ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ pptx

IV./phân cực và ổn định điểm làm việc: ٭Việc phân cực cho Transistor làm việc ở chế độ khuyếch đại phải bảo đảm các yêu cầu sau: • Tiếp giáp Je phân cực thuận, tiếp giáp Jc phân cực ng

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 2

•miền Colector có nồng độ tạp chất trung bình

٭các cách mắc Transistor:có 3 cách mắc Transistor thông dụng

•EC Emiter chung. ic

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 3

•chế độ bão hòa:các tiếp giáp Je và Jc phân cực thuận

•chế độ khuếch đại:tiếp giáp Je phân cực thuận, tiếp giáp Jc phân cực ngược

•chế độ ngưng dẫn: các tiếp giáp Je và Jc phân cực ngược

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 4

2.cách mắc BC:

đặc tuyến ngõ vào: Ie=f(Ube) biểu diễn quan hệ giữa dòng Ie và áp vào Ube khi Ucb không đổi

đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn quan hệ giữa dòng Ic và áp giữ cực thu với cực nền khi dòng Ie xác định

3.cách mắc CC:

đặc tuyến ngõ vào:biểu diễn quan hệ giữa Ib và Ucb khi Ucc là hằng số

đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn mối quan hệ giữa Ie và điện áp Uce khi có dòng vào Ib không đổi

IV./phân cực và ổn định điểm làm việc:

٭Việc phân cực cho Transistor làm việc ở chế độ khuyếch đại phải bảo đảm các yêu cầu sau:

• Tiếp giáp Je phân cực thuận, tiếp giáp Jc phân cực ngược

•Dòng ic phải lớn hơn rất nhiều dòng ngược ice0

• Phải đảm bảo các yêu cầu về công suất nhiệt độ

٭Đường tải tĩnh và điểm công tác tĩnh:

• Đường t ải tĩnh được vẽ trên đặc tuyến của Transistor để nghiên cứu dòng điện và điện

áp mắc trong mạch cụ thể nào đó Điểm công tác tĩnh là điểm nằm trên đường tãi tĩnh xác định điều kiện phân cực cho Transistor

• Chế độ tĩnh của Transistor mắc kiểu EC được xác định bởi bốn tham số Ib,Ic,Ube,Uce

trong đó thường cho trước một tham số, ba tham số còn lại sẽ được xác định thông qua đặc tuyến vào và ra của Transistor

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 5

٠Họ đặc tuyến vào:Ib=f(Ube) khi Uce=const

Họ đặc tuyến ra:Ic=f(Uce) khi Ib=const

 Quan hệ ràng buộc đó được bởi đường tãi tĩnh Ic=f(Uce)

Xét mạch sau:

IC(RC+RE)=2VCCcc-VCE

IC=

E C

CC

R R

CE

R R

V



Đường tải tĩnh có độ dốc:

CE c

đường tải tĩnh xoay xung quanh điểm P, còn khi điện áp nguồn thay đổi thì đường tải tĩnhdịch trái hoặc dịch phải Điểm làm việc tĩnh đó là giao điểm của đường tải tĩnh và đặc tuyến ra ứng với dòng bảo hòa Ib phân cực cho Transistor

+Các biện pháp ổn định điểm làm việc tĩnh: ổn định dòng Ic là tốt nhất

+Hiện trôi điểm làm việc:

Đặc tính của Transistorlàm việc trong miền tích cực được đặc trưng bởi ba tham số

Ube,Icb0,  Sự thay đổi ba tham số này là ngyên nhân dẫn đến làm trôi điểm làm việc tĩnh

Như vậy hiện trôi điểm làm việc tĩnh là sự thay đổi điểm làm việc ban đầu đã được phân cực do ảnh hưởng của nhiệt độ

V./Các Sơ Đồ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc Cho BJT

1./ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc B ằng H ồi Tiếp Âm Dòng Điện Một Chiều: Sau đây là sơ đồ tiêu biểu cho Emiter chung

Xét sơ đồ EC:

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 6

Ib1=Ib+Ib2 Ib2

Ube=Ub+Ue=

2 1

2

R R

R



-IERE

Tính toán sao cho Ube>>V làm cho tiếp giáp BE phân cực thuận

Nguyên tắc ổn định:

Khi Ic tăng do nhiệt độ mặt ghép tăng hoặc do nồng độ tạp chất trong BJT tăng, thì điện áp hạ trên RE: UE0= IERE tăng Điện áp cực B tăng theo bộ phân áp R1,R2 hầu như không thay đổi nên điện áp giữa Bazo và Emiter giảm do Ube=Ub-Ue làm cho Ib giảm theo mà Ic=  Ib, nên

