Báo cáo bài tập lớn môn mạch điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⁂ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: MẠCH ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: HỒ VĂN KHƯƠNG LỚP: LO4 NHÓM 50 Thành viên: Phan Văn Thịnh MSSV: 2014604 Vương Đình Thiên MSSV: 2114863 I Thiết kế Cơ sở lý thuyết Phân tích tốn 13 II Phân tích thơng số kỹ thuật .13 Sơ đồ mạch điện 13 Mạch thực tế 14 Tầng thứ 14 Tầng thứ 15 Kết mơ tồn mạch .17 III Kết luận 18 DANH MỤC HÌNH ẢNH H9nh 1: Sơ đồ mạch điện 13 H9nh 2: Sơ đồ mạch điện tầng thứ 15 H9nh 3: Sơ đồ mạch điện tầng thứ 16 H9nh 4: Biểu đồ Vout theo thời gian 17 H9nh 5: Biểu đồ Vin Vout theo thời gian .17 Đề tài: Thiết kế khuếch đại hai tầng thỏa mãn yêu cầu sau: a) Ai=150 b) Zi = 1k c) RL=10 ghép AC d) Dòng đỉnh cực đại RL 50mA e) Vcc= 10V Transistor sử dụng có hfe=50 Hãy xác định tất transistor thông số transistor I Thiết kế  Cơ sở lý thuyết Mạch khuếch đại: - Mạch khuếch đại (amplifier circuit) thiết bị điện tử sử dụng để tăng độ lớn tín hiệu điện Nó thường sử dụng thiết bị điện tử máy phát radio, đầu đĩa CD, ampli gia đ9nh, thiết bị âm khác Mục đích mạch khuếch đại để tăng độ lớn tín hiệu đầu vào mà khơng làm thay đổi tính chất tín hiệu Mạch khuếch đại thường bao gồm số linh kiện điện tử transistor, IC khuếch đại, điện trở, tụ linh kiện khác Các loại mạch khuếch đại khác sử dụng tùy thuộc vào mục đích sử dụng tính chất tín hiệu đầu vào Đặc tính: Các đặc tính quan trọng mạch khuếch đại bao gồm: - Độ lớn khuếch đại: Là đặc tính quan trọng mạch khuếch đại, đo lường độ tăng tín hiệu đầu vào Độ lớn khuếch đại đo hệ số khuếch đại (gain) tính theo tỷ lệ đầu đầu vào - Tần số đáp ứng: Là dải tần số tín hiệu đầu vào mà mạch khuếch đại - Độ méo: Là sai lệch tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu ra, đo tỷ tăng độ lớn mà không làm thay đổi tính chất tín hiệu lệ lượng tín hiệu bất thường (tạp âm, nhiễu) lượng tín hiệu - Độ bão hịa: Là mức độ mà mạch khuếch đại xử lý tín hiệu đầu vào - Trở kháng đầu vào đầu ra: Là đặc tính mạch khuếch đại mà tín hiệu đầu mà khơng làm cho tín hiệu đầu bị biến dạng vào đầu phải kết nối với trở kháng định để đảm bảo hiệu suất tốt - Độ ổn định: Là đặc tính mạch khuếch đảm bảo độ tăng pha tín hiệu đầu không bị thay đổi biến đổi nhiệt độ, điện áp hay nhiễu từ mơi trường bên ngồi Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại dựa tạo tăng độ lớn tín hiệu điện Mạch khuếch đại thường sử dụng transistor IC khuếch thực việc Trong mạch khuếch đại sử dụng transistor, tín hiệu đầu vào đưa vào cổng điều khiển transistor Khi tín hiệu đầu vào tăng lên, dịng điện qua transistor tăng lên, dẫn đến tín hiệu đầu khuếch đại Điều xảy v9 tín hiệu đầu vào tăng lên, điện áp sở transistor tăng lên, dẫn đến gia tăng dòng điện qua khuếch đại Trong mạch khuếch đại sử dụng IC khuếch đại, nhiều transistor thành phần khác tích hợp chip IC, tạo thành khuếch đại hồn chỉnh Tín hiệu đầu vào đưa vào chân đầu vào IC, tín hiệu đầu lấy từ chân đầu IC Để đảm bảo tín hiệu đầu khuếch đại mức độ không bị méo, linh kiện mạch khuếch đại phải lựa chọn thiết kế cách Chẳng hạn như, transistor IC khuếch đại chọn cho chúng có độ lớn khuếch đại phù hợp với yêu cầu, thành phần khác điện trở tụ phải thiết kế cho tương thích với thành phần khác mơi trường sử dụng Phân loại mạch khuếch đại: Mạch khuếch đại phân loại theo nhiều cách khác Dưới số phân loại chính: - Phân loại theo số lượng đầu vào/đầu ra:  