Chương 1 mạch khuếch đại bán dẫn (bộ môn điện tử tương tự)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Giảng viên: Lê Xuân Thành Điện thoại/E-mail: 01655.111.888/thanhqn80@gmail.com Bộ môn: Lý thuyết mạch-Khoa Kỹ thuật điện tử 1 Biên soạn: Học kỳ I năm học 2009-2010 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 2 NỘI DUNG MÔN HỌC  Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn  Chương 2. Mạch khuếch đại thuật toán  Chương 3. Mạch tạo dao động điều hòa  Chương 4. Mạch xung  Chương 5. Mạch biến đổi tần số  Chương 6. Mạch chuyển đổi A/D và D/A  Chương 7. Mạch cung cấp nguồn BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 3 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 4 Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn  ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN  PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU  HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI  CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC  TẦNG KHUẾCH ĐẠI ĐẢO PHA  CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO TRƯỜNG  CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP TẦNG TRONG BỘ KHUẾCH ĐẠI  MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC  TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 5 1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại  Khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng lượng một chiều của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thành năng lượng xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào, chứa đựng thông tin, làm cho tín hiệu ra lớn lên nhiều lần và không méo. Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại. I v Mạch khuyếch đại Nguồn cung cấp (E C ) U v R n E n I r U r R t U v t U r t ~ BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 6 1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại  Để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại thì ở mạch ra của nó phải tạo nên thành phần dòng một chiều I 0 và điện áp một chiều U 0 . Chính vì vậy, ở mạch vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặt thêm điện áp một chiều U V0 (hay dòng điện một chiều I V0 ). Các thành phần dòng điện và điện áp một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo mạch vào (I V0 , U V0 ) và theo mạch ra (I 0 , U 0 ) đặc trưng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chưa có tín hiệu vào. I 0 P ĐK U v t i R C U r U r t +E C R t C E B U v a. U 0 i u ra 0 0 b. t t BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 7 1. ĐỊNH NGHĨA CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.1. Hệ số khuếch đại  Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượng đầu ra và đầu vào, phần góc ϕ k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ lớn của |K| và ϕ k phụ thuộc vào tần số ω của tín hiệu vào.  Nếu biểu diễn |K| = f 1 (ω) ta nhận được đường cong gọi là đặc tuyến biên độ - tần số của tầng khuếch đại. Đường biểu diễn ϕ k =f 2 (ω) gọi là đặc tuyến pha - tần số. Đại lượng đầu ra Đại lượng tương ứng đầu vào K = K =  K  exp(j. ϕ k ) 1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra V V V I U Z = r r r I U Z = BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 8 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.3. Méo tần số  Méo tần số là méo do độ khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm ở vùng hai đầu giải tần. ở vùng tần số thấp có méo thấp M t , ở vùng tần số cao có méo tần số cao M C . C 0 C t 0 t K K M; K K M == Hình 1-3: a. Đặc tuyến biên độ - tần số b. Đặc tuyến biên độ (f = 1kHz) của một bộ khuếch đại tần số thấp 0 10 2 10 4 2.10 4 (Hz) |K| (a) K 0 U vào (mV) U ra (V) (b) 0 K 0 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 9 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại 1.2.4. Méo không đường thẳng (méo phi tuyến)  Méo không đường thẳng do tính chất phi tuyến của các phần tử như tranzito gây ra thể hiện trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không có ở đầu vào). Khi uvào chỉ có thành phần tần số ω thì u ra nói chung có các thành phần nω (với n = 0,1,2 ) với các biên độ tương ứng là Û n . % U )U UU( / n 1 21 22 3 2 2   +++ = γ 1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại 0 P P r = η BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 10 2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU 2.1. Nguyên tắc chung phân cực tranzito  Muốn tranzito làm việc như là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải thoả mãn điều kiện thích hợp.  