Kỹ Thuật Mạch Điện Tử Phần 1

HọC VIệN Kỹ THuậT QUÂN Sự Bộ MÔN Cơ Sở Kỹ THUậT VÔ TUYếN - KHOA Vô TUYến ĐIệN Tử Pgs ts trơng văn cập (chủ biên) Ths Nguyễn Duy chuyên - ts trần hữu vỵ Ths Luyện quang minh - ts nguyễn huy hoàng - ts Tạ chí hiếu Kỹ thuật mạch điện tử Phần Hà nội - 2008 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Môc lôc Trang Lêi nãi ®Çu TU UT Chơng Những khái niệm chung vấn đề sở TU mạch điện tử 11 UT 1.1 Kh¸i niệm mạch điện tử nhiệm vụ .11 TU UT 1.2 Håi tiÕp bé khuÕch đại 12 1.2.1 Định nghĩa phân loại 12 1.2.2 Phơng trình mạng cùc cã håi tiÕp .13 1.2.3 Phơng pháp phân tích khuếch đại có hồi tiếp 14 1.3 ¶nh h−ëng cđa håi tiÕp âm đến tính chất TU UT TU UT TU UT TU UT TU khuếch đại 18 UT 1.3.1 ảnh hởng hồi tiếp âm đến độ ổn định hệ số khuếch đại .18 TU UT 1.3.2 ảnh hởng hồi tiếp âm đến trở kháng vào 19 TU UT 1.3.3 ảnh hởng hồi tiếp âm đến trở kháng .20 TU UT 1.3.4 ¶nh h−ëng hồi tiếp âm đến dải động méo phi tuyến khuếch đại 22 1.3.5 ảnh hởng hồi tiếp âm đến đặc tính tần số đặc tính động khuếch đại 23 1.4 ổn định chế độ công tác cho tầng dùng TU UT TU UT TU tranzistor lỡng cùc .29 1.4.1 Đặt vấn đề 29 1.4.2 HiƯn t−ỵng trôi điểm làm việc 30 1.4.3 Các sơ đồ ổn định tuyến tính 32 1.4.4 Các sơ đồ ổn định phi tuyến .36 1.4.5 ổn định điểm làm việc mạch tổ hợp tơng tự 37 1.5 ổn định chế độ công tác cho tầng dùng UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU tranzistor hiÖu øng tr−êng .39 1.5.1 ChÕ ®é tÜnh 39 1.5.2 Các sơ đồ ổn định điểm lµm viƯc 39 Chơng sơ đồ tầng khuếch ®¹i tÝn hiƯu UT TU UT TU UT TU nhá dïng tranzistor .42 UT 2.1 tham số khuếch đại 43 TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2 sơ đồ dùng tranzistor lỡng cực 45 2.2.1 Mạch điện khuếch đại .45 2.2.2 Các tham số sơ đồ: 47 2.2.3 Các công thức đơn giản thông dụng 52 2.2.4 NhËn xÐt chung: 53 2.3 Các sơ ®å bé khch ®¹i dïng tranzistor hiƯu øng TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU tr−êng (FET) .53 UT 2.4 khuếch đại dùng nhiều tranzistor .56 2.4.1 Sơ đồ Dalington: 56 2.4.2 Sơ đồ tranzistor bù 59 2.4.3 Sơ đồ Kaskode 60 2.4.4 Mạch kết hợp FET - tranzistor lỡng cực 61 2.5 khuếch đại vi sai 62 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 2.5.1 Sơ đồ nguyên lý làm viÖc: 63 TU UT 2.5.2 Các tham số khuếch ®¹i vi sai: .65 2.5.3 HiƯn tợng trôi .69 2.5.4 Một số sơ đồ khuếch ®¹i vi sai 70 Chơng Bộ khuếch đại thuật toán ứng dông 75 TU UT TU UT TU UT TU UT 3.1 Những vấn đề chung khuếch đại thuật toán 75 3.1.1 Các tính chất tham số khuếch đại thuật toán 75 3.1.2 Các sơ đồ khuếch đại thuật toán 81 3.1.3 ảnh hởng dòng điện tĩnh, điện áp lệch không, tợng trôi điểm công tác KĐTT biện pháp bù 86 3.1.4 ổn định công tác KĐTT biện pháp bù tần số 89 3.1.5 Cấu trúc bên khuếch đại thuật toán 97 3.2 Các mạch tính toán điều khiÓn tuyÕn tÝnh dïng TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU khuếch đại thuật to¸n .103 3.2.1 Kh¸i niƯm 103 3.2.2 Mạch cộng mạch trõ .104 3.2.3 Mạch biến đổi trở kháng 109 3.2.4 Mạch tích phân 123 3.2.5 M¹ch PI (Propotional - Integrated) 3.2.6 Mạch vi phân .129 3.2.7 M¹ch PID (Propotional – Integrated - Differential) 130 UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.3 Các mạch khuếch đại tạo hàm phi tuyến dùng TU khuếch đại thuật toán .132 3.3.1 Kh¸i niƯm 132 3.3.2 Các mạch khuếch đại tính toán phi tuyến liên tục 133 3.3.3 Các mạch phi tuyến không liên tục 148 Chơng Khuếch đại chuyên dụng 163 UT TU UT TU UT TU UT TU UT 4.1 Khuếch đại chọn lọc 163 4.1.1 Kh¸i niƯm 163 4.1.2 Yêu cầu tiêu kỹ thuật khuếch đại chọn lọc 163 4.1.3 