Giáo trình mạch điện tử

LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Mạch Điện tử biên soạn dựa sở giáo trình tài liệu tham khảo Trường Đại học Bách Khoa HN, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đại học Cần Thơ kiến thức dựa thí nghiệm thực tế Giáo trình sử dụng dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Điện tử cơng nghiệp, kỹ thuật sửa chữa máy tính, kỹ thuật viễn thông, kỹ thuật lắp đặt điện điều khiển cơng nghiệp Sách có giá trị tham khảo với cán kỹ thuật công nhân ngành liên quan đến kỹ thuật điện tử Với mục đích trình bày kiến thức sở mạch điện tử, giáo trình gồm có chương: - Chương 1: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor - Chương 2: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET - Chương 3: Đáp ứng tần số transistor FET - Chương 4: Mạch ghép transistor – hồi tiếp - Chương 5: Khuếch đại công suất - Chương 6: Dao động - Chương 7: Ổn áp Trong trình biên soạn, tác giả đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến bổ ích, Khoa Điện – Điện tử - Điện lạnh, Phòng Đào tạo nhà trường tạo điều kiện để hồn thành giáo trình Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ quý báu Mặc dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách hoàn chỉnh hơn, song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc Nam Định, tháng 11 năm 2011 TÁC GIẢ Bùi Trung Kiên CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR KHÁI NIỆM Mạch điện tử loại mạch có nhiệm vụ gia cơng tín hiệu theo thuật toán khác nhau, chúng phân loại theo dạng tín hiệu xử lý Tín hiệu: số đo điện áp dòng điện trình, thay đổi tín hiệu theo thời gian tạo tin tức hữu ích Tín hiệu chia làm loại tín hiệu tương tự Anolog tín hiệu số Digital - Tín hiệu tương tự tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian nhận giá trị khoảng biến thiên Tiêu biểu cho tín hiệu tương tự tín hiệu sin, hình 1.1, với tín hiệu sin ta tính biên độ tín hiệu thời điểm khác V Vp + + - + - + + - t - - -Vp Hình 1.1 Tín hiệu hình sin - Tín hiệu số tín hiệu rời rạc hố mặt thời gian lượng tử hoá mặt biên độ, biểu diễn tập hợp xung điểm đo rời rạc Tiêu biểu cho tín hiệu rời rạc tín hiệu vng, dạng tín hiệu hình 1.2, biên độ tín hiệu có giá trị mức cao VH mức thấp VL, thời gian chuyển mức tín hiệu từ mức cao sang mức thấp ngược ngắn coi V V VH VH VL t t VL a) b) Hình 1.2 a, xung vng điện áp > b, xung vng điện áp Tín hiệu xung khơng có tín hiệu xung vng mà cịn có mốt số dạng tín hiệu khác xung tam giác, cưa, xung nhọn, xung nấc thang có chu kỳ tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ lặp lại T Tín hiệu khuếch đại, điều chế, tách sóng, chỉnh lưu, nhớ, đo, truyền đạt, điều khiển, biến dạng, tính tốn mạch điện tử Để gia cơng loại tín hiệu số tương tự dùng loại mạch bản: mạch tương tự mạch số, khn khổ giáo trình xem xét mạch tương tự Với mạch điện tử tương tự, quan tâm tới thơng số: biên độ tín hiệu độ khuếch đại tín hiệu - Biên độ tín hiệu: liên quan mật thiết đến độ xác q trình gia cơng tín hiệu xác định mức độ ảnh hưởng nhiễu đến hệ thống Khi biên độ tín hiệu nhỏ mV, huặc  