(NB) Giáo trình Kỹ thuật điện tử cơ bản: Phần 2 được nối tiếp phần 1 thông tin đến các bạn những kiến thức về các mạch khuếch đại dùng Tranzito; các mạch ứng dụng dùng tranzito. Mời các bạn cùng tham khảo giáo trình để nắm chi tiết kiến thức.
que đen chân A vừa xác định, que đỏ chân cịn lại, kích chạm ngón tay vào chân A chân lại, kim lên mạnh thì que đỏ chân K BÀI : CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITO Mã : 13 -04 Giới thiệu: Một đặc điểm bật cấu tạo tranzito tính khuếch đại tín hiệu Trong trường hợp lắp mạch loại cực E chung (E-C), với tín hiệu có biên độ điện áp nhỏ đặt vào cực badơ B, ta nhận tín hiệu có biên độ điện áp lớn cực colectơ C Tuỳ theo hệ số khuếch đại tranzito, ta nhận tín hiệu lớn gấp hàng chục, chí hàng trăm lần tín hiệu ban đầu Bộ khuếch đại dùng tranzito BJT có ưu điểm so với khuếch đại dùng đèn điện tử chân khơng là: - Kích thước khuếch đại dùng tranzito BJT nhỏ, chiếm khoảng không gian khơng đáng kể tồn khối thiết bị - Bộ nguồn cung cấp cho khuếch đại BJT hoạt động có cấu tạo đơn giản tiêu hao cơng suất tranzito BJT nhỏ nung sợi đốt đèn điện tử chân không - Với tiến lĩnh vực vật lý chất rắn, tranzito BJT ngày hoạt động tần số cao khuếch đại có tính ổn định cao - Bộ khuếch đại dùng tranzito BJT chịu va chạm học, sử dụng thuận tiện dây chuyền cơng nghiệp có rung động học lớn - Tranzito BJT ngày có tuổi thọ cao nên sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử thay cho đèn điện tử chân khơng Với đặc tính trên, khuếch đại dùng tranzito BJT áp dụng rộng rãi dây chuyền công nghiệp hệ thống tự động điều khiển đời sống xã hội Nghiên cứu mạch khuếch đại nhiệm vụ quan trọng người thợ sửa chữa điện tử kiểm tra, thay linh kiện mạch điện tử thực tế Mục tiêu: - Phân biệt đầu vào tín hiệu sơ đồ mạch điện thực tế theo tiêu chuẩn mạch điện - Kiểm tra chế độ làm việc tranzito theo sơ đồ thiết kế - Thiết kế mạch khuếch đại dùng tranzito theo yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính xác, nghiêm túc học tập thực công việc Mạch khuếch đại đơn Mục tiêu: - Vẽ trình bầy nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại đơn - Trình bầy tính chất, kiểm tra thơng số đầu vào,ra mạch khuếch đại đơn 1.1 Mạch mắc theo kiểu E chung (E-C: Emitter Common) Mô tả mạch khuếch đại cực phát chung (E-C) (hình 4-1) Hình 4-1: Mạch khuếch đại E-C Sở dĩ người ta gọi tầng emitơ chung vì xét mặt xoay chiều thì tín hiệu đầu vào đầu có chung chất đất cực E tranzito Trong : Cp1, Cp2 tụ nối tầng, ngăn cách điện áp chiều tránh ảnh hưởng lẫn R1, R2, RC để xác định chế độ tĩnh tầng khuếch đại RE điện trở hồi tiếp âm dịng điện chiều có tác dụng ổn định nhiệt, CE tụ thoát thành phần xoay chiều xuống đất ngăn hồi tiếp âm xoay chiều Đặc điểm tầng khuếch đại EC tầng khuếch đại đảo pha, tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào Nguyên lý làm việc tầng EC sau: đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào xuất dòng xoay chiều cực B tranzito xuất dòng xoay chiều cực C mạch tầng Dòng gây sụt áp xoay chiều điện trở RC Điện áp qua tụ CP2 đưa đến đầu tầng tức tới Rt Có thể thực hai phương pháp phương pháp đồ thị chế độ chiều phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ Các thơng số kĩ thuật mạch: - Tổng trở ngõ vào: Ri = Vi Vbe = Ii Ib - Tổng trở ngõ ra: (4.1) Ro = Vo Vce = Io Ic (4 2) - Độ khuếch đại dòng điện: Ai = Io Ic = = Ii Ib (4 3) - Độ khuếch đại điện áp: Av = Vo Vce Rc = = - Vi Vbe Ri (4 4) Mạch có số tính chất sau: Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C Tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha (đảo pha) Hệ số khuếch đại dòng điện 1và khuếch đại điện áp < Tổng trở ngõ vào khoảng vài trăm Ohm đến vài K Tổng trở ngõ khoảng vài k đến hàng trăm k Mạch tương đương kiểu E-C: (hình 4-2) Hình 4-2: Mạch tương đương kiểu E-C Các tham số mạch EC tính gần sau: + Điện trở vào tầng: Rv = R1 // R2 // rv rV= rB + (1+β).rE + Hệ số khuếch đại dòng điện: Ki Rt / / RC Rt (4 5) (4 6) Như tầng EC có hệ số khuếch đại dòng tương đối lớn, R C>> Rt thì gần hệ số khuếch đại β tranzito R / /R t C +Hệ số khuếch đại điện áp: Ku R R n V (4 7) (dấu trừ thể đảo Pha) Pr + Hệ số khuếch đại công suất : KP = Ku Ki = P ; v (4 8) KP lớn khoảng từ (0,2 ÷ 5).103 lần + Điện trở tầng: Rr= RC // rC ; Vì rC(E) >> RC nên Rr = RC (4 9) Tầng EC có hệ số khuếch đại điện áp dòng điện lớn nên thường sử dụng nhiều 1.2 Mạch mắc theo kiểu cực gốc chung (BC: Base common) Mô tả mạch khuếch đại theo kiểu B-C (hình 4-3) Hình 4-3 Mạch khuếch đại theo kiểu B-C Các thông số kĩ thuật mạch: - Tổng trở ngõ vào: Vi Vbe = Ii Ie Ri = (4 10) - Tổng trở ngõ ra: Vo Vcb = Vi Ic Ro = (4 11) - Độ khuếch đại dòng điện: Ai= Io Ic = = 1 Ii Ib (4 12) - Độ khuếch đại điện áp: Av = Vo Vcb = = Vi Vbe (4 13) Mạch có số tính chất sau: Tín hiệu đưa vào cực E lấy cực C Tín hiệu ngõ vào ngõ đồng pha Hệ số khuếch đại dòng điện , hệ số khuếch đại điện áp Tổng trở ngõ vào nhỏ từ vài chục đến vài trăm Tổng trở lớn từ vài chục k đến hàng M Mạch tương đương mạch kiểu B-C (hình 4-4) Hình 4-4: Mạch mắc theo kiều B chung (BC) + Điện trở vào: RV RE / / rE (1 )rB (4 14) Điện trở vào tầng xác định chủ yếu điện trở r E vào khoảng 10÷50)Ω.Điệntrở vào nhỏ nhược điểm tầng BC vì tầng tải lớn nguồn tín hiêụ vào + Hệ số khuếch đại dòng tầng: Ki Rt / / RC Rt (4 15) R / /R t C + Hệ số khuếch đại điện áp: Ku R R n V (4 16) + Điện trở tầng: Rr RC / / rC �RC (4 17) Cần ý đặc tuyến tĩnh tranzito mắc BC có độ tuyến tính lớn nên tranzito dùng với điện áp cực C lớn sơ đồ EC Chính vì tầng khuếch đại BC dùng cần có điện áp đầu lớn 1.3 Mạch mắc theo kiều C-C (Collector Common) Mô tả mạch điện theo kỉêu cực góp chung (C-C) (hình 4-5) Hình 4-5 Mạch mắc theo kiều C chung (CC) Điện trở RE sơ đồ đóng vai trị R C mạch EC, nghĩa tạo nên điện áp biến đổi đầu Tụ C có nhiệm vụ đưa tín hiệu tải Rt Điện trở R1, R2 phân áp cấp điện chiều cho cực B, xác định chế độ tĩnh tầng Để tăng điện trở vào thường người ta không mắc điện trở R2 Tính tốn chế độ chiều tương tự tính tốn tầng EC Để khảo sát tham số tầng theo dòng xoay chiều, cần chuyển sang sơ đồ tương đương xoay chiều Các thông số kĩ thuật mạch: - Tổng trở ngõ vào: Vi Vb = Ii Ib Ri= (4.18) - Tổng trở ngõ ra: Ro Vo Ve Io Ie (4.19) - Độ khuếch đại dòng điện: Ai Io Ie Ii Ib (4.20) - Độ khuếch đại điện áp: Av Vo Ve 1 Vi Vb Mạch có số tính chất sau: Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực E Tín hiệu ngõ vào ngõ đồng pha Hệ số khuếch đại dòng điện , hệ số khuếch đại điện áp (4.21) Tổng trở ngõ vào từ vài k đến vài chục k Tổng trở ngõ nhỏ từ vài chục đến vài trăm Mạch tương đương mạch kiểu C-C: (hình 4-6) Hình 4-6 Mạch tương đương mạch kiểu C-C + Điện trở vào tầng : RV �R1 / / R2 / /(1 ).( RE / / Rt ) (4.22) Nếu chọn phân áp đầu vào R1, R2 lớn thì điện trở vào lớn Tuy nhiên khơng thể bỏ qua điện trở rC(E) mắc song song với mạch vào, nên điện trở vào phải tính: RV �R1 / / R2 / / (1 ).