Mục đích của mạch khuếch đại là tăng biên độ của tín hiệu mà không làm thay đổi tần số hoặc dạng sóng của tín hiệu đó. Các tham số quan trọng của mạch khuếch đại: 1.Hệ số khuếch đại: Đâ
Định nghĩa mạch khuếch đại:
Mạch khuếch đại là thiết bị điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu đầu vào yếu và khuếch đại chúng thành tín hiệu đầu ra mạnh hơn, đồng thời giữ nguyên các đặc tính cơ bản của tín hiệu gốc Mục đích chính của mạch khuếch đại là tăng biên độ tín hiệu mà không làm thay đổi tần số hoặc dạng sóng của nó.
Các tham số quan trọng của mạch khuếch đại:
1.Hệ số khuếch đại: Đây là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào.
Hệ số khuếch đại có thể được biểu diễn dưới dạng điện áp, dòng điện hoặc công suất.
Tần số cắt là giới hạn tần số mà mạch khuếch đại hoạt động hiệu quả, bao gồm tần số thấp nhất và cao nhất mà mạch có khả năng khuếch đại.
Tần số cắt xác định băng thông của mạch khuếch đại.
Độ tuyến tính của mạch khuếch đại rất quan trọng, vì nó xác định khả năng khuếch đại tín hiệu mà không gây ra biến dạng Mạch tuyến tính có khả năng khuếch đại tín hiệu mà vẫn giữ nguyên dạng sóng ban đầu.
Độ méo là chỉ số phản ánh mức độ biến dạng của tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào Khi độ méo càng thấp, chất lượng của mạch khuếch đại càng cao.
5.Điện trở vào: Điện trở của mạch khuếch đại đối với tín hiệu đầu vào Điện trở vào cao giúp mạch không tiêu hao nhiều tín hiệu đầu vào.
Điện trở ra của mạch khuếch đại ảnh hưởng đến khả năng truyền tải tín hiệu đầu ra Một điện trở ra thấp sẽ giúp tín hiệu dễ dàng được truyền đến tải, nâng cao hiệu suất hoạt động của mạch.
Tỷ lệ giữa công suất đầu ra hữu ích và công suất tiêu thụ từ nguồn điện phản ánh hiệu suất của mạch Một hiệu suất cao cho thấy mạch đang sử dụng năng lượng một cách hiệu quả.
Tạp âm và nhiễu từ các thành phần trong mạch có thể làm giảm chất lượng tín hiệu khuếch đại Một mạch với mức nhiễu thấp sẽ mang lại tín hiệu tốt hơn.
Câu 2: Nêu các phương pháp cấp nguồn phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại? Ưu nhược điểm của các phương pháp đó?
Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
Phân cực cố định Đơn giản, ít linh kiện Kém ổn định với nhiệt độ và β
Phân cực hồi tiếp collector Ổn định hơn phân cực cố định Hệ số khuếch đại có thể giảm
Phân cực cầu Ổn định cao, ít phụ thuộc β Thiết kế phức tạp, nhiều linh kiện
Phân cực hồi tiếp emitter Ổn định tốt, giảm méo tín hiệu Giảm khả năng khuếch đại, phức tạp hơn
Phân cực nguồn dòng không đổi
Rất ổn định, chính xác cao
Phức tạp, tốn kém, tiêu tốn năng lượng
Câu 3: Thế nào là hồi tiếp trong mạch khuếch đại? hồi tiếp âm, hồi tiếp dương?
Trong mạch khuếch đại, hồi tiếp là quá trình đưa một phần tín hiệu ngõ ra trở lại ngõ vào, nhằm ảnh hưởng đến quá trình khuếch đại Hồi tiếp được phân chia thành hai loại chính là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương.
Hồi tiếp dương là điện áp hồi tiếp về cùng pha với tín hiệu vào, loại hồi tiếp này dùng trong các mạch tạo dao động.
Hồi tiếp âm là điện áp phản hồi ngược pha với tín hiệu đầu vào, giúp giảm hệ số khuếch đại của mạch Tuy nhiên, hồi tiếp âm cải thiện nhiều chỉ tiêu chất lượng của mạch khuếch đại, bao gồm giảm tạp âm, giảm méo tần số, giảm méo phi tuyến và tăng độ ổn định của độ khuếch đại.
Câu 4 Thế nào là hồi tiếp dòng điện, hồi tiếp điện áp?
Hồi tiếp dòng điện và hồi tiếp điện áp là hai loại hồi tiếp chính, phân loại dựa trên phương pháp lấy tín hiệu hồi tiếp từ ngõ ra và đưa vào ngõ vào của mạch khuếch đại.
