Giáo trình Vi mạch tương tự

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  GIÁO TRÌNH: VI MẠCH TƢƠNG TỰ Ths NGUYỄN THỊ THU LAN (Chủ biên) – KS VÕ MINH TRÍ TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2014 LƢU HÀNH NỘI BỘ MỤC LỤC MỤC LỤC .2 CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI .6 GIỚI THIỆU CHUNG NỘI DUNG 1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI 1.1.1 CẤU TẠO: 1.1.2 NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI 1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ CHỈ TIÊU CỦA MỘT TẦNG KHUẾCH ĐẠI 1.2.1 HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI 1.2.2 TRỞ KHÁNG LỐI VÀO VÀ LỐI RA 10 1.2.3 MÉO TẦN SỐ 10 1.2.4 MÉO KHÔNG ĐƢỜNG THẰNG (méo phi tuyến) .11 1.2.5 HIỆU SUẤT CỦA TẦNG KHUẾCH ĐẠI 11 1.3 ỨNG DỤNG 12 CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 13 GIỚI THIỆU CHUNG .13 NỘI DUNG 13 2.1 KÝ HIỆU VÀ ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG CỦA OP-AMP 13 2.1.1 ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN OP-AMP 14 2.1.2 CÁC PHẦN TỬ KÝ SINH ĐẦU VÀO CỦA OP-AMP : 17 2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN DÙNG TRANSITOR LƢỠNG CỰC 20 2.2.1 ĐỊNH NGHĨA MẠCH KHUẾCH ĐẠI .20 2.2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO DÙNG TRANSISTOR 21 2.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG JFET 22 2.3.1 KHÁI NIỆM 22 2.3.2 JFET (Junction Field Effect Transistor): 22 2.4 ĐẶC TÍNH THỰC TẾ 25 2.5 OFFSET VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 25 CHƢƠNG 3: CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA 27 KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 27 GIỚI THIỆU CHUNG .27 NỘI DUNG 28 3.1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO 28 3.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO 28 3.3 MẠCH CỘNG 29 3.3.1 MẠCH CỘNG ĐẢO 29 3.3.2 MẠCH CỘNG KHÔNG ĐẢO 29 3.4 MẠCH TRỪ 30 3.5 MẠCH VI PHÂN 31 3.6 MẠCH TÍCH PHÂN 31 TÓM TẮT Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG 33 GIỚI THIỆU 33 NỘI DUNG 33 4.1 MẠCH ĐIỆN CẢM 33 4.1.1 MẠCH CỘNG HƢỞNG (RESONANT CIRCUIT): 33 4.1.2 TỔNG QUÁT VỀ DAO ĐỘNG LC: 35 4.1.3 DAO ĐỘNG HARTLEY (HARTLEY OSCILLATORS) .36 4.2 MẠCH ĐIỆN DUNG .37 4.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG COLPITTS: .37 4.2.2 DAO ĐỘNG CLAPP (CLAPP OSCILLATOR): .39 CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG 40 GIỚI THIỆU CHUNG .40 NỘI DUNG 41 5.1 KHÁI NIỆM CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG 41 5.1.1 KHÁI NIỆM TÍN HIỆU XUNG 41 5.1.2 CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG .41 5.2 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN 42 5.2.1 KHÁI NIỆM : .42 5.2.2 ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG 43 5.3 MẠCH SO SÁNH 44 5.4.1 ÐIỆN THẾ NGÕ RA BẢO HÕA: 44 5.4.2 MẠCH SO SÁNH MỨC 0: (TÁCH MỨC ZÉRO) .45 5.4.3 MẠCH SO SÁNH TRONG TRƢỜNG HỢP NGÕ VÀO CÓ ĐIỆN THẾ BẤT KỲ VỚI HỒI TIẾP DƢƠNG: 49 5.4 MẠCH TRIGGER SCHMITT 51 5.4.1 MẠCH TRIGGER SCHMITT CƠ BẢN DÙNG CHUYỂN MẠCH BJT .52 5.4.2 MẠCH TRIGGER SCHMITT SỬ DỤNG OP-AMP: 53 5.5 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI TỰ KÍCH (DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN) 55 5.5.1 GIỚI THIỆU .55 5.5.2 MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN CƠ BẢN 55 5.5.3 MẠCH PHI ỔN THAY ĐỔI TẦN SỐ: 57 5.5.4 MẠCH THAY ĐỔI CHU TRÌNH LÀM VIỆC 57 5.6 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN 60 5.6.1 GIỚI THIỆU .60 5.6.2 MẠCH ĐƠN ỔN CƠ BẢN 60 5.6.3 CÁC MẠCH ĐƠN ỔN CẢI TIẾN 63 5.7 MẠCH DAO ĐỘNG HAI TRẠNG THÁI (ĐA HÀI LƢỠNG ỔN) 66 5.7.1 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI LƢỠNG ỔN DÙNG BJT 66 5.7.