Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Sửa chữa lắp ráp máy tính - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Sửa chữa, lắp ráp máy tính ở cấp trình độ Cao đẳng. Giáo trình kết cấu gồm 9 bài và chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor hiệu ứng trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch nguồn một chiều; các mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT; khuếch đại thuật toán;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng Mục tiêu: - Trình bày đƣợc đặc điểm cấu tạo đặc tính làm việc loại Tranzitor trƣờng nhƣ phạm vi ứng dụng chúng; - Nhận dạng, phân loại đƣợc loại JFET,MOSFET; - Xác định đƣợc cực kiểm tra đƣợc tình trạng kỹ thuật JFET, MOSFET Nội dung: Transistor trình bày trƣớc đƣợc gọi transistor mối nối lƣỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor) BJT có điện trở ngõ vào nhỏ cách mắc thơng thƣờng CE, dòng IC = IB, muốn cho IC lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào) Đối với transistor hiệu ứng trƣờng có tổng trở vào lớn Dòng điện lối đƣợc Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 70 tăng cách tăng điện áp lối vào mà khơng địi hỏi dòng điện Vậy loại điện áp tạo trƣờng trƣờng tạo dòng điện lối Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET v MOSFET 1.JFET 1.1.Cấu tạo – kí hiệu JFET (Junction Field Effect Transistor) đƣợc gọi FET nối JFET có cấu tạo nhƣ (hình vẽ) Cấu tạo JFET kênh N (a), JFET kênh P (b) Trên bán dẫn hình trụ có điện trở suất lớn (nồng độ tạp chất tƣơng đối thấp), đáy đáy dƣới lần lƣợt cho tiếp xúc kim loại đƣa hai cực tƣơng ứng cực máng (cực thốt) cực nguồn Vịng theo chu vi bán dẫn ngƣời ta tạo mối nối P – N Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đƣa cực cổng (cửa) D: Drain: cực máng (cực thoát) G: Gate: cực cổng (cực cửa) S: Source: cực nguồn Vùng bán dẫn D S đƣợc gọi thông lộ (kênh) Tùy theo loại bán dẫn D S mà ta phân biệt JFET thành hai loại: JFET kênh N, JFET kênh P Nó có kí hiệu nhƣ (hình 3-45) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 71 Kí hiệu JFET kênh N (a), JFET kênh P (b) 1.2 Nguyên lí hoạt động Giữa D S đặt điện áp VDS tạo điện trƣờng có tác dụng đẩy hạt tải đa số bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dịng điện I D Dịng ID tăng theo điện áp VDS đến đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) điện áp tƣơng ứng gọi điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn VPO ID khơng tăng Giữa G S đặt điện áp VGS cho không phân cực phân cực nghịch mối nối P – N Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dịng ID đạt giá trị lớn IDSS Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích Điện áp phân cực nghịch lớn vùng tiếp xúc (vùng hiếm) nở rộng ra, làm cho tiết diện kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên dòng điện qua kênh ID giảm xuống ngƣợc lại VGS tăng đến giá trị VPO ID giảm 1.3.Cách mắc JFET - Cũng tƣơng tự nhƣ BJT, JFET có cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), chung cực cửa(CG) - Trong kiểu CS thƣờng đƣợc dùng nhiều kiểu mắc cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao Còn kiểu mắc CD, CG thƣờng đƣợc dùng tầng khuếch đại đệm khuếch đại tần số cao (hình 3-46) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 72 Các cách mắc JFET - CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu D so với S - CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu D so với G - CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu S so với D 1.4 Đặc tuyến JFET Mạch khảo sát đặc tuyến JFET Khảo sát thay đổi dịng ID theo