(NB) Bài giảng Điện tử cơ bản: Phần 2 cung cấp những thông tin như Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, Các mạch khuếch đại ghép tầng, Khuếch đại thuật toán và mạch ứng dụng. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung của bài giảng.
Chương MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 6.1 Giới thiệu chung Cấu trúc bản, kí hiệu đặc tính transistor giới thiệu chương chương Phân cực cho transistor trình bày chi tiết chương Chương khảo sát đáp ứng tín hiệu ac mạch khuếch đại transistor tín hiệu nhỏ Một vấn đề quan tâm q trình phân tích mạch transistor biên độ tín hiệu ngõ vào ngõ Trước tiên cần phải xác định biên độ tín hiệu vào lớn hay nhỏ để kỹ thuật áp dụng Khơng có ranh giới để phân biệt ứng dụng, biên độ thay đổi liên quan đến đặc tính linh kiện Trong chương trình bày phần phân tích biên độ tín hiệu vào nhỏ Một mơ hình thường sử dụng phân tích ac tín hiệu nhỏ mạch transistor là: mơ hình thơng số lai -h (hybrid) 6.2 Đặc trưng tầng khuếch đại Hình 6.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại Từ sơ đồ khối khuếch đại, ta có: - Tổng trở vào Zi: Tổng trở vào Zi xác định định luật Ohm có phương trình: Z i vi ii - Tổng trở Zo: Tổng trở thường xác định đầu ngõ hoàn toàn khác với tổng trở ngõ vào: tổng trở xác định đầu ngõ nhìn vào hệ thống khơng có tín hiệu ngõ vào Tổng trở xác định theo phương trình: Z v0 i0 vi - Độ lợi điện áp: Một đặc tính quan trọng mạch khuếch đại độ lợi điện áp, tỷ số điện áp ngõ ngõ vào: A V vo vi Đối với hệ thống hình 6.1, độ lợi áp tồn mạch là: A V S vo Zi AV v s Zi R s - Độ lợi dòng điện: Độ lợi dịng điện xác định phương trình: A i io ii Trang 67 Đối với hệ thống hình 6.1 dịng điện ngõ vào dịng điện ngõ xác v v định: i i i i o o Zi RL vo io v Z RL Z o i A V i Khi độ lợi dịng điện: A i vi ii vi R L RL Zi - Độ lợi công suất: A p po vo io A vAi pi vi ii - Mối quan hệ pha: Mối quan hệ pha tín hiệu vào tín hiệu dạng sin quan trọng Đối với mạch khuếch đại transistor dãi tần trung bình cho phép bỏ qua ảnh hưởng phần tử dung kháng, tín hiệu vào tín hiệu pha ngược pha 180 tùy theo đặc tính mạch 6.3 Mơ hình BJT 6.3.1 Mạng cửa Một mạng cửa tuyến tính đưa mơ hình tương đương mơ hình , T hay mơ hình h theo tham số vi phân y, z hay h Ở ta khảo sát mơ hình mạng cửa theo tham số h Xét mơ hình mạng hai cửa tuyến tính hình 6.2 Hình 6.2 Mạng hai cửa Trong - ii , vi : dòng điện điện áp ngõ vào mạng hai cửa - io , vo : dòng điện điện áp ngõ mạng hai cửa Ta có phương trình theo tham số vi phân h mạng hai cửa tuyến tính là: vi h11ii h12vo io h21ii h22vo Từ phương trình ta suy được: h11 vi h i () điện trở ngõ vào ngắn mạch ngõ ii vo h 12 vi h r ( ) hệ số truyền ngược điện áp hở mạch ngõ vào vo ii Trang 68 h 21 io h f ( ) hệ số truyền thuận dòng điện ngắn mạch ngõ ii vo h 22 io h O ( 1 ) điện dẫn ngõ hở mạch ngõ vào vo ii Từ phương