảm bằng ½ biên độ tín hiệu kia. - Bước 4: Tháo biến trở VRi, ra khỏi mạch, đo giá trị của biến trở, đây chính là tổng trở của mạch . VRi = 20K
  15. 14  Đo tổng trở ra - Bước 1: Từ mạch hình 1.6 .Sinh viên dùng OSC đo biên độ điện áp ngõ ra V0 , giá trị này gọi là V01. Giữ có định Vi - Bước 2: mắc biến trở VR L =20K ở ngõ ra của mạch ( song song với tải AC ). - Bước 3: dùng OSC quan sát V0. Chỉnh biến trở VR L cho tới khi thấy biên độ tín hiệu ngõ ra giảm còn ½ so với biên độ V01. - Bước 4: Cắt biến trở VR L ra khỏi mạch và đo giá trị biến trở này. Đây chính là tổng trở ra của mạch. C1 VR = 20K L V02 Hình 1.8 2.2 Mạch mắc theo kiểu B chung (B-C): 2.2.1 Mạch điện cơ bản: Hình1.9 Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo mạch Tranzito mắc theo kiểu B-C
  16. 15 Trong đó: Vi: Ngõ vào Vo: Ngõ ra Rc: Điện trở tải Re: Điện trở ngõ vào Rb1, Rb2: điện trở phân cực 2.2.2 Mạch điện tương đương a) b) a) Cách mắc mạch B-C b) Sơ đồ tương đương mạch B-C Hình 1.10 Trên sơ đồ mạch hình1.10 là sơ đồ mạch Tranzito mắc theo kiểu B-C của Tranzito npn. Như cấu tạo của Tranzito được kết hợp từ ba khối bán dẫn tạo nên hai tiếp giáp pn. Có thể coi tiếp giáp BE như một điốt D, ngoài ra vì I C .I E nên giữa hai cực B và C được thay thế bằng một nguồn dòng có giá trị là nhỏ IE. Với sự thay thế đó ta có sơ đồ tương đương như hình 1.10b Khi Tranzito được phân cực và hoạt đọng ở vùng khuếch đại thì tiếp giáp BE được phân cực thuận. Khi đó Điốt D tương đương với một điện trở có giá trị bằng điện trở thuận của Điốt, điện trở này được ký hiệu là re và được tính: UT re IE Với UT là điện áp nhiệt, ở nhiệt độ bình thường UT = 26mV, do đó: 26mV re I E Như vậy sơ đồ tương đương được vẽ lại như hình 1.10 Hình 1.11 : Sơ đồ tương đương mạch mắc B-C
  17. 16 Với sơ đồ tương đương hình1.11 Có thể tính được trở kháng vào ra của mạch như sau: - Trở kháng vào : ZV = re Giá trị re rất nhỏ, tối đa khoảng 50Ù - Trở kháng ra được ZR được tính khi cho tín hiệu vào bằng không, vì thế IE = 0 nên IC = β.IE có nghĩa ngõ ra của hình1.8 hở mạch, do đó: ZR = ∞ Thực tế trở kháng ra của mạch C-B khoảng vài MΩ. 2.2.3 Các thông số cơ bản: - Tổng trở ngõ vào: Vi Vbe Ri= = (1.9) Ii Ie - Tổng trở ngõ ra: Vo Vcb Ro = = (1.10) Vi Ic - Độ khuếch đại dòng điện: Io Ic Ai= = =  1 (1.11) Ii Ib - Độ khuếch đại điện áp: Vo Vcb Av = = (1.12) Vi Vbe 2.2.4 . Tính chất: Mạch này có một số tính chất sau: Tín hiệu được đưa vào cực E và lấy ra trên cực C. Tín hiệu ngõ vào và ngõ ra đồng pha. Hệ số khuếch đại dòng điện  , hệ số khuếch đại điện áp . Tổng trở ngõ vào nhỏ từ vài chục  đến vài trăm . Tổng trở ra rất lớn từ vài chục k đến hàng M. 2.2.5 Lắp mạch khuếch đại B chung a. Mục tiêu + Thực hiện được mạch khuếch đại đơn tầng + Đo được các thông số của mạch khuếch đại b. Dụng cụ thực hành + Bàn thực hành + Bộ thí nghiệm điện tử cơ bản + Các linh kiện điện trở, transistor c. Chuẩn bị lý thuyết Yêy cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau + Khái niệm về mạch khuếch đại
  18. 17 + Các yêu cầu cho một mạch khuếch đại + chức năng các tụ điện trong mạch khuếch đại + cách tính hệ số khuếch đại, tổng trở vào, ra của mạch khuếch đại d. Nội dung thực hành Lắp mạch như hình vẽ Hình 1.12: Mạch khuếch đại B chung Sinh viên mắc mạch như hình 1.12 thực hiên tương tự như mạch khuếch đại E chung Với VCC= +12VDC, Rb1 = 15K. Rb2 =6,8K, RE = 390, Q1 loại 2SC1815 (C1815) . Vi được lấy từ máy phát sóng âm tần Chú ý: khi thực hiện đo tổng trở vào, ra của mạch khuếch đạisinh viên cần phải chọn giá trị biến trở đặt vào sao cho kết quả đo đạc chính xác nhất. cần xem lại lý thuyết tính toán tổng trở vào ra của mạch khuếch đại. 2.3 Mạch mắc theo kiểu C chung (C-C): 2.3.1.Mạch điện cơ bản : Hình1.13 Hình 1.13: Sơ đồ cấu tạo mạch mắc theo kiểu C-C
  19. 18 Trong đó: Vi: Ngõ vào Vo: Ngõ ra Rc: Điện trở tải Re: Điện trở ngõ ra Rb1, Rb2: điện trở phân cực 2.3.2 Mạch tương đương: hình 1.14 a) Cách mắc mạch C-C b)Mạch tương đương cách mắc C-C Hình 1.14 2.3.3 Các thông số cơ bản - Tổng trở ngõ vào: Ri= Vi = Vb (1.13) Ii Ib - Tổng trở ngõ ra: Vo Ve Ro (1.14) I o I e - Độ khuếch đại dòng điện: I o I e Ai  1 (1.15) I i I b Độ khuếch đại điện áp: V V A o e  1 (1.16) v V V i b - Tính tổng trở ngõ vào: U I .r i .r i .R Ri V b b e e e e IV I b Ri rb .re .Re Ri hie .Re ( Vài trăm K) (1.17) Tính tổng trở ngõ ra:
  20. 19 Điện trở R b là điện trở của cầu phân áp Rb1 song song Rb2. Đứng từ ngõ vào nhìn và mạch ta thấy điện trở Rb song song nội trở nguồn Rs. Thường điện trở Rb rất lớn so với Rs nên điện trở tương đương của R b song song với Rs cũng chính là Rs như mạch tương đương hình 1.14. Nên tổng trở ngõ ra là: U V Ro R e I R I e Theo mạch tương đương thì các điện trở Rs, rb và re mắc nối tiếp nhau và mắc song song với điện trở Re. Ta có: Ve I ª .Re I b .(Rs rb .re ) Suy ra: V I (R r .r ) R r .r Ro e b. s b e s b e I e .I b  1 Ro r (r R ) ( vài chục ohm) (1.18) ª  b s - Tính độ khuếch đại dòng điện: I R I ª ( 1).I b Ai IV I b I b Ai  1 (1.19) Tính độ khuếch đại điện áp: U R Ve I e .Re .Re Av U V Vb I b .rb I e .re I e .Re rb .re .Re Av  1 Vì (rb .re .Re ) (1.20) - Xét góc pha: Khi Vb tăng làm cho Ib tăng và Ie tăng nên Ve cũng tăng theo, nên điện áp của tín hiệu vào và ra đồng pha. 2.3.4. Tính chất: Mạch có một số tính chất sau: Tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E. Tín hiệu ngõ vào và ngõ ra đồng pha. Hệ số khuếch đại dòng điện  , hệ số khuếch đại điện áp . Tổng trở ngõ vào từ vài k đến vài chục k. Tổng trở ngõ ra nhỏ từ vài chục  đến vài trăm . 2.3.5 Lắp mạch khuếch đại cực C chung a. Mục tiêu + Thực hiện được mạch khuếch đại đơn tầng + Đo được các thông số của mạch khuếch đại b. Dụng cụ thực hành + Bàn thực hành
  21. 20 + Bộ thí nghiệm điện tử cơ bản + Các linh kiện điện trở, transistor c. Chuẩn bị lý thuyết Yêy cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau + Khái niệm về mạch khuếch đại + Các yêu cầu cho một mạch khuếch đại + chức năng các tụ điện trong mạch khuếch đại + cách tính hệ số khuếch đại, tổng trở vào, ra của mạch khuếch đại d. Nội dung thực hành Lắp mạch như hình vẽ Hình 1.15: Mạch khuếch đại C chung Sinh viên mắc mạch như hình 1.15 thực hiên tương tự như mạch khuếch đại E chung Chú ý: khi thực hiện đo tổng trở vào, ra của mạch khuếch đạisinh viên cần phải chọn giá trị biến trở đặt vào sao cho kết quả đo đạc chính xác nhất. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Bài tập 1: Câu hỏi trắc nghiệm khách quan Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách tô đen vào ô vuông thích hợp: TT Nội dung câu hỏi a b c d 1. Mắc tranzito như thế nào để có tổng trở vào nhỏ nhất? □ □ □ □ a. Mắc kiểu E chung. b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch.
  22. 21 2. Mắc tranzito kiểu nào để có tổng trở vào lớn nhất? □ □ □ □ a. Mắc kiểu E chung. b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch. 3. Mắc tranzito kiểu nào để có tổng trở ra nhỏ nhất? a. Mắc kiểu E chung. □ □ □ □ b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch 4. Mắc tranzito kiểu nào để có tổng trở ra lớn nhất? a. Mắc kiểu E chung. □ □ □ □ b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch. 5. Mắc tranzito kiểu nào để có hệ số khuếch đại dòng lớn hơn 1? □ □ □ □ a. Mắc kiểu E chung. b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch 6. Mắc tranzito kiểu nào để có hệ số khuếch đại điện áp lớn hơn 1? □ □ □ □ a. Mắc kiểu E chung. b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung d. Tuỳ vào dạng mạch. 7. Mắc tranzito kiểu nào để cho hệ số khuếch đại dòng và điện áp lớn hơn 1? □ □ □ □ a. Mắc kiểu E chung. b. Mắc kiểu B chung c. Mắc kiểu C chung. d. Tuỳ vào dạng mạch. 8. Trong trường hợp nào tranzito ở trạng thái ngưng dẫn? □ □ □ □ a. Tiếp giáp BE phân cực ngược. b. Tiếp giáp BC phân cực ngược. c. Tiếp giáp BE phân cực thuận. d. Gồm a và b. 9. 4.9. Trường hợp nào tranzito ở trạng thái khuếch đại? □ □ □ □
  23. 22 a. Tiếp giáp BE phân cực ngược. b. Tiếp giáp BC phân cực ngược. c. Tiếp giáp BE phân cực thuận. d. Gồm a và c. 10.Trường hợp nào tranzito dẫn điện bão hoà? a. Tiếp giáp BE phân cực ngược. □ □ □ □ b. Tiếp giáp BC phân cực thuận. c. Tiếp giáp BE phân cực thuận. d. Gồm a và c. Bài tập 2 : Mạch phân cực BJT NPN Sơ đồ nối dây: ♦ Cấp nguồn +12V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch A2-1 - Chốt +12V của mạch ⇔chốt +12V - Chốt GND của mạch ⇔chốt GND của nguồn DC POWER SUPPLY. ♦ Ngắn mạch các mA kế. ♦ Khảo sát BJT NPN C1815. Các bước thí nghiệm : Bước 1: Chỉnh biến trở P1 để VCE có các giá trị theo bảng A2-1. Đo điện áp rơi trên R2 (VR2), ghi vào Bảng A2-1. Tính IB, IC, và hệ số khuếch đại dòng β.
