Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực; Các kiểu mạch ghép tầng khuếch đại; Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A; Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: Kỹ thuật mạch điện tử NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 Mục lục Bài 1: Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực 1.1 Những vấn đề chung mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phương pháp phân cực cho Transistor 1.2 Mạch khuếch đại phát chung (CE) 1.2.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 1.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện 1.2.3 Ứng dụng mạch phát chung 1.2.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 1.3 Mạch khuếch đại gốc chung (CB) 12 1.3.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 12 1.3.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện 13 1.3.3 Ứng dụng mạch khuếch đại gốc chung 14 1.4 Mạch khuếch đại góp chung (CC) 14 1.4.1 Lắp mạch khuếch đại B chung 14 1.4.2 Tác dụng linh kiện 15 1.4.3 Ứng dụng mạch khuếch đại góp chung 16 1.4.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 17 Bài 2: Các kiểu mạch ghép tầng khuếch đại 18 2.1 Mục tiêu Các vấn đề chung mạch ghép tầng 18 2.1.1 Định nghĩa 18 2.1.2 Sơ đồ khối mạch ghép tầng 19 2.2 Mạch ghép tầng tụ điện (RC) 19 2.2.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 19 2.2.2 Ưu nhược điểm mạch ghép tầng tụ điện 20 2.2.3 Ứng dụng mạch điện 22 2.2.4 Lắp ráng cân chỉnh mạch 25 2.3 Mạch ghép tầng biến áp 25 2.3.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 25 2.3.2 Ưu nhược điểm mạch ghép tầng biến áp 25 2.3.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 28 2.4 Mạch ghép tầng trực tiếp 28 2.4.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 29 2.4.2 Ưu nhược điểm mạch ghép tầng trực tiếp 29 2.4.3 Ứng dụng mạch điện 29 2.4.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 30 2.5 Mạch khuếch đại CASCODE 33 2.5.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 33 2.5.2 Các đặc tính mạch CASCODE 34 2.5.3 ứng dụng mạch điện 34 2.5.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 35 2.6 Mạch khuếch đại DALINGTON 36 2.6.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 36 2.6.2 Ứng dụng mạch điện 36 2.6.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch 36 2.5 Mạch khuếch đại CASCODE 36 2.5.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 36 2.5.2 Các đặc tính mạch CASCODE 37 2.5.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 38 2.6 Mạch khuếch đại DALINGTON 39 2.6.1 Mạch điện tác dụng linh kiện 39 2.6.2 Ứng dụng mạch điện 39 2.6.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch 40 2.7 Mạch khuếch đại vi sai 40 2.7.1 Mạch điện 40 2.7.2 Nguyên lý hoạt động 40 2.7.3 Đặc điểm mạch ứng dụng 41 2.8 Khuếch đại thuật toán 42 2.8.1 Khái niệm chung 42 2.8.2 Mạch khuếch đại đảo 43 2.8.3 Mạch khuếch đại không đảo 45 Bài 3: Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A 47 3.1 Định nghĩa phân loại mạch khuếch đại công suất 48 3.1.1 Định nghĩa 48 3.1.2 Phân loại 48 3.2 Mạch khuếch đại cơng suất đơn chế độ A có tải điện trở 50 3.2.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 50 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 51 3.2.3 Ứng dụng mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải điện trở 52 3.2.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch 52 3.3 Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải ghép biến áp 53 3.3.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 53 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 54 3.3.4 Ứng dụng mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải ghép biến áp 54 Bài 4: Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động chế độ AB 54 4.1 Những vấn đề chung mạch khuếch đại công suất đẩy kéo 54 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý 54 4.1.2 Nhiệm vu linh kiện 54 4.1.3 Nguyên lý hoạt đông 55 4.