trình theo hik ta vẽ mơ hình theo tham số hik hình 6.3 Hình 6.3 Mơ hình theo thơng số h mạng hai cửa tuyến tính 6.3.2 Mơ hình tương đương BJT (Xét cho mạch CE, CB, CC) Khi BJT làm việc với tín hiệu nhỏ, nghĩa sở điện áp chiều phân cực cho hai tiếp giáp JE JC (xác định điểm làm việc tĩnh Q) có thêm tín hiệu xoay chiều ngõ vào có biên độ nhỏ BJT khuếch đưa tín hiệu xoay chiều đến ngõ có biên độ lớn Ở trạng thái (trạng thái động tín hịêu nhỏ), cách gần coi BJT phần tử tuyến tính Điều hồn tồn cho phép, đường đặc tuyến Vơn-Ampe BJT chương xem đường thẳng tuyến tính vùng lân cận điểm làm việc BJT nằm vùng khuếch đại Mặc dù BJT có nhiều cách mắc khác (CE, CB, CC) tất xem mạng hai cửa.Vì thay BJT trạng thái động tín hiệu nhỏ mạng hai cửa tuyến tính Khi dùng mơ hình tương đương mạng hai cửa cho mơ hình tương đương BJT với tham số vi phân thể biến thiên nhỏ dòng hay áp BJT hoạt động, gọi tham số vi phân BJT Tùy theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn đại lượng phụ thuộc không phụ thuộc thông qua tham số để biểu diễn khả hoạt động BJT Lưu ý: Các tham số vi phân hik tham số xoay chiều, chúng biểu thị cho độ dốc (hoặc nghịch đảo độ dốc) đặc tuyến tĩnh tương ứng, chúng thay đổi theo điểm làm việc tương ứng Mạch điện hình 6.3 áp dụng linh kiện điện tử cực tuyến tính hệ thống khơng có nguồn độc lập bên Do transistor có cấu hình mạch điện tương có dạng hình 6.4 Hình 6.4 Cấu hình mạch tương đương transistor Trang 69 a Mạch CE Cấu hình mạch tương đương transistor E chung hình 6.5, thông số thêm vào chữ e để phân biệt cấu hình mạch tương đương E chung Chú ý: dòng vào ii ib , dòng io ic , điện áp vào vbe điện áp vce Mạch CE hình 6.5a mơ hình tương đương BJT mắc CE hình 6.5b Hình 6.5 a Mạch CE; b Mơ hình tương đương mạch CE Phương trình mạch CE: { vbe hie ib hre vce ic h fe ib hoevce Trong tham số vi phân CE là: hie vbe v i i ; hre be ; h fe c ; hoe c ib vce vce ib ib vce vce ib * Xác định giá trị thông số BJT đồ thị: - Xác định hie: Sử dụng thông số rik mạch tương đương vật lý hình 6.6 để xác định thông số hik: h ie rie u BE i b rb i e re rb (1 ).re .re ib ib Trong đó: re 26(mV ) I EQ (mA) Hình 6.6 Mơ hình rik Xét đường đặc tuyến ngõ vào cố định V CE VCEQ hình 6.7 Hình 6.7 Đặc tuyến ngõ vào mạch CE Trang 70 Từ hình 6.7 ta có: h ie v be v V be T i b VCEQ i b I EQ Tại nhiệt độ phòng t = 25oC: hie Đặt re 26 mV I EQ VT 26 mV , Suy ra: hie re I EQ I EQ Chú ý chữ e điện trở re chọn để nhấn mạnh dòng điện dc cực E xác định giá trị điện trở mối nối JE - Xác định hre: hre.uCE nguồn áp, thể ảnh hưởng điện áp ngõ điện áp ngõ vào, tức thể truyền đạt điện áp theo chiều ngược lại Trên thực tế, hre có giá trị bé nên nguồn áp xem có giá trị 0, bỏ qua đại lượng Xét đường đặc tuyến ngõ vào cố định I B I BQ hình 6.8 Từ hình 6.8 ta có: h re v be v be v ce I BQ v ce Hình 6.8 Đặc tuyến ngõ vào mạch