Bài Giảng: Kỹ thuật Mạch Điện tử Đào Thanh Toản

Giới thiệu, nội dung môn học Cung cấp kiến thức về đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS). Cung cấp kiến thức cơ bản để phân tích, thiết kế, các mạch điện tử cơ bản tần số thấp và các mạch số. Trình bày nguyên lý hồi tiếp và ứng dụng trong phân tích-thiết kế mạch (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán, mạch khuếch đại tần thấp có hồi tiếp) Môn học giới thiệu các đặc tính của các linh kiện tích cực cơ bản (diode, BJT, MOSFET, CMOS). Ứng dụng trong mạch khuếch đại (mô hình mạch tương đương, phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, đặc tính tần số dùng đồ thị Bode), mạch số (mô hình cổng luận lý dùng BJT, CMOS). Nguyên lý hồi tiếp, các phương pháp hồi tiếp và ứng dụng (mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán). Nội dung Chương 1: ÔN TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN REVIEWS ON CIRCUIT LAWS 1.1. Ôn tập về các định luật mạch điện. Review: Sources, KCL, KVL, nodal and mesh analyses, Thevenin and Norton sources, … 1.2. Ôn tập về đặc tính bán dẫn. Review on semiconductor physics Các yêu cầu tự học đ/v sinh viên ... (số giờ) Chương 2: CÁC LINH KIỆN TÍCH CỰC ACTIVE COMPONENTS 2.1. Diode tiếp giáp p-n. p-n junction diode 2.2. Transistor tiếp giáp BJT. Transistor BJT 2.3. Transistor trường MOSFET. MOS Field Effect Transistor MOSFET Chương 3: CỔNG LUẬN LÝ BASIC LOGIC GATES 3.1. Mạch đảo CMOS. CMOS inverter 3.2. Các loại cổng luận lý CMOS. CMOS logic gates Chương 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ SMALL SIGNAL AMPLIFIERS 4.1. Mạch khuếch đại dùng BJT. Mạch tương đương. BJT small signal amplifier. Equivalent circuit 4.2. Kiểu mắc E-chung, B-chung, C-chung. CE model, CB model, CC model 4.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET. Mạch tương đương. MOSFET small signal amplifier. Equivalent circuit 4.4. Mô hình tần số cao. High frequency model 4.5. Đáp ứng tần số. Đồ thị Bode. Frequency responses. Bode plots Chương 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP FEEDBACK AMPLIFIERS 5.1. Khái niệm về hồi tiếp và sự ổn định. Feedback effects and stability 5.2. Mạch khuếch đại vi sai. Differential amplifier 5.3. Ứng dụng: Mạch khuếch đại thuật toán. Application: Operational amplifier Kết quả cần đạt được Nắm vững cách phân cực diode, transistor. Nắm vững mô hình tương đương các linh kiện trong phân tích tín hiệu nhỏ, tần số thấp. Nắm vững đặc tính tần số và đồ thị Bode. Hiểu rõ và có khả năng vận dụng nguyên lý hồi tiếp trong phân tích, thiết kế mạch. Có khả năng phân tích, thiết kế các mạch điện tử tần số thấp cơ bản.

Đào Thanh Toản Phạm Thanh Huyền Võ Quang Sơn - - Vr Vro Bài giảng Kỹ thuật mạch điện tử Chuyên ngành: KTVT, KTTT, ĐKH-THGT Hà nội 5/ 2005 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Lời nói đầu: Bài giảng Kỹ thuật Mạch Điện tử đợc biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, đợc dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thông tin, Tự động hoá, Trang thiết bị điện, Tín hiệu Giao thông Trong trình biên soạn, tác giả đà đợc đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách đợc hoàn chỉnh