Dù tranzito được mắc theo kiểu nào, muốn nó làm việc ở chế độ khuếch đại cần có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc-phát luôn phân cực thuận, chuyển tiếp gốc - góp luôn phân cực ngược. I B I C U C U E I E U B U CE >0 U BE >0 I B U B (a) I C U C U E I E U CE <0 U BE <0 (b) Hình 1-4: a) Biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực tranzito n-p-n. b) Tranzito p-n-p. [...]... THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 14 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3 HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn ~ Iv Ir K It ur Rt Ur K ht = UV u ht β= ur U Y = U V + U ht U Y U V U ht = + Ur Ur Ur uht β Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp 1 1 = +β K K ht K ht = K 1 − β K K K ht = 1 − K β  Khi 1 > K.β > 0 thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp Kht lớn hơn hệ số khuếch đại của bản thân bộ khuếch. .. nghĩa là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm Kht nhỏ hơn hệ số khuếch đại khi không có hồi tiếp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3 HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn ~ Iv Ir K It ur Rt uht β Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp  Sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi... khuếch đại lên (1+ K.β) lần Điều này rất cần thiết khi bộ khuếch đại nhận tín hiệu từ bộ cảm biến có điện trở trong lớn hoặc bộ khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực  Điện trở ra giảm đi (1+ K.β) lần đảm bảo điện áp ra của bộ khuếch đại ít phụ thuộc vào sự thay đổi điện trở tải Rt www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG... SC, và vào khoảng (10 0÷3000): www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 35 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP TẦNG TRONG BỘ KHUẾCH ĐẠI Rn En UV1 1 ∼ Ur2 Ur1=UV2 2 UrN UV(N -1) N -1 N Rt Hình 1- 22: Sơ đồ khối bộ khuếch đại nhiều tầng U t U ra 1 U r 2 U rN Ku = = = K u1 K u2 K uN En E n U V 2 U VN K u (dB ) = K u1 (dB ) + + K uN... làm tăng dòng điện vào, làm giảm điện trở vào R vht, cũng như điện trở ra Rrht +E R R1 R1 C RC1 R3 C C CP1 Rn En Uv ~ CP1 CP2 Ur R2 RE Rn En Uv CP2 R T1 R2 +E C CP3 R4 RE1 RC2 T2 RE2 Ur ~ a) www.ptit.edu.vn b) GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 20 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 4 CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT) 4 .1 Tầng khuếch đại phát chung... thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp U y theo hướng bù lại sự thay đổi điện áp ra của bộ khuếch đại Giả sử khi giảm K do sự thay đổi tham số bộ khuếch đại sẽ làm cho Uht giảm và Ur giảm, điện áp Uy = Uv - Uht tăng dẫn đến Ur tăng, chính là ngăn cản sự giảm của hệ số khuếch đại K www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG... chiều tín hiệu nhỏ +EC R1 IV Hình 1- 12: Tầng khuếch đại E chung En www.ptit.edu.vn I B0 CP1 ~ UV IC T IP Rn RC UBE IE0 R2 UE0 CP2 U CE0 It RE Rt Ur CE GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 21 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 4 CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT) 4 .1 Tầng khuếch đại phát chung (EC) IC PCCP D uC IB B 0 P IB=IB0 IB2 IB1 IB=0 IC0 C IC0(E)... VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 3 HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI Rn Iv ~ Ir It K Rt Ur K ht = UV u ht β= ur U Y = U V + U ht ur U Y U V U ht = + Ur Ur Ur uht β Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp 1 1 = +β K K ht  Khi K.β . MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 2 NỘI DUNG MÔN HỌC  Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn  Chương 2. Mạch khuếch. GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Giảng viên: Lê Xuân Thành Điện thoại/E-mail: 016 55 .11 1.888/thanhqn80@gmail.com Bộ môn: Lý thuyết mạch- Khoa Kỹ thuật điện tử 1 Biên soạn: Học kỳ I năm học 2009-2 010 BÀI. THÀNH BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 Trang 6 1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1. 1. Định nghĩa mạch khuếch đại  Để đảm bảo công tác cho tầng khuếch