Đồ án 2 trả lời câu hỏi môn điện tử viễn thông

Đồ án 2 trả lời câu hỏi môn điện tử viễn thông

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử Viễn Thông

======o0o======

ĐỒ ÁN 2 Trả lời câu hỏi

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Sinh Thượng

Sinh viên thực hiện:

Hà Nội, 11/2012

Mục lục

Danh mục hình vẽ 4

Danh mục bảng biểu 5

1 Đề bài 6

2 Trả lời 6

2.1 Tìm hiểu cấu tạo, cách mắc, cách kiểm tra các linh kiện thụ động, linh kiện tích cực, IC, VĐK? 6

2.1.1 Điện trở 6

2.1.2 Tụ điện 8

2.1.3 Cuộn cảm 10

2.1.4 Diode 11

2.1.5 Transistor 13

2.1.6 Integrated Circuit – IC 17

2.1.7 Vi điều khiển – Microcontroller 19

2.2 Vẽ và phân tích các loại mạch khuếch đại sử dụng transistor? Nêu ứng dụng của 3 cách mắc cơ bản của trans (E, B, C chung) 20

2.2.1 Mạch định thiên cố định 20

2.2.2 Mạch phân áp 21

2.2.3 Mạch hồi tiếp 22

2.2.4 Mạch khuếch đại Darlington 23

2.2.5 Mạch Cascode 23

2.2.6 Cách mắc E chung (EC) 24

2.2.7 Cách mắc C chung (CC) 28

2.2.8 Cách mắc B chung (BC) 29

2.3 Kể tên và nêu cách mắc mạch khuếch đại thuật toán 30

2.3.1 Mạch khuếch đại vi sai (Mạch trừ) 31

2.3.2 Mạch khuếch đại đảo 32

2.3.3 Mạch khuếch đại không đảo 33

2.3.4 Mạch đệm (Mạch theo điện áp) 33

2.3.5 Mạch khuếch đại tổng 35

2.3.6 Mạch tích phân 36

2.3.7 Mạch vi phân 36

2.3.8 Mạch so sánh 37

2.3.9 Mạch khuếch đại đo lường 37

2.3.10 Mạch khuếch đại loga 38

2.3.11 Mạch khuếch đại đối loga (Mạch khuếch đại lũy thừa) 38

2.3.12 Mạch nhân tương tự 38

2.3.13 Mạch chia tương tự 39

2.3.14 Mạch khai căn 39

2.4 Thiết kế sơ đồ khối (mạch điện) bộ nguồn dùng biến áp hạ áp, bộ nguồn xung Nêu nguyên lý làm việc, những linh kiện hay hỏng, cách phát hiện và phương án sửa chữa, thay thế 39

2.4.1 Sơ đồ khối và nguyên lý làm việc của bộ nguồn dùng biến áp hạ áp 39

2.4.2 Sơ đồ khối và nguyên lý làm việc của bộ nguồn xung 40

2.4.3 Nhưng linh kiện hay hỏng và cách sửa chữa, thay thế 41

2.5 Thiết kế mạch điện tử đồng hồ sử dụng đèn LED 7 thanh, IC Yêu cầu: thể hiện ngày, giờ, phút, lịch âm, lịch dương, nhiệt độ ngoài trời 44

2.5.1 Các thành phần sử dụng trong mạch: 44

2.5.2 Công dụng của từng phần trong mạch: 44

2.5.3 Cách mắc LM35 và DS1307 và LED: 50

2.5.4 Lập trình 51

2.6 Hãy cho biết có bao nhiêu cách mắc linh kiện để tạo dao động trong mạch điện, cho biết tên linh kiện cụ thể, cách thay thế? 53

2.6.1 Các loại mạch dao động 53

2.6.2 Các linh kiện tạo dao động và cách mắc 53

2.6.3 Cách thay thế 56

2.7 Thiết kế, nêu nguyên lí làm việc Tác dụng các linh kiện của bộ nguồn mạch nhân áp Ur=4Uv? Khi D4 bị chập (đứt) thì R tải bằng bao nhiêu? Tại sao? 57 2.7.1 Mạch nguyên lý: 57