hiệu điện VDS VGS, từ ngƣời ta đƣa hai dạng đặc tuyến JFET a Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const Giữ VDS = const, thay đổi VGS cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát biến thiên dịng ID theo VGS Ta có: I D I DSS (1 VGS ) VP - Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn đạt giá trị bão hịa, kí hiệu: IDSS Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 73 - Khi VGS âm dịng ID giảm, VGS âm dịng ID giảm Khi VGS = VPO dòng ID = VPO lúc đƣợc gọi điện thắt kênh (nghẽn kênh) b Đặc tuyến ngõ ID(VDS) ứng với VGS = const Giữ nguyên VGS trị số không đổi (nhất định) Thay đổi VCC khảo sát biến thiên dịng ID theo VDS .(hình 3-48) - Giả sử chỉnh nguồn VDC 0v, khơng thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID VDS Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau ID đạt giá trị bão hịa, ID không tăng VDS tăng - Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v Khơng thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 1V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID VDS tƣơng ứng Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau ID đạt giá trị bão hịa, ID khơng tăng VDS tăng - Lặp lại tƣơng tự nhƣ ta vẽ đƣợc họ đặc tuyến ngõ I D(VDS) ứng với VGS = const Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 74 Họ đặc tuyến ngõ JFET MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOSFET hay đƣợc gọi IGFET (Insulated Gate FET) FET có cực cổng cách li MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm) MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng) Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N kênh P 2.1.MOSFET kênh liên tục a Cấu tạo – kí hiệu Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 75 Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại P Gate (G): cực cửa (cực cổng) Drain (D): cực thoát (cực máng) Source (S): cực nguồn Substrate (Sub): đế (nền) Cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N Trên chất bán dẫn loại P, ngƣời ta pha hai vùng bán dẫn loại N với nồng độ cao (N+) đƣợc nối liền với vùng bán dẫn loại N pha nồng độ thấp (N) Trên phủ lớp mỏng SiO2 chất cách điện Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đƣa cực thoát (D) cực nguồn (S) Cực G có tiếp xúc kim loại bên lớp oxit nhƣng cách điện với kênh N có nghĩa tổng trở vào cực lớn Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tƣ gọi chân Sub, chân hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N Thực tế, chân Sub MOSFET đƣợc nhà sản xuất nối với cực S bên MOSFET b Đặc tuyến VDS hiệu điện cực D cực S VGS hiệu điện cực G cực S Xét mạch nhƣ (hình 3-52) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 76 Mạch khảo sát đặc tuyến MOSFET kênh liên tục loại N Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dịng điện ID, tăng điện VDS dịng ID tăng, ID tăng đến trị số giới hạn IDsat (dòng ID bão hòa) Điện VDS trị số IDsat đƣợc gọi điện nghẽn VP0 giống nhƣ JFET Khi VGS < 0: cực G có điện âm nên đẩy điện tử kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N dòng ID giảm xuống điện trở kênh dẫn điện tăng Khi điện cực G âm dịng ID nhỏ, đến trị số giới hạn dòng điện ID gần nhƣ khơng cịn Điện cực G gọi điện nghẽn –VP0 Đặc tuyến chuyển tƣơng tự đặc tuyến chuyển JFET kênh N Khi VGS > 0, cực G có điện dƣơng điện tử thiểu số vùng P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống dòng I D tăng cao trị số bão hòa IDsat Trƣờng hợp ID lớn dễ làm hƣ MOSFET nên đƣợc dùng Tƣơng tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến MOSFET kênh liên