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP KÍCH ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA FF 68 CHƢƠNG 6: CÁC ỨNG DỤNG KHÁC CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN .71 6.1 NGUỒN ỔN ÁP 71 6.1.1 ỔN ÁP NỐI TIẾP 71 6.1.2 ỔN ÁP SONG SONG 72 6.1.3 ỔN ÁP XUNG 73 6.2 TÁCH SĨNG KHƠNG ĐIỆN ÁP NGƢỠNG 74 6.2.1 KHÁI NIỆM 74 6.2.2 MẠCH TÁCH SÓNG BIÊN ĐỘ DÙNG OP-AMP .74 6.2.3 VÔN KẾ TÁCH SĨNG TRUNG BÌNH .74 6.2.4 VƠN KẾ TÁCH SĨNG HIỆU DỤNG 77 6.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI MỘT CHIỀU 78 6.4 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG 81 6.4.1 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG BẬC MỘT 81 6.4.2 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG BẬC HAI 83 6.4.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG .86 CHƢƠNG 7: VI MẠCH ỔN ÁP BA CHÂN ĐIỆN ÁP RA CỐ ĐỊNH 88 GIỚI THIỆU CHUNG .88 NỘI DUNG 88 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 88 7.2 ỔN ÁP DƢƠNG 89 7.2.1 VI MẠCH ỔN ÁP DƢƠNG ĐIỆN ÁP (Họ 78XX) 89 7.2.2 DÕNG RA CỰC ĐẠI CỦA HỌ VI MẠCH 78XX 89 7.2.3 MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG THỰC TÊ 90 7.3 ỔN ÁP ÂM 91 7.3.1 VI MẠCH ỔN ÁP ÂM ĐIỆN ÁP (HỌ 79XX) 91 7.3.2 DÕNG RA CỰC ĐẠI CỦA HỌ VI MẠCH 79XX 91 7.4 BIỆN PHÁP TĂNG DÕNG 93 CHƢƠNG 8: VI MẠCH ỔN ÁP BA CHÂN ĐIỆN ÁP RA THAY ĐỔI 95 8.1 VI MẠCH ỔN ÁP DƢƠNG 95 8.2 VI MẠCH ỔN ÁP ÂM 96 8.3 BIỆN PHÁP TĂNG DÕNG CHO BỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU VỚI HIỆU CHỈNH NỐI TIẾP KIỂU LIÊN TỤC 97 8.3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 97 8.3.2 BỘ ỔN ĐỊNH KHÔNG KHUẾCH ĐẠI 98 8.3.3 BỘ ỔN ĐỊNH CÓ KHUẾCH ĐẠI : 99 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC 101 9.1 MẠCH TIỀN KHUẾCH ĐẠI 101 9.1.1 IC TL 082 101 9.1.2 NHỮNG THUỘC TÍNH VỀ HIỆU SUẤT 102 9.2 CHUYỂN MẠCH TƢƠNG TỰ 104 9.2.1 ÐỘ PHÂN GIẢI 105 9.2.9 ĐỘ CHÍNH XÁC .106 9.2.3 SAI SỐ LỆCH 106 9.2.4 THỜI GIAN ỔN ĐỊNH 106 9.2.5 TRẠNG THÁI ĐƠN ĐIỆU 106 9.2.6 DAC DÙNG ĐIỆN TRỞ CÓ TRỌNG SỐ NHỊ PHÂN VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI CỘNG .107 9.2.7 DAC R/2R LADDER .109 9.2.8 DAC VỚI ĐẦU RA DÕNG 110 9.3 MẠCH ĐỊNH THỜI 111 9.3.1 VI MẠCH 555 111 9.3.2 THÔNG SỐ 111 9.3.3 CHỨC NĂNG CỦA 555 .112 9.3.4 Bố TRÍ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 112 9.3.5 TÍNH TẦN SỐ VÀ CHẾ ĐỘ XUNG CỦA 555 .117 9.3.6 MẠCH ỨNG DỤNG .118 9.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 119 9.4.1 IC KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TDA2030 119 9.4.2 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TDA2003 122 CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI GIỚI THIỆU CHUNG – Chƣơng cung cấp cho ngƣời học kiến thức mạch khuếch đại vi sai, bao gồm vấn đề sau: – Định nghĩa mạch khuếch đại, tiêu tham số khuếch đại: Hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, hệ số khuếch đại công suất, trở kháng vào, trở kháng ra, méo tần số, méo phi tuyến, hiệu suất – Nguyên tắc chung phân cực cho tranzito chế độ khuếch đại Với tranzito lƣỡng cực thuận PNP cần cung cấp điện áp chiều UBE < 0, UCE < Với tranzito ngƣợc NPN cần cung cấp điện áp chiều UBE > 0, UCE > 0.Mạch điện cung cấp nguồn chiều phân cực cho tranzito có: bốn phƣơng pháp: phƣơng pháp định dịng cho cực gốc, phƣơng pháp định áp cho cực gốc, phƣơng pháp cung cấp ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm điện áp chiều, phƣơng pháp cung cấp ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm dòng điện – Mạch khuếch đại vi sai: cấu tạo tầng khuếch đại vi sai bản, tầng khuếch đại vi sai có tải động kiểu gƣơng dịng, tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trƣờng – Kết thúc chƣơng yêu cầu ngƣời học vận dụng lý thuyết làm tốt tập Qua hiểu sâu sắc ,nhớ mạch điện xác NỘI DUNG 1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI 1.1.1 CẤU TẠO: – Mạch khuếch đại thƣờng có đầu vào, tức khuếch đại biến thiên điện áp đầu vào so với masse masse bất di bất dịch, đầu vào bị ảnh hƣởng nhiễu Chẳng hạn nhiệt độ làm việc thay đổi điểm làm việc transitor thay đổi Kết đầu thay đổi không mong muốn – Mạch khuếch đại vi sai có đầu vào, khuếch đại biến thiên đầu vào Vì chúng giống nên bị ảnh hƣởng nhiễu giống nhau, chúng khơng có có biến thiên nhiễu Kết đầu không thay đổi nhiễu Ngồi để hồi tiếp tín hiệu đầu 1.1.2 NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI a, Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại vi sai GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI Hình 1-1: Tầng khuếch đại vi sai a) Mạch nguyên lý; b) Sơ đồ đơn giản hoá c) d) Các phƣơng pháp đƣa tín hiệu vào ( kiểu khơng đối xứng) b Nguyên lý mạch khuếch đại vi sai – Tín hiệu vào tầng vi sai từ hai nguồn riêng biệt UV1 UV2 từ nguồn (hình 1-1c, d) Trong trƣờng hợp sau tín hiệu vào đặt lên cực gốc hai Tranzito hay hai cực gốc chúng Các đầu vào UV1 UV2 nối theo sơ đồ hình 11c, d đƣợc gọi đầu vào vi sai – Điện áp chiều cung cấp cho tầng vi sai hai nguồn EC1 EC2 khác hay trị số Vì hai nguồn nối tiếp nên điện áp cung cấp tổng EC = EC1 + EC2 – Do có EC2 nên điện cực phát Tranzito T1 T2 giảm nhiều so với sơ đồ hình 1-2 điều cho phép đƣa tín hiệu tới đầu vào khuếch đại vi sai mà không cần mạch bù điện áp đầu vào – Xét số trƣờng hợp điển hình GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI – Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu dùng Tranzito T1, T2 có tham số giống RC1 = RC2, tín hiệu vào khơng, cầu cân bằng, điện áp cực góp hai Tranzito nhƣ điện áp lấy đƣờng chéo cầu U = Ura1 +Ura2 = Sơ đồ có độ ổn định cao thay đổi điện áp cung cấp, nhiệt độ yếu tố khác độ trơi hai nhánh giống nhau, điện áp cực góp thay đổi gia số độ trôi đầu gần nhƣ bị triệt tiêu – Dòng phát I E chia cho hai Tranzito nghĩa I E1  I E  I B01  I B02  đƣợc xác định: IE  I V0 2.(1  ) I C1  I C   – Dịng cực góp IE Dòng cực gốc IE IE  2 Và điện áp cực góp là: U C1  U C  E C1  I E R C (1-1) R C  R C1  R C2 Ở – Trạng thái đặc trƣng cho chế độ cân tầng gọi chế độ cân tĩnh – Khi có tín hiệu đƣa tới đầu vào giả sử U V1  , U V  + EC1 - IC1 IC2 RC2 RC1 UC1 Rn + En - UC Ur IV IE1 IE2 UC2 IC1 RC1 EC1 UV IE UC1   a) IC2 RC2 + UC1 Ur UC2 EC2 b) Hình 1-2: a) Sơ đồ tầng vi sai có tín hiệu vào với U V  , U V  b) Biểu đồ điện – Do tác dụng tín hiệu vào, xuất dịng điện vào hai tranzito, dòng cực gốc T1 tăng lên, dòng cực gốc T2 giảm xuống Khi IE1 IC1 tăng