  24. 23 Bước 2: Cho biết điểm làm việc tĩnh Q trong cả 3 trường hợp phân cực nêu trên của BJT: 2. 1.2 Phân cực BJT PNP ♦ Cấp nguồn -12V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch A2-2 - Chốt -12V của mạch chốt -12V - Chốt GND của mạch chốt GND của nguồn DC POWER SUPPLY. ♦ Ngắn mạch các mA kế. ♦ Khảo sát BJT PNP A1015 Các bước thí nghiệm :
  25. 24 Bước 1: Chỉnh biến trở P1 để VCE có các giá trị theo bảng A2-2. Đo điện áp rơi trên R2 (VR2) ghi vào Bảng A2-2. Tính IB, IC, và hệ số khuếch đại dòng β. Bước 2: Cho biết điểm làm việc tĩnh Q trong cả 3 trường hợp phân cực nêu trên của BJT : Bài tập3: Lắp mạch phân cực CE Khảo sát DC Sơ đồ nối dây ♦ Cấp nguồn +12V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch A2-3 Các bước thí nghiệm:
  26. 25 Bước 1: Bước 2: Cho biết trạng thái hoạt động của BJT : Khảo sát đặc tính khuếch đại AC ở dãy tần giữa Sơ đồ nối dây: ♦ Vẫn cấp nguồn +12V nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch A2-3 ♦ Dùng thêm tín hiệu từ máy phát tín hiệu Function Generator trên thiết bị ATS để đưa tín hiệu AC đến ngõ vào IN của mạch khuếch đại. Và chỉnh máy phát tín hiệu : - Đặt chế độ (Function) tại vị trí : Sine - Chỉnh biến trở Amplitude để có giá trị điện áp đỉnh đỉnh VIN(p-p) = 30mV - Tần số 1Khz: Range : Đặt tại vị trí : x1K Frequency : Vị trí phù hợp. ♦ Nối ngõ ra OUT của máy phát đến ngõ vào IN của mạch. ♦ Dùng dao động ký để quan sát tín hiệu điện áp ngõ IN vào và ngõ ra OUT
  27. 26 Đánh giá kết quả Phần 1: HOẠT ĐỘNG THỰC HÀNH TẠI XƯỞNG TRƯỜNG a. Nội dung: - Thực hành lắp ráp các mạch khuếch đaị dùng Tranzito . - Nghiên cứu, hiệu chỉnh, sửa chữa các mạch khuếch đại dùng Tranzito b. Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. Giáo viện hướng dẫn ban đầu học sinh thực hiện các nội dung dưới sự theo dõi, chỉ dẫn của giáo viên. 1. Dụng cụ, thiết bị, vật liệu dùng cho thí nghiệm: 2. Dụng cụ, thiết bị (những thứ không tiêu hao trong quá trình thực hành): - Sơ đồ các mạch điện thực tế - Máy đo VOM hiển thị số hoặc hiển thị kim - Máy hiện sóng hai tia 40 MHz - Máy tính và phần mềm thiết kế mạch - Bộ nguồn cho thí nghiệm - Mỏ hàn 3. Vật liệu (những thứ tiêu hao trong quá trình thực hành): - Các linh kiện thụ động rời - Các tranzito dùng để lắp mạch theo yêu cầu thực hành - Mạch in - Nhựa thông - Chì hàn 4. Các bài thực hành Bài thực hành 1: Thực hành lắp ráp mạch cực E chung (E-C) - Lắp ráp mạch: . Mạch khuếch đại mắc theo kiểu E-C: Theo sơ đồ mạch điện +V +V Nguån cung cÊp Nguån cung cÊp Rc Rc Rb1 Rb1 Vo: Ngâ ra Vi: Ngâ vµo Vo: Ngâ ra Re Vi: Ngâ vµo Re Rb2 Rc = 1KΩ Rc = 1KΩ Re = 100Ω Re = 100Ω Rb1 = 22KΩ Rb1 = 220KΩ
  28. 27 Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 - 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồ ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp. Bài thực hành 2: Thực hành lắp ráp mạch cực B chung (B-C) - Mạch mắc theo kiểu B-C: Theo sơ đồ mạch điện +V Nguån cung cÊp Rc Rb1 Vo: Ngâ ra Vi: Ngâ vµo Rb2 Re Rc = 1KΩ Rb1 = 22KΩ Re = 100Ω Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: Điện 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v áp Vc Vb
  29. 28 - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồ ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp. Bài thực hành 3: Thực hành lắp ráp mạch cực C chung (C-C) - Mắc mach theo kểu C-C: Theo sơ đồ mạch điện +V Nguån cung cÊp Rb1 Rc Vi: Ngâ vµo Vo: Ngâ ra Rb2 Re = 1KΩ Rb1 = 22KΩ Rc = 100Ω Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: Điện 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v áp Vc Vb - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồn ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp.
  30. 29 BÀI 2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET Mã bài: MĐ17-2 Mục tiêu: - Phân tích được nguyên lý làm việc của các mạch khuếch đại cơ bản dùng FET - Thiết kế, lắp ráp các mạch khuếch đại dùng FET theo đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa được các mạch điện tín hiệu nhỏ dùng FET theo yêu cầu kỹ thuật. Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp 1. Mạch khuếch đại cực nguồn chung Mục tiêu + Giải thích được nguyên lý hoạt động cơ bản + Biết được các thông số cơ bản 1.1 Mạch điện cơ bản Có thể dùng mạch phân cực cố định (hình 2.1 ), mạch phân cực tự động ( hình 2.2 ) hoặc mạch phân cực bằng cầu chia điện thế (hình 2.3 ). Mạch tương đương xoay chiều vẽ ở hình 2.4. 1.2 Mạch điện tương đương
  31. 30 Trong đó Ri=RG ở hình 2.1 và 2.2 ; Ri=R1 //R2 ở hình 2.3 . 1.3 Các thông số cơ bản Ðộ lợi điện thế của mạch khuếch đại cực nguồn chung với điện trở RS : Giả sử ta xem mạch hình 2.5 với mạch tương đương hình 2.6
  32. 31 Bài thực hành cho học viên Bài thực hành số 1 : Khảo sát đặc tuyến Volt-Ampe của JFET (JFET kênh N) a. Thiết bị sử dụng Mô hình thực hành Mạch điện tử Máy OSC Các linh kiện điện tử b. Mục tiêu Sau khi học xong Sinh viên có khả năng: - Định nghĩa các dạng mạch khuếch đại dùng FET. - Vẽ được đặc tuyến Volt-Ampe và phân tích AC các dạng mạch KĐ dùng FET. - Biết được đặc điểm và ứng dụng thực tế của các dạng mạch. - Lắp ráp, cân chỉnh và đo được các đại lượng: độ lợi, tổng trở vào, tổng trở ra, tần số cắt - Nhận xét và giải thích được các kết quả đo. TH1 : khảo sát Đặc tuyến ngõ ra Hình 2.4 - Thay đổi các điện áp VGG và VDD, và ghi các giá trị vào bảng sau: Bảng 2.1
  33. 32 - Từ các số liệu trong bảng 2.1, vẽ đặc tuyến ra : ID = f (VDS) với VGS=const Hình 2.5 - Nêu ý nghĩa đặc tuyến ra TH2. Đặc tuyến truyền đạt - Từ các số liệu trong bảng 2.1, vẽ đặc tuyến truyền đạt : ID = f (VGS) với VDS = const. Hình 2.6 - Nêu ý nghĩa đặc tuyến truyền đạt
  34. 33 Bài thực hành số 2 : Mạch khuếch đại cực nguồn chung Hình 2.7  Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ? Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Ai, Zi, Zo, độ lệch pha. Nhận xét kết quả. 3. Trường hợp ta thêm tụ Cs = 10uF, thực hiện tương tự như 2 bước trên. So sánh các kết quả đo được với trường hợp không có tụ Cs.  Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Tháo tụ Cs, cấp Vi là tín hiệu hình Sin, biên độ 3V, tần số 1KHz vào tại A. Bước 2: Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở kênh 1, tiếp tục chỉnh biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng không bị méo dạng. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại A, Vo tại B ở 2 kênh CH1 và CH2. Vẽ lại dạng sóng và nhận xét về biên độ. Hình 2.8
  35. 34 Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=100KΩ giữa 2 điểm B1 và B2, tính Zi theo công thức: - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Bước 5: Xác định Zo : - Mắc thêm điện trở tải RL = 100KΩ, tính Zo theo công thức: - Với : Vo1 là điện áp tại ngõ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra C khi đã mắc RL Bước 6: Xác định góc lệch pha: - Dùng OSC đo Vi, Vo và cho hiển thị cùng lúc ở 2 kênh CH1, CH2 Hình 2.9 - Xác định góc lệch pha theo công thức : - Với: T là chu kỳ của tín hiệu φ là góc lệch pha a là độ lệch về thời gian Bước 7: Xác định tần số cắt dưới : - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Giảm tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt dưới fL. Bước 8: Xác định tần số cắt trên :
  36. 35 - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Tăng tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt trên fH. Bước 9: Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số - Giữ nguyên biên độ, thay đổi tần số của tín hiệu vàoVi và lập bảng kết quả như sau: Bảng 2.2 - Từ bảng kết quả vẽ đáp tuyến biên độ - tần số Hình 2.10 Bước 10: Thêm tụ Cs =10µF, thực hiện lại các bước trên. Ghi lại các kết quả vào bảng và nhận xét. Yêu cầu đánh giá - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện xong các bước trên, các nhóm ghi lại các kết quả và nhận xét trong bài báo cáo thí nghiệm. - Nhận xét kết quả thực hiện của học viên 2. Mạch khuếch đại cực máng chung Mục tiêu + Giải thích được nguyên lý hoạt động cơ bản
  37. 36 + Biết được các thông số cơ bản 2.1 Mạch điện cơ bản Người ta có thể dùng mạch phân cực tự động hoặc phân cực bằng cầu chia điện thế như hình 2.11 và hình 2.12 Hình 2.11 Hình 2.12 2.2 Mạch điện tương đương Hình 2.13 2.3 Các thông số cơ bản Mạch tương đương xoay chiều được vẽ ở hình 2.13. Trong đó: Ri=RG trong hình 2.11 và Ri = R1 //R2 trong hình 2.12 - Ðộ lợi điện thế: - Tổng trở vào Zi = Ri (2.6 ) - Tổng trở ra: Ta thấy RS song song với rd và song song với nguồn dòng điện gmvgs. Nếu ta thay thế nguồn dòng điện này bằng một nguồn điện thế nối tiếp với điện trở 1/gm và đặt nguồn điện thế này bằng 0 trong cách tính Z 0, ta tìm được tổng trở ra của mạch: Z0 = RS //rd // 1/gm ( 2.7 ) Bài thực hành : Khảo sát mạch khuếch đại cực máng chung
  38. 37 a. Thiết bị sử dụng Mô hình thực hành Mạch điện tử Máy OSC Các linh kiện điện tử b. Mục tiêu Sau khi học xong Sinh viên có khả năng: - Định nghĩa các dạng mạch khuếch đại dùng FET. - Vẽ được đặc tuyến Volt-Ampe và phân tích AC các dạng mạch KĐ dùng FET. - Biết được đặc điểm và ứng dụng thực tế của các dạng mạch. - Lắp ráp, cân chỉnh và đo được các đại lượng: độ lợi, tổng trở vào, tổng trở ra, tần số cắt - Nhận xét và giải thích được các kết quả đo. c. quy trình thực hiện Hình 2.14  Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ? Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Ai, Zi, Zo, φ. Nhận xét kết quả.  Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Cấp Vi là tín hiệu hình Sin, biên độ 2V, tần số 1Khz vào tại A. Bước 2: Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở CH1. Tiếp tục chỉnh biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng không bị méo dạng. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại A, Vo tại C ở 2 kênh CH1 và CH2. Vẽ lại dạng sóng và nhận xét về biên độ.
  39. 38 Hình 2.15 - Sau đó tính Av theo công thức : Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=100KΩ giữa B1 và B2, sau đó tính Zi theo công thức: - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Chú ý: Các thông số V1, V2 phải được đo bằng OSC. Bước 5: Xác định Zo : - Với: Vo1 là điện áp tại ngõ ra tại C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra tại C khi đã mắc RL = 10KΩ Bước 6: Xác định góc lệch pha: - Dùng OSC đo Vi, Vo và cho hiển thị cùng lúc ở 2 kênh CH1, CH2 - Xác định góc lệch pha theo công thức : Bước 7: Xác định tần số cắt dưới :
  40. 39 - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Giảm tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng (1/- ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt dưới fL. Bước 8: Xác định tần số cắt trên : - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Tăng tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng (1/- ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt trên fH. Bước 9: Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số - Giữ nguyên biên độ, thay đổi tần số của tín hiệu vàoVi và lập bảng kết quả như sau: Bảng 2.4 - Từ bảng kết quả vẽ đáp tuyến biên độ - tần số Hình 2.16 Bước 10: Lập bảng tổng kết Bảng 2.5 - Sau khi thực hiện xong các bước, các nhóm ghi lại các kết quả và nhận xét.
  41. 40 Yêu cầu đánh giá - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện xong các bước trên, các nhóm ghi lại các kết quả và nhận xét trong bài báo cáo thí nghiệm. - Nhận xét kết quả thực hiện của học viên 3. Mạch khuếch đại cực cổng chung Mục tiêu + Giải thích được nguyên lý hoạt động cơ bản + Biết được các thông số cơ bản 3.1 Mạch điện cơ bản Hình 2.17 3.2 Mạch điện tương đương Hình 2.18 3.3 Các thông số cơ bản
  42. 41 Bài tập thực hành cho học viên : Lắp mạch khuếch đại kiểu cực cổng chung a. Thiết bị sử dụng Mô hình thực hành Mạch điện tử Máy OSC Các linh kiện điện tử b. Mục tiêu Sau khi học xong Sinh viên có khả năng: - Định nghĩa các dạng mạch khuếch đại dùng FET. - Vẽ được đặc tuyến Volt-Ampe và phân tích AC các dạng mạch KĐ dùng FET. - Biết được đặc điểm và ứng dụng thực tế của các dạng mạch. - Lắp ráp, cân chỉnh và đo được các đại lượng: độ lợi, tổng trở vào, tổng trở ra, tần số cắt - Nhận xét và giải thích được các kết quả đo. c. Quy trình thực hiện
  43. 42 Hình 2.19  Yêu cầu: 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ? Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Zi, Zo, φ. Nhận xét kết quả.  Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Cấp Vi là tín hiệu hình Sin, biên độ 3V, tần số 1KHz vào tại A. Bước 2: Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở kênh CH1, Tiếp tục chỉnh biến trở sao cho Vo lớn nhất nhưng không bị méo dạng. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại A, Vo tại B ở 2 kênh CH1 và CH2. Vẽ lại dạng sóng của Vi và Vo và nhận xét về sự lệch pha của Vi và Vo Hình 2.20 - Sau đó tính :
  44. 43 Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=1KΩ giữa B1 và B2, sau đó tính Zi như sau: - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Chú ý: Các thông số V1, V2 phải được đo bằng OSC. Bước 5: Xác định Zo: - Với : Vo1 là điện áp tại ngõ ra tại C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra tại C khi đã mắc RL = 100KΩ Bước 6: Xác định góc lệch pha: - Dùng OSC đo Vi, Vo và cho hiển thị cùng lúc ở 2 kênh CH1, CH2 - Xác định góc lệch pha theo công thức : Bước 7: Xác định tần số cắt dưới: - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Giảm tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng (1/- ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt dưới fL. Bước 8: Xác định tần số cắt trên: - Giữ nguyên biên độ nhưng thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi, quan sát tín hiệu ngõ ra Vo trên OSC. Tăng tần số của Vi đến khi Vo giảm bằng (1/- ) Vo thì dừng lại, đo giá trị tần số tại vị trí hiện hành, đó chính là tần số cắt trên fH. Bước 9: Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số - Giữ nguyên biên độ, thay đổi tần số của tín hiệu vàoVi và lập bảng kết quả như sau: Bảng 2.6
  45. 44 - Từ bảng kết quả vẽ đáp tuyến biên độ - tần số Hình 2.21 Bước 10: Lập bảng tổng kết Bảng 2.7 Yêu cầu đánh giá về kết quả học tập - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện xong các bước trên, các nhóm ghi lại các kết quả và nhận xét trong bài báo cáo thí nghiệm. - Nhận xét kết quả thực hiện của học viên 4. Lắp mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET Bài 1 : Lắp mạch Fet Cực nguồn chung a. Khảo sát DC Cấp nguồn ±12V của nguồn DC POWER SUPPLY Ngắn mạch mA-kế .
