Giáo trình thực tập điện tử và kỹ thuật số 1 (phần điện tử) phần 2

Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tứ Bộ môn Điện từ - Viễn thông BÀI K HUẾCH ĐẠI NỐ I TẨNG DỪNG TR AN ZITO R M ỤC ĐÍCH CH UNG Tìm hiểu ngun tắc xây dựng khuếch đại nhiều tầng tranzitor Hệ số khuếch đại khuếch đại nối tầng Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động hệ số khuếch đại khuếch đại vi sai khuếch đại thuật toán C SỞ LÝ TH UY ẾT Để thực hành tốt thí nghiệm yêu cẩu sinh viên cần nắm rõ sơ' điểm sau: Cách tính hệ số khuếch đại cùa tầng nhiều tầng Tác dụng ổn định dòng tĩnh, bù nhiệt mạch khuếch đại vi sai Tính hệ sơ' khuếch đại khuếch đại vi sai Hiểu nguyên lý mạch khuếch đại thuật toán Xác định cách mắc tranzitor theo kiểu c c , BC, EC chế độ công tắc A, B CÁC BÀI T H Í N G H IỆ M 3.1 THIẾT BỊ SỬ D Ụ N G - Thiết bị cho thực tập điện tử tương tự ATS-1 IN - Khơi thí nghiệm AE-103N cho thực tập tranzitor (gắn lên thiết bị ATS-1 IN) 75 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện từ Bộ môn Điện tư - ỉ 'iễn thông - Dao động ký hai tia - Phụ tùng dây cắm 3.2 CẤP NGUỒN VÀ DÂY N ố i Khối AE-103 chứa mảng sơ đồ A3-1 6, với chôt cấp nguồn riêng Khi sử dụng mảng cần nối dây cấp nguồn cho mảng sơ đồ Đất (GND) mảng dơ đồ nối sần với nhau, cần nối đất chung cho toàn khối AE-103N Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY thiết bị ATS1IN cung cấp chuẩn ±5V, ±12V cô' định Bộ nguồn điều chỉnh DC ADJUST POWER SUPPLY thiết bị ATS-1 IN cung cấp giá trị điện chiều +15V -15V Khi vặn biến trở chỉnh nguồn, cho phép định giá trị điện cần thiết Sử dụng đồng hồ đo DC thiết bị xác định điện đặt Khi thực tập, cần nối dây từ chốt cấp nguồn cùa ATS1 IN tới trực tiếp cho mảng sơ đổ cần khảo sát Chú ý: Cắm phân cực nguồn hồ đo 3.3 CÁC BÀI THỤC TẬP 3.3.1 K huếch đại nơi táng Thí nghiệm khuếch đại nối tầng thực trẽn mảng sơ đồ hình A3-1 76 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện từ Bộ môn Điện tử - Viễn thơng Hình A3-1 Bộ khuếch đại nối tầng mạch CR 3.3.1.1 N hiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc xây dựng khuếch đại nhiều tầng tranzitor Tìm hiểu nguyên nhân giảm hệ số khuếch đại ghép tầng phương pháp làm giám mát 3.3.1.2 N guyên lý ho t động Trong hình A3-1 sơ đồ khuếch đại nối tầng Ta nối hai hay ba tầng tuỳ theo việc đấu nối đẩu nối Khi ta nối A với E ta khuếch đại hai tầng Còn nối A vói E, F với B ta khuếch đại ba tầng Ví dụ: Phân tích hoạt động khuếch đại ba tầng (nối A với E, F với B) Tụ C l, C3 C4, C6 tụ nơi tầng 77 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện từ Bộ mơn Điện tư - í ten thơng Tín hiệu xoay chiều từ đầu vào IN qua tụ C1 vào chản bazơ TI khuếch đại với hệ sô KI lấy chân collector TI (khuếch đại đảo pha) Tín hiệu từ chân collector cùa TI đưa đến chân bazơ T3 qua tụ C3 khuếch đại với hệ số K3 lấy chân emitter