Hồi tiếp điện áp: Tín hiệu hồi tiếp là điện áp; có thể là nối tiếp hoặc song song.
Hồi tiếp dòng điện: Tín hiệu hồi tiếp là dòng điện; có thể là nối tiếp hoặc song song.
Câu 5: Thế nào là hồi tiếp mắc song song, hồi tiếp mắc nối tiếp?
Hồi tiếp mắc song song:
Tín hiệu hồi tiếp được đưa về đầu vào song song với tín hiệu vào.
Tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu vào cùng chung điện áp.
Thường dùng để ổn định dòng điện đầu ra.
Còn gọi là hồi tiếp dòng vì lấy mẫu dòng điện đầu ra.
Hồi tiếp mắc nối tiếp:
Tín hiệu hồi tiếp được đưa về đầu vào nối tiếp với tín hiệu vào.
Tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu vào cộng trừ với nhau.
Thường dùng để ổn định điện áp đầu ra.
Còn gọi là hồi tiếp áp vì lấy mẫu điện áp đầu ra.
Câu 6: Nêu các ưu điểm của hồi tiếp âm trong mạch khuếch đại? Ổn định độ hở:
Giảm ảnh hưởng của nhiệt độ và thông số linh kiện. Độ hở ít phụ thuộc vào sự thay đổi của nguồn nuôi và tải.
Giảm sai số do phi tuyến của linh kiện.
Cải thiện độ trung thực của tín hiệu ra.
Tăng dải tần số làm việc của mạch.
Cải thiện đáp ứng tần số. Điều chỉnh trở kháng:
Tăng trở kháng vào với hồi tiếp nối tiếp.
Giảm trở kháng ra với hồi tiếp song song.
Giúp phối hợp trở kháng tốt hơn.
Giảm ảnh hưởng của nhiễu từ bên ngoài.
Cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR).
1.7 Trình bày tầng khuếch đại mắc cực phát chung?
RC: tải một chiều của tầng.
RE: điện trở ổn định nhiệt, C tụ thoát thành phần xoay chiều xuống mát.E
En: nguồn tín hiệu vào.
Rn: điện trở trong của nguồn tín hiệu.
- Tác dụng các linh kiện trong mạch:
Khi điện áp xoay chiều được đưa vào đầu vào, dòng xoay chiều cực phát của tranzito xuất hiện, dẫn đến dòng điện xoay chiều cực góp ở mạch ra Dòng điện này gây ra hạ áp xoay chiều trên điện trở R, và điện áp này qua tụ C được truyền đến đầu ra của CP2, tức là đến R.T.
Phân tích mạch có thể được thực hiện bằng hai phương pháp cơ bản: phương pháp đồ thị cho chế độ một chiều và phương pháp giải tích sử dụng đồ thị tương đối cho chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ.
Tầng khuếch đại mắc E chung là tầng khuếch đại đảo pha tín hiệu ra ngược chiều với tín hiệu vào
- Trở kháng vào của mạch: r = r + (1+V B β).rE
- Hệ số khuếch đại dòng:
- Hệ số khuếch đại điện áp:
- Góc pha: tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào ( U ngược pha U )r V
1.8 Trình bày tầng khuếch đại mắc cực góp chung?
Tầng khuếch đại CC, hay còn gọi là tầng lặp E, là một mạch điện mà điện áp ra được lấy từ cực E của tranzito Điện áp ra gần bằng điện áp vào (U = U - U) và có cùng pha với điện áp đầu vào.
- Sơ đồ đóng vai trò như R trong EC, nghĩa là tạo nên 1 điện áp biến đổi ở đầu ra nó Tụ C
C có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho tải R Điện trở R và R hoạt động như bộ phân áp để cấp điện 1 chiều cho cựct 1 2 gốc, từ đó xác định chế độ tĩnh của tầng Để giảm điện trở vào, thường không sử dụng điện trở.
R2 Tính toán chế độ 1 chiều tương tự như tính toán tầng EC.
- Tầng có hệ số khuếch đại điện áp dương Tầng khuếch địa góp chung có tải 1 chiều R , E tải xoay chiều R , tải xoay chiều R // R t E t
- Trở kháng vào của mạch:
- Hệ số khuếch đại dòng:
- Hệ số khuếch đại điện áp:
- Góc pha: tín hiệu ra cùng pha tín hiệu vào.
1.9 Trình bày tầng khuếch đại mắc cực gốc chung?
Sơ đồ 1 tầng khuếch đại gốc chung bao gồm các phần tử R1, R2, và R, có nhiệm vụ xác định chế độ tĩnh I Các phần tử khác trong sơ đồ cũng thực hiện chức năng tương tự như sơ đồ EC.E.