  46. 45 Hình 2.22: Phân cực mạch khuếch đại dùng FET Các bước thực hành Bước 1: Nối J3 , không nối J1, J2 - để nối cực cổng Gate T1 qua trở R3 & P1 xuống đất (không cấp thế nuôi cho cổng của JFET ). Ghi giá trị dòng và thế trên transistor trường. VGS VDS I D được gọi là dòng `Giải thích đặc điểm khác biệt giữa transistor trường FET (yếu tố điều khiển bằng thế) và transistor lưỡng cực BJT (yếu tố điều khiển bằng dòng). Bước 2: Ngắt J3 , nối J1, J2 để phân cực thế cho cổng của JFET + Chỉnh biến trở P1 từng bước để có điện áp điều khiển VGS như bảng A6-1. Đo điện áp VDS, tính dòng ID qua FET ghi kết quả vào bảng . + Biểu diễn trên đồ thị các giá trị đo được giữa dòng I D (trục y) và thế VGS ( trục x). Xác định giá trị điện thế nghẽn VP (punch off) = (V) b. Khảo sát AC (Vẫn mạch A6-1) Sơ đồ nối dây : ♦ Vẫn ngắt J3, nối J1, J2 , để phân cực thế cho cổng của JFET ♦ Chỉnh P2 để dòng qua T1 ~ 1mA Các bước thực hiện
  47. 46 Bước 1: Đo hệ số khuếch đại áp Av, và độ lệch pha ΔΦ: Dùng thêm tín hiệu từ máy phát tín hiệu Function Generator, và chỉnh máy phát tín hiệu để có: Sóng : Sin , Tần số : 1Khz, VIN(p-p) = 100mV - Nối ngõ ra OUT của máy phát đến ngõ vào IN của mạch. - Dùng dao động ký để quan sát tín hiệu điện áp ngõ vào và ngõ ra. Đo các giá trị VOUT, ΔΦ, tính Av. Ghi kết qủa vào bảng A6-2 Quan sát trên dao động ký và vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ dạng tín hiệu điện áp ngõ vào (VIN) và tín hiệu điện áp ngõ ra (VOUT) Hình 2.2 Dựa vào trạng thái hoạt động của transistor trường FET nối kiểu Source chung ở bảng A6-2, nêu nhận xét về các đặc trưng của mạch khuếch đại (về hệ số khuếch đại áp Av, độ lệch pha ΔΦ) Bước 2: Khảo sát ảnh hưởng tổng trở vào của mạch khuếch đại: Đổi chế độ máy phát sóng Sin. Giữ nguyên biên độ tín hiệu vào tại lối vào IN(A)/ A6-1 : VIN1 =100mV - Sau đó tháo dây tín hiệu khỏi chân IN, đo biên độ tín hiệu từ lối ra máy phát xung (không tải) . VIN2 = - So sánh biên độ xung trong hai trường hợp, tính sự mất mát biên độ (%) do ảnh hưởng điện trở vào của sơ đồ. ΔV (%) = Bước 3: Khảo sát đáp ứng tần số
  48. 47 Giữ cố định biên độ điện áp tín hiệu vào VIN (pp) = 100mV. Thay đổi tần số máy phát sóng từ cực tiểu đến cực đại (bằng cách chỉnh Range). Đo biên độ đỉnh - đỉnh VOUT(pp) tại ngõ ra, ghi nhận vào Bảng A6-3. Tính Av. Vẽ biểu đồ Boode thể hiện quan hệ Biên độ Av – Tần số f theo Bảng A6-3 Hình 2.24 Nhận xét về đáp ứng băng thông của mạch khuếch đại dùng FET. So sánh với BJT? 5. Sữa chữa mạch khuếch đại dùng FET Các bước thực hiện Bước 1: chuẩn bị dụng cụ thực tập - mỏ hàn, chì hàn, nhựa thông - kìm nhọn, kìm cắt - các linh kiện +board mạch Bước 2: Nối điện, đo kiểm tra căn chỉnh bộ khuếch đại công suất Chúng ta chia làm hai công đoạn + nối điện, đo kiểm tra, căn chỉnh bộ khuếch đại công suất khi chưa gắn Fet + nối điện, đo kiểm tra, căn chỉnh bộ khuếch đại công suất khi gắn Fet Trong mỗi công đoạn được chia nhỏ, phân ra làm nhiều bước theo thứ tự như sau a. Công tác chuẩn bị - đo kiểm tra độ cách điện và dẫn điện khi chưa và sau khi gắn bộ khuếch đại công suất
  49. 48 - đo kiểm tra bộ cấp nguồn tạo điện áp một chiều (DC) đối xứng (±Vdc) cấp nguồn cho bộ khuếch đại làm việc. Nối các dây dẫn nguồn Vdc với bảng giá thử. b. Các bước thực hiện Bước 1: đo kiểm tra căn chỉnh tầng khuếch đại Bước 2: Đo kiểm tra căn chỉnh mạch phân áp đầu vào tầng lái ghép công suất ra loa Bước 3: Đo kiểm tra căn chỉnh bộ khuếch đại công suất còn thiếu Fet công suất Bước 4: đo kiểm tra căn chỉnh bộ khuếch đại công suất có Fet công suất Bước 5: thông mạch tín hiệu bộ khuếch đại công suất. Kiểm tra
  50. 49 BÀI 3 MẠCH GHÉP TRANSISTOR Mã bài: MĐ17-3 Mục tiêu: Phân tích được nguyên lý hoạt động các mạch khuếch đại ghép tầng. Trình bày được các khái niệm về hồi tiếp, các cách mắc hồi tiếp, ảnh hưởng của các mạch hồi tiếp đối với bộ khuếch đại. Đo, kiểm tra, sửa chữa các mạch điện theo yêu cầu kỹ thuật. Thiết kế, lắp ráp các mạch theo yêu cầu kỹ thuật. Thay thế các mạch hư hỏng theo số liệu cho trước. Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp 1. Mạch ghép cascade 1.1 Mạch điện Hình 3.1: Mạch khuếch đại ghép Cascode 1.2 Nguyên lý hoạt động  Hai transistor mắc chung E và chung B được nối trực tiếp  Đặc biệt được sử dụng nhiều trong các ứng dụng ở tần số cao, ví dụ: mạch khuếch đại dải rộng, mạch khuếch đại chọn lọc tần số cao  Tầng EC với hệ số khuếch đại điện áp âm nhỏ và trở kháng vào lớn để điện dung Miller đầu vào nhỏ  PhốI hợp trở kháng ở cửa ra tầng EC và cửa vào tầng BC  Cách ly tốt giữa đầu vào và đầu ra: tầng BC có tổng trở vào nhỏ, tổng trở ra lớn có tác dụng để ngăn cách ảnh hưởng của ngõ ra đến ngõ vào nhất là ở tần số cao, đặc biệt hiệu quả vớI mạch chọn lọc tần số cao
  51. 50 1.3 Đặc điểm và ứng dụng Hình 3.2: Mạch Cascode thực tế  Mạch ghép Cascode thực tế: 1 AV = -1 => điện dung Miller ở đầu vào nhỏ 2 AV lớn => hệ số khuếch đại tổng lớn 1.4 Lắp mạch Transistor ghép cascode  Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ?Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Ai, Zi, Zo. Nhận xét kết quả. 3. Xác định tần số cắt dưới, tần số cắt trên, băng thông. Vẽ đáp tuyến biên độ-tần số của mạch. Hình 3.3
  52. 51  Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Cấp Vi’ là tín hiệu hình Sin, biên độ 1V, tần số 1KHz vào tại A. Bước 2: Nối 2 điểm B1 và B2. Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở kênh 1, tiếp tục chỉnh các biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng không bị méo. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại B, Vo tại C ở 2 kênh 1 và kênh 2. Vẽ lại dạng sóng và nhận xét về độ lệch pha và biên độ của Vi và Vo Hình 3.4 Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=47Ω giữa B1 và B2, sau đó tính Zi: - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Chú ý: Các thông số V1, V2 phải được đo bằng OSC. Bước 5: Xác định Zo: - Với : Vo1 là điện áp tại ngõ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra C khi đã mắc RL = 2.2KΩ Bước 6: Xác định góc lệch phaφ - Dùng OSC đo Vi, Vo và cho hiển thị cùng lúc ở 2 kênh 1,2 - Xác định góc lệch pha theo công thức :
  53. 52 - Với: T là chu kỳ của tín hiệu φ là góc lệch pha a là độ lệch về thời gian Yêu cầu đánh giá - Lắp đúng mạch theo yêu cầu - Vẽ dạng sóng của tín hiệu ra Vo và tín hiệu vào Vi. - Xác định độ lệch pha giữa tín hiệu Vi vào và tín hiệu ra Vo. - Tính công suất ngõ ra Po. 2. Mạch Khuếch đại vi sai Mục tiêu + Gải thích được nguyên lý hoạt động của mạch + Lắp được mạch khuếch đại vi sai 2.1 Mạch điện Hình 3.3 Mạch khuếch đại vi sai 2.2 Nguyên lý hoạt động  Mạch đối xứng theo đường thẳng đứng, các phần tử tương ứng giống nhau về mọi đặc tính  Q1 giống hệt Q2, mắc kiểu EC hoặc CC  2 đầu vào v1 và v2, có thể sử dụng 1hoặc phối hợp  2 đầu ra va và vb, sử dụng 1 hoặc phối hợp  Đầu vào cân bằng, đầu ra cân bằng
  54. 53 vin = v1 - v2 ; vout = va – vb  Đầu vào cân bằng, đầu ra không cân bằng vin = v1 - v2 ; vout = va  Đầu vào không cân bằng, đầu ra cân bằng vin = v1 ; vout = va – vb  Đầu vào không cân bằng, đầu ra không cân bằng vin = v1 ; vout = va - hệ số khuếch đại vi sai và hệ số triệt tiêu đồng pha Chế độ phân cực 1chiều: VB1 = VB2 => IC1 = IC2 = IE/2 => VC1 = VC2 Nếu vin = v1 – v2 => VB1+vin và VB2–vin => ic1> ic2 =>vout = vc1 - vc2 > 0 khuếch đại điện áp vi sai Nếu vin = v1 = v2 => VB1+vin và VB2+vin => ic1 = ic2 =>vout = vc1 - vc2 = 0 triệt tiêu điện áp đồng pha Phân tích bằng sơ đồ tương đương xoay chiều: vin= v1,v2=0 ; vout = va : Av=RC/2re vin = v1 - v2 ; vout = va - vb : Ad=RC/re (differential mode) vin = v1 = v2 ; vout = va : Ac = βRC/(βre+ 2(β+1)RE) (common mode) Nhận xét :  Tín hiệu vào ngược pha: khuếch đại lớn  Tín hiệu vào cùng pha: khuếch đại nhỏ  khả năng chống nhiễu tốt  Tỉ số nén đồng pha (CMRR-Common mode rejection ratio) = Hệ số KĐ vi sai/Hệ số KĐ đồng pha CMRR càng lớn chất lượng mạch càng tốt Với KĐ ngõ ra không cân bằng, T 1, T2 vẫn có tác dụng trừ các tín hiệu nhiễu đồng pha hay ảnh hưởng của nhiệt độ tác dụng lên hai transistor 2.3 Đặc điểm và mạch ứng dụng  Nâng cao tính chống nhiễu
  55. 54 Hình 3.4: Mạch nâng cao tính chống nhiễu  Có nguồn dòng ổn định với nội trở rất lớn ->ổn định nhiệt và giảm hệ số KĐ đồng pha ->tăng khả năng chống nhiễu Nguồn dòng cũng có thể là mạch dòng gương Hình 3.5: Mạch dòng gương  Sử dụng “active loads” - mạch dòng gương thiết lập dòng collector như nhau trên cả hai transistor tăng hệ số khuếch đại vi sai  Vấn đề điện áp trôi  Ng/nhân: đặc tính kỹ thuật của hai transistor không hoàn toàn giống nhau  Khắc phục: Dùng điện trở RC không đối xứng (biến trở)
  56. 55 2.4 Lắp mạch khuếch đại vi sai Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ?Nhận xét. 2. Xác định hệ số khuếch đại vi sai, độ lệch pha. Hướng dẫn thực hiện Bước 1: - Chỉnh biến trở VR1 sao cho điện áp tại A bằng 4V (có thể thay đổi sao cho BJT1và BJT2 đều hoạt động ở chế độ khuếch đại) - Sau đó thay đổi điện áp tại B và ghi kết quả vào bảng bên dưới. - Sử dụng VOM đo điện áp VCD, VA, VB. Tính hệ số khuếch đại vi sai theo công thức : Với : Vo = VCD VI = VA – VB - Ghi lại các kết quả vào bảng :
  57. 56 Bước 2 : - Chỉnh biến trở VR2 sao cho điện áp VCD = 0. - Cấp Vi tại E là tín hiệu Sin, biên độ 1V, tần số 1 KHz, dùng OSC đo tín hiệu tại D ta được tín hiệu ra Vo. - Sau đó tăng biên độ Vi đến khi tín hiệu ra Vo tại D bắt đầu méo dạng. - Xác định hệ số khếch đại Bước 3: - Chỉnh biến trở VR2 sao cho điện ápVB = 5V. - Cấp Vi tại E là tín hiệu Sin, biên độ 1V, tần số 1 KHz, dùng OSC đo tín hiệu tại D ta được tín hiệu ra Vo. - Sau đó tăng biên độ Vi’ đến khi tín hiệu ra Vo tại D bắt đầu méo dạng. - Xác định hệ số khếch đại: - So sánh và nhận xét Av ở bước 2 và bước 3. - Sau khi thực hiện xong các bước, các nhóm ghi lại các kết quả và nhận xét. Yêu cầu đánh giá - Lắp đúng mạch theo yêu cầu - Ghi kết quả và nhận xét - Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 3. Mạch khuếch đại Dalington Mục tiêu + Gải thích được nguyên lý hoạt động của mạch + Lắp được mạch khuếch đại vi sai 3.1 Mạch điện Mạch khuếch đại Darlington dạng cơ bản được trình bày ở hình 4.9. Đặc điểm của mạch là: Điện trở vào lớn, điện trở ra nhỏ, hệ số khuếch đại dòng lớn, hệ số khuếch đại điện áp 1trên tảI Êmitơ.