cúa T3 (khuếch đại đồng pha) Tín hiệu từ chàn emitter cùa T3 đưa đến chân bazơ cùa T2 qua tụ C4 khuếch đại với hệ só K2 (khuếch đại đảo pha) Tín hiệu lối lấy chân collector T2 qua tụ C6 Tín hiệu sau tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại K=K1.K2.K3 đồng pha với tín hiệu vào Tín hiệu chân c T2 ngược pha với tín hiệu chân B cúa T3 nén sử dụng tụ C5 để tạo mạch hồi tiếp âm khư nhiều cao tần Nếu chi sử dụng hai tầng khuếch đại ta phân tích tương tự 3.3.1.3 Các bước thực Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A3-1 Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR cùa thiết bị ATS -11N chế độ: Phát dạng sin (cóng tắc FUNCTION vị trí hình vẽ) Tần sơ 1kHz (cơng tác khoảng RANGE vị trí lk chinh bổ sung biến trớ chỉnh tinh FREQUENCY Biên độ ± 10V từ đinh tới đính AMPLITUDE) (chinh biến trớ biên đ Đặt thang đo lỏi vào kênh dao động ký 50mV/cm kênh 2V/cm thời gian quét Ims/cm Chinh cho ca hai tia nằm khoáng phần phần cùa dao độns ký Sử 78 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tử / Bộ môn Điện tư - Viễn thơng dụng nút chỉnh vị trí để dịch tia theo chiếu X Y vị trí dễ quan sát Nối kênh dao động ký với chốt vào tuỳ theo thí nghiệm , nối kênh dao động ký với lối tuỳ theo thí nghiệm Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào IN theo hình A -la Đo biên độ xung vào xung (collector - lối A) tầng T l Tính hệ số khuếch đại: K I = Ưra/U VỈ1(,(T1) Hình A3-ỈU Bộ khuếch đại tranzitor T l- xác định K l Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào B theo hình A -lb Đo biên độ xung vào xung (collector - OUT/C) tầng T2 Tính hệ sơ' khuếch đại: K2 = Ura/U VJ T ) 79 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tứ Bộ Điện lu - l iễn thõng Hình A -lb Bộ khuếch đại tranzitor 12- xác định K2 Tính hệ số khuếch đại ghép hai táng: K(tính tốn) = K1.K2 Nối A với B (hình A 3-lc) để ghép hai tầng khuếch đại T l, T2 mạch C4, R8//R9 Cấp tín hiệu máy phát vào IN Đo bién độ xung vào (tại IN) xung (tại C) Tính hệ sơ' khuếch đại: K(đo) = Ura/Uvào(Tl - T2) 80 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tử Bộ môn Điện tử - Viên thơng Hình A -lc Bộ khuếch đại nối tầng mạch RC Xác định K l, K2 So sánh giá trị hệ số K(tính tốn) K(đo) Tính hệ số mát nối tầng: K(CR) = (K(tính) - K(đo)).100/K(tính) Nối A với E F với B để ghép hai tầng khuếch đại T l T2 qua tầng lặp lại em itter T3 - hình A 3-ld (lưu ý tầng lặp lại emitter có trờ vào lớn trớ nhỏ) Đo biên độ xung vào (tại IN) xung (tại C) Tính hệ số khuếch đại: K(đo 2) = Ura/U vàH(T l,2,3) Tính hệ sơ mát nối tầng: K(T3) = (K(tính) - K(đo)).100/K(tính) 81 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tư I Bộ Diện tư - í iễn thõng Hình A ỉ-ld Bộ khuếch đại với lạp lại emitter ghép táng Chú v: Khi có tín hiệu nhiều cao tần, nối G với H đê tạo mạch phán hồi âm khứ nhiẻu 10 So