2.1 Các tính chất của bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT) lý tưởng:
Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có các tính chất sau:
Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có hệ số khuếch đại vô hạn, cho phép ngay cả điện áp đầu vào rất nhỏ cũng tạo ra điện áp đầu ra lớn.
Trở kháng đầu vào vô hạn của bộ khuếch đại thuật toán đảm bảo rằng không có dòng điện nào đi vào các đầu vào, giúp duy trì năng lượng của tín hiệu đầu vào mà không bị mất mát.
Trở kháng đầu ra bằng không cho phép bộ khuếch đại cung cấp dòng điện ra vô hạn, duy trì điện áp đầu ra ổn định bất kể tải Độ lợi vi sai lý tưởng của bộ khuếch đại chỉ khuếch đại sự khác biệt giữa hai đầu vào mà không làm tăng tín hiệu chung, với sự khuếch đại của tín hiệu này bằng 0.
BKĐTT lý tưởng có khả năng hoạt động ở mọi tần số, từ DC đến tần số rất cao, mà không làm suy giảm độ khuếch đại Đồng thời, điện áp offset đầu vào bằng 0, nghĩa là không có sự khác biệt điện áp nhỏ giữa hai đầu vào khi tín hiệu đầu vào là 0.
Dòng điện offset đầu vào bằng 0: Dòng điện đầu vào luôn bằng 0, giúp tín hiệu đầu vào không bị ảnh hưởng bởi dòng điện.
2.2 Tại sao khi dùng BKĐTT làm mạch khuếch đại phải đấu nối thêm linh kiện ngoài tạo hồi tiếp âm?
Hồi tiếp âm là yếu tố thiết yếu trong việc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán trong các mạch thực tế Một trong những lý do chính để áp dụng hồi tiếp âm là để ổn định hệ số khuếch đại, vì trong thực tế, hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán không thể đạt được mức lý tưởng Việc sử dụng hồi tiếp âm giúp điều chỉnh và duy trì hệ số khuếch đại mong muốn, thay vì phải phụ thuộc vào hệ số khuếch đại tự nhiên của bộ khuếch đại.
Giảm méo tín hiệu: Hồi tiếp âm làm giảm méo phi tuyến và cải thiện độ trung thực của tín hiệu đầu ra.
Tăng băng thông là một yếu tố quan trọng trong BKĐTT, mặc dù có giới hạn về băng thông Tuy nhiên, việc sử dụng hồi tiếp âm có thể mở rộng dải tần số hoạt động mà không làm giảm hệ số khuếch đại ở các tần số cao.
Cải thiện ổn định: Hồi tiếp âm giúp cải thiện độ ổn định của mạch, ngăn ngừa sự dao động và các hiện tượng không mong muốn khác.
Hồi tiếp âm đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh trở kháng đầu vào và đầu ra, từ đó giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn.
2.3 Trình bày mạch khuếch đại đảo:
Mạch khuếch đại đảo là một loại mạch khuếch đại sử dụng băng tần rộng với cấu hình hồi tiếp âm Trong mạch này, điện áp đầu vào được cấp vào cổng vào đảo, trong khi cổng vào không đảo được nối đất.
Điện áp đầu ra của mạch sẽ ngược pha với điện áp đầu vào.
Hệ số khuếch đại của mạch được xác định bởi tỷ lệ giữa điện trở hồi tiếp R và điện f trở R nối với đầu vào in
Công thức hệ số khuếch đại: Av = - R R f
Av là hệ số khuếch đại.
R f là điện trở hồi tiếp.
R ¿ là điện trở nối với đầu vào. Đặc điểm:
Điện áp đầu ra có biên độ tỉ lệ với điện áp đầu vào nhưng ngược dấu.
Mạch có độ chính xác cao và có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua các giá trị điện trở.
Mạch khuếch đại thuận là mạch mà điện áp đầu vào được đưa vào cổng không đảo, trong khi cổng đảo được nối với đất qua mạch hồi tiếp.
Điện áp đầu ra của mạch sẽ cùng pha với điện áp đầu vào.
Hệ số khuếch đại của mạch được xác định bởi tỷ lệ giữa và R ¿ , tương tự như mạch khuếch đại đảo.
Công thức hệ số khuếch đại: Av = 1 + R R f ¿
Av là hệ số khuếch đại
là điện trở hồi tiếp.
là điện trở nối với đầu vào. Đặc điểm:
Điện áp đầu ra cùng pha với điện áp đầu vào.
