Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Khảo sát và thi công mạch Astable

Rg, Rc là các điện trở phân cực - Khi chưa có nguồn E;, E thì trong vùng Je , Jc sẽ tổn tại điện trường tiếp xúc hướng từ N sang P - Khi có nguồn E¿, chuyển tiếp Jc bị phân cực nghịch, l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HO CHÍ MINH

‘Trong sucdt qua trinh thue liên luan Cdn cdu minh 4

em da nhan due wat nhiéu au Lông de từ q4 thay đồ cua Bhoa

Vas Ly tì các ban sink vien sảng hho

"Trude bet em xin ga lot cam ơn chan thank đến :

= They (Phan Thank Van da nhizt tink huang dẫn,

HHH

yiup de, dong gop 9 kiến , hé ttợ tái ligu tham kkdo sản nhu

dingy he em ltơng các y tudny mớt., tan tink sda chau nÑững sai

sot yiup em hoan thank tết luận tán nay ;

- They Bernard Journet va thay Cao Ank Quan

gop ụ kien tà những bai khuyen chan thank cho luận tần của

em

i Cac ank chi trong Êiea Vat Ly va Lan sink vlin

sung khou da dng fs, động ciên va hé fxg vé tin hoc cho ludn

của của em,

hoan thanh tot luận tấn.

MặẠC LGC

Lời mở đầu - Trang

Phúng: RE 0N AT PE PALI VỆ -c«ssxssse con oau ng (e2nS009160010900100980294/2000307983 1

Chương |: Transistor lưỡng cực tính s«««eeexeeexeeeeseeee Í

Be MOE RD lánc 00x22 2à shawn wish 860666480)051820355%6/01106G0i460002010/6 |IỊ- Nguyễn Gíc hoạt beng sissies cece aaa aa nscale 2III_ Sơ đồ cớ bản của tranSÌSLOF, SH 551553822 c2 3

AACA CID SPM ET ons snunceoxmmectixcreecetverenauie navanies mesnt ener pean: 3

2 Miguel HUNE Gest cscesisiccrsssizecransagvancsecpsesecsnpioconcarcaceuansesaseway nine 5

2.Mùch chung cobb stewetas sicccs casscasaiiess 006601004325646/246ã196i1353614335576i3595 7

IV Chức eating cll ox trains) SA ao 8

| Chức năng khoá của Tramsisrr, scsccecreesereesrereenesrereenennerees Ñ

21-HIỨC ng RECN NT )unsasaeaeenieeeondaeeetroeeaveeosrrmeesse.ce 10

V _ Các tham số giới hạn của traftsiSLOf s-5- 555-557 eee 10

Chương II : Khuếch đại thuật todin 0 0 00cccccccesescssesesssserenessnevenenes 12

I_ Giới thiệu chung an nhanh nen rrec 12

II _ Đặc tuyến và các thông số cơ bản của OPAMP - 13

1.Dac tuyến truyền đạt vòng hở ccccee 13

2 Thong số cơ bản của một bộ OPAMP ly tưởng - 14

III_ Chế độ khoá của OPAMP cuc cccccccc01002 020606 006cc s2620siee 14

Chương [II : Mạch AstabiÌe -e-esessesssesesesessssesesessssssasttssseste -„- 16

l_ Mạch Astable dùng Transist(Or Ăn” 16

II_ Mach Astable dùng OPAMP c:ccccscesssssesesessscseeseareneenenannnneetesnnes 20)

Phản I : THỰC HIỆN MACH - -cccoscccoscccoscsssscsssessuessueccasesssnecensessneenntienss 2303

Ry G000 TRO ax css rstenesa eases anenorstsn panes tusneonaniepenmnrvemesi rece

B: : Mạch ding OPAMEP Sa ks-cetQ2cdaoaktoiseicdaeeeeoidoinseeesee 31

Phần Il: VE VÀ THIẾT KẾ MACH IN DUNG ORCAD 9.2 36

A Vẽ righ ngUYÊN WY sicccccissecessivccccesescessvevercscsiveccecssebevsacsisessenssaceceseveveres 36

KV TDICH CỒN: cocscsksrixu255315122c6772i5630116<82501)55cgà0ss2ez2ãL2zaceas22588ã525824880585560g8 49

Tài liệu tham khảo

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những nam gần đây, kỹ thuật điện tử đã phát triển rất

mạnh mẽ Nó không chỉ làm nên những điều kỳ diệu trong lĩnh vực võtuyến điện mà còn là động lực thúc đẩy sư tiến lên của rất nhiều ngànhkhác ,đưa mắt nhìn về hướng nào ta cũng gặp được những sản phẩm điện

tử nó chi phối rất lớn đến đời sống hàng ngày của chúng ta Vì thế ,

chúng ta không thé nào không Gm hiểu đến nó Do vậy , môn học vô

tuyến điện giờ đây không chỉ quan trọng đối với sinh viên ngành điện tử

mà còn là một môn học không thể thiếu đối với sinh viên các ngành kỹ

thuật khác Riêng đối với sinh viên khoa Vật lý trường Đại học Sư Phạm

TP HCM cũng được tiếp cận với môn học này, Song nhìn chung tất cả đềukhảo sát trên lý thuyết việc thực hành còn quá xa lạ và rất hạn chế trong

xinh viên

Từ đó , tôi đã chọn dé tài “ Khảo sát và thi công mạch Astabie ”nhằm không chỉ chú trọng đến việc phân tích lý thuyết mà còn quan tâmđến thực hành , một khâu quan trọng cho phép ta hiểu rõ hơn nhiều vấn