hơn, song chắn không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Chúng mong nhận đợc ý kiến đóng góp bạn ®äc! Xin liªn hƯ: daothanhtoan@uct.edu.vn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Chơng I Những khái niệm chung sở phân tích mạch điện tử I Mạch điện tử: Mạch điện tử loại mạch có nhiệm vụ gia công tín hiệu theo thuật toán khác nhau, chúng đợc phân loại theo dạng tín hiệu đợc xử lý Tín hiệu: số đo điện áp huặc dòng điện trình, thay đổi tín hiệu theo thời gian tạo tin tức hữu ích Tín hiệu đợc chia làm loại tín hiệu tơng tự Anolog tín hiệu só Digital Tín hiệu tơng tự tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian nhận giá trị khoảng biến thiên Tín hiệu số: tín hiệu đà đợc rời rạc hoá mặt thời gian lợng tử hoá mặt biên độ, đợc biểu diễn tập hợp xung điểm đo rời rạc Tín hiệu đợc khuếch đại; điều chế; tách sóng; chỉnh lu; nhớ; đo ; truyền đạt; điều khiển; biến dạng; tính toán mạch điện tử Để gia công loại tín hiệu số tơng tự dùng loại mạch bản: mạch tơng tự mạch số, khuôn khổ giáo trình xem xét mạch tơng tự Với mạch điện tử tơng tự, quan tâm tới thông số: biên độ tín hiệu độ khuếch đại tín hiệu Biên độ tín hiệu: liên quan mật thiết đến độ xác trình gia công tín hiệu xác định mức độ ảnh hởng nhiễu đến hệ thống Khi biên độ tín hiệu nhỏ mV, huặc àV, nhiễu lấn át tín hiệu, thiết kế hệ thống điện tử cần lu ý nâng cao biên độ tín hiệu tầng đầu hệ thống Khuếch đại tín hiệu chức quan trọng mạch tơng tự, thực trực tiếp huặc gián tiếp phần tử chức hệ thống, thông thờng hệ thông lại chia thành tầng gia công tín hiệu, tầng khuếch đại công suất Hiện mạch tổ hợp(IC) tơng tự đợc dùng phổ biến, đảm bảo tiêu kỹ thuật mà có độ tin cậy cao chi phí thấp, nhiên chúng đợc dùng chủ yếu cho tín hiệu có phạm vi tần số thấp Xu hớng phát triển kỹ thuật mạch điện tử tơng tự nâng cao độ tích hợp, khả ứng dụng mạch II Các kiến thức transistor Xem lại giáo trình Cấu kiện Điện tử, nội dung sau: 1- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, 2- Có cách mắc BJT(FET) : EC(SC); CC(DC); BC(GC) 3- Các ứng dụng BJT FET, tuỳ theo việc phân cực mà T làm việc theo chế độ sau: + Chế độ khuếch đại tín hiệu: phân cực chế độ khuếch đại + Làm việc chế độ khoá: miền bÃo hoà miền cắt 4- Các sơ đồ tơng đơng T 5- Đặc tính tần số T 6- Sơ đồ cách tính toán cuả T khuếch đại tín hiệu nhỏ 7- So sánh BJT FET, Gợi ý : CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS Fet cã −u ®iĨm kÝch th−íc điện áp cung cấp(dẫn đến công suất tiêu thụ) nhỏ độ tin cậy cao BJT, nhng Fet lại có nhợc điểm điện dẫn g nhỏ nhạy cảm với điện tích tĩnh, Fet thờng đợc tích hợp mạch IC, BJT thờng dùng cho mạch rời III Mạch cấp nguồn ổn định chế độ làm việc Đặt vấn đề: Trong tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, điểm làm việc n»m miỊn tÝch cùc cđa BJT, miỊn th¾t FET, chế độ tĩnh, cực T có dòng điện tĩnh Ic(TD); IB(IG) điện áp chiều UCE(UDS); UBE(UGS) Điểm làm việc tơng ứng với chế độ điểm làm việc tĩnh Q Khi có tín hiệu vào điện áp dòng điện thay đổi xung quanh giá tri tĩnh, để đảm bảo cho tầng làm việc bình thờng điều kiện khác nhau, việc cung cấp điện áp thích hợp cho cực, cần phải ổn định điểm làm việc tĩnh đà