Danh mục hình vẽ

Hình 1: Ký hiệu của điện trở trong mạch điện 8

Hình 2: Cấu tạo chung của điện trở 8

Hình 3: Ký hiệu các loại tụ điện trong mạch điện 9

Hình 4: Cấu tạo chung của tụ điện 10

Hình 5: Ký hiệu các loại cuộn cảm 11

Hình 6: Ký hiệu các loại điốt 12

Hình 7: Các cách mắc diode 13

Hình 8: Một số mạch ứng dụng của diode 14

Hình 9: Ký hiệu và cấu tạo các loại transistor 15

Hình 10: Các cách mắc transistor 16

Hình 11: Mạch mắc transistor hoạt động ở chế độ A (a) và chế dộ B (b) 18

Hình 12: Mạch định thiên cố định 21

Hình 13: Mạch phân áp 22

Hình 14: Mạch hồi tiếp 22

Hình 15: Điện áp trong mạch 23

Hình 16: Mạch khuếch đại Darlington 23

Hình 17: Mạch Cascode 24

Hình 18: Mạch E chung 25

Hình 19: Đặc tuyến V-A 27

Hình 20: Mạch tín hiệu nhỏ 28

Hình 21: Chuyển đổi mạch tương đương xoay chiều 29

Hình 22: Mạch B chung 30

Hình 23: Mạch khuếch đại vi sai 32

Hình 24: Mạch khuếch đại đảo 33

Hình 25: Mạch khuếch đại không đảo 34

Hình 26: Mạch đệm 35

Hình 27: Mạch khuếch đại tổng 36

Hình 28: Mạch tích phân 37

Hình 29: Mạch vi phân 37

Hình 30: Mạch so sánh 38

Hình 31: Mạch khuếch đại đo lường 38

Hình 32: Mạch khuếch đại loga 39

Hình 33: Mạch khuếch đại đối loga 39

Hình 34: Sơ đồ khối 40

Hình 35: Mạch nguồn 5V 41

Hình 36: Sơ đồ khối của một nguồn xung 42

Hình 37: Đo kiểm tra tụ hóa 43

Hình 38: Đo kiềm tra Điốt 45

Hình 39: Thanh ghi dịch 74HC595 50

Hình 40: Sơ đồ nguyên lý khối LED 7 thanh 4 số 51

Hình 41: Bảng mã led 7 thanh anot chung 52

Hình 42: Mắc LM35 và DS 52

Hình 43: Mạch LED 53

Hình 44: Mạch dao động hình sin 55

Hình 45: Mạch tạo dao động bằng thạch anh 56

Hình 46: Thạch anh dao động trong tivi mầu, máy tính 56

Hình 47: Mạch dao động đa hài tạo xung vuông 57

Hình 48: Mạch dao động tạo xung bằng IC 555 57

Hình 49: Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp Ts 58

Hình 50: Sơ đồ nguyên lý mạch nhân áp 4 lần 59

Hình 51: Mạch điện nhân 4 điện áp trong mô phỏng Multisim 60

Hình 52: Mạch mô phỏng khi D4 bị đứt 60

Hình 53: Mạch mô phỏng khi D4 bị chập 61

Câu 3: Kể tên và nêu cách mắc các mạch khuếch đại thuật toán?

Câu 4: Thiết kế sơ đồ khối (mạch điện) bộ nguồn dùng biến áp hạ áp, bộ nguồnxung Nêu nguyên lý làm việc, những linh kiện hay hỏng, cách phát hiện vàphương án sửa chữa, thay thế

Câu 5: Thiết kế mạch điện tử đồng hồ sử dụng đèn LED 7 thanh, IC

Yêu cầu: thể hiện ngày, giờ, phút, lịch âm, lịch dương, nhiệt độ ngoài trời

Câu 6: Hãy cho biết có bao nhiêu cách mắc linh kiện để tạo dao động trong mạchđiện, cho biết tên linh kiện cụ thể, cách thay thế?

Câu 7: Thiết kế, nêu nguyên lí làm việc tác dụng các linh kiện của bộ nguồnmạch nhân áp Ur=4Uv? Khi D4 bị chập (đứt) thì R tải bằng bao nhiêu? Tại sao?