  58. 57 Hình 3.6: Mạch khuếch đại dalington 3.2 Nguyên lý hoạt động Cách phân cực của mạch là lấy dòng I e của Q1 làm dòng Ibcủa Q2. Hai tranzito tương đương với 1 tranzito khi đó  D = 1 - 2 và Vbe = 1,6V. dòng cực gốc Ib được tính: Do D rất lớn nên: Vcc Vbe I b Rb  D .Re I e ( D 1).I b  D .I b Điện áp phân cực là: Ve I e .Re Vb Ve Re Hình 3.7: Mạch tương đương khuếch đại dalington
  59. 58 - Tính trở kháng vào :Zi Vi Vo Dòng cực B chạy qua rv là: I b rv Vì: Vo (I b  D .I  ).Re I b .rv Vi Vo Vi I b (1  D .Re ) Vi I b .(rv (1  D ).Re ) Trở kháng vào nhìn từ cực B của Tranzito : Vi rv  D .Re I b Trở kháng vào của mạch: Zi = Rb //(rv +D.Re) ( - Hệ số khuếch đại dòng: Ai Dòng điện ra trên RE I o I  D .Re ( D 1).I b  D .I b Với I o  D I b Hệ số khuếch đại dòng của mạch là: I I I A o o . b i Ii Ib Ii Rb Rb Với : Ib .Ii .Ii (rv  D .Re ) Rb  D .Re Rb Rb  D.Rb Ai  D .  D .Re Rb  D .Re Rb - Trở kháng ra: Zo Ta có: Vo Vo Vo Vo Vo 1 1  D Io  D .Ib  D ( ) ( ).Vo Re ri Re Ri ri Re ri ri Mặt khác: V 1 Z o o I 1 1  o D Re ri ri - Hệ số khuếch đại điện áp: Vo (I b  D .I b ).Re I b (Re  D .Re ) Vi I b .ri Re .(I b  D .I b ) Ta có:
  60. 59 Vi I b (ri Re  D .I i ) Vi Vo .(Re  D .Re ) ri (Re  D .Re ) Vo Re  D .Re Au 1 (4.27) Vi ri (Re  D .Re ) Trong thực tế ứng dụng ngoài cách mắc căn bản dùng hai tranzito cùng loại PNP hoặc NPN người ta còn có thể dùng hai Tranzito khác loại để tạo thành mạch khuếch đại Darlington như hình minh hoạ: +Vcc +Vcc Rb Rb Q1 Q2 Q1 Vi Q2 Vi Re Vo Re Vo Hình 3.8: Cách ghép transistor thành mạch khuếch đại dalington 3.3 Đặc điểm và ứng dụng Hình 3.9: Mạch ứng dụng dalington  Nhạy cảm với dòng rất nhỏ -> có thể làm mạch “touch-switch”  Mắc kiểu CC cho khuếch đại công suất với yêu cầu phối hợp trở kháng với tải có tổng trở nhỏ Ghép Darlington bù
  61. 60  Tương tự ghép darlington  Hai transistor khác loại, hoạt động giống như một BJT loại pnp  Hệ số khuếch dòng điện tổng rất lớn 3.4 Lắp mạch khuếch đại dalington 3.4.1 Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ?Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Zi, Zo. Nhận xét kết quả. 3. Xác định tần số cắt dưới, tần số cắt trên, băng thông. Vẽ đáp tuyến biên độ- tần số. 3.4.2 Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Cấp Vi’ là tín hiệu hình Sin, biên độ 3V, tần số 1Khz vào tại A. Bước 2: Nối 2 điểm B1 và B2. Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở kênh 1, Tiếp tục chỉnh biến trở sao cho Vo lớn nhất nhưng không bị méo. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại B, Vo tại C ở 2 kênh CH1 và CH2. Vẽ lại dạng sóng của Vi và Vo và nhận xét về sự lệch pha và biên độ của Vi và Vo.
  62. 61 Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=10KΩ giữa B1 và B2, sau đó tính Zi - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Bước 5: Xác định Zo: - Với : Vo1 là điện áp tại ngõ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra C khi đã mắc RL = 100KΩ Yêu cầu đánh giá - Sinh viên vẽ lại mạch điện hình 3.4, 3.5 - Vẽ dạng sóng của tín hiệu ra Vo và tín hiệu vào Vi. - Xác định độ lệch pha giữa tín hiệu Vi vào và tín hiệu ra Vo. - Tính công suất ngõ ra Po. - Lập bảng số liệu ghi các giá trị Av, Ai, Zi, Zo, φ. Nhận xét kết quả. 4. Mạch khuếch đại hồi tiếp, trở kháng vào, ra của mạch khuếch đại 4.1 Hồi tiếp
  63. 62 Hình 3.10: Sơ đồ mạch hồi tiếp Nguồn tín hiệu: Có thể là nguồn điện thế V S nối tiếp với một nội trở R S hay nguồn dòng điện IS song song với nội trở RS. Hệ thống hồi tiếp: Thường dùng là một hệ thống 2 cổng thụ động (chỉ chứa các thành phần thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn dây). Mạch lấy mẫu: Lấy một phần tín hiệu ở ngõ ra đưa vào hệ thống hồi tiếp. Trường hợp tín hiệu điện thế ở ngõ ra được lấy mẫu thì hệ thống hồi tiếp được mắc song song với ngõ ra và trong trường hợp tín hiệu dòng điện ở ngõ ra được lấy mẫu thì hệ thống hồi tiếp được mắc nối tiếp với ngõ ra. Hình 3.11: Sơ đồ mạch lấy mẫu Tỉ số truyền hay độ lợi: Ký hiệu A trong hình 3.11 biểu thị tỉ số giữa tín hiệu ngõ ra với tín hiệu ngõ vào của mạch khuếch đại căn bản. Tỉ số truyền v/vi là độ khuếch đại điện thế hay độ lợi điện thế A V. Tương tự tỉ số truyền I/I i là độ khuếch đại dòng điện hay độ lợi dòng điện A I của mạch khuếch đại. Tỉ số I/v i được gọi là điện dẫn truyền (độ truyền dẫn-Transconductance) G M và v/Ii được gọi là điện trở
  64. 63 truyền RM. Như vậy GM và RM được định nghĩa như là tỉ số giữa hai tín hiệu, một ở dạng dòng điện và một ở dạng điện thế. Ðộ lợi truyền A chỉ một cách tổng quát một trong các đại lượng A V, AI, GM, RM của một mạch khuếch đại không có hồi tiếp tùy theo mô hình hóa được sử dụng trong việc phân giải. Ký hiệu Af được định nghĩa như là tỉ số giữa tín hiệu ngõ ra với tín hiệu ngõ vào của mạch khuếch đại hình 3.10 và được gọi là độ lợi truyền của mạch khuếch đại với hồi tiếp. Vậy thì Af dùng để diễn tả một trong 4 tỉ số: Sự liên hệ giữa độ lợi truyền A f và độ lợi A của mạch khuếch đại căn bản (chưa có hồi tiếp) sẽ được tìm hiểu trong phần sau. Trong một mạch có hồi tiếp, nếu tín hiệu ngõ ra gia tăng tạo ra thành phần tín hiệu hồi tiếp đưa về ngõ vào làm cho tín hiệu ngõ ra giảm trở lại ta nói đó là mạch hồi tiếp âm (negative feedback). 4.2 Trở kháng vào và ra của mạch khuếch đại hồi tiếp Một mạch khuếch đại có hồi tiếp có thể được diễn tả một cách tổng quát như hình 3.12 Ðể phân giải một mạch khuếch đại có hồi tiếp, ta có thể thay thế thành phần tích cực (BJT, FET, OP-AMP ) bằng mạch tương đương tín hiệu nhỏ.Sau đó dùng định luật Kirchhoff để lập các phương trình liên hệ. Hình 3.12: Hàm truyền của mạch hồi tiếp Trong mạch hình 3.12 có thể là một mạch khuếch đại điện thế, khuếch đại dòng điện, khuếch đại điện dẫn truyền hoặc khuếch đại điện trở truyền có hồi tiếp như được diễn tả ở hình 3.13
  65. 64 (a) Khuếch đại điện thế với hồi tiếp điện thế nối tiếp (b) Khuếch đại điện dẫn truyền với hồi tiếp dòng điện nối tiếp (c) Khuếch đại dòng điện với hồi tiếp dòng điện song song (d) Khuếch đại điện trở truyền với hồi tiếp điện thế song song Hình 3.13: Dạng mạch khuếch đại hồi tiếp 4.3 Lắp mạch khuếch đại hồi tiếp 4.3.1 Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi ?Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Ai, Zi, Zo. Nhận xét kết quả. 3. Xác định tần số cắt dưới, tần số cắt trên và băng thông. Vẽ đáp tuyến biên độ-tần số của mạch
  66. 65 4.3.2 Hướng dẫn thực hiện Bước 1: Cấp Vi’ là tín hiệu hình Sin, biên độ 1V, tần số 1Khz vào tại A. Bước 2: Đo tín hiệu Vo ở kênh CH1của OSC và chỉnh các biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng không bị méo dạng. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng Vi, Vo: Bước 4: Xác định Zi: - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Bước 5: Xác định Zo: -Với: Vo1 là điện áp tại ngõ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra C khi đã mắc RL = 22KΩ Bước 6: Xác định góc lệch pha φ giữa tín hiệu vào Vi và tín hiệu ra Vo. Nhận xét kết quả. Yêu cầu đánh giá - Sinh viên vẽ lại mạch điện hình 4.1 - Vẽ dạng sóng của tín hiệu ra Vo và tín hiệu vào Vi. - Xác định và nhận xét về độ lệch pha giữa tín hiệu Vi vào và tín hiệu ra Vo. - Lập bảng số liệu ghi các giá trị Av, Ai, Zi, Zo, φ. Nhận xét kết quả. - Tính công suất ngõ ra P 5. Lắp mạch khuếch đại tổng hợp
  67. 66 Mạch khuếch đại đa tầng ghép RC 5.1 Khảo sát DC từng tầng đơn Hình 3.14 Mạch khuếch đại ghép đa tầng (Chú ý: Khi có tín hiệu nhiễu cao tần, tụ C6 để tạo mạch phản hồi âm khử nhiễu) 5.2 Khảo sát AC từng tầng đơn: Vẫn cấp nguồn +12V cho mạch A4-1. 5.2.1 Khảo sát AC tầng T1 : Xác định độ lợi điện áp Av1 và độ lệch pha ΔΦ1 của tầng T1 : ♦ Khảo sát riêng tầng T1 như hình 4-2.