Ic cũng giảm kéo dòng Ic về giá trị ban đầu

Ngược lại, khi Ic giảm thì Ube tăng Ib tăng làm cho Ic tăng theo kéo dòng Ic về giá trị ban đầu

Trong sơ đồ này, RE làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dòng điện một chiều để ổn định điểm làm việc tĩnh Để tránh hồi tiếp âm dòng tín hiệu trên RE làm giảm hệ số khuyếch đại của mạch, ta mắc song song với điện trở RE một tụ thoát xoay chiều CE Tụ CE có tác dụng ngắn mạch đối với tín hiệu xoay chiều Thường chọn IERE=(12)V

2./ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc Bằng Hồi Tiếp Điện Áp

Rb vừa là điện trở phân cực vừa là điện trở hồi tiếp

Chọn Rb thích hợp để BJT làm việc ở chế độ khuyếch đại

Ta c ó

Ucc=(Ib+Ic)Rc+Ube+IbRb=Ib (Rb+Rc)+IcRc+Ube

 Ib=

b c

C C

R R

I R





+

b c

BE CC

R R

U U

C

R R

R





Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 7

Suy ra hệ số ổ định nhiệt:

ST=

B C

C

R R

Nhưng Rc là điện trở tải không được quá lớn

B./ Khuyếch đại tín hiệu bé

Transistor có ba cách mắc EC, BC, CC Sau đây dùng sơ đồ tương đương để phân tích các mạch tín hiệu bé

1./ Sơ đồ EC:

a./ Trở kháng vào của BJT và mạch khuyếch đại

Trở kháng vào của BJT:rv=rbe+(1+)Re

Trở kháng vào của mạch khuyếch đại:Rv=Rn+Rb//rv; với Rb=R1//R2

b./ Hệ số khuyếch đại dòng của mạch:

Ki=it/iv=

t c

c

R R

R

 . b be

b

R R

R

 c./ Hệ số khuyếch đại áp:

t c

r R R

R R

//

//

 Mạch khuyếch đại này tín hiệu vào và ra ngược pha nhau

c

R R

R

 <1 c./ Hệ số khuyếch đại áp:

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 8

v

E V

R R r

R R

 c./ Hệ số khuyếch đại áp:

Ku= Ur/Uv= Ki

n V

t

R R

R

 =(1+)

) (

) //

(

V n v

t E V

R R r

R R R

 <1

Trong ba mạch thì mạch này có trở kháng vào lớn nhất

Tín hiệu vào và ra đồng pha

C./ Hồi tiếp

I./ Định nghĩa và phân loại:

Hồi tiếp là đưa một phần tín hiệu ở đầu ra về đầu vào thông qua mạng bốn cực gọi là hồi tiếp

Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong kỷ thuật tương tự, cho phép cải thiện các đặc tính của mạch Khuyếch đại

+Có các loại hồi tiếp sau:

Hồi tiếp âm là tín hiệu hồi tiếp đưa về ngược pha với tín hiệu vào

Hồi tiếp dương là tín hiệu hồi tiếp đưa về cùng pha với tín hiệu vào

Hồi tiếp điện áp là tín hiệu đưa về tỷ lệ với điện áp

Hồi tiếp dòng điện là tín hiệu đưa về tỷ lệ với dòng điện

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 9

Hồi tiếp DC

Hồi tiếp AC

Hồi tiếp nối tiếp là tín hiệu đưa về nối tiếp với tín hiệu vào

Hồi tiếp song song là tín hiệu đưa về song song với tín hiệu vào

II./ Hồi tiếp âm:

Sơ đồ mạch:

Các phương trình của mạng bốn cực hồi tiếp âm:

Hệ số Khuyếch đại của mạch có hồi tiếp âm là:

III./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuyếch đại

1./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến độ ổn định của bộ khuyếch đại

Sai số tương đối của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm nhỏ hơn (1+KKht) lần so với sai số tương đối của hệ số khuyếch đại khi không có hồi tiếp âm

2./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đén điện trở vào:

Sự thay đổi của trở kháng vào chỉ phụ thuộc vào cách mắc mạch hồi tiếp ở đầu vào mà không phụ thuộc vào cách lấy tín hiệu ở đầu ra đưa về mạch hồi tiếp

+Trở kháng vào của bộ Khuyếch đạicó hồi tiếp âm nối tiếp:

Khi không có hồi tiếp: Kht Xr=0

I

X K U

=

V

ht h

I

U KK

Z'v=(1+KKht)rh+Rrht=grh+Rrht nếu Rrht<< rh thì : Z'v=gZv

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 10

Vậy trở kháng vào của mạch có hồi tiếp âm nối tiếp tăng lên g lần

+Trở kháng vào của bộ Khuyếch đạicó hồi tiếp âm song song:

Khi không có hồi tiếp: : Yv=

Vậy trở kháng vào của mạch có hồi tiếp âm nối tiếp giảm đi g lần

3./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng ra:

+Tương tự trở kháng ra của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm dòng điện tăng g lần

+Trở kháng ra của bộ khuyếch đại có hồi tiếp điện áp giảm đi g lần so với bộ khuyếch đại không có hồi tiếp

4./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến dãi động của bộ khuyếch đại và méo phi tuyến

Hồi tiếp âm mở rộng dãi rộng:

Khi không có hồi tiếp âm toàn bộ tín hiệu đưa vào đến đầu vào bộ khuyếch đại Xh=Xv

Khi có hồi tiếp âm chỉ có một phần tín hiệu đưa đến bộ khuyếch đại Xh= Xv-Kht

Xr Xh= Xv/g

Vì tín hiệu vào của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm nhỏ hơn tín hiệu vào của bộ khuyếch đại không có hồi tiếp g lần nên méo phi tuyến do độ cong của đặc tuyến truyền đạt của bộ khuyếch đại cũng giảm đi bấy nhiêu lần Hồi tiếp âm nâng cao tính chân thực và độ nhạy bộ khuyếch đại 5./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tạp âm:

Giả sử âm ngoài đưa vào giữa hai tầng khuyếch đại

Xr= K2 [ Xta+K1 ( Xth+Kht Xr)] Xr=

ht

K K K

K K

2 1

1 2

1  Xth + K K Kht

K

2 1

Tỷ số tín hiệu ra trên tạp âm ở đầu ra càng lớn khi K1 càng lớn và chỉ có thể tạp âm xuất hiện sau lần thứ nhất

6./ Ảnh hưởng của hòi tiếp âm đến đặc tính động của bộ khuyếch đại:

Hồi tiếp âm làm giảm tần số giới hạn dưới xuống g lần và làm tăng tần số giới hạn trên lên g lần

D./ Sơ lược về các mạch khuếch đại công suất

Mạch khuyếch đại công suất dùng mạch đèn điện tử hiện tại đã trở nên lỗi thời vì bên cạnh cho công suất lớn, lại có những nhược điểm như:cồng kềnh, tuổi thọ thấp,hiệu suất kém Vì vậy ta chỉ xét đến các mạch khuyếch đạicông suất dùng Transistor, tùy thuộc cách đưa tín hiệu ra loa, người ta phân thành các loại sau đây:

I./ Tầng khuếch đại công suất:

1./ Những vấn đề chung về tầng Khuyếch đạicông suất:

Tầng khuyếch đại công suất có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích thích cho tải công suất ra của nó cở vài phần mười W đến lớn hơn 100 W Công suất này được đưa đến tầng sau dưới dạng dòng điện hay điện áp có biên độ lớn Khi khuyếch đại tín hiệu lớn, các BJT không làm việc trong miền tuyến tính nữa do đó không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để phân tích mà phải dùng phương pháp đồ thị

2./ Các tham số của tầng Khuyếch đạicông suất:

Hệ số khuyếch đại công suất : Kp là tỷ số giữa công suất ra và công suất vào

Hiệu suất : hiệu suất là tỷ số giữa công suất ra và công suất nguồn cung cấp một chiều Po

Đồ ân môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 11

=

o

r

P P

Hiệu suất căng lớn thì tổn hao trín Colector của BJT căng nhỏ

Trở khâng văo : yíu cầu trở khâng văo lớn tương đương với dòng tín hiệu văo nhỏ, nghĩa lă mạch có hệ số khuyếch đại dòng lớn

II./ Chế độ công tâc vă định điểm lăm việc cho tầng công suất:

t1 t2 t

H.IX.3.d Chế độ AB

Thực ra nó lă biện phâp trânh mĩo Crossover của chế độ B Góc cắt /2< < hiệu suất cao(60 &0%)