V, nhiễu lấn át tín hiệu, thiết kế hệ thống điện tử cần lưu ý nâng cao biên độ tín hiệu tầng đầu hệ thống - Khuếch đại tín hiệu chức quan trọng mạch tương tự, thực trực tiếp gián tiếp phần tử chức hệ thống, thông thường hệ thống lại chia thành tầng gia cơng tín hiệu, tầng khuếch đại cơng suất Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ: Người ta thường quan niệm khuếch đại tín hiệu nhỏ khuếch đại tín hiệu cho tín hiệu vào đủ nhỏ Hiểu chưa xác Để hiểu xác khái niệm tín hiệu nhỏ khuếch đại cần phải tìm hiểu đặc tính truyền dẫn hay đặc tính vào khuếch đại Ví dụ, dùng Transistor lưỡng cực làm khuếch đại Đặc tính truyền dẫn Transistor có dạng hình 1.3 Ic Trên đặc tuyến Đoạn AB A tuyến tính Nếu tín hiệu vào (IB ) thay ICB đổi đoạn IBAIBB tín hiệu B I có dạng giống tín hiệu vào B không bị méo dạng Ta gọi IBA khuếch tuyến tính Bộ khuếch đại V tín hiệu tuyến tính gọi Hình1.3.Đặc tính truyềnSdẫn Transistor rb khuếch đại tín hiệu nhỏ re U Mạch tương đương transistor R Re U V IC Điều kiện để transistor dẫn phân cực thuận với tiếp giám BE phân cực ngược với tiếp giáp BC, mạch tương đương transistor sau: Trong đó: C + Rb điện trở đoạn từ cực B vùng Rc ic bán dẫn cực B Rb B + Re điện trở thuận trạng thái xoay ib Re chiều ie mối nối BE: Re = 26mV/iE(mA) E + Rc điện trở ngược mối nối BC Mạch tương đương transistor dùng thông số ma trận H: Rb B ib C ie ic=  ib Re Vbe Vce E Hình 1.4 Sơ đồ tương đương BJT Trong đó: + ib: dịng điện tín hiệu ngõ vào, giá trị phụ thuộc vào Rb, Re + ic : dịng điện tín hiệu ngõ ra, ic=  ib Phương trình đặc trưng theo ma trận H: Vbe=h11.ib + h12.Vce ; ic = h21.ib +h22.Uce + h11 = Vbe/ib: điện trở ngõ vào + h21 = ic/ib: hệ số khuếch đại dòng + h12 = Vbe/Vce: độ khuếch đại điện áp ngược + h22 = ic/Vce: dẫn nạp ngõ MẠCH MẮC KIỂU E – C 2.1 Mạch điện +VCC +VCC +VCC Rc Rc Rc Rb Rb R1 Q Q Q Vo Vo Vi Re Vi Vi Vo Re R2 Re a) b) c) Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo mạch Transistor mắc theo kiểu E chung (E-C) thực tế Trong đó: Vi: Ngõ vào Vo: Ngõ Rc: Điện trở tải để lấy tín hiệu Re: Điện trở ổn định nhiệt Rb, R1, R2: Điện trở phân cực B + VCC : nguồn cung cấp chiều a Sơ đồ phân cực theo dịng cố định ( hình 1.5a ) - Ta có: VCC  Rb I b  VBE  Re I e Trong I e  (1   ).I b VCC  VBE (1.1) RB  (1   ).RE VCC  VBE (1.2)  I c   I b   RB  (1   ).RE  Ib  +VCC Ic Ib Rc Rb Q Ie - Mạch thu – phát ( C – E ): Re VCC  Rc I c  VCE  Re I e Ie  Ib  Ic  IC Ib > nên AV   Nếu Re >> re Dấu - cho thấy v0 vi ngược pha - Độ khuếch đại dòng điện ( Độ lợi dòng điện ): Ai  i0   Hay v0 RC i0 ii vi v Z  Ai   i (1.14) Zi vi RC Z Ai   AV i RC ; ii  2.4 Tính chất Mạch có số tính chất sau: - Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C - Tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha (đảo pha) - Hệ số khuếch đại dòng điện Ai  i0 \ ii   lớn từ vài chục đến hàng trăm lần - Hệ số khuếch đại điện áp AV  v0 \ vi lớn cỡ hàng trăm lần - Tổng trở ngõ vào khoảng vài trăm  đến vài K - Tổng trở ngõ khoảng vài k đến hàng trăm k - Dải thông mạch hẹp Chú ý: Trong mạch hình 1.5 ta mắc thêm tụ phân dịng CE (như