250 Bài tập kỹ thuật điện tử

(Cổng AND lôgic âm). Xác định giá trị điện áp ra u„... Vẽ dạng điện áp ra trên tải R, và dòng điện Ir... Cho mạch điện dùng điốt Zener như hình 1-77.. - Xác định điện áp trên Rj... - X[r]

NGUYỄN THANH TRÀ - THÁI VĨNH HIỂN

250 BÀI TẬP

Chưởng 1 ĐIỐT 1.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Hiệu ứng chỉnh lưu điốt bán dẫn tính dẫn điện khơng đối xứng. Khi điốt phân cực thuận, điện trở tiếp giáp thường bé Khi điốt được phân cực ngược điện trở tiếp giáp thưcmg lớn Khi điện áp ngược đặt vào đủ lớn điốt bị đánh thủng tính chỉnh lưu Trên thực tế tồn tại hai phưofng thức đánh thủng điốt bán dẫn Phưcíng thức thứ nhất gọi đánh thủng tạm thời (zener) Phương thức thứ hai gọi đánh thủng về nhiệt hay đánh thủng thác lũ Người ta sử dụng phương thức đánh thủng tạm thời để làm điốt ổn áp.

Phương trình xác định dịng điện Id chảy qua điốt viết sau:

~^DS enu (1-1)

ở đây: - = — , nhiệt;

q

- k = 1,38.10"^^ — , số Boltzman; K

- q = 1,6.10 '’c , điện tích electron; - n = đối vói Ge n = Si; - T nhiệt độ mơi trường tính theo độ K.

Từ phương trình (1-1) người ta xây dựng đặc tuyến Volt-Ampe = f(Uj3) cho điốt dùng đé iính tốn thơng số có liên quan đối với các mạch điện dùng điốt.

úhg dụng quan trọng điốt là:

b) Hạn chế biên độ điện áp giá trị ngưỡng cho trước.

c) Ổn định giá trị điện áp chiều ngưỡng xác lập Uz nhờ đánh thủng tạm thời (zener).

Mơ hình gần để mô tả điốt mạch điện xem như: a) Là nguồn điện áp lý tưởng có nội trở khơng điốt chuyển từ trạng thái khố sang mở mức điện áp U^K = Up.

b) Là nguồn dịng lý tưởng có nội trở lớn điốt chuyển từ trạng thái mở sang khoá mức điện áp = oV

c) chế độ xoay chiều tần số tín hiệu đủ thấp, điốt tưcmg đương như điện trở xoay chiều xác định theo biểu thức (1-2) :

(1-2)

Còn khi' tần số tín hiệu đủ cao, cần ý tới giá trị điện dung ký sinh của điốt Cd, mắc song song với điện trở xoay chiều r^.

1.2 BÀJ TẬP CÓ LỜI GIẢI

Bài tập 1-1 Xác định giá trị nhiệt (U-r) điốt bán dẫn điều kiện nhiệt độ môi trường 20°c.

Bài giải

Từ biểu thức dùng để xác định nhiệt

u , = i ĩ q

Trong đó:

- k = 1,38.10'^^ — , số Boltzman; K

- q = , điện tích electron; - T nhiệt độ mơi trường tính theo độ K.

Tĩiay đại lượng tưcíng ứng vào biểu thức ta có: U, = ^ = ^ M , n V

Bài tập 1-2 Xác định điện trở chiều Rj3 điốt chỉnh lưu với đặc tuyến V-A cho hình 1-1 giá trị dòng điện điện áp sau:

= 2mA Uo = -10V.

Bài giải

a) Trên đặc tuyến V-A điốt cho tại Iß = 2mA ta có:

Ud = 0,5V nên: K = — =

u 0,5 Id 2.10-3

= 250Q b) Tương tự Uq = -lOV Ta có Id = l|iA nên;

10

R„

Hinh 1-1

= 10MQ.

tập 1-3 Xác định điện trở xoay chiều của điốt chỉnh lưu với đặc tuyến V-A cho hình 1-2.

a) Với Id = 2mA b) Với Id = 25mA.

Bài giải

a) Với Ij) = 2mA, kẻ tiếp tuyến điểm cắt với đặc tuyến V-A hình 1-2 'a có giá trị Ij3 Up tương ứng để xác định AUß AIp sau:

ỉ„ = 4niA; U^ = 0,76V

ẩ In(mA) Ip = OrnA; ưp = 0,65V

AIp = m A - OmA = 4m A A Ud = , V - , V = ,1 V

Vậy:

" AI„ 4.10-’

30 25 20

10

AI.

AI, u (v; -►

0 0,2 0,4 0,60,7 0,8 1,0

b) Với Id = 25mA Các bước tương tự câu a) ta xác định các đại lượng tương ứng đây:

Id = 30mA; ƯD = 0,8V Id = 20mA; Ud = 0,78V AIjj = 30 - 20 = lOmA Aưd = 0,8 - 0,78 = 0,02V V â y , = ^ = ^ = «

AI„ 10.10''

04 ) Bài tập 1-4 Cho đặc tuyến V-A điốt hình 1-2 Xác định điện trở chiều hai giá trị dòng điện.

a) Ij5 = 2mA.

b) Iq = 25mA so sánh chúng với giá trị điện trở xoay chiều bài tập 1-3.

Bài giải

Từ đặc tuyến V-A hình 1-2 ta có giá trị tưig ứng sau; a) Id = 2mA; ƯD = 0,7V

Nên: R = ^ = - ^ = Q AL 2.10

so với = 27,5Q.

b) Id = 25mA; ƯD = 0,79V

Nên: R , = ^ = - ^ ^ = , Q '* AL 25.10"'

so với = Q.

Bài tập 1-5 Cho mạch điện dùng điốí hình l-3a đặc tuyến V-A của điốt hình l-3b.

a) Xác định toạ độ điểm công tác tĩnh Q[Ư£)o; liX)]-b) Xác định giá ừị điện áp tải Ur.

Bài giải

uD

R. IkQ

u.

a)

Hình 1-3

E - u„ - u, = hay E = Uo + ư,

Đây phưcrtig trình đườna tải mội chiều củci mạch diện dùng điỏì trên. Dựng đường tải chiều thơng qua hai điểm cắl trục lung với U|) = o v trục hoành với Ip = 0.

Tại ưp = ta có E = + IpR,

Nên: ĨD=- E lOV

R 10'o = 10mA

Tại I|J = la có lì = U|J + (OA).R, Up = E| -lO V

Ịíi) ■ <’

Đường tải rnột chiều (R_) dựng hình 1-4 Đường tải chiều (R_) cắt đặc tuyến (V-A) tại đicm công tác tĩnh Qflix> UdoI với toạ độ tưcmg ứng:

I[)0 = 9,2 m A Upo = ,7 V

u „ =I„.R, =I„,.R, =9,25.10-M 0’ =9,25V Hoặc Ur, c ó thể tính:

Ur, = E - Udo= 10-0,78 = 9,22V

Sự khác hai kết sai số xác định theo đồ thi biểu diễn đặc tuyến V-A điốt hình 1-3 hình -4.

Bài tập 1-6 Tính tốn lặp lại tập 1-5 với R, = 2kQ. Bài giải

a) Từ biểu thức:

E lOV

R 2kQ = 5mA

U^ = E = 10V

Đường tải chiều (R_) dimg hình 1-5 ta toạ độ điểm Q[Ido; UdoI tưcmg ứng:

Ido = 4,6mA Udo = 0,7V

b) Điện áp rơi tải R, là:

=1^ R, = IdoJR, =4,6.10-' 2.10' =9,2V hoặc = E - Udo= 10V -0,7V = 9,3V

©7 ] Bài tập 1-7 Tính toán lặp lại cho tập 1-5 cách tuyến tính hố đặc tuyến Volt-Ampe cho hình l-3b điốt loại Si.

Bài giải

Dựng đường tải một chiều (R_) cho mạch tương tự câu a) của tập 1-5 được biểu diễn hình 1-6. Đường tải chiều đặc tuyến V-A Q với toạ độ tưoíng ứng.

Ido = 9,25mA

Udo = 0,7V Hình 1-6

( j Bài tập 1-8 Tính tốn lặp lại cho tập 1-6 cách tuyến tính hố đặc tuyến V-A cho hình l-3b điốt loại Si.

Bài giải

Với việc tuyến tính hố đặc tuyến V-A điốt trên ta vẽ lại đặc tuyến đó như hình 1-7.

Dựng đưịng tải một chiều (R_) cho mạch tương tự câu a) bài tập 1-6 biểu diễn trên hình 1-7.

Đường tải chiều (R_) cắt đặc tuyến V-A tại Q Với toạ độ tương ứng:

Ido ~ 4,6rnA = 0,7V.

Bài tập 1-9 Tính toán lặp lại cho tập 1-5 cách lý tưởng hố đặc tuyến V-A cho hình l-3b điốt loại Si.

Bài giải

Với việc lý tưcmg hố đặc tuyến V-A điốt, ta có nhánh thuận của đặc tuyến trùng với trục tung (Ip), nhánh ngược trùng với trục hồnh (Ud) hình 1-8.

Dựng dưòng lải chicu (R_) cho mạch tương tự như Irong câu a) lập 1-5.

Đường tải chiều cắt đặc tuyến V-A điểm Q với toạ độ tưcyng ứng:

ỉno = iOmA U,K, = OV.

Đường tải chiều (R_) được biểu diễn hình 1-8.

Bài tập 1-10 Cho mạch điện dùng điốt loại Si hình i -9. Xác định giá trị điện áp dòng điện Uq U|(, I|y

Bài giải Biết để điốt loại Si làm việc bình thường ngưỡng thông nằm trong khoảng lừ 0.5V -r 1,25V Chọn ngưỡng ìàm việq cho điốt:

U„ = 0,7V; E = 8V.

Điện áp rơi điện irở tải R là:

U, = E - U p = - ,7 = 7,3V Hình 1-9 Dòng điện chảy qua điốt I|) = 1,;, (dòng

qua tái R) ỉà:

Id = Iu = - ' = ^ = - ^ ^ = 3.32mA

" ' R 2 ,2 '

Bài tập 1-11 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-10 Xác định điện áp tải ư„ dòng điện Id qua điốt Dị, Dj.

Bài giải

= 0,3V điốt Ge. Điện áp tải là:

= 12-0,7-0,3= liv.

Dòng điện qua điốt D|,

Ip Dj Si D, Ge

E

L +

12V u

5,6kQ

ra

và E là:

r r 11

Hình 1-10

R 5,6.10 l,96m A

(^1^ Bài tập 1-12 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-11 Xác đinh điên áp dòng điên u„, Up , Ij3.

Bài giải D,Si D.Si

•— ►— ¿1— ki— 12V

R-5,6kQ

Hình 1-11

Id Uo,=OV I„= I,,= I,= 0A = I, —•—•

u.rn 12V D D2

r : 5,6kfí

ĩ T uR ra

Hình 1-12

Do D| phân cực thuận, Dt phân cực nghịch, ta vẽ lại sơ đồ tương đương mạch với giả thiết hai điốt lý tưcmg hình 1-12.

Khi đó; u„ = Id.R = Ir.R = OA.R = o v

Vì điốt D, trạng thái hở mạch nên điện áp rơi điện áp nguồn E:

U „ ,= E -I V

Nếu theo định luật Kirchoff ta có kết trên. E - U D, = 0

+ u , - D Si E ,=10V R 4,7kQ

(^1^ Bài tập 1-13 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-13 Xác định dòng điện điện áp I, U|, Ư2,

u

ư , 0’^^

1—VW^->— + L

R, 2,2kQ E ,^ IO V R, I

E3=-5V

I +

R, u E ,Ậ : 5V

Hình 1-14 Hình 1-13

Qiọn điện áp ứiơng cho điốt D loại Si 0,7V ta vẽ lại sơ đồ hình 1-14. Dịng điện I tính:

, ^ E E - U „ ( - ^ ) R,+R2 (4,7+2,2)10^ Điện áp U|, Ư2 tương ứng R|, R, là:

u , =IR, =2,07.10'\4,7.10^ =9,73V Ư2 =IR2 =2,07.1012,2.10^ =4,55V Điện áp là:

u„ = Ư2 - E, = 4,55 - = -0,45V

Dấu trừ (-) kết biểu thị cực tính điện áp (U„) có

Bài giải

Chọn giá trị điện áp thông cho điốt D ị, loại Si 0,7V Sơ đồ 1-15 được vẽ lại hình 1-16.

Dịng điện I tính

R

I = H ^ = ^ = i ^ = , m A

ra

Hình 1-15 Hình 1-16

Nếu chọn Dị và D, giống ta có dịng qua chúng sẽ như và tính được;

I =I Q g

D, D , ^ ọ ’

Điện áp điện áp thơng rơi điốt D| D,

U„ = ,7 V

Bài tập 1-15 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-17 Xác định dịng điện I chảy qua mạch.

Bài giai

Dưới tác động hai nguồn điện áp E| Eị D| phân cực thuận, còn Dọ phân cực nghịch, ta vẽ ỉại sơ đồ tương đưong hình 1-18 dưới đây:

Si

I R

E|=20V 2,2kQ

Si

— N— 1 D. D,

- - i E,=4V +

-►^ẠA— R 2.2kn

E, -4 :^ V -^E2=4V

Hình 1-17

Dịng điện I tính:

Hình 1-18

E t l V

Bài tập 1-16 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-19 Xác định điện áp tải R.

R

4rO,3V —•

u.

2,2kQ

Hình 1-20

Bài giải

Vì D| D, khác loại (D, - Si; D-, - Ge) nên cấp điện áp phân cực E điốt D-, (Ge) luôn thông ồ ngưỡng 0,3V, cịn điốt D| ln ln khố ngưỡng thông tối thiểu điốt loại Si 0,7V.

Sơ đồ tưong đưofng mạch vẽ lại hình -20. Điện áp (U„) tải R tính:

U,, = E - u „ = - , = 11,7V

©17 ) Bài tập 1-17 Cho mạch điện dùng điốt,như hình 1-21 Xác định dịng điện I„ I,, .

Bài giải

Chọn ngưỡng điện áp thông cho hai điốt D„ ¿ loại Si 0,7V.

Dịng điện I| tính: u 0,7

Si H >h

D.

R| 3,3kQ -aXat-i

I E - i

20V I,= D,

R 3,3.103-=0,212mA

d, ¥ Si h

4-AAAr Theo định luật Kirchoff điện áp

vòng ta có:

5,6kfì

Hình 1-21

Hay Do đó:

Ur = E -Uc^-Uọ^ = 20-0,7-0,7= 18,6V , _ u 18,6

I = — — - ^ = ,3 m A R, 5,6.10^

Theo định luật Kirchoff dòng điện nút ta có; =1^- I , = 3,32-0,212 = 3,108mA

Bài tập 1-18 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-22 (cổng lơgic OR dương) Xác định điện áp dòng điện tải I„, u„.

Bài giải

Vì D ị, Dj điốt loại Si, chọn ngưỡng thông cho chúng bằng

0,7V Dị ln ln thơng cịn Dj ln ln bị khố Mạch điện vẽ lại hình 1-23.

(1 ) * - i

E.=10V

Si ưDI

(0)

E, ov

D, Si ■S D, u +

E * :r io v

1

t I

'-0.7V

-• *- ura

ra

R ^ i k n

Hình 1-22

Điện áp là:

Hỉnh 1-23

U „ = E - Ud,= -0 ,7 = ,3 V I = iÌ2 -= _ Ẽ iL = 3mA.

R 1.10^

Bài tập 1-19 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-24 (cổng lơgic AND dương) Xác định dòng điện (I„) điện áp (U^) ưên tải R.

Bài giải *

•

ãô ãã

E - i r l O V

0 , V u

uD2 Ira

R ^ Ikn "ị^ElOV

Hình 1-25

Điện áp điện áp thơng cho điốt D2 Up Vây ta có: =0,7V

Dịng điện qua tải R dịng qua D2 tính: E -U ,

ì = l £ l ^ = , m A

R 1.10'

Bài tập 1-20 Cho mạch chỉnh lưu dùng điốt hình 1-26.

Vẽ dạng điện áp ưên tải R xác định giá ưị điện áp chiều sau chỉnh lưu Ujc với điốt D lý tưởng.

uV 2

D

R 2kQ

Hình 1-26

Bài giải

b)

+ u

+ R S 2kQ

Ude

a) Hinh 1-27 b)

Dien áp mót chiéu tren tai diídc tính:

Ud, = 0,318U,„ = 0,318.20V = 6,36V

1-21 Cho mach chinh lim düng dió't nhuf trén hinh 1-28. Ve dang dién áp trén tai R va tính giá tri dién áp mót chiéu trén tái R vói dió't D thirc té' loai Si• •

Uv

D

R 2 k Q

a) Hinh 1-28

Bái giái Vói dió't D thuc (khdng 1;^ tucmg) nói tróf cüa dió't phán cuc veri tiimg nífa chu ky cüa tín hiéu váo sé có giá trj xác láp Khi dió't thóng nói trd cüa D rát bé D khố sé tuofng úng rát lón Vi váy dang dién áp diroc biéu dién nhir trén hinh -29.

Dién áp mót chiéu trén tái R duoc tính: = -0,318(U,„ - U^)

= -0 ,3 (2 -0 ,7 ) = -6,14V

Như so với trường hợp D lý tưcmg 1-20 điện áp giảm 0,22V tương đưofng 3,5%.

(2^ Bài tập 1-22 Tính tốn lặp lại 1-20 1-21 với giá trị = 200V và rút kết luận gì?

Bài giải Đối với điốt D lý tưởng ta có:

u.,, = 0,318U^ = 0,318.200V = 63,6V Đối với điốt D thực (khơng lý tưởng) ta có: U,, = 0,318(U™,-Uo)

= 0,318 (2 0 -0 ,7 ) = 63,38V

Kết luận: Khi điện áp vào có mức lớn = 200V).

Đối với trường hợp điốt thực, điện áp chiều giảm 0,22V tương đương 0,3459% 10 lần so với kết 1-21 có mức

bé ( u l = V ).

(^2^ Bài 1-23 Cho mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dừig điốt hình 1-30 a) Vẽ dạng sóng sau chỉnh lưu tải R,.

b) Tính giá trị điện áp chiều tải Uj,,. c) Tính giá trị điện áp ngược đặt lên Dị Dj.

Bài giải

thơng, khố với 1/2 chu kỳ tín hiệu vào Ví dụ: với 1/2 chu kỳ dương tín hiệu vào (từ O-^T/2) sơ đồ tương đương biểu diễn trên hình 1-31.

+

a) b)

+

+ R .>

> *'•' < 2,2k<:ì :

<

2.2k ỉìi

c)

ÌRj2.2kO

t(s)

d) Hình 1-31

b) Giá irị điện áp chiểu tải R( là: =0,63U,„ =0,636^:

♦ U.,(V)

u

5

0 T t(s)

2

e)

= 0,636.5 = ,18V

Dạng điện áp sau chỉnh lưu đầy đủ hai nửa chu kỳ hình -3 le).

c) Điện áp ngược đậl lên D|, D, điện áp cực đại u,,„„ trong từng 1/2 chu kỳ hay 1/2 trị cực đại cũa điện áp vào 5V.

Bài gỉải t Ư,(V)

a) Hình 1-32 b)

5V

U R U

Giả thiết điốt D lý tưởng, dễ dàng nhận thấy D luôn thông với 1/2 chu kỳ dương (+) điện áp vào Mạch điện tương đương lúc vẽ như hình 1-33.

Điện áp là: = U y + 5V và

điốt D thông thời điểm Uy giảm xuống đến -5V nửa chu kỳ âm Sau khoảng thời gian điốt D trạng thái phân cực ngược, dòng qua điốt qua tải R không, nên điện áp sẽ bằng không (tương ứng với mức điện áp vào U y < -5V Khi U y > -5V tưcnig

ứng khoảng nửa chu kỳ âm tín hiệu vào, tức U v > -5V điốt D thơng trở lại q trình lặp lại phân tích .

Dạng điện áp biểu diễn hình 1-34:

Hinh 1-33

' U JV )

25

^ = V + V = V 5 // — 71 - J -5

2

Hình 1-34 b)

20

-10

Uv(V)

■ H Ị ^

U = 5V

u.

u

+ R u

t(s)

ra

a) Hinh 1-35

Bài giải

b)

Giả thiết điốt D lý tưởng.' Trong khoảng thời gian từ O-í-T/2 với

Uv = 20V điốt D thơng hồn tồn, sơ đồ điện tương đương vẽ lại như trên hình -36 điện áp là:

U,=25V ư„=OV

Hình 1-36

= Uv + u = 20 + = 25V Trong khoảng thời gian từ T/2 T T với

Uy = -lOV điốt D luôn trạng thái khoá, sơ đồ điện tưcfng đưcmg vẽ lại trên hình 1-37 điện áp tải R lúc là:

Hình 1-37

U^, = Ir.R = O.R = o v

Dạng điện áp tải R biểu diễn như hình 1-38.

Bài tập 1-26 Cho mạch điện dùng điốt như hình 1-39 (mạch hạn biên song song). Vẽ dạng điện áp tải R,.

'U„(V) 25

T

0 r ■ t(s)

Bài giải

Với giả thiết điốt D lý tưỏng, thơng điện áp vào Uy ^ 4V, nghĩa toàn 1/2 chu kỳ âm (-) điện áp vào phần 1/2 chu kỳ {+) dương điện áp vào vói U v < 4V Sơ đồ điện tương đương vẽ

lại hình 1-40 ữong khoảng thời gian điện áp ln ln bằng nguồn u = = 4V.

R

■vw

R

' • +

ỈJ-.■t4V

+

Hình 1-40

Trong khoảng thời gian Uy > 4V, điốt ln ln ở trạng thái khố nên điện áp tải lớn 4V điện áp vào Sơ đồ điện tương đương vẽ lại hình 1-41.

Dạng điện áp biểu diễn như ưên hình 1-42 đây.

(27^ Bài tập 1-27 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-43 Vẽ dạng điện áp ra dùng điốt D loại silic với Ud = 0,7V.

v ị

ura

4V

R

AÂAr

D i : Si

U.

U -Ì-4V Ura

R

AA/V-b)

Bài giải

Với điốt thực, ngưỡng thông cho đầu Uo = 0,7V mạch điện được vẽ lại hình -44.

TTieo định luật Kirchoff điện áp vòng ta có:

U v + Ud - U = 0

hay U v = U - U o = - ,7 = ,3 V

Với U v > 3,3V điốt D luôn trạng thái khoá nên điện áp điện áp vào (U v ).

ư.

U „ ị'o ,7 V

T ĩ

u -iAv ™

Hình 1-44

Hình 1-45

Với điện áp vào Uv < ,3 V điốt ở

trạng thái thơng hồn tồn nên điện áp ra !à:

U ,, = - ,7 = ,3 V

Dạng điện áp biểu diẻn như hình 1-45.

/2^ ) tập 1-28 Cho mạch điện dùng điốt zener hình 1-46 và đặc tuyến V-A zener hình 1-47.

a) Xác định giá trị điện áp Ur,

u„ dòng điện Iz qua zener công suất tiêu tán zener

R

AA/V-Ikn

Ư^=16V U^=10V2

Pz„,a.=30mA

l,2kQ^'

Hình 1-46

Bài giải a) Để thuận tiện cho việc

tính tốn thơng số của mạch ta vẽ lại sơ đồ tưong đương hình 1-48.

Từ hình 1-48 ta có: u

R L

IkQ ^ 1

^16V u"" l,2kQ^'

U = U, = ^

' R+R, •R Hình 1-48

16V.1,2.10’

- = 8,73V

1.10^ + 1,2.10

Điện áp = u, đặt lên zener 8,73V luôn nhỏ ư y = lOV

nên zener ln ln trạng thái khố I7 = OA. Điện áp sụt R là:

Ur = Uv - u, = 16 - 8,73 = 7,27V

Công suất tiêu tán zener là:

p^ = U2.Iz = U z = 0W b) Với R, = 3kQ.

Điện áp u trên sơ đồ hình 1-48 là:

U = - H ^ R , = ^ = , V

Vì điện áp đặt lên zener u = 12V > Ư2 = lOV nên zener mở thông Sơ đồ mạch điện vẽ lại hình 1-49.

Điện áp tải R, chính

bằng điện áp \Jj lOV I - -* -1 +

= U = U,. 16-10 = 6V

I, = ^ = „ = 3,33mA

' R 3kQ Hình 1-49

I, u„ 6V 6mA

U^=50V V R IkQ

I, = - 3,33 = 2,67mA = Uz.Iz = 10V.2,67mA = 26,7mW Thấp trị cực đại cho phép = 30mW.

Bài tập 1-29 Cho mạch ổn áp dùng zener như hình 1-50.

a) Xác định khoảng giá trị điện trở tải R, dòng điện qua tải R, cho điện áp ra trên ln ln ổn định

U„ = Ư2= 10V = U, Hình 1-50

b) Xác định công suất tiêu tán cực đại zener. Bài giải

a) Ta biết zener bắt đầu thơng điện áp ngược đặt lên u >U2 -(hình 1-47 hay 1-48) Khi điện trở tải cực tiểu R,^i„ xác định;

- Iz.ax=32m A

R = - ^

u.,-u. 5 -1 0 250Q

trong trường hợp giá trị R, xác định R,„j„ để điện áp trên tải không đổi u, = = const.

Điện áp rơi điện trở hạn chế R là:

U r = U v - U z= - 10 = 40V

I _ U r _ V _ ^

Và L = ^ = - ^ = m A " R IkO

Dòng điện cực tiểu tải là:

U = lR-I,n,ax = - = 8mA Điện trở tải cực đại sẽ là:

R u 10T = 250 fì= l,25k D I.min 8-10( iY)in

Đồ thị biểu diễn vùng ổn áp mạch vẽ hình 1-51.

f U,(V) t U,(V)

250n l,25kn R, 0

a) Hinh 1-51

b) Công suất tiêu tán cực đại zener là; Pzmax = u , = lOV 32mA = 320mW

b)

z * *Zmax

030 ) Bài tập 1-30 Cho mạch điện dùng điốt ổn áp (zener) hình 1-52. Xác định khoảng biến đổi điện áp vào để điện áp tải luôn luôn ổn định lOV =

Uz-Bài giải

Ta biết với R, = const (cố định) điện áp thông cho zener bắt đầu từ ư > Uz đặt lên zener.