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 12

Điểm làm việc tương ứng với điểm AB trên đồ thị, ở tầng khuyếch đại công suất người ta thiết kế cho Transistorlàm việc ở chế độ AB Khi có dòng Ic0 khá nhỏ, tổn hao trên Transistor do dòng tĩnh nhỏ

Vấn đề cung cấp và ổn định chế độ làm việccho tầng công suất có thể dùng các biện pháp đã nêu trong phần phân cực và ổn định điểm làm việc của Transistor tuy nhiên ít khi dùng điện trở Emiter để ổn định chế độ công tác vì trong tầng công suất dòng lớn sẽ gây tổn hao

Tâng công suất có thể là tầng Khuyếch đại đơn làm việc ở chế độ A hoặc là tầng Khuyếch đại đẩy kéo làm việc ở chế đọ B hay AB Chia làm 4 loại: Đẩy kéo song ong với BJT cùng loại hoặc khác loại và đẩy kéo nối tiếp với BJT cùmg loại hoặc khác loại

III./ Tầng Khuyếch đạiđẩy kéo:

2./ Một số điểm cơ bản của sơ đồ đẩy kéo:

Điểm đất của sơ song song là đầu âm của nguồn một chiều, điểm đất của sơ đồ nối tiếp là điểm giữa của nguồn một chiều

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 13

Các mạch đẩy kéo dùng 2 BJT khác loại được kích thich bởi các loại tín hiệu đồng pha Vì vậy có thể dùng chung một tín hiệu để kích thích cho cả 2 BJT

Khi các Transistor của tầng đẩy kéo làm việc ở chế độ B cần lưu ý đến méo sinh ra khi điểm làm việc ở điểm chuyển tiếp từ BJT này sang BJT khác Vì trong BJT chỉ có dòng Emiter khi điện áp Bazo-Emiter lớn hơn Uy(0.5 0.6V) đối với Silic Do đó, khi điện áp vào nhỏ thì nó được Khuyếch đại rất ít hoặc hoàn toàn không khuyếch đại sinh ra méo lớn (méo Crossover) Khắc phục bằng cách tăng trị số dòng ra tại điểm tĩnh, tức phân cực Vbe khoảng 0,5V ở mức ngưỡmg dẫn 3./ Mạch khuyếch đại OCL và OTL

Tính toán các thông số của mạch Khuyếch đạiOTL

Tính Pin tại đỉnh dương của tín hiệu Q1 dẫn mạnh do đó dòng qua RL sẽ lớn nhất khi áp rơi trên RL lớn nhất ULm=VCC/2

IV./ Ưu nhược điểm một số mạch Khuyếch đạicông suất:

tùy thuộc vào cách đưa tín hiệu ra loa, người ta phân thành các loại sau đây:

1./ Mạch Khuyếch đại công suất ghép tải qua biến áp:

Mạch này có ưu điểm là cjo hiệu suất cao, nhưng hiện nay cũng ít được sử dụng, chỉ dùng trong trường hợp yêu cầu phải cách điện một chiều hoặc yêu cầu cho hiệu suất cao trong khi nguồn cung cấp nhỏ(vì biến áp làm cho mạch có kích thước lớn, giá thành cao gây méo phi tuyến và méo tần số, dải thông hẹp)

2./ Mạch Khuyếch đại công suất ghép tụ ở loa(OTL):

Ưu điểm: Chỉ có một bộ nguồn cung cấp,dải thông rộng hơn kiểu ghép biến áp, hiệu suất

cao, ít cồng kềnh, chế độ làm việc ổn định

Nhược điểm: Bị hạn chế ở tần số thấp do ghép tụ ở đàu ra Vì tín hiệu bé có tần số thấp thì ZC

lớn, nên tín hiệu ra bị mất mát trên tụ

3./ Mạch Khuyếch đại công suất liên lạc thẳng (OCL):

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 14

Ưu điểm: Không gây méo ở tần số thấp do không có tụ

Nhược điểm: Phải dùng hai nguồn cung cấp đối xứng và các Transistor vi sai ở tần đầu phải

có các thông số như nhau để đảm bảo nén tín hiệu đồng pha (CMFF) lớn để kháng nhiễu tốt 4./ Mạch Khuyếch đạicông suất Cầu (BTL):

Ưu điểm: Công suất ra lớn, chỉ dùng một nguồn cung cấp

Nhược điểm: Dùng nhiều linh kiện, các vế của cầu phải đối xứng để đảm bảo không bị méo

tín hiệu Tải không có đầu nào mắc vào mass hay vỏ máy

Trong thực tế mạch khuyếch đạicông suất OTL thường được dùng nhiều vì cho ra âm thanh trung thực và chất lượng cao

