Bài giảng Điện tử cơ bản 2 - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ Xà HỘI Tr­êng đại học sư phạm kỹ thuật nam định Nhúm tỏc giả: Th.s Nguyễn Thị Hòa Th.s Trần Thanh Sơn Th.s Hoàng Thị Phương TẬP BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mó s: Nam Định, năm 2015 Lời Nói đầu Ngày phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật công nghệ, đặc biệt công nghệ kỹ thuật điện tử đà mang lại nhiều thay đổi to lớn sâu sắc đời sống, trở thành công cụ quan trọng cách mạng kỹ thuật trình độ cao Các hệ thống điện tử như: truyền thanh, truyền hình, hệ thống thông tin, hệ thống đo lường, hệ thống điều khiển tự động, hệ thống máy tính,ngày phát triển tập hợp mạch điện tử chức nhằm thực nhiệm vụ kỹ thuật định Nội dung học phần Điện tử nghiên cứu mạch điện tử chức mà đáp ứng việc học tập sinh viên Đại học công nghệ Điện - Điện tử, nhóm đà biên soạn tập giảng Điện tử Tập giảng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành tự động hóa, tin học, sinh viên chuyên ngành khác quan tâm đến lĩnh vực điện tử Tập giảng gồm chương - Chương 1: Ghép tầng khuếch đại - Chương 2: Mạch khuếch đại có hồi tiếp - Chương 3: Mạch khuếch đại tân số cao - Chương 4: Mạch khuếch đại công suất - Chương 5: Khuếch đại vi sai, Khuếch đại thuật toán - Chương 6: Mạch dao động - Chương 7: Mạch điều chế giải điều chế - Chương 8: Mạch cung cấp nguồn Nội dung chương cung cấp kiến thức mạch điện, tác dụng linh kiện, nguyên lý làm việc, tham số, đặc điểm vận dụng mạch điện tử mạch khuếch đại công suât âm tần, khuếch đại cao tần, khuếch đại vi sai, khuếch đại thuật toán,mạch dao động, mạch điều chế giải điều chế, mạch cấp nguồn Cuối học trình có phần câu hỏi tập giúp sinh viên ôn tập hệ thống kiến thức Trong trình biên soạn nhóm đà bám sát chương trình môn học nhà trường ban hành, đà cố gắng thể nội dung bản, đại gắn với công nghệ Tuy nhiên khả có hạn, hạn chế thời gian nên không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đóng góp chân thành đồng nghiệp bạn đọc để tập giảng ngày hoàn thiện Nhóm tác giả i Lời Nói đầu Mc lc Chương 1: Ghép tầng khuếch đại 1.1 Kh¸i niƯm 1.2 Ghép tầng tụ điện (ghép RC) 1.2.1 Mạch điện 1.2.2 Đặc điểm, phạm vi ứng dông 1.3 Ghép tầng biến áp 1.3.1 Mạch điện 1.3.2 Đặc điểm, ph¹m vi øng dơng 1.4 GhÐp trùc tiÕp 1.4.1 Mạch điện 1.4.2 Đặc điểm, phạm vi ứng dụng 10 1.5 GhÐp quang 11 1.5.1 Mạch điện 11 1.5.2 Đặc điểm, phạm vi ứng dụng 12 1.6 Sơ đồ Darlington 12 1.6.1 Sơ đồ 12 1.6.2 Đặc điểm, phạm vi øng dông 13 1.7 Sơ đồ Cascode 14 1.7.1 Mạch điện 14 1.7.2 Đặc ®iĨm, ph¹m vi øng dơng 16 Câu hỏi tËp ch­¬ng 17 Chương Mạch khuếch đại cã håi tiÕp 18 2.1 Kh¸i niƯm 18 2.1.1 Định nghÜa 18 2.1.2 Phân loại 18 2.2 Phân tích tầng khuếch đại có