  68. 67 ♦ Dùng tín hiệu AC từ máy phát sóng (FUNCTION GENERATOR) để đưa đến ngõ vào IN của tầng T1 và chỉnh máy phát để có: Sóng Sin, f=10Khz. Điều chỉnh biên độ máy phát tín hiệu đưa vào ngõ vào IN sao cho biên độ tín hiệu tại ngõ ra OUT của T1 không bị méo dạng. Hình 3.15 Dùng dao động ký để quan sát tín hiệu và ghi nhận điện áp ngõ vào VIN và ngõ ra VOUT (tại cực C của T1) ghi kết qủa vào bảng dưới. Bước 1: Giữ nguyên biên độ tín hiệu vào VIN1 , Bước 2: Mắc biến trở VR 10K (trên thiết bị ATS) với ngõ vào IN của T1 như hình 4-3. Bước 3: Chỉnh biến trở VR cho đến khi biên độ tín hiệu ra VIN = 0,5 VIN1 Bước 4: Tắt nguồn, dùng VOM (DVM) đo giá trị của VR. Đây chính là giá trị tổng trở vào Zin1 =
  69. 68 Báo Cáo Thí Nghiệm. Ghi nhận xét vào bảng A4-1 5.2.2 Khảo sát AC tầng T2 : Vẫn cấp nguồn +12 V cho mạch A4-1 ♦ Ngắn mạch J2 để khảo sát tầng T2 như hình 4-5. ♦ Tương tự đo các thông số Av2, ΔΦ2, Zin2, Zout2 ghi kết qủa vào bảng A4-2 ♦ So sánh các giá trị đo được ở trên với các kết qủa tính ở phần Câu hỏi chuẩn bị ở nhà (Phần I) trong Báo Cáo Thí Nghiệm. Ghi nhận xét vào bảng A4-2
  70. 69 Khảo sát mạch khuếch đại ghép 2 tầng RC (dùng transistor T1 & T2) Hình 3.17: Mạch khuếch đại đa tầng ghép RC dung T1 và T2 Khảo sát mạch khuếch đại ghép 2 tầng T1,T2 qua tầng lặp Emitter T3 (T1,T3& T2) :
  71. 70 Bài 4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Mã bài: MĐ 17-4 Mục tiêu: - Phân tích được nguyên lý hoạt động và đặc điểm tính chất của các loại mạch khuếch đại công suất. - Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa một số mạch khuếch đại công suất theo yêu cầu kỹ thuật. - Thiết kế, lắp ráp một số mạch theo yêu cầu kỹ thuật. - Thay thế một số mạch hư hỏng theo số liệu cho trước. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp 1. Khái niệm 1.1 Khái niệm mạch khuếch đại công suất Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụtạo ra một công suất đủlớn đểkích thích tải. Công suất ra có thểtừvài trăm mw đến vài trăm watt. Nhưvậy mạch công suất làm việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thểdùng mạch tương đương tín hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị. Các mạch khuếch đại đã được nghiên cứu ở bài trước, tín hiệu ra của các mạch đều nhỏ (dòng và áp tín hiệu). Để tín hiệu ra đủ lớn đáp ứng yêu cầu điều khiển các tải, Ví dụ như loa, môtơ, bóng đèn ta phải dùng đến các mạch khuếch đại công suất. để tín hiệu ra có công suất lớn đáp ứng các yêu cầy về kỹ thuật của tải như độ méo phi tuyến, hiệu suất làm việc vì thế mạch công suất phải được nghiên cứu khác các mạch trước đó. Vậy tầng công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ khuếch đại. Nó có nhiệm vụ cho ra tải một công suất lớn nhất có thể, với độ méo cho phép và đảm bảo hiệu suất cao. Do khuếch đại tín hiệu lớn, Tranzior làm việc trong vùng không tuyến tính nên không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ nghiên cứu mà phải dùng đồ thị. 1.2 Đặc điểm phân loại mạch khuếch đại công suất Tùy theo chế độlàm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau: - Khuếch đại công suất loại A: Tín hiệu được khuếch đại gần nhưtuyến tính, nghĩa là tín hiệu ngõ ra thay đổi tuyến tính trong toàn bộchu kỳ360ocủa tín hiệu ngõ vào (Transistor hoạt động cảhai bán kỳcủa tín hiệu ngõ vào).Chế độ A: Là chế độ khuếch đại cả hai bán kỳ (Dương và Âm của tín hiệu hìn sin) ngõ vào.Chế độ này có hiệu suất thấp (Với tải điện
  72. 71 trở dưới 25%)nhưng méo phi tuyến nhỏ nhất, nên được dùng trong các trường hợp đặc biệt. - Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ởgần vùng ngưng. Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳcủa tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ- dương hoặc âm - của tín hiệu ngõ vào). Chế độ AB:Có tính chất chuyển tiếp giữa A và B. Nó có dòng tĩnh nhỏ để tham gia vào việc giảm méo lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ - Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại VBE=0 (vùng ngưng). Chỉmột nữa chu kỳâm hoặc dương - của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại Chế độ B: Là chế độ khuếch đại một bán kỳ của tín hiệu hìn sin ngõ vào, đây là chế độ có hhiệu suất lớn (=78%), tuy méo xuyên giao lớn nhưng có thể khắc phục bằng cách kết hợp với chế độ AB và dùng hồi tiếp âm Khuếch đại công suất loại C: Transistor được phân cực trong vùng ngưng đểchỉmột phần nhỏhơn nữa chu kỳcủa tín hiệu ngõ vào được khuếch đại. Mạch này thường được dùng khuếch đại công suất ởtần sốcao với tải cộng hưởng và trong các ứng dụng đặc biệt. Chế độ C: Khuếch đại tín hiệu ra nhỏ hơn nửa tín hiệu sin, có hiệu suất khá cao (> 78%)nhưng méo rất lớn. Nó được dùng trong các mạch khuếch đại cao tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng đài mong muốn và để có hiệu suất cao. Chế độ D: Tranzito làm việc như một khoá điện tử đóng mở. Dưới tác dụng của tín hiệu vào điều khiển Tranzito thông bão hoà là khoá đóng, dòng điện chạy qua tranzito IC đạt giá trị cực đại, còn khoá mở khi Tranzito ngắt dòng qua Tranzito bằng không IC =0. Ngoài cách phân loại như trên thực tế phân tích mạch trong sửa chữa người ta có thể chia mạch khuếch đại công suất làm hai nhóm. Các mạch khuếch đại công suất được dùng một Tranzito gọi là khuếch đại đơn, Các mạch khuếch đại công suất dùng nhiều Tranzito gọi là khuếch đại kép.
  73. 72 H 4.1 Mô tả việc phân loại các mạch khuếch đại công suất 2. Khuếch đại công suất loại A Mục tiêu: + Mô tả và gải thích mạch khuếch đại công suất + Phân biệt được mạch khuếch đại công suất 2.1 Khảo sát đặc tính của mạch Mạch khuếch đại công suất lớp A dùng tải Rc
  74. 73 Hình 4.2: Mạch khuếch đại công suất loại A dùng tải điện trở Xem hình 4.2 là một tầng khuếch đại công suất, với các điện trở R1, R2 và Re sẽ được tính toán sao cho BJT hoạt động ở chế độ lớp A. Nghĩa là phân cực chọn điểm Q nằm gần giữa đường tải (Hình 4.1 ). Và để có tín hiệu xoay chiều khuếch đại tốt ở cực thu hạng A, ta có: VCE(Q) ≅ VCC /2. Công suất cung cấp: Pi (DC) = VCC . IC (Q) Công suất trên tải Rc của dòng xoay chiều: Lớp A tiêu hao tốn nhiều công suất, nhất là ở mức tín hiệu rất thấp. Một lý do làm cho khuếch đại lớp A mất công suất nhiều là do nguồn DC bị tiêu tán trên tải Phân tích mạch Mạch khếch đại công suất chế độ A dùng tải điện trở: Trong mạch khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi đối xứng xung quanh điểm làm việc tĩnh. Xét tầng khuếch đại đơn mắc EC và mạch này có hệ số khuếch đại lớn và méo nhỏ. Chỉ xét mạch ở nguồn cấp nối tiếp như sau
  75. 74 Trong đó: - Q: Tranzito khuếch đại công suất - Rc: Điện trở tải - Rb: Điện trở phân cực - C: Tụ lên lạc tí hiệu ngõ vào - Vi: Tín hiệu ngõ vào tầng khuếch đại công suất Trong đó: - Q: Tranzito khuếch đại công suất - Rc: Điện trở tải - Rb: Điện trở phân cực - C: Tụ lên lạc tí hiệu ngõ vào - Vi: Tín hiệu ngõ vào tầng khuếch đại công suất - Vo: Tín hiệu ngõ ra tầng khuếch đại công suất Chế độ tĩnh: Dòng phân cực một chiều được tính theo công thức Vcc và Rb: Vcc 0,7 Ib Rb Tương ứng với dòng cực C là: Ic .Ib Điện áp Vce: Vce Vcc Ic.Rc Từ giá trị Vcc ta vẽ được đường tải một chiều AB. Từ đó xác định được điểm làm việc Q tương ứng vói IBQ trên đặc tuyến ra. Hạ đường chiếu từ điểm Q đến hai trục toạ độ sẽ được ICQ và VCEQ Hình 4.16: Đặc tuyến làm việc của Tranzitor  Chế độ động:
  76. 75 Khi có một tín hiệu AC được đưa đến đầu vào của bộ khuếch đại, dòng điện và điện áp sẽ thay đổi theo đường tải một chiều. Một tín hiệu đầu vào nhỏ sẽ gây ra dòng điện cực B thay đổi xung quanh điểm làm việc tĩnh, dòng cực C và điện áp Vce cũng thay đổi xung quanh điểm làm việc này. Khi tín hiệu vào lớn biến thiên xa hơn so với điểm làm việc tĩnh đã được thiết lập từ trước. dòng điện Ic và điện áp Vce biến htiên và đạt đến giá trị giới hạn. Đối với dòng điện, giá trị giới hạn này thấp nhất Imin =0, và cao nhất Imass =Vc/Rc. Đối với điện áp Vce, giới hạn thấp nhất Vce =0v, và cao nhất Vce =Vcc.  Công suất cung cấp từ nguồn một chiều: P Vcc.Ic  Công suất ra: + Tính theo giá trị hiệu dụng: Po Vce.Ic 2 Po I c .Rc V 2 Po c Rc + Tính theo gá trị đỉnh: Vce.Ic I 2 Po c .Rc 2 2 V 2 Po ce 2.Rc + Tính theo giá trị đỉnh - đỉnh: Vce.Ic Po 8 I 2 Po c .Rc 8 V 2 Po ce 8Rc  Hiệu suất mạch: Hiệu suất của một mạch khuếch đại phụ thuộc tổng công suất xoay chiều trên tảI và tổng công suất cung cấp từ nguồn 1 chiều. Hiệu suất được tính theo công thức sau: Po  .100 % P Po:Công suất ra P:Công suất cung cấp từ nguồn một chiều 2.2 Mạch khuếch đại cônvg suất loại A dung biến áp
  77. 76 Hình 4.3 Mạch khuếch đại công suất chế độ A ghép biến áp: Đây là mạch khuếch đại công suất chế độ A với hiệu suất tối đa khoảng 50%, sử dụng biến áp để lấy tín hiệu ra đến tải Rt hình 4.3. Biến áp có thể tăng hay giảm điện áp và dòng điện theo tỉ lệ tính toán trước. Sự biến đổi điện áp theo biểu thức: V1 N2 V 2 N1 3. Khuếch đại công suất loại B Mục tiêu: + Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch + Phân biệt được các dạng mạch khuếch đại công suất loại B 3.1. Mạch khuếch đại đẩy kéo dùng biến áp: Hình 4.4 Ở chế độ B, tranzito sẽ điều khiển dòng điện ở mỗi nửa chu kỳ của tín hiệu. Để lấy được cả chu kỳ của tín hiệu của tín hiệu đầu ra, thì cần sử dụng 2 tranzito, mỗi tranzito được sử dụng ở mỗi nửa chu kỳ khác nhau của tín hiệu, sự hoạt động kết hợp sẽ cho ra chu kỳ đầy đủ của tín hiệu. Hình 4.4 Mạch khuếch đại đẩy kéo dùng biến áp R1, R2: Mạch phân cực
  78. 77 Q1, Q2: Tranzito khuếch đại công suất. T1: biến áp ghép tín hiệu ngõ vào T2: Biến áp ghép tín hiệu ngõ ra. Rt: Tải ngõ ra Ưu điểm của mạch là ở chế độ phân cực tĩnh không tiêu thụ nguồn cung cấp do 2 Tranzito không dẫn điện nên không tổn hao trên mạch. Mặt khác do không dẫn điện nên không sảy ra méo do bão hoà từ. Hiệu suất của mạch đạt khoảng 80%. Nhược điểm của mạch là méo xuyên giao lớn khi tín hiệu vào nhỏ, khi cả hai vế khuếch đại không được cân bằng. Nguyên lý hoạt động của mạch: Tín hiệu ngõ vào được ghép qua biến áp T1 để phân chia tín hiệu đưa và cực B của hai Tranzito .ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu ngõ vào Q1 được phân cực thuận nên dẫn điện, Q2 bị phân cực nghịch nên không dẫn. ở nửa chu kỳ âm của tín hiệu ngõ vào Q1 bị phân cực nghịch nên không dẫn, Q2 được phân cực thuận nên dẫn điện. Trong thời gian không dẫn điện trên Tranzito không có dòng điện nguồn chảy qua chỉ có dòng điện rỉ Iceo rất nhỏ chảy qua.ở biến áp T2 ghép tín hiệu ngõ ra dòng điện chạy qua 2 Tranzito được ghép trở lại từ hai nửa chu kỳ để ở ngõ ra cuộn thứ cấp đến Rt tín hiệu được phục nguyên dạng toàn kỳ ban đầu. Tại thời điểm chuyển tiếp làm việc của 2 Tranzito do đặc tính phi tuyến của linh kiện bán dẫn và đặc tính từ trễ của biến áp sẽ gây ra hiện tượng méo xuyên giao (méo điểm giao).Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể mắc các mạch bù đối xứng. 3.2 Các dạng mạch khuếch đại công suất loại B 3.2.1 Mạch đẩy kéo ghép trực tiếp: Mạch khuếch đại công suất ghép trực tiếp mục đích là để bù méo tạo tín hiệu đối xứng chống méo xuyên giao, đựơc sử dụng chủ yếu là cặp Tranzito hổ bổ đối xứng (là 2 tranzito có các thông số kỹ thuật hoàn toàn giống nhau nhưng khác loại PNP và NPN, đồng thời cùng chất cấu tạo) hình 4.19. Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch: C: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ vào Rt: Điện trở tảI của tầng khuếch đại công suất Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại công suất hổ bổ đối xứng Mạch có đặc điểm là nguồn cung cấp cho mạch phải là 2 nguồn đối xứng, khi không đảm bảo yếu tố này dạng tín hiệu ra dễ bị méo nên thông thường nguồn cung cấp cho mạch thường được lấy từ các nguồn ổn áp.