Từ sơ đồ ta có;

U,R, + U ,.R = U vR ,

Nên

R.

R Vmin

Thay giá trị Uz, R, R, ta xác định được Uvmin là:

j^a a _ Ìr L

220 ũ

U y= ? ƯJ,=2 V í ^ R < -Jzmax=60rn A

Hình 1-52

U , „ , = í t H l ± ^ = , V Dòng qua tải là

, , = i = i = ^ = , m A ' R, R, 1200

Dòng điện cực đại qua R là: Inmax “ ■^^Zmax ~ 16,67 + 60

= 76,67mA Điện áp vào cực đại là:

fư ,(V ) 20V

Ư„(V) 23,67 36,87 Hình 1-53

Uvmax ~ “ ^ • Ỉ R m a x Uz

= 220 76,67.10-^ + 20 = 36,87V

Đồ thị biểu diễn vùng ổn áp mạch biểu diễn hình 1-53. 1.3 ĐỀ BÀI TẬP

Bài tập 1-31 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-54 Xác định dịng điện I với điều kiện đặc tuyến V-A điốt tuyến tính hố.

Si

12V

p lỌỌÃĂ/V—► I

R,

a) b)

Hình 1-54

(^3^ Bài tập 1-32 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-55 Xác định giá trị dòng điện qua điốt Iu điện áp tải R.

-5 V

Si ura

2,2kQ

a) Hình 1-55 b)

^ 3^ Bài tập 1-33 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-56 Xác định giá trị điện áp ra

20V Si Ge k n ura

E ^ lOV

R, Si

■'Wsr-ộị-f

l,2kQ u

R, 2kQ

a) Hình 1-56

R2^4,7kQ

b)

(3^ Bài tập 1-34 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-57 Xác định giá trị điện áp u,;, dòng điện qua điốt

Id-D I,

I C )

iH -»

Si ư ra

R

lOmA 2,2kQ

R ,< l,2 k n

a) Hình 1-57

R D

A Ha f k D

•w

v -20V 6,8kQ

b)

E ' R

• - 1» v w —

+ 12V Si 4 71^

U., R.

lOV Ge Si

0 2$ - Ge

a) Hình 1-58

l,2 k n

R,

b)

:3,3kQ

Bàl tập 1-36 Cho mạch điên dùng điốt hình 1-59 Xác định giá trị điện áp u„ và dòng điện qua điốt Id.

+ 20V

15V

Si

D.

ư

Si ± D, D^Ỷ Si U. Si

a) Hình 1-59

R > 2,2kn E2I -5V

b)

Bài tập 1-37 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-60 Xác định giá trị điện áp dòng điện I.

E Ịiov

'' I

E, T16V

D , ị Si

U.

D |Ặ Si

D, i Si Si

I '

U.

R IkD

12V

a) Hinh 1-60 b)

u

r - A ^

Ik d Ỷ 0,47kQ

E T 20V D2?® ®

ra ỉ

I

Hình 1-61

Bài tập 1-39 Oio mạch điện dùng điốt hình 1-62 Xác định giá trị điện áp dòng điện qua điốt Iq.

04 0) Bài tậ p 1-40 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-63 (Cổng OR lơgic âm) Xác định giá trị điện áp u,a.

Si

Si

- l i -

ov Si

-S-R

Ưra

^2,2kQ

HInh 1-64

(^4^ Bài tập 1-42 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-65 Xác định giá trị điện áp ra

lOV Si

-KJ-Si Ụ

lOV Hình 1-65

(4^ Bài tập 1-43 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-66 Xác định giá trị điện áp u„.

Si

‘ U^(V) R

- A A A

10 Ikn

0

-10 2 \ y

-a) Hình 1-67

+

b)

(^4^ Bài tậ p 1-45 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-68. a) Xác định điện áp chiều trên tải.

b) Xác định giá trị điện áp ngược đặt lên điốt.

a)

dc

046 ) Bài tậ p 1-46 Q io mạch điện dùng điốt hình 1-69. a) Vẽ dạng điện áp tải.

b) Xác định giá trị điện áp chiều Ujj

‘ U^(V) 100

Uv

0 T \ / t t(s)

-100 2 \ y

(^4^ Bài tập 1-47 Cho mạch điện dùng điốt ừên hình 1-70 Vẽ dạng điện áp tải Rị xác định giá trị điện áp chiều tải R,(U<fc).

‘ U^(V) 170

0 tV ỵ-p t(s)

-170 2 v y

-R,2,2kn

2,2kQ

a) Hình 1-70 b)

(4^ Bài tập 1-48 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-71 Vẽ dạng điện áp tải.

D R1 I

— w v Uy Si 2,2kfì

a)

Uv Si 5V ưra

b)

Hình 1-71

c)

^^4^ Bài tập 1-49 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-72 a) Xác định giá trị Uị, I„ và Ir với Rị = 180Q.

b) Lặp lại tính tốn câu a) vói R, = 470Q.

c) Xác định khoảng biến đổi R( cho mạch luôn trạng

'r

+ 220 n

20V

U = V í í R | • —

Pzrnax=400mW

+

u.

Hình 1-72

(5^ Bài tập 1-50 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-73 Xác định khoảng biến đổi điện áp vào để điện áp tải ổn định U, = U, = 8V.

R

• ^A ^

-91Q P ^ „ = u ,

U = V i Pz.ax=400m W _

í

ro,22ko

Hình 1-73

Bài tập 1-51 Cho mạch điện dùng điốt hình 1-74 Xác định giá trị điện áp chiều tải với trị hiệu dụng điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp 120V = Ui (rms).

Hình 1-74

Bài tập 1-52 Cho mạch điện hình 1-75. Biết u„ = lOV

R, = kQ R, = kQ Giả thiết điốt lý tưởng,

Khi thông điện trở thuận R,h = OQ Khi tắt điện trở ngược R„g = ooQ

Hãy xác định điện áp R,. v w -' J ©

D

R, R.

Hình 1-75

Bài tập 1-53 Cho mạch điện chỉnh lưu nửa chu kỳ hình 1-76. Nếu biết u„ = sincot; giả thiết điốt D lý tưởng Hãy xác định biểu thức điện áp R,.

K

AAAr

D

R, u,

Hình 1-76

Bài tập 1-54 Cho mạch điện dùng điốt Zener hình 1-77. BiếtU, = 8,2V, d ò n g l,= lA

R , = lOQ.

Tính điện trở bù R, để đảm bảo u ; = , = 8,2V điện áp u tha) doi 10% quanh giá trị u = 12V.

R.

+•-t

ư

ị

A/W

ạ R.

Bài tập 1-55 Đề sơ đồ lặp lại 1-77. - Xác định điện áp Rj.

- Xác định dịng qua điốt Zener Dj. - Xác định cơng suất tiêu tán D^.

Bài tập 1-56 Cho mạch điện hình 1-78.

Nếu biết điện áp chiều 12V, điện áp LED 2V, dòng qua LED 20mA.

a) Hãy xác định điện trở hạn chế Rị.

b) Nếu mắc song song 10 LED thay cho LED sơ đồ Hãy xác định điện t r c ầ n thiết.

+> Ị

Ỵ

ư

Chưong 2

TRANSISTOR LƯỠNG cực VÀ TRANSISTOR TRƯỜNG

2.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Transistor lưftig cực (BJT) gồm ba lớp bán dẫn p N ghép xen kẽ nhau; tuỳ thuộc vào tiếp giáp P-N mà hình thành hai loại transistor: P-N-P (transistor thuận) N-P-N (transistor ngược) ký hiệu hình 2-1.

+ c

I

B

c

ỉ. B

-t

T ransistor riguợc T ransistor thuận

a) N-P-N b) P-N-P

Hình 2-1 Ký hiệu hai loại transistor N-P-N P-N-P

Chiều dòng điện chiều chạy qua transistor trong hình vẽ trùng với chiều mũi tên quy ước cực emitơ.

Để làm việc chế độ khuếch đại, điện áp nguồn E cấp cho cực

E-c tuỳ thuộc vào loại transistor hình 2-1 Điện áp phân cực cho tiếp giáp B-E phải phân cực thuận, tức transistor N-P-N cực haza phải dương so vói cực emitơ, ngược lại, transistor thuận P-N-P cực B phải âm so với cực E.

Trong hai loại transistor, dòng điện coi tập trung tại nút

Có ba cách mắc sơ đồ transistor emitơ chung (EC) bazơ chung (BC) colecto chung (CC) vào cực lấy làm điểm chung cho đầu vào đầu ra.

Trong sổ tra cứu thuyết minh thường cho thông số đặc tuyến theo sơ đồ mắc EC hay BC.

Đối với sơ đồ mắc BC dòng điện vào Ig, dòng điện Ic, hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh a xác định:

a = Ì £ = _ k _ < i h I c + I b

thực tế hệ số a vào khoảng (0,9 ^ 0,99).

Đối với chế độ xoay chiều, điểm làm việc thay đổi đặc tuyến ra, số khuếch đai dòng xoay chiều a = trong A Ie là biến thiên dịng điện emitơ cịn AIc biến thiên dòng colectơ.

- Sơ đồ mắc emitơ chung (EC): dòng điện vào dòng Ig, dịng điện ra là dơng Ic- Hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh xác định;

tuỳ thuộc vào loại transistor p có giá trị từ vài chục đến hàng trăm lần Ic và Ib giá trị dòng điện điểm làm việc tĩnh.

ở chế đô xoay chiều số p đươc xác đinh p = . AIb

Nếu biết hệ số khuếch đại a xác định hệ số p ngược lại:

a = ^ v p = “ p + " 1 - a

AI, Ib, Điện tri R„ = rcB = ^

AI,

Để transistor lưỡng cực làm việc bình thường ngồi điện áp cung cấp E cho cực E c cần điện áp phân cực chiều đặt vào Bazơ-Emitơ gọi thiên áp Điện áp dùng để thiết lập chế độ chiều điểm làm việc tĩnh.

Thiên áp ban đầu UggQ định dòng điện tĩnh, độ khuếch đại, độ méo.

u B£o « (0,2 4- 0,6) V đối vói transistor Ge UggQ » (0,5 4-1,0) V transistor Si.

Có ba cách tạo thiên áp cho transistor. - Tạo thiên áp dịng bazơ (hình 2.2a) TTiiên áp UggQ xác định

Suy điện trở R| cần thiết

E - U -^BEO

BO

Trong đó: E điện áp nguồn; Ug£Q thiên áp cần tạo ra;

IgQ dòng bazơ xác định theo UggQ đặc tuyến vào transistor.

- Tạo thiên áp phương pháp phân áp (hình 2-2b) Thiên áp UggQ = Ip.Ra- Suy ra

D _ ^BEO

trong Ip - dịng phân áp I

R| + R2

Ip chọn (4 ^ 10)Igo

Nếu cho trước ggo xác định Igo đặc tuyến vào transistor. Điện trở R| xác định từ biểu thức:

^BO “ E - Ip.R2 = E - UggQ

E - U

Suy ra R, BEO

ĩ p + l B O

Trong trưịmg hợp có điện trở mắc ở emitơ cơng thức trên phải tính đến sụt áp chiều điện trở đó.

- Chế độ chiều đường tải chiều.

Xác định điểm làm việc tĩnh 0; cung cấp cho bazơ thiên áp ban đầu Ubeo thiết lập dịng tĩnh và điện áp chiều Ư^EO • Toạ độ của điểm làm việc tĩnh o (Ic o ’UcEo)- Điểm o cũng giao điểm của đường tải chiều với đưòng đặc tuyến ứng vói dịng Igo (hình 2-3).

a) b)

- Đường tải chiều phụ thuộc dòng Ic vào điện áp ứng với điện trở tải một*chiều và xác định theo biểu thức;

u „ = E - Ic.R=

£

Cách dựng: Cho = -> I,, = — , xác đinh đươc điểm B. Cho = ^ u„ = UcE = E, xác định điểm A. Nối điểm A với B đường tải chiều.

- Đường tải xoay chiều R_, xây dựng đặc tuyến nhưng đối với điện trở tải xoay chiều, tức có tín hiệu vào, eũng đường thẳng qua điểm làm việc tĩnh o

Cách dựng: Từ điểm U^gQ trục hoành, cộng thêm điện áp bằng I(,qR_ , điểm A' Kẻ đường thẳng qua hai điểm o A', đường tải xoay chiều.

E

Cũng xác định dòng !(, = — điểm B' trục tung, kẻ đường qua B' o nhận đường tải xoay chiều.

Trong tập áp dụng, sử dụng hai cách trên, tuỳ từng trường hợp cụ thể.

- Transistor trường (FET) loại transistor chế tạo dựa vào hiệu ứng trường, điều khiển độ dẫn điện bán dẫn loại N hay p, nhờ một điện trường bên ngồi.

Có hai loại FET - J-FET (điều khiển tiếp xúc P-N) và MOSPET loại FET có cực cửa cách ly lớp ơxit Hình 2-4 ký hiệu JFET kênh N kênh p.

G

D D

a) J-FET kênh N b) J-FET kênh p

s - cực nguồn D - cực máng G - cực cửa.

Vì phân cực cho cực cửa J-FET phân cực ngược nên điện trở vào lớn dòng điện ly = Iq = 0; Iß = Ij.

Dịng Iịj điều khiển điện áp đặt vào cực cửa Uqs xác định biểu thức:

uOSK

trong U gs là điện áp đặt vào G-S;

Ugsk điện áp khoá ứng với dòng Iq = 0.

Quan hệ Ijj Uqs diễn tả đặc tuyến truyền đạt quan hệ Iq= f(ƯDs) với trị số Uqs khác gọi họ đặc tuyến Đây là hai đặc tuyên đặc trimg cho FET, vào đó, xác định gần đúng các thơng số

FET-b)

Hình 2-5 Đặc tuyến truyền đạt (a) đặc tuyến (b) J-FET kênh N

Hỗ dẫn FET: g„ = hay mS (milisimen) chi’ rõ điên

AUqs V

áp đặt vào cực cửa thay đổi IV thì dịng Iß thay đổi mA

MOSFET gồm hai loại: MOSFET kênh đặt sẵn MOSFET kênh cảm ứng.

b)

Hình 2-6 Đặc tuyến truyền đạt (a) đặc tuyến (b) MOSFET kênh N đặt sẵn

Căn vào đặc tuyến truyền đạt đặc tuyến xác định gần đúng thông số MOSFET.

- MOSFET kênh cảm ứng: đặt vào cực cửa điện áp (kênh N điện áp dương), kênh dẫn điện hình thành mói có dịng điện chạy qua (hình 2-7).

Phân cực cho FET.

Có hai phương pháp phân cực (tạo thiên áp) phổ biến cho FET: tạo thiên áp tự cấp dùng phân áp.

b)

Hình 2-7 Đặc tuyến truyền đạt (a) đặc tuyến (b) MOSFET kênh cảm úhg N

Phưcmg pháp tự cấp sử dụng dòng ĩj) chạy qua R s tạo sụt áp dẫn

Vì 1(3 = 0; Ip = Ij nên Urs = Id-Rs = Uqs; cực (+) đặt vào cực s cực (-)

đặt vào cực G.

Rị - gọi điện trở tạo thiên áp.

Rq - điện trở dẫn thiên áp; Ro có trị số lớn hàng chục trăm kQ.

R , = - ^

Hình 2-8 Tạo thiên áp cho J-FET

Hình 2-8b sơ đổ tạo thiên áp phương pháp phân áp. Điện áp cực cửa ƯQ xác định

Ư G =— ~ — Ra R.+Ra Uo điện áp cực G so với đất.

U gs = Uo - U = g - I oRs

Mạch phân áp cho MOSFET kênh N đặt sẵn tương tự hình

2-8b Riêng MOSFET kênh cảm ứng, việc tạo thiên áp có khác với J-FET, tạo thiên áp giống vói transistor lưỡng cực N-P-N: có thể dùng phương pháp hồi tiếp từ cực D cực G hay dùng phưcmg pháp phân áp (hình 2-9a, b).

Trong sơ đồ 2-9a ƯDS = Ugs (vìdịng l o = 0, qua Ro khơng có dịng chạy qua) UdS “ E - Iq-Rq

+E RD

u

i-a) Hình 2-9 Tạo thiên áp cho MOSFET kênh cảm ứng N b)

Ug =

R| + R2•R

^GS ~ ^D'^s ~ E R, + R2

Điện áp Uds = E = = E - Id(Rs + Rd) 2.2 PHẦN BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

(5^ Bài tập 2-1 Một transistor N-P-N mắc theo sơ đồ BC có dịng điện L = Ig = 50mA; dịng điện Ic = 45mA.

a) Xác định hệ số khuếch đại dòng chiều a.

b) Nếu mắc transistor theo sơ đồ emitơ chung (EC), tính hệ số p. Bài giải

a) Hệ số khuếch đại dòng chiều a

I 49

a = -^ = — = 0,98 Ie 50

b) Hệ số p tính theo a

ẹ> = — = = 49 - a 1-0,98

a) Xác định dịng tĩnh colectơ Ic-b) Tính hệ số khuếch đại p, a.

Bài giải Tính dịng tĩnh colectơ Ic

= Ig - Ig = r,602 - 0,016 = l,586mA Hê số khuếch đai a = — = ^ = — — = 0,99

Ie Ie 1,602

Hệ số khuếch đại p lẹ _ Iẹ - Ib _ 1,6 02 -0 ,0 6

I,B I 0^016

Cũng xác định p theo công thức:

a 0,99

99,125

1 - a 1-0,99 = 99

59) Bài tập 2-3 Biết đặc tuyến vào đặc tuyến transistor mắc theo sơ đồ emitơ chung EC hình 2-10.

Bằng phương pháp đồ thị xác định: a) Hệ số khuếch đại p điểm làm việc A. b) Điện trở vào =

ĨBE-c) Hệ số khuếch đại a mắc theo sơ đồ bazơ chung BC.

d) Nếu tín hiệu vào Ig thay đổi, xác định hệ số khuếch đại dòng xoay chiều.

-ụ m A )

40 Ig=0,4iĩiA

Ig=03mA

i l3=0,2mA

ĩp=0,lmA

0,2 0,4 0,50,6 0,8 Ugg(V) ưce(V)

a) b)

Bài giải a) Hệ số khuếch đại tĩnh điểm A.

p = Ị ^ = “ : l ° Ị = 100

BO 0 ,2 0 -

1 ^ 0 ,7 -0 ,5 0,65 ^

b) Điên trở vào R v = r,^ = SS- = — — — , = — = ,2 k Q

AL (0,3-0,1)10-' 0,2.10“'

_BE _ B

c) Nếu mắc theo sơ đồ bazơ chung BC hệ số khuếch đại tĩnh a được xác định

a = i = ^ = ,9 9

1 + p 1 0 + 1

d) Khi dòng điện vào Ig thay đổi từ 0,1 đến 0,3mA, tìm biến thiên dịng Ic tương ứng đặc tuyếh ra, tính hệ số khuếch đại p xoay chiều.

/

6 _ Aĩ c _ ( , - , ) -^ A L ( ,3 - ,1 ) '

= 93,5 (^6^ Bài 2-4 Cho mạch khuếch đại dùng

transistor hình 2-11

B iết; R c = k Q p = 0

điện trở vào Ry = ĩgE = IkO

điện áp vào Uy = UgE = 0,1V

a) Xác định dòng điện vào dòng điện ra. b) Tmh hệ số khuếch đại điện áp transistor.

Bài giải a) Dịng điện vào

0,1

Hình 2-11

= 10"" = 0,lm A Dòng điện ra:

Điện áp ra:

U , = = Ic-Rc = 5.10^5.10^ = 25V b) Hệ số khuếch đại điện áp

.0,1

Bài tập 2-5 Đặc tuyến vào transistor có dạng hình 2-12. a) Hãy xác định hỗ dẫn transistor điểm làm việc o.

b) Nếu biết điện áp ƯBE thay đổi 0,2mV, điện trở Rc = 4kQ Hãy xác định điện áp ra.

c) Tính hệ sơ' khuếch đại điện áp.

1^=4,2

7 0,8 U„,(V)

Ic(mA)

50^iA

40|J.A

U=3,Q. 30^A

20|aA

I„=10HA

Uc e( V )

a) Hình 2-12 Đặc tuyến vào (a) đặc tuyến (b) transistor b)

Bài giải

a) Hỗ dẫn transistor xác định phương pháp đồ thị s = _éíc_

AUbb ’ V

s = A Í L - = < iÌ2M )E Ĩ , Í I Ẹ Ĩ = ,2 Í ^ hay 12ms

- u „ , 0 ,7 - ,6 0,1 V b) Nếu AUgg = 0,2V dịng Ic biến thiên

c) Hệ số khuếch đại điện áp

K „ = H ^ = M = 48

“ u, 0,2

(^6^ Bài tập 2-6 Transistor lưỡng cực có đặc tuyến vào mắc theo sơ đồ EC hình 2-13 Căn vào đặc tuyến xác định gần các thông sô' sau:

a) Điện trở vào tĩnh điểm o. b) Điện trở vào động.

c) Hệ số khuếch đại dòng điện chiều p. d) Hệ số khuếch đại dòng xoay chiều.

250

200

50

BE(V) - Ib(^ A )

40

‘ Ỉ Ặ m A )

250fxA

/

30 25,

200n A ISOuA

ỹ f ! !

15 , L _ _ iü Q ü A -► 5 ’

/ I«=50jiA

lị U^V)

a) b)

Hình 2-13 Đặc tuyến vào (a) (b) transistor luỡng cực

Bài giải a) Điện trở vào tĩnh

R = r , = k Q

'' Igo 150.10-®

b) Điện trở vào động Rvd

o _ - U be, _ 0 ,6 - ,5 2

^ V đ “ a t ^ T T

AIB Ib, - Ib. (200- 100)10

= l,6 k Q

~6

I » I50.10-* d) Hệ số khuếch đại dòng xoay chiều p_

AI3

AIb= I3 -Ib_ =(200-100)10-^ = 100.10 Tìm AIc tương ứng đặc tuyến ra

I„ =30mA; = 15mA AIc = (30-15).10l

(200-100)10-" ( ^ Bài tập 2-7 Oio mạch điện như

hình 2-14 Nếu biết dịng Ico = 5mA; hệ số p = 100; 5V; thiên áp Ubeo = 0,6V; E = lOV. a) Vẽ dòng điện chiều chạy trong mạch.

b) Tính điện trở R e

c) Điện áp Uc so với đất.

Bài giải

a) Dòng điện chiều chạy mạch đẫn hình 2-14.

Ie = Ic + Ib

b) Điện trở tạo thiên áp R| xác định.

Hình 2-14

R, E - U ^ E - U ^ o 1 -0 ,6 9,4

Ibo ^co ^ ^q-3 5.10 *

p 100

188ka

I „ I „ 5.10-’

d) Điện áp Uc so vái im mass chớnh l in ỏp UỗgQ U c = U ,,o = 5V

@ Bài tập 2-8 Cho mạch điện hình 2-14 Nếu biết R, = 220k0; Rc = 2kQ; ß = 50; ưggQ = 0,5V Hãy xác định thơng số tĩnh: dịng Ig, Ic, Ie, điện áp Uceo •

Bài giải a) Xác định dòng Igo

R, 220.10' 220.10' b) Dịng Ico = ßlß = 50.34, lụ K = 1,7mA

c) Dòng 1^0 = Ico + Ib o = >7 + 0,0342 = 1,7342mA.

d) Điện áp U^go

U eEo=E-Ico.Rc=10-l,7.10"'.2.10^=6,6V

Bàl tập 2-9 Mạch điện 2-7 mắc thêm điện trở Re ở emitơ biết sụt áp điện trở IV.

a) Xác định trị sô' R|, Rc, Re

-b) Xác định điện áp U c Uß so với điểm mass máy. Bài giải

a) Xác định Re

U re = Ie o- Re = V

_ IV IV 1

Suy Rb= — = — = ^ - = 198Q

Iro + — 5 '^ + ~ 10-^

“ ß 100

R _ _ E - ^ beo - U r , _ - ,6 - 1

' Ibo Ibo 5.10-^

168kQ - Điện trở Rc

^CO‘^ C “ ^ ^CEO ^R,

800Q

V V.V.V/

IVJ.-Suyra: R , = =

leo 5.10-^

b) Điện áp Uc = E - Ico R c= -5 “l8 0 = 6V

h a y U c = U , , / + U , ^ = + l = 6V

Điện áp Ub = Uggo + ƯR = 0,6 + 1,0 = 1,6V ( e ^ Bài tập 2-10 Cho mạch điện

như hình 2-15 Biết R, = 300kQ; Rh = 2,7kQ; p = 100; Ư3,o = 0,5V ;E = 12V.

a) Xác định tham số tĩnh. b) Nếu mắc R, = 2,7kQ tính điện trở tải xoay chiều.

Bài giải

a) Trước hết xác 'định dòng tĩnh bazơ I„„

R

+E

R. R.

Hình 2-15

■BỐ1 ' '-'BEO ' ^E O ^'E BEO

(ở đ â y Ie o= Ico + Ib o= Ib o+ P Ib o= + P)Ibo)

E - U „ 1 -0 ,5 Suyra l30 = BEO _

R, +(1 + P)Re 300.10"+(1 + 100).2,7.10^ = 20ụA - Dòng tĩnh 1^0 = lOOIgo = 100.20^iA = 2mA

- Dòng tĩnh 1^0 = Ic» + Ibo = + 0,02 = 2,020m A - Điện áp cực E, cực c và B so với điểm mass:

Ue = Ieo-Re = 2,02.10-^2,7.10" = 5,45V Điện áp U c = E = V

Điện áp Ub = Ue + = 5.45 + 0,5 = 5,95V

b) Nếu mắc R, = 2,7kQ điện trở tải xoay chiều mạch emitơ.