tục: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const - Đặc tuyến ngõ ID(VDS) ứng với VGS = const Cách khảo sát tƣơng tự nhƣ khảo sát JFET nhƣng đến cần V GS > 0, ta đổi cực nguồn VDC nhƣng lƣu ý cần nguồn dƣơng nhỏ ID tăng cao Ta có hai dạng đặc tuyến Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 77 Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) MOSFET kênh liên tục loại N Họ đặc tuyến ngõ I (V ) MOSFET kênh liên tục loại N 2.2 MOSFET kênh gián đoạn a Cấu tạo – kí hiệu: Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 78 Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub) Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tƣơng tự nhƣ cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N nhƣng khơng có sẵn kênh N Có nghĩa hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) khơng dính liền nên cịn gọi MOSFET kênh gián đoạn Mặt kênh dẫn điện đƣợc phủ lớp oxit cách điện SiO2 Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi cực S D Cực G đƣợc lấy từ kim loại tiếp xúc bên lớp oxit SiO2 nhƣng cách điện với bên Cực Sub đƣợc nối với cực S bên MOSFET b Đặc tuyến Xét mạch sau: Mạch khảo sát đặc tuyến MOSFET kênh gián đoạn loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 79 trở nhỏ (thƣờng vài Ω) hai chân E transistor công suất xuống mass Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, IC tăng tức IE làm VE tăng dẫn đến VBE giảm 3.3.2 Mạch đẩy kéo ghép trực tiếp Mạch khuếch đại cơng suất ghép trực tiếp mục đích để bù méo tạo tín hiệu đối xứng chống méo xuyên giao, đựơc sử dụng chủ yếu cặp Tranzito hổ bổ đối xứng (là tranzito có thơng số kỹ thuật hoàn toàn giống nhƣng khác loại PNP NPN, đồng thời chất cấu tạo) (hình 4-19) Nhiệm vụ linh kiện mạch: C: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ vào Rt: Điện trở tảI tầng khuếch đại công suất Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại cơng suất hổ bổ đối xứng Mạch có đặc điểm nguồn cung cấp cho mạch phải nguồn đối xứng, không đảm bảo yếu tố dạng tín hiệu dễ bị méo nên thơng thƣờng nguồn cung cấp cho mạch thƣờng đƣợc lấy từ nguồn ổn áp Hoạt động mạch: Mạch đƣợc phân cực với thiên áp tự động bán kỳ dƣơng tín hiệu Q1 dẫn dịng điện nguồn dƣơng qua tải Rt, Q2 tắt khơng cho dịng điện nguồn qua tải bán kỳ âm tín hiệu Q2 dẫn dòng nguồn âm qua tảI Rt, Q1 tắt Mạch có ƣu điểm đơn giản, chống méo hài, hiệu suất lớn điện áp phân cực ngõ 0v nên ghép tín hiệu tải trực tiếp Nhƣng dễ bị méo xuyên giao cần nguồn đối xứng làm cho mạch điện cồng kềnh, phức tạp đồng thời dễ làm hƣ hỏng tải Tranzito bị đánh thủng Để khắc phục nhƣợc điểm thông thƣờng ngƣời ta dùng mạch ghép dùng tụ +Vcc Q1 C Vi Rt Vo Q2 -Vcc Hình 4.19: Mạch khuếch đại công suất Mch khuch ghộp tng đẩyi kéocụng ghép sut trùc tiÕp 3.3.2 Mạch đẩy kéo ghép dùng tụ (hình 4-20) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 120 trực tiếp +Vcc R1 Q1 R3 VR C1 + Vo Rt Q2 Vi C2 R2 R4 Q3 4.20: M¹ch khuÕch đại công suất MchHình khuch iđẩy cụng ghộp kéosut ghép tô dùng tụ điện Nhiệm vụ linh kiện mạch: Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại công suất Q3: Đảo pha tín hiệu R1, R2: Phân cực cho Q1, Q2 đồng thời tải Q3 R3, VR: Lấy phần điện áp chiều ngõ quay 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 đến tải Mạch có đặc điểm có độ ổn định làm việc tƣơng đối tốt, điện áp phân cực ngõ Vo Vcc mạch làm việc tốt Nhƣng có nhƣợc điểm dễ bị méo xuyên giao chọn chế độ phân cực cho tranzito Q1, Q2 khơng phù hợp tín hiệu ngõ vào có biên độ khơng phù hợp với thiết kế mạch phần tín hiệu ngõ quay trở theo đƣờng hồi tiếp âm làm giảm hiệu suất mạch để