CE - Xác định hfe: Xét đường đặc tuyến ngõ ra, cố định VCE VCEQ hình 6.9 Hình 6.9 Đặc tuyến ngõ mạch CE Từ hình 6.9 ta có: h fe i c i c i b VCEQ i b - Xác định hoe: Xét đường đặc tuyến ngõ ra, cố định I B I BQ hình 6.10 Trang 71 Hình 6.10 Đặc tuyến ngõ mạch CE Từ hình 6.10 ta có: h oe i c i c 0 v ce VCEQ v ce Trong cấu hình E chung giá trị thơng số hr đại lượng tương đối nhỏ, xem hr nên hr vo , kết ngắn mạch phần tử Đại lượng h oe thường có giá trị lớn nên bỏ qua so sánh với điện trở tải Kết mơ hình tương đương gần transistor cấu hình E chung hình 6.11 Hình 6.11 Mơ hình tương đương gần BJT Thông thường người ta sử dụng mơ hình gần BJT hình 6.12 Hình 6.12 Mơ hình gần BJT b Mạch CB Hình 6.13 a Mạch CB; b Mơ hình tương đương mạch CB Trang 72 Cấu hình mạch tương đương transistor B chung hình 6.13a, thơng số thêm vào chữ b để phân biệt cấu hình mạch tương đương cực B chung Chú ý: Dòng vào ii ie ;dòng i o i c ; Điện áp vào v i v eb ; điện áp v o vcb Mạch CB hình 6.13a mơ hình tương đương BJT mắc CE hình 6.13b Phương trình mạch CB: { veb hibie hrb vcb ic h fbie hobvcb Trong tham số vi phân mạch CB là: hib veb i i v ; hrb eb ; h fb c ; h ob c ie vcb vcb ie i e v cb v cb i e - Xác định thông số hib: Sử dụng thông số rik mạch tương đương vật lý hình 6.14 để xác định thơng số hie: hib rib 26 mV u EB ib rb ie re re ; re ie ie IE - Xác định thông số hrb: h rb - Xác định thông số hfb: h fb Hình 6.14 Mơ hình mạch CB i c i c i e VCBQ i b - Xác định thông số hob: h ob Sơ đồ tương đương gần BJT mắc CB hình 6.15 Hình 6.15 Mơ hình tương đương gần mạch CB Bảng chuyển đổi thông số dạng mạch CE CB BJT: h ib h ie h h oe h h re ; h rb ie h re ; h fb fe 1 ; h ob oe h fe h fe h fe h fe Trang 73 c Mạch CC Mơ hình mạch CC BJT sử dụng, nên khơng xây dựng mơ hình cho mạch CC BJT Đối với mạch CC, sử dụng mô hình BJT giống mạch EC 6.4 Mơ hình FET Tương tự BJT, để thực việc phân tích ac mạch dùng FET, cần phải xây dựng mô hình tương đương FET Có nhiều dạng mạch khuếch đại dùng FET (CS, CD CG) coi tương đương mạng hai cửa FET hoạt động với tín hiệu nhỏ hồn tồn tương đương mạng hai cửa tuyến tính Vì ta áp dụng mơ hình tương đương mạng hai cửa tuyến tính để mơ hình hóa FET hình 6.16 Hình 6.16 Mơ hình tương đương FET 6.4.1 JFET Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ JFET mắc SC hình 6.17: Hình 6.17 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ JFET mắc SC Trong đó: Độ xuyên dẫn gm định nghĩa: gm I d i V ID d g mo (1 GS ) g mo Vgs v gs VP I DSS Với g m o độ xuyên dẫn JFET VGS là: gmo I DSS VP Hình 6.18 Xác định gm đặc tuyến truyền đạt Trang 74 Vds I d Và rd điện trở máng nguồn: rd VGSQ v ds i d Hình 6.19 Xác định rd đặc tuyến ngõ Đối với JFET, mối quan hệ dòng điện ngõ điện áp ngõ vào là: V I D I DSS 1 GS VP 6.4.2 MOSFET a D_MOSFET Do phương trình truyền đạt D_MOSFET giống JFET nên thơng số