Hệ số khuếch đại luôn lớn hơn 1 và có thể điều chỉnh được thông qua các giá trị điện trở.
Mạch khuếch đại lặp, hay còn gọi là mạch buffer hoặc mạch follower, được thiết kế với cấu hình hồi tiếp toàn phần đặc biệt Trong mạch này, đầu vào không đảo nhận tín hiệu, trong khi đầu vào đảo được kết nối trực tiếp với đầu ra.
Điện áp đầu ra bằng với điện áp đầu vào, tức là V = V out in
Mạch có hệ số khuếch đại bằng 1, nhưng không đảo pha tín hiệu.
Công thức hệ số khuếch đại: A = 1v Đặc điểm:
Mạch này được sử dụng để cách ly tải mà không làm giảm chất lượng tín hiệu, nhờ vào đặc tính trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra thấp.
Không khuếch đại biên độ tín hiệu nhưng duy trì tín hiệu gốc và cách ly nó khỏi các ảnh hưởng của tải.
2.5 Trong sơ đồ mạch của hình 2-11, điện trở cân bằng RcR_cRc có các tác dụng sau:
Cân bằng dòng điện qua mạch là một yếu tố quan trọng, trong đó điện trở Rc giúp ổn định dòng điện vào đầu vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán (op-amp) Điều này dẫn đến việc điện áp tại điểm nối giữa Rc và Rht trở nên ổn định hơn.
Ổn định điện áp Rc giúp duy trì điện áp ổn định tại đầu vào của op-amp, ngăn ngừa các nhiễu loạn và biến đổi đột ngột của điện áp UV.
Điện trở Rc đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và thiết lập mức điện áp đầu vào cho op-amp, từ đó đảm bảo đầu ra của op-amp hoạt động chính xác theo yêu cầu của mạch.
Biểu thức tính giá trị Rc:
Giá trị của Rc có thể phụ thuộc vào các yếu tố như điện áp U , điện trở R , R , và các yêu cầuv 1 ht về độ ổn định của mạch.
Nếu mạch hoạt động như một bộ chia điện áp hoặc mạch khuếch đại điện áp, giá trị Rc có thể được tính toán để đạt được điện áp mong muốn tại đầu vào của op-amp.
Công thức tính RcR_cRc sẽ thay đổi tùy thuộc vào cách bạn muốn mạch hoạt động, chẳng hạn như cân bằng mức điện áp hoặc điều chỉnh dòng điện qua op-amp Nếu có thông tin chi tiết về yêu cầu của mạch, chúng ta có thể xác định biểu thức chính xác cho Rc.
Trả lời: Đối với mạch cộng đảo, các điện áp đầu vào được đưa vào đầu vào đảo của op-amp.
Cấu trúc của mạch cộng đảo:
Các điện áp đầu vào U , U , …, U được nối với đầu vào đảo qua các điện trở R , in1 in2 inN 1
Một điện trở Rf được nối từ đầu ra đến đầu vào đảo của op-amp để tạo phản hồi âm.
Đầu vào không đảo được nối với đất.
Biểu thức tính điện áp đầu ra:
Giả sử đầu vào không đảo của op-amp được nối đất (điện thế bằng 0) và các điện trở vào R , 1
R2, …, R đều bằng nhau, giá trị điện áp đầu ra Uout của mạch cộng đảo được tính như sau:N
Uin1, U , …, U là các điện áp đầu vào.in2 inN
R là điện trở vào (giả sử các điện trở R , R , …, R đều bằng nhau).1 2 N
Rf là điện trở phản hồi.
Dấu âm cho thấy đây là mạch cộng đảo, vì đầu ra bị đảo dấu so với tổng của các đầu vào.
2.7 Trình bày mạch cộng đảo?
Cấu tạo và hoạt động của mạch
Đầu vào: Mạch có các đầu vào U , U U nối qua các điện trở R , R R vào đầu 1 2 n 1 2 n vào đảo (-)
Điện trở hồi tiếp: Điện trở hồi tiếp R kết nối ra từ đầu ra U đến đầu vào đảo (-).ht ra
Đầu vào không đảo Đầu vào không đảo (+) được nối đất.:
Mạch tạo dao động là một loại mạch điện có khả năng tự phát tín hiệu dao động mà không cần tín hiệu đầu vào từ bên ngoài Mạch này sử dụng các thành phần điện tử như tụ điện, cuộn cảm và linh kiện bán dẫn để tạo ra sóng dao động, thường là sóng sin hoặc sóng vuông, với tần số và biên độ ổn định.