Mạch khuếch đại đơn: có đầu vào đầu  Mạch khuếch đại đa: có nhiều đầu vào đầu - Phân loại theo dạng sóng đầu vào:  Mạch khuếch đại tín hiệu AC: sử dụng để khuếch đại tín hiệu âm tín hiệu sóng radio  Mạch khuếch đại tín hiệu DC: sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện áp DC - Phân loại theo dải tần số:  Mạch khuếch đại tần số thấp (Low-frequency amplifier): sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số thấp kHz, chẳng hạn tín hiệu âm Recommandé pour toi 864 Suite du document ci-dessous Fundamentals of digital logic with verilog design third edition Digital System 36 Logisim Tutorial Digital System 28 100% (2) SN-IND-1-040 Diagnostics with CAPL since Digital System 146 100% (5) 100% (1) Bộ ôn 2018 - gerwgretergergergrgeryery Data Structure and Algorithm 100% (1)  Mạch khuếch đại tần số trung b9nh (Mid-frequency amplifier): sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số từ khoảng kHz đến 10 kHz, chẳng hạn tín hiệu sóng radio AM  Mạch khuếch đại tần số cao (High-frequency amplifier): sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số cao 10 kHz, chẳng hạn tín hiệu sóng radio FM - Phân loại theo loại linh kiện sử dụng:  Mạch khuếch đại transistor: sử dụng transistor để khuếch đại tín hiệu  Mạch khuếch đại IC (Integrated Circuit): sử dụng IC khuếch thực việc khuếch đại tín hiệu Các chế độ hoạt động mạch khuếch đại: - Mạch khuếch đại chế độ A Chân A chân đầu vào mạch khuếch đại, nơi mà tín hiệu cần khuếch đại đưa vào mạch Chế độ hoạt động mạch khuếch đại chân A phụ thuộc vào loại mạch khuếch đại cụ thể sử dụng Tuy nhiên, chế độ hoạt động chung mạch khuếch đại chân A nhận tín hiệu đầu vào tạo tín hiệu đầu khuếch đại Nếu mạch khuếch đại mạch khuếch đại đơn, có đầu vào đầu chân A Tín hiệu đầu vào đưa vào chân tín hiệu đầu khuếch đại đưa chân kết thúc mạch khuếch đại Nếu mạch khuếch đại mạch khuếch đại đa, có nhiều chân đầu vào chân đầu chân A Các tín hiệu đầu vào đưa vào chân tín hiệu đầu khuếch đại đưa chân kết thúc mạch khuếch đại Trong hai trường hợp, mạch khuếch đại sử dụng linh kiện điện tử transistor, IC Op-Amp để khuếch đại tín hiệu đầu vào tạo tín hiệu đầu khuếch đại - Mạch khuếch đại chế độ B Chân B chân đầu mạch khuếch đại, nơi mà tín hiệu đầu đưa từ mạch sau khuếch đại Chế độ hoạt động mạch khuếch đại chân B phụ thuộc vào loại mạch khuếch đại cụ thể sử dụng Tuy nhiên, chế độ hoạt động chung mạch khuếch đại chân B tạo tín hiệu đầu khuếch đại từ tín hiệu đầu vào đưa vào mạch chân A Nếu mạch khuếch đại mạch khuếch đại đơn, có đầu vào đầu chân B Tín hiệu đầu vào đưa vào mạch chân A tín hiệu đầu khuếch đại đưa chân B Nếu mạch khuếch đại mạch khuếch đại đa, có nhiều chân đầu vào chân đầu chân B Các tín hiệu đầu vào đưa vào chân tương ứng tín hiệu đầu khuếch đại đưa chân B Trong hai trường hợp, mạch khuếch đại sử dụng linh kiện điện tử transistor, IC Op-Amp để khuếch đại tín hiệu đầu vào tạo tín hiệu đầu khuếch đại - Mạch khuếch đại công suất kết hợp hai chế độ A B Mạch khuếch đại công xuất loại mạch khuếch đại sử dụng để khuếch đại tín hiệu cơng suất cao Mạch khuếch đại công xuất kết hợp hai chế độ A B để tạo tín hiệu đầu khuếch đại mạnh mẽ đồng thời tiết kiệm lượng Trong chế độ A, mạch khuếch đại hoạt động suốt phần chu kỳ sóng đầu vào Trong đó, chế độ B, mạch khuếch đại hoạt động suốt phần lại chu kỳ sóng đầu vào Khi mạch khuếch đại kết hợp hai chế độ này, tín hiệu đầu vào chia thành hai phần phần khuếch đại riêng lẻ chế