R = R / / R = A ì = A Z : ^ = l , k Q

^ ' R e+ R , 2,7 + 2,7

Bài tập 2-11 Cho mạch khuếch đại dùng ữansistor lưỡng cực như hình 2-16a Biết E = lOV; R c = 5kQ; Re = 0,2Rõ R, = 85kO; R , = 15kQ ; = V ; Ico « c ; p =

50-a) Hãy xác định tham số tĩnh transistor.

b) Điểm làm việc tĩnh o và dựng đưịng tải chiều.

a)

a) Có thể coi

Suy ra:

Hình 2-16

Bài giải ^EO ~ ^<X)

E - U CEO

Ic o =

■c ' * 'E

1 - 4

(5 + l).10- = 10-^A = lmA

- Dòng tĩnh bazơ IgQ:

- Thiên áp

UrBEO £0 — Ip-R^ ~ ^RE ~ - Rt ~^Ep RE 2 EO E0'^E 10-M0^=0,5V

(15+ 85) 10^

b) Toạ độ điểm làm việc tĩnh O: = lmA;UcE0 = V t)ể dựng đường tải chiều cần xác định điểm Từ biểu thức phương trình đưịng tải chiều.

U„ = E - I c R c

Cho Ic = u„ = E = lOV (điểm A trục hoành) nối qua điểm A

Bài giải - Điện trở tải xoay chiều R_.

R = R ^ //R ,= Ì ^ = ^ = 2,5kQ R c+R 5 + 5

- Để đựng đường tải xoay chiều R_ cần xác định điểm trục hoành hay, trục tung nối với điểm làm việc tĩnh o Từ điểm

cộng thêm đoạn ứng với điện áp IcqR- • IcoR_= 1012,5.10^ = 2,5V

ta điểm A' trục hồnh (hình 2-16b).

Nối điểm A' với điểm o và kéo dài đường tải xoay chiểu Cũng có thể dựng đường tải xoay chiều cách xác định điểm B' trục tung

E 10

ứng với dòng I „ = —— = — ——r = 4m A , nối điểm B’ o

( m ) Bài tập 2-13 Cho mạch điện hình 2-16a Nếu E = lOV; ƯCEO = 4V ; Rg = 0,1 Rc‘, Ico=20m A ; Ug£Q=0,7V, từ đặc tuyến vào của transistor ứng với UggQ = , V , tìm IgQ = ,2 m A

a) Xác định trị số điện trở Rc, Re, Ri, R-> để đảm bảo các thông số trên.

b) Xây dựng đường tải chiều. Bài giải a) Xác định trị số điện trở

Từ biểu thức:

E = ^CEO ^EO^E * ^CEO

(ở coi I^Q « IgQ để đơn giản cho việc tính tốn).

Suy + R = - - - ggg = = 300Q

^ lœ 20.10“^

Re 0,1 Rc = l,lR c ~ 3000

M = 272,70

1,1

Rg = , l R c = ,2 Q

- Điện trở Rj xác định theo biểu thức:

~ '^BEO

Suy ra

(ở chọn dòng phân áp Ip = Ißo )

R 0.7 + 0.10 -.2 ,2 ^

^ 5.1„ 5.0,2.10-’

- Điện trở R| xác định từ biểu thức:• I ♦ •

Ri(Ip+ I^q) = E - IpR2 = E - UggQ-^IgQRg

6.0,2.10-b) Để xây dựng đường tải chiều, điểm làm việc tĩnh o biết 0(20mA, 4V) cần xác định điểm nữa.

Từ phương trình UcE = E - Ic(Rc + Re) nếu cho UcE = thì

E 10

= 0,0333A = 33, 3mA Rị + Rg 300

ta điểm B trục tung, nối B với o và kéo dài đường tải một chiều (hình 2-17).

Hình 2-17

070) Bài tập 2-14 Biết đặc tuyến truyền đạt đặc tuyến J-FET kênh N hình 2-18.

a) Xác định đồ thị dòng bãơ hồ Ij5ss^ điện áp khố U

qsk-b) Tính dòng Iq ứng với giá trị Uos = OV; U os = -2V; U os = -4V và U g s = -6V.

Bài giải

Từ đặc tuyến truyền đạt Id = f ( Ư G s ) hình 2-18a, dịng bão hồ Ipss ứng với U q s = ov, Ij5ss = 15mA.

Điện áp khoá Ugskứng với Iq = 0, đồ thị xác định Uqsk = -8V.

a) b)

Hình 2-18 Đặc tuyến truyền đạt (a) đặc tuyến (b) J-FET kênh N

Id = Idss(1- ^ ) ' UGSK

Ugs = ^ Id = Idss = 15mA

Uos = -2V-^ = 15 (1 - = 8,437mA.

-“0

Ugs = -4V ^ l o = 15 = 3,75mA.

—o

Ucs = -6V ^ Id = ( - — )' = 0,9375mA. (7 1^ Bài tập 2-15 Cho mạch điện dùng

J-FET kênh N hình 2-19 Đặc tuyến J-FET 2-14. Biết E = 15V; điểm làm việc tĩnh được chọn ứng với Rd = IkQ.

a) Xác định trị số Rị.

b) Xác định thiên áp Uqsq c) Điện áp cực máng Up.

Bài giải

a) Điện trở Rs xác định theo biểu thức:

U

R - - U q d k - 8V

^ 21™ 2.15.10-^ = 266Q

+E

H h -p -H iỊ

Hình 2-19

b) Thiên áp GSO = R Jn = 266.7,5.10'" « S-^D 2V (ởđây I t , = % = ^ = 7,5mA)

• 2 2

c) Điện áp Uq

Ud = E - Id Rd= 15 - ,5 ^ ^ = ,5 V

Bài tập 2-16 Cho mạch tạo thiên áp cho J-FET kênh N phương pháp phân áp hình 2-20 Biết: E = 15V; R, = 600kQ; R, = 150kQ; Rß =

l,5kQ; Rs = IkQ; 5mA.

a) Xác định Uas-b) Dòng cực máng Ip.

c) Điện áp cực máng Up. Bài giải

a)

GS

R| +R j (600 + 150)10

E

Hình 2-20 Mạch tạo thiên áp cho J-FET

5.10"\10' = - V

,R ,= 15 150 = 3V

Điện áp cực cửa U f - •_

R ,+ R , " 600 + 150 Điện áp cực nguồn Us = ƯQ - U qs= - (-2) = 5V.

hay Us = Is.Rs = Id-Rs = 5.I0M0’ = 5V

b) Xác định lại dòng cực máng Ip

I = L = ^ = ^ = 5.10-'A = 5mA

^ Rs 10' c) Điện áp cực máng Up

Ud = E -Id.R d= 15-5.10M ,5.10^ = 7,5V Điện áp Uds= Uo - U s = 7,5 - = 2,5V.

(t ỉ) Bài tập 2-17 Cho mạch điện dùng MOSFET kênh đặt sẵn hình 2-21 a đặc tuyến truyền đạt hình 2-21b Biết: E = 12V; Ro = 200kQ; u , V

a) Hãy xác định trị số điện trở R| để tạo thiên áp yêu cầu Uqsq= -2V

a) b)

a) ưGSO

Hình 2-21 Mạch điện (a) đặc tuyến truyền đạt (b)

Bài giải

= - U30 = - + 3,5 = 1,5V

Vì dịng lo = nên viết

Suy ra

R = R =

R, + Rq•R.

UG RG

12 200

Thay số: R, — 200 = 1400k0 = 1,4MQ ' 1,5

b) Dòng 1^0 = 5mA ứng với ƯQ5Q = -2 V (xác định đồ thị 2-2 Ib). (7^ Bài tập 2-18 Như 2-17 Nếu chọn điểm làm việc ứng với

U qsq = - V , dòng IpQ = 5mA; điện trở Rjj = l,2kQ. a) Hãy xác định điện áp Uq.

b) Tính điện trở Rs.

c) Khi điện áp vào thay đổi khoảng -2V ± 0,5V, xác định biên độ điện áp hệ số khuếch đại Kụ.

Bài giải

3,5

Ido 5.10-^

= 0 0

c) Khi điện áp vào Uqs thay đổi phạm vi -2V ± 0,5V, xác định trên đồ thị 2-2 Ib dòng Id thay đổi từ 2,5mA đến 6,25mA, biến thiên dịng Id từ đỉnh - đỉnh

AIó = 6,25 - 2,5 = 3,75mA Điện áp (đỉnh - đỉnh) biến thiên

u „ = AId-Rd = 3,75.10-M,2.10^ = 4,5V Hệ số khuếch đại điện áp

1

tập 2-19 Một MC^PETkốih đặt sẵn có đạc tuyái ttuyài đạt Hình 2-22. a) Căn vào đặc tuyến xác định hỗ đẫn vùng nghèo ƯGS = -2V và

tại vùng giàu ƯQS = +3V. b) Cho nhận xét.

iD(mA)' 15

vùng g ià u / ị M

10

7,5 5 vùng nghèo

i l í ỉ '

-4 -3 -2 -1 1 Uqs(V)

Hình 2-22

Bài giải a) Tại vùng nghèo, theo đổ thị

U g s = -2 V -> I d = l,2mA

Ugs = -IV Id = 2,5mA A U o s = lV

Hỗ dẫn g„ = -" -° - = l,3^^^hay l,3mS (milisimen)

AUqs V

Tại vùng giàu Uos = +3V -> Id = lOmA Ugs = +4V Id = 15mA

Alß 1 -1 _ mA, _ „ Hỗ dẫn g„ = — = ——— = —— hay 5mS

AUGS 4 - 3 b) Nhận xét:

ở vùng giàu hỗ dẫn MOSFET lớn vùng nghèo. Bài tập 2-20 Cho mạch điện dùng

J FET kênh N hình 2-23 Biết Ro = 1,5MQ; Rs = 300Q; Rß = 2,2kQ; R, = 15kQ; E = 15V.

a) Xác định điện ttở tải xoay chiầi R_. b) Hỗ dẫn động Uqs = -2V. c) Tính hệ số khuếch đại Ky.

d) Tính điện áp n.ếu Uv = 0,5V.

Bàỉ giải

a) Điện trở tải xoay chiều R_

b) Hỗ dẫn gốc:

ê m o

GSK

HỖ dẫn điểm Ucs = -2V. U

ê m ê mo

GS

UGSK = 5mS 1

-2

-6 = 3,33

lĩìA

c) Tính hệ số khuếch đại

d) Xác định điện áp ra

Uos = OV; Ugs = +2,0V; Uos = -2,0V. Bài giải - Khi Uq5 = —> Ij) = Idss “ 15mA. -Khi

Ucs = +2V ^ I ^ = I^s3

u

- Khi Uqs = -2 V -> In = 15.10 GSK

-3

= 15.10-3

-6 = 26,66mA

-6 = 6,6mA.

Bài tập 2-22 Một MOSFET kênh N cảm ứng có đặc tuyến truyền đạt và mạch điện hình 2-24.

a) Hãy xác định phương pháp đồ thị hỗ dẫn g„ điểm làm việc 0(8V , 7,5mA).

b) Tính trị số Rq.

c) Tính điện áp điện áp vào biến thiên IV.

.+15V

Bài giải a) Xác định hỗ dẫn g„.

gm = ?:.^ , , i ^ h a y , m s AUGS 8 V -7 V

b) Điện trở Ro

= - — £ p i = J _ _ ^ chọn Rß =.lkQ

I,DO 7,5.10-3 (ởđâyUos = UGs = V v ìIc = 0). c) Xác định U,, Uv = 1V.

u„ = Ki^.Uv = g„.Ro.Uv = 2, ỉ ơ^ Ì0M,0 = 2,5V (t^ Bài tập 2-23 Cho mạch điện

dùng J-FET kênh N hình 2-25 Biết;

E = 12V; Rg = IMQ; ư c5q = 1,2V Điện áp Rs, Urs = 0,2E = 2,4V HỖ dẫn g„ = Điện trở cực máng nguồn r¿^ = 200kQ.

= 0, Ir,^ = 0,1,200kQ = 20kn. a) Tính điện trở Rị.

b) Tính hệ số khuếch đại Ky.

Bài giải a) Tính R,

R.

Suy R = E.R, ^RS

R| + Rq E

= 10' 12

vUks- U oso = 9MQ.

-

b) Hệ số khuếch đại Ku.

Chương 3

CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU BÉ

3.1 TĨM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Để phân tích tính tốn thơng số kỹ thuật khuếch đại điện tử dùng transistor làm việc chế độ tín hiệu bé thưịng dựa vào loại sơ đồ tưcmg đương.

Transistor thường biểu diễn hai loại sơ đồ tương đương:

- Loại thứ gọi sơ đồ tương đưcmg vật lý hay sơ đồ tưofng đưcfng hình T có tên gọi sơ đồ tương đương (The ĩg transistor model).

- Loại thứ hai gọi sơ đồ tương đưong tham sô' bao gồm tham số trở kháng, điện dẫn hỗn hợp.

Cả hai loại sơ đồ tương đương transistor coi không phụ thuộc vào tần số đến phạm vi cao:

- Đối với loại transistor lưỡng cực (BJT) tần số tín hiệu f , < ( , l - f 0,5)f,.

- Đ ối với loại transistor hiệu ứng trường (FET) tần số tín hiệu

f,< (1 ^ 150)MHz.

ở phạm vi tần số cao số liệu trên, sử dụng loại sơ đổ tương đưofng phải lựa chọn cách thích hợp không bỏ qua ảnh hưởng tụ ký sinh (Cj(;s) thân transistor đến truyền đạt tín hiệu qua nó.

Với kiểu mắc transistor có ba họ đặc tuyến Volt-Ampe quan trọng: họ đặc tuyến vào, họ đặc tuyến họ đặc tuyến truyền đạt.

Các thông số kỹ thuật tầng khuếch đại điện tử dùng transistor bao gồm; trở kháng vào (Ry), trỏ kháng (R^a), hệ số khuếch đại điện áp ( K u ) dòng điện ( K ị ) , công suất ( K p )

Hệ số khuếch đại nhiều tầng ghép liên tiếp tích hệ số thành phần. 3.2 BÀI TẬP CĨ LỜI GIẢI

(8^ Bài tập 3-1 Cho tầng khuếch đại dùng BJT hình 3-1. a) Xác định r^.

b) Xác định trở kháng vào tầng Ry.

c) Xác định trở kháng tầng (với fo = oo) d) Xác định hệ số khuếch đại điện áp Ku (với ĨQ = oo) e) Xác định hệ số khuếch đại dòng điện K ¡ (với ĨQ = ũo)

E JCO 2V II— u Cj 10|iF

p=100 r„=50kQ

Hình 3-1

Bài giải

Chọn transistor T loại Si thiên áp Uggo =0,7V a) Dòng tĩnh IgQ là:

12 V -0 ,7V ,

Ibo = — = 24,04^iA

Rg 470kQ

Dòng tĩnh IgQ là:

1^0 2,428.10-' b) Trở kháng vào tính:

Ry — Rb // TvT trong Tvt - trở kháng vào transistor

fy^ = pr,= 100.10,71 = l,071kQ Ry = 470//1,071 = l,069kQ. c) Trở kháng tầng tính:

R „ = Rc / / ĨQ = R c / / °0 = Rc = 3kQ

d) Hệ số khuếch đại điện áp tầng:

r, 10,71

e) Vì Rg > lOrvT = lOp.r, (470k0 > 10,71k0) nên K ị« p = 10 0

Bài tập 3-2 Tính tốn lặp lại cho tập trên*hình 3-1 với ĨQ = 50kQ. Bài giải

Ta nhận thấy thông số hai câu a, b khơng có thay đổi nên; a) r,= 10,710

b) R v= l,0 k a

c) Trở kháng tầng tính:

= Re // ro = // 50 = 2,83kũ. d) Hệ số khuếch đại điện áp tẩng.

-264,24

r 10,71

e) Hệ số khuếch đại dòng điện Kj

Y- _ P-Re-rp : 100.4 0 ^3

K , = - K > = H É Í ) W =94,16 3

Bài tập 3-3 Cho tầng khuếch đại dùng transistor lưỡng cực (BJT) như trên hình 3-2 Hãy xác định:

R n , lO^iF

^3 6,8kQ

+E^22V

56kn

^1

ĩ T R

R,

u

c'lO jiF

X - p=90

R

>8,2kfì n <

ra

r C3 20|XF l,5kQ

1

Hình 3-2

a)r, b) Rv

c) R,, (với fo = 00)

d) Ku (với To = co)

e) Ki (với To = 00)

Bài giải

Chọn transistor T loại Si vói thiên áp Uggo = 0,7V a) Ta có:

U = -M e e ^ 2.22 ^ 2,81V ® R ,+ R2 56+ 8,2

Ue = Ub- U 3eo = -0 ,7 = 2,11V Ig = - ^ = _ _ = l,41mA

Kết là;

l,5kQ

r, = — = 18,44Q

b) Ta có: Rp = R, // Rj = 56kQ // 8,2kQ = ,15kQ

Và Rv = R p// ĨVT = R p// p.r, = 7,15kQ // ,4 n

Rv = 7,15kQ // l,66kQ = l,35kQ. c) R„ = Rc // fo = Rc // co = Rc = 6,8kO. d)K = - - ^ = - ^ = -368,76

r 18,44

e ) K ^ = ^ = ^ = | L Ị L = 73,04. R , + r„ R ,+p.r 7,15+1,66

Bài tập 3-4 Tính tốn lặp lại cho tập hình 3-2 với To = 50kQ. Bài giải

Với hai câu a, b hoàn toàn tương tự 3-3 nghĩa là: a )r ,= 18,44Q

b) Rv= ỉ,35kQ.

c) R„ = Rc // ro = R, // ro = 6,8kQ // 50kQ = 5,98 kQ. d)K = - ^ = - ^ = -324,3

r, 18,44

_ P ' ^ p '^0 _ P -R p -F p _

(ĩq+R(,)(Rp H-ry^-) (ĩq+R3 XRP+Pr^)

90.7,15.50 (50+6,8X7,15 + 1,66)

Bài tập 3-5 Cho tầng khuếch đại dùng transistor hình 3-3 Hãy xác định:

a)re

b )R v

C)R„

d)

R.

470k U,

+E,, 20V

2,2k Q

J—

c, 10^F

CIOịìP

K M 20

r =40ka

0,56kQ lỐụF

Hình 3-3

Bài giải Chọn transistor T loại s¡ với Uggo = 0,7V a) Điện trở được tính sau;

J ^ 2 -0 ,7

= — f - - = 35,89|aA

R„+(1 + Ị3)R 470.10’ + 121.0,56.10'

Ieo =(P + l)lB0=121.35,89^A = 4,34mA.

í

và r =_ U j _ 26

EO 4,34

= ,9

b) Rv = R J / rvT mà ĨVT = P(re + Re) = 120(5,99 + 560) = 67,92kQ. Rv = 470kQ//67,92kQ.

c)R„ = R c / / r o - Rc = 2,2kQ. r,„ ‘VT 67,92

R

e) Kị= - K ^ , ^ = -(-3 ,8 )^ ? ^ = 104,92.

R 2,2

(^8^ Bài tập 3-6 Tính tốn lặp lại cho tập hình 3-3 có tụ Q Bài giải

b) Vì điện ứở Re bị ngắn mạch thành phần xoay chiều tín hiệu qua tụ Q nên:

Ry = Rg / / m = p.ĩg

nên: Rv = Rb // p.ĩe = 470kQ // 120.599Q

= k Q / / ,8 Q = 7 J Q

c) R„ = Rc = 2,2kQ.

d) K„ = = - ^ 4 ^ = -367,28

e)K ,= PRB _

Vr

5,99

120.470.10^

470.10^+718,8 = 119,82.

Bài tập 3-7 Cho tầng khuếch đại dùng transistor hình 3-4 (tầng lặp emitơ) Hãy xác định:

a)r,

b) Rv

c) R d )K , e) Ki

Ti,: 2 A ^

“ R B + ( l + ß)Rg 2 k Q + 101.3,3k O

= (1 + ß)ig^ = 101.20,42^A = 2,062mA nên: r = = - — -■ = 12,610

' Ieo 2 ,0 2

b ) R v = R b / / rv T = R b / / ß-re + ( + P ) R e

= 220kQ // 100.12,610 + 101.3,3kü

= 2 k n / / 3 ,5 k Q = ,7 k fì.

c) R,, = Re // r, = 3,3kQ // 12,61Q = 12,56Q = r,.

= = 0,996

Uv r^+Rß 3,3.10^ + 12,61

e ,K ,= - ^ = - - J ^ = - , R^ + Ty j 2 + 3 ,5 6

hoặc xác định theo biểu thức khác:

Ki = -K „ ^ = -0 ,9 = -4 ,0 6

' ’ 3,3kQ

(8^ Bài tập 3-8 Tính tốn lặp lại 3-7 với ĨQ = 25kQ, xem hình 3-4. Bài giải

a) Việc tính tốn T( giống 3-7 nên: = 12,61Q. b) Vỡ To ô coQ hay To < lORò nờn Tvt tính sau:

r „ = ß.r + ^ I0 in + » ,7 k fì

l + ñ e i + 3,3k£ỉ

ĨQ 25kQ

v R v = R b / / Tvt = 2 k / / 2 ,7 k Q = 12 ,15 k fì.

c)R „ = RE//re=12,56Q.

(1 + ß ) ^ (10 0+ 1)

d) ^ = - - 1M I = ,9

1 + —^ l + n i

e) K¡= - K ^ ^ = -0,996

Bài tập 3-9 Cho tầng khuếch đại dùng transistor mắc BC hình 3-5 Hãy xác định: a)r,

b)Rv C)R„ d) K, e) Ki

126,15kQ

3,3kQ = -38,07.

1 0^F 11 ' ^

MkQ "Eee

V l J

K Ỉ

c,

t—1^— •

t,- lO^iF ^ 5kQ ư

fEcc a = 0,98;ro= IMQ

Hình 3-5

Bài giải Chọn transistor T loại Si với UggQ = 0,7V

nên r , = Ì ỉ i = ^ = 20Q

IkQ

EO

b) Trở kháng vào mắc BC là:

Rv = Re/ / Te = IkQ / / 20Q = 19,61Q. c) R,, = Re // ro = Rc // IMQ = Rg = 5kQ.

K - _ 5.10^

d) K, = 250

20

e) Ki= i i - = - ^ = - ^ = - a = -0 ,9 = - l

L, L, L

0 Bài tập 3-10 Qio tầng khuếch đại dùng transistor hình 3-6 Hãy xác định:

b) Rv

c) R„

d ) K ,

e) K¡

Bài giải

Chọn transistor loại Si

v ìU ,o = , V

a) Từ:

+ E „ V

I,

R , k Q

c, lO^iF

R.,

2 ,7 k Q

QIO^F U R p=200 r„=ooQ Hình 3-6

9 V -0 ,7 V

^BO ~ — — = - - - = l,53|.iA Rg+ịỉR c 180kQ +200.2,7kQ

Lo = (1 + P)Ibo = (1 + 00)11,53|aA = ,32m A và

EO

b)

2,32

p Rb

11,21 , ,

= 560,5Q

2 0

c) R,, = Rc // ro // Rb với ĩo > lORc thì R„ = Rc // Rb với Rg » Rc ta có;

K =

Rc-ở ta tính được;

R „ = R c // R b = , k Q // k Q = , 6 k Q

d) Ky = = -240,86

e) K = PR,

11,21

200.180

= 50. 0

R g+pR c 180 + 200.2,7

90 ) Bài tập 3-11 Cho tầng khuếch đại dùng transistor hình 3-7 Hãy xác định:

c) d) K;

Bài giải

a) Trở kháng vào tầng được xác định theo biểu thức:♦ •

Rv = R B / / h „ e = 330kQ //

l,175kQ = l,171kQ. b) Trở kháng tầng được xác định theo biểu thức:

• +E

ura

h,,= 0

h,^=l,!75krì

h22e=20jiAA^

Hình 3-7

R =

1

'2 e

7/R^ = r„ //R ^= 50kQ // 2,7kQ = 2,56kQ =: R,

ở đây:

'2 e 20

V

= 50kQ

c) Hệ số khuếch đại điện áp tầng là:

K „ , J ! L Z ^ , -2 ,3 4

‘l i e 1,171

d) Hệ số khuếch đại dòng điện là;

K ,= Ị * -= I > j,.=1 0. Bài tập 3-12 Cho

tầng khuếch đại dùng transistor trường như trên hình 3-8 Hãy xác định:

a)gm b)r, c) Ry

20V

2kn 5R ,

D G

Rv c,

ư.

Ì V

U.

Up=-8V

ưgso=-2V

Ij^=5,625mA

d) R e ) K ,

Bài giải

a) Từ phương trình Shockley transistor trường loại J-FET ta có: Sm„

2ĩ_

U

2.10mA

8V

ê m B m „

UGS„ _

= 2,5mS

-2

b) ''d= — =

U ) = 2,5m S(l— ^) = l,-8 88mS

_Ị^

ểd

1

= 25kQ 40.10"*

c) Ry = R(3/ / T y j = Rq / / co — R-G — I M O

d) R„ = Ro // Td = 2kQ // 25kQ = 1,85kO

e) Ku = -gl(Ro // r j = -l,88mS.l,85kO = -3,48. (^92^ Bài tập 3-13 Cho tầng

khuếch đại lặp dùng J-FET như hình 3-9 biết thêm: ư o s o = -2,86V; Up = -4V; =4,56mA;

Idss = 16mA; = 2 5|^s

Hãy xác định: a)gm

b)r, c) Rv d) R™

0,05^F n

- -i

'Edd^V • i f ^

Uv , aOSMF

K

^ Iivm

> R,<> ^2 2,2kQ 3

ra

Hình 3-9

Bài giải 21

a) g = ' Om« -ỊJ

2.16mA

4V = 8mS

ểtn êmo^^ = 8mS(l — = 2,28raS

b) 1;,= — = 1 = 40kQ gd 25^iS

c) R v = R o / / Tv t = R g / / 00 = Rg = I M Q

d) R„ = r, // R, // — = 40kQ // 2,2kQ //

gm 2,28mS

= ,5 0

@ Bài tập 3-14 Cho tầng khuếch đại dùng D-MOSPET (MOSPET loại nghèo) như ừên hình 3-10 cho biết

thêm: Uoso=0,35V;

Iqo = 7,6m A ; Idss = 6mA; ủp = -3V; g, = ỈOịiS. Hãy xác định;

a)gm b)r,

c) Vẽ sơ đồ tưcfng đương tầng

d ) R v

e) R f)Ku.