sánh giá trị hệ sơ mát hệ sị khuếch đại hai trường hợp nôi tấng băng mạch CR táng lặp lại emitter Giai thích kết 3.3.2 Khuếch đại vi sai Thí nghiệm khuếch đại vi sai thực trẽn sơ hình A3-2: 82 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tử Bộ mơn Điện từ - Viễn thơng Hình A3-2 Sơ đồ khuếch đại vi sai khuếch đại thuật tốn 3.3.2.1 N hiệm vụ Tìm hiếu ngun tắc hoạt động khuếch đại vi sai Tìm hiểu hệ sỏ khuếch đại m áy phát dòng khuếch đại vi sai 3.3.2.2 Nguyên lý hoạt động Bộ khuếch đại vi sai cho hình A3-2a 83 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện từ ì Bộ mơn Điện lư - I ién thơng Tín hiệu vào đưa qua điểm A hay điểm TP3 cịn tín hiệu lấy điểm C l hay C2 Ớ đày hai tranzitor T l T2 hai điện trờ R2, R3 có thơng số giá trị giống hệt để đảm bảo đối xứng chống độ trôi, nhiều điều kiện nhiệt độ mỏi trường Tranzitor T3 đóng vai trị nguồn dịng ổn định Khi chưa có tín hiệu vào điện áp hai cực góp cùa tranzitor nên điện áp lấy đường chéo là: u ra= u ra, - u rd2 = o Khi có tín hiệu vào, giả sử Uvàol > 0, Uvi„2 = tác dụng cùa điện lối vào, xuất dòng điện lối vào cua hai tranzitor, dòng cực gốc cùa TI tăng lẽn dòng cực gốc cùa T2 Siam 84 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện từ I Bộ môn Điện từ - Viên thông Chu kỳ xung lối ra: Tm= t, + t2 Ớ đây, chu kỳ tín hiệu yếu phụ thuộc vào R l, R2, C l, C2 bỏ qua yếu tố điện trở tranzitor R3, R » R , R2, ta có cơng thức gần sau: T| = R lC lln ~ 0.7 R1C1 t2 =R2C21n2 = 0.7 R2C2 Nếu chọn đôi xứng R I = R2, C1 = C2, T l giơng hệt T2 ta có T, = t nhận đa hài đôi xứng, ngược lại ta đa hài không đối xứng T, khác x2 Biên độ xung xác định gần với giá trị cùa nguồn Vcc cung cấp Để tạo xung có tần số thấp lớn 1000Hz, tụ C l, C2 sơ đồ cần có điện dung lớn Cịn cần tạo xung có tần số cao 10kHz ảnh hướng quán tính, điện dung ký sinh cùa tranzitor làm xấu cấc thông số cúa xung vuông Như vậy, mạch đa hài dùng tranzitor chi dùng tần sơ trung bình, vùng tần sô thấp cao người ta đưa sơ đổ đa hài dùng IC tuyến tính, tần số cao, xác người ta dùng máy phất thạch anh 3.3.1.3 Các bước thự c Cấp nguồn +12V cho máng sơ đồ A5-1 Chưa nôi J, đế ngát mạch phán hồi cho T l T2 Kiếm tra chế độ chiều cho tranzitor T l T2 Đo sụt thê trờ R l R2 tính dịng qua T l T2 Các tranzitor phái dẫn gần bão hoà bão hoà (thế collector T l, T2 gán bàng 0) 109 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tư ỉ Bộ Điện tư - I ién thonj^ Dùng dao động ký đế quan sát đo tín hiệu Nối kẽnh dao động ký với lối OUT1, kênh dao dộng ký với lỏi OUT— Hình A5-1 Bộ dao động đa hài Nôi cặp chối J theo báng A -1 Tại cập nòi quan sát vẽ lại dạng tín hiệu Đo chu kỳ T xung ra, tính tẩn sỏ máy phát: f= 1/T(giây) Nơi J1&J4 Nói J2&J5 Nối J3& J6 Nơi J1& J5 Nịi J2&J4 Dạng xung Tính CR (F Q =sec) T(giây) F(Hz)=l/T K=T/RC 110 