Vấn đề ổn định khuếch đại 165 4.1.4 Bộ khuếch đại chọn läc t¶i céng h−ëng 168 4.1.5 Bộ khuếch đại chọn lọc đơn điều chuẩn: 170 4.1.6 Bộ khuếch đại chọn läc m¾c so le 172 4.1.7 Bộ khuếch đại chọn lọc đôi điều chuẩn: 174 4.1.8 Bộ khuếch đại chän läc tËp trung: 177 4.2 Bộ khuếch đại dải rộng .177 4.2.1 Một số đặc điểm chung 177 4.2.2 Các biện pháp mở rộng dải tần khuếch đại 178 4.2.3 Bộ khuếch đại có tải không cộng hởng: 180 4.3 m¹ch läc tÝch cùc 183 4.3.1 Kh¸i niƯm 183 4.3.2 Mạch lọc thông thấp thông cao bậc hai 186 4.3.3 M¹ch läc thông thấp thông cao bậc cao (n > 2) 191 4.3.4 Mạch lọc chọn lọc mạch lọc thông dải 193 4.3.5 M¹ch nÐn chän läc 198 Chơng KHUếCH đạI CôNG SUÊT 202 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 5.1 NHIÖM Vụ, YêU CầU Và PHâN LOạI TầNG KHUếCH đạI CÔNG TU SUÊT (K®CS) 202 5.1.1 NhiƯm vơ 202 5.1.2 Các yêu cầu tiêu kỹ thuật tầng KĐCS .202 5.1.3 Phân loại 203 5.2 PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH TầNG KĐCS .203 5.2.1 Chế độ công tác xác định điểm làm việc cho tầng KĐCS 203 5.2.2 Phân tích điều hòa xung dòng colecto 206 5.2.3 Quan hệ lợng mạch colecto 208 5.2.4 Đặc tuyến tải tầng KĐCS 210 UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.3 TầNG KĐCS TầN Số THấP DảI RộNG 212 5.3.1 Tầng KĐCS ®¬n 212 5.3.2 Tầng KĐCS mắc đẩy kéo 214 5.4 TầNG KĐCS CAO TầN DảI RộNG 218 5.4.1 Sơ đồ khối tổng quát tầng KĐCS cao tần dải rộng 218 5.4.2 Một số đặc điểm tầng KĐCS cao tần dải rộng 219 5.5 TầNG KĐCS TảI CộNG HƯởNG 221 5.5.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc 221 5.5.2 Quan hệ lợng tầng KĐCS .222 Chơng Các tạo dao động 226 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 6.1 vấn đề chung tạo dao ®éng 226 6.1.1 NhiƯm vơ, yêu cầu phân loại 226 6.1.2 Điều kiện tạo dao động đặc điểm mạch tạo dao động 227 6.1.3 ổn định biên độ tần số dao động 231 TU UT TU UT TU UT TU UT 6.2 Bộ tạo dao động RC 232 6.2.1 Đặc điểm chung tạo dao động RC 232 6.2.2 Bé t¹o dao động dùng mạch di pha khâu hồi tiếp .232 6.2.3 Bộ tạo dao động dùng mạch lọc T T- kép khâu hồi tiếp 234 6.2.4 Bộ tạo dao động dùng mạch cầu Viên khâu hồi tiếp 236 6.3 Bộ tạo dao ®éng LC .238 6.3.1 Các loại mạch tạo dao động LC 238 6.3.2 VÊn ®Ị ổn định biên độ tạo dao động LC 241 6.3.3 Vấn đề ổn định tần số dao động LC: 242 6.4 Bộ tạo dao động thạch anh 246 6.4.1 TÝnh chÊt vËt lý sơ đồ tơng đơng thạch anh 246 6.4.2 Những tác động ảnh hởng tới độ ổn định tần số dao động thạch anh biện pháp khắc phục 250 6.4.3 Mạch điện tạo dao động thạch anh .251 6.5 Tạo dao động phơng pháp tổ hợp tần số .255 6.5.1 Đặt vấn đề .255 6.5.2 Tổ hợp tần số phơng pháp kết hợp .255 6.5.3 Tổ hợp tần số theo phơng pháp tự động điều chỉnh tần số 260 6.5.4 Tự động điều chỉnh theo tần số (T§T) 261 6.5.5 Tù động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF) .266 6.5.6 Tạo mạng tần số ổn định vòng khoá pha PLL .277 Chơng Điều chế dao động cao tần 278 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Kh¸i niÖm chung: 278 TU UT 7.2 Điều chế biên độ .278 7.2.1 Khái niệm điều chế biên độ 278 7.2.2 §iỊu chÕ l−íi mét điều chế bazơ (cực gốc ) .283 7.2.3 Điều chế Anôt điều chế colectơ (cực góp) 285 7.2.4 Điều chế biên độ sử dụng mạch nhân tơng tự .288 7.2.5 Điều biên cân 289 7.3 Điều chế tần sè .291 7.3.1 Khái niệm 291 7.3.2 BiƯn ph¸p kỹ thuật thực điều chế tần số 293 7.4 Điều chế đơn biên 298 7.4.1 B¶n chất điều chế đơn biên 299 7.4.2 Những đặc điểm chủ yếu thông tin đơn biên .301 7.4.3 Các phơng pháp truyền tin tức điều chế đơn biên .302 7.4.4 Các phơng pháp tạo tín hiệu đơn biên 303 