V./ Mạch Darlington và giả Darlington:

Mạch Darlington và giả Darlington có hệ số khuyếch đại dòng lớn, và có trở kháng vào lớn 1./ Mạch Darlington:

Hệ số khuyếch đại dòng chung:

B

C C

B

C

I I

 hfe=

) 1

1 1

fe B

C

h I

B

BEQ BEQ

B

B ie B ie

I

I h I

1 ( 1 )

B

B fe ie

I

I h

 hie=hie2+hie1(1+hfe2)

Vậy mạch Darlington có hệ số khuyếch đại dòng và trở kháng vào lớn

Vì hfe rất lớn nên khi ứng dụng với trị số dong Ie1 hữu hanl thì dòng Ib1 có thể rất bé làm cho

Q2 có thể làm việc trên đoạn đặc tuyến vào phi tuyến Ib=f(Vbe) Để khắc phục ta mắc thêm điện trở

rẽ dòng tại cực E của Q2 như hình vẽ sau:

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 15

Chọn Rb1:Rb1 phải lớn hơn rất nhiều điện trở vào xoay chiều của Q1 nhưng nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở vào một chiều Khi đó RB1 rẽ được dòng nhiệt cho Q1 mà tổn thất tín hiệu xoay chiều trên RB1 không đáng kể RACQ1<<RB1<<RDCQ1

I

h

=hfe2(1+hfe1) hfe=hfe2(1+hfe1)

B

L B C

I

R I

VI./ Méo Crossover và phương pháp khắc phục:

1./ Méo Crossover(hình vẽ):

Từ đặc tuyến vào của Transistor Ib=f(Ube) ta thấy rằng ở đặc tuyến có một đoạn cong khi điện áp vào Ube còn thấp Do đó khi Transistor làm việc ở chế độ B sẽ gây ra méo lớn Điều này có nghĩa là nếu như điện áp Ube của Transistor là lớn hơn điện áp biên độ của tín hiệu vào thì lúc này Transistor chưa dẫn và bhư vậy mặc dù đã có tín hiệu nhưng lại không có tín hiệu ra Cho đến khi điện áp vào lớn hơn điện áp thông U lúc đó Transistor mới dãn, và mới có tín hiệu ra Chính vì

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 16

vậy mà làm cho tín hiệu bị méo dạng không còn hình sin Điều này chứng tỏ quan hệ giữa tín hiệu vào và ra trong khu vực gần gốc tọa độ là không tuyến tính Loại méo này được gọi là méo

Crossover, trong khu vực có méo thì hệ số khuyếch đại điện áp KU=0

Để khắc phục triệt để hơn loại méo Crossover thì ta cần phải di chuyển đặc tuyến vào của Transistor cho:UBE01=UBE02 tương ứng với mức điện áp là UV=0

Điều này có nghĩa là ta cần định mức phân cực cho BJT, sao cho khi có tín hiệu vào thì Transistor dẫn ngay Như vậy xem mức điện áp thông Ube đã được dời về gốc tọa độ (Đặc tuyến dời vào lúc này coi như là tuyến tính và đoạn cong của đường đặc tuyến đã bị loại bỏ)

Để đạt được điều mong muốn trên ta phải đặc vào cực B của 2BJT công suất các điện áp ban đầu thích hợp Vậy tầng khuyếch đại đẩy kéo không đơn thuần làm việc ở chế độ B mà nó làm việc theo chế độ AB Tức là nó sẽ có một phần áp nhỏ làm cho điểm làm việc Q sẽ dịch chuyển lên điểm Q do đó làm cho tín hiệu đầu ra ít bị méo

Tóm lại: Nguyên nhân gây méo ở đầu ra tầng công suất làm việc ở chế độ B thì điểm làm việc Q nằm ở gốc tọa độ Q(0,0) trên đặc tuyến vào Đặc tuyến này có vùng chết "Death Region" tương ứng với đoạn (0,Uy), trong vùng này tín hiệu vào có biên độ 0<Vi< U suy ra Ib0 Cho đến một lúc nào đó Vi> U suy ra BJT dẫn khi đó mới có tín hiệu ở đầu ra, dẫn đến méo khi tín hiệu vào có biên độ nhỏ và biên độ ra cũng nhỏ hơn so với trường hợp V =0 (tức trường hợp ta dời đặc tuyến của BJT về gốc tọa độ)

2./ Các phương pháp tránh méo Crossover: