Kỹ thuật mạch điện tử bài giảng

Đào Thanh Toản Phạm Thanh Huyền Võ Quang Sơn - - Vr Vro Bài giảng Kỹ thuật mạch điện tử Chuyên ngành: KTVT, KTTT, ĐKH-THGT Hà nội 5/ 2005 BomonKTDT-ĐHGTVT Lời nói đầu: Bài giảng Kỹ thuật Mạch Điện tử đợc biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, đợc dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thông tin, Tự động hoá, Trang thiết bị điện, Tín hiệu Giao thông Trong trình biên soạn, tác giả đà đợc đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách đợc hoàn chỉnh hơn, song chắn không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Chúng mong nhận đợc ý kiến đóng góp bạn đọc! Xin liên hệ: daothanhtoan@uct.edu.vn DTT_PTH_VQS BomonKTDT-ĐHGTVT Chơng I Những khái niệm chung sở phân tích mạch điện tử I Mạch điện tử: Mạch điện tử loại mạch có nhiệm vụ gia công tín hiệu theo thuật toán khác nhau, chúng đợc phân loại theo dạng tín hiệu đợc xử lý Tín hiệu: số đo điện áp huặc dòng điện trình, thay đổi tín hiệu theo thời gian tạo tin tức hữu ích Tín hiệu đợc chia làm loại tín hiệu tơng tự Anolog tín hiệu só Digital Tín hiệu tơng tự tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian nhận giá trị khoảng biến thiên Tín hiệu số: tín hiệu đà đợc rời rạc hoá mặt thời gian lợng tử hoá mặt biên độ, đợc biểu diễn tập hợp xung điểm đo rời rạc Tín hiệu đợc khuếch đại; điều chế; tách sóng; chỉnh lu; nhớ; đo ; truyền đạt; điều khiển; biến dạng; tính toán mạch điện tử Để gia công loại tín hiệu số tơng tự dùng loại mạch bản: mạch tơng tự mạch số, khuôn khổ giáo trình xem xét mạch tơng tự Với mạch điện tử tơng tự, quan tâm tới thông số: biên độ tín hiệu độ khuếch đại tín hiệu Biên độ tín hiệu: liên quan mật thiết đến độ xác trình gia công tín hiệu xác định mức độ ảnh hởng nhiễu đến hệ thống Khi biên độ tín hiệu nhỏ mV, huặc àV, nhiễu lấn át tín hiệu, thiết kế hệ thống điện tử cần lu ý nâng cao biên độ tín hiệu tầng đầu hệ thống Khuếch đại tín hiệu chức quan trọng mạch tơng tự, thực trực tiếp huặc gián tiếp phần tử chức hệ thống, thông thờng hệ thông lại chia thành tầng gia công tín hiệu, tầng khuếch đại công suất Hiện mạch tổ hợp(IC) tơng tự đợc dùng phổ biến, đảm bảo tiêu kỹ thuật mà có độ tin cậy cao chi phí thấp, nhiên chúng đợc dùng chủ yếu cho tín hiệu có phạm vi tần số thấp Xu hớng phát triển kỹ thuật mạch điện tử tơng tự nâng cao độ tích hợp, khả ứng dụng mạch II Các kiến thức transistor Xem lại giáo trình Cấu kiện Điện tử, nội dung sau: 1- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, 2- Có cách mắc BJT(FET) : EC(SC); CC(DC); BC(GC) 3- C¸c øng dơng cđa BJT FET, tuỳ theo việc phân cực mà T làm việc theo chế độ sau: + Chế độ khuếch đại tín hiệu: phân cực chế độ khuếch đại + Làm việc chế độ khoá: miền bÃo hoà miền cắt 4- Các sơ đồ tơng đơng T 5- Đặc tính tần số T 6- Sơ đồ cách tính toán cuả T khuếch đại tín hiệu nhỏ 7- So sánh BJT FET, Gợi ý : DTT_PTH_VQS Fet có u điểm kích thớc điện áp cung cấp(dẫn đến công suất tiêu thụ) nhỏ độ tin cậy cao BJT, nhng Fet lại có nhợc điểm điện dẫn g nhỏ nhạy cảm với điện tích tĩnh, Fet thờng đợc tích hợp mạch IC, BJT th−êng dïng cho m¹ch rêi III M¹ch cÊp nguån ổn định chế độ làm việc Đặt vấn đề: Trong tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, điểm lµm viƯc n»m miỊn tÝch cùc cđa BJT, miền thắt FET, chế độ tĩnh, cực T có dòng điện tĩnh Ic(TD); IB(IG) điện áp chiều UCE(UDS); UBE(UGS) Điểm làm việc tơng ứng với chế độ điểm làm việc tĩnh Q Khi có tín hiệu vào điện áp dòng điện thay đổi xung quanh giá tri tĩnh, để đảm bảo cho tầng làm việc bình thờng điều kiện khác nhau, việc cung cấp điện áp thích hợp cho cực, cần phải ổn định điểm làm việc tĩnh đà chọn, không chất lơng làm việc tầngbị giảm sút Với BJT a Sơ đồ ổn đinh tuyến tính: Sơ đồ phổ biến sơ đồ hồi tiếp- chiều: nhằm biến đổi điện áp mạch vào T cho hạn chế di chuyển điểm tĩnh đặc tuyến ra, gây nên yếu tố ổn định Sơ đồ nh sau: Ví dụ hình a: Vcc Vcc Rc R1 I1 C1 Ic R1 C1 Ur C2 Uv Uv Q2 C2 Ur Q1 Re R2 h.b Vcc h.a Rc Q3 Uv Ur R1 C5 I1 R2 h.c Mạch cung cấp ổn định điểm làm việc hồi tiếp âm điện áp EC; hb:CC; hc: BC BomonKTDT-ĐHGTVT Nguyên tắc ổn định: có nguyên nhân ổn định làm cho dòng chiều ICEo colector tăng điện UCEo giảm, dòng định thiên IBo= UCEo/R1 giảm theo, làm ICEo giảm xuống, nghĩa dòng tĩnh ban đầu giữ nguyên Cũng dùng sơ đồ hồi tiếp dòng điện: Nguyên tắc ổn định nh sau: Vcc Vcc Rc R1 C1 C1 R1 Ur C2 Uv C2 Q2 Uv Q1 Ur R2 Re R2 Re Ce Vcc R1 hb Rc Q3 Uv Ur R2 C 1k 1uF Re hc Sơ đồ cung cấp ổn định điểm làm việc hồi tiếp - dòng điện chiều EC; hb: CC; hc: BC Khi IC tăng, điện áp UEo=Ie Re, tăng điện áp Ue lấy phân áp R1 R2 không đổi, nên UBEo=IBR2- UEo giảm làm cho IB giảm, IC không tăng Tụ Ce có tác dụng tránh hồi tiếp - xoay chiều a Sơ đồ ổn đinh phi tuyến : áp dụng phơng pháp bù nhiệt nhờ phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ nhứ T, D, Điện trở nhiệt, phơng pháp thích hợp cho mạch tổ hợp - Nếu D T nh hình a đợc sản xuất từ loại bán dẫn nh nhau, nhiệt độ mặt ghép chúng nh nhau, đặc tính nhiệt điện áp B-E điện áp hạ D nh nhau; UBE; UD có chiều ngợc nhau, nên ảnh hởng nhiệt độ đợc bù hoàn toàn - Sơ đồ hình B làm việc theo nguyên tắc đó, mắc nối tiếp R2 với D phân cực thuận, R1, R2, D tạo thành mạch phân áp đa điện áp vào B, chọn R22 Từ ta thấy dùng I1 để điều khiển trị số IC2 Để I1 ổn định, đơn giản nối A với Vcc qua R Ucc Ucc Ucc Ucc R A Q2 Q1 Q2 Q1 Trong mạch tổ hợp, tránh chế tạo điện trở có trị số lơn, khó có dòng I1 nhỏ, để đạt đợc I1 nhỏ thờng dùng sơ đồ bên phải với FET Vấn đề ổn định nhiệt FET làm cho điểm làm việc không phụ thuộc vào độ tạp tán tham số FET, không