  79. 78 Hoạt động của mạch: Mạch được phân cực với thiên áp tự động. ở bán kỳ dương của tín hiệu Q1 dẫn dòng điện nguồn dương qua tải Rt, Q2 tắt không cho dòng điện nguồn qua tải. ở bán kỳ âm của tín hiệu Q2 dẫn dòng nguồn âm qua tảI Rt, Q1 tắt. Mạch này có ưu điểm đơn giản, chống méo hài, hiệu suất lớn và điện áp phân cực ngõ ra 0v nên có thể ghép tín hiệu ra tải trực tiếp. Nhưng dễ bị méo xuyên giao và cần nguồn đối xứng làm cho mạch điện cồng kềnh, phức tạp đồng thời dễ làm hư hỏng tải khi Tranzito bị đánh thủng.Để khắc phục nhược điểm này thông thường người ta dùng mạch ghép ra dùng tụ. Hình 4.5: Mạch đẩy kéo ghép trực tiếp 3.2.2 Mạch đẩy kéo ghép dùng tụ:Hình 4.6 Hình 4.6 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép tụ
  80. 79 Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch: Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại công suất Q3: Đảo pha tín hiệu R1, R2: Phân cực cho Q1, Q2 đồng thời là tải của Q3 R3, VR: Lấy một phần điện áp một chiều ngõ ra quay về kết hợp với R4 làm điện áp phân cực cho Q3 làm hồi tiếp âm điện áp ổn định điểm làm việc cho mạch. C1: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ vào. C2: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ ra đến tải. Mạch này có đặc điểm là có độ ổn định làm việc tương đối tốt, điện áp phân cực ngõ ra V0 = VCC/2 khi mạch làm việc tốt. Nhưng có nhược điểm dễ bị méo xuyên giao nếu chọn chế độ phân cực cho 2 tranzito Q1, Q2 không phù hợp hoặc tín hiệu ngõ vào có biên độ không phù hợp với thiết kế của mạch và một phần tín hiệu ngõ ra quay trở về theo đường hồi tiếp âm làm giảm hiệu suất của mạch để khắc phục nhược điểm này người ta có thể dùng mạch có dạng ở hình 4.7: Hình 4.7: Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép tụ cải tiến Trong đó C3: Lọc bỏ thành phần xoay chiều của tín hiệu D1, D2:Cắt rào điện áp phân cực cho Q1 và Q2, Trên thực tế mạch có thể dùng từ 1 đến 4 điôt cùng loại để cắt rào điện thế.Ngoài ra với sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện hiện nay các mạch công suất thường được thiết kế sẵn dưới dạng mạch tổ hợp (IC) rất tiện lợi cho việc thiết kế mạch và thay thế trong sửa chữa. 4. Mạch khuếch đại công suất dung Mosfet Mục tiêu + Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch + Biết được đặc tính kỹ thuật của mạch khuếch đại 4.1 Mạch điện
  81. 80 H 4.8: Mạch khuếch đại công suất dung Mosfet 4.2 Đặc tính kỹ thuật Phần này giới thiệu một mạch dùng MOSFET công suất với tầng đầu là một mạch khuếch đại vi sai. Cách tính phân cực, về nguyên tắc cũng giống như phần trên. Ta chú ý một số điểm đặc biệt: - Q1 và Q2 là mạch khuếch đại vi sai. R2 để tạo điện thế phân cực cho cực nền của Q1.R1, C1 dùng để giới hạn tần số cao cho mạch (chống nhiễu ở tần số cao). - Biến trở R5 tạo cân bằng cho mạch khuếch đại visai. - R13, R14, C3 là mạch hồi tiếp âm, quyết định độ lợi điện thế của toàn mạch. - R15, C2 mạch lọc hạ thông có tác dụng giảm sóng dư trên nguồn cấp điện của tầng khuếch đại vi sai. - Q4 dùng như một tầng đảo pha ráp theo mạch khuếch đại hạng A. - Q3 hoạt động như một mạch ổn áp để ổn định điện thế phân cực ở giữa hai cực cổng của cặp công suẩt. - D1 dùng để giới hạn biên độ vào cực cổng Q5. R16 và D1 tác dụng như một mạch bảo vệ. - R17 và C8 tạo thành tải giả xoay chiều khi chưa mắc tải. 5. Lắp mạch khuếch đại tổng hợp Bài 1: Lắp mạch khuếch đại dùng MOSFET (Mạch A6-2)
  82. 81 a. Mạch nguồn chung Nối dây: ♦ Cấp nguồn +12V cho mạch A6-2 ♦ Ngắn mạch mA –kế. Các bược thực hiện Bước 1: Ghi giá trị dòng ban đầu qua T1 VR3 ; I D Bước 2: Dùng thêm tín hiệu từ máy phát tín hiệu Function Generator, và chỉnh máy phát tín hiệu để có: Sóng : Sin , Tần số : 1Khz, VIN(p-p) = 100mV - Nối ngõ ra OUT của máy phát đến ngõ vào IN của mạch. - Dùng dao động ký để quan sát tín hiệu điện áp ngõ vào và ngõ ra. Đo các giá trị VOUT, ΔΦ, tính Av. Ghi kết qủa vào bảng A6-4 Quan sát trên dao động ký và vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ dạng tín hiệu điện áp ngõ vào (VIN) và tín hiệu điện áp ngõ ra (VOUT)
  83. 82 Dựa vào trạng thái hoạt động của MOSFET nối kiểu Source chung ở bảng A6-4, nêu nhận xét về các đặc trưng của mạch khuếch đại (về hệ số khuếch đại áp Av, độ lệch pha ΔΦ) Bài 2: Mạch đóng mở dùng MOSFET Sơ đồ nối dây : ♦ Cấp nguồn +12V cho mạch A6-3 Các bước thực hiện Bước 1: Lần lượt ngắn mạch các J theo yêu cầu trong bảng A 6-5, để khảo sát mạch đóng mở dùng BJT (T1) và FET (T2), xác định trạng thái các LED và dòng IB trong mỗi trường hợp.
  84. 83 Trên cơ sở đó so sánh vai trò đóng mở của BJT và MOSFET. Bài 3.Lắp mạch khuếch đại công suất ) OCL Cấp nguồn ± 12V cho mạch Các bước thí nghiệm: Bước 1: Chỉnh biến trở P1 sao cho Vout ≈ 0V (DC) Bước 2: Chỉnh P3 sao cho VAB =1,4V - Đo VAC = . và VBC = = . So sánh, nhận xét? - Đo VBE (Q6) = . , VBE (Q8) = . Cho biết trạng thái hoạt động của Q6 và Q8? Bước 3: Chỉnh P3 max (VAB ~2,6V). Tương tự bước 2 đo: - Đo VAC = . và VBC = = . So sánh, nhận xét? - Đo VBE (Q6) = . , VBE (Q8) = . Cho biết trạng thái hoạt động của Q6 và Q8?
  85. 84 Bước 4: Dùng tín hiệu AC từ máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATION để đưa đến ngõ vào IN của mạch và chỉnh máy phát để có : Sóng Sin, f = 1Khz., VIN (pp) = 30mV. Bước 5: Chỉnh P3 từ min đến max để quan sát dạng sóng ra. Nhận xét ? Chỉnh P3 để dạng sóng ra đẹp nhất. Đo các giá trị VIN, VOUT, tính Av. Đo độ lệch pha ΔΦ giữa tín hiệu ngõ vào VIN và tín hiệu ngõ ra VOUT ghi kết qủa vào bảng Bước 7: Quan sát trên dao động ký và vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ dạng tín hiệu điện áp ngõ vào (VIN) và tín hiệu điện áp ngõ ra (VOUT) Bước 8: Chỉnh biến trở P1, quan sát sự thay đổi của biên độ tín hiệu ra, giải thích? Bước 9: Chỉnh biến trở P2, quan sát sự thay đổi của biên độ tín hiệu ra, giải thích?
  86. 85 Bước 10: Dùng dao động ký đo và vẽ tín hiệu điện áp tại cực E của 2 transistor T6 , T7 trên cùng đồ thị. Nhận xét quan hệ về pha giữa chúng. Bước 11: Dùng lý thuyết đã học xác định hệ số khuếch đại áp (Av) toàn mạch. Nhận xét gì về Av thí nghiệm với Lý thuyết? Bước 12: Cho biết chức năng của các Transistor T3 trong mạch? Bước 13; Đưa tín hiệu ra loa, ngắn mạch J4, cho biết vai trò của C4 và R12 ? Bài tập nâng cao Bài 1: Lắp mạch khuếch đại công suất lớp A Sơ đồ nối dây Cấp nguồn +12V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch
  87. 86 Các bước thí nghiệm Bước 1: Chỉnh biến trở P1 sao cho VCE = VCC/2 = 6V; xác định công suất cung cấp Bước 2: Cấp tín hiệu từ máy phát tín hiệu (function generator) để đưa đến ngõ vào IN của mạch và chỉnh máy phát để có : Sóng : Sin, f = 1Khz., VIN (pp) = 30mV - Xác định hệ số khuếch đại áp và suất trên tải Rc của dòng xoay chiều: Tính hiệu suất của mạch khuếch Bước 3: Thay đổi điểm tĩnh làm việc Chỉnh biến trở P1 sao cho VCE = 3V; tăng dần biên độ đỉnh – đỉnh của tín hiệu vào đến khi tín hiệu ra bắt đầu biến dạng. Có nhận xét gì về tính hiệu ra, giải thích? Chỉnh biến trở P1 sao cho VCE = 9V; tăng dần biên độ đỉnh – đỉnh của tín hiệu vào đến khi tín hiệu ra bắt đầu biến dạng. Có nhận xét gì về tính hiệu ra, giải thích?
  88. 87 Bài 2: Lắp mạch khuếch đại dung Mosfet. a. MẠCH SOURCE CHUNG (CS) Sơ đồ nối dây : (Hình 6-2) ♦ Cấp nguồn +12V cho mạch A6-2 ♦ Ngắn mạch mA –kế. Các bước thí nghiệm Bước 1. Ghi giá trị dòng ban đầu qua T1: VR3 = ., ID = Bước 2. Dùng thêm tín hiệu từ máy phát tín hiệu Function Generator, và chỉnh máy phát tín hiệu để có: Sóng :Sin , Tần số : 1Khz, VIN(p-p) = 100mV - Nối ngõ ra OUT của máy phát đến ngõ vào IN của mạch. - Dùng dao động ký để quan sát tín hiệu điện áp ngõ vào và ngõ ra. Đo các giá trị VOUT, ΔΦ, tính Av. Ghi kết qủa vào bảng A6-4 Quan sát trên dao động ký và vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ dạng tín hiệu điện áp ngõ vào (VIN) và tín hiệu điện áp ngõ ra (VOUT) b. Mạch đóng mở dùng Mosfet Sơ đồ nối dây :(Hình 6-3) ♦ Cấp nguồn +12V cho mạch A6
  89. 88 Các bước thí nghiệm : - Lần lượt ngắn mạch các J theo yêu cầu trong bảng A 6-5, để khảo sát mạch đóng mở dùng BJT (T1) và FET (T2), xác định trạng thái các LED và dòng IB trong mỗi trường hợp. Trên cơ sở đó so sánh vai trò đóng mở của BJT và MOSFET. 6. Sửa chữa mạch khuếch đại tổng hợp Mục tiêu + Sửa chữa được mạch công suất đơn giản + Gải thích nguyên lý hoạt động của mạch 6.1 Mạch khuếch đại công suất dùng IC TDA2003: Hiện nay, để thiết kế mạch khuếch đại công suất suất nhỏ (vài WATT đến vài chục WATT) người ta thường sử dụng linh kiện tích hợp (IC).Mạch khuếch đại công suất dùng IC có hiệu suất làm việc cao, mạch đơn giản và dễ thiết kế. Một số thông số kỹ thuật của TDA2003: - Dải tần làm việc: 40Hz – 15Khz - Điện áp cung cấp 8 – 18VDC - Điện trở tải (loa) 4 (công suất ra sẽ thay đổi nếu điện trở tải thay đổi) - Công suất ra tại 1Khz: ~6W tại mức điện áp cung cấp 14,4V
  90. 89 - Hiệu suất 69% Hình dạng và sơ đồ chân IC: Mạch tiêu biểu: Hình 4.9: Mạch khuếch đại công suất dùng IC TDA2003 Trong đó: Rx và Cx được xác định: Kiểm tra. Bài tập thực hành cho học viên Phần 1: hoạt động tại xưởng Nội dung: - Thực hành lắp ráp các mạch khuếch đaị dùng Tranzito . - Nghiên cứu, hiệu chỉnh, sửa chữa các mạch khuếch đại dùng Tranzito Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. Giáo viện hướng dẫn ban đầu học sinh thực hiện các nội dung dưới sự theo dõi, chỉ dẫn của giáo viên.