Chơng tách sóng tín hiệu vô tuyến 310 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 8.1 Kh¸i niƯm chung .310 TU UT 8.2 Tách sóng biên độ (TSBĐ) 310 8.2.1 Các tiêu chất lợng TSBĐ: 311 8.2.2 Phân tích chế độ tách sóng dùng điôt 312 8.2.3 Tách sóng đồng 321 8.2.4 Hiện tợng phách tợng chèn ép tín hiệu tách sóng điều biên 322 8.3 T¸ch sãng tÝn hiƯu xung 324 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 8.3.1 T¸ch sãng xung v« tuyÕn .324 8.3.2 Tách sóng xung thị tần (Tách sóng đỉnh) 326 8.4 t¸ch sãng pha 327 8.4.1 Công dụng, nguyên lý tách sóng pha 327 8.4.2 Các dạng sơ ®å t¸ch sãng pha 328 8.5 Bộ tách sóng tần số 330 8.5.1 C«ng dơng, nguyên lý tách sóng tần số 330 8.5.2 Các dạng sơ đồ tách sóng tần số .330 Chơng Trén tÇn 338 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 9.1 Lý thut chung vỊ trén tÇn 338 9.1.1 Định nghĩa: .338 TU UT TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 9.1.2 Nguyªn lý trén tÇn 338 9.1.3 Phân loại 339 9.1.4 øng dông 340 TU UT TU UT TU UT 9.2 HÖ phơng trình đặc trng tham số .340 TU UT 9.3 Mạch trộn tần 344 9.3.1 M¹ch trộn tần dùng điôt 344 9.3.2 Mạch trộn tần dùng phần tử khuếch đại 347 9.4 Nhiễu mạch trộn tần .355 TU UT TU UT TU UT TU UT 9.5 Trộn tần siêu cao tần 357 9.5.1 Trộn tần đèn tháp cùc 357 9.5.2 Bộ trộn tần dùng đèn tháp cực 358 9.5.3 Bé trộn tần dùng điôt bán dẫn 361 9.5.4 Chọn chế độ công tác cho biến tần dùng điôt bán dẫn 367 9.5.5 Sơ đồ cấu trúc trộn tần dùng điôt bán dẫn 369 9.5.6 Bộ trộn tần cân dùng điôt bán dẫn 374 Chơng 10 Mạch cung cấp nguồn 379 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT 10.1 Kh¸i niƯm 379 TU UT 10.2 Biến áp nguồn chỉnh lu 380 10.2.1 M¹ch chØnh l−u nưa sãng 382 10.2.2 M¹ch chØnh l−u toµn sãng .385 10.2.3 T¶i cđa bé chØnh l−u 388 10.2.4 M¹ch béi ¸p .390 10.2.5 Khâu lọc chỉnh l−u 390 10.3 æn ¸p 393 10.3.1 Mạch ổn áp dùng ®i«t Zener 393 10.3.2 Mạch ổn áp dùng điôt Zener với mạch lặp emito đầu 395 10.3.3 Mạch ổn ¸p cã håi tiÕp 397 10.3.4 ỉn ¸p xung 404 TU UT TU UT TU UT TU UT TU UT TU TU UT UT TU UT TU UT TU UT TU UT 10.4 Chỉnh lu đảo 405 10.5 BiÕn ®ỉi ®iƯn áp chiều nguồn không dùng TU UT TU biÕn ¸p nguån 407 10.5.1 BiÕn ®ỉi ®iƯn ¸p mét chiÒu .407 10.5.2 Bộ nguồn không dùng biến áp nguồn 408 Tài liệu tham khảo 410 UT TU UT TU UT TU UT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lời nói đầu Bộ sách Kỹ THUậT MạCH ĐIệN Tử bao gồm hai phần đợc dùng làm tài liệu giảng dạy môn học tên sử dụng Học Viện Kỹ thuật Quân Sự Phần I bao gồm nội dung mở rộng dùng chung cho nhiều chuyên ngành có liên quan Phần II gồm nội dung chuyên sâu, sử dụng riêng cho hai lĩnh vực với đặc thù khác chuyên ngành điện tử viễn thông Rađa, Tên lửa, Tác chiến điện tử Ngoài việc dùng làm tài liệu học tập tham khảo cho học viên chuyên ngành Vô tuyến điện tử, sách dùng làm tài liệu tham khảo bổ ích cho kỹ s, cán kỹ thuật ngành có liên quan đến kỹ thuật điện điện tử Tham gia biên soạn sách có giảng viên thuộc Bộ môn sở kỹ thuật vô tuyến - Khoa vô tuyến điện tử Trong trình biên soạn nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp bổ ích Chúng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành giúp đỡ quý báu Mặc dù có nhiều cố gắng, nhng xuất lần đầu nên chắn nhiều hạn chế thiếu sót Chúng mong nhận đợc ý kiến đóng góp quý báu gửi Khoa VTĐT Học Viện KTQS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chơng Những khái niệm chung vấn đề sở mạch điện tử 1.1 Khái niệm mạch điện tử nhiệm vụ Các mạch điện tử có nhiệm vụ gia công tín hiệu theo thuật toán khác Ví dụ: tín hiệu đợc khuếch