lên IE2 IC2 giảm Sự thay đổi dòng điện tranzito xảy ngƣợc chiều với số giá trị tổng dịng điện I E1  I E  I E giữ ngun khơng đổi – Điện áp cực góp tranzito T1 U C1  E C1  I C1 R C1 giảm lƣợng U C1 ngƣợc pha với điện áp vào Điện áp U C tăng tạo số gia điện áp U C pha với điện áp tín hiệu vào GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI – Nhƣ với cách đƣa tín hiệu vào nhƣ sơ đồ khảo sát đầu tầng lấy cực góp T1 gọi đầu đảo, cịn đầu lấy cực góp T2 gọi đầu khơng đảo (thuận) Tín hiệu lấy hai cực góp gọi tín hiệu vi sai U  U C2  U C1  U C2  U C1  2.U C  I C R C – Ta xác định hệ số khuếch đại điện áp tầng vi sai Khi hai Tranzito có tham số giống dịng vào tầng là: IV  En En  R n  rv1  rv R n  2.rB  rE (1  ) (1-2) – Trong En nguồn tín hiệu vào Rn điện trở nguồn rV điện trở vào Tranzito – Dòng điện vào tạo số gia dòng điện nên  I C  .I V  U r1,  U C  I C R C  I V .R C (1-3) – Hệ số khuếch đại tầng riêng rẽ: K1,2  U r1,2 En   RC Rn  2. rB  (1   ).rE  (1-4) Nếu R n = K1,  .R C 2.rB  (1  ).rE  (1-5) – Hệ số khuếch đại tầng vi sai Rt   KVS  Nếu tính đến Rt thì: 2.U 2. RC  En Rn  2. rB  (1   ).rE  2..(R C // Rt ) R n  2.rV K VS  – Khi Rt   , R n  thì: K VS  .R C .R C  rV rB  (1  ).rE (1-6) (1-7) (1-8) 1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ CHỈ TIÊU CỦA MỘT TẦNG KHUẾCH ĐẠI – Để đánh giá chất lƣợng tầng khuếch đại ngƣời ta đƣa tiêu thông số sau: 1.2.1 HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI K= Đại lƣợng đầu Đại lƣợng tƣơng ứng đầu vào (1-9) – Nói chung tầng khuếch đại có chứa phần tử điện kháng nên K số phức K = K exp(j.k) GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI – Phần mô đun |K| thể quan hệ cƣờng độ (biên độ) đại lƣợng đầu đầu vào, phần góc k thể độ dịch pha chúng Nhìn chung độ lớn |K| k phụ thuộc vào tần số  tín hiệu vào Nếu biểu diễn |K| = f1() ta nhận đƣợc đƣờng cong gọi đặc tuyến biên độ - tần số tầng khuếch đại Đƣờng biểu diễn k=f2() gọi đặc tuyến pha - tần số – Thƣờng ngƣời ta tính |K| theo đơn vị logarit, gọi đơn vị đề xi ben (dB) K (dB)  20 lg K (1-10) – Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với hệ số khuếch đại tƣơng ứng K1, K2, Kn hệ số khuếch đại chung khuếch đại xác định theo: K = K1.K2 Kn hay K(dB) = K1(dB) + K2(dB) + + Kn(dB) (1-11) – Đặc tuyến biên độ tầng khuếch đại đƣờng biểu diễn quan hệ Ura=f3(Uv) lấy tần số cố định giải tần tín hiệu vào – Dạng điển hình K =f1() Ura=f3(Uv) khuếch đại điện áp tần số thấp cho hình 1-3 Ura |K| (V) K0 K0 Uvào f 102 (a) 104 2.104 (Hz) (mV) (b) Hình 1-3: a Đặc tuyến biên độ - tần số b Đặc tuyến biên độ (f = 1kHz) khuếch đại tần số thấp 1.2.2 TRỞ KHÁNG LỐI VÀO VÀ LỐI RA – Trở kháng vào, trở kháng tầng khuếch đại đƣợc định nghĩa (theo hình 1-1a) ZV  UV ; IV Zr  Ur Ir (1-12) – Nói chung chúng đại lƣợng phức: Z = R+jX 1.2.3 MÉO TẦN SỐ – Méo tần số méo độ khuếch đại mạch khuếch đại bị giảm vùng hai đầu giải tần vùng tần số thấp có méo thấp Mt, vùng tần số cao có méo tần số cao MC Chúng đƣợc xác định theo biểu thức: GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 10 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC Bảng 9.1 Đầu ứng với điều kiện đầu vào thích hợp 0V 5V  Độ phân giải mạch DAC hình 5.2 với trọng số LSB, nghĩa x 5V = 0.625V Nhìn vào bảng 5.1 ta thấy đầu tƣơng tự tăng 0.625V số nhị phân đầu vào tăng lên bậc Ví dụ : a Xác