chọn, không chất lơng làm việc tầngbị giảm sút Với BJT a Sơ đồ ổn đinh tuyến tính: Sơ đồ phổ biến sơ đồ hồi tiếp- chiều: nhằm biến đổi điện áp mạch vào T cho hạn chế di chuyển điểm tĩnh đặc tuyến ra, gây nên yếu tố ổn định Sơ đồ nh sau: Ví dụ hình a: Vcc Vcc Rc R1 I1 C1 Ic R1 C1 Ur C2 Uv Uv Q2 C2 Ur Q1 Re R2 h.b Vcc h.a Rc Q3 Uv Ur R1 C5 I1 R2 h.c M¹ch cung cấp ổn định điểm làm việc hồi tiếp âm điện áp EC; hb:CC; hc: BC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Nguyên tắc ổn định: có nguyên nhân ổn định làm cho dòng chiều ICEo colector tăng điện UCEo giảm, dòng định thiên IBo= UCEo/R1 giảm theo, làm ICEo giảm xuống, nghĩa dòng tĩnh ban đầu giữ nguyên Cũng dùng sơ đồ hồi tiếp dòng điện: Nguyên tắc ổn định nh sau: Vcc Vcc Rc R1 C1 C1 R1 Ur C2 Uv C2 Q2 Uv Q1 Ur R2 Re R2 Re Ce Vcc R1 hb Rc Q3 Uv Ur R2 C 1k 1uF Re hc Sơ đồ cung cấp ổn định điểm làm việc hồi tiếp - dòng điện chiều EC; hb: CC; hc: BC Khi IC tăng, điện áp UEo=Ie Re, tăng điện áp Ue lấy phân áp R1 R2 không đổi, nên UBEo=IBR2- UEo giảm làm cho IB giảm, IC không tăng Tụ Ce có tác dụng tránh hồi tiếp - xoay chiều a Sơ đồ ổn đinh phi tuyến : áp dụng phơng pháp bù nhiệt nhờ phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ nhứ T, D, Điện trở nhiệt, phơng pháp thích hợp cho mạch tổ hợp - Nếu D T nh hình a đợc sản xuất từ loại bán dẫn nh nhau, nhiệt độ mặt ghép chúng nh nhau, đặc tính nhiệt điện áp B-E điện áp hạ D nh nhau; UBE; UD có chiều ngợc nhau, nên ảnh hởng nhiệt độ đợc bù hoàn toàn - Sơ đồ hình B làm việc theo nguyên tắc đó, mắc nối tiếp R2 với D phân cực thuận, R1, R2, D tạo thành mạch phân áp đa điện áp vào B, chọn R22 Từ ta thấy dùng I1 để điều khiển trị số IC2 Để I1 ổn định, đơn giản nối A víi Vcc qua R Ucc Ucc Ucc Ucc R A Q2 Q1 Q2 Q1 Trong mạch tổ hợp, tránh chế tạo điện trở có trị số lơn, khó có dòng I1 nhỏ, để đạt đợc I1 nhỏ thờng dùng sơ đồ bên phải với FET Vấn đề ổn định nhiệt FET làm cho điểm làm việc không phụ thuộc vào độ tạp tán tham số FET, không phụ thuộc nhiệt độ, thời gian, biến đổi điện ¸p ngn cung cÊp, cịng gièng BJT biƯn ph¸p ỉn định nhiệt FET dùng nguyên tắc hồi tiếp - dòng điện điện áp ví dụ: Các loại sơ đồ hồi tiếp - dòng điện thông qua RS có dạng nh hình sau: Nếu coi IG=0, ta có U'G=IDRS + UGS; biểu thức cho biết dạng ®−êng ®iƯn trë Rs víi ®é dèc: UDD RD Ur Q1 RG + IS RS Vs1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT tg=-(dID/dUGS) U'G phải chọn cho dòng máng ID không ®ỉi thay FET, chän U'G chÝnh lµ chän RG , điện trở ổn định CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS chơng Hồi tiếp I Khái niệm: Định nghĩa: Hồi tiếp ghép phần tín hiệu ra(điện áp huặc dòng điện) mạng cực tích cực(phần tử khuếch đại- Transistor huặc KĐTT) đầu vào thông qua mạng cực, mạng cực gọi mạng håi tiÕp XV K +(-) XR Xh Xht Kht XV: tÝn hiƯu vµo XR: tÝn hiƯu Xht: tÝn hiƯu hồi tiếp K: Hệ số khuếch đại mạch Khuếch đại Kht: Hệ số khuếch đại mạch hồi tiếp Hình Sơ đồ khối khuếch đại có hồi tiếp Hồi tiếp đóng vai trò quan trọng kỹ thuật mạch điện tử tơng tự, cho phép cải thiện tính chất khuếch đại nh: trở kháng vào, trở kháng ra, băng thông, Phân loại: Theo tác dụng hồi tiếp có hai loại hồi tiếp bản: - Hồi tiếp (-) : Tín hiệu hồi tiếp ngợc pha với tín hiệu vào - Hồi tiÕp (+): TÝn hiƯu håi tiÕp – cïng pha víi tín hiệu vào Trong loại hồi tiếp ta lại quan tâm: tín hiệu hồi tiếp chiều hay xoay chiều, hồi tiếp âm chiều đợc dùng để ổn định chế độ công tác, hồi tiếp âm xoay chiều đợc dùng để ổn định tham số khuếch đại Quan tâm đến cách ghép nối tiếp hay song song Tổng hợp ta có loại nh sau: + Hồi tiếp nối tiếp điện áp: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với điện áp đầu + Hồi tiếp song song điện áp: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với điện áp đầu + Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với dòng điện đầu + Hồi tiếp song song dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu tỷ lệ với dòng điện đầu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT K uR uV uht Kht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp nối tiếp điện áp K uR uV iht Kht uht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp nối tiếp dòng điện K uR uV Kht uht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp song song điện áp K uR uV iht uht Kht Hình Sơ đồ khối hồi tiếp song song dòng điện 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS giá trị nhỏ, khó thực so sánh), tiến hành nhân đôi điện áp d sau tầng, nh điện áp chuẩn cho tất tầng UAmax/2 So với phơng pháp chuyển đổi song song, để xác định N bít cần thực N bớc so sánh, nhng it phức tạp Phơng pháp thờng đợc làm sở để phân tích B UA(1) UA AD DA bit bit UA(1) So sánh Mạch hiệu So sánh UAmax/2 UAmax/2 Tầng thứ hai Tầng thứ Sơ đồ khối chuyển đổi AD theo phơng pháp phân đoạn bit c Chuyển đổi AD nối tiếp dùng vòng hồi tiếp - Điện áp tơng tự UA đợc so sánh với giá trị ớc lợng cho trớc UM, gọi Ud giá trị sai số UA vµ UM: nÕu UA > UM => Ud >0; vµ UA < UM => Ud < - Ud đợc khuếch đại đa đến so sánh số SS: Ud >0 => đầu SS có +A=1; Ud < => đầu SS có -A=1 +A UA So sánh Ud KĐ Logic Số So sánh Ck -A Mạch đếm UD UM DA Sơ đồ khối chuyển đổi AD theo phơng pháp vòng hồi tiếp - Kết so sánh đợc đa đồng thời với tín hiệu xung nhịp Ck logic sè, mach logic sÏ ®iỊu khiĨn bé ®Õm theo nguyên tắc: ứng với +A đếm thuận, -A đếm ngợc, đầu chuyển đổi AD có chuỗi tín hiệu số ứng với mà đếm đếm, tín hiệu đợc vòng ứng với chu kỳ xung nhịp - Tín hiệu số xác định bớc so sánh nhứ đợc biến đổi ngợc DA, để tạo giá trị ớc lợng để so sánh với UA bớc 147 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT - Quá trình lặp lặp lại Uh UC Uss1=1, khi UA < UC Uss1=0 - Bộ so sánh SS2 so sánh điện áp ca với mức đất cđa m¹ch(0V), víi tÝnh chÊt cịng nh− m¹ch SS1 - Uss1 Uss2 đợc đa đến mạch And, xung UG cã ®é réng tû lƯ víi ®é lín cđa điện áp vào UA - Mach And thứ cho xung nhịp khoảng thời gian > UC < UA Mạch đếm đầu ®Õm sè xung ®ã, sè xung nµy tØ lƯ víi độ lớn UA Giản đồ dới mô tả rõ phơng pháp 148 U UC CuuDuongThanCong.com UA https://fb.com/tailieudientucntt UD DTT_PTH_VQS e Chuyển đổi AD theo phơng pháp tích phân sờn dốc - Mach logic điều khiển khoá K UA nạp cho tụ C qua R, đầu mạch tích phân xác định ®−ỵc: 1 U A t ; nh− vËy sau kho¶ng t1, ta cã: U 'C1 = U A t1 U 'C = U A dt = ∫ RC RC RC C R K SS A1 A2 Mạch đếm Uch UA UD Mạch logic Mạch đếm Z0 