đại, điều chế, tách sóng, chỉnh lu, nhớ, đo, truyền đạt, điều khiển, biến dạng, tính toán Trên quan điểm kỹ thuật, ngời ta phân biệt hai loại tín hiệu: tín hiệu tơng tự tín hiệu số Để gia công chúng, có hai loại mạch điện tử tơng ứng: Mạch tơng tự mạch số Trong thời gian gần đây, kỹ thuật xử lý tín hiệu số phát triển mạnh mẽ đóng vai trò quan trọng việc gia công tín hiệu Tuy mạch số thay hoàn toàn mạch tơng thực tế có nhiều thuật toán thực đợc mạch số thực mạch tơng tự tiện lợi Ngay hệ thống số, có nhiều phần tử chức tơng tự số khâu Mạch số đợc nghiên cứu môn học kỹ thuật số, đối tợng môn học kỹ thuật mạch điện tử chủ yếu nghiên cứu mạch tơng tự Trong thời gian gần đây, mạch tổ hợp tơng tự đóng vai trò quan trọng kỹ thuật mạch điện tử Chúng đảm bảo tốt việc thoả mãn tiêu kỹ thuật mà có độ tin cậy cao giá thành hạ Trong đó, đời khuếch đại thuật toán đánh dấu bớc ngoặt quan trọng trình phát triển kỹ thuật mạch điện tử Trớc đây, để gia công tín hiệu theo nhiều thuật toán, có vô số mạch chức khác Ngày nay, dùng số lợng hạn chế mạch chức dùng khuếch đại thuật toán để thực nhiều thuật toán khác nhờ mắc mạch hồi tiếp thích hợp Xu hớng phát triển kỹ thuật mạch tơng tự nâng cao độ tích hợp mạch (giảm số chủng loại nhng lại tăng khả sử dụng chủng loại) Khi độ tích hợp tăng chế tạo hệ thống có chức ngày hoàn thiện chíp Tóm lại, có hai hớng phát triển kỹ thuật mạch tơng tự, là: Giảm nhỏ kích thớc bên mạch chế tạo tăng tính phổ biến mạch ứng dụng 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt điôt Zener I bo IE = It nhỏ dòng qua tải lần ( hệ số khuếch đại dòng điện chiều tranzistor mắc emito chung) Do dùng điôt Zener có dòng nhỏ cho chỉnh lu công suất tơng đối lớn T + R Ur UZ I Bo Iz T + R U r′ − Ur Iz UZ U r′ P − a) b) Hình 10.15 Sơ đồ ổn áp dùng điôt Zener với mạch lặp emito đầu ra: a) Điện áp cố định; b) Điện áp thay đổi Trong sơ đồ hình 10.15a, điện áp chỉnh lu đợc xác ®Þnh theo biĨu thøc (10.17) U r′ = U Z − U BE (10.17) Víi U BE ≈ (0,6 ÷ 0,7)V Điện trở sơ đồ điện trở mạch lặp emitơ coi R rz điện trở phân áp bazơ Ta có: Ri = rBE +1 Trong đó: rBE điện trở vào tranzistor Vì Ri < rZ , nên mạch ổn áp loại có điện áp phụ thuộc vào tải, dòng qua điôt Zener nhỏ, nên chọn trị số điện trở R lớn để tăng hệ số ổn áp (xem biểu thức 10.15) Với sơ đồ 10.15b, lấy điện áp U r phần U Z qua chiết ¸p P NÕu chän ®iƯn trë chiÕt ¸p P nhỏ rBE điện trở mạch tăng không đáng kể 396 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10.3.3 Mạch ổn áp có hồi tiếp 10.3.3.1 Nguyên tắc thực sơ đồ ổn áp có hồi tiếp phân loại Để thoả mãn yêu cầu cao mặt ổn áp, ổn dòng nh công suất ra, ngời ta dùng mạch ổn định có hồi tiếp Nguyên tắc làm việc sơ đồ ổn định có hồi tiếp đợc biểu diễn hình 10.16 Trong mạch này, phần điện áp (dòng điện) đợc đa so sánh với giá trị chuẩn Kết so sánh đợc khuếch đại lên đa đến phần tử ®iỊu khiĨn PhÇn tư ®iỊu khiĨn thay ®ỉi tham sè làm cho điện áp (dòng điện) thay đổi theo xu hớng tiệm cận dần đến giá trị chuẩn Hình 10.17a 10.17b minh hoạ phơng pháp lấy tín hiệu đa mạch so sánh ổn áp (a) ổn dòng (b) Hình 10.17 Cách lấy tín hiệu đa so sánh a) Khi ổn ¸p ; b) Khi ỉn dßng Cã thĨ thÊy r»ng, tất nguồn áp ( Ri nhỏ) nguồn dòng ( Ri lớn) đợc thực theo phơng pháp hồi tiếp, mạch ổn áp ổn dòng Tuy nhiên yêu cầu mặt công suất, nên sơ đồ ổn áp ổn dòng có thêm khuếch đại công suất mắc mạch hồi tiếp 397 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các sơ đồ ổn định có hồi tiếp đợc chia thành hai loại bản: ổn định song song ổn định nối tiếp Nguyên tắc ổn định song song đợc biểu