hình 1.8) nối thẳng chân E xuống mass (như hình 1.9) mạch tương đương xoay chiều khơng cịn diện điện trở RE Hình 1.8 Hình 1.9 - Mạch khuếch đại E - C với kiểu phân cực cầu chia điện ổn định cực phát Ðây dạng mạch thơng dụng có độ ổn định tốt Mạch hình 1.10 mạch tương đương xoay chiều hình 1.11 So sánh mạch tương đương ta thấy hoàn toàn giống thay RB = R1//R2 Hình 1.10 AV   Rc R  c re  Re Re Z i  R1 // R2 // Z b Z  Rc Ai   AV Zi Rc Hình 1.11 (1.15) (1.16) với Z b   (re  Re )   Re (1.17) (1.18) - Mạch khuếch đại cực phát chung phân cực hồi tiếp điện ổn định cực phát Mạch tổng quát hình 1.12 mạch tương đương xoay chiều vẽ hình 1.13 Hình 1.12 Hình 1.13 + Hệ số khuếch đại điện áp : AV  v0 vi Ta có i0   ib  i'   ib ( Rb có giá trị lớn )  v0   Rc i0    Rc ib v0 Rc R    c (1.19) vi re  Re Re v v với ib  ii  i'  ii  i Rb Mà vi   re ib  (1   ).Re ib   (re  Re )ib  AV  vi ; ta có vi   (re  Re )ib ii  (re  Re )v0  (re  Re )vi  vi   (re  Re )ii   Rb Rb + Tổng trở vào : Z i  Thay v0  vi Av vào ta : vi   (re  Re )ii   (re  Re ) vi Av   (re  Re )vi Rb Rb  (re  Re )  (re  Re )   (re  Re )ii  vi  vi (1  Av )  vi [1  (1  Av )] Rb Rb v  (re  Re ) Zi  i   (re  Re ) ii 1 (1  AV ) Rb  Re Nếu Re >> re  Z i   Re 1 (1  AV ) Rb Do AV <   AV   AV  AV AV   Zi   Re Rb Rb   Re AV (1.20) i0 ii i v Z  Ai    i ii vi Rc + Hệ số khuếch đại dòng điện : Ai  i0   v0 Rc ; ii  Hay Ai   AV vi Zi Zi Rc + Tổng trở : Z  (1.21) v0 ; nối tắt ngõ vào ( vi = ) i0  ib =  ib =  Z0 = Rc//Rb MẠCH MẮC KIỂU B – C: 3.1 Mạch điện : Hình 1.14 +Vcc Rc R1 Q1 Vo Vi R2 Re Hình 1.14 Sơ đồ cấu tạo mạch transistor mắc theo kiểu B-C Trong đó: Vi: Ngõ vào Vo: Ngõ Rc: Điện trở tải Re: Điện trở ngõ vào Rb1, Rb2: điện trở phân cực 3.2 Mạch điện tương đương Hình 1.15a: Cách mắc mạch B-C Hình 1.15b: Sơ đồ tương đương mạch B-C Trên sơ đồ mạch hình 1.15a sơ đồ mạch transistor mắc theo kiểu B-C transistor pnp Vì ic   ie nên hai cực B vàc C thay nguồn dịng có giá trị  ie Với thay ta có sơ đồ tương đương hình 1.15b Khi transistor phân cực hoạt động vùng khuếch đại tiếp giáp BE phân cực thuận Khi diode D tương đương với điện trở có giá trị điện trở thuận diode , điện trở ký hiệu re tính: vT Với ie 26 mV re  ie re  vT điện áp nhiệt, nhiệt độ bình thường VT = 26mV, đó: 3.3 Các thơng số - Tổng trở ngõ vào: Zi  vi  RE // re  RE ii 10 (1.22) P0 công suất có ích tải ổn định Pi cơng suất mà ổn định yêu cầu từ đầu vào Pth công suất tổn hao ổn định - Thời gian xác lập Txl ổn định khoảng thời gian cần thiết để đưa đại lượng không ổn định tải giá trị định mức kể từ thời điểm bắt đầu xảy ổn định Ngày ổn định dùng linh kiện bán dẫn IC, nên Txl cực nhỏ coi khơng có qn tính Phần tử ổn định phần tử hiệu chỉnh 1.3 Phân loại mạch ổn áp - Dựa theo cách mắc phần tử hiệu chỉnh với tải ta có ổn định song song, ổn định kiểu nối tiếp - Nếu dựa theo dòng điện mà ổn định làm việc, ta có ổn định xoay chiều, ổn định chiều - Nếu dựa theo đặc tính làm việc phần tử hiệu chỉnh ta có ổn định kiểu liên tục ổn định kiểu ngắt quãng (ổn áp xung) MẠCH ỔN ÁP THAM SỐ 2.1 Ổn áp tham số dùng diode zener * Đặc điểm diode zener ID Phân cực thuận -VZ Vγ IZmin Phân cực ngược VD IZmax Hình 7.1 Đặc tính V – A diode Zener Các tham số diod Zener: - Điện áp ổn định VZ: điện áp ngược đo hai đầu DZ DZ phân cực ngược với dòng chảy qua DZ IZ cho IZmin < IZ < IZmax - Nếu IZ < IZmin DZ khơng có tính ổn áp, IZmax IZmin để DZ ổn định điện áp VZ + Khi dòng tải cực tiểu It = Itmin, dịng qua DZ IZ < IZmax để DZ khơng bị phá hỏng vượt q cơng suất tiêu tán cho phép Khi hở tải, It = 0, IZ = Ii , nghĩa lúc DZ tiêu thụ dịng cực đại linh kiện ổn áp DZ phải gánh tồn dịng vào trường hợp 2.2 Mạch ổn áp tham số dùng Transistor * Sơ đồ mạch 84 Q1 + + R1 Vi RL Vo Dz - - Hình 7.3 Mạch ổn áp nối tiếp dùng transistor Vi điện áp vào chưa ổn áp, V0 điện áp ổn áp Q1 phần tử hiệu chỉnh, R1 phân áp cho Q1 hoạt động DZ tạo điện áp chuẩn * Nguyên lý hoạt động Khi có điện áp vào Vi , thơng qua điện trở R1 cấp dòng phân cực cho Q1 làm Q1 hoạt động Lúc điện áp Vo rơi RL tính : V0 =Vi – VCE (Q1) Hoạt động ổn áp : - Khi Vi tăng, Vo tăng tức thời làm điện áp chân E(Q1) tăng, DZ ghim điện áp chân B(Q1) không đổi  Q1 có : VBE = VB – VE giảm  Q1 dẫn yếu  điện áp rơi CE(Q1) tăng lên  V0 =Vi – VCE (Q1) khơng đổi - Khi Vi giảm, q trình diễn tương tự ngược lại MẠCH ỔN ÁP CÓ HỒI TIẾP 3.1 Các thành phần mạch ổn áp 3.1.1 Sơ đồ khối ổn áp hồi tiếp mắc nối tiếp It Phần tử điều chỉnh + + Khuếch đại sai lệch Lấy điện áp mẫu VS Vi Rt V0 Tạo điện áp chuẩn Hình 7.4 Sơ đồ khối ổn áp mắc nối tiếp * Tác dụng khối: - Mạch tạo điện áp chuẩn: có nhiệm vụ tạo mức điện áp khơng đổi VR(Reference), sở cho việc ổn áp, điện áp ngõ Vo bị điều khiển điện áp chuẩn 85 - Mạch lấy điện áp mẫu VS: có nhiệm vụ lấy phần điện áp ngõ ra, điện áp gọi V S (sample) hay gần mức điện áp chuẩn - Mạch khuếch đại sai lệch: có nhiệm vụ so sánh mức điện áp mẫu VS với mức điện áp chuẩn VR Điện áp sau mạch khuếch đại sai lệch dùng để thay đổi trạng thái dẫn điện củaphần tử điều chỉnh - Phần tử điều chỉnh: dùng để điều chỉnh điện áp V0 điện áp vào thay đổi Phần tử điều chỉnh thường linh kiện điện tử công suất phần tử điều chỉnh mắc nối tiếp với tải * Nguyên lý hoạt động: Dựa biến đổi điện trở phần tử điều chỉnh theo mức độ sai lệch điện áp (sau so sánh khuếch đại) Ví dụ nguyên nhân làm cho V0 biến đổi, qua lấy điện áp mẫu so sánh với điện áp chuẩn khuếch đại điện áp sai lệch tác động vào phần tử điều chỉnh làm cho điện trở biến đổi theo chiều hướng Vdc cực bù lại biến đổi Vi Ta có V0 = Vi – Vdc biến đổi chiều Vi Vdc ổn định 3.1.2 Sơ đồ khối ổn áp hồi tiếp mắc song song Rdc + Vi It I1 Phần tử điều chỉnh Khuếch đại sai lệch + Lấy điện áp mẫu VS Rt Id Tạo điện áp chuẩn V0 Hình 7.5 Sơ đồ khối ổn áp mắc song song - Nguyên lý hoạt động: Phần tử điều chỉnh mắc song song với tải dùng để điều tiết dịng điện giới hạn cần thiết qua điều chỉnh giảm áp điện trở R dc theo hướng bù lại V0 = Vi – Vdc (Vdc điện áp rơi Rdc) điện áp tải Rt giữ không đổi Bộ tạo điện áp chuẩn so sánh với điện áp lấy mẫu VS 86 khuếch đại sai lệch Điện áp khối khuếch đại sai lệch khống chế phần tử điều chỉnh Sự biến đổi dòng điện tải từ đến Idmax gây nên biến đổi tương ứng dòng điện qua phần điều chỉnh từ Idmax đến 3.2 Mạch ổn áp kiểu bù Trong thực tế ta cần nguồn chiều có giá trị khác ổn áp ta sử dụng mạch ổn áp dùng transistor thêm biến trở VR để điều chỉnh điện áp * Sơ đồ mạch : Q1 + + R1 R3 R2 Vi VR RL Vo Q2 Dz - Vs R4 - Hình 7.6 Mạch ổn áp nối tiếp dùng transistorcó điều chỉnh R1: Phân cực cho Q1 hoạt động, đồng thời điện trở tải Q2 DZ, R2: tạo điện áp chuẩn R3, R4, VR : lấy điện áp từ V0 phân cực cho Q2 Q2: phần tử điều khiển dùng để so sánh điện áp hồi tiếp với điện áp chuẩn khuếch đại sai lệch Q1: BJT cơng suất dùng để điều chỉnh điện áp theo điện áp vào * Nguyên lý hoạt động: Khi đóng mạch, Q1dẫn nên Q2 dẫn Ta có V0 = Vi - VCE1 - VS phần điện điện áp rơi cầu phân áp R3, R4, VR Giả sử Vi tăng, V0 tăng tức thời, nên điện áp lấy mẫu VS tăng Điện áp VS điện áp đưa vào cực B Q2  Q2 dẫn mạnh  VCE2 giảm  Q1 dẫn yếu  VCE1 tăng, nên V0 giảm theo - Giải thích tương tự Vi giảm VR có tác dụng điều chỉnh điện áp VS cấp cho chân B(Q2), ta chỉnh VR xuống phía làm cho điện trở vế VR giảm  VS giảm  VB2 giảm  Q2 dẫn yếu  VCE2 tăng  Q1 dẫn mạnh nên V0 tăng lên Ta thấy VR có tác dụng điều chỉnh điện áp V0 theo mong muốn * Để nâng cao chất lượng ổn định dùng biện pháp sau: 87 - Tăng hệ số khuếch đại cách dùng hai hay ba tầng khuếch đại thay Q1 transistor mắc tổ hợp để có  lớn cỡ 103  104 ( Hình 7.7) - Khử độ trơi điện áp việc dùng khuếch đại ghép trực tiếp cách dùng sơ đồ khuếch đại vi sai hình 7.8 Điện áp ổn định chuẩn Dz tạo đưa vào chân B(Q1) điện áp hồi tiếp Vht đưa vào chân B(Q1) Điện áp mạch khuếch đại vi sai lấy C(Q2) đưa vào khống chế Q3 Do mạch vi sai có độ trơi theo nhiệt độ nhỏ nên chất lượng ổn định tăng lên Q1 R1 Vi Q2 R2 R3 VR1 Q3 RL Vo C2 C1 R4 Dz Hình 7.7 Mạch ổn áp dùng cặp transistor mắc Darlington Q3 Rht R1 R2 Q2 Vi Q1 C1 Dz RE R3 VR1 Vo R4 Hình 7.8 Mạch ổn áp dùng khuếch đại vi sai * Ưu điểm chung ổn áp theo phương pháp bù liên tục chất lượng ổn định cao cho phép thay đổi mức điện áp dải định Tuy nhiên hiệu suất lượng thấp (dưới 50%) tổn hao công suất nguồn chiều ổn định tương đối lớn 3.3 Khái niệm mạch ổn áp kiểu xung 3.3.1 Nguyên lý chung Đặc điểm quan trọng ổn áp bù tuyến tính sai lệch điện áp đặt liên tục lên transistor công suất để điều khiển, bù sai lệch có giá trị ổn áp sau ổn định: V0 – V0od  Vimin 88 Với: Vimin – giá trị nhỏ điện áp đưa tới ổn định V0od – giá trị điện áp ổn định Ở ổn áp xung người ta thay transistor điều khiển chuyển mạch xung Trị số trung bình (một chiều) điện áp lối điều chỉnh nhờ việc đóng hay mở chuyển mạch theo chu kỳ xác định thời gian đóng hay mở điều chỉnh theo mức độ sai lệch V0 Nếu đặt chuyển mạch điện tử mạch thứ cấp biến áp nguồn ta nhận ổn áp xung thứ cấp Trong trường hợp ngược lại mạch sơ cấp ta có mạch xung sơ cấp Để giảm nhỏ cơng suất tổn hao biến áp, người ta chọn tần số làm việc chuyển mạch cao (vài kHz đến vài chục kHz) Bằng cách kích thước, trọng lượng biến áp giảm vài lần hiệu suất lượng chung ổn áp đạt tới 80% Các chuyển mạch điện tử transistor công suất làm việc chế độ xung Việc điều khiển đóng mở transistor thực nhờ xung vuông đưa tới Base (hoặc Gate), có chu kỳ xung khơng đổi Tồn ba khả điều khiển transistor chuyển mạch là: - Thay đổi bề rộng xung vuông (tương ứng với thời gian mở transistor) theo mức sai lệch V0 nhờ điều chỉnh điện áp mức độ ổn định - Thay đổi độ rỗng xung vng (tương ứng với thời gian khóa transistor) - Thay đổi đồng thời bề rộng độ rỗng xung điều khiển 3.3.2 Phương pháp thay đổi bề rộng xung Sơ đồ khối phương pháp hình 7.9 Q L Khóa Vi D N Nhịp X Xung C K Khuếch đại so sánh 20Khz Tạo điện áp chuẩn VS Tải T Hình 7.9 Bộ ổn áp xung thứ cấp theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điều khiển 89 V0 - Đặc điểm kết cấu phương pháp transistor chuyển mạch Q, cuộn chắn L tải mắc nối tiếp nhau, diode D mắc song song với tải Transistor Q làm việc khóa điện tử mở khóa với tần số không đổi (khoảng 20kHz) khối tạo xung nhịp tầng điều khiển tạo - Phần điều khiển thực việc so sánh điện áp V với điện áp chuẩn VS (do khối tạo điện áp chuẩn tạo ra), kết sai lệch khối khuếch đại so sánh khuếch đại sau điều chế độ rộng xung để tạo xung vng có độ rộng thay đổi (tại khối tạo xung điều khiển) trước đưa tới khóa transistor để điều tiết thời gian mở Trong khoảng thời gian nghỉ xung điều khiển, dòng điện đảm bảo nhờ tụ lọc C cuộn chắn L Diode D dùng để ngăn ngừa việc xuất điện áp tự cảm cuộn L lớn lúc khóa transistor chuyển từ mở sang khóa mà bảo vệ transistor Một phương án đơn giản để điều chế độ rộng xung dùng xung tam giác có chu kỳ biên độ không đổi so sánh với điện áp cần ổn định minh họa hình 7.10 Hình 7.10 Một phương pháp điều chế độ rộng xung nhờ 1xung chuẩn dạng tam giác Việc phân tích chi tiết sơ đồ khối hình 7.9 qua giản đồ điện áp địng điện (tìm phương trình UL(t) IL(t) qua xác định dịng tuyến tính IL(t) UL(t)) cho phép rút kết luận phương pháp là: + Tỷ số Ura/Uvào tỷ lệ với tmở/T Tức dải điểu chỉnh điện áp ổn định nằm giới hạn ‚ Uvào Điện áp sau ổn áp không lớn điện áp vào + Dịng trung bình qua transistor chuyển mạch (là dịng điện vào) ln ln nhỏ dịng tải: IV < Ira + Bộ ổn áp nhận lượng mạch vào (Uvào dạng không liên tục chuyển lượng chiều tải dạng liên tục theo thời gian) 3.3.3 Phương pháp điều chế độ rỗng xung 90 L Vi D VL Vo Q Khèi ®iỊu khiĨn C Hình 7.11 Phương pháp điều chỉnh độ rỗng xung Đặc điểm phương pháp cuộn chắn L, diode bảo vệ D tải mắc nối tiếp Transistor chuyển mạch Q mắc song song với tải phân cách qua diode D Việc phân tích nguyên lý hoạt động tương tự trên, qua rút nhận xét sau: - Do sử dụng tính chất tự cảm cuộn chắn L, có khả nhận V0 > Vi, tỷ số V0 / Vi tỷ lệ với T/tkhóa Vì  tkhóa  T nên Vi  V0   tức phương pháp cho phép nhận điện áp lớn điện áp vào ổn định hay dải điều chỉnh rộng Điều giải thích tóm tắt có tượng tích lũy lượng từ trường cuộn L lúc transistor mở (tương ứng với khoảng thời gian t mở = tx xung) D khóa, ngắt tải khỏi mạch vào Khi transistor khóa (tương ứng với khoảng thời gian tnghỉ = tkhóa lượng Vi kết hợp với lượng VL qua diode) nạp cho tụ C cung cấp V0 cho tải - Năng lượng nguồn Vi liên tục cung cấp cho ổn áp (trên cuộn L) việc truyền lượng tải xảy dạng xung không liên tục 3.3.4 Phương pháp điều chỉnh đồng thời bề rộng độ rỗng xung Vi Q L D Vo VL C Khèi ®iỊu khiĨn Hình 7.12 Phương pháp điều chỉnh đồng thời tmở tkhóa Đặc điểm kết cấu transistor chuyển mạch diode mắc nối tiếp với tải, cuộn chắn L mắc song song với tải phân cách qua diode D Khi transistor mở, dòng Vi cung cấp cho cuộn L tích lũy lượng từ trường Diode lúc khóa ngắt phần trước khỏi mạch tải, tụ C nạp đầy từ trước phóng điện qua mạch tải, cung cấp V0 91 Khi transistor khóa (ứng với khoảng thời gian khơng có xung điều khiển), L xuất sức điện động tự cảm ngược chiều với V i làm diode D mở giải phóng lượng từ cuộn L nạp cho C cung cấp cho mạch tải Qua việc phân tích có biện pháp sau: - Điện áp VL VC ngược cực tính với Vi đầu rat a nhận điện áp tải ngược cực tính với Vi hay ổn áp có tác dụng đảo dấu điện áp vào cần ổn định - Điện áp xác định theo hệ thức: V0 / Vi = tmở / tkhóa Vì tmở tkhóa ln biến đổi tỷ lệ ngược (do chu kỳ T số) nên dải cho phép nhận điện áp  V0   hay phương pháp cho khả điều chỉnh V0 rộng số ba phương pháp trình bày - Năng lượng từ mạch ngồi cung cấp cho ổn áp dạng xung ổn áp truyền lượng tải dạng xung 3.3.5 Phương pháp ổn áp xung sơ cấp Sơ đồ khối thực phương pháp ổn định sơ cấp cho hình 7.13 Hình 7.13 Phương pháp ổn áp xung kiểu sơ cấp Mạch hình 7.13 hoạt động sau: Điện áp lưới chỉnh lưu trực tiếp mạch cầu tạo nên nguồn chiều đối xứng cỡ  150V cung cấp cho hai transistor T1 T2 điều khiển theo kiểu đẩy kéo nhờ hai dãy xung điều khiển ngược pha có tần số khoảng  50 kHz Các xung điều khiển có độ rộng thay đổi theo quy luật điện áp sai lệch điện áp Ura (giống phương pháp ổn định kiểu thứ cấp nói trên) Nhờ T T2 điện áp  Uo đưa tới biến áp xung tải thứ cấp qua mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, khâu lọc LC, ta nhận điện áp ổn định Đặc điểm phương pháp sử dụng biến áp xung làm việc tần số cao nên kết cấu gọn tổn hao nhỏ Mạch cách ly để phân cách điện mạch thứ sơ cấp bảo vệ khối điều khiển khỏi ảnh hưởng ổn áp (thường dùng ghép biến áp hay ghép option) 92 Điều lưu ý cuối tất phương pháp nêu ta thay khóa chuyển mạch transistor khóa tiristor Khi cần điều chỉnh thời điểm xuất xung điều khiển mở cho tiristor nhờ mạch tạo xung điều khiển thích hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO - Nguyễn Tấn Phước: Mạch điện tử công nghiệp, NXB Tổng hợp TP HCM, 2003 - Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế: Kĩ thuật điện tử NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 - Đặng văn Chuyết: Giáo trình kĩ thuật mạch điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 - Đỗ xuân Thụ: Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 - TS Đàm Xuân Hiệp: Điện tử sở Tập 1, Basic electronics 2001 - Đỗ Thanh Hải, Nguyễn Xân Mai: Phân tích mạch tranzito, NXB Thống kê, Hà Nội, 2002 - Phạm Minh Hà: Kỹ thuật Mạch điện tử, NXB Khoa họa kỹ thuật, Hà Nội, 1999 93 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR KHÁI NIỆM 2 MẠCH MẮC KIỂU E – C 2.1 Mạch điện 2.2 Mạch tương đương 2.3 Các thông số kĩ thuật mạch 2.4 Tính chất MẠCH MẮC KIỂU B – C: 3.1 Mạch điện 3.2 Mạch điện tương đương 10 3.3 Các thông số 10 3.4 Tính chất 11 MẠCH MẮC THEO KIỂU C – C 11 4.1 Mạch điện 11 4.2 Mạch tương đương 11 4.3 Các thông số 11 4.4 Tính chất 12 BÀI TẬP CHƯƠNG I 13 CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỰC NGUỒN CHUNG ( S – C ) 16 1.1 Mạch điện 16 1.2 Mạch điện tương đương 17 1.3 Các thông số 17 1.4 Tính chất 17 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỰC MÁNG CHUNG ( D – C ) 18 2.1 Mạch điện 18 2.2 Mạch điện tương đương 18 2.3 Các thông số 18 2.4 Tính chất 19 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỰC CỔNG CHUNG ( G – C ) 19 3.1 Mạch điện 19 94 3.2 Mạch điện tương đương 19 3.3 Các thông số 19 3.4 Tính chất 19 BÀI TẬP CHƯƠNG 20 CHƯƠNG ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CỦA TRANSISTOR VÀ FET KHÁI NIỆM 23 1.1 Decibel: 23 1.2 Mạch lọc thông dải 23 1.3 Hiệu ứng Miler 26 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CỦA BJT 28 2.1 Đáp ứng tần số thấp BJT 28 2.2 Đáp ứng tần số cao BJT 30 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CỦA FET 33 3.1 Đáp ứng tần số thấp FET 33 3.2 Đáp ứng tần số cao FET 35 BÀI TẬP CHƯƠNG 36 CHƯƠNG MẠCH GHÉP TRANSISTOR – HỒI TIẾP39 TRANSISTOR GHÉP CASCADING 39 1.1 Liên kết tụ điện: 39 1.2 Liên kết cascading trực tiếp: 41 MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI 45 2.1 Sơ đồ tham số 45 2.2 Đặc điểm mạch khuếch đại vi sai 46 2.3 Các loại mạch khuếch đại vi sai 46 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DARLINGTON 49 3.1 Sơ đồ mạch 49 3.2 Nguyên lý hoạt động 49 3.3 Đặc điểm, ứng dụng 50 HỒI TIẾP 50 4.1 Khái niệm 50 4.2 Phân loại 51 4.3 Ảnh hưởng hồi tiếp đến khuếch đại 52 CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT KHÁI NIỆM 54 1.1 Khái niệm khuếch đại công suất (Power Amplifier) 54 95 1.2 Đặc điểm, phân loại khuếch đại công suất 54 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LOẠI A 55 2.1 Khảo sát đặc tính mạch 55 2.2 Khuếch đại công suất loại A dùng biến áp 58 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LOẠI B 59 3.1 Khảo sát mạch chế độ phân cực 59 3.2 Các dạng mạch công suất loại B 60 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG MOSFET 68 4.1 Mạch điện: 68 4.2 Đặc tính kỹ thuật 69 CHƯƠNG DAO ĐỘNG KHÁI NIỆM 70 1.1 Khái niệm mạch dao động 70 1.2 Các thông số kỹ thuật, phân loại 71 DAO ĐỘNG DỊCH PHA (phase shift oscillator) 72 2.1 Mạch dịch pha dùng transistor BJT 72 2.2 Mạch dao động cầu Wien 73 DAO ĐỘNG SÓNG SIN 75 3.1 Mạch dao động hình sin kiểu điện cảm 76 3.2 Mạch dao động hình sin kiểu điện dung 77 DAO ĐỘNG THẠCH ANH 78 4.1 Mạch dao động 78 4.2 Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng 81 CHƯƠNG ỔN ÁP KHÁI NIỆM 82 1.1 Khái niệm ổn áp 82 1.2 Thông số kỹ thuật 82 1.3 Phân loại mạch ổn áp 83 MẠCH ỔN ÁP THAM SỐ 83 2.1 Ổn áp tham số dùng diode zener 83 2.2 Mạch ổn áp tham số dùng Transistor 84 MẠCH ỔN ÁP CÓ HỒI TIẾP 85 3.1 Các thành phần mạch ổn áp 85 3.2 Mạch ổn áp kiểu bù 87 3.3 Khái niệm mạch ổn áp kiểu xung 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .93 96 97