đẻ Không ít những sinh viên khoa Vật lý chúng tôi chưa từng nhìn thấy

các linh kiện điện từ trên thực tế- mãi đến năm thứ IV

Trong dé tài này, tôi trình bày 3 vấn dé chính :

_ Thứ nhất là phần khảo sát lý thuyết , phần này trình bày nhưñg kiến

thức chính liên quan đến:

* Các linh kiện cơ bản của ngành điện tử mà chương trình học chưa

để cập : transistor , vi mach OPAMP _ liên quan đến việc khảo sắt mạch

astable

* Khảo sát mạch Astable dùng transistor và mạch Astable dùng

Opamp để chỉ ra quy luật tạo xung của mạch dao động

* Astable là loại mạch dao động tự kích , quá trình dao dộng này tạo

ra diy xóng vuông ở ngô ra Người ta ứng dụng nó rất rộng rãi trong các

ngành điều khiển tự động , dùng để tạo nguồn phát xung điều khiển các thiết

bị công suất lớn Hoặc đơn giản nhất, ta sử dụng nó để làm các mạch đèn

chớp nháy dùng trong trang tri

_ Thứ hai là phan thi công mạch , tiến hành trên các loại bảng mạch

khác nhau Sau khi lắp ráp mạch ,sử dụng máy oscilloscope để quan sát dang xung ra, tiến hành kiểm tra, đo đạt, xử lí các kết quả và so sánh với kết quả lí thuyết.

— Cuối cùng là sử dụng phần mềm tin học (Orcad 9.2) để “VE và thiết kế mạch

in“ : Trong phần này, tôi tiến hành giới thiệu cách vẽ và thiết kế mach in

cho một mạch đèn chớp nháy ứng dụng mạch Astable với mong muốn giới

thiệu một công cụ hỗ ud tuyệt vời cho các bạn sinh viên - những ai đam mẽ

và tham vọng thực hiện mạch điện tử một cách chuyên nghiệp_ trong việc

thiết kế mạch điện tử, đặc biệt là đối với các mạch điện phức tạp có chứa các

linh kiện tích hợp (l.C).

Từ đó, tôi xin giới thiệu tổng quan về những phần trong luận văn

Phản !: KHẢO SÁT LÝ THUYET

Chương L : Transistor lưởng cực

Chương II : Khuếch đại thuật toán

Chương III: Mạch Astable

Phần Il : THUC HIỆN MACH

A_ Mach dùng transistor

B_ Mach dùng OPAMP

Phân 11; VE VÀ THIẾT KẾ MACH IN DUNG ORCAD 9.2

A_ Vẽ mạch nguyên lý B_ Vé mạch in.

Trong phần lý thuyết tôi cố gắng rất nhiều để đưa vào những kiến

thức đơn giản, cơ bản nhất , phù hợp với sinh viên ngành sư phạm vì hầu

hết các tài liệu tham khảo, giáo trình đều viết cho sinh viên chuyên ngành

LUAN VAN TỐT NGHIÊD GVHD: PHAN THANH VAN

Phan: KHAO SAT LY THUYET

Chuongl : TRANSISTOR LUGNG CUC

1 Cấu tạo:

_ Transistor là một linh kiện bán dẫn 3 cực do 3 lớp bán dẫn tiếp xúc nhau tao

thành, trong đó lớp ở giữa có bể dày rất bé và khác loại với 2 lớp bên cạnh

_ Nếu lớp ở giữa là bán dẫn loại P thì hai lớp bên cạnh là bán dẫn loại N, tạo

nên transistor loại P-N-P

Nếu lớp ở giữa là bán dẫn loại N thì hai lớp bên wack là bán dẫn loại P, tạo '

nên transistor loại N-P-N

HUY my?

Cấu wo va kí hiệu của tramistor loại N-P-N

TH or

Cấu tạo và kí hiệu transistor P-N-P

Miền bán dẫn thứ nhất của transistor gọi là miễn emitter nó có nồng độ tạp

chất lớn nhất Điện cực nối với miền này gọi là cực emitter (hay cực E)

_ Miễn bán dẫn thứ hai gọi là mién base nó có nồng độ tạp chất nhỏ nhất, có

bể day bé nhất Điện cực nối với miễn này gọi là cực base (hay cực B)

Miễn bán dẫn còn lại có nổng độ tạp chất trung bình gọi là miền collector.