tính tốn mơ hình tương tự JFET V I D I DSS 1 GS VP gm ; I d i V ID d g mo (1 GS ) g mo Vgs v gs VP I DSS b E_MOSFET I D k VGS VT gm I d i d 2k (VGS VT ) Vgs v gs Hình 6.20 Xác định gm đặc tuyến truyền đạt Trang 75 6.4.3 Các tiêu khuếch đại dùng FET Các mạch khuếch đại dùng FET có thơng số: - Tổng trở vào Zi: Tổng trở vào Zi xác định định luật Ohm có phương trình: Z i vi ii - Tổng trở Zo: Tổng trở thường xác định đầu ngõ hồn tồn khác với tổng trở Sự khác là: tổng trở xác định đầu ngõ nhìn vào hệ thống khơng có tín hiệu ngõ vào Tổng trở xác định theo phương trình: Z v0 i0 vi - Độ lợi điện áp: Một đặc tính quan trọng mạch khuếch đại độ lợi điện áp, tỷ số điện áp ngõ ngõ vào: A V vo vi Đối với hệ thống hình 6.1, độ lợi áp tồn mạch là: A vs vo Zi Av vs Zi R s Mối quan hệ pha: Mối quan hệ pha tín hiệu vào tín hiệu dạng sin quan trọng Đối với mạch khuếch đại transistor dãi tần trung bình cho phép bỏ qua ảnh hưởng phần tử dung kháng, tín hiệu vào tín hiệu pha ngược pha 180 tùy theo đặc tính mạch 6.5 Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thơng dụng dùng BJT 6.5.1 Mạch khuếch đại CE Sơ đồ mạch khuếch đại Emitter chung hình 6.21 Tác dụng linh kiện mạch: - En nguồn tín hiệu xoay chiều cần khuếch đại - Rn điện trở nguồn En; - Rt điện trở tải - C1 tụ liên lạc ngõ vào, tụ C1 có tác dụng cho tín hiệu xoay chiều qua, đồng thời ngăn thành phần tín hiệu chiều ảnh hưởng đến nguồn xoay chiều Hình 6.21 Mạch khuếch đại CE - C2 tụ liên lạc ngõ ra, tụ C2 có tác dụng cho tín hiệu xoay chiều qua tải, đồng thời ngăn thành phần tín hiệu chiều ảnh hưởng đến điện trở tải Rt Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ hình 6.22 Trang 76 Mạch khuếch đại công suất chế độ AB giống mạch khuếch đại công suất chế độ B khác hai transistor mạch khuếch đại cơng suất chế độ AB phân cực có điểm làm việc nằm vùng khuếch đại gần vùng tắt để bảo đảm tín hiệu khơng bị méo tín hiệu vào bé đồng thời đạt hiệu suất cao Trong mạch khuếch đại đẩy kéo hình 7.38, hai điện trở R1 R2 phân cực cho hai transistor Q1 Q2 nằm vùng khuếch đại, hai transistor hoạt động chế độ AB Trong mạch khuếch đại công suất đẩy kéo transistor dẫn bán kì nên phải sử dụng tầng đảo pha, để giảm bớt tầng người ta sử dụng hai transistor bổ phụ (là hai transistor có thơng số đặc tính khác loại) để thay biến áp xuất âm ngõ người ta dùng nguồn đơi (OCL) hình 7.39a, hay dùng nguồn đơn có thêm tụ xuất âm ngõ (OTL) hình 7.39b Hình 7.39 Sơ đồ mạch khuếch đại đẩy kéo a Dùng hai nguồn cung cấp (OCL); b Dùng nguồn cung cấp (OTL) - Xét mạch OCL hình 7.40: Hình 7.40 Mạch khuếch đại đẩy kéo cơng suất chế độ AB (OCL) Nguyên tắc hoạt động mạch: Ở bán kì dương tín hiệu transistor Q1 phân cực thuận Q2 bị phân cực ngược nên Q1 dẫn Q2 ngắt, xuất dòng ic1 biến thiên tải theo dòng ngõ vào làm điện áp tải biến thiên theo Tương tự vậy, bán kì âm tín hiệu