  91. 90 Dụng cụ, thiết bị, vật liệu dùng cho thí nghiệm: Dụng cụ, thiết bị (những thứ không tiêu hao trong quá trình thực hành): - Sơ đồ các mạch điện thực tế - Máy đo VOM hiển thị số hoặc hiển thị kim - Máy hiện sóng hai tia 40 MHz - Máy tính và phần mềm thiết kế mạch - Bộ nguồn cho thí nghiệm - Mỏ hàn Vật liệu (những thứ tiêu hao trong quá trình thực hành): - Các linh kiện thụ động rời - Các tranzito dùng để lắp mạch theo yêu cầu thực hành - Mạch in - Nhựa thông - Chì hàn Các bài thực hành Bài thực hành 1: Thực hành lắp ráp mạch cực E chung (E-C) - Lắp ráp mạch: . Mạch khuếch đại mắc theo kiểu E-C: Theo sơ đồ mạch điện +V +V Nguån cung cÊp Nguån cung cÊp Rc Rc Rb1 Rb1 Vo: Ngâ ra Vi: Ngâ vµo Vo: Ngâ ra Re Vi: Ngâ vµo Re Rb2 Rc = 1KΩ Rc = 1KΩ Re = 100Ω Re = 100Ω Rb1 = 22KΩ Rb1 = 220KΩ Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 - 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: Điện 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v áp Vc
  92. 91 Vb - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồ ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp. Bài thực hành 2: Thực hành lắp ráp mạch cực B chung (B-C) - Mạch mắc theo kiểu B-C: Theo sơ đồ mạch điện +V Nguån cung cÊp Rc Rb1 Vo: Ngâ ra Vi: Ngâ vµo Rb2 Re Rc = 1KΩ Rb1 = 22KΩ Re = 100Ω Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: Điện 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v áp Vc Vb - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồ ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp.
  93. 92 Bài thực hành 3: Thực hành lắp ráp mạch cực C chung (C-C) - Mắc mach theo kểu C-C: Theo sơ đồ mạch điện Re = 1KΩ Rb1 = 22KΩ Rc = 100Ω Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh được từ 3 – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu và cho nhận xét về mối tương quan giữa các yếu tố: Điện 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v áp Vc Vb - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp. Quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra khi tăng nguồn và cho nhận xét. - Lần lượt giữ nguồn ở 3 mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng và cho nhận xét. - Thực hiện tính hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp trong các trường hợp Bài thực hành 4: Thực hành lắp ráp mạch Cascode - Lắp ráp mạch:
  94. 93 +Vcc R1 R4 + C4 C1 + Q1 R2 Vo C2 Vo + Q2 + C3 Vi R3 R5 R1 = 22KΩ, R2 = 10KΩ, R3 = 1,8 KΩ, C1 = .047/ 50v; C2 = C3 = C4 = 10àF/ 50v - Khảo sát mạch điện: Cấp nguồn cho mạch điện 12vdc. Đo điện áp phân cực ở các chân B, C, E của các tranzito để ghi lại số liệu ở trạng thái phân cực tĩnh. Cho tín hiệu ngõ vào dạng sin có biên độ 2vpp quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra và cho nhận xét. Dùng VOM đo lại chế độ phân cực để có nhận xét về dạng mạch khi chưa có tín hiệu vào và khi có tín hiệu vào. Cho tín hiệu ngõ vào có dạng xung vuông 2vpp tần số 1KHz thực hiện lại công việc và cho nhận xét. - Xác định hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp của mạch điện. - Thay đổi các giá trị R1, R2, R3, và R4 cho nhận xét về hệ số khuếch đại tín hiệu. Bài thực hành 5: Thực hành lắp ráp mạch Darlington  Mạch khuếch đại Darlington
  95. 94 - Nguồn Vcc = 12v - Re = 2k2 - Rb = 120k - Q1,Q2 Dùng C1815 +Thực hiện lắp ráp mạch theo sơ đồ + Dùng đồng hồ VOM đo điện áp ở cá c chân Tranzito và ghi lại số liệu. + Cho tín hiệu dạng sin 3v AC vào cực B qua điện trở hạn dòng 10k. Quan sát và vẽ dạng sóng ngõ vào và ngõ ra. Giải thích hiện tượng. + Tính hệ số khuếch đại dòng và áp của mạch điện. Cho nhận xét. Bài thực hành 6: Thực hành lắp ráp mạch khuếch đại vi sai  Láp ráp mạch khuếch đại vi sai: + Nguồn Vcc = 12v + Q1, Q2: C1815 + Rc1=Rc2 = 10KΩ + Re = 1KΩ + Rb1= RB2 = 220KΩ - Thực hiện lắp ráp trên panen chân cắm - Đo diện áp phân cực trên các chân B và C của tranzito Q1vàQ2 cho nhận xét và giải thích kết qủa đo. - Cho tín hiệu dạng sin ngõ vào B1 và B2 3Vac /50Hz qua hai điện trở hạn dòng 10KΩ. Quan sát dạng sóng ngõ ra trên C1 và C2. Giải thích hiện tượng. - Cho tín hiệu ngõ vào ở 01 Cực B và quan sát dạng sóng ngõ ra. Cho nhận xét trong hai trường hợp.
  96. 95 Bài thực hành 7: Thực hành lắp ráp mạchkhuếch đại công suất chế độ A * Lắp ráp mạch khuếch đại công suát đơn: (chế độ A) Mạch khuếch đại dùng điện trở như sơ đồ dưới đây: + Nguồn Vcc = 12V + Rc = 2KΩ + C = 0.1uf / 50v + Rb = 220KΩ + Q = D401 Đo diện áp phân cực C của tranzito và hiệu chỉnh lại điện trở Rb sao cho điện áp phân cực C = 1/2 Vcc (=6v) Cho tín hiệu ngõ vào dạng sin Vi = 1v/ 50Hz. Dùng máy hiện sóng đo biên độ ngõ vào và đo biên độ ngõ ra: + Tính hệ số kuếch đại của mạch điện (hệ số khuếch đại điện áp) + Quan sát dạng sóng tín hiệu ngõ vào và ngõ ra cho nhận xét. + Gắn tải ngõ ra cực C 100Ω qua tu liên lạc 1ỡf quan sát dạng sóng và nhận xét Khi tải giảm dần. Mắc mạch khuếch đại công suất theo chế độ A tải ghép biến áp
  97. 96 Trong sơ đồ mạch điện Điện trở Rc được thay bằng biến áp T có N1=100Ω, N2= 8Ω Cho tín hiệu dạng sin 1vac. + Tính hệ số khuếch đại dòng, áp của mạch + Quan sát dạng sóng ngõ vào và ra + Nhận xét tín hiệu ngõ ra trong trươnghf hợp dùng biến áp và không dùng biến áp Bài thực hành 8: Thực hành lắp ráp mạch công suất chế độ B - C * Lắp ráp mạch khuếch đại đẩy kéo ghép ra dùng tụ: Mắc mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép tụ theo sơ đồ dưới đây: + Nguồn Vcc = 12v + Q1,Q2 : cặp Tranzitor hổ bổ đối xứng D468, B562 hoặc tương đương + Q3: C945 hoặc C1815 + R4: 2k2 + R1: 4k7 + R2: 470 Ω + R3100k Ω + Rt: Loa 8 Ω hoặc điện trở R = 10 Ω + VR: 100k Ω + C1: 10mf + C2: 470mf - Điều chỉnh VR sao cho điện áp ngõ ra = Vcc/2. - Đo và ghi nhận điện áp trên các chân của tranzito Q1, Q2, Q3. - Cho tín hiệu ngõ vào có dạng sin 1Khz. Quan sát và vẽ dạng tín hiệu ngõ ra trên các chân. + B và C của Q3: + E của Q1 và Q2: - Chế độ hoạt động của Q1, Q2 .
  98. 97 - Chế độ hoạt động của Q3 - Giải thích nguyên lí hoạt động của toàn mạch Yêu cầu đánh giá kết quả học tập - Lắp đúng mạch theo yêu cầu - Giáo viên nhận xét và đánh giá quá trình thực hành của học viên tại xưởng -
  99. 98 BÀI 5 MẠCH DAO ĐỘNG Mã bài: MĐ 17-5 Giới thiệu - Ngoài công dụng chính là khuếch đại Tranzito còn có các công dụng khác là tạo ra các nguồn tín hiệu, biến đổi các tín hiệu điều khiển, biến đổi nguồn trong mạch điện như tạo các xung điều khiển, xén tín hiệu, ghim mức tín hiệu, ổn định nguồn điện cung cấp nhất là trong các mạch điện tử đơn giản. - Với sự tiến bộ của lĩnh vực vật lý chất rắn, tranzito BJT ngày càng hoạt động được ở tần số cao có tính ổn định. - Các mạch dùng tranzito BJT chịu va chạm cơ học, do đó được sử dụng rất thuận tiện trong các dây chuyền công nghiệp có rung động cơ học lớn. - Tranzito BJT ngày càng có tuổi thọ cao nên càng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử thay thế cho các đèn điện tử chân không. - Với các ưu điểm trên, mạch ứng dụng dùng tranzito BJT được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền công nghiệp và trong đời sống xã hội. - Nghiên cứu các mạch ứng dụng dùng Tranzito là nhiệm vụ quan trọng của người thợ sửa chữa điện tử trong kiểm tra, thay thế các linh kiện và mạch điện tử trong thực tế. Mục tiêu thực hiện Học xong bài học này, học viên có năng lực: Gọi tên các mạch ứng dụng dùng tranzito chính xác trên sơ đồ mạch điện và thực tế. Lắp ráp các mạch ứng dụng dùng tranzito đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật. Kiểm tra, sửa chữa các mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật. Thiết kế các mạch ứng dụng dùng tranzito đơn giản theo yêu cầu kĩ thuật. 1 Khái niệm 1.1 Khái niệm về mạch dao động Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch căn bản của ngành điện tử. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu. 1.2 Các thông số kỹ thuật, phân loại Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư
  100. 99 giãn - relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông (sawtooth, triangular, square). 2. Dao động dịch pha Mục tiêu + Biết được mạch dao động dich pha cơ bản + Hiểu được nguyên lý hoạt động + lắp được mạch dao động dịch pha 2.1 Mạch điện cơ bản H 4.10 Mạch dao động dịch pha 2.2 Nguyên lý mạch dao động dịch pha và ứng dụng Điểm chính là mạch được mắc theo kiểu E chung. Sự hồi tiếp từ cực C đến cực B qua các linh kiện C 1, C2, C3, R1, R2,R3 nối tiếp với đầu vào. Điện trở R3 có tác dụng biến đổi tần số của mạch dao động. Đối với mỗi mạch dich 0 pha RC để tạo ra sự dịch pha 60 thì C1=C2=C3 Và R1=R2=R3. Tần số của mạch dao động fođược tính: 1 fo= 2 2 .C1. 6R1 .4R1.Rc Hoạt động của mạch như sau: Khi được cấp nguồn Qua cầu chia thế Rb1 và Rb2 Q dẫn điện, điện áp trên cực C của Tranzito Q giảm được đưa trở 0 về qua mạch hồi tiếp C1,C2, C3 và R1, R2, R3 và được di pha một góc 180 nên có biên độ tăng cùng chiều với ngõ vào (Hồi tiếp dương). Tranzito tiếp tục dẫn mạnh đến khi dẫn bão hoà thì các tụ xả điện làm cho điện áp tại cực B Tranzito giảm thấp, tranzito chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến khi xả hết điện, điện áp tại cực B tăng lên hình thành chu kỳ dẫn điện mới. Hình thành xung tín hiệu ở ngõ ra. Điểm quan trọng cần ghi nhớ là đường vòng hồi tiếp phải thoả mãn điều kiện là pha của tín hiệu ngõ ra qua mạch di pha phải lệch
  101. 100 một góc 1800, nếu không thoả mãn điều kiện này thì mạch không thể dao động được, hoặc dạng tín hiệu ngõ ra sẽ bị biến dạng không đối xứng. Mạch thường được dùng để tạo xung có tần số điều chỉnh như mạch dao động dọc trong kỹ thuật truyền hình, do mạch làm việc kém ổn định khi nguồn cung cấp không ổn định hoặc độ ẩm môi trường thay đổi nên ít được sử dụng trong điện tử công nghiệp và các thiết bị cần độ ổn định cao về tần số 2.3 Lắp mạch dao động dịch pha 2.3.1 Mạch dao động dịch dùng BJT
  102. 101 2.3.2 Lắp mạch dao động dịch pha dùng IC 3. Mạch dao động hình sin: Mục tiêu + Biết được nguyên lý hoạt động của mạch + Lắp được mạch dao động sóng sin 3.1 Nguyên tắc Dao động hình sin có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, chúng cung cấp nguồn tín hiệu cho các mạch điện tử trong quá trình làm việc. Có nhiều kiểu dao động hình sin khác nhau nhưng tất cả đều phải chứa hai thành phần cơ bản sau: - Bộ xác định tần số: Nó có thể là một mạch cộng hưởng L-C hay một mạch R-C. Mạch cộng hưởng là sự kết hợp giữa điện cảm và tụ điện, tần số của mạch dao động chính là tần số của cộng hưởng riêng của mạch L-C. Mạch R-C không cộng hưởng tự nhiên nhưng sự dịch pha của mạch này được sử dụng để xác định tần số của mạch dao động.