Hình 3-10

Bài giải a ) g „ „ = ^ = - ^ ^ = 4mS

3V

u,

g = g o a - ^ ) = 4(l ư

0,35

-3 ) = 4,046mS b)fd= — = - ^ = 100kO.

gd

c) Sơ đồ tưofng đương tầng vẽ hình -11 đây. d) Rv = R, // R, // rvT = R, // R2 //

e) R„ = r, // Rd = (100 // l,8)kQ = 1,77kQ f) Ku = -g„.RD = -4,046mS.l,8 = -7,28.

G D

Uv 1

llO M fi

RẬ

lOMQ

» -m

^ c D

Sm ^GS lOOkQ

D ^ l,8 k n "

s

Hinh 3-11

(9^ Bài tập 3-15 Qio mạch khu&h đại dùng transistor E-MOSFET trên hình 3-12.

R

+Edd12V

2kQ R.^IOMO

U, c,

R,

1^F

Rra

Hình 3-12

Hãy xác định: a) gm

b)r, c) Ry d) R., e)

Ku-Bài giải

i; =6mA

u;=8V

Ut=3V gd = 20ịiS

(0,24.10-'AẤ)

k =

0,24.10'’AA^-Ucso = 6,4V

Itx) = 2,75m A

a) g,„ = 2k(U.so-UT) = 2.0,24.10"^(6,4-3) = l,63mS.

b) r, = — =

gd 20|aS

R c + r ,//R p _ 10Mfì + 50kQ//2kQ ~ 1+ L ( Í / / R d) ~ l + l,63mS(50kQ//2kQ) Nếu khơng tính đến ảnh hưởng thì:

= 2,42M Q

;g 10 = 2,53MQ

l + g„R^ 1 + 1,63.2

d) R,, = Rc // r, H Rd = lOMQ // 50kQ // 2kQ = 1,92kQ. Khi r^i > lORp trở kháng tính:

R„ = R o //R o = RD = 2kQ

e) Ku = -g^.Ro = -1,63mS.2 = -3,26.

Khi bỏ qua ảnh hưởng với r<j > lORp. Khi tính đến r¿ thì:

Ku = -g„,(Rc // // Rd) = -1,6ms( 1OMQ // 50kQ // 2kQ) = -3,21. (9^ Bài tập 3-16 Qìo tầng

khuếch đại dùng J-FET như

UoD 30V

trên hình 3-13 Hãy xác định điện trở tải chiều Rp tầng vód hệ số khuếch đại điện áp Ku = 10.

Bài giải

Với Rs = ì sơ đồ hình 3-13 đầu ta có

u Q5 = o v điều có nghĩa là:

R II T

Rg > lOMn Ip55 = Olĩl A

Up = -4V

g, = 20tiS

Hình 3-13

Ku = -gn,Rn = -gm„ Rra = -gmCRo // r<i) = -gm„ (Rd // Td) Từ ta tính được:»

2I0SS _ 2.10mA

-gm„ = = 5mS

Up và ta có; Ky = -10 = -SmSíRp // r^)

10

4V

nên; Rp // =

Mặt khác ta có:

1

rd= — =

g 20.10-^ Khi đó: Rd // r, = Rd // 50kQ = 2kQ

= 50kfì

RoSOkQ R^+SOkQ

RoSOkQ = 2(Rd + 50)kQ

Vậy Rj) = 2,08kQ chọn điện trở Rß theo tiêu chuẩn Rjj = 2kQ. (% ) Bài tập 3-17 Cho mạch khuếch đại dùng J-FET hình 3-14.

Hãy xác định điện trở Rj) Rs với Ku = Uqs_ = —Up = - I V Biết thêm: Idss = lOmA; Up = -4V; gj = 20|J,S.

^DSS *” ỉômA

U p = - V

Ga = 20^lS

Hình 3-14

Bài giải T- ' _ 2Idss _ 2.10mA

Ta có; - = 5mS

U,

và g„ = g „ „ ( l - ^ ^ ) = m s ( l - ^ ) = 3,75mS mặt khác: Ku = -g„(RD // r<j)

nên

Rd // = Rd // — = Ri, / / - ^ = Rd//50kQ = 2,13kQ

gd 20|aS

Từ ta xác định Ro = 2,2kQ (đúng theo tiêu chuẩn). Để xác định điện trở Rs xuất phát từ biểu thức;

'^GSO “ ~^DO^S ^DO — ^Dss(^ uGSO \ 2 _

Up

ý = lOmA

- 4 = 5,625mA

Vậy Rs = ^ = 177,80

IDO 5,625.10

Chọn theo bảng điện trở tiêu chuẩn Rs = 180Q.

{^9^ Bài tập 3-18 Qio tầng khuếch đại dùng J-FET hình 3-14 (xem số liệu tập 3-17) Hãy xác định giá trị R|5, Rs khơng có tụ Q

Bài giải

Khi khơng có tụ Cs mạch, đại lượng tính tốn cho chế độ một chiều tầng khơng có thay đổi nghĩa là: ƯQSO = - I V ; Ij3ò = 5,625iĩiA ; Rs = 180fì! (như 3-17).

Biểu thức tính hệ số khuếch đại điện áp Kjj là:

— §m^D

" l + Sn,Rs

8 = - 3,75mS.Rj3 l + 3,75.10"^180

_ 3,75mS.Rp 1+0,675 từ tính Rq là:

13 4

R ^ = - — —- = 3,573kQ ° 3,75mS

(^98^ Bài tập 3-19 Cho khuếch đại điện tử hình 3-15 Hãy xác định K^; Ry; Rn.; u^; u ’ với Ugso= - ,9 V ; Ioo=2,8m A R, = lOkQ.

Ipss = lOmA; Up = -4V; Tị T2 cùng loại có tham số.

ra

Hình 3-15

Bài giải

ê m o

_ _ 2.10mA

ê m S m o ^ ^

U

u 4V = 5mS

Up

) = 5mS -1>9

4 J= 2,6mS

Ku = Ku, = = -ê„Ri = -g„Rs = -2,6mS.2,4kQ =

Hệ số khuếch đại Ku là:

K ,= K ,,.K ^ ,^ = (-6 ,2 )(-6 ,2 ) = 38,4 Điện áp là:

u „ = Ky.Uv = 38,4 lOmV = 384mV Trở kháng vào khuếch đại là:

Ry = Rg = R2 3,3MQ Trở kháng khuếch đại là;

R , = R5 = = 2,4kD. Khi mắc tải R, = lOkQ, điện áp tải là:

u, =— —u =—i^384mV = 310mV ‘ R„+R, ” 2,4 + 10

(9^ Bài tập 3-20 Cho khuếch đại điện tử dùng BJT hình 3-16 với Ub = 4,7V; Ue = 4V; Uc = i 1V; Ie = 4mA Hãy xác định: K^; u„; Rv; rI và u, mắc tải R, = OkO.

R

10 )iF

h

-Uv c,

15kQ

25^iV R < J Ị ^

:R,2,2ka *^5 q 10nF P=20Ó

R7 > 2,2kO

• +E,,20V

4,7kn

1

C , |iF

p=200

^6 20mF

Hình 3-16

Bài giải Trước tiên ta xác định điện trở Tg

26mV 26

= ^ = 6,5Q Hệ số khuếch đại đỉện áp tầng 1:

r _ R _ R c(//R //R //P -r.) *^u, ~ “

Te Te

2 ,2kQ //(15kQ//4 ,7kQ//200.6,5Q ở đây

6,5Q

R ,, = R3//(R ,//R ,//p r J

Hệ số khuếch đại sẽ là:

= _ ^ = _ ^ = _ ^ = _ : ^ _ 3 , 6 6,5

Ku = Ku, = (-102,3){-338,46) = 34624 u „ = Kij.Uv = 34624.25^iV = 0,866V Trở kháng vào khuếch đại là:

Rv = R, // R, // pr, = 4,7kQ // 15kQ // 200.6,50 = 953.6Q Trở kháng ra:

— Rc ” ^6 ~ 2,2kQ. Khi mắc R, = lOkQ điện áp tải là:

u = — ^ — U = — ^ 6 V = 0.71V

> , k n ^3

0 ,0 ^ F

4,7kQ 4 =

1 '5 100fxF

Hình 3-17

Ku = //R v ,) = -2,6m S(2,4kQ //953,6D ) = -1,77 Hệ số khuếch đại K„ là:

K^^=K„K„ = (-l,7 )(-3 ,46) = 599,1 Điện áp u„ = K^.Uv = 9 ,l.lm V = 0,6V

Trở kháng vào Rv = Rq = 3,3MQ Trở kháng R,, = Rc = 2,2kQ = R5.

(10^ Bài tập 3-22 Cho tầng khuếch đại cascode hình 3-18 Hãy xác định Ku tầng với = ,9 V ; U3 = 10,8V ;

!(, = Ic = 3,8mA = 1^ = Ig; P| = p2 = 200; Tị = T2 = T (giống nhau).

p, = p, = 200

T, = T, = T

(giống nhau)

Hình 3-18

Bài giải 26mV 26

Vậy K „= K , K„ = -2 'Ü

( ^ Bài tập 3-23 Cho tầng khuếch đại dùng transistor Darlington ưên hình 3-19 Hãy xác định hệ số khuếch đại dịng điện K|.

Bài giải Ta vẽ lại sơ đồ tương

đương mạch điện hình 3-20 dưói đây:

_ Pd^b

8000.3,3.10®

3,3.10^+8000.390 = 4112

Hình 3-20

( ^ Bài tập 3-24 Oio tầng

Bài giải

Ry = Rg // (r^ + p,p2.Rc) = 2MQ // (3kQ + 140.180.75Q) = 974kQ. K;=p.p2

R 9 a6

= 140 180( - — t) = 3,7.10^

Rg +R v 2.10"+974.10^

R = -!h _ = i i ^ = 0,12Q ™ p,p2 140.180

và K„ = - J M ^ = _ Ị ^ * ^ = 0,9984, p,p2R c+r„ 140.180.75+3000

( í ^ Bài tập 3-25 Cho mạch điện dùng J-FET như hình 3-22 (mạch tạo nguồn dịng). Hãy xác định dòng Id u„ khi:

a)R D =l,2kQ

b) Rd = 3,3kQ.

Vód Idss = 4mA Up = -3,5V. Bài giải

Từ mạch điện đã cho Uqs = ov. Ij3 = I0SS — 4m A.

a) ư„ = Edd- IdRd = 18V - 4mA.l,2kQ = 13,2V.

Edd18V R,

u_

b) u , , = Edo - IdRd = 18- ,3 = ,8 V

Bài tập 3-26 Cho mạch điện dùng BJT như hình 3-23 (mạch tạo nguồn dịng) Hãy xác định dòng điện I.

Bài giải

Chọn transistor loại Si với Ugg = 0,7V. R,

Ta có: ưg =

R, 4-R2

5,1

(5,1 + 5,1) (_20) = -10V

S.lkQ-+E^ -20VcC

Hình 3-23

Ue = U - Ubh = -1 -0 ,7 = -10,7V I = I , = l ^ = d Ọ ì Z z m = 4,65mA.

^ R 2

(1^ Bài tập 3-27 Cho nguồn dòng dùng transistor zener trên hình 3-24 Hãy xác định dòng điện I với u , = 6,2V.

2.2kn' Bài giải

Chọn transistor loại Si với

l,8kQ

+E„ -18V

Ube = 0,7V. Ta có:

Hinh 3-24

R 1,8

Bài giải

Chọn transistor T| T2 loại Si. E - ư

Tacó: = 1 (1 -0 ,7 )

1,1

R = 10,27mA.

108) Bài tập 3-29 Cho tầng khuếch đại vi sai dùng BJT hình 3-26 Hãy

xác định điện áp u„ Với = 20kQ ; Pi = P2 = ^5. Bài giải

Chọn transistor T| T, loại Si với Ube = 0,7V.

Ta có:

E - U

h = BE

R 9 - ,7

j = 193^iA

= 96,5nA. 43.10

Dòng colectỏ; lẹ 193|aA

^ 2 2

Từ ta có Uc tính:

Uc = Ecc - lẹRc = - 96,5.10 ■^47.10' = 4,5V. Điện trở tính;

1-3

Hình 3-26

96,5.10 Hệ số khuếch đại điện áp Ku là;

u„ = Ku-Uv = 2.10187,4 = 1,I75V.

(1^ Bài tập 3-30 Hãy xác định hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha của tầng khuếch đại vi sai dùng transistor hình 3-26.

Bài giải

Từ biểu thức tính tốn cho hộ số khuếch đại tín hiệu đồng pha đối với tầng vi sai ta xác định Kc đây:

K PRc , 75.47

^ Uv r^ + (p + l)Rg 20 + (l + 75)2.43 ’

(1^ Bài tập 3-31 Hãy xác định Kc tầng vi sai cho ừên hình 3-27 đây: Vậy u„ là:

T, &Tọ p, = p2 = 75

^VTl “ “ ^VT IcCầ Ta

p3 = 75

r„3 = Re = 0 k íì

Bài giải

Transistor Tj kết hợp với linh kiện mắc mạch tạo thành một nguồn dòng nhằm nâng cao trở kháng chiều Rg thay các giá trị vào biểu thức tính Kc ta được:

K , = - = 24,7.10-'

3.3 ĐỀ BÀI TẬP«

0 Bài tập 3-32 Cho tầng khuếch đại dùng BJT mắc EC hình 3 28 Hãy xác định Rv; R„; Ku’, Kj

a) với ĨQ = 40kQ b) với Tq = 20kQ.

:60

Hinh 3-28

( ^ Bài tập 3-33 Cho mạch điện dùng transistor hình 3-29 Hãy xác định E c c sao cho Ku = -200.

( í ^ Bài tập 3-34 Cho tầng khuếch đại đùng transistor hình 3-30. Hãy xác định r^; Ry; R„; K^; K| với:

+ E ^ V

R| :3,9kn

I , I I - -- *u,

q I ^ F

ra

P=100

Hinh 3-30

( ^ Bài tập 3-35, Cho tầng khuếch đại dùng BJT hình 3-31 Hãy ?CâC cỉĩĩỉỉ) Ku; K,

+Ecc20V

—H í

p=80 r.=40kQ

Hình 3-31

( l ^ Bài tập 3-37 Cho tầng khuếch đại dùng BJT hình 3-33 Hãy xác định Ib; Ic; r^; R v ’, K^; Kị.

(1^ Bài tập 3-38 Cho mạch khuếch đại dùng BJT hình 3-34 Hãy xác định r^; Rv’, Rraỉ K|.

T+6V Ị-IOV a = 0,998

R ^ ,8 k Q R„ ^ ,7 k n

ư v Iv \ /

^l *u

R

ra

(ÍĨb) Bài tập 3-39 Cho mạch khuếch đại đùng BJT hình 3-35 Hãy

^ xác đmh Ku; K,.

+8V

ra

-5V Hình 3-35

Bài tập 3-40 Cho tầng khuếch đại dùng BJT trên.hình 3-36 Hãy xác định r,; Rv; R,,; K„; K;.

t E 12V

R 220kíí

ư,

-II-R ,3 kQ

ị l p=120

R,

r„=40kíì

Hinh3-36

Bài tập 3-41 Cho tầng khuếch đại dùng BJT hình 3-37 Với r, = loõ; p = 200; =-160; Kị = 19; To = ã)kn Hãy xác định Rỏ K Ecc.

R

u.

-lí-— VSAr

<

u.

(121^ Bài tập 3-42 Cho tầng khuếch đại dùng BJT hình 3-38 với

h,|^ = 180; hị, = ,75k Q ; h22^ = 25|ẲS Hãy xác định Rv; Ky; K|; ĩg.

D i 1 ^ 3

i > 68kQ >2,2kfì

^+Ecc 18V

Hình 3-38

Bài tập 3-43 Qio tầng khu&h đại dùng BJT tì-ên hình 3-39

vói h2| = -0 ,9 ; h„ = 9,45Q ; • íh ’ ’ h,, = ^ ^ 22,, Y Hãy xác định Rv; R„; K^; K^; a; p; r^; Tq.

Bài tập 3-44 Cho tầng

y-R

H l

-10ÍiF V /

R ^l,2kQ T 4V

lO^iP

2,7kQ ^ 12V

R.

Hình 3-39

khuếch đại dùng J-FET hình 3-40 Hãy xác định Rv; R„; Kjj với Idss - lOmA; Up = -4V; = 40kQ.

Edd18V Rol.SkQ

( í ^ Bài tập 3>45 Cho tầng khuếch đại dùng J-FET hình 3-41

Hãy xác định Ry; R„; Ku với = 3000|iS gd = 50|aS.

( í ^ Bài tập 3-46 Hãy xác định Rv; R„; Ku tầng khuech đại dùng J-FET hình 3-41 (xem 3-45) ngắt tụ Cj khỏi mạch. ( l ^ Bài tập 3-47 Cho tầng khuếch đại dùng J-FET hình 3-42 Hãy

xác định Rv; Rn,; u„ với Uy = 20mV; loss = 12mA; Up = -3V; T¿ = lOOkQ.

ra

Bài tập 3-48 Hãy xác định Rv; R„; u „ tầng khuếch đại dùng J FET hình 3-42 (xem bài' 3-47) ngắt tụ C3 ra khỏi mạch.

^ 3^ Bài tập 3-51 Cho tầng khuếch đại mắc GC dùng J-FET hình 3-43.

^ Hãy xac định Rv, R„; u^; vói Uv = 0,lmV; Icss= 8mA; Up = -2,8V; = 40ka.

ra

® Hinh 3-43

Bài tập 3-52 Cho tầng khuếch đại dùng DMOSPET ừên hình 3-44. Hãy xác định biết gj = 20pS; Uy = 2mV; I^ss = 8mA; Up = -3V.

41— *u Hh

RG>10Mfì

Hỉnh 3-44

(132) Bài tập 3-53 Ơ I O tầng khu&h đại dùng D-MOSFET Kình 3-45 Hãy

xác định Rv, R„; Ky Biết =6ỒkQ; Icss = 12mA; ưp= -3,5V; Edd = 22V.

Eoo 22V

^ o ịi.s k n

u.

'ưni

Rq!

lOMQ' R

100 Ị.

( ^ Bài tập 3-54 Tính tốn lặp lại cho tập hình 3-45 với = 25kQ. ( ^ Bài tập 3-55 Cho tầng khuếch đại dùng D-MOSPET hình 3-46.

Hãy xác định với Uv = 4mV; gj = 35|0,S; g„ = 6000|J,S. Eoo

_ t ‘ 'DD

[ n

91NKÌ > 3 <6,8kn

c 1

u."— li - ' B ’

R2> I

15MQ f Rs > i

3.3kn> T ^

Hình 3-46

Bài tập 3-56 Tính tốn lặp lại tập 3-54 hình 3-46 với g, = 50ụS; = 3000^8.

( l ^ Bài tập 3-57 Cho tầng khuếch đại dùng E-MOSPET hình 3-47. Hãy xác định Rv; R„; Ku với k = 0,3.10 ^ Ut = 3V; Td = lOOkQ.

Epo 16V RdL

Rp 10MÍ2 <2,2kíì r-MAr— í -ịị

U v

-u

Hình 3-47

( í ^ Bài tập 3.58 Tính tốn lặp lại cho 3-57 (xem hình 3-47) với k = 0,2.10'^ so sánh kết quả.

E^d 20V

R,

R„ 22MD

r-AAAr-\QkQ

- i H

¿2

ra

Hinh 3-48

(íã ặ Bài tập 3-60 Hãy xác định u„ của tầng khuếch đại dùng E-MOSPET cho hình 3-48 Biết: Uv = 4mV; Ut = 4V; 1^^^^ = i ; = m A ;

- U , _ = U ; s = V ; g , = ^ i s

Bài tập 3-61 Oio tẩng khuếch đại dùng E-MOSPET hình 3-49. Hãy xác định u„ với U v = 0,8mV; = 40kQ; ƯT = 3V; k = 0,4.10 \

ra

Bài tập 3-63 Cho tầng khuếch đại dùng JFET hình 3-51 Hãy xác định Rß Rs- Với Ku = lữ,

Icœ = 12mA; Up=-3V; =40kQ.

Bài tập 3-64 Cho bộ khuếch đại gổm hai tầng như hình 3-52 Hãy xác định điện áp u„ Với

Idss = 8mA; ưp = -4,5V.

Bài tập 3-65 Cho khuếch đại gồm hai tầng hình 3-53 Hãy xác định hệ số khuếch đại K„ VỚI Ißss = 6mA, Up = -3V, ß = 150.

( l ^ Bài tập 3-68 Cho tầng khuếch đại Darlington hình 3-55 Hãy xác định K„.

( í ^ Bài tập 3-69 Cho tầng khuếch đại Darlington hình 3-56 Hãy xác định điện áp ư„ Với Pi = 160; P2 = 200.

ra

(1^ Bài tập 3-70 Cho mạch điện đùng JFET như trên hình 3-57 Hãy xác định dịng điện I với

Ioss = 6mA;Up = -3V. 2 k à R

i

Bài tập 3-71 Hãy xác định dịng điện I cho mạch điện hình 3-58 với p = 100.

4,3kư

R,

ị-<T

ì l,8kQ +E -18Vee

Chương 4

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤTm w

4.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Nhiệm vụ tầng khuếch đại công suất đưa tằi cơng suất đủ lớn theo u cầu, từ vài chục mW đến hàng trăm hay hàng ngàn w Hệ số khuếch đại cơng suất đóng vai trò quan trọng, hệ số khuếch đại điện áp thứ yếu.

- Tầng công suất làm việc chế độ khác nhau; chế độ A, AB, B hay chế độ c , để khuếch đại tín hiệu điều hịa thường sử dụng hơn chế độ A AB (hay gọi chế độ B|).

- Đây tầng khuếch đại tín hiệu lớn nên buộc phải làm việc đoạn cong đặc tuyến transistor nên gây méo phi tuyến.

- Tầng công suất mắc theo sơ đồ đofn hay sơ đồ đẩy kéo, có thể dùng nguồn cấp điện đơn cực hay nguồn đối xứng có điểm trung hịa.

- Hiệu suất tầng công suất định hiệu suất máy khuếch đại; việc nâng cao hiệu suất ngồi ý nghĩa tiết kiệm lượng cịn làm giảm công suất tiêu tán vỏ transistor dạng nhiệt.

- Các tầng khuếch đại công suất phân ra: tầng đcfn, tầng đẩy kéo, tầng có biến áp ra, tầng không biến áp

* T ầ n g cơìig s u ấ t m ắ c đơn tả i đ iện tr ỏ (hình -1 )

Hình 4-1 Tầng cơng suất mắc đơn tải điện trỏ

Công suất p = = Is2^ =

-Hsm-" 2 2 2R„

Trong U,„ = U c B „ = |v I „ = I„

p_ , = H - k = i Ễ = i l , E ramax 2 ^ ° * Công suất tiêu thụ từ nguồn

Po = Ico E Hiệu suất cực đại p„ -> p,ra max

n = i ỉ= -| 100% = 25%

4 I „ E Thực tế hiệu suất thấp hơn.

Điện trở tải xoay chiều tối ưu xác định: ■^C t.ư

h 2 K ư u điểm: tín hiệu bị méo

Nhược điểm: cơng suất nhỏ, hiệu suất thấp.

* Tầng công suất mắc đơn có biến áp (hình 4-2)

Biến áp có chức ngăn chiều, dẫn tín hiệu xoay chiều tải Rị đồng thcri phối hợp trở kháng.

Điều kiện phối hợp trở kháng

Rra = R( = R(

_ w

Trong n = hệ số biến áp; W2

R„ - điện ừở tầng khuếch đại; R, - điện trở tải;

R, - điện trở tải quy sơ cấp biến áp. Từ suy n =

i

R.

Nếu biến áp lý tưỏng điện trở tải xoay chiều mạch ra

u_ U

Ira - Ico

a) Hinh 4-2 Tầng cơng suất mắc đớn, có biến áp ra

- Công suất cực đại

2 2 ■ “

b)

ramax - Công suất tiêu thụ từ nguồn:

Po = U ,„.I^ = I,„E - Hiệu suất cực đại:• • •

=

1 E.I Po 2 E.I

^100% = 50%

Trong thực tế biến áp ln có tổn hao tồn điện áp dư Udu nên hiệu suất nhỏ hơn.

Khi làm việc với tải tối ưu biên độ điện áp cực đại Uca™, 2E tải

mang tính điện kháng nên xuất sức điện động cảm ứng cuộn sơ cấp biến áp.

* T ầ n g cô n g su ấ t m ắ c theo s đ đ ẩ y kéo có biến áp (hình -3 )

BAị biến áp đảo pha; BAị biến áp ra.