transistor Q1 bị phân cực ngược Q2 phân cực thuận nên Q2 dẫn Q1 ngắt, xuất dòng ic2 biến thiên tải theo dòng ngõ vào làm điện áp tải biến thiên theo Vậy tín hiệu tải khuếch đại bán kì âm bán kì dương tín hiệu Trang 108 Để sử dụng nguồn cung cấp đơn thay cho nguồn đôi mạch OCL, người ta dùng thêm tụ xuất âm để giảm điện trở ngõ nâng cao hệ số khuếch đại dòng tải người ta sử dụng thêm transistor mắc darlington hình 7.41 Hình 7.41 Mạch OTL Trong biến trở R2 chỉnh cho tín hiệu bị méo thấp 7.8.4 Mạch khuếch đại công suất chế độ C Mạch khuếch công suất chế độ C không sử dụng mạch khuếch đại công suất âm tần mà thường sử dụng truyền thông Transistor mạch khuếch đại chế độ C có điểm làm việc nằm sâu vùng tắt hiệu suất cao mạch khuếch đại chế độ B Hình 7.42 Mạch khuếch đại chế độ C Hình 7.43 Đường tải ac mạch khuếch đại chế độ C Trang 109 Câu hỏi ôn tập Câu 7.1 Hãy xác định thông số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện mạch Biết BJT Q1 loại Silic, β1 = 50, hie1 = 1kΩ, BJT Q2 loại Silic, β2 = 40, hie2 = 700kΩ thông số mạch hình BT7.1 Hình BT7.1 Câu 7.2 Cho sơ đồ mạch điện hình BT7.2 Hãy xác định thơng số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện mạch hình BT7.2 Biết BJT Q loại Silic, β1 = 50, h = 1kΩ, BJT Q loại Silic, β2 = ie1 40, hie2 = 700kΩ, RB1 = 4kΩ, RC1 = 4kΩ, R1 = 20kΩ, R2 = 5kΩ, RC2 = 2kΩ, RL = 3kΩ, Vcc = 12V Hình BT7.2 Câu 7.3 Cho sơ đồ mạch điện hình BT7.3 Hình BT7.3 Trang 110 Biết BJT Q1 ,Q2 loại Silic, β1 = β2 = 150, RB1 = R1 = 24kΩ, RB2 = R2 = 6,2kΩ, RC1 = RC2 = 5,1kΩ, RE1 = RE2 = 1,5kΩ, VCC = 15V a Tính dịng điện điện áp phân cực tầng b Xác định thông số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ sô khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện mạch Trang 111 Chương KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ MẠCH ỨNG DỤNG 8.1 Giới thiệu chung Bộ khuếch đại thuật toán, viết tắt op-amp (Operational Amplifier) khuếch đại chiều dc có hệ số khuếch đại AVOL lớn, trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ nhỏ Op – amp chế tạo dạng mạch tích hợp Kí hiệu op-amp: có ngõ vào nhận tín hiệu V (cịn kí hiệu VB ) V_ (cịn kí hiệu V A ) ngõ ra, có độ lợi điện áp vi sai lớn hình 8.1 Hình 8.1 Kí hiệu op-amp mạch tương đương Ở chương trước ta dùng kí hiệu AD độ lợi điện áp vi sai, từ sau gọi chúng hệ số khuếch đại vịng hở kí hiệu AVOL (open loop) Ta có: vid v B v A v v Điện áp ra: vO AVOL v B v A AVOL vid hay: vid vO AVOL 8.2 Mạch khuếch đại khơng đảo Sơ đồ mạch khuếch đại có hồi tiếp hình 8.2 Hãy xác định độ lợi điện áp vịng kín tổng trở vào tổng trở mạch - Xác định độ lợi điện áp vịng kín: Để đơn giản ta kí hiệu AVOL AV A Ta tính điện áp ra: RI vO Av id vi v A A A vi vO RI RF Hay vO Av i RI 1 A RI RF Suy độ lợi điện áp vòng kín: AVCL vO vi Hình 8.2 Mạch khuếch đại có hồi tiếp âm A 1 A RI RI RF Đối với op-amp lý