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi AD theo phơng pháp tÝch ph©n s−ên dèc UC1 tØ lƯ víi UA, tuỳ theo UA lớn hay nhỏ mà UC(t) có độ dèc kh¸c UC U’C1 U’C2 t t1 t2 t’2 Đồ thị thời gian mạch tích phân - Trong khoảng t1 đếm Z0 đợc kích đếm, hết thời gian t1 khoá K đợc mạch logic điều khiển sang vị trí 2, đồng thời tín hiệu từ mạch logic đợc đa đến mạch And, làm cho mạch tích cực, thông xung nhịp, đếm bắt đầu đếm, đồng thời đếm Z0 đợc kích ngừng đếm - Khi K vị trí 2, điện áp chuẩn Uch bắt đầu nạp điện cho tụ C theo chiều ngợc lại theo phơng trình nạp: 149 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT 1 U ch t sau khoảng t2 ta ®−ỵc U ' 'Ct = − U ch t RC RC Gi¶ sư sau kho¶ng t2 ta cã Uc= Uc(điện áp tụ 0) U 1 U ch t = U A t1 => t = A t1 (7) RC RC U ch Mặt khác số xung đa đến mạch đếm Z0 khoảng t1 : Z0= t1.fn (8); fn tần số dÃy xung nhịp U Z Từ (7) (8)=> t = A (9) U ch f n Trong số xung nhịp đếm đợc nhờ mạch đếm đầu khoảng t2: Z U Z = t2 f n = A Z = U A (10) U ch U ch Sau kho¶ng t2 mạch đếm bị ngắt, Uc=0 Qoá trình đợc lặp lặp lại chu kỳ chuyển đổi tiÕp theo Tõ (10) ta thÊy sè xung ®Õm ë đầu tỉ lệ với UA, kết đếm độc lập với R,C, fn, nhng phơng pháp cần tần số xung nhịp có độ ổn định cao(sao cho trị số nh khoảng thời gian t1, t2) f Chuyển đổi AD theo phơng pháp song song- nối tiếp Đây phơng pháp kết hợp phơng pháp song song phân đoạn đà trình bày h Chuyển đổi AD phi tuyến: Quay lại công U ' 'C = thức U Q = Q , ta y thÊy sai sè tuyệt đối chuyển đổi AD không đổi sai số tơng đối tăng biên độ tín hiệu giảm, muốn thông số không đổi , đờng đặc tính phải có dạng loga, cho tỉ số tín hiệu tạp âm S/N không đổi toàn dải tơng tự vào 1,2 1,1 y= 1,0 ln(1 + àx) ln(1 + µ ) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 y=x 0,3 0,2 0,1 x 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Đờng đặc tính loga với à=100 Hàm đặc trng chuyển đổi AD : 150 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1,2 DTT_PTH_VQS y= ln(1 + µx) (12) ln(1 + ) Trong x =UA/ UAmax ; y =UD/ UDmax Để chuyển đổi từ tín hiệu số thành tín hiệu tơng tự đờng đặc tính DA phải có dạng ngợc với đờng AD Phơng pháp chuyển đổi đợc dùng mạng điện thoại, với tên gọi điều chế xung mà PCM(xem thêm môn PDH), tỉ số S/N toàn dải làm cho chất lợng đàm thoại tăng, với tham số µ chän kh¸c øng víi chn lín lµ Châu âu Bắc Mỹ Chuyển đổi số tơng tự (DA) DAC trình chuyển đổi tìm lại tín hiệu tơng tự từ N số hạng(N bit) ®· biÕt cđa tÝn hiƯu sè víi ®é chÝnh x¸c mức lợng tử (1LSB) Chuyển đổi số tơng tự phép nghịch đảo chuyển đổi tơng tự- số, không thực đợc phép nghịch đảo trình lợng tử hoá Chuyển đổi loại đơn giản DA nhiều, có sơ ®å khèi nh− sau: TÝn hiƯu rêi r¹c UD UA Lọc thông thấp DA 123456789111 Sơ đồ khối chuyển đổi DA a, Chuyển đổi DA phơng pháp thang điện trở - Trên đầu vào khuếch đại thuật toán mạng điện trở có giá trị thay đổi theo số nhị phân, điện trở lân cận có trị số lần - Tín hiệu điều khiển tín hiệu số cần chuyển đổi, bit có nghĩa nhỏ LSB đợc đa ®Õn ®iỊu khiĨn kho¸ nèi víi ®iƯn trë lín nhÊt(R), bÝt cã nghÜa tiÕp theo víi R/2 vµ MSB víi R/2N-1 - Nếu bit có giá trị khoá tơng ứng nối đất mạch, nối với nguồn áp chuẩn: Uch, nhằm tạo