định trọng số bit đầu vào hình 9.7 b Thay đổi Rf thành 500W.Xác định đầu cực đại đầy thang Giải : a MSB chuyển với mức khuếch đại = nên trọng số đầu 5V Tƣơng tự nhƣ ta tính đƣợc trọng số bit đầu vào nhƣ sau: MSB # 5V MSB thứ # 2.5V (giảm 1/2) MSB thứ # 1.25V (giảm 1/4) MSB thứ (LSB) # 0.625V (giảm 1/8) GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 108 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC b Nếu Rf = 500W giảm theo thừa số 2, nên trọng số đầu vào nhỏ lần so với giá trị tính Do đầu cực đại ( đầy thang) giảm theo thừa số, lại: -9.375/2 = -4.6875V 9.2.7 DAC R/2R LADDER  Mạch DAC ta vừa khảo sát sử dụng điện trở có trọng số nhị phân tạo trọng số thích hợp cho bit vào Tuy nhiên có nhiều hạn chế thực tế Hạn chế lớn khoảng cách chênh lệch đáng kể giá trị điện trở LSB MSB, DAC có độ phân giải cao (nhiều bit) Ví dụ điện trở MSB = 1k DAC 12 bit, điện trở LSB có giá trị 2M Điều khó cho việc chế tạo IC có độ biến thiên rộng điện trở để trì tỷ lệ xác  Để khắc phục đƣợc nhƣợc điểm này, ngƣời ta tìm mạch DAC đáp ứng đƣợc yêu cầu mạch DAC mạng R/2R ladder Các điện trở mạch biến thiên khoảng từ đến Hình 5.4 mạch DAC R/2R ladder HÌNH 9.11 DAC R/2R ladder  Từ hình 9.11 ta thấy đƣợc cách xếp điện trở có hai giá trị đƣợc sử dụng R 2R Dòng IOUT phụ thuộc vào vị trí chuyển mạch, đầu vào nhị phân B0 B1 B2 B3 chi phối trạng thái chuyển mạch Dòng IOUT đƣợc phép chạy qua biến đổi dòng thành điện (Op-Amp) để biến dòng thành điện V OUT Điện ng VOUT đƣợc tính theo cơng thức: GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 109 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Với B giá trị đầu vào nhị phân, biến thiên từ 0000 (0) đến 1111(15) 9.2.8 DAC VỚI ĐẦU RA DÕNG  Trong thiết bị k thuật số đôi lúc địi hỏi q trình điều khiển dịng điện Do ngƣời ta tạo DAC với ng dịng để đáp ứng u cầu Hình 9.13 DAC với ng dịng tƣơng tự tỷ lệ với đầu vào nhị phân Mạch DAC bit, có đƣờng dẫn dịng song song đƣờng có chuyển mạch điều khiển Trạng thái chuyển mạch bị chi phối mức logic đầu vào nhị phân HÌNH 9.13 DAC có đầu  Dòng chảy qua đƣờng mức điện quy chiếu VREF giá trị điện trở đƣờng dẫn định Giá trị điện trở có trọng số theo số 2, nên cƣờng độ dịng điện có trọng số theo hệ số tổng cƣờng độ dòng điện I OUT tổng dòng nhánh  DAC với đầu dịng chuyển thành DAC có đầu điện cách dùng khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) nhƣ hình 9.14 GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 110 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC HÌNH 9.14 Nối với đổi dòng thành điện  Ở hình IOUT từ DAC phải nối đến đầu vào “ – ” khuếch đại thuật toán Hồi tiếp âm khuếch đại thuật toán buộc dòng IOUT phải chạy qua RF tạo điện áp ng VOUT đƣợc tính theo cơng thức:  Do VOUT mức điện tƣơng tự, tỷ lệ với đầu vào nhị phân DAC 9.3 MẠCH ĐỊNH THỜI 9.3.1 VI MẠCH 555  IC thời gian 555 đƣợc du nhập vào năm 1971 cơng ty Signetics Corporation dịng sản phẩm SE555/NE555 đƣợc gọi máy thời gian loại có Nó cung cấp cho nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí tƣơng đối rẻ, ổn định mạch tổ hợp cho ứng dụng cho đơn ổn không ổn định Từ thiết bị đƣợc làm với tính thƣơng mại hóa 10 năm qua số nhà sản suất ngừng sản suất loại IC cạnh tranh lý khác Tuy công ty khác lại sản suất dòng IC 555 đƣợc sử dụng phổ biến mạch tạo xung, đóng cắt mạch dao động