ỉ«

r

uy L

r" T T ~ V i :u - v ị v - ^ ^

+E

BAI T,

Ba2

a)

Hình 4-3 Sơ đồ cơng suất (a) đặc tuyến (b)

Điện trở tải transistor (1/2 cuộn sơ cấp W | vòng) xác định,

w, w. R’, = n'.R, Suy n = R n = - ^

R

- Công suất cực đại nhánh

p _ i l r; _ I UcB ■_ I.n E

ni max 2

Dòng điện trung bình chu kỳ nhánh (1 transistor)

1 I

I ĩ n

Dòng tiêu thụ từ nguồn E (cả hai nhánh); = — n - Công suất tiêu thụ từ nguồn E:

Po = I „ E = -I,„ E n Hiệu suất cực đại tầng

p ĩ F.

Imax

71

Thực tế biến áp có tổn hao ưcEm < E nên hiệu suất thấp hơn. Công suất tiêu tán colectơ transistor dạng nhiệt.

P _ p I I 2

Suy p cmax = - ^ P wO,4P_2 r;iniax n

Kết luận:

- chế độ B hay AB Uy = tầng không tiêu thụ lượng.

- Ngắn mạch tải hở mạch tải có tín hiệu vào nguy hiểm cho transistor.

* T ầỉìg công su ấ t đ ẩ y kéo m ắc nố i tiếp khơng hiển p (hình -4 )

1

R, R ịị

c,

• 11 1

»í • I I ' u.

JL R.: ; R,

Hình 4-4

Để mắc tải trực tiếp không qua biến áp phải dùng nguồn đối xứng ±E có điểm trung hồ, cực + -E không nối với vỏ máy Transistor T|, Tt hai nhánh tầng công suất, dùng hai transistor khác loại dẫn điện, mắc theo sơ đồ tải emitơ nên không khuếch đại điện áp Tầng T, tầng kích cơng suất khuếch đại điện áp, tải xoay chiều Rj; D| và D, làm nhiệm vụ tạo thiên áp ổn định nhiệt cho T| T,.

Tầng thường làm việc chế độ AB Các tính tốn tầng giống như xét trên.

* T ầ n g công su ấ t m ắ c theo s đ đẩy kéo íỉùng tụ p h n cách c¡>

Trong trường hợp khơng có nguồn đối xứng mà có nguồn đơn cực, muốn mắc tải trực tiếp, khơng qua biến áp phải dùng tụ phân cách Cp mắc nối tiếp với tải.

Tầng Tj linh kiện hợp thành giống sơ đồ dùng nguồn đối xứng. 4.2 PHẨN BÀI TẬP CÓ LỜI GIÀI

(1^ Bài tập 4-1 Cho mạch khuếch đại cơng suất hình 4-5 a Biết: E = V

Rc = 20Q R, = 2kQ

U b e = 0,5V; p = 50

Dịng điện vào có biên độ Iv = Ib = 5mA.

a) Xác định điểm làm việc tĩnh và đường tải chiều, xoay chiều.

b) Xác định dòng Ic ứng với ly = 5mA. Bài giải a) Dòng tĩnh Ibo xác định

1 -0 ,5

Hình 4-5a

= 5,75mA

ị I,(mA)

Ạ ^R=R~

1 \ 287,5

V Ỵ /

V/ x,„ ^6,25

U„(V)

Hình 4-5b

E -U e,o _

R, 2.10'

Dòng tĩnh colectơ

Icx) = PIbo = 50.5,75 = 287,5mA - Điện ap U (^ = 12-IqqRc = 12 - 287,5 lOMO = 12 - 5,75 = 6,25V

Điểm làm việc tĩnh o có toạ độ

o (6.25V; 287,5mA).

- Để vẽ đường tải chiều xoay G h iề u (ở = R_ = Rc) cẫn xác định thêm điểm ngồi điểm o Biết phương trình đường tải U,, = E -IcR c

Cho Ic = u „ = UcE = E = 12V Nối điểm o với điểm 12V trục hoành ta đường tải chiều.

b) Khi dòng điện vào Ig biến thiên 5mA dịng điện biến thiên

a) Hiệu suất tầng.

b) Công suất tiêu tán colectơ transistor. Bài giải

a) Để xác định hiệu suất, cần xác định công suất tải công suất tiêu thụ. _ ("250

- Công suất p = ^ R = .20 = 0,625W

2 2

- Công suất tiêu thụ từ nguồn

Po = E.I,„ = 12.287,5.10' = 3,45W Hiệu suất TỊ = ^ ^ 0 % = 18,1 %

' 3,45

b) Công suất tiêu tán colectơ transistor

Pc = Po - Pra = 3,45 - 0,625 = 2,825W ( Q ) Bài tập 4-3 Đề lặp lại 4-1.

Nếu giảm biên độ dịng tín hiệu vào cịn 3mA Hãy xác định:

a) Công suất ra.

b) Hiêu suất của tầng.

c) Công suất tiêu tán colectơ. d) Cho nhận xét.

Bài giải a) Xác định công suất ra

- Dòng điện = I g p = 3.50 = 150mA Í15010"^y

- Công suất tiêu thụ, không đổi P„= L ,,n = 12 ,5 ' = ,4 w b) líiệu tầnạ

p 225

n = 100% = - - - 100% - 6,52%

K 3,45

c) Cơng tiêu tán colectơ P(.

= p„ - = 3,45 - ,2 = 3,225W

d) Nhận xét:

- Còns suất tiêu thụ từ nguồn cố định, khơng phụ thuộc vào mức lín hiệu vào, vl tầng làm việc chế độ A.

- Biên độ tín hiệu vào giảm hiệu suất giảm công suất tiêu tán P(~

tãng lên.

( ^ Bài tập 4-4 Cho mạch khuếch đại công suất có biến áp hình 4-2. Biết dịng điện tĩnh l|i„ = 3iĩiA; ß = 20; H = 12V; Un|,,) = 0.6V, biên độ dòntỉ diện vào ỉ|j,„ “ 4mA.

Sụt áp R,v : ƯR,.; = 1V; R, = 8Q; n = =

a) Xác định điện trở R| R,.

b) Xác định diêm làrn việc tĩnh, đường tải chiều xoay chiểu.

c) Xác dinh dịng í^„, điện áp u^,„.

Bài giải a) Xác định trị số điện trở R| R, - u,„ = u,,; + U,„,o = 1.0 + 0,6 = 1,6V

U,, - I,.R, R, - = % - V - s o n ' l , 4I„„ '

- U | ^ | = ( Iị, + Iị ị q) R ị = E - U ị^2

b) Xác định điểm làm việc tĩnh

Nếu coi biến áp lý tưởng Ư C E O = E = 12V Ico “ ßlßo — 20.50 = lOOmA

Toạ độ điểm làm việc tĩnh o (12V; lOOmA)

Điện trở tải quy sơ cấp biến áp R’, = n-R, = l8 = n

Từ điểm trục hồnh có điện áp Uc£0 = 12V cơng thêm đoạn điện áp = 100.10'll28 = 12,8 V, điểm B kẻ đường thẳng qua B o ta đường tải xoay chiễu.

Từ đồ thị xác định, ứng với dịng Ißn, biến thiên ±4mA.

U c e « = 22V

U c E i n = U a = V

Icmax= 180 mA Icmin = 2,0 tĩìA.

Biên độ dòng cực đại I 1 -2 = 89mA

Biên độ điện áp cực đại I

( í ^ Bàì tập 4-5 Đề lặp lại 4-4 a) Xác định công suất tải. b) Xác định công suất tiêu thụ. c) Xác định hiệu suất tầng. d) Công suất tiêu tán transistor.

Bàỉ giải

a) Điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp biến áp:

TI I — ĩ 79 —'ĩ

I = - ĩ ^ = = 6,74 V

7 2yÍ2 i S

- Giá trị hiệu đụng điện áp bên thứ cấp biến áp tức tải R,: U ,= U ™ Ị = Ì A = 1.685V

- Công suất tải:

p „ = ^ = í l ì ^ = , 5 W

” R 8

b) Công suất tiêu thụ từ nguồn:

Po = E.I,„ = 12V.100.10' = 1,2W c) Hiệu suất tầng:

p _ 0 355

T1 = -^100% = = 29,58%

Po 1,2 ’

d) Công suất tiêu tán ữên vỏ transistor Pc

Pc = Po - Pra = 1,2 - 0,355 = 0,845W

Bài tập 4-6 Đề lặp lại 4-4 Nhưng giảm điện trò tải xuống còn 4 Hãy xác định công suất ra, hiệu suất công suất tiêu tán

Pc-Bài giải

U„„., = U ce „ „ = V ư.„ì„ = ư c h „ m = U,„ = 3V

Icmin = 2mA Q _ = m A

Biên độ điện áp không méo

n - UcB.a.-UcB.n_ -3

CEm 2 2

- Điện áp hiệu dụng bên sơ cấp biến áp

Ư ™ = ^ = ^ = 5,32V n/2 >/2

- Điện áp hiệu dụng bên thứ cấp biến áp

- Công suất ra

1 5 32

U ,= U „ ^ - = ^ = 1,33V ' ""*4 4

P , = ^ = Í!4 ẽ )! = o,442W " R 4

Công suất tiêu thụ

Po = I,„.E = 100.10M = 1,2W

p 0 442

b) Hiệu suất TI = ^ 0 % = ^ ^ ^ 0 % = 36,83%

Po 1,2

c) Công suất tiêu tán

Pc = Po-p„ = 1,2-0,442 = 0,758 w Kết luận: Khi điện trở tải giảm công suất tăng lên.

( ^ Bài tập 4-7 Cho tầng khuếch đại công suất (KĐCS) mắc đcfn làm việc ở chế độ A hình 4-7.

Hãy xác định cơng suất (P„) hiệu suất tầng (ĩi) với biên độ dòng

20

bazơ Ib„ = lOmA; p = 25; Ic(B) = ^ = — = ÌOOOmA

20

" E 20V

o

20Q

+ Ic

T(Si)

a)

Hình 4-7

Bài giải

Tọa độ điểm Q xác định theo phưcttig trình đưcmg tải chiều (R_)

R , 1.10'

= ß.Ibo = 25.19,3mA = 0,48 A

Uceo = Ecc - IcoRc = 20 - 0,48 20 = 10,4V

- Toạ độ hai điểm A B trục hoành trục tung tưofng ứng là: 20V lOOOmA.

- Biên độ dòng (dòng colectơ) là:

Icm = Ibm- ß = lOmA.25 = 250mA

p = Í ] ¿ 20 = 0,625w

m ^

P o = E c c - I c o = , = ,6 W

^ = ^ 0 % = ^ ^ 0 = , %

Po ,6

u

Hãy xác định công suất tải.

E lO V

R.

l

w,5 ^ÍR 8fì

X a)

l _ = 2 m A

AIc

400

ị-

2oa-l^.^ị„=25mA 1001-,

ự ĩ T ĩ A )

ĩ4 m A 12m A

lOmA

8m A m A 4m A

2mA-ỉj

^ ^ — H ^

5 10 15 p o 25 U J V )

Uc.„,„=18.3V

b) Hình 4-8

w 3

Với số liệu cho thêm: Ibo = 6mA; I(^ = 4mA; n = — = — = 3 W2 1 Bài giải

Dựng đưòng tải chiều R_ hình 4-8b, ta có được: = lOV I,,= 140mA

Điện trở tải phản ánh từ thứ cấp sơ cấp biến áp là: R’, = n^.R, = 3 \s = 0

Biên độ dịng colectơ xác định:

I =Ễí£- = i® =i39m A R ’, 72

Toạ độ điểm B’ trục tung là:

rc x = Ico + I c = 140+ 139 = 279mA

Nối điểm Q B’ ta đường tải xoay chiều R cắt trục hoành tại điểm có ,, = 20V điểm A ’

Trên hình 4-8b vổi biên độ dịng = 4mA đường tải R„ cắt đường đặc tuyến tưomg ứng với = I|„ + Ibn, = + = lOmA

và Ib„i„ = Ib„ - ĩb„ = - = 2mA

r

U „„i„=l,7V Ui„ = 25mA u _ = 18,3V u , = 255mA như hình vẽ 4-8b.

Cơng suất là:

p _ ^^cemax ^cemìn ^^^ciTiax ^cmin^

8

( , - , ) ( 5 Q - ^ - - ^ ) p 8

(15^ Bài tập 4-9 Cho tầng khuếch đại công suất hình 4-8 dựa kết quả tập 4-8.

Hãy xác định Pq; Pc t|.

Bài giải

p„ = = 10V.140.10' = 1,4 w

p” = Po - p„= 1,4 - 0,477 = 0,92 w

p 0 477

11 = - ^ 100% = 100% = 34,1% Po

( í i ặ Bài tập 4-10 Cho KĐCS làm việc chế độ B với = 20V,

^ R, = 16Q, E„ = 30V.

Hãy xác định Pq, Pr¡„ "n.

Bài giải

Với biên độ điện áp 20V tải 16Q ta túứi biên độ dòng tải là: I,m = U = ^ = ^ = U A

lo Dòng tiêu thụ trung bình là:

I b = % = - = r ( U ) = 0,796A

71 71

Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp là

Po = Ecc.I,b = 30.0,796 = 23,9 w Công suất tải là

U i (2 f

Hiệu suất tầng là:

TI = ^ 100% = — 100% = 52,3%

Po 23,9

(l6^ Bài tập 4-11 Cho KĐCS dùng transistor làm việc chế độ B mắc đẩy kéo hình 4-9 (giả thiết

transistor lý tưởng) Hãy xác định công suất tiêu tán Pc mỗi ù-ansistor, p„, Po Ĩ Ị Với Uv

hiệu dụng (rms) 12V = ưvnro-Bài giải

Biên độ điện áp vào là:

u.,„ vm = >/2.U_ vrms = n/2.12V = 17V Với tầng KĐCS lý tưởng ta coi

đúng (khơng có tổn hao tiếp giáp bazơ-emitơ).

Công suất !à:

17^

p ^ = 36,125W

2R 2.4

ra

Biên độ dòng tải là;

U _ 17

I.™ = l.n,= - ^ = J = 4.25A Dịng trung bình tính

71

Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp là:

p,b = = 25.2,71 = 67,75W Công suất tiêu tán transistor là

67,75-36,125

Hiệu suất ĩ] là:

^ 0 % = 0 % = , %

tb 67,75

162) Bài tập 4-12 Cho tầng KĐCS làm việc chế độ A hình 4-10 Hãy xác định dịng tĩnh I(.o và cơng suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp

Po-Bài giải

E E

Ị — cc cc

" R _ + R _ R ,+ R ,+ R ,

+E,, 24V

E = W

~ X r r ^

R , ị t « 'j R ,8 n

ư Ĩ I - í

Hình 4-11

U:

E 24

= — = — —— = 1,454A 2R^+R^ 2.8+ 0,5

( đ â y R _ = R ,; R - = R , + R ,) Po = = 24.1,454 = 34,896 w

(16^ Bài tập 4-13 Cho tầng KĐCS nKư hình 4-11 Hãy xác định hệ số biến áp n với p„ = w?

Bài giải

= W , từ ta xác định biên độ điện áp tải ư,„ 2R,

U,„.=VP„.2R, = ^ = 12 V

Với giải thiết r, = (biến áp có cuộn sơ cấp lý tưởng) nên biên độ điện áp phản ánh sơ cấp u đúng u„0 E„.

ư ,„ = U„„ = E,, = 24V

( í ^ Bài tập 4-14 Qio tầng KĐCS làm việc chế độ A hình 4-11 (xenn bài tập 4-13) Hãy xác định công suất tiêu tán colectơQỦa transistor T.

Bài giải Ico =

E E 24

R + R _ R ',+ n^R, 2 \8 Po = E,Ao = 24.0,75 = 18W Vậy p, = Po - p„ = 18 - = W

( l ^ Bài tập 4-15 Cho mạch khuếch đại cơng suất hình 4-12 Biết hai transistor lý tưởng = 0, I^„¡„ = o, E = 20V Biến áp lý tưởng, hệ số biến áp n = 2.

R, = 8Q; R2= lOOQ.

a) Xác định trị số điện trở R| để tầng làm việc chế độ AB

Y T /\ Â \ r

VƠI U beo = V

Hinh 4-12

b) Tính dịng điện cực đại qua transistor.

c) Tính hiệu suất tầng.

d) Công suất tiêu tán colectơ. Bài giải

a) Thiên áp ƯBEO xác định theo biểu thức:

Suy R, = - R, = - ĩ 00 = ,9kfì

U BEO ^ 4^

Biến áp lý tưởng nên UgEo = E = 20V dòng tĩnh 1^0 = ( )m A b) Dòng colectơ cực đại

E E 20 , ^

- Công suất cực đại

CEm ’ cmax 20.1,25

= 12,5W - Công suất tiêu thụ từ nguồn

P„=E.L = E - I „ = — .1,25 = ]5,92W

" 71 3,14

c) Hiệu suất cực đại tầng:

Tln,.,x = — 100% = - ^ 0 % = 78,5%

p„ 15,92 d) Công suất tiêu tán:

= p„ - = 15,92 - 12,5 = 3,42 w

Bài tập 4-16 Đề lặp lại 4-15 Nếu giả thiết tầng làm việc chế độ A với thiên áp U g E o = 1,2V Hãy xác định điện trở R|.

Bài giải

ở chế độ A haí transistor T| T2 làm việc đồng thời, thiên áp đặt vàoT, vàT^là 1,2V

R.

U b e o= , V =

R, +Rj .E

Suy R, = l,566kQ

Ubeo 1,2

(1^ Bài tập 4-17 Cho tầng khuếch đại cồng suất hình 4-13 Hai transistor T| T2 có = 0,5V; I„, = ImA Tầng làm việc chế độ AB Công suất , p,„ = 25 W; điện trở tải R, = 8Q.

a) Xác định dòng điện cực đại qua transistor.

a) Từ biểu thức = — R, (ữong là biên độ dịng điện nháiih) Bài giải

Suy I,^, - I, 2P '2.25 = 2,5A

b) Từ biểu thức (U,^ biên độ điện áp cực đại) 2R,

Điện áp U,,, = u,.„ + U,, = ^P„.2R, + ,, = V2 5.2.8 + 0,5 = 20,5V Điện áp nguồn E = 2(ựP,,„.2R, + ) = 2(7 5.2.8 + 0,5) = 41V

E ± 20,5V.

(1^ Bài tập 4-18 Qio mạch khuếch đại công suất hình 4-14 Biết R, = 8Q; p„, = w Hệ số khuếch đại T, % p = 50

U^I„ = 0,5 V; Tầng làm việc chế độ B| có ƯBg()| UBE02 = 0,2V a) Tính dòng cực đại qua transistor.

b ) Điện áp U c e o

-c) Điện áp nguồn cung cấp. d) Công suất cực đại.

Bài giải

a) Từ biểu thức p,^, = - ^ R , Suy dòng cực đại =

V R.

b) Điện áp Uceo = ^/2P,,,R + = ^ /Ĩ I + 0,5 = 9,44V c) Điện áp nguồn cung cấp

d) Công suất cực đại L- = 5W rama* 2.R^ 2.8

(1^ Bài tập 4-19 Đề lặp lại 4-18 Nếu biết dòng colectơ transistor T, Icx)3 == 1.5Iboi = l ,5Ig02 (Ibom Ibo-> dòng tĩnh bazơ transistor Tị Tj) a) Hãy xác định điện trở Rj điện trờ nhiệt R,.

b) Xác định công suất tiêu thụ. c) Xác định hiệu suất tầng.

Bài giải - Dòng tĩnh qua transistor Tj

leo, = 1,5I„ = , ^ = , - ! ^ = 33,5mA

Pmin

a) Điện trở Rj xác định Ì E

= = ^ = = ,8 «

I c o , I c o 2 I „ , 2.33,5.10' T I O T 'ỉ'ì e i n -3

*co

- Điện trở nhiệt Rt 2 U

R = .- ■.EỌ = = , Q f ì

^ Ico3 33,5.10“^ b) Cơng suất tiêu thụ từ nguồn

p = - l„ , U c B = r ^ l ' , 4 = 7,095W

K J ,1

c) Hiệu suất cực đại tầng

2.0,2

p 4 99

X] = l i ì = -Z1ĨZ_ 100% = 70,33% Po 7,095

a) Xác định dòng qua Tj

Ia> = « , , = - ! ^ = ^ = m A

b) Điện trở R.,;

U F Q 44

R = - - = _ Z lÍ !!_ = ,2 0 I„, I„, 26,8.10-’

c) Điện trở thuận hai điốt

= ■f e o i K|£BEỌil = _ _ M _ = 14,920 C03

Bài giải

Ieo3 26,8.10

Chọn hai điốt hồn tồn giống có điện trở thuận 14 Q2

R d = R d2 = - ^ = ,

( l ^ Bài tập 4-21 Cho mạch khuếch đại cơng suất hình - Biết

E = ± V

R, = Q

Giả sử điện áp vào có giá trị hiệu dụng lOV. a) Tính cơng suất tải.

b) Tính cơng suất tiêu thụ từ nguồn. c) Tính hiệu suất tầng.

d) Tính cơng suất tiêu tán transistor. Bài giải

a) Giá trị biên độ điện áp vào

U „ = '/2 U ,„ = ^ y I = ,lV

T| T, mắc theo sơ đồ tải emitơ nên điện áp coi điện áp vào

U < P ) = , V

Ị C ^ ( H Ị ) , , W

™ 2R, 2.4

Biên độ dòng điện tải

I = ^ ‘<p> = = 525A b) Xác định cơng suất tiêu thụ từ nguồn

- Dịng trung bình I,b chu kỳ

Cơng suất tiêu thụ

Po = I,b.E = 2,245.25 = 56,125 w c) Hiệu suất tầng

p 24 85

ri = ^ 100% = 100% = 44,17%

p„ 56,25

d) Công suất tiêu tán colectơ transistor

p _ p.-p„ _ 56.125-24.85 _

2 2

( l ^ Bài tập 4’22 Một tầng khuếch dại chưa cố hồi tiếp âm có hệ số khuếch đại điện áp k(dB) = 40dB, điện áp vào Uy = lOOmV Để tăng độ ổn định giảm méo, đưa vào mạch hồi tiếp âm điện áp có hệ số hồi tiếp k(,t = —^

^ 200

a) Tính hệ số khuếch đại có hồi tiếp.

b) Điện áp chưa có hồi tiếp có hổi tiếp. c) Điện áp hồi tiếp.

Bài giải

= 100 ^

' + K-K , +

iooJ-200

b) Điện áp chưa có hồi tiếp

u „ = K.ưv = 66,6.100.10-' = 6,66V c) Điện áp hồi tiếp

u» = K^-U„ = ¿ 10 = 0,05V = 50mV

Bài tập 4-23 Một tầng khuếch đại công suất sau lắp ráp đo được tnéo phi tuyến 6%.

Để giảm méo phi tuyến xuống % người ta mắc vào mạch hồi tiếp âm.

a) Hãy tính độ sâu hồi tiếp.

b) Tính hệ số khuếch đại có hồi tiếp Nếu giả thiết chưa có hồi ũếp ưv = 0,5 V u „ = lOV.

Bài giải a) Tính độ sâu hồi tiếp g

Từ biểu tììức y ' = - , frong Ỵ. méo phi tuyêh chưa có hồi tiếp

y’: méo phi tuyến sau có hồi tiếp âm.

_ Y Suy đô sâu hồi tiếp g = + KKị,, = -L = — = 6

y' 1

K.Kh, = -l = 5

5

Đã biết K = ^ = — = 20 lần 0,5

K „ = — = 0,25

20

K' = K

1 + K.Kht = ^ = 3,336

( í ^ Bài tập 4-24 Cho mạch khuếch đại dùng J-FET có hồi tiếp hình 4-15. Biết: R, = 120kQ

R2 = 30kQ R3 = 20kQ Rd = 20kfì

HỖdẫncủaPET g „ = 5 mA

a) Tính hệ số khuếch đại chưa có hồi tiếp âm.

b) Tính độ sâu hồi tiếp g Kị,,.

c) Tính hệ số khuếch đại có hồi tiếp K’ , Bài giải

Đây mạch hồi tiếp âm, chưa tính đến hồi tiếp {hở R| R,) a) Hệ số khuếch đại

K = g„,.R R_ tải xoay chiều

Ri +Rp 20 + 20

K = l l l " = 50 b) Hệ số hồi tiếp Kh,

30

R| + R j (120+30) 5

1 Độ sâu hồi tiếp g = + K.Kh, = 1+ 50 - = 11 c) Hệ số khuếch đại có hổi tiếp âm

K

K' =

( l ^ Bài tập 4-25 Để giảm méo phi tuyến cho tầng khuếch đại công suất từ 5% xuống 1% người ta đưa vào mạch hồi tiếp âm qua phân áp Rj, R, Biết chưa có hồi tiếp

K = 20d B H ãyxácđ ịn h trịsỐ R ,vàR

-Bài giải

- K(dB) = 20dB Suy K = 10 a) Xác định hệ số hồi tiếp K|,1

Biết y' =

1 + K.K,,

Hình 4-16

Kh.= 1 /

y

\

- 1 I í - - > ' _ 4

KIy’ / " 0 U ; " 0

b) Điện trở phân áp hồi tiếp

Kh = Rạ - 4

R, + R2 10

giải ra; Rị = 1,5R2

Nếu chọn = 20kQ R| = 30kQ. ^ - - -'I

-( ^ Bài tập 4-26 Mạch khuểch đại thuật tốn khơng đảo hình 4-17. Biết hệ số khuếch đại thân bộ

KĐTT Ko = 10“; Rn = IMQ; R, = 20kí2 a)Tính hệ số hồi tiếpKh,.

b) Tinh hệ số khuếch đại có hồi tiếp. Bài giải

a) Hệ số hồi tiếp

K = ^ = ^ht = 4 =0.02

RN 1.10" 50 b) Hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm K’

1f)4

Chương

BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐNm • •

5.1 TĨM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) khuếch đại chiều, có hai đầu vào đầu ra, hệ số khuếch đại lớn, điện áp tỷ lệ với hiệu điện áp vào, điện trở vào lớn điện trở nhỏ.

Hiện sử dụng KĐTT dạng IC Hình - la ký hiệu KĐTT.

U. N

ưp— p -E

a) Ký hiệu KĐTT

ừra

Hình 5-1

Theo định nghĩa u „ = Ko(Up- u,,) = KoU,

trong đó: = Up - Un sai lệch điện áp đầu vào; Kq hệ số khuếch đại thân KĐTT.

Nếu ƯN = = Kq Up điện áp đồng pha với điện áp vào cửa p được gọi cửa vào thuận, ký hiệu +.

Các tham số ICKĐTT

Tham số Lý tưởng •• Thực

- Trở kháng vào Zv 00 Trăm kQ

- Trở kháng z„ 0 Trăm Q

- Hê số khuếch đại Kq 00 lOUO^

- Dòng điện vào Ip, Ifg 0 Trăm nA

* H ệ s ố nén đ n g p h a

Nếu Un = Up = # (U^.^ gọi điện áp đồng pha), theo lý thuyết u„ = , thực tế khác không.

u„ = Kc - K, gọi hệ số khuếch đại đồng pha.

Hệ số nén đồng pha (CMRR) tỷ số hệ số khuếch đại IC TT lý tưỏrng Ko hệ số khuếch đại đồng pha

CMRR = ^ ; CMRR(dB) = 201g ^ , dB.

Kp K^,

CMRR vào khoảng (70 ^ 100) dB.

* Đ ặ c tuyển truyền đ t (hình 5-lb) quan hệ u „ Uv = Up - Un

u„ Uv tuyến tính khoảng hẹp, ngồi phạm vi điện áp ra khơng thay đổi gọi điện áp bão hồ Khi chưa có mạch hồi tiếp âm bên ngoài, IC TT làm việc chế độ bão hoà » ±E.

* L ệch khơng hù ì ệch khơng

Nếu thơng số tĩnh hai cửa vào p N khơng hồn tồn cân Ip và Z|, Zn Un = Up = tồn điện áp chiều Uo Uo = IpZp-lN Zn

Điện áp khuếch đại đầu tồn điện áp u,0 0 gọi là điên áp lệch khơng, phải có biện pháp để u„ Uy = 0 gọi mạch bù lệch không.

Về nguyên lý, mạch bù lệch không thực cách bù vào đầu vào điện áp chiều có trị số Uq có cực tính ngược với ƯQ Mạch thực cách đưa điện áp vào cửa p hay N hoặc IC có sẵn chân để mắc mạch bù lệch không.

Điện áp cần khuếch đại đưa đến cửa đảo N, Rn R| hai điện trở hồi tiếp mạch ngồi (hình 5-2).

Đối với IC TT lý tưởng, hệ số khuếch đại có hồi tiếp xác định K’ = ^ điên áp u , = - ^ Uv

R, " R,

Dấu (-) có nghĩa điện áp vào ngược pha.

b)

Hình 5-2 Các sd đồ khuếch đại thuật tốn bản

* Bộ khuếch đ ại không đảo

Điện áp cần khuếch đại đưa vào cửa thuận p (hình 5-2b). Hệ số khuếch đại điện áp xác định theo biểu thức:

U, = ( l + ^ ) U ,

Nếu Uy điện áp cửa p có mạch phân áp điện trở Up xác định theo Uy qua mạch phân áp đó.

* M ch cộ n g tr (hình -3 )

Mạch cộng mạch thực hàm u„ = A(U|+Ư2+ +U„). Trong U|, u , là điện áp vào.

a) b)

Hinh 5-3 Mạch cộng (a) trừ (b)

Hình 5-3a mạch cộng đảo. Điện áp xác định.

K| Kj

Mạch trừ (hình 5-3b)

Có thể giải mạch điện theo nhiều phương pháp khác nhau, thuận tiện hon sử dụng phương pháp xếp chồng.

U „ = ( l + ^ ) U p - ^ U ,

K, K,

= ( i + ễ ^ )

R| Rj + Rp

* Mạch vi phản tích phân (hình 5-4) Hình 5-4a mạch vi phân dùng IC TT

R R

R,

R

a) b)

Điện áp mạch vi phân (hình 5-4a)

U„ = - R C Í ^ = - x ^

R

Hinh 5-5

dt dt

Hình 5-4b mạch tích phân dùng IC TT Điện áp đầu mạch tích phân (hình 5-4b)

u „ = - ^ '|u.(t)dt=-!-|u.dt

K U T

Trong X = RC gọi số thời gian. 5.2 PHẦN BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

@ Bài tập 5-1 Cho mạch KĐTT hình 5-5

R , = lOkn R N = 500kQ

R p = lOkn

E = 12V

Viết biểu thức U,,.

Tĩnh nếu Uy = 0,2V cho nhận xét. Bài giải

a)U, = - ệ ^ U

b)U„ = ^ U , = ^ 0,2 = - l0V.

K| lU

Điện áp -lOV lớn hcfn E = -12V nên tín hiệu nằm vùng tuyến tứih, không bị méo.

( l ^ Bài tập 5-2 Hãy tính tốn thiết kế mạch khuếch đại thuật toán với các yêu cầu sau;

a) Điện áp ngược pha với điện áp vào. b) Nếu U, = 0,5V u „ = 15V.

Vì điện áp ngược pha với điện áp vào nên mạch khuếch đại đảo, sơ đồ mạch điện hình 5-4.• *

Hệ số khuếch đại:• *

Bài giải

u 0,5 Mặt khác

K = - ^ = 30 suy Rn = 30R, R,

Vì R, điện trở vào R, = R, = 20kQ Suy Rn = 20k n .30 = 600kQ.

179) Bài tập 5-3 Cho mạch KĐTT hình 5-6a

r

ra

R2

^vl»-—-Ạ/S/ỷ^ ^

-R a)

b)

Hinh 5-6

Biết R, = 20kQ Rn = 780kí2 R, = 20ka E = 15V

a) Vì điện trở vào cửa p lớn nên coi khơng có dịng qua

/ \ / \

R2nênđi ệnápư, = Up,U„= + ^ u , = + ^

R, / R, J

Bài giải

/ \

U p = R , J

p

R , >

\ /

b)TínhU„: U„ = ( + ^ ) , = V

u „ = 12V < E = 15V, tín hiệu không bị méo. Bài tập 5-4 Cho mạch điện hình 5-6b

Biết

Rn = 500kí2 R, = 20kQ

= 20kn Rj = l o m R4 = m

= 400mV = SOOmV

a) Xác định biểu thức u„. b) Tính trị số u„.

Bài giải

*a) Có thể giải mạch điện theo phương pháp khác nhau, nhưng tiện dùng phương pháp xếp chồng.

- Nếu tác động =

- Nếu tác động R, -> u „ = R

ì^ + 1 R3//R4

R1 y

R ,+ (R J /R ,) R2//R.

.u

R ,+ (R J /R ,) u

u„ = u„, + u„,= 1 + _

R.

R3//R , R3//R ,

ư v , + - *_— Uv. ' R ,+ (R ,//R )

^2 +CR3//R4)

R3 //R4 = 7,5kfí

R2//R4 = 20.30

R , + R , 20 + 30= 12kí2 b) Tính trị số u„:

Thay số vào

U„ = ( l ^ )

” 20 20 + 7,5 10 + 12 = 9,906V

(18^ Bài tập 5.5 Cho mạch điện hình 5-7 Đây mạch gì?

Viết biểu thức tính u^. Tính u „ biết: U, =0,15V

Ư2= IV

= 500RÍ2, R , = 20kQ R 2 = 30kí2, Rp = 20kfì

Bài giải

ra

Hình 5-7

a) Đây là mạch trừ, thực thuật toán u„ = AUy2‘

Để thiết lập biểu thức u„, tiện hon giải theo phương pháp xếp‘chồng - Nếu tác động nguồn tín hiệu u^ị, mạch khuếch đại đảo

R VI

Nếu tác động tín hiệu u^2» là mạch khuếch đại thuận R

.U R, R j + R p V2 Điện áp ra: = u , , , + 2 =

b) Thay số vào

R I

R

Rs + Rp U

R

V2

R ,

ìí-.uVI

1,0 - — 0,15 = 6,65 V

20 20 + 30 20

Y = 2a -4b *

Trong đó: Y điện áp đầu ra; a b hai điện áp vào; 4 hệ số.

Bài gỉai

Để thực thuật toán phải dùng mạch trừ Sơ đồ hình 5-7. a) Xác định biểu thức điện áp ra

Y = ( l + : ^ ) R R R, R, + R_ R, So sánh biểu thức và * suy ra

( + ^ ) R

= 2

R R,

ỈL = 4 R

R

N 4 Suy Rn = 4R T>

Thay — = vào: R.

R

R R

— ^ = » ( + 4) ỉ— -R, +R^ = 2

R + R

Như để thực thuật toán phải chọn: Rn = 4R| Rị = 1,5 Rp.

Nếu R, = 20k n Rn = 80ka Nếu Rp = 20kQ R2 = 30kn.

b) Tính trị số u„ biết: R, = lOkQ, R2 = 200kí2 R, = 20kQ, R4= 15kí2 R s= 150kO,E= ±15V U, = 0,15V.

Cho nhận xét

Hình 5-8

Bài giải

a) ở coi hai tầng khuếch đại mắc nhau, tầng IC| có hệ số khuếch đại K| tầng IC| có hệ số khuếch đại Kị.

Hệ số khuếch đại K„ xác định; U K„ =

U = K , K , Trong đó; K| =(1 + ^ )

R,

R R R,

= Suyra:K„ = K,.K3 = ( l + ( - ^ )

R R, R,

R, K b) Tính Ura

1 +

200^

2 j

1

Nhận xét: Vì điện áp nguồn -E = -15V = -16,5V, nhu v ậ y

điện áp bị xén đỉnh, nên bị méo Để điện áp tuyến tính phải giảm hay giảm hệ số khuếch đại K„.

(1^ Bài tập 5-8 Xác định phạm vi điều chỉnh điện áp mạch hình 5-9 Biết: R| = 10k£2

Rn = 250ka

R p = ( - ) k a U v = 0,2V

Bài giải

- Viết biểu thức điện áp ra Hình 5-9

u„ = - R. .U. R,+Rp ■ - Điện áp cực tiểu chiết áp Rp = 0Í2

u » = - | ^ u = — , = - V

- Điện áp cực đại Rp = 20kíầ R

u =

-R.+R

250

,u = _ Ì ^ 0,2 = -1,66V

10 + 20

Như điện áp biến biến thiên khoảng từ -5V đến -1,66V khi điều chỉnh chiết áp R p

(1^ Bài tập 5-9 Cho mạch KĐTT hình 5-10. Biết: R , = 15kO

Rị = 250kQ R3 = 20kí2 R 4 = 470k 0

E = ± V U, = 25mV

a) Viết biểu thức hệ số khuếch đại K„. b) Tính trị số u„ và cho nhận xét.

Bài giải Dòng điện nút N

I| = Ij+ In v ì In = nên I, = I2

Trong d ó l | =

R

U v - U , U^-U^ Suy ra: — - — ^ M

R

R R

Vì N điểm đất ảo, nên ƯN = Up = 0

và cuối — = Suy = - — Uy *

R , R j R ,

Tại nút M: It + I4- Ij = 0

Um , U - Um Hí

R R R

R, R4

Thay giá trị từ * vào giải ta được.

1 1 1

U„ = Ì R , R ^

/ \

Í 1 1 1^2

•U. Hệ số khuếch đại

K =u

u R R

I 1 1

Tính điện áp ra:

U„ = - Ỉ ^ Í ' 15

1

+

( l ^ Bài tập 5-10 Cho mạch cộng đảo hình 5.11

BiếtR, = k í2 R

= 25 k a

R, = 30kí2 ; = 500kfì U , = , V

U, = 0,2V Ư3 = 0,3V

a) Viết biểu thức u„.

b) Tính u„.

u, - V\Ar— • U.

R u ,—

+E

-E

Hình 5-11

U

Bài giải

a) Đây mạch cộng với ba điện áp vào U|, u, và u,; giải mạch theo phưcíng pháp xếp chồng:

R

u„=u„,+u„,+u,,,= - ^ u , + ^ Ư 3+ ^ U , R ' R, ^ R, 5 0 , , 5 0 , , 5 0 , ,

U, +^— U, +^— U, 20 ‘ 25

b) Thay số vào

^500

30 2 U , + U , + —' 30 U,•’

u„ = - .0,1 + 20.0,2 + —500 .0,3

20 30 = - l l , V

Bài tập 5-11 Cho mạch điện hình 5-12 a) Viết biểu thức hệ số khuếch đại K„.

Uv = 0,5V

R, = 20kQ; R2 = 20kQ; Rj = 30kQ R4 = 250kQ; R , = lOkQ

Hình 5-12

Bài giải a) Hệ số khuếch đại K„ = Ki-K,

trong K| = mạch lặp điện áp u „ = ư, K = + và K =

I Rs; 11 \ R, 5 y> b) Điện áp ra

u, = ( + ^ ) -U = (1 + .0,5 = 5,2V

V _ _ 10 20 + 30

= u + — - =TT U = U + -) ~ r / r , + R 3 ' 10 2( (1^ Bài tập 5.12 Cho mạch điện hình 5-13

Biết Rn = 500kí2 R, =25kí2

± E = ± V

Điện áp bão hoà ± lOV

Xác định điện áp vào cực đại mà điện áp phạm vi tuyến tính.

Xác định u„ với giá trị u „ = ;

u„ = 0,4V.’ Hình 5-13

K = Ì = Í 5 = R 25

U

Điện áp vào đỉnh - đỉnh Vp.p

vp-p = H ^ = ± ị ^ = ± , V

K 20

u„ = i u = - Ể ^ U , = -20U

R 25

Tính trị số u,

ưv ư

ov ov

+0,4V -8V

-0,4V +8V

Bài tập 5-13 Cho mạch khuếch đại hình 5-14

U v R

vv\/

w ỉ —

Hinh 5-14

R, = Ra = k fì; R3 = k a ; R4 = 25kQ R3 = 500k Q ; Rg = 500kQ ; R7 = k Q

Bài giải

a) u„, = K,.K2ư , ; K, hệ số khuếch đại IC,

K2 hệ số khuếch đại IC2

ư , = - ^ R u = + M l u R.R4

b) Thay số ta có:

U« = .0,5 = lOV

R R 20.25

U „, = Ì ( u M , , = , V

2 0' 25

{1^ Bài tập 5-14 Cho mạch khuếch đại thuật tốn hình 5-15.

Hình 5-15

a) Viết biểu thức u„.

b) Xác định trị số nếu biết:

a) Đây khuếch đại có hai tầng IC| IC2 có hai điện áp vào. Trước hết xác định điện áp Ural

Bài giải

ư„,= ư,.

Đây điện áp đưa vào cửa đảo ICj. Giải mạch điện ICj:

1 + i l Ỉ Î l R3.

U,-R R

R U.

R R R

(1+ ^ ) U , A + ^ U

b) Thay số vào để tính u

u„ =

-25 20 30

Bài tập 5-15 Cho mạch điện hình 5-16.

= -13,2V

Hinh 5-16

R4 = 30k a

R., = 30kfí = 50k0

R ,= I50kí2; U, = 0,1V a) Hãy viết biểu thức u„ = f(UJ.

b) Tính trị số u„.

Bài giải a) Thiết íập biểu thức u„

- Điện áp đầu IC| u„ I = vì mạch lặp điện áp. R.

- Điện áp đầu IC,: =

♦

/ \

3

1 +

\ R

u.

Cả hai điện áp đưa vào đầu vào đảo IC, nên mạch cộng đảo.

Giải theo phương pháp xếp chồng:

' R

u =

-R, R

/ \

3

1 +

R u.

u„ = -ra u.

b) TTiay số vào để tính u„

150 150 30 50

u„ = - (1 ^ )

30

0,1 = -6,8 V

(1^ Bài tập 5-16 Cho mạch điện hình 5-17 a) Xác định biểu thức u„ - f( U|, U-,)

b) Tính trị số u,a biết: U, = 30mV ; U, = 20mV

Hinh 5-17

Bài giải a) - Điện áp đầu IC|

Urai = U2, mạch lặp điện áp vào - Điện áp đầu IC2

u.2 = - \ u + ^ U

lR. R

đây mạch cộng đảo.

Cả hai điện áp u „ | và u „ 2 đưa vào cửa đảo IC3, IC3 là

mạch cộng đảo.

Giải theo phương pháp xếp chồng, ta được:

ĩ? R R R

u„ =

-R ' R / R ' R, ^

ra

= - + ^ ( ^ u , + ^ u ) R, R / R R , ^ 2 10 ’ •

20 40

'200

, 0 .3010-'+—40 .2010 = 4,5V

(1^ Bài tập 5-17 Cho mạch điện ICTT lý tưởng hình 5-18 Biết Rn = 500kí2

E = ± 14V

Điện áp bão hoà ± 12V

a) Hãy xác định Uy cực đại mà điện áp phạm vi tuyến tính.

b) Xác định với giá trị U, = OV; ±0,2V ; ±0,4V

Bài giải

a) Hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm

R 20

Điện áp vào đỉnh - đỉnh cực đại

u.,„vp-p = — = ±0,48V

K 25

b) Tính trị số

u, = 0 u„ = 0

u , = +0,2V u „ = -KU, = -25.0,2 = -5V u , = - 0,2V ư „ = - 25.(-0,2) = 5V u , = + 0,4V = -K u, = -25.0,4 = -lOV u„ = - 0,4V - » , = ~ 25.(- 0,4) = +10V

ưv 0 -0,2V +0,2V -0,4V + 0,4V

0 5V -5V lOV -lOV

( Bài tập 5-18 Thiết kế mạch khuếch đại ửiuật toán thực hiện chức sau:

dU,(t)

R

u = - A dt

a) Nếu biết Uv = 2Vsinl000t; R = 2kQ; c = 0,47^iF Hãy tính ư„.

b) Vẽ dạng điện áp ra.

ra

Bài giải

a) Chức mạch vi phân, sơ đồ hình 5-19a dU.

U „ = - R C dt

= - ^ 0,4710* d(2V.sinl000t) = - 2.0,47.10^2.1000 cos lOOOt =

- 1,88 coslOOOt.

b) Dạng điện áp (hình 5-19b)

( l ^ Bài tập 5-19 Cho mạch điện như hình 5-20 Biết = lOsin lOOt

c= 1^F

R = lOOkQ

a) Đây mạch gì? b) Viết biểu thức u„.

Bài g iả i

a) Đây mạch tích phân, điện áp ra tỷ lệ với tích phân điện áp vào.

b) Để thiết lập biểu thức u„, viết phương trình nút N.

= (vì ICTT lý tưởng nên = 0)

Suy ra; u =

-R

1

RC

TTiay số ta được dt

u„ =

dt

Hình 5-20

100.10M0-"

= 1(V) cos lOOt.

Bài tập 5-20 Cho mạch điện hình 5-21 Biết thời điểm t = 0, u„ = ov

•R , = R3= R = lOOkỉí

c = 1 ịxF

a) Xác định biểu thức u,, = f (U„ + u,^). b) Tính u „ biết u„ = (IV +

lOV sin lOOt). u„, = - IV

Bài giải a) Xác định biểu thức

Phưig trình dịng điện nút N

R, R, dt Hình 5-21

Suy ra u =

-dU^ dt

1

vR.

dt

b) Tính ở R, = R2 = R = lOOkQ, nên viết: ư„ = -ra

RC ■’( U , + U3)dt = lOMO*

ư,, = 1(V) cos lOOt.

Chương 6 NGUỒN ỔN ÁP 6.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Mạch ổn áp mạch điện nhằm bảo đảm cho điện áp nguồn chiều Ổn định, không thay đổi tác nhân bất ổn định tác động, ví dụ điện áp lưới điện thay đổi, điện trở tải nhiệt độ thay đổi Mạch ổn áp được bố trí sau mạch lọc phẳng mạch chỉnh lưu Đồng thời mạch ổn áp cũng có tác dụng giảm nhiễu, giảm trị số phần tử lọc nguồn Ll, Cl làm cho nguồn đơn giản gọn nhẹ hơn.

* Mạch ổn áp đơn giản dùng điốt ổn áp (điốt zener) (hình 6-1 ) Trong sơ đồ là điốt ổn áp, luôn

được phân cực ngược, điốt tồn một giá trị điện áp ổn định định u^.

U, lậ điện áp chiều sau mạch chỉnh lưu lọc chưa ổn định.

Ư2 điện áp ổn định. Từ sơ đồ viết

U , = Ur + U, = I,R + U,

Hình 6-1 Mạch ổn áp đơn giản dùng điốt zener

R ià điện trỏ bù

SuyraU„ = U, = I,.r,= - ^ r = U , - L R R + r,

AU

là điên trở đông điốt ổn áp r = — - , ữi số càng nhỏ đô ổn áp AI,

càng cao.

kết u„ được giữ nguyên Điện trở tĩnh điốt zener xác định bằng tỷ số điện áp đặt vào điốt dòng điện qua điốt

R ,.,ĩ„h ^

Hệ số ổn áp chiều lả hệ số lọc độ ù _ _ AU, _ R + r, , R R

G = — ^ = — _ ỉ - = i + _ « _ V Ì R » r

AU >; Tz

hay —R » 11

Mạch ổn áp Crực tiếp dùng điốt zener dùng cho nguồn cơng suất nhỏ, có hiệu suất thấp khoảng 50%, tổn hao điện trở R khá 1^.

* Mạch ổn úp tham số đơn giản (hình 6-2) Đây thực chất mạch lặp emitơ

(tải emitơ) Khi hở tải R, = 00 dòng qua rất nhỏ.

Dịng tĩnh Iß0 = y

Điện áp ổn áp đầu u „ = Uj = ở UßE nhỏ so với nên ư , » = const.

Điện trở ổn áp điện trở mạch tải emitơ

? T vbe L

u, L -u , Ị r^ _ J

Hình 6-2 Mạch ổn áp tham sơ' đơn giản

R = —^ ; Rị < r, nên điện áp ra ' 1 + ß

của mạch ổn áp phụ thuộc vào R,. * Mạch ổn áp tham sơ (hình 6-3) Phần tử điều chỉnh có điện trở thay đổi theo điện áp điều khiển được mắc nối tiếp với tải R,.

là điện áp chuẩn, thưcmg sử dụng điốt ổn áp có = const.

uđc’

ư, So

sánh

u I T

uM

Um điện áp mẫu, tỷ lệ với điện áp Uj.

Bộ so sánh: so sánh điện áp mẫu Um điện áp chuẩn và khuếch đại lên, tạo điện áp điều khiển Uji,.

Điện áp Ut viết:

U, = U , - U , , = U, -I r, ,

Trong là điện trở phần tử điều chỉnh phụ thuộc vào Ud,, Nếu vì nguyên nhân hào mà u, tăng u, cũng có xu tăng u^t - > (ƯM

- U J f làm cho và kết quả Uj^t, cuối U, = U| — u<ị< giữ ổn định.

Hình 6-4 mạch điện nguyên lý ổn áp tham số dùng transistor.

Từ sơ đồ mạch điện suy ra Ir3 “ ^B1

U, Um

-R, + R , •^2 — ^BE2

Điện áp xác định theo biểu thức:

u , + u „ p ,

U2 = ^ - Í ^ ( R 2 + R, ) = (U, +

Hình 6-4 Sơ đồ nguyên lý mạch ồn áp tham sô'

R Ra

Có thể tính gần u, « u Nếu thay đổi tỷ' số

/ \

1

1 +

\ R,

^ 2)

R

R. thì điều chỉnh được điện áp Uj.

* Mựcỉ ổn áp dùng ỈC thuậĩ toán

Thay ch' transistor T, hình 6-4 có thể dùng IC t' 'lật toán đồng tbM làm hiệm vụ

V /

U,

IC<

R R

Hinh 6-5 Mạrh ổn áp dùng IC thuật toán

so sánh khuếch tạo điện áp điều khiển Udi, hình 6-5. Điện áp U2 xác định theo cơng thức

u , « ụ

R, = u. R2J, v

7805 •+5V

Tliay đổi trị số R, R, có thay đổi điện áp u ,.

* M ch IC ổn áp

IC ổn áp có hai loại: Loại không điều chỉnh điện áp loại có thể điều chỉnh điện áp ra.

- Loại IC ổn áp không điều chỉnh được điện áp thơng thường có chân Muốn nguồn ổn áp vơn cần chọn loại IC ổn áp thích hợp Hình 6-6 ví dụ IC ổn áp họ 78XX.

- Loại IC ổn áp điều chỉnh điện áp ra, ví dụ IC LM ! 17 hoặc LM 317 (hình 6-7).

Trường hợp lý tưởng, dòng bổ sung Iadj = 0, điện áp xác định

theo biểu thức

Hình 6-6 IC ổn áp có điện áp ra cố định

u = u

RI J, v Trong đó: là điện áp chuẩn

bên IC đặt vào điện trở ■ u , R|, tạo dịng

^1

điện áp u,h thường 1,25V Tụ c có trị số khoảng lp,F dùng để cải thiện đặc tuyến Trong trường hợp thực, tồn dòng bổ sung I^DI dù nhỏ,

LM317 'IA D J

ị R.

U-1

khi qua Rj có hai dịng điện chạy qua điện áp xác định.

Ua=U,H

Rỉ y

Như điều chỉnh điện áp U2 cách thay đổi trị số R,. Điện áp chưa ổn định | phải lớn Ư2 vài vơn.

6.2 PHẦN BÀI TẬP CĨ LỜI GIẢi

(1^ Bài tập 6-1 Một nguồn điện chiều, chưa có tải điện áp 12V. Khi có tải điện áp sụt xuống lOV Tĩnh độ ổn định điện áp.

Bài giải Độ ổn định điện áp

AU = U o - U , = - = 2V Trong đó; Uo điệứ áp hở tải

U, điện áp có tải. Hệ số ổn định điện áp

^ 100% = 20%

ưt 10

(1^ Bài tập 6-2 Cho mạch ổn áp dùng điốt zener hình 6-8. Biết U, = 20V

U, = U, = 6V

Dòng = 30mA

R = 400Q

a)

Hinh 6-8

b)

Bài giải

- Khi R, có trị số nhỏ nhất, dịng I, lớn dòng nhỏ nhất. Iz = ^zmin = omA (căn vào đặc tuyến)

Điện áp tải:

U| o _ _ r» u R.

u = u, = — — R, Suy R, =

' P j- P u ,- u

Thay số R, = = 171,4Q

2 -6

- Khi R, =

Ur = ư, - U , = - = 14V

Dòng qua R, L = = 35mA

" R 400 Dịng qua R, có giá trị nhỏ nhất

I = I,mi„ = Ir - lanax = 35mA - 30mA = 5mA

Suy R, = ^ = 1,2kO

Bài tập 6-^3 Cho mạch ổn áp như hình 6-9 Biết u, = I2V; Ư2 = 9V Dòng Ij, = 25mA

Xác định điện trờ bù R. Bài giải

Vì điện trở bù R điốt zerer mắc nối tiếp nên dòng Ir = I;,

Ur = IrR = I,R = u, - U, = u, - u

Hinh 6-9

I 25.10- (2^ Bài tập 6-4 Cho mạch ổn áp hình 6-10

Bi ếtu = 12V

Mr V t

‘E

ị iRE ị i

u.

D R.

R.

I

Điện trở động điốt ổn áp

r, = 7Q R i ^ ị l

R, = 390Q U

Re= 12kQ R, = 240Q

U, = 20V hở tải R, = co HỊnh 6-10

U, = 18V có tải dịng tải = 5O1Ĩ1A

Hệ số khuếch đại tĩnh transistor p = 50 Thiên áp Uj,E = 0,6V

a) Vẽ'các dòng điện chạy mạch.

b) Tính dịng qua điốt l^hi hở tải có tải. Bài giải

a) Chiều ký hiệu dòng điện thể sơ đồ hình 6-10. b) Tính dịng I, hở tải (R, = co, I, = 0)

Suy L = ^ L H be ^ ^ Q 95mA

^ Rg 12.10^

Dòng I = - i - = - ^ ^ = 18,6.10“^A = 18,6uA

® 1 + ß 1 + 50 ^

Dòng Ic = ßls = 50.18,6 lO'^A = 0,93mA - Điện áp sụt điện trở R|

Ur, = U , - U , = - = 8V - Dòng điên qua R, ^ L, = ^ = —ë V M 1 R' 390 = 20,5mA - Dòng điện qua điốt ổn áp

= I j ^ , - 1 3 = , - , = , m A

* K h i có tả i R, = 2 0

Dòng điện qua R|

r U, 12 12

I = 4 _1IL 5

^ Re R, 12.10' 240 Dòng bazơ L = - i - = = ImA

đ 1+ò 1+50

Dũng qua iờn trở R.; L, = 6 V R, ^ = 15,38mA

Dòng qua D,: I, = Ir, - Iß = 15,38 - = 14,38mA

{2^ Bài tập 6-5 Đề lặp lại 6-4.

a) Khi điện áp U| thay đổi 10%, xác định độ ổn định đường d ấ f K,, =đđ y^ 100%

b) Xác định độ ổn định tải K, = 100% đóng ngắt tải.

Bài giải

A U ,= 10%u, = 10%.20 = 2V

AU| gây biến thiên dòng điện điện trở Rị AI AL = ^ = — = 5,128mA

RI

^ R, 390

Dòng điện coi qua Độ ổn định tuyệt đối điện áp ra AƯ2 tỷ lệ với AU,.

AU, = AI,.r, = AIri.ĩ, = 5,128.1017 = 35,89mV « 36mV Độ ổn định đường dây

k„ = Ị = Ị ! Ọ , 0 % = , %

" u 12

b) Độ ổn định tải K, Khi I, = 0; I, = 20,48mA

Khi 1, = 50mA; I, = 14,38mA Sự sai iệch dòng qua

AI, = 20,48 - 14,38 = 6,lmA AƯ2 = AU, = AI,r, = 6,1.7= 42,7mV Độ ổn định tải

K, = : ^ 0 % = ' U.

42,7.10 12

-

100% = 0,356%

Bài tập 6-6 Cho mạch ổn áp tham số hình 6-11 Biết:

U, = 6V U, = 18V Ư3e = 0,5V

R, = ìOkQ; R2 = lOkQ;

Bài giải

a) Dòng điện chiều mạch ký hiệu sơ đồ , hình 6-11 Dịng Ie, dịng tải I,.

b) Điện áp Ư2 xác định theo biểu thức ^ R '

b) Xác định phạrri vi điều chỉnh điện áp ra.

u , = ( U , + U , , ) 1+ R

Trorig Rị Rj điện trở nhánh nhánh củầ phân áp. - Nếu chạy cùa chiết áp vị ữí a, điện áp nhỏ nhất:

Ư2 i n=(U.+Ư3,) + R, = (.6 + 0,5) 1

10+5, 6; = 10,66V Nếu chạy chiết áp Rp vị trí b, điện áp đạt giá trị cực đm:

10 + 5,6^ ị^.R,+Rp

R = (6+0,5) 1 + = 16,64V

Bài tập 6-7 Đề lặp lại 6-6.

a) Hãy xác định trị số biến trở Rp để điện áp điều chỉnh nhỏ nhất là 8V.

b) Tính điện áp cực đại trưịng hợp đó. Bàỉ giải

a) Điện áp nhỏ xác định theo biểu thức. R.

=6, 5 1 + = 8V

1 + —^ = » - ỉ i -^-5—1=0.2307

Rp4"R2 6,5 Rp+R2 6,5

0,2307 Ra =

10

b) Khi Uramax

U3 = ( U , + U „ , )BE

R = (6 + 0,5)

10+33,346

10 = 34,67V

Bàl tập 6-8 Cho mạch ổn áp dùng điốt zener hình 6-12 Yêu cầu điện áp ổn định

cần lấy R, Ư2 = 12V.

- Điện áp chưa ổn định U, = 18V.

Điốt zener có = 6V, và dòng = 25mA.

a) Xác định ùị số Rị cần ửiiết. .b) Tính trị số Rn R|.

IrN

+u wi

í

Bài giải

a) Dòng điện chạy trong mạch sơ đồ 6-12.

Nếu IC thuật tốn lý tưởng, địng Ip = 0

Hình 6-12

Do vậy

I 25.10“^

b) Để xác định điện trở Rn R„ coi KĐTT thuận với yêu cầu:

Nếu Uv = Uo = U , = 6V u„ = U , = 12V

R, Vậy

Suy ra

Ua = 1 + ■N

R U

— ^ ^ = — — l = Ị

R U, 6

Bài tập 6-9 Cho mạch ổn áp tham số dùng IC thuật tốn hình 6-13 Biết: R, = 0

= 5,6kO Rj = 5,6kQ

R4 = 4,7kO

u, = 20V U, = 6V r, = 7Q

a) Phân tích nguyên lý hoạt động mạch ổn áp.

b) Xác định điện áp cực đại cực tiểu điều chỉnh R4.

Hình 6-13

Bài giải

a) Bộ phân áp Rj, R3, R4 tạo điện áp mẫu ƯM tỷ lệ với điện áp Ư2 và

được đưa vào cửa N để so sánh vcd điện áp chuẩn do điốt zener tạo ra, sai lệch điện áp Uj = Up — ƯN khuếch đại lên đưa vào điều khiển transistor T làm cho điện trở TcE transistor thay đổi theo nguyên lý, U2 có xu tăng lên điện trở fcE T điều chỉnh tăng và nếu Ư có xu giảm ĨCE T giảm, mà Ư2 = Uị — nên Ư2 được giữ ổn định.

b) Điện áp cực đại chạy chiết áp R 4 ỏ vị trí b

u, = u2max •Í , ^ R , + R ì = 6r ^5,6 + ,7^

R J 5,6 J

= 17V - Điện áp cực tiểu chạy chiết áp R 4 ỏ vị trí a

R, R3 + R4 y

= 6 1 + 5,6

5,6 + ,7 j = 9,26V (2^ Bài tập 6-10 Đề lặp lại 6r9

Nếu hở tải (R, = 00) thì u, = 21V

a) Xác định độ ổn định đường dây khi U| thay đổi phạm vi 10%.

b) Xác định độ ổn định tải đóng ngắt tải. Bài giải

a) Độ ổn định đường dây

K., = - ^ 100% U,

Khi U, thay đổi 10% -> AU, = 10%u, = 10% 20V = 2V AU, làm thay đổi dòng qua

AI, = AI„ = = — = 5,128mA R, 390

Biến thiên AU, = AI,.r, = 5,128.10-\7 = 35,89mV Cuối tính độ ổn định

^ _ AU, 35,89.10-

100% = 0,598%

u z 6

b) Tính độ ổn định tải Khi hở tải, dòng qua

1 = — - = — = 38,46mA

R, 390

Khi có tải:

I = i i ^ = 2z Ì = 35.89mA

' R, 390

Biến thiên dòng

AI, = 38,46 - 35,89 = 2,57mA

Biến thiên điện áp AƯ2 = AU^ = Al^.r^ = 2,57.10'^.7 = 17,99mV AU 17 99 10"^

( ) Bài tập 6-11 Cho mạch ổn áp song song đơn giản hình 6-i4 Biết: D — innr^*

R, = lOOQ R,= 1200 U, = 9V Uhe = 0,6V p = 50

a) Vẽ dòng điện mạch. Phân tích nguỵên lý ổn áp.

b) Xác định điện áp Uj các dòng điện I,, I,.

L

D ị

U, R.

Hình 6-14

Bài giải

a) Điện áp chiều U| chưa ổn áp, điện áp Ư2 coi ổn định Ư2 = U, + Ube * u , = const (vì u , » ư|5p)

Nếu U| biến thiên điện áp điện trỏ là Urs biến thiên và Uị giữ nguyên.

Dòng điện chạy mạch dẫn sơ đồ hình 6-14.

b) Điện áp R, coi ổn định

U, = ư, + UgE = + 0,6 = 9,6V - Dòng điện R,

I, = ^ = — = 0,08A = 80mA ' R 120

- Dòng Is qua điện trò Rs

U ,, ư , - u 2 -9 ,6

R, Rs 100 = 104mA

- Dòng (Ic + Ig) — Is I,

50 Ib + Ib = Is- I - > Ib = Is-I 1 -8 0

SuyraI„ = I , ^ = 0,47mA

51 51

^ Bài tập 6-12, Mậch IC ổn áp LM 317 hình 6-15. Biết R = 240QR, = 240Q

Ra = 3kQ

U,h = U „ = 1,25V Dòng bổ sung Iadj = 25 ^.A Hãy xác định điện áp Ư2

trong trường hợp: a) Tính đến dịng

b) Khơng tính đến dịng Iadj

-Bài giải a) Điện áp tính đến dòng Iadj

ị LM317 I ^ADJ ^Rl 'i<

u, _1L1]1| r , :

-+ 1

-\ụ.F

-1

Hình 6-15

R + 1^01-^2 = 1.25 1 + b) Khi khơng tính đến dịng Iadj

= 1,25

3.10^

240 + 25.10-^.3.10^ =16,95V

3.10^

= 16,875V

“ \ R, I / V 240 /

Sai số IC thực lý tưởng

AƯ2 = 16,95 - 16,875 = 0,075V = 75mV

(20^ Bài tập 6-13 Đề lặp lại 6-12 Nhưng thay điện trở R2 bằng chiết áp có trị số R2„in = IkQ; R2max = 4,7kO.

a) Hãy xác định phạm vi điều chỉnh điện áp U2.

b) Nếu dòng bổ sung cực đại ỈADimax = 100p.A Hãy xác định sai số điện áp IC thực lý tưởng.

B àỉgỉải a) Điện áp cực tiểu

' R

= 125 2m m

= 1,25 1 +

240 = 6,458V

Ị ^ ^2tnax

R = 1,25 240 = 25,73V

Phạm vi điều chỉnh điện áp Ư2 từ 6,458V đến 25,73V b) Trưcmg hợp tính đến dịng Iadj = lOOịxA

Ư2„i„= 1,25

1 J

Điện áp ra

1+ 10'

240 + 100.10-^.10'= ,558V

ư,„ = 5

1,25 + 4,7.10

^ADJ ‘^amax

240 + 100.10-^.4,7.10^ = ,2 V

a) Hãy xác định trị số điện trở Rj, Rj.

b) Muốn điều chỉnh điện áp Ư2 xuống V, xác định điện trở Rj cần thay thế.

Bài giải

a) Nếu bỏ qua Iadj (coi IC ổn áp lý tưởng) điện áp Ư2 xác định qua R| Rị theo biểu thức.

/- _ \

^ 2

U, = 1,25

12 = 1,25

1 + - ^ R V R y

R, 12

R, 1,25 - 1 -> R2 =

12

1,25 ) .R R2 = 8,6R|

b) Nếu Ư2 = 8V

u , = l,25

RI J

/

1 ^ R 2 =

= 8V

8

u , -1 .R. R, 1,25

Rj = 5,4 R , Nếu R, = 240Q Rj = 5,4.240 = 1296Q = l,296kQ ( Bài tập 6-15 Cho mạch IC ổn áp LM 317 hình 6-16 Biết

R, = R j = = 2400Q

R4 = 2400Q

R5 = 240Q ;U ,h = 1.25V

T„ T2, T3 làm việc chế độ khoá (tắt, mở) xung điều khiển Xị, X2, X3.

Nếu X = +5V mức thì ữansistor thồng, r(3 = 0

Nếu X = o v đủ ựansistor tắt, ĨCE = 00 Bỏ qua dòng Iad,.

Xác định điện áp Ư2

trong trường hợp sau. a ) X ,= X2 = X3 = 0

b) X , = X = 0; X 3= 1

c) X , = X2 = X3= 1

Hình 6-16

Bài giải

a) Trường hợp X| = X2 = X3 = 0, ba transistor trạng thái khoá *

(fcE = 00) điện trở nhánih phân áp Rp R4 điện áp ra. U 2=1,25 + Rp

R, = 1,25 + 2400

_ « //n _ R3R4 _ 2400.2400

Khi Rp = RJ/Ra = —.^'-r = — —— -— = l,2kQ

R3 + R , 2400 + 2400

U , = 1,25 1+ ^

R y

= 1,25 1 + 1200

240 j

= 7,5V c) TrưỀmg hợp X| = X2 = Xj = ba transistor thông. Khi đóR ^ = R Ự /R :J /R J /R ,

R ,//R2 =

R3//R4 =

2400

2

2400

= 12000

= 1200Q

1200

R, // R2 // R3 // R4 = = 600Q

ư , = l ,

R = 1,25 240J= 4,375V

Bài tập 6-16 Đề lặp lại 6-15, với trị số điện trở là:

R, = ỉkCl; R2 = 2kO; R3 = 3kQ; R4 = 2,4kQ Hãy xác định cho trường sau:

X, X2 X3

a) 0 0 1

b) 0 1 0

c) 0 1 1

d) l 1 1

a) Trưòng hợp X = 001, Xj = -> T3 thơng, điện trở nhánh Rp R = R3 / / R , = -M i - = = l,333kQ

” ' R3 + R , + 2,4

Điện áp Ư2 = 1,25

R = 1,25

1.333^

b) Trường hợp X = 010 X, = 0; X2 = 1; Xj = o T, thông, T| T3 tắt

Khi đó R _ M _ = l,09kO

” R2+ R4 2 + 2,4 u , =1,25 + R = 1,25 + 1090

240 J= 6,927V c) Trường hợp X = 011 -> T| tắt Tj Tj thông

R = //R j //R , = - EiM ị - =

-” ' ' ' R jR j+R jR ^+R R ^ 2.3+ ,4 + ,4 2

= 0,8kQ = 800Q 800^

u,=l,25

R = 1,25 + 240J= 5,416V d) Trường hợp X =111 -> X, = 1; = 1; X3 = 1

T „ T 2 v T 3 đ ều t h ô n g K h i đ ó R p = R , / / R 2/ / R 3/ / R 4

1 1 1 1 1 1 1 1 1

R “ R, ^ R, ^ R, ^ R “ IkQ ^ 2kQ ^ 3kQ ^ 2,4kQ■p I *'2 *'3

1 1

= 2,25 ^ R = - ^ = 0,444kQ

R„ 2,25

Điện áp u , = 1,25 1+ Rpì = 1,25 444^

2 40j = 3,56V

Cuối cổ thể thiết lập điện áp U2 ứng với tín hiệu số đầu vào điều khiểh transistor.

X U2

000 13J5V

001 8,19V

01 0 6,927V

01 1 5,416V

@ Bài tập 6-17 Cho mạch IC ổn áp LMl 17 hình 6-17 Biết R, = 240n

Rch=l,25V R, = IkQ

Biến trô R3 = 0 -4- 3,3kfìi- Bỏ qua dịng

Iad,-a) Xác định phạm vi điều chỉnh Ư2 nhờ biến trở Rj.

b) Như câu a tính đến dịng Ia0j = 50fiA.

Bài giải

a) Xác định phạm vi điều chỉnh Ư2 bỏ qua Iadj

- Điện áp nhỏ ứng với vị trí a chạy biến trở R3. ư2.i„=1,25

R = 1,25 + 1000 = 6,458V

- Điện áp Ư2 lớn ứng ^ới vị trí b chạy R; Uramax = , _ = l , 52max

R

= 1,25 = 23,64V

0,24 J

Phạm vi điều chỉnh Ư2 từ 6,458V đến 23,64V b) Trường hc^ tính đến Iadj

/* \

1 + R

= 1,25 1 + 1000

u , „ = l , 5 l + ẵ l l ỉ l R = 1,25 10^+3.3.10^^

240 + 50.10-^ (10^+3,3.100 = 23,855V

( ) Băi tập 6-18 Hãy thiết kế mạch ổn áp dùng IC LMl 17 (hình 6-17) với R3 = 0; để có điện áp Ư2 ổn định 24V từ nguồn chiều không ổn địnhlàSOV.

a) Hãy xác định trị số Rj, R, cần thiết.

b) Nếu dòng Iadj = lOOfxA xác định sai sơ'do dịng gây ra. Bài giải

a) Từ biểu thức

^ R

1+ _ R

.1,25 Suy ra < u

1,25 1,25 R.

TTiay số Rj = 1 1.25 ) b) Nếu tính đến dòng I^DJ

.240 = 4368n = 4,368kQ

u, =0,125

R ,.

+ I.rM -RADJ ‘*'2

= 0,125 +4368 240 Sai số 24,368 - 24 = 0,368V

0,368

= 100.10-^.4,368 = 24,4368V

hay

Chương 7

MẠCH DAO ĐỘNG 7.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Các mạch dao động chia mạch dao động điều hồ hình sin, mạch tạo xung dạng khác (xung vuông, chữ nhật, cưa, tam giác ) mạch tạo tín hiệu điều chế (AM, FM).

Trong phần chủ yếu xét mạch dao động điều hoà loại mạch dao động sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin, thiết bị đo lưồmg kiểm tra thiết bị điện tử dân dụng, y tế.

Để tạo mạch dao động điều hoà thường sử dụng mạch khuếch đại tự kích nhờ hồi tiếp dương Mạch dao động điều hồ làm việc trong khoảng tần số từ vài Hz đến hàng nghìn MHz.

Hình 7-1 sơ đổ khối mô tả mạch dao

động điều hoà, mạch khuếch đại đầu ra K -^ nối với đầu vào qua mạch hồi tiếp dương.

Điều kiện dao động mạch: Kne - '

Hình 7-1 Tạo dao động điều hoà hổi tiếp dương

K.Kh, = (điều kiện biên độ) Ọk + 9ht = 2ri7i (điều kiện pha)

Trong K - hệ số khuếch đại chưa có hồi tiếp;

K|,, - hệ số truyền đạt hồi tiếp;

(Pi( - góc lệch pha thân mạch khuếch đại;

(Ph, - góc lệch pha mạch hồi tiếp.

Sơ đổ gọi mạch dao động ba điểm điện dung dùng tụ điện C| c, để phân áp lấy phần điện áp C2 hồi tiếp đầu vào.

Điều kiện pha

* Mạch dao động điểm điện dung (hình 7-2a)

Xbe =

coC <0

XcE= - — <0

(ữC

XcB = ®L > 0

Lý thuyết chứng minh mạch thoả mãn điều kiện cân pha, có hồi tiếp dưofng.

Điều kiện biên độ: KXh, > 1

Trong đó: K hệ số khuếch đại tầng mắc theo sơ đồ EC K « Ễ_ R

%E

Kh, hệ số truyền đạt hồi tiếp.

72.

b)

Hình 7-2 Mạch dao động ba điểm điện dung (a) ba điểm điện cảm (b)

f d d = ^ = — ,H z

2„ L _ ^ l ^ V C1+C2

Trong đó c tính Fara; L tính Henri.

Để thay đổi tần số dao động thay đổi điện cảm L hay điện dung C|, C2 trường hợp tiện lợi hofn thay đổi trị số L.

* Mạch dao động điểm điện cẩm (hình 7-2b)

Mạch khác mạch dao động ba điểm điện dung chỗ mạch phân áp để tạo điện áp hồi tiếp dùng hai điện cảm L| L2Ỉ điện áp cuộn L2

được đưa hồi tiếp.

Điều kiện pha Xị,g = cùL, > 0 “ coỉ-/| ^

X c = - : < 0coC

Lý thuyết chứng minh thoả mãn điều kiện cân pha vầ có hồi tiếp dưcfng.

Điều kiện biên độ: K.K|,, > 1

Nếu thoả mãn hai điều kiện trên, mạch dao động tạo dao động điều hồ hình sin.*”

Tần số dao động xác định theo biểu thức:

L = - _ J = = _ , H z

2nẬLị+L2)C

Để thay đổi tần số dao động thuận tiện thay đổi trị số điện dung c.

* Mạch dao động R-C di pha (hình 7-3)

Mạch dao động R-C thích hợp tạo dao động tần số thấp; mạch có thể dùng linh kiện rời rạc transistor hay dùng IC thuật toán.

ở mắt lọc R-C dùng để di pha chọn lọc tần số, thưcmg dùng hofn mắt lọc R-C.»

một góc (Pht = 180° Nếu dùng ba mắt lọc R-C giống mắt lọc R-C phải lệch pha (Pht = 60°.

Lý thuyết chứng minh rằng để thoả mãn điều kiện pha thì

1

0) =

S r c

Kh.=

2 n S R C và đó

29 Hình 7-3 Mạch dao động R-C di pha

- Để đảm bảo điều kiện biên đô K.Kị,, > suy K > - ^ =

Kht

Trong K hệ số khuếch đại mạch khuếch đại đảo K = = -^ vàRN = 29R ,.

1 Khi tần số dao động.

*

* Mạch dao động cầu Wien

Mạch dao động cầu Wien là mạch đao động R-C dùng mạch cầu Wien làm mạch hồi tiếp từ đầu về đầu vào (hình 7-4).

Điều kiện cân pha: mạch hồi tiếp đưa đầu vào thuận nên đổ có hồi tiếp dương góc lệch pha

(Ph, = c o = — Suy tần

RC

SỐ chọn lọc f = — và Kh, = -

2tcRC 3

Điều kiện cân biên độ:

K.Kị,, > I Suy K = Kị,((-).=— — = - Rn = 2R|.

Rị -f

7.2 PHẦN BÀI TẬP CĨ LỜI GIẢí

(2^ Bài tập 7-1 Cho mạch dao động ba điểm điện dung (hình 7-2a) ớiả thiết mạch đảm bảo điều kiện pha biên độ.

a) Nếu biết điện cảm L = 0,4mH, điện dung tưcttg đương c = = 0,1 Hãy xác đinh tần số dao đông.

C ị + C2

b) Nếu giả thiết c = = o', 47 |iF ■ Hãy xác đinh điên cảm L cần

C + C ■ •

thiết để tạo mạch dao động tần số 8000 Hz. Bài giải

a) Tần số dao động xác định theo biểu thức:

1

fdđ -2n

'i

L C1C2 Cị +C2

ídđ =

Thay số vào ta được

-, ^ = 25,19kHz

2 ,14V0,4.10'^.0,1.10'^

b) Từ biểu thức suy ra

L = — Ụ = - ^ -L _ - ^ = 6,74mH

(2 tf)^ C ( , r ( 0 r , ‘ ‘’

( í ĩ ặ Bài tâp 7-2 Đề lăp lai 7-1 Nếu biết c = ?- - ^- = l^iF, điên cảm L

V— y Cị + C2

có thể điều chỉnh từ 0,5mH đến l,5mH Hãy xác định phạm vi thay đổi tần số dao động.

Bài giải

^tnin “

2n C1C2

C| + Ç L„.max

= - i - =4111.4 Hz 2.3,14V10'^1,5,10'-'*

Tần số dao động cực đại ứng với trị số L„j„.

1

^max

2ti rn %

c, +c

_ Ị 2.3,14>/l0’^0,5.10'^

= 7120Hz

Bài tập 7-3 Cho mạch dao động ba điểm điện cảm hình 7-2b. Giả sử mạch đảm bảo điều kiện biên độ pha.

a) Nếu biết L = L| + = 0,1 mH,, tụ c = 0,47^F Hãy xác định tần số dao động.

b) Nếu L = Lị + L2 = 0,1 mH Hãy xác định khoảng biến thiên tụ c

để mạch dao động từ tần số 12kHz đến 160kHz. Bài giải

a) Tần số dao động xác định theo biểu thức:

f = — ị = = -J - = 23,376 kHz 2WL.C 2.3,14V0,1.10*^0,47.10'^

b) Tần số dao động cực tiểu f„¡„ ứng với trị số cực đại cùa tụ điện ^min

n2

Thay số ta ~ 1 >-3‘ 1

0,1.10

tần SỐ dao động cực đại ứng với trị số c„i„.