C1.R3= C2.R3= C'3.R3= C1.R3= C2.R3= C4.R4= C5.R4= C6.R4= C5.R4= C4.R4= Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện từ Bộ môn Điện tư - Viễn thơng Giải thích ngun tắc hoạt động sơ đồ Kết luận vai trò cùa m ạch CR việc hình thành xung (Hiểu nguyên tắc hoạt động thành phần sơ đồ, ảnh hưởng thông số cùa R, c tạo chu kì xung ra) 3.3.2 Sơ đồ đơn hài 3.3.2.1 N h iệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc làm việc đặc trưng đơn hài hình thành dạng tín hiệu Chú ỷ: Xem dạng xung lối vào có ảnh hướng xung lôi 3 2 N g u yê n lý h o t đ ộ n g Hình - 2a Sơ đồ nguyên lý mạch đơn hài 111 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tư Bộ Điện tư - I iễn thơng Mạch đa hài đơn mạch có trạng thái ổn định bền rạng thái thứ hai ổn định thời gian định sau lại quay trở lại trạng thái cân bền ban đầu Như sơ đổ TI khố, T2 mở băo hoà nhờ diện trở R1.T2 mớ bão hoà nên làm cho UTBI = Up, 3= nên làm cho TI khoá, trạng thái ổn định bền Khi lối vào có xung kích dương đủ lớn làm cho TI mớ Lúc điện cực c cùa tụ c giảm từ +VCC xuống gần R,c đật toàn lẽn cực B cúa T2 Bước nháy điện áp qua mạch làm cho điện B cúa T2 mức thông (khoảng 0.6V) giảm xuống -Vcc + 0,6 a -V.c làm cho T2 bị khố TI trì trạng thái mớ khoảng thời gian điện áp vào Tụ c bắt đầu nạp điện từ TI —> GND làm cho điện cực B cùa T2 tãng dẩn sau thời gian T2 mớ qua mạch hồi tiếp dương R R2 đưa mạch vể trạng thái ban đầu đợi xung kích Như ứng với xung lối vào ta có xung lỏi độ rộng xung phụ thuộc vào tham sơ' cúa mạch Nói cách đơn giản mạch tác dụng sứa độ rộng xung Thường người ta chọn T > tx > t đây: T - chu kì xung vào; tx - độ rộng xung ra; t - độ rộng xung vào 112 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện từ ỉ Bộ môn Điện tư - Viền thông “Vao i '■ ~i~— ! 'ramax T rue tu n g biên diên áp True hồnh hiểu diẻtt th i giati Hình 5-2b Giản đồ xung cùa mạch đơn hài 3.3.2.3 Các bước thực Cấp nguồn +12V cho máng so'đồ A5-2: 113 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tư Bộ Điện tu - I iễn thong Hình A5-2 Sơ đồ đơn hài dùng tranzitor Đặt thang đo thê lối vào cúa dao động ký 5V/cm thời gian quét lms/cm - Chinh cho cá hai tia nằm khoảng phần trẽn phán dao động ký - Nối kênh dao động ký với lối vào IN/A Nối kênh dao động ký với lối OUT/C Kiểm tra chế độ chiều cho tranzitor T l, T2 Đo sụt trớ R3, R6 tính dịng qua T l T2 Chinh biến trớ P1 đé TI cấm, khơng có dịng qua, T2 dẫn Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR cua thiết bị ATS-1 IN chế độ: phát dạng vng góc (cơng tắc FUNCTION vị trí vẽ hình vng góc), tần số 1kHz (cơng tắc khống RANGE vị trí lk chinh bổ sung hiến trờ tinh FREQUENCY) Biẽn độ lOOmV (chinh biến trớ biên độ AMPLITUDE) 114 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tủ Bộ môn Điện tử - Viễn thông Nối lối máy phát xung với lối vào A/IN mạch A5-2 Tãng dần biên độ máy phát xung lối có tín hiệu