phụ thuộc nhiệt độ, thời gian, biến đổi điện áp nguồn cung cấp, giống BJT biện pháp ổn định nhiệt FET dùng nguyên tắc hồi tiếp - dòng điện điện áp ví dụ: Các loại sơ đồ hồi tiếp - dòng điện thông qua RS có dạng nh− h×nh sau: NÕu coi IG=0, ta cã U'G=IDRS + UGS; biểu thức cho biết dạng đờng điện trë Rs víi ®é dèc: UDD RD Ur Q1 RG + RS Vs1 - IS BomonKTDT-ĐHGTVT tg=-(dID/dUGS) U'G phải chọn cho dòng máng ID không đổi thay FET, chọn U'G chọn RG , điện trở ổn định DTT_PTH_VQS chơng Hồi tiếp I Khái niệm: Định nghĩa: Hồi tiếp ghép phần tín hiệu ra(điện áp huặc dòng điện) mạng cực tích cực(phần tử khuếch đại- Transistor huặc KĐTT) đầu vào thông qua mạng cực, mạng cực gọi mạng hồi tiếp XV K +(-) XR Xh Xht Kht XV: tÝn hiƯu vµo XR: tÝn hiÖu Xht: tÝn hiÖu håi tiÕp K: HÖ sè khuếch đại mạch Khuếch đại Kht: Hệ số khuếch đại mạch hồi tiếp Hình Sơ đồ khối khuếch đại có hồi tiếp Hồi tiếp đóng vai trò quan trọng kỹ thuật mạch điện tử tơng tự, cho phép cải thiện tính chất khuếch đại nh: trở kháng vào, trở kháng ra, băng thông, Phân loại: Theo tác dụng hồi tiếp có hai loại hồi tiếp bản: - Hồi tiếp (-) : TÝn hiƯu håi tiÕp – ng−ỵc pha víi tÝn hiƯu vµo - Håi tiÕp (+): TÝn hiƯu håi tiếp pha với tín hiệu vào Trong loại hồi tiếp ta lại quan tâm: tín hiệu hồi tiếp chiều hay xoay chiều, hồi tiếp âm chiều đợc dùng để ổn định chế độ công tác, hồi tiếp âm xoay chiều đợc dùng để ổn định tham số khuếch đại Quan tâm đến cách ghép nối tiếp hay song song Tổng hợp ta có loại nh sau: + Hồi tiếp nối tiếp điện áp: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với điện áp đầu + Hồi tiếp song song điện áp: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với điện áp đầu + Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với dòng điện đầu + Hồi tiếp song song dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với dòng điện đầu BomonKTDT-ĐHGTVT K uR uV uht Kht Hình Sơ ®å khèi håi tiÕp nèi tiÕp ®iƯn ¸p K uR uV iht Kht uht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp nối tiếp dòng điện K uR uV Kht uht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp song song điện áp K uR uV iht uht Kht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp song song dòng điện 10 ... phân tích mạch điện tử I Mạch điện tử: Mạch điện tử loại mạch có nhiệm vụ gia công tín hiệu theo thuật toán khác nhau, chúng đợc phân loại theo dạng tín hiệu đợc xử lý Tín hiệu: số đo điện áp huặc...BomonKTDT-ĐHGTVT Lời nói đầu: Bài giảng Kỹ thuật Mạch Điện tử đợc biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, đợc dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thông tin,... điện tử Để gia công loại tín hiệu số tơng tự dùng loại mạch bản: mạch tơng tự mạch số, khuôn khổ giáo trình xem xét mạch tơng tự Với mạch điện tử tơng tự, quan tâm tới thông số: biên độ tín hiệu