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động chế độ AB 55 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 55 4.2.2 Nguyên lý hoat đông 55 Bài 5: Mạch khuếch đại công suất kéo nối tiếp OCL hoạt động chế độ AB 56 5.1 Định nghĩa 56 5.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OCL hoạt động chế độ AB 56 5.2.1 Sơ đồ nguyên lý 56 5.2.2 Nhiệm vụ linh kiện mạch: 57 Bài : Mạch khuếch đại công suất dùng IC 57 6.1 Mạch khuếch đại công suất dùng IC LA4440 58 6.1.1 Sơ đồ mạch điện 58 6.1.2 Chức nhiệm vu linh kiện 58 6.1.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch 59 6.2 Mạch khuếch đại công suất dùng IC TDA 2030 60 6.2.1 Sơ đồ mạch điện 60 6.2.2 Chức nhiệm vu linh kiện 60 Bài 7: Các mạch bảo vệ Transistor công suất lớn Thời gian: 61 7.1 Định nghĩa 62 7.2 Mạch bảo vệ Transistor công suất lớn phương pháp cắt nguồn cho Transistor công suất lớn 62 7.2.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 62 7.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện 62 7.3 Mạch bảo vệ Transistor công suất lớn phương pháp cắt nguồn cho Transistor công suất lớn 63 7.3.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 63 7.3.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện 63 7.3.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch bảo vệ Transistor công suất lớn 64 7.3.2 Nguyên hoạt động mạch điện 65 Bài 8: Nguồn điện chiều Thời gian : 18 66 8.1 Giới thiệu chung nguồn điện chiều 67 8.1.1 Chức 67 8.1.2 Sơ đồ khối chức khối 67 8.2 Mach chỉnh lưu 68 8.2.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ 68 8.2.2 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ biến áp có điểm 69 8.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu 70 8.2.4 Mạch bội áp 70 8.3 Mạch lọc 71 8.3.1 Tổng quan mạch lọc 71 8.3.2 Mạch lọc dùng tụ điện 72 8.3.3 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện 72 8.3.4 Nguyên lý hoạt động mạch điện 72 8.3.5 Ứng dụng mạch dùng tụ điện 74 8.3.6 Mạch lọc RC 74 8.3.7 Mạch lọc dùng cuộn dây 74 8.3.8 Mạch lọc LC 74 8.4 Mạch ổn áp 75 8.4.1 Những vấn đề chung mạch ổn áp 75 8.4.2 Mạch ổn áp đơn giản dùng Diode Zener 76 8.4.3 Mạch ổn áp tuyến tính nối tiếp dùng Transistor 76 8.4.4 Mạch ổn áp tuyến tính song song dùng Transistor 77 8.4.5 Mạch ổn áp dùng IC 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Bài 1: Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực Giới thiệu: Một đặc điểm bật cấu tạo tranzito tính khuếch đại tín hiệu Trong trường hợp lắp mạch loại cực E chung (E-C), với tín hiệu có biên độ điện áp nhỏ đặt vào cực badơ B, ta nhận tín hiệu có biên độ điện áp lớn cực colectơ C Tuỳ theo hệ số khuếch đại tranzito, ta nhận tín hiệu lớn gấp hàng chục, chí hàng trăm lần tín hiệu ban đầu Nghiên cứu mạch khuếch đại nhiệm vụ quan trọng người thợ sửa chữa điện tử kiểm tra, thay linh kiện mạch điện tử thực tế Mục tiêu thực - Trình bày xác sơ đồ mạch điện, tác dụng linh kiện ứng dụng mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực - Phân tích nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực - Lắp ráp cân chỉnh chế độ mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực tiêu kỹ thuật - Chẩn đoán, kiểm tra sửa chữa hỏng hóc mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor lưỡng cực - Cẩn thận đảm bảo an toàn thiết bị dụng cụ - Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ 1.1 Những vấn đề chung mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 1.1.1 Khái niệm Tín hiệu biến đổi hay nhiều thông số trình vật lý theo qui luật tin tức Trong phạm vi hẹp mạch điện, tín hiệu hiệu dịng điện Tín hiệu có trị khơng đổi, ví dụ hiệu pin, accu; có trị số thay đổi theo thời gian, ví dụ dịng điện đặc trưng cho âm thanh, hình ảnh Tín hiệu cho vào mạch gọi tín hiệu vào hay kích thích tín hiệu nhận ngã mạch tín hiệu hay đáp ứng Người ta dùng hàm theo thời gian để mơ tả tín hiệu đường biểu diễn chúng hệ trục biên độ - thời gian gọi dạng sóng Dưới số hàm dạng