khắc phục nhƣợc điểm ngƣời ta dùng mạch có dạng sau: +Vcc R1 C3 D1 Q1 R3 + C2 + R2 VR D2 Vi C1 R4 Q2 Q3 Vo Rt Hình 4.21: Mạch khuếch đại công Mch khuch i cụng sut ghộp dựngsuất t in đẩy kéo ghép tụ cải tiến Khoa in – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 121 Trong C3: Lọc bỏ thành phần xoay chiều tín hiệu D1, D2:Cắt rào điện áp phân cực cho Q1 Q2, Trên thực tế mạch dùng từ đến điơt loại để cắt rào điện Ngồi với phát triển công nghệ chế tạo linh kiện mạch công suất thƣờng đƣợc thiết kế sẵn dƣới dạng mạch tổ hợp (IC) tiện lợi cho việc thiết kế mạch thay sửa chữa Các 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 Nguồncung cungcÊp cấp Rc Rb1 Rb1 Nguån Nguồncung cungcÊp cấp Rc Vo: V0 Ngâ : Ngõrara V 0: Ngõ Vo: Ngâ Ngâ Vi: Vi: Ngõ vàovµo Vi: Vi: NgõNgâ vàovµo Re Re Rb2 Rc = 1KΩ Re = 100Ω Rb1 = 22KΩ Rb2 = 1,8KΩ Rc = 1KΩ Re = 100Ω Rb1 = 220KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh đƣợc từ - 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu cho nhận xét mối tƣơng quan yếu tố: Điện áp 3v Vc Vb 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp Quan sát dạng sóng ngõ vào ngõ tăng nguồn cho nhận xét Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 122 - Lần lƣợt giữ nguồ mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng cho nhận xét - Thực tính hệ số khuếch đại dịng điện điện áp trƣờng 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 Nguồn cung cấpcÊp Nguån cung Rc Rb1 Ngâ VVo: ra 0: Ngõ Vi: Ngõ vào Vi: Ngâ vµo Rb2 Rc = 1KΩ Re = 100Ω Re Rb1 = 22KΩ Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh đƣợc từ – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu cho nhận xét mối tƣơng quan yếu tố: Điện áp 3v Vc Vb 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp Quan sát dạng sóng ngõ vào ngõ tăng nguồn cho nhận xét - Lần lƣợt giữ nguồ mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng cho nhận xét - Thực tính hệ số khuếch đại dịng điện điện áp trƣờng 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 Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 123 +V Rb1 VVi: i: Ngõ Ngâvào vµo Nguồn cung cung cấp Nguån cÊp Rc V 0: Ngõ Vo: Ngârara Rb2 Re = 1KΩ Rb1 = 22KΩ Rc = 100Ω Rb2 = 1,8KΩ - Cho nguồn cung cấp điều chỉnh đƣợc từ – 12 v vào mạch điện tăng dần điện áp, ghi lại số liệu cho nhận xét mối tƣơng quan yếu tố: Điện áp 3v Vc Vb 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v - Cho tín hiệu hình sin ngõ vào 1vpp Quan sát dạng sóng ngõ vào ngõ tăng nguồn cho nhận xét - Lần lƣợt giữ nguồn mức 3v, 6v, 12v tăng dần biên độ tín hiệu ngõ vào đến 3vpp quan sát dạng sóng cho nhận xét - Thực tính hệ số khuếch đại dòng điện điện áp trƣờng hợp Bài thực hành 4: Thực hành lắp ráp mạch Cascode - Lắp ráp mạch: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 124 +Vcc R1 R4 C4 + C1 Q1 + R2 Vo C2 C3 + R3 + Vi Vo Q2 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 chân B, C, E tranzito để ghi lại số liệu trạng thái phân cực tĩnh Cho tín hiệu ngõ vào dạng sin có biên độ 2vpp quan sát dạng sóng ngõ vào ngõ cho nhận xét Dùng VOM đo lại chế độ phân cực để có nhận xét dạng mạch chƣa có tín hiệu vào có tín hiệu vào Cho tín hiệu ngõ vào có dạng xung vng 2vpp tần số 1KHz thực lại công việc cho nhận xét - Xác định hệ số khuếch đại dòng điện điện áp mạch điện - Thay đổi giá trị R1, R2, R3, R4 cho nhận xét hệ số khuếch đại tín hiệu Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 125 BÀI 9: Khuếch đại thuật tốn Mục tiêu: - Trình bày đƣợc khái niệm bản, tính chất khuếch đại thuật tốn; - Vẽ phân tích đƣợc sơ đồ mạch điện