diễn hình 10.18 Trong tranzistor điều khiển đợc mắc song song với nguồn điện áp chỉnh lu U r Bộ khuếch đại thuật toán có hiệu điện áp vào U d = Khi điện áp giảm điện áp bazơ-emitơ tranzistor T giảm nhanh Do dòng emito giảm, hạ áp Ri giảm làm cho điện + Ri Uch Ur + T Ud U r áp tăng Nhờ khâu hồi tiếp âm, nên điện áp U r luôn có trị số điện áp chuẩn U ch Sơ đồ ổn áp song Hình 10.18.Nguyên tắc ổn định song song song đợc dùng chỉnh lu công suất bé, hiệu suất thÊp T T + Uch − Ur + − Ur′ + Ur − + U r′ Uch − a) b) Hình 10.19 Nguyên tắc ổn áp nối tiếp a) Dùng mạch lặp emito ; b) Dùng mạch emito chung Trong sơ đồ ổn áp nối tiếp (hình 10.19) tranzistor điều khiển T đợc mắc nối tiếp với nguồn điện áp chỉnh lu U r Tranzsitor T hình 10.19a, đợc mắc theo kiểu mạch lặp emitơ Điện áp vào khuếch đại thuật toán luôn không điện áp U r = U ch Khi điện áp giảm điện áp bazơ tăng nhanh làm cho điện áp tăng trở lại Nếu thay mạch lặp emito mạch emito chung nh hình 10.19b giảm đợc dải biến thiên điện áp vào Tuy nhiên so với sơ đồ 10.19a sơ đồ có nhợc điểm điện trë lín 398 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cã thĨ gi¶m nhá điện trở cách tăng hệ số khuếch đại khuếch đại thuật toán, nghĩa phải dùng hai tầng khuếch đại Vì nguyên tắc không thích hợp với sơ đồ ổn áp tầng 10.3.3.2 Các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dạng đơn giản Trên hình 10.20 hai sơ đồ ổn định có hồi tiếp dạng đơn giản Trong sơ đồ 10.20a, T1 phần tử điều khiển đồng thời làm nhiệm vụ khuếch đại công suất T2 vừa phần tử khuếch đại vừa mang tính chất nh phần tử so sánh, đợc mắc theo kiểu emito chung có hồi tiếp âm dòng điện rz Khi U r giảm qua phân áp R1 ; R2 điện áp bazơ T2 : U B = U Z + U BE giảm Vì U Z không đổi, nên U BE giảm, làm cho U CE tăng, U B1 tăng U r tăng trở lại Nh vậy, nhờ vòng hồi tiếp, điện áp U r đợc điều chỉnh cho (víi R2 chän nhá): U B = U r′ R2 = U Z + U BE R1 + R2 (10.18) Vậy U Z điện áp chuẩn Điện áp đợc xác định theo biểu thức (10.19) suy tõ (10.18): U r′ = (U Z + U BE ) (1 + R1 ) R2 (10.19) Qua điện trở R3 có dòng colecto T2 I C dòng bazơ T1 I B1 ; R3 đợc chọn cho dòng qua điôt Zener luôn lớn I Z để điôt zener có t¸c dơng ỉn ¸p: R3 < U r − U r′ I B1 max + I Z Khi tải thay đổi, mạch có tác dụng ổn áp tốt Nhng điện áp vào U r thay đổi tác dụng ổn áp không lớn ( G 20 ), dòng qua R3 thay đổi theo điện áp vào U r Có thể cải tiến mạch để tăng hệ số ổn áp mạch điện hình 10.20b 399 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt T1 T1 U B1 R3 U B U r′ T2 Ur Uz R 3′ Z2 R1 R1 U B1 Ur T3 R4 R2 U B2 T2 Z1 U r′ R2 U z1 b) a) Hình 10.20 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dạng đơn giản thay R3 nguồn dòng gồm T3 , R3 , R4 Z Dòng colecto T3 đợc xác định theo biểu thức (10.20) không phụ thuộc vào điện áp vào U r I C3 = α U Z − U BE U ≈ Z2 R3′ R3′ (10.20) Trong đó: hệ số khuếch đại dòng điện tranzistor mắc bazơ chung Với mạch đạt đợc hệ số ổn áp G =1000 ữ 10.000 lần Điện áp mạch đợc xác định theo biểu thức (10.19) Có thể thay đổi điện áp cách thay đổi R1 mà dòng colecto T2 không thay đổi có nguồn dòng T3 Điện áp đạt đợc giá trị lớn điện áp U CE = , tơng ứng U r′ ≈ U r − U Z Do không nên chọn U Z lớn Ngoài sơ đồ có u điểm điện trở nhỏ, nhờ nguồn dòng T3 mà T2 có hệ số khuếch đại điện áp lớn sơ đồ 10.20a T1 T1 Z1 R3 Ur T3 T2 Ur R4 a) Z1 R3′ Z2 U B1 Ur R4 T3 T Z1 Ur R2 b) Hình 10.21 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dạng đơn giản với điện áp cố định 400 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cũng nối tắt R1 nh sơ đồ 10.21a, mắc