Điện cực nối với miền này gọi là cực collector (hay cực C )

SVTH: HOANC THỊ MINH NCHI 1

LUẬN VAN TỐT NGHIED GVHD: DHAN THANH VAN

H Nguyên tắc hoạt động:

Ta sẽ xét nguyên tắc hoạt động của transistor loại N-P-N (loại P-N-P cũng làm

tương tự ).Để transistor hoạt động ta can phải phân cực cho nó

Ta có sơ để mạch điện như hình vẽ sau:

- Chuyển tiếp P-N

giữa mién emitter và

base gọi là chuyển

- Nguồn E; làm cho chuyển tiếp emitter Jg phân cực thuận Nguồn E; làm cho

chuyển tiếp collector Jc phân cực nghịch Rg, Rc là các điện trở phân cực

- Khi chưa có nguồn E;, E thì trong vùng Je , Jc sẽ tổn tại điện trường tiếp xúc

hướng từ N sang P

- Khi có nguồn E¿, chuyển tiếp Jc bị phân cực nghịch, làm cho lớp tiếp xúc Jc

mở rộng ra, nên trong vùng Jc sẽ có một dòng điện rất nhỏ do hạt dẫn thiểu số

của miền base và miền collector tạo nên, Kí hiệu là Icbo: gọi là đòng điện

ngược collector, dòng ngược này rất nhỏ nên thường được bỏ qua

- Khi có thêm nguồn E;, chuyển tiếp Jg sẽ phân cực thuận , làm cho tiếp xúc N-P thu nhỏ lại các e của miễn emitter sẽ tran qua miễn base tạo thành dòng

điện emitter Jp Các e° đến được miễn base là rất lớn so với lỗ trống (hạt mang

đa số ) trong miền base nên chỉ một bộ phận nhỏ electron của miễn emittertáchợp với lỗ trống, các electron còn lại tiếp tục khuếch tán đến vùng Jo, do Je

phân cực nghịch nên các electron này bị điện trường cuốn qua tới miễn collector

tạo thành đồng điện trong mach collector Ic

- _ Để đánh giá mức độ hao hụt dong khuếch tán trong vùng base người ta đưa

ra hệ số truyền đạt dòng điện:

a=lcfñe

Transistor càng tốt thì a càng gần 1

- _ Trong miễn base để cân bằng với lỗ trống đã mất, nên có một ddng điện đi

từ E, vào miền base gọi là dòng điện base Ib Để đánh giá mức độ điều khiểncủa đòng Ib lên đòng Ic người ta đưa ra hệ số khuyếch đại ÿ:

B = Io/lb

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 2

LUAN VAN TỐT NGHIEP GVHD: PHAN THANH VAN

B phụ thuộc vào từng loại transistor và nhiệt độ

Vậy dựa vào phân tích trên ta rút ra hệ thức cơ bản về dòng điện của transistor:

le = Ib +lc

HI Sơ đồ cơ bản của transistor:

Dựa vào cách chọn điện cực làm nhánh chung cho đầu vào và đầu ra, ta có 3 sơ

46 cơ bản sau:

1) Mach chung emitter (E.C]:

a) Đặc điểm:

— Cực E là chung cho mạch vào và mạch ra

_ Điện áp vào được mắc giữa cực bazơ và cực emitter : V;,= Vbe_ Điện áp ra được mắc giữa cực collector và cực emitter : V„„= Vee

_ Dòng điện vào Ib , dòng ra Ic.

trị Vbe và đo trị số Ib tương ứng

sau đó biểu diễn lên để thị, ta sẽ

thu được kết quả như hình vẽ

bên:

Ta nhận thấy:

>» Khi Vbe =0, không có os in us

dong Ib > Ic = lạ =0

> Khi0< Vbe <0.7V: đòng Ib rất nhỏ coi như bỏ qua

~> Trong 2 trường hợp trên, transistor hầu như không dẫn

> Khi Vbe =0.7V dòng Ib tăng đáng kể.

ŠVTH: HOANG THỊ MINH NGHI 3

LUAN VAN TỐT NGHIỆP GVHD DHAN THANH VAN

~> Transistor dẫn thông va đạt chế độ bão hoa

* Đặc tuyến ra; Biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp ra và dòng điện ra khi

điện áp vào được giữ không đổi:

= f(Vce)| Teecontt

Muếc lạt heed /

do trị số Ic tương ứng sau đó biểu ˆ

diễn (V, 1L ) lên đổ thi, ta sẽ thu ‘được đặc tuyến ra à

Thay đổi Ip đến các giá trị khác ‘

nhau va làm tương tự ta sẽ thu

được họ đặc tuyến ra như hình vẽ

> Đoạn nim ngang ứng với trang thái khuếch đại của transistor

> Đoạn vẽ nét đứt tương ứng với miền đánh thủng vì khi V,, tăng quá lớn

dòng Ic sẽ tăng lên đột ngột, transistor có thể bi phá huỷ

* Đặc tuyến truyền đạt dòng điện; Biểu thị mối quan hệ giữa dòng ra và đồng

vào khi điện áp ra được giữ không đổi:

I, m fq,) Vor = const

Để vẽ đặc

tương tự như : : BÀ SE cia /

trường hợp đặc Hư `sSự b MÀ : | //7 Li nh Deng

Nổi các Đc tat k›uyêt để a9 f2 kMd4 ator tặc cheng FC

SVTH: HOANG THỊ MINH NGHI 4

LUAN VAN TỐT NGHIED GVHD: PHAN THANH VAN

ta được đường đặc tuyến truyền đạt như hình vẽ bên

Độ dốc của đặc tuyến chính là hệ số khuếch đại dòng điện B

2) Mach chung base (B.C):

a) Đặc điểm:

Cực base dùng chung cho cả đầu vào và đầu ra

Dòng điện vào là dòng emitter , đòng điện ra là dòng collector Điện áp vào là Vụ, điện áp ra là Va

Sơ 66 mạch chung baseb) Đặc tuyến Von - Ampe: tes

Thay đổi V., đến các giá trị khác nhau, và làm tương tự ta sẽ thu

được họ đặc tuyến vào

Dua vào đồ thị ta thấy, ứng với V., cố định, dòng I tăng lên khi Vu,

tăng

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 5

LUAN VAN TỐT NGHIỆP CVID PHAN THANH VAN

- Lần lượt giữ dòng

I, ở các giá trị cố định

khác nhau, thay đổi giá

trị Vạ ghi lại các giá trị tương ứng và biểu điểnkết quả lên trục toa độ I,

~VặẠy, ta thu được họ đặc

tuyến ra như hình vẽ

- Dòng điện ra Ic có

giá trị gần bằng dòng

điện vào le vì Ib rất nhỏ (Ib =0)

- Khi Vcb giảm về 0 thì dòng ra Ic vẫn chưa giảm về 0

- Khi Vcb tăng quá lớn, dòng Ic tăng đột ngột có thể làm hỏng

transistor

* Pac tuyến truyền đạt; Biểu diễn quan hệ hàm số:

Ic = f(Ig) Vics ~ const

Ta có thể vẽ đặc tuyến này bằng 2 cách:

© Giữ Veg ở điện áp cố định thay đổi dòng vào Ig va ghi lại các

gid trị Ic tương ứng rồi biểu diễn lên đồ thị.

* Suy ra từ đặc tuyến ra.

> ‘ « "`

SVTH: HOANG THỊ MINH NGHI a

LUAN VAN TỐT NGHIEP GVHD: PHAN THANH VAN

3) Mach chung Collector (C.C):

a) Đặc điểm:

— Cực C được dùng chung cho mạch vào và mạch ra.

_ Điện áp vào là Vec , điện áp ra là Vạc _ Dòng điện vào là đòng base I, , đòng ra là dòng emitter Ig

mx tag tale At HUVOn teats ure wee stom CL

Cả 2 đặc tuyến này giống trong trường hợp mắc chung emitter

SVTH: HOANG THỊ MINH NGHI 7

LUẬN VĂN TỐT NCHIED GVHD: PHAN THANH VAN

IV Chức năng của transistor ;

Transistor có 2 chức năng cơ ban: Chức nang chuyển mach và chức năng

khuếch đại

Trong giới hạn của luận văn này Em xin để cập đến chức năng chuyển mạch,

chức năng đơn giản nhất của transistor nhưng cũng không kém phần quan trong,

còn chức năng khuếch đại chỉ xin giới thiệu sơ lược

1) Chức năng chuyển mạch: (chế độ khoá của transistor)

- Dé đóng ngắt các mạch điện tử, người ta dùng các khoá điện tử Các

khoá này có 2 trạng thái: đóng và ngắt Việc chuyển đổi khoá từ trạng thái

nay sang trạng thái khác là do tác động của tín hiệu ở ngõ vào, quá trình

chuyển này được thực hiện với một tốc độ nhất định gọi là tốc độ đóng mở

khoá

Người ta có thể dùng transistor lưỡng cực tính để làm khoá điện tử Tuỳ

vào điện áp phân cực cho transistor mà nó có thể làm việc ở trạng thái tấthoặc trạng thái dẫn thông

* Khi điện áp Vụ, <0.7V (điện áp mở của transistor) , transistor sẽ ở

trạng thái tất

* Khi điện áp Vụ, >0.7V, transistor sẽ chuyển từ trạng thái tắt sang

trạng thái dẫn Tuỳ theo giá trị của dòng vào mà transistor dẫn có

thể làm việc ở chế độ khuếch đại hay bão hoà.

Để minh hoa, ta xét sơ 66 mạch như hình vẽ, trong đó transistor đượcmắc E.C (đây là cách mắc thông dụng trong các mạch khoá)

Phương trình này cho phép ta vẽ đường

tải tinh của transistor Để vẽ đường thẳng này ta cần xác định 2 điểm (Vee,

Ve ~ Ic ta được đường tải như hình vẽ Đường thẳng này được vẽ trên cùng của

đồ thị với đặc tuyến ra, giao điểm của nó với đặc tuyến ra gọi là điểm công tác

tinh của transistor

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 8

LUAN VAN TỐT NGHIÈD GVHD- DHAN THANH VAN

© Khi dòng lạ=0 = Ie =0:

không có dong qua Re Lúc ee

nay Voce = Vec (diém A)>

Thông thường, ở chế độ khuyếch đại người ta chọn điểm làm việc (điểm công

tác ) của transistor ở giữa đường tải tĩnh (điểm C)

© Khi Dong lạ > Ins, nghĩa là dòng Ig lớn ta suy ra dòng Ic cũng rất lớn làm

cho điện áp Veg trở nên rất nhỏ (vì Veg = Voc — leRc) gọi là điện áp bãohoà Vẹạgs.Đối với transistor làm bằng Silic: Vcgs = 0.1 +0.2V

Diéu này tương ứng với trạng thái cả hai chuyển tiếp đều phân cực thuận:

Var =0.7V

Vec = Vee = Vee = 0.7 ~x 0.2 = 0.5V

Trên hình vẽ điểm B là điểm công tác khi transistor bắt đầu bão hoà

Dòng Ib = Ib5 , ddng Ics = BIDS Ta thấy rằng cho di Ib > Ib5 thì điểm công tác

cũng gần như nằm ở B nghĩa là khi rơi vào trạng thái bão hoà, mặc dù dòng I,

tăng nhưng dòng Ic và Vey thay đổi không đáng kể.

Ứ —=F, V,

F5 _ Re

Như vậy khi tăng dòng I, để tiến sâu vào trạng thái bão hoà, thì sẽ xảy ra quan

hệ: Bly >I @

Nghĩa là hệ thức Ic = filg không còn đúng trong miễn bão hoa của transistor

Từ (1) & (2) ta suy ra điều kiện để transistor hoạt động bão hòa là:

- Vac phân cực thuận, hoặc Vag phân cực thuận

LUẬN VAN TỐT NGHIÊD GVHD: PHAN THANH VAN

ce ec

Vee 0

Transistor tất Transistor bảo hoà

2) Chức năng khuếch dai:

- Transistor làm việc ở chế độ khuếch đại khi chuyển tiếp Je phân cực

thuận, chuyển tiếp Jc phân cực nghịch Trong vùng khuếch đại ta có hệ thức sau: Ic = Bly: Nghĩa là dòng Iy diéu khiển ddng I

- Transistor có thể khuếch đại dòng điện và cả điện áp vì dòng điện và

điện áp có mối quan hệ với nhau.

- Tin hiệu cẩn khuếch đại (có biên độ nhỏ) được đưa vào ngõ vad, thì ở

ngõ ra ta nhận được tín hiệu đã khuếch đại (có biên độ lớn nhưng dạng của

tín hiệu vẫn không thay đổi)

- Trén đây tôi đã giới thiệu hết sức sơ lược vé transistor ở chế độ khuếch

đại , để hiểu rd hơn về các ting khuếch đại của transistor (khuếch đại tín hiệu nhỏ,

khuếch đại công suất, các thông số điện trở vào, điện trở ra, độ lợi dòng, độ lợi ấp )Xin xem thêm các tài liệu tham khảo khác được giới thiệu ở phần phy lục Vì thời gian

có hạn nên chỉ xin trình bày những kiến thức có liên quan đến phần khảo sát mach

astable mà thôi

Khi sử dung transistor, để tránh hư hỏng ta cẩn lưu ý đến các thông sở giới hạn

sau:

1 Dòng cực đại cho phép:

- Tuy vào vật liệu và cong nghệ chế tạo, điểu kiện tod nhiệt, mà

mỗi transistor chỉ cho phép | dòng điện tối đa trên mỡi điện cực: Tees

2 Điện áp cực đại cho phép: Vcpmax Vcemax , Vpggxax

- Khi điện áp vượt quá mức trên sẽ đánh thủng các chuyển tiếp P - N

của transistor

SVTH-HOANG THỊ MINH NGHI 10

LUAN VAN TỐT NGHIỆP GVHD- DHAN THANH VAN

3 Công suất cực đại cho phép: Pc max

- Khi làm việc trong một ting khuếch đại nào đó, công suất tiêu tán

trên transistor phải nhỏ hơn giá trị Pomax= Vee- ÍCmax

LUẬN VĂN TỚT NGHIÊD GVHD: DHAN THANH VAN

Chương II KHUECH DAI THUAT TOAN

I Giới thiệu chung:

> Khuéch đại thuật toán hay còn gọi là OPAMP (viết tất của

Operational Amplifier) bộ khuếch đại DC có hệ số khuếch đại Av rất cao và thường được chế tạo dưới dang tích hợp.Nó gồm nhiều

Transistor, điode và điện trở gắn trên một bản nhỏ bằng silic có điệntích rất bé (= mm?)

> OPAMP được dùng để thực hiện các thuật toán (operation)trong máy

tính tương tự và dùng để khuếch đại các tín hiệu (amplification)

> Sơ đỗ chân chức năng của OPAMP:

> OPAMP đây chế tạo gồm có 8 chân:

Chân số 2 là ngõ vào đảo

"Chân số 3 là ngõ vào không đảo

* Chin số 4 và 7 gắn với nguồn cấp điện + Vcc để phân

cực cho OPAMP

s Chân số 6 là ngõ ra

* Chân số 1, chân số 5 và chân số 8 thường không kết

nối, ít sữ dụng

> Ký hiệu của OPAMP:

SVTH- HOANG THỊ MINH NGHI 12

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: DHAN THANH VAN

> Hình vẽ trên minh hoa ký hiệu của OPAMP : là một tam giác có hai

ngõ vào(ngõ vào đảo có điện áp V, và dòng điện vào là T , ngõ vào

không đảo có điện áp vào V„” và dòng điện vào tương ứng là I”), một

ngõ ra (có điện áp ra V, và dòng điện tương ứng là I, ); nguồn cungcấp điện + Vcc

Từ đó ta có hiệu điện thế vào vi sai: V„=V,” - V_

II Đặc tính và thông số của một bộ OPAMP lí tưởng:

1 Đặc tính truyền đạt điện áp vòng hd của OPAMP: _

~ Trạng thái vòng hở là trạng thái ngõ ra không có mạch hổi tiếp về ngõ

vào Hệ số khuếch đại điện ấp trong trạng thái này là Avo

* Ta có đáp ứng tín hiệu ngõ ra Vs khi:

* Tín hiệu vào ngõ vào đảo là : V,=-A„„V„

* Tin hiệu vào ngõ vào không đảo là: V,=A.„V„*

e Tín hiệu vào vi sai (tin hiệu vào đồng thời cả 2 ngõ)lä :

V,=A,.V Ở trạng thái nh V.*= V„=0_ V,=0

*“ Đặc tính truyền đạt điện áp vòng hở của OPAMP:

> Dựa vào đặc tuyến ta có 3 vùng làm việc ( hình vẽ ):

* Vùng khuếch đại : V,=A,.V,

AVi nằm trong khoảng (-V,,+V.)

* Vùng bão hoà âm :V,=-Vcc

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: DHAN THANH VAN

* +V,, là các mức ngưỡng của

điện áp vào, giới hạn phạm vi

tuyến tính của hàm V,=ƒ(AV,)

* V,ạ có giá trị rất nhỏ từ vài pV

đến vài trăm pV

> Người ta rất ít sử dụng OPAMP ở

trạng thái vòng hở trong chế độ

khuếch đại tuyến tính vì vùng làm

việc ở chế độ khuếch đại rất nhỏ (-V,,

+V,,) không đảm bảo sự làm việc ổnđịnh cho bộ khuếch đại Théng

thường người ta phải dùng hồi tiếp âm

để tạo sự làm việc ổn định cho bộ

khuếch đại , trạng thái mà OPAMP có mạch hổi tiếp âm được gọi là trạng

thái vùng kín.

2 Thông số cơ bản của một bộ OPAMP lý tưởng:

> Một bộ OPAMP được coi là lí tưởng nếu:

*®A„—~ = (thực tế A,, >10')

* Tổng trở ra Ry =O

* Dòng phân cực ngõ vào Ï” = F= 0

II ChếđôkhóacủaOpamp:

Y Khi làm việc ở chế độ xung Opamp hoạt động như một khóa điện tử đóng

mở rất nhanh Ở chế độ này Opamp làm việc ở chế độ bão hòa của đặc

tuyến truyền đạt Khi đó điện áp ra là V ˆs„„„ hoặc V ˆs„„„ ứng với biên độ

Ve đủ lớn Để minh họa nguyên lý họat động của một Opamp ở chế độ khóa, ta xét một ví dụ về mạch so sánh

* Mạch so sánh thực hiện quá trình so sánh biên độ của điện áp vào Ve với

một điện áp chuẩn ( giá trị điện áp chuẩn Vn được cho t rước cố định và mang ý nghĩa là một thông tin chuẩn ), còn giá tri Ve là một đại lượng thay đổi theo thời gian cần được quan sát , theo dõi , đánh giá.

* Khi hai mức điện áp này bằng nhau :Ve = Vn thì tai đầu ra bộ so sánh

sẽ có sự biến đổi cực tính của điện áp từ V *s„.„ sang V ‘sna: hoặc

ngược lại

SVTH: HOANG THỊ MINH NGHI l4

LUAN VAN TỐT XCHIỆD CVHD- DHAN THANH VAN

“Trong hình vẽ dưới đây , Ve và Vn được đưa vào hai đầu vào đảo và

không đảo tương ứng Hiệu của chúng V=Ve ~ Vn là điện áp giữa hai

đầu vào của Opamp

LUAN VAN TỐT NGHIỆD GVHD: PHAN THANH VAN

Chuong IIT MACH ASTABLE

1 Mạch astable dùng Transistor:

~ Mạch astable (còn gọi là mạch dao động đa hài không trạng thái bén) là

một mach dao động tự kích thích , nó có hai trạng thái không bén ,trong

quá trình dao động nó luôn tự chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác mà không cần có xung kích thích từ bên ngoài.

*“ Mạch astable được sit dụng để tạo ra các xung vuông ,nó có rất nhiễu ứng

dụng trong kỹ thuật Chấng hạn người ta sữ dụng mạch astable để làm

chuông điện ở nhà , làm những mạch đèn chớp nháy dùng cho trang trí,

dùng làm các mach phát xung Điều khiển các thiết bị công suất lớn trong

Hình vẽ là sơ đỗ nguyên lí mạch astable ,mạch bao gồm hai transistorN-P-N được nối với nhau thông qua các tụ điện C, và C;

~ TụC; được nối vào cực base của transistor Tạ và cực collector của

transistor “Tì.

~ Còn tụ C; nối vào cực base của transistor T, và cực collector của

transistor Tạ.

Các điện trở Ry;, Ry: phân cực cho các cực base của transistor Tạ và T;

Điện trở Ry, Re là các điện trở tải, nó có nhiệm vụ hạn chế dòng I qua

cực collector của hai transistor.

¥_Vec :nguổn cung cấp điện một chiểu

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 16

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: DHAN THANH VAN

2 Nguyên tắc hoạt động:

> Để đơn giản việc phân tích hoạt đông của transistor ,ta chấp nhận gần

đúng các điều sau:

* Transistor bão hoà có Vcgs=0

* Transistor bão hòa có Vgg= Vpgs=const

* Dòng điện cực base coi như không đáng kể :Iạ = 0

> Mỗi trạng thái mạch tương ứng với một transistor bão hòa và một

transistor tắt Nguyên lí hoạt động của mạch được giải thích bằng giản

đổ xung ở hình bên:

> Ở thời điểm t, -£, ta giả sử rằng T; khoá và Tạ bão hòa thì vào thời

điểm t; ta giả sử rằng T, bão hoà , điện thế cực base của T; là Vạ;=

const= 0,7V, điện thế cực collector của T, giảm đột ngột từ Vcc đến 0

là cho điện thế cực base của T; thay đổi đột ngột từ 0,7V đến 0,7-Vcc

dẫn đến kết quả là transistor T; tất Tụ Cạ xã điện rất nhanh qua tải Rc;

và tiếp giáp B-E của transistor T, do vậy điện thế cực collector của T;

AVI: HOANG THỊ MINH NGHI 1

LUẬN VĂN TỐT NCHEP GVHD: DHAN THANH VAN

(Vc;) tiến đến Vcc Tụ Cxã điện theo thời hằng C2 =Re2.C> Còn điện

thế cực base của transistor T, vẫn không đổi và bằng 0,7V

> Trong cùng thời gian đó, tụ điện C, nạp điện với thời hằng ¡ =Ra¡C;

qua điện trở Rạ¡và trở C-E của transistor T, làm cho điện thế cực base

của transistor T; tăng lên từ (0,7-Vcc) đến 0,7V.

> Khi điện thế cực base của T; đạt đến giá trị 0,7V (điện áp mở của tiếp

giáp B-E ) lập tức hệ sẽ chuyén sang trạng thái mới ,ở đó transistor Tạ bão hòa Quá trình hoạt động tiếp theo cũng tương tự như trạng thái

trước Nghĩa là khi T; dẫn , sự giảm điện thế trên cực collector của

transistor Tạ từ Vcc đến OV sẽ dẫn đến sự giảm diện thé trên cực

base của transistor T; , Vụ; từ 0,7V=> (-Vcc+0,7)V làm cho transistor

T, tắt Tụ C, xã điện rất nhanh từ Vee qua tải Rc;và tiếp giáp B-E của

transistor Tạ theo thời hằng + =Re¿.C¡ Do đó điện thế cực collector

của T, tăng din đến giá trị Vcc , trong khi đó điện thế cực base của T;

vẫn không đổi bằng 0,7V sự bão hòa cho T; Mặt khác tụ C; cũng nạp

từ nguồn Vcc qua Rgp và trở C-E của T; theo thời hằng T =Rạ;.C; làm

cho điện thế cực base của T; tăng dan từ 0,7-Vcc đến 0,7V thì T; lập

tức trở nên dẫn (bão hoà ) và điện thế cực collector của T, giảm đến

OV làm cho điện thế cực base của T; thay đổi đột ngột từ 0,7V đến

0,7-Vcc => Transistor T; tất

> Quá trình hoạt động liên tục tiếp diễn , hệ sẽ cho dao động mãi mãi

giữa hai trạng thái không ổn định này Kết quả là ở đầu ra ta sẽ nhận

được tín hiệu là day xung vuông thay đổi giữa OV và Vcc

= Chu kỳ dao động của hệ được tính gần đúng theo các biểu thức sau:

T= Aty+Aty = 0,7(Rạ¡.C¡+ Ra¿.C¿)

3 Tinh cần đúng chu kỳ dao động của mach:

Trong phép tính này ta giả sử rằng (một cách gần đúng ) :

© Hiệu điện thế Vạg của tiếp giáp B-E khi transistor bão hòa là Vụg=V,

(điện áp mở)=0V

4# Khi transistor bão hòa thì hiệu điện thế của tiếp giáp B-E là Vạg=V„ =0V,

và hiệu điện thế giữa C và E cũng coi như bỏ qua Vẹes =0

~ Chọn gốc thời gian là thời điểm mà transistor T, dẫn bão hòa

6VII HOANG THỊ MINH NGHI 18

LUAN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: DHAN THANH VAN

Y Ởthời điểm t=0- ¢ hay t=0 thì ta có :

Vec

Vạạ = Vy =0V Rhi

Vc,=Vcc Vh2«0

¥ Ở thời điểm t=0, transistor T, bão hòa

Ta thiết lập phương trình liên hệ giữa Vc, u; Vez:

-Chúng ta thực hiện phép tinh tương tự cho thời gian bão hòa của T; , ta cũng suy

ra được : 0(t)= Vec(1—2€ 2) oe =RszC¿

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 19

—_—_—_—_—_[

THU VIỆN Tsuen š Dg- moc Su- ~Pligre

Ih, HO- CHỈ WINS

LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD- PHAN THANH VAN

-Tai thời điểm t = tạ hệ chuyển sang trang thái khác sao cho u;(t;) =Vg; =0

=> uxt) =1- gen =0

eee ol

2

=> t-t,=In2 T =0,69 7,

-Vậy trong khoảng thời gian At, =t, —t, = 0,69 T, thi transistor Tạ bão hòa Ta suy

ra chu kỳ dao động của hệ :

T =At, +At, = 0,69 T, + 0,69 72

l

-Vậy tin số dao động pat ~ 0,.6KR,C, + Rn)

« Bộ da hai được ghép đối xứng nghĩa là bộ đa hài có các thành phan tương

đương nhau : T,® Tz, Rạu=Rạg;, Re =Rc, C,=C;

-Khi đó thời gian transistor T; ở trạng thái bão hòa bằng với tời gian transistor T;

Ở trạng thái bão hòa : ©, = ‘Cz =0,69 Rg).C,

=> Chu kỳ dao động sẽ là : T=2 T, = 1,4Rg;.C,

= Tần số dao động : fers !

z Sơ đô mach dién:

2 Nguyên tắc hoạt động :

-Ở mạch điện này ,OPAMP vận

hành ở chế độ bão hòa Hai trạng thái tương ứng với hai mức bão hòa đương và

âm của OPAMP.

- Giả sử vào thời điểm ban đầu V„ < V.* điện áp ra V, = +Vcc, điện ápvào

tương ứng là VỤ” : Was Vcc Tụ C, nap từ V,= +Vcc qua R theo thời

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 20

LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: DHAN THANH VAN

hằng r=RC Do đó điện áp V¢ tăng lén=> V„ tăng Sau thời gian Tì,

V> = reed lúc này V~ >#* mạch chuyển sang trạng thái khác, V, = -Vcc ,

Vv; “os Vee Tụ C xả điện tích từ R-> V, => -Vcc => GND (masse) theo

thời hằng r = RC Sau thời gian T; , điện áp trên tụ Vẹ giảm xuống , V„ giảm

xuống đến V> =- R oF Vcc Mạch lại chuyển sang trang thái mới V° >> =>

V,=+Vcc Vs

-Quá trình trên liên tục tiếp

diễn , mạch sẽ đao động

không ngừng tạo thành dãy

xung vuông ở ngõ ra.

Ở mỗi nữa chu kỳ dao động , VccL

-tụ C¡ đều nạp và xả qua điện trở

Nghiệm tổng quát của phương trình: #⁄~ = Aep—~+ Vee

Điều kiện ban đầu: V-(0) = 4+Vec=—— “—Vec

LUẬN VĂN TOT NGHIÊD GVHD: DHAN THANH VAN

= V; =Vee- Vec TL exp-*

R+R,

- Vào thời điểm t > 0 thì V.' ting đến khi ¿=7 =2 thì

=p — Vee

R+R,

- R, = Veo —Veo a Rt exp ATa có = Vee = Vcc xà: XS"

= Chu kỳ đao động của mạch:

T<2T,=2RC In +9).

= Tần số dao động : ee TT

7 42RCln(sail =a

Nếu chon R,; = R¿ thì chu kỳ dao động T = 2RCIn3

= tân số dao dộng : f=1/2RCIn3

BVI: HOANG THỊ MINH NCHI 22

LUAN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: DIAN THANH VAN

Phan II

THUC HIEN MACH

A_ MACH DUNG TRANSISTOR

I Sơ đồ mach và chọn linh kiện:

- Dé xác định giá trị của các thành phần trong mạch ta cin biết các

tham số của loại transitor mà ta sữ dụng Và kết hợp với điều kiện bão

hoà của transitor ta sẽ xác định giá trị của các linh kiện

- _ Trong mạch này, ta sử dụng 2 transitor loại N-P-N có tên gọi là KSP

2222A có các thông số cơ bản:

® Vecg bão hoà =0,2 V

© Vee bão hoà =0,6 V = Vy

© Hệ số khuếch đại f= 200

® Dòng lc„„„= 150mA

- Nguồn cung cấp Vẹc =5 V

- GO đây ta sử dụng mạch đối xứng

- Giả sửta lấy điện trở tải Ro, , Re là Re = Rc; = Re = 8202 (thông

thường trên thực tế ta chon giá tri của điện trở tải khoảng một vai kQ)

thì dòng Ic-„„ đối với mạch này là : Tones = TC = 55 “6(mA)

- Sitdung diéu kiện bão hoà của transitor để tính giá trị của điện trở

Rp = Rg = Ruz:

SVT: HOANG THỊ MINH NGHI 22

LUAN VĂN TOT NCHIFD CVHD: PHAN THANH VAN

Bla > Bp I

= ¥.

c© BWer =¥,) lem => Rg < 14Ó(K@ )

Ry

Còn đối với tụ điện, ta sé chọn sao cho thích hợp nghĩa là tu C phải

có giá trị phù hợp vớ giá trị Rp để thời gian các transitor bão hòa không

qué sầu.

H st board khôn ani bang m không han

_ Đối với bang mẫu không hàn rất tiện lợi để ta thực hiền các mach tam,

các linh kiện được cẤm vào và rút ra dé dang , thích hợp trong cho sinh viên làm

Dưới đây là giản đồ xung ,biểu diễn qui luật biến đổi của điện thế

các cực base va collector của các transistor.

SVT HOANG THỊ MINH NGI 24

LUAN VAN TỐT NCHIPD CVHD: PHAN THANH VAN

Hình đầu tiên là dang xung của điện thế các cực collector của hai

transistor Hình 2 là dạng xung cực collector và cực base của một transistor,

Hình vẽ trên là dang xung ra của điện thế các cực base của 2 transistor.

Với một máy dao động ký điện tử, ta có thể đo được điện thế của các

cực của các transistor khi bão hòa:

48+ 0/1 0,7 + 0,05 424 0,1

Vi giả sử Tụ tất , tính Vp) :

Ở thời điểm chuyển trạng thái từ T, dẫn -> T, tất

Điện thế cực collector của T, thay đổi đột ngột từ O +» Voc

> Do đó, điện thế cực base của T, cũng thay đổi đột ngột từ 0,7 >

-Voc + 0,7 = -4,3: Vụp (tất) = - Vee + 07V = -5 +07 = - 4,3(V)

Nhân xét : Kết quả lí thuyết và thực nghiệm gần như bằng nhau.

Đo tần số bằng máy dao động ký : f= 2621 (Hz)