( RE / / Rt ) / / rE Điện trở vào lớn ưu điểm quan trọng tầng C chung, dùng làm tầng phối hợp với nguồn tín hiệu có điện trở lớn + Hệ số khuếch đại dòng điện: K i (1 ) + Hệ số khuếch đại điện áp: K i (1 ) Rv RE / / Rt rv Rt RE / / Rt Rn RV (4.23) (4.24) Khi RV >> Rn gần RE �(1 )( RE Rt ) thì Ku≈ Như tầng khuếch đại C chung để khuếch đại công suất tín hiệu giữ nguyên trị số điện áp Vì Ku = nên hệ số khuếch đại Kp xấp xỉ Ki trị số + Điện trở tầng: Rr RE (rE rB Rn / / R1 / / R2 ) 1 (4.25) Điện trở tầng nhỏ cỡ (1÷50)Ω Nó dùng để phối hợp mạch tầng khuếch đại với tải có điện trở nhỏ, tầng C chung dùng làm tầng khuếch đại có vai trị tầng khuếch đại cơng suất đơn chế độ A khơng có biến áp 2.Mạch khuếch đại phức hợp Mục tiêu: - Vẽ trình bầy nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại phức hợp - Trình bầy tính chất, kiểm tra thông số đầu vào,ra mạch khuếch đại phức hợp 2.1 Mạch khuếch đại Cascode: Đặc điểm mạch dùng tầng khuếch đại mắc nối tiếp (hình 4-7) Tầng thứ hai mắc theo kiểu BC để tăng tần số cắt, giảm nhiễu tạp, giảm thấp hiệu ứng Miller tần số cao Tầng thứ theo kiểu EC, làm việc điện áp thấp, hệ số khuếch đại điện áp nhỏ để giảm hiệu ứng miller tụ tần số cao Song hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch lại lớn (khoảng vài trăm lần) - Vcc R2 R1 Q2 Q1 R5 C1 + R3 R4 + Vi C2 R6 Vo Hình 4-7: Mạch khuếch đại cascode Mạch thường dùng để khuếch đại điện áp tín hiệu mạch có tín hiệu tổng trở vào nhỏ Như ngõ vào mạch khuếch đại cao tần thiết bị thu vô tuyến Trong thực tế mạch thường dùng Tranzito loại NPN để có nguồn cung cấp dương, tiện cho việc thiết kế mạch hình 4-7 +Vcc R1 R4 C4 + C1 Q1 + R2 Vo C2 + R3 C3 + Vi Vo Q2 R5 Hình 4-8: Mạch khuếch đại cascode dùng nguồn dương Trong mạch: - R1, R2, R3: Cầu điện trở phân cực cho Q1, Q2 - C1: Thoát mass xoay chiều cho cực B Q1 Tăng hệ số khuếch đại tín hiệu điện áp - R4: Điện trở tải lấy tín hiệu mạch - R5: Điện trở ổn định nhiệt cho mạch - C3: Thoát mass xoay chiều nâng cao hệ số khuếch đại tín hiệu - C2, C4: Tụ liện lạc tín hiệu vào mạch Trong thiết kế tuỳ vào tần số tín hiệu qua mạch mà người ta chọn gía trị tụ cho phù hợp Nguyên lí hoạt động mạch trình bày đơn giản sau: Khi có tín hiệu ngõ vào qua tụ liên lạc C đặt vào cực B Q2, khuếch đại lấy cực C (Mạch đựơc coi mắc theo kiểu EC, có hệ số khuếch đại dòng điện điện áp lớn 1) Lúc tín hiệu đảo pha đưa vào chân E Q1, (Mạch coi mắc theo kiểu BC dùng khuếch đại điện áp) lấy chân C Q1 lấy tụ C4 Tín hiệu giữ nguyên pha từ Q2 Như tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào 2.2 Mạch khuếch đại Darlington Mạch khuếch đại Darlington dạng trình bày (hình 4-9) Đặc điểm mạch là: Điện trở vào lớn, điện trở nhỏ, hệ số khuếch đại dòng lớn, hệ số khuếch đại điện áp 1trên tảI Êmitơ chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến xả hết điện, điện áp cực B tăng lên hình thành chu kỳ dẫn điện Hình thành xung tín hiệu ngõ Điểm quan trọng cần ghi nhớ đường vòng hồi tiếp phải thoả mãn điều kiện pha tín hiệu ngõ qua mạch di pha phải lệch góc 1800, khơng thoả mãn điều kiện thì mạch khơng thể dao động được, dạng tín hiệu ngõ bị biến dạng không đối xứng Mạch thường dùng để tạo xung có tần số điều chỉnh mạch dao động dọc kỹ thuật truyền hình, mạch làm việc ổn định nguồn cung cấp không ổn định độ ẩm môi trường thay đổi nên sử dụng điện tử công nghiệp thiết bị cần độ ổn định cao tần số 1.3 Mạch dao động hình sin Dao động hình sin có ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử, chúng cung cấp nguồn tín hiệu cho mạch điện tử trình làm việc Có nhiều kiểu dao động hình sin khác tất phải chứa hai thành phần sau: - Bộ xác định tần số: Nó mạch cộng hưởng L-C hay mạch R-C Mạch cộng hưởng kết hợp điện cảm tụ điện, tần số mạch dao động tần số cộng hưởng riêng mạch L-C Mạch R-C không cộng hưởng tự nhiên dịch pha mạch sử dụng để xác định tần số mạch dao động - Bộ trì: có nhiệm vụ cung cấp lượng bổ xung đến cộng hưởng để trì dao động Bộ phận thân phải có nguồn cung cấp Vdc, thường linh kiện tích cực tranzito dẫn xung điện đặn đến mạch cộng hưởng để bổ xung lượng, phải đảm bảo độ dịch pha độ lợi vừa đủ để bù cho suy giảm lượng mạch 1.3.1 Mạch dao động L-C: a Mạch dao động ba điểm điện cảm (Hartley) (hinh 5-15) +V T: Biến áp dao động Rb Vo: ngâ C1 C2 Q Hình 5-15 Mạch dao động hình sin ba điểm điện cảm Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C, với cuộn dây có điểm giữa, cuộn dây tụ C1 tạo thành khung cộng hưởng định tần số dao động mạch tụ C2 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito để trì dao động Mạch phân cực điện trở Rb Tín hiệu hồi tiếp lấy nhánh cuộn cảm nên gọi mạch dao động ba điểm điện cảm (hertlay) b Mạch dao động ba điểm điện dung(Colpitts) (hinh 5-16) +V Rc T: Biến áp dao động C1 C3 Rb1 Vo: Ngâ C2 Q Rb2 Hình 5-16 Mạch dao động ba điểm điện dung Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C với cuộn dây điểm giữa, khung cộng hưởng gồm cuộn dây mắc song song với hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp nhau, tụ C3 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito Q để trì dao động, mạch phân cực cầu chia Rb1 Rb2 Tín hiệu ngõ lấy cuộn thứ cấp biến áp dao động thực tế để điều chỉnh tần số dao động mạch người ta điều chỉnh phạm vi hẹp cách thay đổi điện áp phân cực B Tranzito điều chỉnh phạm vi lớn cách thay đổi hệ số tự cảm cuộn dây lõi chỉnh đặt cuộn dây thay cho lõi cố định 1.3.2 Mạch dao động thạch anh (hình 5-17) Thạch anh gọi gốm áp điện, chúng có tần số cộng hưởng tự nhiên phụ thuộc vào kích thước hình dạng phần tử gốm dùng làm linh kiện nên chúng có hệ số phẩm chất cao, độ rộng băng tần hẹp, nhờ độ xác mạch cao Dao động thạch anh ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử có độ xác cao mặt tần số tạo nguồn sóng mang thiết bị phát, xung đồng hồ hệ thống vi xử lí +V Rb Rc C1 Q C2 Re X Vo: ngâ Hình 5-17 Mạch dao động dùng thạch anh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: Q: tranzito dao động Rc: Điện trở tải lấy tín hiệu ngõ Re: Điện trở ổn định nhiệt lấy tín hiệu hồi tiếp C1, C2: Cầu chia dùng tụ để lấy tín hiệu hồi tiếp cực B Rb: Điện trở phân cực B cho tranzito Q X: thạch anh dao động +V: Nguồn cung cấp cho mạch Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn điện áp phân cực B cho tranzito Q đồng thời nạp điện cho thạch anh hai tụ C1 C2 Làm cho điện áp cực B giảm thấp, đến mạch nạp đầy điện áp cực B tăng cao qua vòng hồi tiếp dương C1, C2 điện áp cực B tiếp tục tăng đến Tranzito dẫn điện báo hoà mạch bắt đầu xả điện qua tiếp giáp BE tranzito làm cho điện áp cực B tranzito giảm đến mạch xả hết điện bắt đầu lại chu kỳ tín hiệu Tần số mạch xác định tần số thạch anh, dạng tín hiệu ngõ có dạng hình sin để tạo tín hiệu có dạng xung số cho mạch điều khiển tín hiệu xung đưa đến mạch dao động đa hài lưỡng ổn (FF) để sửa dạng tín hiệu Mạch xén Mục tiêu: - Vẽ trình bầy nguyên lý hoạt động mạch xén dùng tranzitor - Trình bầy ứng dụng mạch xén Mạch xén cịn gọi mạch cắt tín hiệu nhằm mục đích sửa dạng, giới hạn mức biên độ tín hiệu nên dùng phổ biến mạch điều khiển xử lí tín hiệu điều khiển Mạch xén dùng Điot tranzito tuỳ theo nhu cầu mạch điện mà xén trên, xén dưới, xén hai mức độc lập Trong giới thiệu mạch xén dùng tranzito Mức xén xác lập dựa chế độ phân cực Tranzito (hình 5-18) vùng bão hoà Ic vùng khuếch đại Q Ib Ic vùng ngưng dẫn Vcc Vc Uce Hình 5-18 Đặc tuyến làm việc tranzito Do tính chất làm việc tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào mạch nằm mức phân cực làm việc thì tranzito khơng dẫn nên tín hiệu bị xén, ngược lại tín hiệu ngõ vào vượt qua mức ngưỡng thì tranzito bị dẫn bão hoà tín hiệu bị xén Lợi dụng tính chất mầ người ta thiết kế nên mạch xén dùng trazitor, gồm mạch xén trên, mạch xén xén hai mức độc lập 2.1 Mạch xén trên, xén Mạch có cơng dụng cắt bỏ phần hay phần tín hiệu ngõ vào thường dùng để tách lấy tín hiệu riêng tín hiệu chung nhiều thành phần tín hiệu khác điều chế dạng biên độ dùng để sửa dạng tín hiệu, dạng mạch Tranzito phân cực tĩnh chế độ AB,B, C, D nằm nghiêng sang vùng ngưng dẫn, tuỳ vào mức tín hiệu cần xén (hình 5-19) Là mạch dùng để tách tín hiệu đồng tín hiệu hình hỗn hợp kỹ thuật truyền hình có ngõ vào pha dương, mạch xén trường hợp mạch xén mức (cắt bỏ phần tín hiệu) +V V Vc Rc C1 C2 t Vi Q Rb Vo t Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5-19 Mạch xén mức Hoạt động mạch sau: Tranzito phân cực tĩnh nằm sâu ngưng dẫn (Chế độ C) nhờ điện trở Rb phân cực B cho tranzito xuống mass Vbe =0v, Tranzito ngưng dẫn điện áp cực C = Vcc Khi có tín hiệu có pha dương ngõ vào làm cho điện áp B tăng dần lên chưa đủ lớn làm cho tranzito dẫn điện đến đạt giá trị đủ lớn tranzito chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, nhanh chóng rơi vào vùng khuếch đại, khoảng biên độ tín hiệu cịn lại khuếch đại lấy cực C.trong trường hợp tín hiệu ngõ vào có pha âm thì mạch điện có cấu trúc ngược lại (hình 5-20) +V V V Rb Q C2 C1 t Vi Rc t Vo Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5-20 Mạch xén mức Ngoài dạng mạch xén trình bày cịn số dạng mạch khác dùng để tách sóng tạo xung kích thích tầng điều khiển - Ngõ vào tín hiệu điều biên có tần số cao - Tín hiệu có hai bán kỳ dương âm - Được dùng mạch tách sóng biên độ Radio - Ngõ tín hiệu điều biên có tần số thấp - Tín hiệu cịn lại bán kỳ dương chu kỳ tín hiệu +V Rb1 Q Rb2 C1 Re Vo: ngâ Hình 5-21 Mạch xén mức không Trên sơ đồ mạch điện (hình 5-21), tiếp giáp BE tranzito đóng vai trị điot tách sóng cắt bỏ phần âm tín hiệu (xén dưới) mức khơng volt, đồng thời đóng vai trị mạch khuếch đại dịng điện tín hiệu ngõ lấy cực E (mạch mắc theo kiểu C-C) 2.2 Mạch xén hai mức độc lập mạch xén tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà người ta chọn xén hai mức cân xứng hay hai mức không cân xứng Một vấn đề quan trọng mạch xén dùng Tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào phải cao để đảm bảo cho vùng tín hiệu bị xén nằm vùng ngưng dẫn vùng bão hồ tranzito, tín hiệu lấy nằm vùng khuếch đại trường hợp xén hai mức độc lập cân xứng thì tranzito phân cực chế độ khuếch đại hạng A, xén hai mức độc lập không cân xứng thì tuỳ vào yêu cầu mà người ta chọn Tranzito loại PNP hay NPN phân cực chế độ AB để tăng tuổi thọ làm việc tranzito - Mạch xén cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại A - Tín hiệu ngõ bị xén lẫn cân xứng +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Vo: Ngâ Rb2 Hình 5-22 Mạch xén hai mức độc lập cân xứng +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Rb2 Vo: Ngâ - Mạch xén không cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại AB Tín hiệu ngõ bị xén lẫn không cân xứng Hình 5-23 Mạch xén hai mức độc lập không cân xứng Trên hình vẽ hai mạch xén hai mức độc lập đối xứng không đối xứng không khác khác chế độ phân cực để thay đổi mức tín hiệu ngõ Mạch ổn áp Mục tiêu: - Vẽ trình bầy nguyên lý hoạt động mạch ổn áp - Láp ráp mạch ổn áp đạt thông số kỹ thuật 3.1 Khái niệm Định nghĩa: ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ nguồn cung cấp ban đầu Phân loại: tuỳ theo nhu cầu điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều ổn áp chiêu Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước đưa vào mạng cục hay thiết bị điện Ngày với tốc độ phát triển kỹ thuật người ta có loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử, ổn áp dùng linh kiện điện tử Ổn áp chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên thiết bị, mạch điện thiết bị theo khu vực, mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định mạch điện Người ta chia mạch ổn áp chiều thành hai nhóm lớn ổn áp tuyến tính ổn áp khơng tuyến tính (cịn gọi ổn áp xung) việc thiết kế mạch điện đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng Điot zêne, ổn áp dùng tranzito, ổn áp dùng IC Trong mạch ổn áp dùng tranzito thơng dụng việc cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho thiết bị mạch điện có cơng suất tiêu thụ thấp 3.2 Mạch ổn ấp tuyến tính dùng tranzito 3.2.1.Mạch ổn áp tham số Mạch lợi dụng tính ổn áp diot zêne điện áp phân cực thuận tranzito để thiết lập mạch ổn áp (hình 5-24) Q Tranzito ổn áp Rb + ZENER + Vi:Đ iện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Đ iện áp ngõ tụ lọc ổn định Hinh 5-24 Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN Q: Tranzito ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho tranzito điot zêne Ở mạch cực B tranzito giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne điện áp ngõ điện áp điện áp zêne điện áp phân cực thuận tranzito Vo Vz Vbe Vz: Điện áp zêne Vbe: Điện áp phân cực thuận Tranzito (0,5 – 0,8v) Điện áp cung cấp cho mạch lấy cực E tranzito, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch thiết kế có dịng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, mạch điện có dịng cung cấp lớn thường song song với mạch mắc thêm điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm (hình 5-25) gọi trở gánh dòng Việc chọn tranzito chọn tương thích với dịng tiêu thụ mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải ổn định Rc Q Tranzito ỉn ¸p Rb + ZENER + Vi:Đ iện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Đ iện áp ngõ tụ lọc ổn định Hinh 5-25: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN có điện trở gánh dòng Dòng điện cấp cho mạch dòng cực C tranzito nên dòng tải thay đổi dòng cực C thay đổi theo làm dịng cực B khơng thay đổi, nên điện áp không thay đổi (trên thực tế thay đổi khơng đáng kể) dịng tải thay đổi làm cho tải làm việc không ổn định 3.2.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh (hình 5-26) Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ nên cò gọi ổn áp có hồi tiếp Rc Tranzito ỉn ¸p Q1 R4 Q2 R5 R1 + Vi:Đ iện áp ngõ vào Q3 Vr + R2 Vo: Đ iện áp ngõ R3 C1 ZENER C2 Tơ läc ngâ R6 tơ läc ỉn ®Þnh Hình 5-26: Mạch ổn áp có điều chỉnh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: + Q1: Tranzito ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp chiều + Q3: So sánh điện áp gọi dò sai + Rc: Trở gánh dòng + R1, R2: Phân cực cho Q2 + R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3 + R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q gọi tham chiếu + R5, R6, Vr: cầu chia phân cực cho B Q3 gọi lấy mẫu + C1: Chống đột biến điện áp + C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp chiều từ mạch *Hoạt động mạch chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn cấp điện cho mạch thực gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ trình cấp điện từ nguồn đến cực C Q1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai tranzito Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dòng qua Q1 với dòng qua điện