Trả lời: Để một mạch tạo dao động sin hoạt động ổn định, nó cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Điều kiện Barkhausen: Mạch phải thỏa mãn hai điều kiện của Barkhausen:
Tổng trở khuyếch đại vòng hở lớn hơn hoặc bằng 1 (Aβ ≥ 1).
Pha của tín hiệu vòng hở phải là bội số của 360 độ (hoặc 0 độ) để duy trì dao động liên tục.
Mạch phản hồi dương là yếu tố quan trọng để duy trì dao động, cần có một đường phản hồi dương thích hợp Phản hồi dương không chỉ bù đắp cho tổn hao trong mạch mà còn giúp duy trì biên độ ổn định của dao động.
Mạch chọn lọc tần số là yếu tố quan trọng để tạo ra sóng sin với tần số mong muốn Để đạt được điều này, mạch cần sử dụng các phần tử như mạch LC hoặc mạch RC.
Mạch điện cần một nguồn cung cấp ổn định để duy trì tần số và biên độ dao động không bị biến đổi trong quá trình hoạt động.
Mạch dao động cần có khả năng khởi động từ một nhiễu nhỏ hoặc tín hiệu ngẫu nhiên khi mới bật, và sau đó tự duy trì dao động ổn định.
3.3 Điều kiện để một mạch có thể tạo ra dao động là:
Để đảm bảo hiệu suất của mạch khuyếch đại, độ lớn của tích tổng trở vòng hở cần đạt giá trị tối thiểu là 1 (|Aβ| ≥ 1) Điều này có nghĩa là tổng trở của mạch khuyếch đại kết hợp với mạch phản hồi phải đủ lớn để bù đắp cho tổn hao năng lượng trong hệ thống.
- Điều kiện pha (Điều kiện Barkhausen):
Để đảm bảo dao động tự duy trì trong mạch khuyếch đại và mạch phản hồi, tổng pha dịch chuyển phải là bội số của 360 độ hoặc 0 độ Điều này giúp tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu ban đầu.
Mạch tạo dao động sin ghép biến áp là một mạch dao động sử dụng biến áp để tạo phản hồi dương và duy trì dao động Thông thường, loại mạch này sử dụng transistor hoặc đèn điện tử làm phần tử khuếch đại, trong khi biến áp cung cấp phản hồi cần thiết để tạo ra sóng sin Nguyên lý hoạt động của mạch dao động ghép biến áp có thể được thấy trong các mạch như Colpitts hoặc Hartley.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Transistor (hoặc đèn điện tử): Được dùng làm phần tử khuếch đại để tạo dao động.
Biến áp có hai cuộn dây, một cuộn kết nối với mạch đầu vào của transistor và cuộn còn lại kết nối với đầu ra Chức năng của biến áp là cung cấp phản hồi dương từ đầu ra trở lại đầu vào, giúp duy trì dao động hiệu quả.
Nguồn điện: Cung cấp điện áp ổn định cho transistor.
Khi cấp nguồn cho mạch, một tín hiệu nhiễu ban đầu sẽ được khuếch đại qua transistor và đưa tới cuộn sơ cấp của biến áp.
Biến áp tạo ra tín hiệu cảm ứng trên cuộn thứ cấp, tín hiệu này phản hồi dương về cực gốc của transistor, giúp duy trì điều kiện dao động.
Với cấu hình này, mạch có khả năng duy trì dao động liên tục khi đáp ứng các điều kiện Barkhausen, từ đó tạo ra sóng sin ổn định tại đầu ra.
Trong mạch dao động ba điểm như Colpitts hoặc Hartley, tần số dao động mong muốn được xác định thông qua các thành phần L (cuộn cảm) và C (tụ điện) theo công thức cơ bản.
Các yếu tố chính để xác định các phần tử LC:
- Tần số dao động mong muốn (f):
Tần số xác định giá trị của L và C, vì chúng có mối quan hệ nghịch biến Tần số cao yêu cầu L và C có giá trị nhỏ hơn, trong khi tần số thấp cần L và C lớn hơn.
Mạch Colpitts có tổng điện dung hiệu dụng Ctổng thường là tổng của hai tụ điện mắc nối tiếp, trong khi mạch Hartley lại có tần số dao động phụ thuộc vào cuộn cảm với một điểm giữa trong cuộn dây.
- Độ ổn định của tần số:
Để đảm bảo tần số dao động ổn định, các phần tử LC cần có giá trị chính xác và chịu ít ảnh hưởng từ nhiệt độ, điện áp.
- Công suất và kích thước mạch:
Mạch dao động cần các phần tử LC có khả năng chịu đựng công suất hoạt động mà không gây hao hụt năng lượng lớn, nhằm duy trì tần số dao động ổn định.