nên dòng điện tỉ lệ nghịch với trị số điện trở nhánh đó, tức I0 có trị số nhỏ nhất, tiếp đến I1 lớn IN-1 - Dòng điện sinh nhánh điện trở đợc đa đến đầu vào KĐTT, điện áp ®Çu : N −1 U M = − RN ∑ I n (13) n =0 151 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT RN 20 2N-1 21 R R/2 R/2N-1 UM K (tÝn hiệu số) Uch Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi DA theo phơng pháp thang điện trở Ta thấy điện áp tơng tự UM có độ xác phụ thuộc lớn vào nguồn áp điện trở chuẩn, để có độ xác cao, yêu cầu điện trở nguồn phải xác b, Chuyển đổi DA phơng pháp mạng điện trở - Các nguồn dòng có giá trị =I0 - Tín hiệu số đựơc đa đến khoá K, tín hiệu điều khiển tơng ứng bít 0, nguồn I0 đợc ngắn mạch xuống đất mạch, tín hiệu điều khiển 1, mạng điện trở làm nhiệm vụ phân dòng - Điện trở nhánh dọc có giá trị gấp đôi nhánh ngang, nên dòng qua khâu điện trở giảm nửa Dòng điện ứng với bít LSB qua (N-1) khâu, dòng có giá trị qua (N-2) khâu , dòng ứng với bít MSB không qua khâu nào(I0 đa trực tiếp vào KĐTT) Nh dòng điện cửa vào KĐTT có trị số tơng ứng với bit mà đại điện, giảm dần theo mà nhị phân từ MSB > LSB Sơ đồ có nhợc điểm số điện trở dùng nhiều: chuyển đổi DA N bit cần 2(N-1) điện trở(Phơng pháp thang điện trở cần dùng N điện trở) 152 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS 21 I0 2N-2 2N-1 I0 I0 I0 K (tÝn hiÖu sè) RN i0 i1 R 2R in-2 R in-1 2R 2R UM 2R c, Chun ®ỉi DA b»ng phơng pháp m hoá Shannon-Rack K2 + R2 Ich C R Ur R1 - Thực trình chuyển đổi nối tiếp bit, tín hiệu điều khiển số đợc đa vào tuần từ : LSB > MSB đến khoá ®iỊu khiĨn K1 - NÕu thêi gian chun ®ỉi bit T nửa thời gian đầu T/2 K2 mở, K1 đóng(tín hiệu 1) huặc K1 mở(tín hiệu 0) Khi K1 đóng(bit 1) tụ điện đợc nạp điện Sang nửa thời gian thứ2 T/2, K1 mở K2 đóng, tụ C phóng điện qua R dần UC giảm Quá trình lặp lặp lại lần lợt đa đến bít điều khiển K1, nh thời gian chuyển đổi N bit NT Sau khoảng thời gian NT điện áp lại tụ điện áp tơng tự cần chuyển ®ỉi Víi thêi gian T theo ®iỊu kiƯn: T =1,4RC (14) 153 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Phần tập: I Bài tập Transistor chế độ động Bài Cho mạch nh hình Biết R1 = 20K; R2 = 2K; Rc = 10K; RE= 1K; RL = 10K BiÕt βdc = 100; Rs = 1K ViÕt biĨu thøc ®iƯn áp trở tải RL Vcc=12V Vcc H1 R1 V1 -10m/10mV C RC C1 0.01 C2 0.01 Rs E Q1 2N2222 1kHz RL R2 C3 1uF RE Bµi Cho mạch CC nh hình Với R1 = 30K; R2 = 3K; RE = 12K; RL = 2K Rs=1K Tìm biểu thức tính giá trị điện áp Vcc H2 V1 -10m/10mV Rs R1 C2 0.01 Q1 2N2222 1kHz R2 C1 RE RL Bài Cho mạch CB nh− h×nh H3 BiÕt Rs=50; RE = 20K; R1=20K; R2=2K; Rc= 10K; RE = 1K Tìm biểu thức tính giá trị điện áp RL với RL = 5,1K V1 -10m/10mV Rs Q1 NPN C1 1uF 1kHz C2 R1 RE Rc RL Vcc H3 C R2 154 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS II.Bài tập KTĐT - Phần Khuếch đại công suất Cho mạch khuếch đại chế độ A Vcc L C2 R2 C1 Q1 NPN RL + R1 Vin RE CE - Cho R1, R2, Re, RL, c¸c tham sè: UBE, , câu hỏi: a Viết phơng trình vẽ đờng tải tĩnh, động b Tính công suất ra, công st cung cÊp mét chiỊu, hiƯu st Bé khch đại ghép biến áp: Vcc n:1 R2 C1 RL Q1 NPN + R1 Vin RE CE - Cho R1, R2, Re, RL, tham số: UBE, , câu hỏi: a Viết phuơng trình vẽ đờng tải tĩnh động