hồi tiếp 20 2.3 ảnh hưởng hồi tiếp âm lên tham số khuếch đại 21 2.3.1 ảnh hưởng đến độ ổn định hệ số khuếch đại 21 2.3.2 ¶nh h­ëng đến dải tần khuếch đại 23 2.3.3 ¶nh h­ëng cđa håi tiÕp âm đến trở kháng vào khuếch đại 24 2.3.4 ảnh hưởng hồi tiếp âm đến trở kháng khuếch đại 25 2.3.5 ảnh hưởng hồi tiếp âm dến dải ®éng vµ mÐo phi tuyÕn 27 2.4 Phân tích số mạch khuếch đại có hồi tiếp ©m 28 2.4.1 M¹ch hồi tiếp âm dòng điện nối tiếp 28 ii 2.4.2 M¹ch håi tiÕp âm điện áp nối tiếp .29 2.4.3 Hồi tiếp âm dòng điện song song 30 2.4.4 Hồi tiép âm điện áp song song 31 Câu hỏi tập chương .32 Chương 3: Mạch khuếch đại tÇn sè cao 33 3.1 Đặc điểm mạch khuếch đại tÇn sè cao: 33 3.2 Tầng khuếch đại cao tần có tải không cộng hưởng 34 3.2.1 Đặc ®iÓm 34 3.2.2 Sơ đồ mạch điện 35 3.3 Mạch khuếch đại cao có tải mạch cộng hưởng 37 3.3.1 Mạch khuếch đại cao tần dùng BJT 38 3.3.2 K§ cao tÇn dïng FET 42 3.4 Khuếch đại cao tần d¶i réng 43 3.4.1 Đặc điểm .43 3.4.2.Các biện pháp mở rộng dải tần khuếch đại 44 Câu hỏi tập chương .52 Chương Mạch khuếch đại c«ng suÊt 53 4.1 Kh¸i niƯm 53 4.1.1 Đặc điểm tầng khuếch đại công suất 53 4.1.2 Các tham số tầng khuếch đại c«ng suÊt 53 4.1.3 Các chế độ công tác định điểm làm việc cho tầng khuếch đại công suất 54 4.2 Khuếch đại công suất chế độ A 55 4.2.1 Khuếch đại công suất tải điện trở 55 4.2.2 Khuếch đại công suất tải biến ¸p 61 4.3 Khuếch đại công suất chế độ B, AB 63 4.3.1 KhuÕch đại công suất đẩy kéo song song .63 4.3.2 Khuếch đại công suất mắc ®Èy kÐo song song dïng transistor cïng lo¹i 69 4.3.3 Khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp dùng transistor bù 74 4.3.4 Tầng khuếch đại c«ng st cã c«ng st lín 80 4.4 IC khuếch đại công suất âm tÇn 80 4.4.1 Giới thiệu số IC khuếch đại công suất âm tần .80 4.4.2 Một số mạch khuếch đại công suất dùng IC 84 4.5 Khuếch đại công suất chế độ khác 86 4.5.1 Khuếch đại công suất chế độ C .86 4.5.2 Khuếch đại công suất chế độ D 88 Câu hỏi tập chương .90 Chương 5: KHUẾCH ĐẠI VI SAI, KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 92 iii 5.1 Khuếch đại vi sai 92 5.1.1 Mạch điện 92 5.1.2 Chế độ chiều 93 5.1.3 Chế độ đơn Error! Bookmark not defined 5.1.4 Chế độ vi sai 98 5.2 Khuếch đại thuật toán (OPAM) 99 5.2.1 Khái niệm khuếch đại thuật toán 99 5.2.2 Mạch khuếch đại đảo 103 5.2.3 Mạch khuếch đại không đảo 104 5.2.4 Mạch khuếch đại so sánh 105 5.2.5 Mạch cộng 105 5.2.6 Mạch trừ 107 5.2.7 Mạch tích phân 108 5.2.8 Mạch vi phân 109 5.2.9 Các mạch biến đổi hàm số 109 BÀI TẬP CHƯƠNG 110 Chương 6: Mạch dao động 115 6.1 Kh¸i niƯm 116 6.1.1 Điều kiện dao động 116 6.1.2 Đặc điểm mạch tạo dao động 118 6.1.3 ổn định tần số biên độ dao động: 119 6.2 Mạch dao động tín hiệu d¹ng sin 121 6.2.1 Mạch tạo