trở R c gánh dòng cấp nguồn cho tải Trong mạch có dịng cung cấp thấp thì khơng cần điện trở gánh dịng Rc Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ phần quay trở Q3 qua cầu chia R5, R6, Vr đặt vào cực B điện áp chân E giữ cố định nên điện áp cực C thay đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch Điện áp ngõ điều chỉnh khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr Hoạt động Q mạch giống điện trở biến đổi để ổn áp Mạch ổn áp có dịng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn lên đến vài Amp điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt *Ưu nhược điểm: Mạch có ưu điểm dễ thiết kế, dễ kiểm tra, sửa chữa nhiên mạch có nhiều nhược điểm cụ thể mạch kếm ổn định nguồn thay đổi, sụt áp nguồn tương đối lớn nên tổn thất công suất nguồn cao mạch có cơng suất lớn cần phải có thêm tản nhiệt nên cồng kềnh Khơng cách li nguồn ngồi nên Q1 bị thủng gây tượng áp mạch gây hư hỏng mạch điện, độ ổn định khơng cao 3.3 Mạch ổn áp khơng tuyến tính Mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhược điểm khó thiết kế có nhiều ưu điểm như: có độ ổn định cao nguồn thay đổi, tổn thất công suất thấp, không gây hư hỏng cho mạch điện ổn áp bị đánh thủng thiết kế mức điện áp,và dòng điện theo ý muốn Trong thực tế mạch ổn áp không tuyến tính có nhiều dạng mạch khác nhau, mạch dùng tranzito IC thơng dụng Chủ yếu ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Mạch điện điển hình dùng tranzito có dạng mạch đơn giản (hình 5.27) C1 R1 D3 C4 T C6 C7 Vo: ngâ Q C3 + R2 C2 D2 + D1 D4 R3 R4 C5 +V Hình 5-27 Mạch ổn áp ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Trong mạch Tranzito Q đóng vai trị phần tử dao động đồng thời phần tử ổn áp, T biến áp dao động nghẹt đồng thời biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điên thiết bị C1, R1 giữ vai trò mạch hồi tiếp xung để trì dao động R4 làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống áp bảo vệ tranzito Các linh kiện D1, R2, C3, C2 Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp D2 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi tham chiếu Hoạt động mạch tương tự mạch ổn áp có điều chỉnh gồm có hai giai đoạn Giai đoạn tạo nguồn: Được thực sau: Điện áp chiều từ nguồn tiếp tế đến cực C Q qua cuộn sơ cấp biến áp T, phần đưa đến cực B tranzito qua điện trở phân cực R làm cho tranzito chuyển trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến áp T, dòng điện biến thiên cảm ứng lên cuộn thứ cấp hình thành xung hòi tiếp cực B Tranzito Q để trì dao động gọi dao động nghẹt Xung dao động nghẹt lấy cuộn thứ cấp khác nắn điôt D lọc tụ C7 hình nguồn chiều thứ cấp cung cấp điện áp cho mạch điện lúc điện áp ngõ chưa ổn định Giai đoạn ổn áp: Được thực nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp chiều có giá trị âm nhờ D 1, C3 đặt vào cực B tranzito Q qua Diot zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực tranzito Q để ổn định điện áp ngõ Giữ điện áp ngõ ổn định Để hiểu rõ nguyên tắc ổn định điện áp mạch, giả thuyết điện áp ngõ tăng đồng thời làm cho điện áp âm hình thành từ D C3 tăng làm cho điện áp anôt zener D2 tăng kéo theo điện áp catôt giảm làm giảm dòng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ giảm bù lại tăng ban đầu giữ mức ổn định Hoạt động mạch sảy ngược lại điện áp ngõ giảm làm cho điện áp âm Anod D2 giảm làm cho điện áp catôt tăng nên tăng phân cực B cho tranzito Q Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ bù lại giảm ban đầu điện áp ổn định Mạch điện Hình 5.27 dùng cung cấp nguồn cho mạch điện có dịng tiêu thụ nhỏ biến động điện áp