tưởng độ lợi vòng hở AVOL AV A (rất lớn ) hệ số khuếch đại vịng là: AVCL - Xác định tổng trở vào Z i vO RI RF R 1 F vi RI RI Vi : Ii Trang 112 Ta có sơ đồ mạch tương đương để tính tổng trở vào hình 8.3 Hình 8.3 Sơ đồ mạch tương đương để tính tổng trở Ta có: vid vi v A vi vO RI RI RF Mặc khác ta có: v id i I R id vO AVid Ai I Rid Ta có: i I Rid vi A Tổng trở vào: Z i i I RI RI Rid , suy ra: vi Rid A Rid i I RI RF RI RF vi RI R id A R id iI RI RF Trong đó: R id 2h ie 2rx r Xác định tổng trở ra: Z o vO vi theo sơ đồ tương đương hình 8.4 iO Hình 8.4 Sơ đồ mạch tương đương để tính tổng trở Để tính tổng trở ngõ vào + phải nối mass Ta có: vO iO rO Avid vid v A vO Suy ra: vO iO rO vO RI RI RF ARI => vO RI RF Vậy tổng trở là: Z o iO rO AR I 1 RI RF vO rO rO iO ARI RI RF Trang 113 8.3 Mạch khuếch đại đảo Giả định dòng điện: “đối với op-amp lý tưởng xem tổng trở vào Z i nên xem khơng có dịng điện chạy vào op-amp” v v iid id id Ri Mạch khuếch đại đảo có sơ đồ mạch hình 8.5 Hình 8.5 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo Hãy xác định độ lợi điện áp mạch Có cách để xác định: Cách 1: cách tính xác: Ta có: iI v vi v A v A vO iF , với vid vB v A v A o A RI RF Thay vào phương trình trên: vi vid vid vO RI RF Suy hệ số khuếch đại mạch là: A VCL vO AR F vi R F 1 A R I Vì hệ số khuếch đại vịng hở op-amp lý tưởng lớn nên xem v R 1 A A ARI RF nên hệ số khuếch đại là: ACL O F vi RI Cách 2: cách tính gần dùng giả định: Theo giả định dịng điện ta có: iI iF vi 0 vO RI RF Theo giả định áp ta có v B v A v v 0V => ACL vO R F vi RI 8.4 Mạch khuếch đại khơng đảo có phân áp ngõ vào Mạch khuếch đại khơng đảo có phân áp ngõ vào có sơ đồ mạch hình 8.6 Hình 8.6 Sơ đồ mạch khuếch đại khơng đảo có phân áp ngõ vào Trang 114 Hãy xác định độ lợi điện áp mạch: Ta có: vB v A v i Điện áp ra: v O v i R3 RI vO R2 R3 RI RF R3 R RF I R2 R3 RI Hệ số khuếch đại: A CL vO R3 R RF I vi R R RI Điện áp bị suy giảm cầu phân áp dùng điện trở 8.5 Mạch khuếch đại cộng đảo Mạch khuếch đại cộng đảo có tín hiệu vào có sơ đồ mạch hình 8.7 v v v Ta có: i ; i ; i ; R2 R3 R1 Dòng điện: i f i1 i2 i3 vO RF Điện áp ra: R R R vO F v1 F v F v3 R2 R3 R1 Hình 8.7 Sơ đồ mạch khuếch đại cộng đảo 8.6 Mạch khuếch đại cộng không đảo Mạch khuếch đại cộng không đảo trung bình có tín hiệu vào có sơ đồ mạch hình 8.8 Hình 8.8 Sơ đồ mạch khuếch đại cộng khơng đảo trung bình Ta có: i1 i i v1 v B v v B v v B 0 R1 R2 R3 v1 v v 1 v B R1 R R R1 R R Trang 115 v v v v v v R P Suy ra: v B R R R R R R R1 Trong đó: RP R2 R3 1 R1 R2 R3 Ta có: v A v B v O RI RI RF Suy điện áp ra: VO R RF RP R I R F v1 v v R R R P I v1 P v P v RI R2 R3 R I R1 R1 R R Nếu cho: R R R R Thì: RP R 1 R hay P R 1 1 R R R R I R F v1 v v R I Điện áp ra: v O Vậy điện áp trung bình cộng tín hiệu ngõ vào nhân với hệ số khuếch đại mạch khuếch đại khơng đảo 8.7 Mạch tích phân Sơ đồ mạch