dao động LC 121 6.2.2 Mạch dao động thạch Anh 128 6.2.3 Mạch dao động RC 132 6.3 Mạch dao động xung 139 6.3.1 Kh¸i niƯm vỊ tÝn hiƯu xung 139 6.3.2 M¹ch dao ®éng ®a hµi dïng BJT 141 6.3.3 Mạch tạo xung vuông dïng K§TT 144 6.3.5 Mạch dao động Blocking 148 6.3.6 M¹ch t¹o xung tam gi¸c 151 6.4 VCO - Volgate Controlled Oscilator (Bé tạo dao động điều chỉnh tần số ®iƯn ¸p) 155 6.4.1 Kh¸i niƯm 155 6.4.2 M¹ch VCO 155 6.5 Mạch tổng hợp tần số ứng dụng PLL - Phase Locked Loop 156 6.5.1 Kh¸i niƯm 156 iv 6.5.2 C¸c khèi chÝnh cđa PLL 157 6.5.3 C¸c øng dơng cđa PLL 158 C©u hỏi tập chương .160 Chương 7: M¹ch điều chế giải điều chế 164 7.1 §iỊu chÕ (Modulation) 164 7.1.1 Kh¸i niƯm vỊ ®iỊu chÕ 164 7.1.2 Điều chế biên độ (AM - Amplitude Modulation ) 164 7.1.3 Điều tần, điều pha .175 7.2 Giải điều chế (Tách sãng) 181 7.2.1 Khái niệm giải điều chế (Demodulation) .181 7.2.2 Tách sóng điều biªn 182 7.2.3 Tách sóng điều tần 186 C©u hái tập chương .193 Chương : M¹ch cung cÊp nguån .194 8.1 Khái niệm mạch cung cấp nguồn .194 8.2 M¹ch chØnh l­u 194 8.3 Lọc thành phần xoay chiều dòng điện tải 203 8.3.1 Kh¸i niƯm 203 8.3.2 Läc b»ng tơ ®iƯn 204 8.3.3 Läc b»ng cuén c¶m L 205 8.3.4 Lọc hỗn hợp 205 8.3.5 M¹ch läc tÝch cùc 206 8.4 M¹ch ỉn ¸p bï 207 8.4.1 ỉn ¸p tham sè .207 8.4.2.Nguyên lý ổn áp bù tuyến tính .208 8.4.3 M¹ch æn ¸p bï dïng Transistor 209 8.5 Vi mạch ổn áp 213 8.5.1 Kh¸i niƯm 213 8.5.2 S¬ đồ ổn áp có điện áp cố định dùng IC 78XX vµ 79XX 213 8.6 ỉn ¸p xung 215 8.6.1 Kh¸i niƯm ỉn ¸p xung 214 8.6.2 Ngun lý ỉn ¸p xung 215 Câu hỏi tập chương .218 Tµi liƯu tham khảo v Chương Ghép tầng khuếch đại 1.1 Khái niệm Ghép tầng khuếch đại thực truyền đạt tín hiệu từ tầng sang tầng cho lượng tổn hao nhỏ Sơ đồ khối mô tả mạch ghép tầng hình vẽ 1.1: Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát mạch ghép tầng khuếch đại Ngoài nhiệm vụ truyền đạt tín hiệu, mạch ghép tầng có nhiệm phối hợp trở kháng tầng Điều kiện để phối hợp trở kháng hai tầng: M ran M vaon1 Trong đó: (1.1) Z ran  Z vaon1 M: Møc ®iƯn Z: Trở kháng Ngoài ra, để đáp ứng hệ số khuếch đại thực tế người ta thường phải dùng nhiều tầng khuếch đại, phải ghép tầng khuếch đại với Chẳng hạn thực ghép n tầng hình 1.1 Ví dụ tăng âm với tín hiệu vào nhỏ (tín hiệu đầu từ 200V, Micro 2mV) tăng âm phải có tầng khuếch đại Đầu tiên tầng khuếch đại micro hay khuếch đại đầu từ (có mạch sửa đặc tuyến đầu từ) mức 0dB Sau tầng tiền khuếch đại, tầng kích cuối tầng khuếch đại công suất Hệ số khuếch đại khuếch đại gồm nhiều tầng tính sau: K u K u1  K u    K ui    K un K u   K ui (Np) n i 1 K u : HÖ sè khuÕch đại khuếch đại đà ghép tầng K ui : Hệ số khuếch đại tầng thứ i (1.2) (1.3) Tính theo đơn vị dB ta có: 20log Ku  20 log Ku1  20 log