  103. 102 - Bộ duy trì: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng bổ xung đến bộ cộng hưởng để duy trì dao động. Bộ phận này bản thân nó phải có một nguồn cung cấp Vdc, thường là linh kiện tích cực như tranzito nó dẫn các xung điện đều đặn đến các mạch cộng hưởng để bổ xung năng lượng, phải đảm bảo độ dịch pha và độ lợi vừa đủ để bù cho sự suy giảm năng lượng trong mạch. 3.2 Mạch dao động 3.2.1 . Mạch dao động ba điểm điện cảm(Hartley): (hình 4.11) Hình 4.11 : Mạch dao động hình sin ba điểm điện cảm Trên sơ đồ mạch được mắc theo kiểu E-C, với cuộn dây có điểm giữa, cuộn dây và tụ C1 tạo thành một khung cộng hưởng quyết định tần số dao động của mạch. tụ C2 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu về cực B của tranzito để duy trì dao động. Mạch được phân cực bởi điện trở Rb. Tín hiệu hồi tiếp được lấy trên nhánh của cuộn cảm nên được gọi là mạch dao động ba điểm điện cảm (hertlay) 3.2.2 Mạch dao động ba điểm điện dung (Colpitts): (Hình 4.12) Hình 4.12: Mạch dao động ba điểm điện dung
  104. 103 Trên sơ đồ mạch được mắc theo kiểu E-C với cuộn dây không có điểm giữa, khung cộng hưởng gồm cuộn dây mắc song song với hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp nhau, tụ C3 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu về cực B của tranzito Q để duy trì dao động, mạch được phân cực bởi cầu chia thế Rb1 và Rb2. Tín hiệu ngõ ra được lấy trên cuộn thứ cấp của biến áp dao động. trong thực tế để điều chỉnh tần số dao động của mạch người ta có thể điều chỉnh phạm vi hẹp bằng cách thay đổi điện áp phân cực B của Tranzito và điều chỉnh phạm vi lớn bằng cách thay đổi hệ số tự cảm của cuộn dây bằng lõi chỉnh đặt trong cuộn dây thay cho lõi cố định. 3.3 Lắp mạch dao động sóng sin 3.3.1 Mục đích và yêu cầu: Nghiên cứu những kiến thức cơ bản về mạch dao động, tìm hiểu một số mạch tạo tín hiệu cơ bản Mạch tạo dao động hình sin dùng mạch dịch pha RC Mạch tạo doa động hình sin dùng mạch cộng hưởng LC Mạch tạo dao động đa hài dùng transistor 3.3.2 Các vật tư thiết bị chuẩn bị thực hành
  105. 104 3.3.3 Các bước thực hiện Hủy mạch phản hồi, điều chỉnh chế độ một chiều của tầng khuếch đại ,vặn biến trở VR sao cho VCE = ( ½) VCC. Nối mạch phản hồi cho mạch dao động , quan sát dạng tín hiệu trên máy hiện sóng , đo tần số bằng máy hiện sóng , so sánh tần số tính được bằng lý thuyết 4. Mạch dao động thạch anh Mục tiêu + Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch dao động thạch anh + Lắp được mạch dao động thạch anh 4.1 Mạch dao động thạch anh Hình 4.13 Mạch dao động dùng thạch anh 4.2 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Những tinh thể thạch anh đầu tiên được sử dụng bởi chúng có tính chất “áp điện”, có nghĩa là chúng chuyển các dao động cơ khí thành điện áp và ngược lại, chuyển các xung điện áp thành các dao động cơ khí. Tính chất áp điện này được Jacques Curie phát hiện năm 1880 và từ đó chúng được sử dụng vào trong các mạch điện tử do tích chất hữu ích này. Một đặc tính quan trọng của tinh thể thạch anh là nếu tác động bằng các dạng cơ học đến chúng (âm thanh, sóng nước ) vào tinh thể thạch anh thì chúng sẽ tạo ra một điện áp dao động có tần số tương đương với mức độ tác động vào chúng, do đó chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Chẳng hạn kiểm soát những sự rung động trong các động cơ xe hơi để kiểm soát sự hoạt động của chúng.
  106. 105 Lần đầu tiên Walter G. Cady ứng dụng thạch anh vào một bộ kiểm soát dao động điện tử vào năm 1921. Ông công bố kết quả vào năm 1922 và đến năm 1927 thì Warren A. Marrison đã ứng dụng tinh thể thạch anh vào điều khiển sự hoạt động của các đồng hồ. Ngày nay, mọi máy tính dù hiện đại nhất cũng vẫn sử dụng các bộ dao động tinh thể để kiểm soát các bus, xung nhịp xử lý.  Nguyên lý hoạt động cơ bản Thạch anh còn được gọi là gốm áp điện, chúng có tần số cộng hưởng tự nhiên phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của phần tử gốm dùng làm linh kiện nên chúng có hệ số phẩm chất rất cao, độ rộng băng tần hẹp, nhờ vậy độ chính xác của mạch rất cao. Dao động thạch anh được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử có độ chính xác cao về mặt tần số như tạo nguồn sóng mang của các thiết bị phát, xung đồng hồ trong các hệ thống vi xử lí Hình 5.2 Mạch dao động dùng thạch anh Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch như sau: Q: tranzito dao động Rc: Điện trở tải lấy tín hiệu ngõ ra Re: Điện trở ổn định nhiệt và lấy tín hiệu hồi tiếp C1, C2: Cầu chia thế dùng tụ để lấy tín hiệu hồi tiếp về cực B Rb: Điện trở phân cực B cho tranzito Q X: thạch anh dao động +V: Nguồn cung cấp cho mạch
  107. 106 Hoạt động của mạch như sau: Khi được cấp nguồn điện áp phân cực B cho tranzito Q đồng thời nạp điện cho thạch anh và hai tụ C1 và C2 Làm cho điện áp tại cực B giảm thấp, đến khi mạch nạp đầy điện áp tại cực B tăng cao qua vòng hồi tiếp dương C1, C2 điện áp tại cực B tiếp tục tăng đến khi Tranzito dẫn điện báo hoà mạch bắt đầu xả điện qua tiếp giáp BE của tranzito làm cho điện áp tại cực B của tranzito giảm đến khi mạch xả hết điện bắt đầu lại một chu kỳ mới của tín hiệu. Tần số của mạch được xác định bởi tần số của thạch anh, dạng tín hiệu ngõ ra có dạng hình sin do đó để tạo ra các tín hiệu có dạng xung số cho các mạch điều khiển các tín hiệu xung được đưa đến các mạch dao động đa hài lưỡng ổn (FF) để sửa dạng tín hiệu. X1 : là thạch anh tạo dao động , tần số dao động được ghi trên thân của thach anh, khi thạch anh được cấp điện thì nó tự dao động ra sóng hình sin. Thạch anh thường có tần số dao động từ vài trăm KHz đến vài chục MHz. Transistor Q1 khuyếch đại tín hiệu dao động từ thạch anh và cuối cùng tín hiệu được lấy ra ở chân C. R1 vừa là điện trở cấp nguồn cho thạch anh vừa định thiên cho transistor Q1 R2 là trở ghánh tạo ra sụt áp để lấy ra tín hiệu 4.3 Lắp mạch dao động thạch anh
  108. 107 Nguồn Vcc = 5V, Q1 sử dụng loại C945 -Cắt đường nối thạch anh ra khỏi mạch: sử dụng VOM đo phân cực Q1. - Nối thạch anh vào mạch: sử dụng dao động ký đo vẽ dạng sóng Vo. -Gọi tên mạch. Tính tần số dao động theo thực tế và theo lý thuyết. Bài tập thực hành cho học viên Bài 2 : Các mạch dao động điều hoà dùng thạch anh a. Mục tiêu của bài: Học xong bài này người học sẽ có khả năng: - Vẽ được sơ đồ nguyên lý, nêu tác dụng linh kiện và giải thích được nguyên lý làm việc của mạch . - Lắp ráp và cân chỉnh được mạch điện đảm đúng quy trình. b. Nội dung của bài: Bộ tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp a. Mạch điện. b. Tác dụng của các linh kiện. L1, C1: Khung cộng hưởng L2 : hồi tiếp R1,R2: Định thiên phân áp cho Q R3 : Ổn định nhiệt C2, CF: Hồi tiếp dương C3: Tụ lọc nguồn . c. Nguyên lý làm việc.
  109. 108 Khi được cấp nguồn mạch dao động với tần số cộng hưởng riêng của khung C1, L1 . Trong khung cộng hưởng có dao động, với tần số cộng hưởng đúng bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh, trở kháng của thạch anh nhỏ, thành phần hồi tiếp dương về cực B lớn. Như vậy mạch tạo được dao động, tần số dao động của mạch chính là tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh. d. Tần số dao động của mạch. Tần số dao động của mạch chính là tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh, tần số này làm việc theo sự ổn định của thạch anh. Fdđ = Fq Bài 3: Lắp ráp và cân chỉnh mạch dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp a. Sơ đồ mạch b. Chuẩn bị vật liệu linh kiện Số Stt Tên linh kiện lượng 1 Q = C1815 1 2 C2 = 102(1nF)/104nF 1 3 C1 = 102(1nF) 1 4 C3 = 10 F/16V 1 5 R1 = R2 = 10k 2 6 R3 = 1k 1 7 CF = 455KHz 1 8 MBA âm tần 151/220 1
  110. 109  Chuẩn bị vật liệu, linh kiện: - Vật liệu: Thiếc, nhựa thông, cáp điện thoại, mạch in. - Linh kiện: Chọn thông số các linh kiện theo sơ đồ mạch đã cho. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị: Dụng cụ Thiết bị Mỏ hàn, Etô Đồng hồ vạn năng Panh kẹp Máy hiện sóng 60MHz Kìm cắt, kìm uốn Bộ nguồn chân đế đa năng Dao con, kéo c. Quy trình lắp ráp và cân chỉnh.(Giáo viên làm mẫu theo trình tự, phân tích cho học sinh hiểu) Stt Các Dụng cụ, buớc thiết bị Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật công việc 1 Đồng hồ - Kiểm tra chất lượng và - Xác định được chất Kiểm vạn năng xác định cực tính linh lượng linh kiện tra Bo mạch kiện - Ngay ngắn sáng Linh Pank kẹp - Vệ sinh linh kiện. bóng kiện - Đo sự liên kết của mạch Kìm, kéo - Đảm bảo thuận lợi in cho thao tác cân Dao con - Xác định vị trí đặt linh chỉnh mạch. kiện, điểm đo, cấp nguồn. - Chân linh kiện không được uốn sát - Uốn nắn chân linh kiện vào thân dễ bị đứt cho phù hợp với vị trí lắp ngậm bên trong. ráp. 2 Mỏ hàn Lắp - Gá lắp các linh kiện : Q, - Lắp ráp đúng cực ráp ĐHVN R1, R2, R3; C2, CF; C1, tính, giá trị của linh mạch L1; C3; Máy biến áp kiện. Bo mạch - Đấu dây cấp nguồn. - Mối hàn đảm bảo Pank kẹp tiếp xúc, bóng đẹp. Kìm, kéo
  111. 110 3 Mỏ hàn - Quan sát vị trí các linh Kiểm - Đúng vị trí, giá trị. tra ĐHVN kiện ngay ngắn, đúng vị nguội trí. - Sáng bóng , tiếp xúc Bo mạch tốt - Mối hàn, tiếp xúc của Pank kẹp linh kiện với mạch, dây Kìm, kéo dẫn . ĐHVN - Đo điện áp vào, ra của Cấp - Uv = (9-12)Vdc; nguồn, Máy hiện mạch Ur = (16-20)Vac đo sóng - Quan sát dạng tín hiệu thông - Tín hiệu dạng Sin số của Bo mạch ra. tuần hoàn mạch 4 Mỏ hàn - Thay thế giá trị của C1 Cân - Đảm bảo mạch hoạt chỉnh ĐHVN cho phù hợp với L1, hoặc động đúng – tín hiệu mạch C2. chuẩn. Bo mạch - Thay R3 tăng lên 1,5k Pank kẹp Kìm, kéo Yêu cầu đánh giá kết quả học tập  Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch  Lắp được mạch theo sơ đồ nguyên lý  Nhận xét và rút kinh nghiệm thực hành cho học viên  Kiểm tra
  112. 111 Bài 6 MẠCH ỔN ÁP Mã bài: MĐ17-6 Giới thiệu Nhiệm vụcủa mạch ổn định điện áp là giữcho 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 hệsố ổn định Ku Mục tiêu: - Phân tích được nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng của các mạch ổn áp cấp nguồn. - Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa một số mạch ổn áp theo yêu cầu kỹ thuật. - Thiết kế, lắp ráp một số mạch ổn áp theo yêu cầu kỹ thuật. - Thay thế một số mạch ổn áp hư hỏng theo số liệu cho trước. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp 1. Khái niệm: 1.1 Khái niệm ổn áp 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. Độkhông ổn định đầu vào Độ không ổn định điện áp đầu ra - Dải ổn định Du, Di nói nên độrộng 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