ngõ vào thấp Trong mạch cần có dịng tiêu thụ lớn, tầm dị sai rộng thì cấu trúc mạch điện phức tạp hơn, dùng nhiều linh kiện hơn, kể tranzito, thành phần hệ thống ổn áp hoàn chỉnh đầy đủ có: ổn áp, dị sai, tham chiếu, lấy mẫu bảo vệ hệ thống nguồn cần độ an toàn cao CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp với câu gợi ý đây? 1.1 Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp: a) Mạch dao động đa hài không ổn b) Trong mạch dao động đa hài khơng ổn dùng hai tranzito có thông số loại, linh kiện định tần số dao động c) Trong mạch dao động đa hài không ổn, nguyên nhân tạo cho mạch dao động d) Ngoài linh kiện R C đưa vào mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito hoặc, người ta cịn dùng để tạo tần số dao động ổn định xác e) Mạch xén gọi mạch f) Mức xén dùng tranzito xác lập dựa g) Ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ 1.2.Trả lời nhanh câu hỏi đây: a) Muốn thay đổi tần số mạch dao động đa hài nên thực cách ? b) Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi độ rộng xung, cần thực cách nào? c) Muốn cho tranzito dẫn trước cấp nguồn, cần thực cách nào? d) Với nguồn cung cấp 12V tần số 1kHz dòng điện tải IC = 10mA dùng tranzito C1815 (=100) chọn linh kiện RC cho mạch e) Hãy cho biết nguyên nhân vì mạch dao động tạo dao động được, điện áp phân cực hai tranzito hoàn toàn giống Câu Hãy lựa chọn phương án mà học viên cho câu gợi ý tô đen vào ô vuông thích hợp TT Nội dung câu hỏi Sơ đồ mạch dao động đa hài đơn ổn dùng tranzito khác mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito yếu tố sau: a b c d □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ a.Các linh kiện mạch mắc không đối xứng a Trị số linh kiện mạch không đối xứng b Cách cung cấp nguồn d.Tất yếu tố Xét mặt nguyên lí xác định trạng thái dẫn hay khơng dẫn tranzito cách: a Nhìn cách phân cực mạch b Đo điện áp phân cực c Xác định ngõ vào mạch d.Tất yếu tố Thời gian phân cách là: a Thời gian hai xung liên tục ngõ mạch b Thời gian hai xung kích thích vào mạch c.Thời gian xuất xung d Thời gian tồn xung kích thích Độ rộng xung là: a Thời gian xuất xung ngõ b Thời gian xung kích thích c Thời gian hồi phục trạng thái xung d Thời gian hai xung xuất ngõ Thời gian hồi phục là: a Thời gian từ xuất xung đến trở trạng thái ban đầu □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ b Thời gian tồn xung c Thời gian mạch trạng thái ổn định d Thời gian từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu Mạch đa hài đơn ổn dùng nguồn có ưu điểm a Dễ thiết kế mạch b Có cơng suất tiêu thụ thấp c Có nguồn cung cấp thấp d Tất Mạch đa hài đơn ổn có tụ gia tốc có ưu điểm: a Có độ rộng xung nhỏ b Có biên độ lớn c Có thời gian chuyển trạng thái nhanh d Có thời gian hồi phục ngắn Bài tập Hãy làm tập theo số liệu cho Cho mạch điện có Re = 4,7K, Rb = 47K, C=0,01F Dùng tranzito C1815 (=100) với nguồn cung cấp 12V Hãy cho biết: a) Độ rộng xung mạch b) Tần số mạch TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 ... +Vcc Rc2 Rc1 Vi1 Vc1 Vc2 Q1 Q2 Rb1 Vi2 Rb2 Re -Vcc Hì nh 4. 12: Mạ ch khuếch đ i vi sai ë chÕ® é mét chiỊu + Nguồn Vcc = 12v + Q1, Q2: C1815 + Rc1=Rc2 = 10KΩ + Re = 1KΩ + Rb1= RB2 = 22 0KΩ - Thực... điện áp cực B giảm thấp Q1 ngưng dẫn điện áp cực C Q1 (Vc1) tăng cao qua điện trở RB2 điện áp cực B Q2 tăng cao tranzito Q2 dẫn bão hòa điện áp cực C Q2 (Vc2) giảm thấp v qua điện trở RB1 điện. .. (hình 5-3 ) - Khi cấp nguồn cho mạch: Vcc cấp dòng qua điện trở Rb2 làm cho điện áp cực B Q2 tăng cao 0,6V dẫn điện bão hòa điện áp cực C Q 0V Đồng thời điện trở R b nhận điện áp âm -VB đặt