sóng số tín hiệu phổ biến 1.1.2 Phương pháp phân cực cho Transistor Về dạng sóng ta có tín hiệu sin, vuông, xung, cưa, v.v Về tần số tín hiệu hạ tần, âm tần (AF), cao tần (HF), siêu cao tần (VHF), cực cao tần (UHF), v.v., đơi phát biểu theo bước sóng: sóng dài (VLF), sóng dài (LW), sóng trung bình (MW), sóng ngắn (SW), sóng centimet, sóng milimet, sóng vi ba, sóng nanomet, v.v Về liên tục gồm có tín hiệu liên tục (continuous) gián đoạn (không liên tục) (discontinuous) Liên tục hay gián đoạn xét biên độ thời gian Về dạng sóng hay liên tục, người ta cịn phân tín hiệu tương tự (analog) hay liên tục thời gian (continuous_time) tín hiệu số (digital) hay rời rạc thời gian (discrete-time) Tín hiệu biến thiên liên tục biên độ hình 1.1 tín hiệu tương tự.Tín hiệu hình 1.3a tín hiệu số 1.1.3 Các chế độ làm việc tầng khuếch đại Về tính xác định người ta phân tín hiệu xác định (deterministic) tín hiệu ngẫu nhiên (random) Về tính tuần hồn có tín hiệu tuần hồn (periodic) có dạng sóng lặp lại sau chu kỳ T, tín hiệu khơng tuần hồn (aperiodic) tín hiệu khơng có lặp lại tức khơng có chu kỳ Nếu lặp lại gần ta có tín hiệu chuẩn tuần hồn (quasiperiodic) 1.2 Mạch khuếch đại phát chung (CE) Mục tiêu + Giải thích nguyên lý hoạt động ba cách mắc + Lắp mạch khuếch đại 1.2.1 Sơ đồ mạch điện tác dụng linh kiện a Mạch điện +V Rb1 Vi: Ngâ vµo +V Nguån cung cÊp Rc Re Rb1 Vo: Ngâ Nguån cung cÊp Rc Vo: Ngâ Vi: Ngâ vµo Re Rb2 Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo mạch Tranzito mắc theo kiểu E chung (E-C) thực tế Trong đó: Vi: ngõ vào Vo: Ngõ Rc: Điện trở tải để lấy tín hiệu Re: Điện trở ổn định nhiệt R1; R2: Điện trở phân cực B b Mạch điện tương đương a)Cách mắc mạch theo kiểu E-C b)Sơ đồ tương đương mạch E-C Hình 1.2 Theo sơ đồ ta có: U b I B R E U = b R E Z v = V = BE = IV IB IB (1.1) Trên sơ đồ tương đương không xác định trở kháng mạch.Thực tế xác định theo độ dốc đường đắc tuyến hình 1.3 Hình 1.3 Đặc tuyến mạch E-C Giả sử trở kháng mạch CE ZR=Ro Với trở kháng vào β.RE, trở kháng Ro ta vẽ lại sơ đồ tương đưong mạch hinh1.4 Hình 1.4: Sơ đồ tương đương cách mắc C-E có tải 1.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện - Tổng trở ngõ vào: (1.2 ) - Tổng trở ngõ ra: (1.3) - Độ khuếch đại dòng điện: (1.4) - Độ khuếch đại điện áp: ( 1.5 ) 1.2.3 Ứng dụng mạch phát chung Mạch có số tính chất sau: · Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C · Tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha (đảo pha) · Hệ số khuếch đại dịng điện bđ1và khuếch đại điện áp a< · Tổng trở ngõ vào khoảng vài trăm Ohm đến vài KW · Tổng trở ngõ khoảng vài kW đến hàng trăm kW Trong cách mắc C-E, đặc tuyến quan hệ dòng Ic vàđiện áp UCE, ứng với khoảng giá trị dòng vào IB Đặc tuyến vào quan hệ dòng vào IB điện áp vào UBE, ứng với khoảng giá trị điện áp UCE Được trình bày hình 1.6 a 1.6 b a)Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến Hình 1.5 Trên sơ đồ 1.5 a: Đặc tuyến vào Tranzito, cho ta thấy tranzito bát đầu dẫn điện điện áp UBE vượt qua khỏi giá trị điện áp phân cực 0,6 v Dòng điện phân cực IB phụ thuộc vào nguồn cung cấp VCE, nguồn cung cấp cao dịng phân cực IB lớn Trên sơ đồ hình 1.5 b: Đặc tuyến Tranzito, cho thấy Tranzito chia làm ba vùng làm việc gồm có: + Vùng ngưng dẫn: Là vùng nằm đường IB= Lúc điện áp phân cực VBE nằm mức phân cực 0,6v + Vùng khuếch đại: Là vùng tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp BC phân cực ngựơc Vùng dùng để khuếch đại tín hiệu dịng điện, điện áp hay cơng suất + Vùng bão hoà: Là vùng nằm bên trái đường UCEbh lúc hai mối nối BE BC phân cực thuận Theo đặc tuyến hình1.6b Khi IB=0 Thì dịng IC#0 điều giải thích sau: I C = a I E + I CBO Ta có: (1.6) I C = a ( I C + I B ) + I CBO a I B I CBO Suy ra: IC = + 1- a 1- a + Hệ số β: Trong chế độ chiều, để đánh giá khả điều khiển dòng IB dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện õ: b dc = IC IB (1.7) Với IC IB giá trị điểm làm việc Thông thường