b TÝnh c«ng suÊt ra, c«ng suÊt cung cÊp mét chiều, hiệu suất III Phần Khếch đại thuật toán CuuDuongThanCong.com 155 https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Bài - 10: Tìm điện áp sở điện áp vào mạch sau: 60 10k 5k 10k 1k V1 U1 IDEAL Vout IDEAL 5k V2 Vout 10k V1 V2 1k H×nh 5k H×nh 10k 1k IDEAL Vout 10k V1 R3 5k 10k 5k V1 Vout V2 2k 10k H×nh R5 5k H×nh IDEAL 2k 4k V1 IDEAL V1 V2 Vout 50k V2 10k IDEAL 1k Vout V3 5k 25k 1k H×nh V3 5k H×nh 10k 10k V1 V2 V3 V4 30k 8k 6k IDEAL 3k Vout IDEAL Vout 10k V3 5k V4 H×nh 10k 20k R2 5k 156 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt H×nh DTT_PTH_VQS 10k IDEAL V1 10k 10k 10k IDEAL 10k Vout H×nh IDEAL V2 10k 10k 10k 50k 100k IDEAL V1 100k 50k V1 IDEAL Vout1 Hình 10 50k Trong sau (từ 11-15) hÃy thiết kế mạch KĐTT để có đợc mối quan hệ sau: Bài 11 v0 = 3v1 + 11v2 - v3 - 10v4 Bµi 12 v0 = 8v1 + 81v2 - 24v3 - 39v4 Bµi 13 v0 = 60v1 + 18v2 - 3v3 - 11v4 Bµi 14 v0 = 3v1 + 4v2 +63 v3 -14v4 – 55v5 Bài 15 Thiết kế mạch (sử dụng KĐTT) thùc hiƯn hµm: db y = 2.a + 21 + 31 ∫ c dt dt Bµi 16 ThiÕt kÕ mạch (sử dụng KĐTT) thực hàm: db 52 ∫ c dt y = 32 a – dt Bài 17 Thiết kế mạch thực hàm: Y=37lnx+23expx Bài 18 Thiết kế mạch thực hàm: Y=37lnx1+2x1.x2 Bài 19 Thiết kế mạch thực hàm: Y=31lnx1+9x1/x2 Bài 20 Thiết kế mạch thực hàm: Y=7expx1-2x1.x2+x1/x2 (với a, b, c, x1, x2 điện áp vào; y, Y giá trị điện áp ra) 157 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT Tài liệu tham khảo: Electronics circuits, Ghausi, ISBN Editor , 1982 Kỹ thuật Mạch điện tử, Phạm Minh Hà, NXB KHKT 1999 Điện tử Công suất, NguyÔn BÝnh, NXB KHKT 2000 Industrial Electronics and control, SK BHATTACHARYA, ISBN Editor, 1995 158 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS Môc lục: Chơng I Những khái niệm chung sở phân tích mạch điện tử I Mạch ®iƯn tư: II Các kiến thức vỊ transistor III M¹ch cấp nguồn ổn định chế độ làm việc Víi BJT víi FET Ch−¬ng Håi tiÕp I Kh¸i niƯm: Định nghĩa: Các phơng trình bản: 11 III Phơng pháp phân tích mạch có håi tiÕp: 12 a, b, c, d, Hồi tiếp âm dòng điện, ghép nối tiếp 12 Hồi tiếp âm điện ¸p, ghÐp nèi tiÕp 13 Hồi tiếp âm điện áp, ghép song song 14 Håi tiếp âm dòng điện, ghép song song 15 IV ¶nh h−ëng cđa håi tiÕp đến thống số mạch 16 Chơng Các sơ đồ tầng khuếch đại tín hiƯu nhá dïng Transistor 17 I Kh¸i niƯm 17 II Phân tích mạch khuếch đại sơ đồ tơng đơng 17 Mạch tơng đơng Transistor 17 Mạch tơng đơng kiểu EC: 18 Mạch tơng đơng kiểu BC: 18 Mạch tơng đơng kiểu CC: 19 Ph©n tÝch mạch khuếch đại mạch tơng đơng 19 III Tính toán thông số chÕ ®é ®éng 20 IV Transistor Tr−êng- FET 21 V Các phơng pháp Ghép tầng khuếch đại 23 Ghép RC 23 GhÐp biÕn ¸p 24 GhÐp trùc tiÕp 25 C¸c kiĨu ghÐp transistor kh¸c 25 Mạch khuếch đại vi sai 26 Ch−¬ng Khuếch đại công suất 29 I Định nghĩa phân loại 29 II M¹ch khuếch đại chế độ A 29 III Mạch khuếch đại chế độ B .30 a M¹ch khuếch đại đẩy kéo 31 b Mạch khuếch đại đẩy kéo, đối xứng bù (ngợc) 32 c Mạch khuếch đại kết cuối đơn với nguån cung cÊp 33 d Mạch khuếch đại kết cuối đơn với nguồn cung cấp 34 IV Mạch khuếch đại chÕ ®é C .34 Chơng Khuếch đại thuật toán 37 I khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier) 37 II