ứng dụng khuếch đại thuật toán; - Lựa chọn, kiểm tra linh kiện lắp ráp đƣợc mạch ứng dụng hoạt động theo yêu cầu Nội dung: Khái quát chung 1.1 Khái niệm: Khuếch đại thuật toán (viết tắt OA) mạch khuếch đại tín hiệu có số đặc điểm nhƣ sau: - Có tổng trở đầu vào lớn : Zv ~ ∞ Để đạt đƣợc điều phầm tử sử dụng mạch khuếch đại thuật tốn Mosfet - Có tổng trở đầu nhỏ ZR ~ 0; - Có hệ số khuếch đại lớn: Thông thƣờng mạch khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch đại K = 103 ÷ 105 Cấu trúc mạch khuếch đại thuật tốn bao gồm: - Có cửa vào đƣợc ký hiệu P N - Có cửa Điện áp đầu mạch kết khuếch đại hiệu tín hiệu điện áp đầu vào: UR = K(UP – UN) Nếu UP = Ta có UR = - KUN, nhƣ điện áp đầu ngƣợc dấu ngƣợc pha so với tín hiệu điện áp đặt vào cửa N cửa vào N đƣợc gọi cửa đảo đƣợc ký hiệu dấu (-) Nếu UN = Ta có UR = KUP, nhƣ điện áp đầu ln đấu dấu pha so với tín hiệu điện áp đặt vào cửa P cửa vào P đƣợc gọi cửa không đảo đƣợc ký hiệu dấu (+) Trong sơ đồ mạch điện mạch khuếch đại thuật toán đƣợc biểu diễn nhƣ sau: P + Ra N - Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 126 1.2 Một số tính chất khuếch đại thuật tốn 1.2.1 Tính chất 1: Khi có tín hiệu điện áp đặt vào cửa vào cửa vào có dịng điện Gọi dòng điện vào cửa vào lần lƣợt I0+ I0- Ta có : I0 + = UP ZV UN ~ Do ZV ~ ∞; ~ I0 + = Do ZV ~ ∞; ZV Nhƣ tính chất ta phát biểu nhƣ sau: Trong mạch khuếch đại thuật tốn dịng điện cửa vào nhỏ coi 1.2.2 Tính chất 2: Từ biểu thức quan hệ tín hiệu điện áp với thành phần tín hiệu điện áp cửa vào ta có: UR = K(UP – UN) Suy ra: UP – UN = UR K ~ (Do K lớn) Vì ta coi: UP ~ UN Nhƣ tính chất khuếch đại thuật tốn ta phát biểu nhƣ sau: Ở trạng thái ổn định điện áp cửa vào sấp sỉ Đây tính chất quan mà ta dựa vào để phân tích ứng dụng khuếch đại thuật toán Một số ứng dụng khuếch đại thuật toán Trong kỹ thuật điện tử khuếch đại thuật tốn có nhiều ứng dụng Sau xin đƣợc giới thiệu số ứng dụng chúng: 2.1 Khuếch đại tín hiệu: Một ứng dụng OA dùng để khuếch đại tín hiệu Trong mạch khuếch đại tín hiệu ta có mạch khuếch đại tín hiệu đảo pha khuếch đại đồng pha cụ thể nhƣ sau: 2.1.1 Mạch khuếch đại đảo Khi sử dụng OA để khuếch đại đảo pha tín hiệu ta có sơ đồ nguyên lý nhƣ sau: Rht Iht R1 I1 u v Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô - 127 + ur Tín hiệu cần khuếch đại đƣợc đƣa vào cửa N qua điện trở R1, Cửa P đƣợc nối GND, Giữa cửa N đƣợc nối hồi tiếp qua điện trở Rht Vơi sơ đồ nhƣ ta xác định đƣợc quan hệ điện áp vào nhƣ sau: I1 = (UV - UN)/R1 , Iht = (UN - Ur)/Rht I1 = Iht ( Vì I0- =0) Và UN = UP = ta có: UV/R1 = - Ur/Rht Cuối ta có biểu thức rút nhƣ sau: Ur = - Rht Uv= - k Uv R1 Trong biểu thức dấu trừ thể điện áp đầu ngƣợc dấu ngƣợc pha so với tín hiệu điện áp đầu vào K hệ số khuếch đại mạch với Rht K= R1 2.1.2 Mạch khuếch đại không đảo: Khi sử dụng khuếch đại thuật tốn để khuếch đại tín hiệu khơng đảo ta sử dụng sơ đồ mạch nguyên lý nhƣ sau: uv + ur - R0 Rht Với sơ đồ nhƣ ta có: ur R0 = UP,TĐH UN =CĐ Việt Xô Khoa Điệnuv– Điện Rht + R0 ur = 128 Rht + R0 Rht + R0 uv = kuv , với k = R0 R0 Nhƣ qua biểu thức ta thấy mạch thực khuếch đại tín hiệu với hệ số khuếch đại k 2.2 Mạch cộng thành phần tín hiệu: Trong trƣờng hợp ta phải thực cộng nhiều thành phần tín hiệu ta sử dụng mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán nhƣ sau: 2.2.1 Mạch cộng đảo: Khi cộng đảo nhiều thành phần tín hiệu ta sử dụng sơ đồ mạch nguyên lý Rht Iht nhƣ sau: u1 u2 ui un I1 R1 I2 R2 Ii Ri In Rn - ur + Trong sơ đồ mạch giả sử ta cần cộng n thành phần tín hiệu điện áp u1, u2 un Khi thành phần tín hiệu đƣợc dẫn