2 Trả lời

2.1 Tìm hiểu cấu tạo, cách mắc, cách kiểm tra các linh kiện thụ động, linh kiện tích cực, IC, VĐK?

2.1.1 Điện trở

a Điện trở (register) là một linh kiện điện tử thụ động trong một mạch điện, đặc trưng cho tính cản trở dòng điện, giá trị điện trở được xác định theo định luật Ohm

U =IR ⟹ R= U

I

Trong đó: U là hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở, đơn vị volt [V]

I là cường độ dòng điện chạy qua điện trở, đơn vị ampe [A]

R là giá trị điện trở, đơn vị ohm [Ω]]

Điện trở trong mạch điện nguyên lý được vẽ như trên hình 1

Hình 1: Ký hiệu của điện trở trong mạch điện

b Cấu tạo của điện trở

Điện trở có cấu tạo chung bao gồm vỏ bọc, mũ chụp, chân điện trở, vật liệucản điện và lõi Cấu tạo điện trở được vẽ trên hình 1

Có hai cách mắc điện trở là mắc nối tiếp và mắc song song

Điện trở mắc nối tiếp:

Rtđ = R1 + R2 + … + RnĐiện trở mắc song song:

d Các kiểm tra điện trở

Bật đồng hồ đo về thang đo Ohm, rồi đặt hai đầu đo của đồng hồ vào 2 châncủa điện trở, so sánh kết quả hiển thị trên đồng hồ và giá trị điện trở đọc đượctrên linh kiện điện trở

C=ε ε0S

d

ε là hằng số điện môi của lớp cách điện

d là khoảng cách giữa hai bản tụ, đơn vị met [m]

Hình 3: Ký hiệu các loại tụ điện trong mạch điện

(a) Tụ thường (b) Tụ phân cực (c) Tụ xoay (d) Tụ tinh chỉnh

b Cấu tạo chung của tụ điện

d Cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ kim vạn năng

 Bước 1: Chập 2 chân của tụ với nhau để triệt tiêu điện trường trong tụ.

 Bước 2: Chỉnh thang đo đồng hồ về thang đo Ohm theo nguyên tắc giá

trị điện dung của tụ càng cao thì thang đo càng nhỏ và ngược lại

 Bước 3: Đặt 2 que đo đồng hồ vào 2 chân của tụ và quan sát, nếu kim vọt

lên rồi quay về 0 thì đảo chiều 2 que đo và quan sát, nếu kim lại vọt lênrồi quay về 0 thì tụ còn tốt còn nếu kim lên mà không quay về 0 thì tụ đã

bị đánh thủng

cực, với bước 3 thì không cần đảo chiều 2 que đo, hiện tượng vẫn tương

tự, nếu kim vọt lên rồi quay về 0 thì tụ còn tốt, còn nếu kim không vọt lênhoặc vọt lên mà không quay về 0 thì tụ đã hỏng

Hình 5: Ký hiệu các loại cuộn cảm

(a) Cuộn dây lõi không

(c) Cuộn dây chỉnhđược

c Cách kiểm tra cuộn cảm

2.1.4 Diode

a Diode là linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều

mà không theo chiều ngược lại

Diode bao gồm các loại như diode chỉnh lưu, diode tách sóng, diode schottky, diode ổn áp, diode biến dung, diode tunnel, diode phát quang, diode thu quang

Hình 6: Ký hiệu các loại điốt

(g) Diode thu quang

b Cấu tạo của diode

Các loại diode đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N

R

D +

R +

-+

(d)

+

(f)

-R +

Vi

-+

-Dz Dz

+

+ -

-Vz

Vz (g)

Hình 8: Một số mạch ứng dụng của diode

2.1.5 Transistor

a Transistor là linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần

tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

n p

Metal contacts

n Substrate p

p n

Hình 9: Ký hiệu và cấu tạo các loại transistor

b Các cách mắc transistor

 Mạch mắc C chung:

mass thông qua tụ

kể

B

-

Rc B

C

E +

Re

B C

E

Rc Vcc

c Các chế độ làm việc

VCC

như khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại, …

tín hiệu và không có thiên áp

- Khuếch đại nửa chu kỳ dương dùng transistor NPN

- Khuếch đại nửa chu kỳ âm dùng transistor PNP

đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần, công suất mành của tivi, …

méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ B

suất đẩy kéo

ngược với mục đích chỉ lấy tín hiệu ra là một phần đỉnh của tín hiệu vào

tách xung đồng bộ trong tivi màu

Mạch chế độ D là mạch đóng cắt, được dùng trong âm ly, xử lý âm thanh, …

C

E

Rc R1

b Phân loại

Integration) và MSI (Medium Scale Integrated)