1

= l,76^iF

f_ = ^max

2ltyịĩ~cmin Suy = 2% y

Thay số c^:_ = = 9,9.10-^F = 9,9nF.

Hình 7-5 Mạch dao động R-C di pha

C = 0,01^iF Rp= lOkQ a) Xác định tần sô' dao động mạch.

b) Tính trị số cần thiết của R^.

Bài giải

a) Xác định tẩn số dao động

f = ^=— = -= — ỉ—1 - ^ = 650,2Hz

27ĩn/6RC 2.3,14.V6.10.10^.0,01.10'^

b) Để mạch dao động phải đảm bảo điều kiện biên độ. Đã biết để đảm bảo điều kiện pha 9|,( = 180° Kị,ị = —

Điều kiên biên đô K.Kj,, = Suy K = ^ —=29 K:ht

Mặt khác K= ^ Suy Rn = 29R, = 29.10 = 290kQ

^1

(2^ Bài tập 7-5 Hãy thiết kế mạch dao động R-C di pha dùng IC thuật tốn để có tần số dao động 2kHz.

Biết trị số tụ điện c mắt lọc R-C chọn bằng 0,0 l|iF.

Bài giải

a) Mạch dao động R-C di pha khâu RC thiết kế hình 7-5. Trước hết xác định trị số R mắt lọc R-C.

Từ biểu thức tần số dao động f =

2it>/6R.C

Suy R =

2jtN/6C.f

thay số vào ta được

R =

2.3,14.n/6.0,01.10"^2.10^

lấy điện trở chuẩn R = 3,3kQ

Điện trở R, có trị số R. b)TínhRf,

Để đảm bảo điều kiện biên độ xác định hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp Kh, = ^

• ^ 29

Điều kiên biên đô K.Kị,, = Suy K - —^ = 9 K hệ số khuếch đại mạch IC thuật tốn• • • •

= 29 ^ Rn = 29R, = 29.3,25IkQ = 94,279kQ Rn = 94,279kQ

Xác định lại tần số dao động, úng với trị số điện ữở chọn theo tiêu chuẩn.

^ ^ = 1970Hz

27tV6R.C 2.3,14.V6.3,3.10^0,10.10“^

(2^ Bài tập 7-6 Cho mạch dao động R-C di pha khâu hình 7-5 Nếu biết điện trở R = lOkQ.

a) Hãy xác định trị số tụ c mắt lọc R-C để mạch dao động tần số 2500Hz

b) Tính trị số điện trở R^.

c) Nếu thay đổi đồng trục ba điện trở R từ 4,7kQ đến 20kQ Hãy xác định phạm vi thay đổi tần số.

Bài giải

a) Từ biểu thức f = - — ịL_ - Suy c = - ^

27Ta/ R C 27tN /6R f

Thay số ta được

c = - = J - r - -2,6.10“^=2,6nF 2.3,14.V6.10.10l2500

c) Khi = k tần số dao động đạt giá trị cực tiểu

fmin = -= - E— ^ - 15- = ỉ250Hz = 1,25kHz

2jt>/6Rn,ax -C 2.3,14.^/6.20.10^.2,6.10"^

Khi R = R„|„ = 4,7kQ tần số dao động đạt giá trị cực đại

fmax = -= - : -:;3- = 5320Hz = 5.32kHz 27tN/6R„i„.C 2.3,14.^/6.4,7.10^.2,6.10"^

K = B ỉ i = 29 -> Rn = 29 R, = 29 R = 29.10kQ = 290kQ.

Bài tập 7-7 Tính tốn mạch dao động R-C di pha ba khâu dùng FET(hinh7-6).

Biết; hỗ dẫn FET

8mA

Sm (8mS); điện trở V

cực máng - nguồn = 50kQ Điện trỏ mắt lọc R = 20k0.

a) Xác định trị số tụ c để mạch dao động tần số 500Hz.

b) Tính trị số điện trở

Ro-Hình 7-6 Mạch dao động R-C di pha dùng FET

Bài giải a) Từ biểu thức tính tần số dao động

f = — i —— Suy c = — Ị=—

2itV6^R.C 2jĩV6Rf

ITiay số vào ta được

’ -6,510’ ^F = 6,5nF 2.3,14.n/6.20.!0^500

R r

Khi K = gm-R., R_ = — ^ là tải xoay chiều tầng khuếch đại.♦

R , ^ , ^ D ^ S u y r a R „ = J ^

ẽm *ds êm*ds ^

Thay số vào ta được

Rd =

50.50.10^

8.10"^50.10^-50 = 7,140kQ

(22^ Bài tập 7-8 Cho mạch dao động R-C di pha khâu dùng transistor như hình 7-7 Biết R =

10kQ,C = 0,01|aF.

Hệ sô' khuếch đại p = 50, điện trở emitơ-bazơ ĨBE = 2kD, giả sử mạch đảm bảo điều kiện biên độ pha.

a) Xác định tẩn số dao động. b) Tính trị số điện trở

Rc-Hình 7-7 Mạch dao động R-C dùng transistor

Bài giải a) Tần số dao động:

^ = F ^ -3^ = 650Hz

2W6R.C 2.3,14V6.10.10\0,01.10"^

b) Để thoả mãn điều kiện biên độ, hệ số khuếch đại K mạch khuếch đai transistor mắc EC.

K.Kh, = 1; biết Kh, = 29

Vậy K =

Kht = 29

Mặt khác, hệ số khuếch đại tầng khuếch đại R-C mắc emitơ chung p

Trong s = — hỗ dẫn transistor; rbe

Dấu - có nghĩa điện áp vào ngược pha.

c o Kjbe 29x2.10^

Suy = - = l,16kQ

^ ^ p 5 0

Chọn điện trở chuẩn R = l,2kQ. (2^ Bài tập 7-9 Cho mạch dao

động cầu Wieu hình 7-8. Biết: R = 33kQ

c = lOnF

Giả thiết mạch thoả mãn điều kiện biên độ pha.

a) Xác định tần số dao động.

b) Tính trị số Rn cho

R, =47kQ

Bài giải a) Tần số dao động

f= ‘

Hình 7-8 Mạch dao động cầu Wien

= 482,5kHz 2JtRC 2.3,14.33.10^0,01.10"®

b) Từ điều kiện cân biên độ

Rn = 2R, -> Rn = 2.47.10^ = 94.10^ Q = 94kQ

(2^ Bài tập 7-10 Đề lặp lại 7-9 Nếu thay điện trở R chiết áp đồng trục có điện trở biến đổi từ lOkQ đến lOOkQ .

Hãy xác định phạm vi tần số dao động. Bài giải

Tần số f^i„ ứng với trị số cực đại chiết áp = lOOkQ ^min -! - = — - ^ ^ = 159,2.3Hz

fmax = - ^— - r = 1592,3n = l,5921ca 2nCRm¡n 2.3,14.0,01.lO’ ^lO.lO^

Bài tập 7-11 TTiiết kế mạch dao động cầu Wien để tạo dao động hình sm tần số 500Hz.

Bài giải

Có thể thiết kế mạch dao động cầu Wien dùng transistor rời rạc hay dùng IC thuật toán, thuận tiện dùng IC thuật toán Mạch điện nguyên lý hình 7-8.

- Muốn có dao động điều hồ hình sin phải đảm bảo điều kiện biên độ và điều kiện pha.

Điều kiện biên độ: Rn = 2Rj; Rị nhánh dưói phân áp hồi tiếp, chọn R = 22kn Rn = 2.22kfì = 44kQ.

- Điều kiện pha: Để hồi tiếp cửa p hồi tiếp dưng góc pha «

Ọị,, = Suy co = —— hay f =

Tần số ứng với trị số cực tiểu chiết áp R„i„ = lOkQ

RC ^ 2nRC

Muốn dao động tần số 500ĩfe chọn R c tuỳ ý Nếu chọn tụ

c có trị số chuẩn 0,01|iF trị số R xác định:

R = — -:;^ = 31,847kQ

• 27ĩfRC 2.3,14.500.0,01.10'^ Như trị số điện trở cần tính tốn: R, =22kn,R N = 44kQ

R = 31,847kQ,C = 0,001nF.

Bài tập 7-12 Chơ mạch dao động cầu viên hình 7-9. Biết R = lỊ k Q

R, = 80kQ

c = 0,0 22^F

Chiết áp Rp có trị số thay đổi từ đến 30kQ.

Bài giải

a) Phạm vi tần số dao động phụ thuộc vào trị số chiết áp Rp mắc nối tiếp với R.

- Tần số f„|„ ứng với giá trị cực đại của Rp = 30kQ.

b) Tính điện trở Rfg.

1

27t.C ^R + Rpmax)

_ Ị fX J ? v _ v w

K R

1

2.3,14.0,022.10"® (10.10^ + 30.10^) 1

ra

= 180,95Hz 2.2,34.0,022.10"^.40.10^

- Tần số cực đại útig với Rp = Q.

f , _ ! _

27C.CR 2.3,14.0,022.10’ ^10.10^

b) Xác định trị số Rn

Rn = 2R, = 2.80kQ = 160kQ. ^2^ Bài tập 7-13 Cho mạch tạo dao

động cầu Wien hình 7-10 dưới đây.

Hình 7-9 Mạch dao động cểu Wien có tần số điều chỉnh

723,8Hz

Biết: R = 22kQ R = 4,7kQ

a) Xác định trị số Rn cần thiết. b) Tác dụng DịDị.

c) Tĩnh trị số biến đổi tụ c để tần sô' dao động từ 100Hz đến 2000Hz.

Bài giải

Rn = 2R, = 2.22.10' n = 44 lO'n = 44kQ

b) Điốt D| Dt mắc ngược chiều song song với điện trở Rn, tức là song song với nhánh phân áp hồi tiếp, nhằm hạn chế biên độ điện áp ra Nếu biên độ điện áp tăng ngưỡng D, hay dẫn, điện trở điốt giảm xuống hệ số khuếch đại khuếch đại thuật toán giảm điện áp hạn chế.

c) Tần số dao động xác định

2jrRC

Khi tần số cực tiểu thì trị số tụ c phải đạt giá trị cực đại

C— -= 0.338^F

2.3,14.4,7.10^100

Tnax

Khi tần số cực đại maxthì trị số c ià cực tiểu

1 1

c • = -

-= -2.3,14.4,7.10^2000

= 16,94nF.

(2^ Bài tập 7-14 Cho mạch dao động cầu Wien như hình 7-11.

Biết: tụ c = 0,05|iF.

Tần số dao động cần thay đổi từ 200Hz đến 2000Hz nhờ biến trở R.

a) Phân tích nguyên l ý

hoạt động mạch.

b) Xác định khoảng biến thiên cần thiết R.

Hinh 7-11

Bài giải a) Phân tích sơ đồ

đảm bảo điều kiện cân pha biên độ có dao động điều hoà Trị số R c của cầu Wien định tần số dao động.

Điốt D, R4 FET nhằm ổn định hạn chế điện áp Khi ư„ tăng, điện áp âm qua điốt D đặt vào cực cửa FET làm cho điện trở máng -nguồn của FET tăng lên, nhánh phân áp hồi tiếp nên hệ số khuếch đại giảm u„ hạn chế.

b) Từ biểu thức xác định tần số dao động 1 f = suy R =

2tcRC ' 2?tCf

Tần số dao động cực đại ứng với giá trị cực tiểu R.

R _ ^ Ị Ị 592Q

27tCf^ax 2.3,14.0,05.10"^2.10^

Tần số dao động cực tiểu f^i„ ứng với giá trị cực đại R. R^ = ỉ = — - ? - T— =15,923kfì

2íiCf^in 2.3,14.0,05.10"®.200 max

(2^ Bài tập 7-15 Cho mạch điện hình 7-12. Biết: R, = 150kQ; R, = OOkQ

a) Phân tích mạch.

b) Hãy xác định số thòi gian X = RC để tạo tm hiệu có tần số kHz.

c) Nếu biết c = 0,02 }iF xác định trị số cần thiết R.

d) Xác định trị số cực đại điện áp U| đặt vào cửa p điện áp bão hồ = ± 12V.

Hình 7-12

Bài giải a) Phân tích mạch;

Điện áp hồi tiếp cửa p

U , = — H 5ẼL - R * R j + R ^

Khi trị số tụ c nạp ư| thì mạch chuyển trạng thái = -U b) Chu kỳ dao động xác định theo biểu thức

Suy ra X = RC =

T = 2RC In T

R.

21n + R,

Trong chu kỳ T = - = -Ịị- = 10 = Ims.

X = RC = 10

-3

, 2.100.10

-1 -1 ^

21n

c) Nếu biết trị số c = 0,02.10'®F, trị số R xác định

T , " ^

R = —=

c 0,02.10"®

= , k Q

12

d) Điên áp U = —-^ì2L _ r = -^

R j+ R2 100.10^ + 150.10^ Trị số đỉnh đỉnh điện áp vào U|

u,p.p = ± 2.4,8=+ 9,6V Bài tập 7-16 Cho mạch điện hình 7-12 Giả sử điện áp bão hoà ±u,„ = ±12V

R, = 30kQ; Ra = 20kQ; R = 12kQ; c = 0,0 2^iF a) Hãy xác định điện áp hồi tiếp | đặt vào cực p. b) Xác định chu kỳ T tần số dao động.

.3

Bài giải

a) Điện áp u

ư| 20 = ±4,8V

' R1+R2 30 + 20

b) Xác định chu kỳ T

T = 2RCln = 2.12.10^0,02.10-^ Iní, 2.20.10^!

Ri ; 30.10^ J

= 0,406.10"^s

Tần số dao động f = — = * = 2458,8Hz T 0,406.10'^

(2^ Bài tập 7-17 Cho mạch điện hình 7-13a. Biết; R, = 10kQ

= 20 kQ R = 100 kQ

c = 0,01 ịiF.

Giả sử điện áp bão hoà ±12V a) Phân tích nguyên lý tạo dao động. b) Xác định chu kỳ dao động.

c) Xác định tần số dao động.

d) Xác định trị số đỉnh xung chữ nhật xung tam giác.

Hình 7-13b

Bài giải

a) Đây mạch tạo xung vuông U| xung tam giác U2; IC| mạch so (Triger Schmitt) IC2 mạch tích phân.

Giả sử thời điểm t = điện áp đầu IC| U| = -Uja,. Điện áp ngưỡng điện áp lật trạng thái ±u„g.

u„, = trong R, = KR, (hệ số K phải > 1) 2

ở đầu tích phân IC2

u , = -u„, Ujít) biến thiên theo thời gian t.

J t

ThayU,(t) = -U,„ Ư2(0) = -U„,

Dạng điện áp đầu IC| — xung vuông đầu IC, — xung tam giác nhưhình7-13b.

b) Chu kỳ dao động T

T = í ^ * đ â y K = | l = ^ =

K R| 10

T = = 2RC = 2.100.10^.0,0 1.10"^ = 0,002s = 2ms 2

c) Tần số dao động

f = ^ = — ỉ— = 500Hz T 2.10“^

d) Trị số đỉnh xung chữ nhật U|p.p = ±12V

Trị số đỉnh xung tam giác điện áp ngưỡng ±ư„g = = ±6V (2^ Bài tập 7-18 Thiết kế mạch tạo xung tam giác có tần số 1kHz với

điện áp bão hoà Uja, = ±12V, điện áp đỉnh 8V. Bài giải

Sơ đồ mạch tạo xung tam giác hình 7-13a Điện áp đỉnh - đỉnh là

8V tương ứng với điện áp ngưỡng u„g = 4V, hệ số K = = — = 3 ^ng 4 Điện trở R, R2 xác định theo tỷ lệ

— = K Suy Rj = KR| = 3R|. Chọn R, = 12kQ R2 = 36kQ

Hằng s ố thời gian X = RC xác định theo biểu thức f = ^ suy X = RC = — — -— = 0,75.10“^s = 75ms

4RC ^ 4f 4.1000

Nếu chọn tụ c = 0,01 |aF điện trở R xác định

Chương 8

CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG Tự - s ố VÀ s ố - TƯƠNG Tự

8.1 TÓM TẮT PHẦN LÝ THUYẾT

Trong hệ thống thông tin số bắt buộc phải có chuyển đổi tưcmg tự - số (AE)C) sô' - tưcmg tự (DAC) Việc chuyển đổi thực hiện khâu đầu khâu cuối kênh thông tin dùng mã nhị phân.

Tín hiệu số biểu diễn dạng mã nhị phân Ud = b„.,.2"'+b„.2"-=^+ +b,2'+b„2°.

Vi dụ: ỉ 2% 0.2^ +1.2V 0.2'+1.2'’ = 45 Tín hiệu ƯD= 101101.

bn.,: bit có nghĩa lớn (MSB) b^: bit có nghĩa nhỏ (LSB).

Số số hạng dãy số nhị phân gọi số bit, ví dụ bit. Chuyển đổi tương tự - số gồm khâu chính: lấy mẫu giữ mức, lượng tử hịá mã hố.

Lấy mẫu rời rạc hố tín hiệu theo thời gian phải tuân theo định luật Shannon Tần số lấy mẫu xác định.

hay chu kỳ lấy mẫu T = - ^ ,s *sa

Trong đó: là tần số cực đại tín hiệu cần chuyển đổi Nếu số bit là N bit, điện áp mẫu Um số mức lượng tử 2"^ bước lưcmg tử Q (khoảng cách hai mức lượng tử liển kề) xác định

Q =

2*^-1

E = - Q = —

2 ^ 2(2" -1) Như sơ' bit N lớn sai số nhỏ. * Cck' phươììg pháp chuyển đổi AD

Tồn số phưoíng pháp chuyển đổi AD:

- Phương pháp chuyển đổi song song Điện áp analog cần chuyển đổi được đồng thời đưa vào so sánh để so với điện áp chuẩn đã được chia áp thành mức điện áp trùng với mức lượng tử Đầu fa của mạch so đưa vào mạch AND sau đưa vào mạch đếm xung mã hoá.

ư u điểm cùa mạch chuyển đổi A/D song song tốc độ chuyển đổi rất cao, điện áp chuyển đổi đưa đồng thời vào tất so, chỉ phụ thuộc vào tần số xung nhịp (xung đồng hồ) đưa vào mạch AND.

Nhược điểm: Cấu trúc mạch phức tạp, muốn chuyển đổi N bit cần 2'^-1 so sánh 2^-1 mạch AND.

- Chuyển đổi theo phưcmg pháp tiệm cận gần Điện áp tương tự cần chuyển đổi so sánh với điện áp analog Um- Đây điện áp được chuyển đổi ngược từ đầu đưa so (hình 8-1).

Hinh 8-1 Bộ chuyển đổi DA tiệm cận gần đúng

Nếu > Um đầu so có mức sau chu kỳ xung nhịp có một xung đưa vào đếm, đồng thời tín hiệu số Uq lại chuyển đổi ngược thành điện áp analog u^, lại đưa vào so Nếu < Um thì đầu so có mức o và khơng có xung đưa vào đếm q trình chuyển đổi dừng Số vịng so sánh phụ thuộc vào số bit lưcmg tử N.

Nhược điểm: Tốc độ chuyển đổi bị hạn chế, không cao.

- Oiuyển đổi theo phương pháp đếm xung đơn giản (hình 8-2)

Điện áp cần chuyển đổi được đưa vào so SS| để so sánh với điện áp hình cưa U c tạo điện áp cưa tạo ra.

Nếu Ua > Uc đầu SS| có mức 1. Nếu ƯA < Uc đầu SS| có mức 0.

Bộ so SS2 so sánh điện áp cưa U c với đất Nếu U c > đầu SS2

nhận giá ữ ị l

Hình 8-2 Chuyển đổi theo phương pháp đếm xung đơn giản

Cả hai điện áp đầu SSj SS2 Uss Uss đưa đến mạch AND, - Điện áp Uq ờ đẩu mạch AND tỷ lệ vái độ lớn u^.

Tiếp đến xung Uq đưa đến mạch ANDj, đầu vào thứ xung nhịp. Từ đầu mạch AND2 tín hiệu đưa đến đếm xung Số lượng xung đếm tỷ lệ với điện áp

SỐ xung nhịp đếm ữong khoảng thời gian là Z = f » t „ = í * ^ R C

ch Trong là tần số xung nhịp, Hz.

* Chuyển đổi s ố tương tự (DAC), trình chuyển đổi ngược từ tín hiệu số ưp sang tín hiệu tương tự ư^ Hai phương pháp sử dụng rộng rãi phương pháp thang điện trở phương pháp mạng điện ữở.

- Phưcmg pháp thang điện ữở (hình 8-3)

Uch

2R u,

1 A A A r ~ f~“ i

b N - ' R

Hinh 8-3 Chuyển đổi DAC theo phuơng pháp thang điện trỏ

Điện áp cần chuyển đổi Uj3 đưa đến điều khiển khoá điện tử, hai trạng thái l ứng với số hạng bit Ud nối qua thang điện trở, trị số của chúng phân bố theo mã nhị phân đưa đến đầu vào khuếch đại thuật toán.

Điện áp đầu xác định theo biểu thức

2R

ƯA = ^ - c h í b, r+h,2-^+ +b„2^)

Biểu thức b|.2 ‘ + ba 2'^ + + b„.2^ mức chuẩn hoá; b|, ba số hạng nhị phân, ứng với giá trị hay ưong dãy số nhị phân Up.

Điện áp toàn thang ứng với điều kiện tất số hạng \ có giá trị 1.

ƯAmax = ( - '+ l.2-^+1.2-^+ + l 2-^)

R

Mức lượng tử có giá ưị nhỏ nhất, ứng với b„ = tất số hạng còn lại 0.

2R R

* Chuyển đổi DA theo phương pháp mạng điện trở R-2R (hình 8-4) R.,

1

Hlnh 8-4 Chuyển đổi DA theo phương pháp mạng điện trỏ

Điện áp analog ƯA phụ thuộc vào tín hiệu số Up, xác định theo biểu thức

= Ua = ^ U ,, ( b , 2-‘+b2.2-^+ b32-^+ +b„2-^) Trong ưch điện áp chuẩn;

bị, bị, b , b„ số hạng nhị phân tín hiệu số Ud ứng với giá trị

1 hay 0.

Ví dụ: Ud = 1101 b, = 1; = 1, ba = 0, = 1.

K

Bit có nghĩa nhỏ hay mức lượng tử ứng với b„ = tất cả các bit bji lại 0.

I I ^ramin “■= ĩ I ^LSB ”= N T T 9;N

8.2 PHẦN BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

Bài tập 8-1 Một hệ xử lý chuyển đổi AD, tín hiệu tưcíng tự Uacó tần số từ đến 2,5 kHz Giả sử tốc độ lấy mẫu thực tế lớn tần số lấy mẫu cực tiểu theo lý thuyết 50%.

a) Xác định tần số lấy mẫu. b) Xác định chu kỳ lấy mẫu.

c) Nếu sử dụng chuyển đổi AD với N = bit, xác định độ i-ộng bit. Bài giải

a) Tần số lấy mẫu nhỏ theo iý thuyết f = = F .

^samm max

ở tần số ỉấy mẫu thực tế chọn lớn lý thuyết 50% 4 = ỉ ,5 F „ ,,= l,5.2.2,5 = 7,5kHz

b) ƠIU kỳ lấy mẫu T xác định

T = ^ = —L -= 133,3 Jis

L 7500 ^

c) Bộ chuyển đổi AD có khả biến đổi trị số tương tự thành

một từ không vượt 133,3M-s.

_ 133,3us 133,3ưs

Đ ộ rộng bit X = — — — = — • = 16,66 |IS.

a) Xác định tần số cao tín hiệu tưong tự theo lý thuyết tạo lại tín hiệu số đó.

b) Xác định thời gian biến đổi tối đa chuyển đổi AD (chu kỳ lấy mẫu T).

Bài giải a) Từ biểu thức tần số lấy mẫu

fsa=2F„„ = 44,1kHz Suy = ^ = 22,05kHz

b) Tĩiời gian biến đổi tối đa chuyển đổi AD T= - i - = ỉ— = 22,6us

f 44,210^ ^

Bài tập 8>3: Một chuyển đổi AD dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự có tần số 20Hz -i- 10.000Hz Giả sử tần số lấy mẫu thực tế được chọn lớn tần số lấy mẫu lý thuyết 25%.

a) Xác định tần số lấy mẫu. b) Chu kỳ lấy mẫu.

c) Nếu dùng chuyển đổi AD 16 bit, xác định độ rộng bit cục đại? Bài giải

a) Tần số lấy mẫu thực tế

1,25.2F„3, = 1,25.2.10.000Hz = 25.000Hz = 25kHz b) Chu kỳ lấy mẫu

X = - ^ = — L - =40jis f 25.10’

c) Độ rộng bit cực đại

_ T _ |1 S ,

(2^ Bài tập 8-4 Trong hệ chuyển đổi AD đó, cần lượng tử hố tín hiệu thành 2048 mức lượng tử.

Hãy xác định số bit cần thiết N cho mẫu. Bài giải

SỐ mức lượng tử n phụ thuộc vào số bit lượng tử hoá N xác định theo biểu thức

n = 2'' = 2048

b) Nếu điện áp mẫu Um = 2V, xác định bước lượng từ Q. Bài giải

a) Số mức lượng tử n = 2"^ = 2'° = 1024 mức b) Bước lượng tử Q

U 2 2

Q = f — = l,955mV.

2"'-l 2'®-l 1024-1

Bài tập 8-6 Một chuyển đổi AD 12 bit dùng để biến đổi tín hiệu analog có điện áp tồn thang Ua = lOV.

Hãy xác định đại lượng sau đây: a) Sô' mức lưcmg tử.

b) Bước lượng tử.

c) Sai số lượng tử cực đại.

d) Sai số lượng tử theo phần trăm. Bài gỉẳỉ a) Số mức lượng tử