Ku    20log Kui    20log Kun 20log K u  20 log Kui n i (dB) (1.4) (1.5) Việc ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện, biến áp, ghép trực tiÕp, ghÐp b»ng phÇn tư quang,… 1.2 GhÐp tÇng b»ng tụ điện (ghép RC) 1.2.1 Mạch điện Hình 1.2 Mạch ghép tầng tụ điện a Tác dụng linh kiện: Q1 , Q2 : tầng khuếch đại mắc E chung ghép với qua tụ C3 , Rg Q1 , Q2 : làm việc chế độ A R1 , R2 : định thiên, phân áp (phân cực) cho Q1 R5 , R6 :định thiên, phân áp (phân cực) cho Q2 R3 , R7 : trở tải chiỊu vµ xoay chiỊu cđa Q1 , Q2 C4 ,C5 : tho¸t mass xoay chiỊu cho cùc E cđa Q1 , Q2 (khử hồi tiếp âm mặt xoay chiỊu cđa Q1 , Q2 Rg: trë ghÐp tÇng C3 : tơ ghÐp tÇng C1 : tơ dÉn tÝn hiƯu vµo C2 : tơ dÉn tÝn hiƯu R4 , R8 : trở ổn định điểm làm việc cho Q1 , Q2 (trë ỉn nhiƯt cho Q1 , Q2 ) b Nguyên lý làm việc Chế độ chiều: Khi cÊp nguån cho m¹ch: I b1 : Tõ  Ec qua R1 qua rbeQ1 qua R4 vÒ mass I c1 : Tõ  Ec qua R3 qua rceQ1 qua R4 vÒ mass I b : Tõ  Ec qua R5 qua rbeQ qua R8 vÒ mass I c : Tõ  Ec qua R7 qua rceQ qua R8 vỊ mass ChÕ ®é xoay chiỊu: TÝn hiệu đưa vào đầu vào Q1 , Q1 khuếch đại Điện áp sau khuếch đại lấy cực Collector Q1 ghép qua tụ C3 , đưa vào đầu vào Q2 khuếch đại tiếp Cụ thể: Giả sử tín hiệu vào có dạng sin: +/ 1/2 chu kỳ đầu, tín hiệu vào pha dương lúc U beQ1 tăng lên dẫn đến Q1 tăng dẫn suy I c1 tăng lên dẫn đến U ceQ1 giảm tụ C3 xả điện qua R6 Tõ (+ C3 ) qua rceQ1 qua R4 qua R6 vỊ (  C3 ) Khi tơ C3 x¶ gây sụt áp R6 (trên âm, dương) làm cho VBQ giảm dẫn đến U beQ giảm suy Q2 giảm dẫn làm cho dòng I c giảm dẫn đến U ceQ2 tăng lên vËy tÝn hiƯu ë pha d­¬ng +/ 1/2 chu kỳ sau, tín hiệu vào pha âm lúc ®ã U beQ1 gi¶m ®i dÉn ®Õn Q1 gi¶m dÉn làm cho I c1 giảm dẫn đến U ceQ1 tăng lên tụ C3 nạp điện: Từ EC qua R3 qua C3 qua R6 vÒ mass Khi tụ C3 nạp gây sụt áp R6 (trên dương, âm) làm cho VBQ tăng lên làm cho U beQ tăng lên dẫn đến Q2 tăng dẫn suy I c tăng lên làm cho U ceQ2 giảm đi, tín hiệu pha âm Cả nửa chu kỳ tín hiệu vào có dòng qua tải c Các thông số mạch (ZV, Zr, Ku, Ki) +/ Trở kháng vào m¹ch (ZV) Zv =R12 //rBE1 ; R12  R1  R2 R1 R2 rBE tính dựa vào hình vÏ 1.3 nh­ sau: rBE  cot g (1.6) (1.7) ... tập hợp mạch điện tử chức nhằm thực nhiệm vụ kỹ thuật định Nội dung học phần Điện tử nghiên cứu mạch điện tử chức mà đáp ứng việc học tập sinh viên Đại học công nghệ Điện - Điện tử, nhóm đà biên... học kỹ thuật công nghệ, đặc biệt công nghệ kỹ thuật điện tử đà mang lại nhiều thay đổi to lớn sâu sắc đời sống, trở thành công cụ quan trọng cách mạng kỹ thuật trình độ cao Các hệ thống điện tử. .. đại 21 2. 3.1 ảnh hưởng đến độ ổn định hệ số khuếch đại 21 2. 3 .2 ¶nh h­ëng đến dải tần khuếch đại 23 2. 3.3 ¶nh h­ëng cđa håi tiÕp âm đến trở kháng vào khuếch đại 24 2. 3.4 ảnh