PLA, chipset, microcontroller, …

 Theo công nghệ

tinh thể Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất, và theo thứ tựlớp thực hiện lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện,cực gate của MOSFET Ví dụ: công nghệ TTL, CMOS, CCD, BiCMOS,DMOS, BiFET, …

đọng hơi trên nền thủy tinh Nó thường là các mạng điện trở Chúng cóthể được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử với độ chính xác cao, vàđược phủ nhúng bảo vệ Trong nhóm này bao gồm cả các mạch của tran-sistor màng mỏng (TFT), ứng dụng trong màn hình phẳng

kiện điện tử thụ động (thường chỉ có điện trở) Nền thường là gốm vàthường được nhúng tráng

Con-verter)

2.1.7 Vi điều khiển – Microcontroller

a Khái niệm

 Vi điều khiển (microcontroller) là một máy tính được tích hợp trên mộtchip, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.

đủ dùng và giá thành thấp (khác với bộ vi xử lý đa năng trong máy tính)kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào ra, các modulebiến đổi tương tự sang số và số sang tương tự, …

hiện khá nhiều trong các thiết bị điện tử như máy giặt, lo vi sóng, điệnthoại, …

c Các họ vi điều khiển thông dụng

2.2 Vẽ và phân tích các loại mạch khuếch đại sử dụng transistor? Nêu ứng dụng của 3 cách mắc cơ bản của trans (E, B, C chung)

2.2.3 Mạch hồi tiếp

Hình 14: Mạch hồi tiếp

Hình 15: Điện áp trong mạch

Cách tính:

2.2.4 Mạch khuếch đại Darlington

Hình 16: Mạch khuếch đại Darlington

Hai transistor ghép Darlington sẽ tương tự như 1 trans duy nhất có:

Ta chứng minh được hệ số khuếch đại điện áp của Q1: Ku1=-1

Của Q2:

2 2

.2

C u

R K

Trong đó rV2 là điện trở vào của tranzitor Q2

Ưu điểm cơ bản của mạch này là ngăn cách ảnh hưởng của mạch ra đến mạch vàocủa tầng khuếch đại, đặc biệt ở tần số cao

Trong sơ đồ này Cp1, Cp2 là các tụ nối tầng, nó ngăn cách điện áp một chiều tránh

thành phần xoay chiều xuống đất ngăn hồi tiếp âm xoay chiều

Đặc điểm của tầng khuếch đại EC là tầng khuếch đại đảo pha, tín hiệu ra ngượcpha với tín hiệu vào

Nguyên lý làm việc của tầng EC như sau: khi đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào

xuất hiện dòng xoay chiều cực B của tranzito và do đó xuất hiện dòng xoay chiều

phương pháp cơ bản là phương pháp đồ thị đối với chế độ một chiều và phươngpháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ.Phương pháp đồ thị dựa vào đặc tuyến vào và ra của tranzito có ưu điểm là dễdàng tìm được mối quan hệ giữa các giá trị biên độ của thành phần xoay chiều

có thể tìm được từ phương trình cân bằng điện áp ra của tầng:

tải một chiều dựa trên đặc tuyến ở hình 2-7b

Để xác định thành phần xoay chiều của điện áp ra và dòng ra cực C của tranzitophải dùng đường tải xoay chiều của tầng Chú ý rằng điện trở xoay chiều trong

một chiều và xoay chiều, đưowngf tải xoay chiều đi qua điểm tĩnh P

Hình 19: Đặc tuyến V-A

Độ dốc của đường tải xoay chiều lớn hơn độ dốc đường tải một chiều Xây

dòng xoay chiều iC∼ và điện áp xoay chiều ura liên hệ với iC∼ bằng đường tải xoaychiều Khi đó đường tải xoay chiều đặc trưng cho sự thay đổi giá trị tức thời dòng

làm việc Điểm làm việc dịch từ P đi lên ứng với 1/2 chu kỳ dương và dịch

chuyển đi xuống ứng với 1/2 chu kỳ âm của tín hiệu vào Nếu chọn trị số tín hiệuvào thích hợp và chế độ tĩnh đúng thì tín hiệu ra của tầng khuếch đại không bịméo dạng Việc chọn điểm làm việc tĩnh và tính toán sẽ được thực hiện theo mộttầng khuếch đại cụ thể Những tham số ban đầu để tính toán là biên độ điện áp ra

có quan hệ chặt chẽ với nhau, nên về nguyên tắc chỉ cần biết hai trong nhữngtham số đó là đủ để tính các tham số còn lại