Đo biên độ xung vào điện base T I (thế ngưỡng) emitter TI - T2 Đặt biên độ xung máy phát = 500mV Vặn biến trở P1 lối xuất tín hiệu Giải thích mối liên hệ base T I biên độ xung cần để khởi động sơ đồ Đo độ rộng xung ra, tìm hệ số k liên hệ độ rộng xung với C2.R5: T = k.C2.R5 Vẽ lại dạng tín hiệu tương ứng điểm: - Tín hiệu vào; - Tín hiệu collector T I ; - Tín hiệu base T; - Tín hiệu collector T2 (lơi ra) Giải thích q trình hình thành độ rộng xung ra? 3.3.3 Sơ đồ m áy p h t U JT B1 3.3.3.1 N h iệm vụ Tim hiểu ngun tắc làm việc, tính chất đóng mớ cúa UJT sao, lúc UJT lại có điện trờ âm nguyên tắc phóng nạp cùa tụ điện Ẽ 115 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tứ Bộ Điện tu - I iễn tháng' 3.3.3.2 N guyên lý hoạt động Sơ đồ nguyên lý dạng sóng dao động trình bầy hình đây: a ) Tranzitor chuyển tiếp (UJT) Tranzitor chuyển tiếp (Unijuntion tranzitor - UJT) đơi cịn gọi điốt đáy Tuy gọi tranzitor có ngun lý hoạt động khác hồn tồn so với tranzitor lưỡng cực hay tranzitor truờng UJT chế tạo phiến bán dẫn N pha tạp Người ta tạo vùng bán dẫn loại p pha tạp nhiều sau từ miền bán dẫn loại p nối điện cực gọi emitơ (E) Hai đầu phiến N nối hai điện cực gọi bazơ bazơ hình vẽ bên Từ cấu tạo UJT ta có sơ đồ tương đương sau: Nếu đặt vào B l, B2 điện áp hình vẽ ta tính điện áp điểm c so với B, E hớ mạch U| —UBBRB,/(RB, + r B2) —u bb/ r bb Điện áp U, điện áp đặt vào catot diode D Khi E hò mạch có dịng IB2 chạy từ B2 đến B| I b — U BB / R bb Nếu E nối đất hay hờ mạch diode D bị phân cực ngược qua emitter E có dịng ngược IBl qua Bây ta xét trường hợp đặt vào EB, điện áp dương Khi tãng UEB1 từ giá trị đến u , IB, giảm xuống điện áp catot anot diode D Tiếp tục tăng UEB| diode D 116 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tử Bộ môn Điện tư - Viễn thơng phân cực thuận, tạo dịng thuận chạy từ cực E vào phiến bazơ cúa UJT Khi dịng thuận xuất hạt dẫn phun từ miền emitter vào miền bazơ làm cho số hạt dẫn miền bazơ B| tăng lẽn đột ngột, làm cho điện trở R BI giảm Vì R BI giảm làm cho U| ngày giảm làm cho điện áp phân cực thuận đặt lên D có xu hướng tăng lên, dòng lị thuận tăng làm cho Ư, tiếp tục giảm Như vậy, IE có xu hướng ngày tăng ƯEB có xu hướng ngày giảm Đó ngun nhân xuất hiệu ứns điện trớ âm UJT Tuy nhiên, IE tăng mà bị giới hạn điện trờ nội nguồn Kí hiệu tranzitor UJT sau: b ) Mạch tạo xung dùng tranzitor UJT Sơ đồ nguyên lý dạng sóng dao động trình bày hình đây: ĩR Điêc ap • Vec Uc Sơ uguyẾa lv cùa m ạch tao xung dùag UJT Đ acg sóng cùa m ạch tạo Xung dùag UJT 117 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tư Bộ môn Điện tu - I iễn thông c) Nguy én lý làm việc Tụ c nạp điện từ nguồn + v , qua RE Khi điện áp trẽn tụ ~ +0.7V UJT mờ tụ c phóng điện qua UJT làm cho điện áp hai cực tụ giảm xuống điện áp bão hồ cùa UJT UJT đóng tụ c lại nạp lần nữa, trình