tích phân hình 8.9 Hình 8.9 Sơ đồ mạch tích phân Theo giả định ta có: v A v v 0V ; i I d( v o ) vI i C C R dt d( v o ) vI C R dt t vi dt VC 0 => vO (t ) RC 0 t Vậy: vO iC dt VC 0 C 0 Trong VC 0 : điện áp ban đầu tụ thời điểm t VO 0 VC 0 Trang 116 t Ta có: iC vi vA vA vO v v A v id O R RC A Ta có: Suy ra: => vi vi dt VC 0 nên ta có phương trình điện áp là: vO (t ) RC 0 R vi vO vi vO R A vO A 1 A R RC A RC vO , với R C 1 jC j2fC Thay vào phương trình ta được: vO A A vi 1 A Rj2fC ARj2fC Tần số cắt mạch tích phân tần số tín hiệu bị giảm -3dB tức thay A2fCR Hay: f p A 2CR a Trường hợp tín hiệu vào mạch tín hiệu dc: Khi tín hiệu vào mạch tích phân tín hiệu dc điện áp tính theo cơng thức: VO Vi t CR b Trường hợp tín hiệu vào mạch tín hiệu ac: Giả sử điện áp vào mạch tích phân có dạng vi VP sin t t Vp V sin tdt sin( t ) Điện áp ra: v O ( t ) p RC RC Tín hiệu tín hiệu vào bị lệch pha Dạng sóng tín hiệu vào tín hiệu hình 8.10: Hình 8.10 Dạng sóng tín hiệu vào tín hiệu c Trường hợp tín hiệu vào sóng vng Cho tín hiệu vào mạch tích phân tín hiệu sóng vng tín hiệu tín hiệu sóng tam giác có dạng sóng hình 8.11 Trang 117 Hình 8.11 Dạng sóng tín hiệu vào tín hiệu Giả sử điện áp vào mạch tích phân có dạng: vi Vm khoảng thời gian từ [0 -> vi Vm khoảng thời gian từ [ T ] T -> T ] Và biên độ sóng vng số nên tính tích phân ta tính cách dễ dàng, phương trình điện áp T ] vi Vm nên phương trình điện áp ra: t V v O (t) Vm dt m t RC RC Trong khoảng thời gian từ [0 -> Đây phương trình hàm dốc giảm nên dạng sóng cạnh xuống dạng sóng tam giác T Trong khoảng thời gian từ [ -> T ] vi Vm nên phương trình điện áp ra: t V v O (t) Vm dt m t RC RC Đây phương trình hàm dốc tăng nên dạng sóng cạnh lên dạng sóng tam giác Khi tín hiệu vào trạng thái vi Vm tín hiệu hàm dốc tăng tín hiệu vào chuyển sang trạng thái vi Vm tín hiệu chuyển sang hàm dốc giảm tín hiệu vào chuyển sang trạng thái v i Vm … mạch lặp lại trạng thái 8.8 Mạch vi phân Sơ đồ mạch vi phân hình 8.12 Hình 8.12 Sơ đồ mạch vi phân Theo giả định ta có: v v 0V v C v i D i i dt C Trang 118 Suy ra: ii C dvi dt vO dv nên ta có phương trình điện áp là: vO (t ) Rii RC i R dt v vO v A ; v A v id O R A Ta có: ii i R Ta có: Suy ra: vi vA RC vi vO RC A vO A R vO vO vi A R 1 A C R A 1 A Điểm cực điểm làm cho mẫu số = tương ứng với giá trị: f p j2RfC A 2RC Theo giản đồ Bode ta thấy mạch vi phân có băng thơng rộng, độ lợi mạch lớn tần số lớn làm cho mạch không ổn định dễ gây dao động, dễ bị nhiễu tác động, cần phải giới hạn băng thông mạch Để tránh vấn đề ta phải giới hạn băng thông cách gắn thêm vào mạch vi phân mạch tích phân để giới hạn tần số cao mạch vi phân hình 8.13 Hình 8.13 Mạch vi phân giới hạn tần số cao Tính hệ số khuếch đại điện áp ta dùng mạch tương đương hình 8.14 Hình 8.14 Mạch tương đương để tính hệ số khuếch đại j RD C I RD jX C j Ta có: Z I RI ; ZF