điôt Zener Z vào bazơ T2 nh sơ đồ 10.21b, lúc điện áp đợc xác ®Þnh theo biĨu thøc sau: U r′ = U Z + U BE 10.3.3.3 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dùng khuếch đại thuật toán Nếu cần thay đổi điện áp phạm vi hẹp, dùng sơ đồ 10.22 Sơ đồ tơng ®−¬ng víi s¬ ®å 10.20a, thay T2 b»ng mét khuếch đại thuật toán Tác dụng ổn áp mạch tăng cao nhờ khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn khuếch đại thuật toán đợc coi nh khuếch đại đảo, điện áp vào cửa đảo U N điện áp Zener U Z Điện áp biến thiên phạm vi hẹp cho dòng qua điôt Zener không biến thiên nhiều cửa vào khuếch đại R thuật toán có điôt bảo vệ áp trờng hợp đóng ngắt mạch R2 Ur R1 + Ur Muốn có điện áp thay đổi đợc phạm vi rộng, dùng sơ Zn đồ 10.23 Bộ khuếch đại thuật toán mắc theo kiểu sơ đồ khuếch đại đảo T2 T3 làm nhiệm vụ Hình 10.22 Sơ đồ ổn áp dùng khuếch đại thuật toán khuếch đại nhằm tăng hệ số ổn áp T2 tầng khuếch đại bazơ chung, bazơ T2 nối đất, nên điều chỉnh điện ¸p vỊ tíi møc “0” D1 , D2 , R3 làm nhiệm vụ bảo vệ khuếch đại thuật toán R4 để cân điện áp dòng tĩnh qua R3 g©y ra, R4 ≈ R3 Møc ỉn áp phụ thuộc vào mức trôi điện áp lệch không khuếch đại thuật toán U o vào độ ổn định nguồn chuẩn U ch ∆U r′ = ∆U o + R1 (∆U o + ∆U ch ) R2 401 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt T1 U Z2 R6 U B1 T3 Ur R3 − T2 + R5 R7 D1 D2 R1 Ur′ R2 R4 U ch Hình 10.23 Sơ đồ ổn áp dùng khuếch đại thuật toán có điện áp thay đổi Các điện trở R1 ; R2 phải điện trở xác Dòng qua R1 không đổi U ch / R2 10.3.3.4 Sơ đồ chống tải Ta biết bán dẫn nhạy cảm với dòng lớn Vì vậy, mạch ổn áp thờng phải dùng thêm mạch hạn dòng để tránh tải cho tranzistor mắc nối tiếp với tải Điôt D hình 10.24 làm nhiệm vụ Khi dòng colectơ T1 lớn tới mức hạ áp R5 lớn U Z điôt D thông Đó trờng hợp I t max = UZ2 R5 R5 UZ R3 R6 Ur R4 It T1 R1 D T3 T2 T2 Ur′ UZ R2 Hình 10.24 Sơ đồ ổn áp có hạn dòng Nếu dòng qua tải tiếp tục tăng dòng qua T3 giảm làm cho dòng qua tải không tăng đợc Trong trờng hợp ngắn mạch, dòng qua T1 cực đại đồng 402 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt thời hạ áp U r U z lớn Lúc phải ý cho công suất tổn hao không vợt trị số cho phép Sơ đồ 10.25 có tác dụng hạn dòng nh Khi dòng tải tăng, hạ áp Rk tăng Nếu hạ áp Rk : I t max Rk U BE + U r′ R4 R4 > U r′ R4 + R5 R4 + R5 (10.21) Th× U BE > T3 dẫn Dòng colecto T3 tạo nên hạ áp điện trở R để điều khiển cho tầng Darlington theo xu hớng ngắt (dòng tải giảm) Từ biểu thức (10.21) tính đợc trị số cực đại dòng tải I t max Đặc biệt, đầu ngắn mạch, dòng qua tải nhỏ trờng hợp có tải, lúc I t max = U BE / Rk Đây u điểm lớn, nhờ tranzistor không bị tải kể điện áp vào lớn Các sơ đồ hạn dòng loại có đặc tính nh biểu diễn hình 10.25b Sở dĩ mạch có đặc tính nh điện áp U BE phụ thuộc đồng thời vào dòng điện tải I t điện áp U r (thông qua R4 ; R5 ) Hình 10.25 a) Sơ đồ ổn áp dùng khuếch đại thuật toán có hạn dòng; b) Đặc tuyến hình a 10.3.3.5 Vi mạch ổn áp Mạch điện vi mạch ổn áp bao gồm đầy đủ phần tử sơ đồ ổn áp có hồi tiếp kể khâu hạn dòng Vì cần mắc thêm vài phần tử 403 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt mạch cho điện áp biến thiên dải rộng Trờng hợp yêu cầu dòng tải lớn, mắc thêm mạch tranzistor công suất Bằng cách nhận đợc ổn áp có dòng tải đến 15 A cách dễ dàng 10.3.4 ổn áp xung Hiệu suất mạch ổn áp liên tục (mục 10.3.3.) phụ thuộc nhiều vào công suất tổn hao Pth tranzistor công suất Có thể giảm Pth cho tranzistor làm việc chế độ khác Cũng giống nh mạch ổn áp liên tục, điện áp vào mạch ổn áp phải luôn lớn điện áp chiều đầu ổn áp xung