tham số kđtt 38 159 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT Hệ số khuếch đại hiệu Kd 38 Dòng vào tĩnh điện áp lệch không 39 Tû sè nÐn tÝn hiƯu ®ång pha 39 III Các sơ đồ bé K§TT 40 Bộ khuếch đại đảo 40 Mạch khuếch đại không đảo 41 Mạch khuếch đại tổng 42 M¹ch khuếch đại hiệu 42 Mạch tích phân 43 Mạch vi phân 44 M¹ch so s¸nh 45 Mạch khuếch đại logarit 45 M¹ch exp: 46 10 Mạch nhân(chia) t−¬ng tù: 47 IV Phần Bài tập 47 Bµi to¸n thuËn 47 Bài toán ngợc 49 Chơng Mạch lọc tích cực 53 I Kh¸i niệm mạch lọc tần số 53 II Mạch lọc thụ động 54 III M¹ch läc tÝch cùc .56 Thực mạch lọc thông thấp thông cao bậc 58 Thực mạch lọc thông thấp thông cao bậc cao, n>2 61 Mạch lọc chọn lọc mạch lọc thông dải 61 M¹ch nÐn chän läc 64 Chơng 6.Các mạch dao động 66 I Kh¸I niƯm 66 1.Điều kiện dao động đặc điểm mạch tạo dao động 68 Tính toán mạch dao động 68 II Các loại mạch dao động 70 Mạch dao động L,C 70 Mạch dao động R,C 76 M¹ch dao ®éng dïng th¹ch anh 82 Chơng7 điều chế biên độ 87 I §Þnh nghÜa 87 II.điều biên(AM) 87 Phæ tín hiệu điều biên 87 Quan hệ lợng điều chế biên độ 88 Các tiêu dao động đà điều biên 89 Phơng pháp tính toán mạch điều biên 91 M¹ch ®iỊu biªn thĨ 93 III Điều chế đơn biên 96 Kh¸i niƯm 96 Các phơng pháp điều chế đơn biên 96 IV.điều tần(fm) điều pha(PM) .100 Các công thức mối quan hệ hai phơng pháp 100 2, Phổ dao động đà điều tần điều pha 101 3, Mạch điều tần điều pha 101 160 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS 4.Một số biện pháp để nâng cao chất lợng tín hiệu điều tần 108 Chơng Giải điều chế(tách sóng) 109 I Kh¸i niƯm: 109 Các tham số tách sóng biên ®é: 109 M¹ch tách sóng biên độ: 110 III Tách sóng tín hiệu điều tần 115 Mạch có dạng nh hình vẽ dới đây: 116 IV Vßng khãa pha PLL(Phase Locked Loop) .123 CÊu t¹o 123 Nguyên tắc hoạt động: 124 øng dơng cđa PLL 125 Chơng Trộn tần 127 I Kh¸i niƯm .127 Định nghĩa: 127 Nguyên lý trộn tần: 127 II Hệ phơng trình đặc trng: .128 III NHiễu mạch trộn tần 129 IV Mạch trộn tần 130 Mạch trộn tần dùng Diode 130 M¹ch trén tần dùng phần tử khuyếch đại 133 Chơng 10 Chuyển đổi tơng tự – sè 141 chuyển đổi số tơng tự 141 I C¬ së lý thuyÕt 141 Kh¸i niƯm chung: 141 Các tham số 143 3.Nguyên tắc lµm viƯc cđa bé ADC: 143 II Các phơng pháp cụ thể: .145 Chun ®ỉi t−¬ng tù – sè: 145 Chuyển đổi số tơng tù (DA) 151 Phần tập: 154 I Bµi tËp Transistor – chÕ ®é ®éng 154 II.Bài tập KTĐT - Phần Khuếch đại công suất 155 Cho mạch khuếch đại chế ®é A 155 Bộ khuếch đại ghép biến áp: 155 III Phần Khếch đại thuật toán 155 Tài liệu tham khảo: 158 161 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Transistor đơn là: - Trở kháng vào cao - Hệ số khuếch đại áp Av gần - Hệ số khuếch đại dòng cao - Trở kháng nhỏ 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-ĐHGTVT b Mạch Cascode... kiểu EC: Rb B C Re Ic R0 Rc - Tỉng trë ngâ vµo: Vi ib.rb + ie.re ib.rb + β ib.re = h11= hie=Ri= = Ib ib ib - Tỉng trë ngâ ra: ro=1/h22 - §é khch đại dòng: Ki=h21= - Độ khuếch đại điện áp: Uce... Rbe Mạch tơng đơng kiểu BC: - Tổng trở ngõ vµo: ie.re + ib.rb β re + re = h11= hie=Ri= = ie β - Tæng trë ngâ ra: ro=Vo/ic - Độ khuếch đại dòng: Ki=ic/ie=(/(+1))1 - Độ khuếch đại ®iƯn ¸p: − ic.Rc