độ Khi tín hiệu đầu vào nằm phần chế độ A, mạch khuếch đại sử dụng transistor khuếch đại khác để khuếch đại tín hiệu Tương tự, tín hiệu đầu vào nằm phần chế độ B, mạch khuếch đại sử dụng transistor khuếch đại khác để khuếch đại tín hiệu Kết hợp hai chế độ A B giúp tạo tín hiệu đầu khuếch đại mạnh mẽ hơn, đồng thời tiết kiệm lượng so với việc sử dụng hai chế độ Mạch khuếch đại công xuất kết hợp hai chế độ A B thường sử dụng ứng dụng âm thanh, điện tử công suất, đèn chiếu sáng thiết bị điện tử khác có yêu cầu công suất cao tiết kiệm lượng - Mạch khuếch đại chế độ C Mạch khuếch đại chế độ C thường gọi chế độ khuếch đại dòng điện Chế độ hoạt động sử dụng để khuếch đại tín hiệu dịng điện thay v9 tín hiệu điện áp chế độ A B Trong chế độ hoạt động C, tín hiệu đầu vào đưa vào mạch thơng qua chân C Nó chạy qua tài liệu bán dẫn, ví dụ transistor, khuếch tạo tín hiệu đầu lớn Chế độ hoạt động C thường sử dụng ứng dụng điện tử công suất, chẳng hạn ampli công suất, biến đổi tần số, nguồn điện có cơng suất lớn Các kiểu mắc Transistor  Transistor mắc theo kiểu E chung Transistor mắc theo kiểu E chung (hay gọi transistor khuếch đại E chung transistor khuếch đại ngược) ba kiểu transistor bản, bao gồm transistor khuếch đại cộng cực transistor khuếch đại thuận cực Trong transistor mắc theo kiểu E chung, điện cực E (Emitter) kết nối chung với nguồn điện, điện cực B (Base) kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào điện cực C (Collector) kết nối với tải Mạch khuếch đại E chung sử dụng để khuếch đại tín hiệu âm tín hiệu điện áp với độ lớn vừa phải Khi tín hiệu đầu vào đưa vào điện cực B, dòng điện nhỏ chảy qua khu vực giao điện cực B điện cực E transistor, làm cho transistor dẫn điện cho phép dòng điện lớn chảy qua điện cực C Điều khuếch đại tín hiệu đầu vào, tạo tín hiệu đầu lớn Transistor mắc theo kiểu E chung sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm ampli âm thanh, đầu đĩa CD, máy phát điện mạch nguồn điện  Transistor mắc theo kiểu C chung Transistor mắc theo kiểu C chung (hay gọi transistor khuếch đại C chung) loại transistor khuếch đại cấu trúc đơn giản, sử dụng phổ biến mạch khuếch đại khuếch đại công suất Trong transistor mắc theo kiểu C chung, điện cực C (Collector) kết nối chung với nguồn điện, điện cực B (Base) kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào điện cực E (Emitter) kết nối với tải Khi tín hiệu đầu vào đưa vào điện cực B, dòng điện nhỏ chảy qua khu vực giao điện cực B điện cực E transistor, tạo dòng điện lớn điện cực C cho phép khuếch đại tín hiệu đầu vào 10 Transistor mắc theo kiểu C chung sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mạch khuếch đại tần số radio, ampli công suất, mạch điều khiển động nguồn điện có cơng suất lớn  Transistor mắc theo kiểu B chung Transistor mắc theo kiểu B chung (hay gọi transistor khuếch đại B chung transistor khuếch đại thuận cực) loại transistor khuếch đại bản, bao gồm transistor khuếch đại cộng cực transistor khuếch đại ngược Trong transistor mắc theo kiểu B chung, điện cực B (Base) kết nối chung với nguồn điện, điện cực E (Emitter) kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào điện cực C (Collector) kết nối với tải Khi tín hiệu đầu vào đưa vào điện cực E, dòng điện nhỏ chảy qua khu vực giao điện cực E điện cực B transistor, kích hoạt transistor cho phép dòng điện lớn chảy qua điện cực C Điều khuếch đại tín hiệu đầu vào, tạo tín hiệu đầu lớn Transistor mắc theo kiểu