qua điện trở R 1, R2, Rn đƣa vào cổng đảo OA Cửa không đảo OA đƣợc nối GND Cũng tƣơng tự nhƣ mạch khuếch đại đảo ta thực nối hồi tiếp với cửa đảo qua điện trở hội tiếp Rht Phân tích sơ đồ ta nhận thấy: I1 + I2 + +In = Iht ( I0- = 0); Và: u2 - UN , … , I = un - UN , Iht = UN – ur u1 - UN , n I2 = I1 = Rht Rn R2 R1 Trong đó: UN = UP = Vì ta có: u1 R1 + u2 R2 +…+ Un Rn =- Ur Rht Từ kết ta rút đƣợc quan hệ điện áp với thành phần tín hiệu điện áp đầu vào nhƣ sau: Rht u + Rht ur–=Điện -( TĐH 1CĐ Việt Xô Khoa Điện + Rht 129 R1 R2 n Hay: ur = -∑ i =1 u2 + …+ Rn un ) Rht u i Ri 2.2.2 Mạch cộng không đảo: Khi thực mạch cộng khơng đảo thành phần tín hiệu điện áp dùng khuếch đại thuật toán ta tiến hành kết nối mạch điện nhƣ sau: - Các thành phần tín hiệu đầu vào đƣợc dẫn qua điện trở có trị số đƣa vào cửa không đảo; - Cửa đảo đƣợc nối qua điện trở R0 xuông GND - Nối hồi tiếp cử đảo với đầu qua điện trở hồi tiếp Sơ đồ nguyên lý mạch nhƣ sau: u1 u2 ui un I1 R I2 R Ii R In R + ur - R0 Rht Ta tiến hành phân tích sơ đồ rút đƣợc kết nhƣ sau: I1 + I2 + + In = 0; Hay: u1 - uP u2 - uP + + u1 - uP + = R R R Từ ta có: u1 + u2 + + un = nup Mặt khác ta lại có: u p = uN = ur R0 R0 + Rht Vì ta có kết nhƣ sau: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô nR0 130 R0 + Rht nR0 n Σui i=1 ur = R0 + Rht (u1 + u2 +…+ un) = Kết cuối ta có: R0 + Rht ur = nR0 n Σui i=1 Trƣờng hợp : Rht =( n-1)R0 đó: n ur = Σ ui i=1 2.3 Mạch vi phân: Khi muốn thực phép vi phân tín hiệu đầu vào dùng khuếch đại thuật toán ta sử dụng sơ đồ mạch điện nhƣ sau: R uv ic iR C - ur + Với sơ đồ mạch điện nhƣ ta có: ic = iR Với ic = C duv , iR = dt ur R Vì ta có biểu thức ur theo uv nhƣ sau: duv ur = - RC dt 2.3 Mạch tích phân: Khi muốn thực phép tích phân tín hiệu đầu vào dùng khuếch đại thuật toán ta sử dụng sơ đồ mạch điện nhƣ sau: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 131 C ic uv iR R - ur + Với sơ đồ mạch điện nhƣ ta có: ic = iR Với ic = C d(uN – ur) , iR = dt uv - uN R Do uN = up = Vì ta có biểu thức ur theo uv nhƣ sau: ur = - ∫duv dt RC Thực hành 3.1 Cơ sở vật chất: Để tín hành thực hành khảo sát mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán ta cần chuẩn bị trạng thiết bị, dụng cụ vật tƣ sau: - Mô đun thực hành điện tử - Bo cắm đa năng, dây cắm kết nối; - Đồng hô đo điện vạn - IC khuếch đại thuật toán (LM324,HA17324) - Điện trở loại - Tụ điện loại IC LM324, HA17324 có sơ đồ chân nhƣ sau: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 132 3.2 Trình tự thực hiện: Bƣớc 1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện, Bƣớc 2: Kết nối mạch điện theo sơ đồ ứng dụng; Bƣớc 3: Kiểm tra tính đắn mạch điện kết nối Bƣớc 4: Bật công tắc nguồn, thay đổi tín hiệu đầu vào đo điện áp đầu so sánh với kết tính tốn theo biểu thức để rút kết luận Bƣớc 5: Thay đổi thông số phần tử mạch thực tƣơng tự nhƣ Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 133 Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 134 ... tình trạng kỹ thuật linh kiện: Khi lắp ráp sửa chữa mạch điện tử kỹ kiểm tra linh kiện đóng vai trị quan trọng Đa số linh kiện điện tử hƣ hỏng khơng bên ngồi để biết đƣợc tình trạng kỹ thuật thƣờng... dịng điện cung cấp cho phụ tải; - Mắc thêm điện trở công suất( Điện trở gánh) song song với phần tử công suất nhƣ sau: RN - 79XX - GND GND - Lắp nhiều phần tử công suất làm việc song song với 2. 4... - Lắp ráp, khảo sát mạch nguồn tổng hợp 4 .2 Khảo sát mạch nguồn dải rộng: 4 .2. 1 Cơ sở vật chất: Stt Tên thiết bị, vật tƣ Mô đun thực hành điện tử Đồng hô đo điện vạn Bộ nguồn dải rộng 4 .2. 2 Trình