đặc biệt có ý nghĩa cần lấy điện áp nhỏ từ điện áp vào lớn với hiệu suất cao điện áp vào thay đổi nhiều (độ gợn sóng lớn) Khi mở, tranzistor khoá dẫn lợng từ nguồn vào đến phần tử tích luỹ lợng (thờng cuộn cảm tụ điện) Trong thời gian tranzistor khoá ngắt phần tử tích luỹ cung cấp lợng cho mạch cho tải luôn có điện áp D Ur K L C R2 R1 U′r Rt + Y a) − Ucl U r′ U1 U2 b) Y R3 U1 U r Đặc tÝnh thùc U2 t Y t H×nh 10.26 a) Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp xung; b) Đồ thị thời gian điện áp tải U r điện áp so sánh 404 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tần số đóng mở khoá thờng nằm phạm vi ( 16 ữ 50 ) KHz để tránh nhiễu âm Trong khu vực tần số dùng cuộn cảm có lõi pherit thích hợp Tần số cao phần tử tích luỹ lợng có kích thớc nhỏ, nhng hiệu suất giảm tổn hao thời gian đóng mở tăng Hình (10.26) biểu diễn nguyên lý làm việc mạch ổn áp xung có phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải dùng mạch so sánh có trễ để so sánh Khi điện áp giảm tới mức ngỡng dới U khoá K mở, dòng điện qua cuộn cảm tăng đồng thời điện áp tăng theo, cuộn cảm tích luỹ lợng Nếu U r = U K ngắt, cuộn cảm phóng điện chiều với tải Quá trình lặp lặp lại có chu kỳ Độ gợn sóng của điện áp đợc xác định hiệu điện áp ngỡng U U (khoảng vài chục mV ) Độ ổn định mức ngỡng U U liên quan đến độ xác điện áp Để tăng hiệu suất mạch phải dùng tranzistor có thời gian đóng mở ngắn ổn áp xung cho hiệu suất cao có dải ổn định điện áp rộng, nhng tốc độ điều khiển thấp, điện áp có độ gợn sóng lớn (vài o oo đến vài o o ) 10.4 Chỉnh lu đảo Chỉnh lu đảo trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều, thờng đợc dùng biến đổi điện áp chiều nguồn không dùng biến áp Trớc vài thập kỷ, trình chỉnh lu đảo đợc thực phơng pháp khí (hình 10.27) Cuộn dây Công tắc khí Ur ~ Uv ~ Ur ~ + Hình 10.27 Mạch chỉnh lu dùng công tắc khí 405 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện áp chiều đầu vào lần lợt đợc nối với nửa nửa dới cuộn biến áp nhờ sụ đóng mở công tắc khí Do cuộn thứ cấp biến áp hình thành điện áp xoay chiều Ngày thay vào công tắc khí, ngời ta dùng bán dẫn (tranzistor thyristor) Hiệu suất mạch chỉnh lu đảo dùng bán dẫn nằm phạm vi từ (80 ữ 95 )% Công suất phụ thuộc vào tham số giới hạn bán dẫn ( I C max ,U CE max ) Dùng thyristor đạt đợc công suất lớn Mạch chỉnh lu đảo thực chất mạch tạo dao động tự kích Tần số dao động thờng nằm phạm vi KHz Do dùng cuộn biến áp kích thớc nhỏ vấn đề lọc đơn giản hơn, RC LC nhỏ Hình (10.28) cho hai ví dụ mạch điện chỉnh lu đảo Uv = ~ ~ − Uv + −U r +Ur +Ur −U r a) U~ Uv L U1 Uv + − U1 C U~ ~ U1 t U2 Hình 10.28 Mạch chỉnh lu đảo; a)Dùng tranzitor; b) Dùng thyristor Sơ đồ (10.28a) dùng tranzistor để tạo dao động Đó sơ đồ tạo dao động ghép biến áp mắc theo kiểu đẩy kéo Sơ đồ (10.28b) dùng thyristor, nguyên tắc làm việc giống nh sơ đồ chỉnh lu đảo dùng chuyển mạch khí hình (10.27) Bằng cách đặt vào điện áp điều khiển thích hợp thyristor thay mở Quá trình ngắt thyristor đợc thực hiƯn nhê tơ ®iƯn C 406 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10.5 Biến đổi điện áp chiều nguồn không dùng biến áp nguồn 10.5.1 Biến đổi điện áp chiều Đây trình biến đổi điện áp chiều U V từ giá trị sang giá trị khác thấp cao hơn, biến đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác có dấu ngợc lại Nó thờng đợc dùng để tạo cao áp chiều công suất nhỏ thiết bị điện tử lu động Quá trình biến đổi điện áp đợc chia làm hai giai đoạn: Biến đổi điện áp chiều U V thành điện áp xoay chiều hình sin xung chữ nhật nhờ mạch chỉnh lu đảo biến áp