Để tính toán theo phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độxoay chiều tín hiệu nhỏ

Hình 20: Mạch tín hiệu nhỏ

Các tham số của mạch EC tính gần đúng như sau:

 Điện trở vào của tầng: R V R1/ /R2/ / ;r r V V r B(1)r E

/ /

C t i

t

R R K

R





 Hệ số khuếch đại điện áp:

/ /

C t u

n V

R R K

R R



 Điện trờ ra của tầng R r R C / / ( )r E C Vì r C E( ) R C nên R r R C

Tầng EC có hệ số khuếch đại điện áp và dòng điện lớn nên thường được sử dụngnhiều

2.2.7 Cách mắc C chung (CC)

chế độ một chiều tương tự như tính toán tầng EC Để khảo sát các tham số của

tầng theo dòng xoay chiều, cần chuyển sang sơ đồ tương đương xoay chiều

Hình 21: Chuyển đổi mạch tương đương xoay chiều

Các tham số:

 Điện trở vào của tầng: R V R1/ /R2 / /(1).(R E / /R t)

Nếu chọn bộ phận phân áp đầu vào lớn thì điện trở vào sẽ lớn Tuy nhiên đó

R R



 



đai C chung dể khuếch đại công suất tín hiệu trong khi giữ nguyên trị số điện ápcủa nó

Vì K  nên hệ só khuếch đại u 1 K xấp xỉ bằng p K về trị số i

khuếch đại với tải có điện trở nhỏ, khi đó tầng C chung dùng làm tầng ra của bộkhuếch đại có vai trò như một tầng khuếch đại công suất đơn chế độ A không cóbiến áp ra

2.2.8 Cách mắc B chung (BC)

lại cũng cs chức năng giống sơ đồ mạch EC

 Điện trở vào: R V R E / /[r +(1- )r ]E  B

Hình 22: Mạch B chung

lớn đối với nguồn tín hiệu vào

2.3 Kể tên và nêu cách mắc mạch khuếch đại thuật toán

Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường được gọitắt là op-amp là một mạch khuếch đại "DC-coupled" (tín hiệu đầu vào bao gồm cảtín hiệu BIAS) với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường cóđầu ra đơn Thường được chế tạo dưới dạng mạch điện tích hợp là IC

Op-amp lý tưởng cần thỏa mãn các điều kiện:

Các cách mắc mạch khuếch đại thuật toán:

2.3.1 Mạch khuếch đại vi sai (Mạch trừ)

Hình 23: Mạch khuếch đại vi sai

Mạch này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp cóthể được nhân với một hằng số nào đó Các hằng số này được xác định nhờ điệntrở.

Hệ số khuếch đại vi sai:

Nếu R1=R2; R f=R g

V out=A(V2−V1) và A=R f/R1

2.3.2 Mạch khuếch đại đảo

Hình 24: Mạch khuếch đại đảo

Dùng để đổi dấu và khuếch đại một điện áp

Có thể thêm một điện trở có giá trị R f/¿R g vào giữa đầu vào không đảo và đất đểgiảm sai số.

2.3.3 Mạch khuếch đại không đảo

Hình 25: Mạch khuếch đại không đảo

Dùng để khuếch đại điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1)

2.3.4 Mạch đệm (Mạch theo điện áp)

Được sử dụng như một bộ khuếch đại đệm, để giới hạn những ảnh hưởng của tảihay để phối hợp tổng trở (nối giữa một linh kiện có tổng trở nguồn lớn với mộtlinh kiện khác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp âm sâu, mạch này có khuynhhướng không ổn định khi tải có tính dung cao Điều này có thể ngăn ngừa bằngcách nối với tải qua 1 điện trở