lặp lập lại nên điện áp tụ điện có dạng cưa Nếu mắc BI UJT với điện trở RI lỏi dãy xung có độ rộng xung nhỏ - ♦Vcc r E B2 Uia >R1 Sơ đồ nguyên lý cùa mạch T h i giao Dạng sóng mạch tạo xung dùng UJT 3.3.3.4 Các bước thực hiệit a Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A5-3 b Đặt thang đo lối vào dao động ký 2V/cm/thời gian quét lms/cm Chinh cho hai tia nằm khoáng phán trẽn phán dao động ký Nôi kênh dao động ký với lôi OUT/C 118 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tứ Bộ mơn Điện từ - Viễn thơng Hình A5-3 Máy phát xung sử dụng UJT c Quan sát tín hiệu Vẽ lại dạng tín hiệu Thay đối biến trớ P l, quan sát thay đổi chu kv xung Giải thích nguyên tắc hoạt động sơ đồ? Chú ý: Thay đổi biến trớ p liên quan đến thời gian tích điện cùa tụ Thay đổi giá trị điện dung cùa C l, điện trớ R2 liên quan tới độ kéo dài xung 3.3.4 Sơ đồ hình th n h tín hiệu dạng tam giác 3.3.4.1 N hiệm vụ Để hiểu nguyên tắc làm việc ta phải tìm hiểu nguyên tấc làm việc đậc trưng cúa tụ điện phóng điện qua tranzitor với điều kiện dòng ổn dòng (chú ý có dịng ổn áp lối xung tam giác) 3.3.4.2 N guvèn lý hoạt động Bộ hình thành xung tam giác dựa vào phóng nạp tụ điện Ở chê độ tĩnh, TI thông, Urd ~ 119 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tù ỉ Bộ môn Điện lư - I 'ién thông + ) Q trình qt thuận: Trong thời gian có xung điều khiển vng cực tính ảm đưa tới base T l TI đóng, tụ C1 nạp điện qua T2 với nguồn dịng gần khơng đổi điện áp lấy tụ điện C1 Ư = — Jij-.dt = — t (vì ic số) Đây hàm tuyến tính bậc theo t +) Quá trình quét ngược Khi hết xung điều khiển TI lại mớ bão hòa, tụ điện c phóng điện qua T l Vì điện trớ thơng mạch cúa TI nhị nên thời gian phóng cùa tụ nhỏ có thê nói tức thời nên trình quét thuận xảy với thời gian ngắn Hình 5-4a Dạng xung lối vào mạch tạo xung tam giác 120 Giáo trình thực tập K ỹ thuật Điện tử Bộ môn Điện tử - Viễn thông 3.3.4.3 Các bước thực Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A5-4 Đặt thang đo lối vào dao động ký 2V/cm, thời gian quét lms/cm Chỉnh cho hai tia nằm khoảng phần phần dao động ký Nối kênh dao động ký với lối OƯT/C Hình A5-4 Bộ hình thành xung dạng tam giác Kiểm tra chê độ chiều cho tranzitor T l, T2 Nối lối vào IN/A lên nguồn 10V Đo sụt trở R5 tính dịng qua T l, T2 Chính biến trờ P1 để T2 dần dòng * + 6mA Sụt collector TI as T I mở bão hồ Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR cùa thiết bị A TS-11N chè độ: phát dạng vng góc (cơng tắc FUNCTION vị trí vẽ hình vns góc), tần số 1kHz (cơng tắc khoảng Ranae vị trí lk 121 Giáo trình thực tập Kỹ thuật Điện tư ì Bộ môn Điện tư - l iễn thông bổ sung biến trớ chinh tinh FREQUENCY) Bién dộ 5V (chính biến trờ biên độ AMPLITUDE) Quan sát tín hiệu Vẽ lại dạng tín hiệu Thay đổi biến trở P l, quan sát thay đổi chu kỳ xung Giải thích nguyên tắc hoại động cùa sơ đồ? 122