õ nằm khoảng từ 50 đến 400 Trong chế độ xoay chiều, hệ số khuếch đại õ định nghĩa: b ac = DI C |UCE = const DI B ( 1.8) 1.2.4 Lắp ráp cân chỉnh mạch a Mục tiêu + Thực mạch khuếch đại đơn tầng + Đo thông số mạch khuếch đại b Dụng cụ thực hành + Bàn thực hành + Bộ thí nghiệm điện tử + Các linh kiện điện trở, transistor c Chuẩn bị lý thuyết Yêy cầu chuẩn bị câu hỏi lý thuyết sau + Khái niệm mạch khuếch đại + Các yêu cầu cho mạch khuếch đại + chức tụ điện mạch khuếch đại + cách tính hệ số khuếch đại, tổng trở vào, mạch khuếch đại d Nội dung thực hành 67 - Trình bày xác sơ đồ mạch điện, tác dụng linh kiện ứng dụng mạch chỉnh lưu, lọc ổn áp nguồn - Phân tích nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu, lọc ổn áp nguồn - Lắp ráp cân chỉnh mạch chỉnh lưu, lọc ổn áp nguồn tiêu kỹ thuật - Chẩn đoán, kiểm tra sửa chữa hỏng hóc mạch chỉnh lưu, lọc ổn áp nguồn - Cẩn thận đảm bảo an toàn thiết bị dụng cụ - Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ 8.1 Giới thiệu chung nguồn điện chiều - Bài học giới thiệu nguyên lý mạch điện, thông số đánh giá mạch biến đổi công suất (chỉnh lưu) cố định pha bán kỳ M1, toàn kỳ M2 B2, mạch chỉnh lưu pha bán kỳ M3 toàn kỳ B6 - Nội dung sâu vào khảo sát dịng điện, điện áp cơng suất mạch nêu nhằm giúp người học có khả phân tích, phán đốn ngun nhân hư hỏng xảy thực tế 8.1.1 Chức Như đề cập trước, nguồn cấp điện chiều thường chỉnh lưu từ dòng điện xoay chiều pha ba pha máy phát điện chiều ngày thơng dụng Trong thiết bị điện tử công suất thường gặp giá trị dòng thuận lớn điện áp nghich cao Do đó, diode silicon mạch điện phần sau dùng làm van chỉnh lưu Khác với điện áp chiều từ nguồn pin nguồn ổn áp, điện áp mạch chỉnh lưu khơng cố định theo thời gian mà có dạng xung chiều, gọi điện áp hổn hợp, điện áp đo thiết bị đo từ điện (trị trung bình) thiết bị đo điện từ (hiệu dụng) Nếu dùng thiết bị đo có chỉnh lưu (VOM) hệ số hình dáng điện áp đo phải tính tốn, điều cần thiết thang đo loại thiết bị khắc độ theo trị hiệu dụng, hệ số hình dáng chọn giá trị F = 1,11 (IFAV ≠ IFRMS) Với điện áp dòng DC có dạng xung, sai biệt trị trung bình với trị hiệu dụng kết sóng hài 8.1.2 Sơ đồ khối chức khối Điện áp hổn hợp hình 4.3 bao gồm thành phần DC lý tưởng Ud thành phần AC hình sin với 68 Đối với điện áp hình 3.3, giá trị trung bình điện áp hổn hợp đo dụng đo từ điện : Ud = 10 V Trị hiệu dụng điện áp hổn hợp Với Ud = û = 10 V, suy : Như đề cập trên, thực tế giá trị hiệu dụng thường đo thiết bị đo điện từ Trong trường hợp tải trở, phương pháp đo áp dụng xem giá trị đo Ud ≠ Um tương tự Id ≠ Im Sự khác với công suất 8.2 Mach chỉnh lưu 8.2.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Giả sử Ploss = W mạch chỉnh lưu lý tưởng, : Kết P(AC) = P(DC) Điều chứng minh trực tiếp cách dùng thiết bị đo kiểu điện động 69 Hình 3.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu lý tưởng với đồng hồ đo công suất P = Pm Từ hình 3.4, cơng thức tính cơng suất biểu thức sau : Pm = Um x Im > Ud x Id Công suất chiều Pm lớn công suất chiều Pd, kể đến công suất dư Pex công suất tạo nên thành phần gợn sóng sóng hài Trong trường hợp lý tưởng Uripp = suy : P(a.c) = Ud x Id Điện áp gợn sóng định nghĩa giá trị hiệu dụng sóng hài Vì lĩnh vực điện tử cơng suất thành phần gợn sóng chủ yếu phụ thuộc vào mạch chỉnh lưu, hệ số gợn sóng định nghĩa tỉ số điện áp gợn sóng với điện áp chiều 8.2.2 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ biến áp có điểm Nếu điện áp hình 3.3 đặt lên tải trở công suất thực rơi tải : Gồm hai thành phần Hệ số gợn sóng w điện áp chiều dạng xung : 70 8.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu Trong lĩnh vực điện tử công st, mạch khơng quan trọng mạch có nhiều đặc điểm không phù hợp với mạch biến đổi cơng suất Trong hình 3.5 khơng điều khiển nên van V10 bắt đầu dẫn điện áp anode dương cathode, điều diển suốt bán kỳ dương điện áp xoay chiều tạo nên dòng chiều chảy ngang qua tải Rload Giả sử rF