Chỉnh lu điện áp xoay chiều lọc Thờng dùng điôt công suất để chỉnh lu Khi điện áp chỉnh lu nhỏ vài trăm vôn, dùng điôt Schottky Nếu dòng lớn 10 A điện áp thông nhỏ điện áp thông điôt Silic thông dụng Nếu điện áp chiều đầu lớn điện áp vào ( ữ ) lần bỏ biến áp Hình (10.29) cho thấy dùng mạch bội áp bậc hai để tạo điện áp chiều lớn gấp hai lần điện áp vào đây, tạo dao động dùng m¹ch di pha RC m¹ch håi tiÕp gåm khâu di pha T1 , T2 , T3 T2 vµ T3 dïng tranzistor bï lµm viƯc ë chÕ độ khoá Khi T2 thông, điện điểm A: U A = U V T3 thông, điện U A ≈ VËy ë ®iĨm A ta cã mét d·y xung ch÷ nhËt Khi U A = 0, C2 đợc nạp điện qua D1 , đó: U C = U B = U V − U D1 − U CEbh3 ≈ U V Trong ®ã: U D1 điện áp thông điôt D1 ; U CE bh3 điện áp colecto - emito T3 làm việc trạng thái bão hoà Khi T2 thông, điểm A nối với U V U B tăng lên đến giá trị: U B = U V + U C ≈ 2U V Sau ®ã tụ C3 đợc nạp qua D2 đến trị số U r ≈ 2U V 407 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NÕu m¾c thêm phần mạch gồm D3 , D4 , C , C5 đầu ra, ta có: U r 4U V Thùc tÕ U r nhá h¬n chót ít, hạ áp điôt +UV c1 D1 1K 250 µ T2 c2 D2 250µ A B c3 250 µ T1 4,7 K 4,7 K 4,7 K 5K 0,1µ 0,1à c4 0,1à 250 c5 250à Hình 10.29 Mạch biến đổi điện áp chiều không dùng biến áp 10.5.2 Bộ nguồn không dùng biến áp nguồn Nguyên tắc làm việc nguồn không dùng biến áp đợc minh hoạ hình 10.30 Điện áp từ mạng điện công nghiệp đợc đa trực tiếp đến chỉnh lu, điện dung tải Ct chỉnh lu làm giảm độ gợn sóng điện áp đa vào mạch biến đổi điện áp chiều vừa làm nhiệm vụ cách điện vừa tạo điện áp chiều có trị số mong muốn u điểm nguồn không dùng biến áp nguồn kích thớc trọng lợng nhỏ (giảm 25% đến 40% so với nguồn thông thờng) đơn giản, không cần dùng phần tử toả nhiệt, hiệu suất cao Trong nguồn thờng dùng mạch ổn áp xung, tranzistor khoá phải có điện áp ngợc cho phép lớn (cỡ vài trăm vôn đến KV) Tụ lọc nguồn phải tụ đặc biệt có điện trở nhỏ Ur Hình 10.30 Sơ đồ khối minh hoạ nguyên lý làm việc nguồn không dùng biến áp 408 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Với công nghệ tiên tiến chế tạo tranzistor có điện áp ngợc cho phép lớn điôt có thời gian đóng mở ngắn nguồn không dùng biến áp ngày đợc dùng nhiều trở thành xu hớng đợc quan t©m lÜnh vùc cung cÊp nguån 409 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tài liệu tham khảo Phạm Minh Hà Kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 Nguyễn Duy Chuyên, Trần Khánh Lân Thiết bị Thu vô tuyến điện - Học viện Kỹ thuật Quân 1979 Trơng Văn Cập, Tạ Quang Vinh Thiết bị phát vô tuyến - Học viện Kỹ thuật Quân 1977 Vũ Quang Trình, Luyện Quang Minh Thiết bị phát siêu cao tần - Học viện Kỹ thuật Quân 1980 Nguyễn Duy Chuyên, Trần Hữu Vị Thiết kế thiết bị thu - Học viện Kỹ thuật Quân 1980 Trơng Văn Cập, Tạ Quang Vinh Thiết kế máy phát vô tuyến điện - Học viện Kỹ thuật Quân 1982 Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử Nhà xuất giáo dôc 2000 410 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... chung vấn đề sở TU mạch điện tử 11 UT 1. 1 Khái niệm mạch điện tử vµ nhiƯm vơ cđa nã .11 TU UT 1. 2 Hồi tiếp khuếch đại 12 1. 2 .1 Định nghĩa phân loại 12 1. 2.2 Ph−¬ng trình... cứu môn học kỹ thuật số, đối tợng môn học kỹ thuật mạch điện tử chủ yếu nghiên cứu mạch tơng tự Trong thời gian gần đây, mạch tổ hợp tơng tự đóng vai trò quan trọng kỹ thuật mạch điện tử Chúng đảm... https://fb.com/tailieudientucntt 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chơng Những khái niệm chung vấn đề sở mạch điện tử 1. 1 Khái niệm mạch điện tử nhiệm vụ Các mạch điện tử có nhiệm vụ gia