RI j j jCD CD RD RD C I XC Hệ số khuếch đại mạch: Trang 119 vO R jX C Z F D j j vi Zi RD RI XC C D Hay: jRD C I jRI jRD RD RI C I C D C I C D vO jR D C D vi RD RI C D C I jR D C I jR I C D Nếu RD C I RI C D thì: vO jR DC D jR DC D vi jR DC I jR D C I 1 jRD C I 2 a Hoạt động mạch vi phân: Điện áp mạch vi phân đạo hàm điện áp vào nhân với thời RC - Đối với tín hiệu vào số biên độ điện áp 0V - Khi điện áp vào hàm bậc thang điện áp số ngược cực tính Mạch vi phân thường dùng trường hợp 2, sử dụng để đo tốc độ thay đổi điện áp vào tìm điện áp tỉ lệ với tốc độ b Trường hợp tín hiệu vào mạch tín hiệu ac: Giả sử điện áp vào mạch tích phân có dạng vi VP sin t Điện áp ra: vO (t ) RC d V p sin t dvi RC RCVp sin t dt dt 2 Dạng sóng tín hiệu vào tín hiệu hình 8.15 Tín hiệu tín hiệu vào bị lệch pha Hình 8.15 Dạng sóng tín hiệu vào tín hiệu Câu hỏi ôn tập Câu 8.1 Một op-amp làm việc mạch khuếch đại đảo có RI = RF = 1k Hãy tính độ lợi vịng kín trường hợp A = 100000 A = 10 Hình BT8.1 Trang 120 Câu 8.2 Một mạch trộn tín hiệu âm có 10 ngõ vào hình BT8.2 Điện trở ngõ vào R1 = R2 = = R10 = 1kΩ điện trở RF = 10kΩ, điện áp tất ngõ vào v1 = v2 = = v10 = 20mV, ngõ vào pha, cho AOL = 50000 Hãy xác định: a Điện áp vo b Hãy xác định độ lợi vịng kín c Tìm hệ số: A VEX A VOL A VCL _ kdao Hình BT8.2 Câu 8.3 Vo = 5Vi1 + 3Vi2 Hãy thiết kế mạch dùng op-amp lý tưởng thực phép tính: Câu 8.4 Hãy thiết kế mạch dùng op-amp lý tưởng thực phép tính: Vo = - 5Vi1 + 2Vi2 3Vi Trang 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Đặng Văn Chuyết, Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất Giáo dục, 2004 [2] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, Nhà xuất Đại học giáo dục chuyên nghiệp, 1990 [3] Đỗ Xuân Thụ, Bài tập Kỹ thuật điện tử, Nhà xuất Đại học giáo dục chuyên nghiệp, 1990 [4] Lê Phi Yến, Lưu Phú, Nguyễn Như Anh, Kỹ thuật điện tử, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM, 2005 [5] Lê Tiến Thường, Mạch điện tử 1, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM, 2004 [6] Lê Tiến Thường, Mạch điện tử 2, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM, 2004 [7] Nguyễn Thanh Trà, Thái Vĩnh Hiền, 250 tập kỹ thuật điện tử, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Trang 122 ... Q2 hình 7.15 Hình 7.15 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ tầng Q2 Trang 94 A v2 v o h fe2 i b (ro || a 22 R L ) h fe2 R L a 22 vi2 i b h ie h ie A i2 i o2 i c2 h fe2 ii2 i b2 -. .. với Hình 7 .2 Mạch khuếch đại ghép trực tiếp * Xét tầng khuếch đại Q2: ii2 ic2 B ib2 C io vi2 hie2 hfe2.ib2 1/hoe2 RC2 vo RL E Zi2 RE2 Zo Hình 7.3 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ tầng Q2 - Tổng trở... Tổng trở vào tầng 2: Zi2 v i (h ie (1 h fe2 )R E ).i b h ie (1 h fe2 )R E i b2 i b2 - Tổng trở tầng 2: Z o vo R C2 io vi - Hệ số khuếch đại điện áp tầng 2: Av h fe ( RC