gt ky thuat mach dien tu iii 122

1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên: HÀ THANH SƠN -*** - GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III ( Lưu hành nội bộ) HÀ NỘI 2012 LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Tuyên bố quyền Tài liệu loại giáo trình nội dùng nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên học sinh, sinh viên nên nguồn thơng tin tham khảo Tài liệu phải trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn phát hành Việc sử dụng tài liệu với mục đích thương mại khác với mục đích bị nghiêm cấm bị coi vi phạm quyền Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ quyền BÀI : BỘ KHUẾCH ĐẠI Giới thiệu: Mạch khuếch đại quan trọng thiết bị điện tử nào, cho phép khuếch đại tín hiệu nhỏ đến mức cần thiết để xử lý tính tốn Mục tiêu : Học xong học viên có khả năng:  Kiến thức:  Nắm khái niệm mạch khuếch đại  Phân loại tính toán kiểu mạch khuếch đại khác  Kỹ năng:  Có thể nhận dạng hiểu nguyên lý loại mạch khuếch đại  Biết phân tích , tính tốn mạch khuếch đại đảo khơng đảo  Thái độ:  Có ý thức tự giác học tập  Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn  Tuân thủ nội quy giấc học tập Nội dung chính: KháiNiệm Chung Về Bộ Khuếch Đại 1.1 Khái niệm chung Mạch khuyếch đại sử dụng hầu hết thiết bị điện tử, mạch khuyếch đại âm tần máy chơi nhạc, Âmply, khuyếch đại tín hiệu video Ti vi, LCD hay mạch khuếch đại tín hiệu vơ tuyến thu Radio, thu truyền hình v.v … - Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường gọi tắt op-amp mạch khuếch đại chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại cao, có đầu vào vi sai, thơng thường có đầu đơn Trong ứng dụng thơng thường, đầu điều khiển mạch hồi tiếp âmsao cho xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào tổng trở đầu - Các mạch khuếch đại thuật tốn có ứng dụng trải rộng nhiều thiết bị điện tử thời từ thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp khoa học 5 Các mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng có giá bán rẻ Các thiết kế đại điện tử hóa chặt chẽ trước đây, số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng tình trạng ngắn mạch đầu mà không làm hư hỏng 1.2 Chức khuếch đại - Chức khuếch đại tất nhiên khả khuếch đại, nhiên cấu tạo đặc biệt, nên chúng tạo nhiều chức khác từ khuếch đại mạch cộng, trừ, vi tích phân - Trong ta khảo sát mạch khuếch đại sử dụng mạch khuếch đại thuật toán Phân Loại - Bằng cách ghép nối thành phần xung quanh KĐTT, ta thiết lập hai mạch khuếch đại khuếch đại đảo khuếch đại không đảo (khuếch đại đệm) - Trong này, ta khảo sát op-amp trạng thái lý tưởng Sau đặc tính op-amp lý tưởng: - Ðộ lợi vòng hở A (open loop gain) vô cực - Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực - Tổng trở vào vô cực - Tổng trở - Các hệ số l vô cực - Khi ngõ vào volt, ngõ volt - Ðương nhiên op-amp thực tế đạt trạng thái lý tưởng 6 Hình 0.1Ký hiệu mạch tương đương opamp - Từ đặc tính ta thấy: A= → ∞ nên V0 xác định chưa bảo hịa V1 = V2 - Zi →∞ nên khơng có dịng điện chạy vào op-amp từ ngõ vào - Z0 →0Ω nên ngõ v0 không bị ảnh hưởng mắc tải - Vì A lớn nên phải dùng op-amp với hồi tiếp âm Với hồi tiếp âm, ta có hai dạng mạch khuếch đại sau: 2.1 Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại đảo mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn hơn, bị đảo chiều so với tín hiệu vào 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 0.2 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo 2.1.2 Chức nhiệm vụ mạch Chức mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn , đảo chiều cực tính tín hiệu vào 2.1.3 Tính tốn thơng số mạch - Mạch khuếch đại đảo đảo ngược khuếch đại tín hiệu ngõ vào Hệ số khuếch đại xác định dựa vào hai điện trở (điện trở hồi tiếp âm Rf, điện trở vào Rin) Hình 0.3Mạch khuếch đại đảo + Zi, Zf có dang + Tín hiệu đưa vào ngõ vào (-) vi xoay chiều chiều - Do Op_amp lý tưởng nên: V1 = V2 = 0V ⇨ nên độ lợi áp mạch: Nhận xét: - Khi Zf Zi điện trở v0 vi lệch pha 1800 (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào ( - ) gọi ngõ vào đảo) 8 - Zf đóng vai trò mạch hồi tiếp âm Zf lớn (hồi tiếp âm nhỏ) độ khuếch đại mạch lớn - Khi Zf Zi điện trở op-amp có tính khuếch đại điện chiều 2.1.4 Bài tập tính tốn mạch - Tính hệ số khuếch đại mạch sau với Rf=10K,Ri=5K Nếu cho tín hiệu chiều có đầu vào 10mV, đầu ? 2.2 Mạch khuếch đại không đảo 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 0.4Mạch khuếch đại khơng đảo 2.2.2 Chức nhiệm vụ mạch - Chức mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn , chiều so với tín hiệu vào 9 2.2.3 Tính tốn thơng số mạch Hình 0.5Tính tốn mạch khuếch đại khơng đảo Ta có: Và ⇨ - Suy ra: + Nhận xét: - Zf , Zi có dạng - v0 vi có dạng - Khi Zf , Zi điện trở ngõ v0 có pha với ngõ vào vi (nên mạch gọi mạch khuếch đại không đảo ngõ vào ( + ) gọi ngõ vào khơng đảo) 10 - Zf đóng vai trò hồi tiếp âm Ðể tăng độ khuếch đại AV, ta tăng Zf giảm Zi - Mạch khuếch đại tín hiệu chiều Zf Zi điện trở Mạch giữ nguyên tính chất khơng đảo có cơng thức với trường hợp tín hiệu xoay chiều - Khi Zf =0, ta có: AV=1 ⇨ v0=vi Zi =∞ ta có AV=1 v0=vi Lúc mạch gọi mạch “voltage follower” thường dùng làm mạch đệm (buffer) có tổng trở vào lớn tổng trở nhỏ mạch cực thu chung BJT 2.2.4 Bài tập tính tốn mạch - Tính hệ số khuếch đại mạch sau với Zf=10K , Zi=5K Nếu cho tín hiệu chiều có đầu vào 10mV, đầu ? 11 BÀI 2: MẠCH CỘNG Giới thiệu: Mạch cộng thường sử dụng mạch tính tốn, xử lý tín hiệu analog Mục tiêu : Học xong học viên có khả năng:  Kiến thức:  Nắm khái niệm mạch cộng  Phân loại tính tốn mạch cộng  Kỹ năng:  Có thể nhận dạng hiểu nguyên lý loại mạch cộng  Biết phân tích , tính tốn mạch cộng đảo khơng đảo  Thái độ:  Có ý thức tự giác học tập  Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn  Tuân thủ nội quy giấc học tập Nội dung : Khái Niệm Chung Về Mạch Cộng 1.1 Khái niệm chung mạch cộng Ðây mạch điện tử đặc biệt liên hệ điện ngõ vào ngõ phương trình tốn học đơn giản phép tốn cộng tín hiệu 1.2 Vai trò chức mạch cộng Cộng điện áp tín hiệu ngõ vào 12 Phân Loại 2.1 Mạch cộng không đảo 2.1.1 Sơ đồ ngun lý mạch Hình 0.1Mạch cộng khơng đảo 2.1.2 Chức nhiệm vụ mạch Cộng điện áp tín hiệu ngõ vào, tín hiệu điện áp ngõ tổng tín hiệu điện áp ngõ vào khơng đảo 2.1.3 Tính tốn thơng số mạch Hình 0.2Tính tốn mạch cộng khơng đảo 13 Các dịng điện chạy qua điện trở là: = , = , = Tổng dòng điện chạy qua Rf tạo thành Vo nên ta có: ⇨ Trong đó: Nếu: ; ; ; = ta có: - Tín hiệu ngõ tổng điện áp tín hiệu ngõ vào Ta ý Vi điện chiều xoay chiều 2.1.4 Bài tập tính tốn mạch - Tìm Vout ? Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV R1 = R2 = R3 = R = 10kΩ 14 2.2 Mạch cộng đảo 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 0.3Mạch cộng đảo 2.2.2 Chức nhiệm vụ mạch Cộng điện áp tín hiệu ngõ vào, đảo điện áp tín hiệu tổng ngõ 2.2.3 Tính tốn thơng số mạch Hình 0.4Tính tốn mạch cộng đảo Các dòng điện chạy qua điện trở là: = ; = ; ; = Tổng dòng chạy qua Rf tạo thành dòng V0 nên ta có: 15 ⇨ Trong đó: Nếu: ; = ; ; ta có: - Tín hiệu ngõ tổng tín hiệu ngõ vào ngược pha Ta ý Vi điện chiều xoay chiều 2.2.4 Bài tập tính tốn mạch Tìm Vout ? Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV R1 = R2 = R3 = 10kΩ, Rf = 50kΩ 16 BÀI 3: MẠCH TRỪ Giới thiệu: Mạch trừ thường sử dụng mạch tính tốn, xử lý tín hiệu analog.Mạch trừ xem mạch cộng với tín hiệu bị đảo dấu Mục tiêu : Học xong học viên có khả năng:  Kiến thức:  Nắm khái niệm mạch trừ  Phân loại tính tốn mạch trừ  Kỹ năng:  Có thể nhận dạng hiểu nguyên lý loại mạch trừ  Biết phân tích , tính tốn mạch trừ đổi dấu mạch trừ vi sai  Thái độ:  Có ý thức tự giác học tập  Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn  Tuân thủ nội quy giấc học tập Nội dung : Khái Niệm Chung 1.1 Khái niệm chung mạch trừ Ðây mạch điện tử đặc biệt liên hệ điện ngõ vào ngõ phương trình tốn học đơn giản phép tốn trừ tín hiệu 1.2 Vai trị chức mạch trừ Mạch trừ mạch lấy hiệu điện áp tín hiệu ngõ vào với 17 Sơ đồ mạch điện Hình 0.1Mạch trừ phương pháp đổi dấu Hình 0.2 Mạch trừ phương pháp vi sai 2.1 Tác dụng linh kiện mạch Op_amp1, R1 có tác dụng đổi dấu tín hiệu V2 thành -V2 Op_amp2, R2, Rf có tác dụng cộng hai tín hiệu V1 –V2, đổi dấu kết 2.2 Nguyên lý hoạt động mạch Để trừ tín hiệu V1với V2, ta đảo V2 thành –V2, sau cộng V1 với –V2, đổi dấu kết 2.3 Chức nhiệm vụ mạch Trừ tín hiệu V1 cho V2,và đổi dấu kết 2.4 Tính tốn thơng số mạch V2 đảo cộng với V1 Do theo mạch ta có: 18 Nếu ta chọn: R1 = R2 = Rf, ta được: - Như tín hiệu ngõ hiệu tín hiệu ngõ vào đổi dấu Đối với mạch trừ phương pháp vi sai ta có: Dịng điện vào từ V2 qua Ri qua Rf nên: - Thay trị số Vm vào biểu thức ta tìm được: Nếu Rf = Ri ta có: - Như tín hiệu ngõ hiệu hai tín hiệu ngõ vào Lưu ý: Nếu hệ số số khuếch đại A 2.5 Bài tập tính tốn mạch 1) Cho mạch trừ sau: Thì mạch gọi mạch khuếch đại vi sai, với hệ 19 V1 = 20mV, V2 = 10mV, R1 = R2 =10kΩ, Rf = 20kΩ Tính Vo = ?V 2) Cho mạch vi sai sau: V1 = 20mV, V2 = 10mV Ri = Rf = 10kΩ Tính Vo = ?V 20 BÀI 4: MẠCH TẠO ĐIỆN ÁP RA CÓ CỰC TÍNH THAY ĐỔI Giới thiệu: Mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi có nhiều ứng dụng thực tế, ví dụ tạo điện áp tham khảo cho lấy mẫu ADC, mạch dùng tạo nguồn áp nguồn dịng cơng suất nhỏ Mục tiêu : Học xong học viên có khả năng:  Kiến thức:  Nắm khái niệm mạch tạo điện áp  Hiểu sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi  Kỹ năng:  Có thể tính tốn thiết kế mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi  Thái độ:  Có ý thức tự giác học tập  Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn  Tuân thủ nội quy giấc học tập Nội dung : Khái niệm mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi 1.1 Khái niệm chung Là mạch tạo điện áp DC thay đổi liên tục từ +Vcc (dương) sang Vss (âm) theo thay đổi điện áp điều chỉnh Vr so với điện áp chuẩn U1 vào 1.2 Vai trò chức mạch Mạch có chức tạo điện áp tham khảo xác cho mạch lấy mẫu ADC, mạch cần điện áp tham chiếu Ngoài mạch sử dụng làm nguồn áp với dòng tải nhỏ  ... nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Tuyên... nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III? ?? xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng... khuếch đại đảo khơng đảo  Thái độ:  Có ý thức tự giác học tập  Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn  Tu? ?n thủ nội quy giấc học tập Nội dung chính: KháiNiệm Chung Về Bộ Khuếch Đại 1.1 Khái niệm chung