B chung sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mạch khuếch đại tín hiệu, ampli đèn, khuếch đại âm mạch nguồn điện Các kiểu ghép tầng  Ghép tầng qua tụ điện Ghép tầng qua tụ điện phương pháp sử dụng mạch khuếch cải thiện đáp ứng tần số giảm nhiễu Phương pháp thực cách đặt tụ điện hai tầng khuếch chặn tín hiệu tần số thấp cho phép tín hiệu tần số cao qua Với ghép tầng qua tụ điện, tần số cắt tạo tụ điện trở kháng tầng khuếch đại Tần số cắt phụ thuộc vào giá trị tụ điện trở kháng tầng khuếch đại Khi tần số đầu vào vượt qua tần số cắt này, đáp ứng tần số mạch khuếch đại giảm dần Phương pháp ghép tầng qua tụ điện sử dụng mạch khuếch đại âm thanh, mạch khuếch đại RF mạch khuếch đại tần số cao khác  Ghép tầng qua biến áp 11 Ghép tầng qua biến áp phương pháp sử dụng mạch khuếch cải thiện đáp ứng tần số tăng độ nhạy mạch Phương pháp thường sử dụng mạch khuếch đại công suất, bao gồm mạch khuếch đại âm mạch khuếch đại RF Trong ghép tầng qua biến áp, biến áp đặt tầng khuếch đại đầu vào tầng khuếch đại đầu Biến áp thiết kế để tăng giảm cường độ tín hiệu Nó dùng để chuyển đổi từ tín hiệu đầu vào thấp cường độ sang tín hiệu đầu cao cường độ ngược lại Việc sử dụng biến áp mạch khuếch đại giúp cải thiện đáp ứng tần số giảm nhiễu Nó tăng độ nhạy mạch cách tăng độ nhạy tín hiệu đầu vào giảm độ suy giảm tín hiệu đầu Tuy nhiên, sử dụng biến áp có số hạn chế Nó làm giảm độ mạnh tín hiệu đầu vào, cần thiết kế cách để tránh mát tín hiệu Nó tăng kích thước mạch làm tăng chi phí sản xuất Tóm lại, phương pháp ghép tầng qua biến áp công cụ quan trọng mạch khuếch đại công suất sử dụng rộng rãi ứng dụng khác  Ghép tầng trực tiếp Ghép tầng trực tiếp phương pháp ghép tầng mạch khuếch đại mà tín hiệu đầu tầng kết nối trực tiếp đến đầu vào tầng mà khơng có thành phần trung gian khác Phương pháp thường sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu thấp mạch khuếch đại âm Trong ghép tầng trực tiếp, tín hiệu đầu tầng khuếch đại kết nối trực tiếp đến đầu vào tầng khuếch đại thứ hai Các tầng kết nối trực tiếp với Tín hiệu khuếch đại truyền qua tầng liên tiếp, tầng tăng cường tín hiệu trước truyền cho tầng Phương pháp ghép tầng trực tiếp có ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế chi phí sản xuất thấp so với phương pháp ghép tầng khác Nó có độ phản hồi cao hơn, cho phép tần số cao truyền qua mạch Tuy nhiên, phương pháp có số hạn chế, bao gồm khả làm tăng nhiễu giảm độ nhạy mạch Các tầng trực tiếp ghép với dẫn đến giảm độ phân giải tín hiệu đầu Tóm lại, phương pháp ghép tầng trực tiếp phương pháp đơn giản dễ thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu thấp có hạn chế cần xem xét áp dụng 12  Phân tích tốn Phân tích thơng số kỹ thuật u cầu kỹ thuật: Mạch khuếch đại liên tầng thỏa mãn: - Ai= 150 - Zi= 1kΩ - RL =10 ghé AC - Dòng đỉnh cực đại RL 50mA Ta lựa chọn thông số linh kiện sau: Nguồn cung cấp: VCC= 12V Trasistor có hfe= 10 Sơ đồ mạch điện Hình 1: Sơ đồ mạch điện 13 II Mạch thực tế A= 150 = 50 Chọn = 150 mA = mA Chọn Với Tầng thứ Chọn Ω Hình 2: Sơ đồ mạch điện tầng thứ 14 Tầng thứ Chọn Hình 3: Sơ đồ mạch điện tầng thứ 15 Kết mơ tồn mạch Hình 4: Biểu đồ Vout theo thời gian Hình 5: Biểu đồ Vin Vout theo thời gian 16 III Kết luận Để đáp ứng nhu cầu khuếch đại từ tín hiệu nhỏ đầu vào thành tín hiệu lớn đầu th9 sử dụng phương pháp mắc mạch khuếch đại liên tầng Trong tr9nh thực sai số tính tốn lý thuyết cịn lớn, cần cải tiến sửa đổi để kết hoàn chỉnh 17