khác 9.3.2 THÔNG SỐ + Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 111 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC + Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V + Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V + Công suất tiêu thụ (max) 600mW 9.3.3 CHỨC NĂNG CỦA 555 + Tạo xung + Điều chế đƣợc độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 9.3.4 Bố TRÍ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ  Hình dạng 555 hình hình Loại chân hình trịn loại chân hình vng Nhƣng thị trƣờng Việt Nam chủ yếu loại chân vng GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 112 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Nhìn hình ta thấy cấu trức 555 tƣơng đƣơng với 20 transitor , 15 điện trở diode phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tƣơng đƣơng có : đầu vào kích thích , khối so sánh, khối điều khiển chức hay công suất đầu ra.Một số đặc tính 555 : Điện áp cung cấp nằm khoảng từ 3V đến 18V, dòng cung cấp từ đến mA  Dòng điện ngƣỡng xác định giá trị lớn R + R Để điện áp 15V điện trở R + R phải 20M Tất IC thời gian cần tụ điện ngồi để tạo thời gian đóng cắt xung đầu Nó chu kì hữu hạn tụ điện (C) nạp điện hay phòng điện thông qua điện trở R Thời gian đƣợc xác định thông qua điện trở R tụ điện C Đƣờng cong nạp tụ điện  Mạch nạp RC nhƣ hình Giả sử tụ ban đầu phóng điện Khi mà đóng cơng tắc tụ điện bắt đầu nạp thơng qua điện trở Điện áp qua tụ điện từ giá trị lên đến giá trị định mức vào tụ Đƣờng cong nạp đƣợc thể qua hình 4A.Thời gian tụ điện nạp đến 63.2% điện áp cung cấp hiểu thời gian số Giá trị thời gian tính cơng thức đơn giản sau: t = R.C GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 113 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Chức chân 555 IC NE555 N gồm có chân + Chân số 1(GND): nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh đƣợc dùng nhƣ chân chốt hay ng vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu đƣợc xác định theo mức 1 mức cao tƣơng ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tƣơng đƣơng với 0V nhƣng mà thực tế mức ko đƣợc 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ng mức thấp Cịn chân nối vào mức áp cao trạng thái ng tùy theo mức áp chân 6.Nhƣng mà mạch để tạo đƣợc dao động thƣờng hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối đƣợc nhƣng mà để giảm trừ nhiễu ngƣời ta thƣờng nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn đƣợc ổn định + Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác đƣợc dùng nhƣ chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : xem chân nhƣ khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 114 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC thấp khóa đóng lại.ngƣợc lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng nhƣ tầng dao động + Chân số (Vcc): Không cần nói bít chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi nhƣ IC chết Nó đƣợc cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555 thấp NE7555)  Nguyên lý hoạt động  Ở mạch H: mức cao gần Vcc; L mức thấp 0V Sử dụng FF – RS  Khi S = [1] Q = [1] = Q- = [ 0] Sau đó: Khi S = [0] Q = [1] =Q- = [0]  Khi R = [1] = [1] Q = [0]  Khi S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vƣợt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset  Khi đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời (Ra+Rb)C * Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:  Lúc V+1(V+ Opamp1) > V-1 Do O1 (ng Opamp1) có mức logic 1(H) + V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = 0(L) + R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = + Q = > Ngõ = + /Q = > Transistor hồi tiếp khơng dẫn GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 115 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC * Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 Do O2 = + R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trƣớc (Q=1, /Q=0)  Transistor ko dẫn ! * Tụ C nạp qua ngƣỡng 2Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 > V-2 Do O2 = + R = 1, S = > Q=0, /Q = + Q = > Ng đảo trạng thái = + /Q = > Transistor dẫn, điện áp chân xuống 0V ! + Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C + Điện áp tụ C giảm xuống tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dƣới 2Vcc/3 * Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 Do O2 = + R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trƣớc (Q=0, /Q=1)  Transistor dẫn ! * Tụ C xả qua ngƣỡng Vcc/3: + Lúc V+1 > V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = + R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = + Q = > Ngõ = + /Q = > Transistor không dẫn -> chân không = 0V tụ C lại đƣợc nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3 GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 116 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC Vậy:  Trong trình hoạt động bình thƣờng 555, điện áp tụ C dao động quanh điện áp Vcc V  cc (Xem dƣờng đặc tính tụ điện phóng nạp trên) 3  Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu thời điểm điện áp C Vcc Nạp điện với thời (Ra+Rb)C  Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu điểm điện áp C Vcc , kết thúc nạp Vcc , kết thúc xả thời Vcc Xả điện với thời Rb.C  Thời gian mức ng thời gian nạp điện, mức xả điện 9.3.5 TÍNH TẦN SỐ VÀ CHẾ ĐỘ XUNG CỦA 555  Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng thức tính tần số , độ rộng xung + Tần số tín hiệu đầu là: f  + Chu kì tín hiệu đầu : T  ln 2.C ( R1  R2 ) f + Thời gian xung mức H (1) chu kì: t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì: t2 = ln2.R2.C GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 117 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Nhƣ công thức tổng quát 555 Tơi lấy ví dụ nhỏ : để tạo đƣợc xung dao động f = 1.5Hz Đầu tiên chọn hai giá trị đặc trƣng R C2 sau ta tính đƣợc R1 Theo cách tính tốn ta chọn : C = 10nF, R1 =33k > R2 = 33k (Tính tốn theo cơng thức) 9.3.6 MẠCH ỨNG DỤNG  Mạch báo động dùng SCR  Mạch Trigger GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 118 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Mạch âm dùng IC 555 9.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 9.4.1 IC KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TDA2030 IC TDA 2030 ( Khuếch đại âm HI-FI 14W) GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 119 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Đặc tính : TDA2030 mạch tích hợp khối gói phiên PENTAWATT, đƣợc sử dụng nhƣ khuếch đại tần số thấp chế độ AB Thơng thƣờng cung cấp suất 14W (d = 0,5%) 14V áp vào /4R trở kháng tải ; ± 14 V 28V, đảm bảo công suất đầu 12W tải Ω 8W tải 8Ω (DIN45500)  TDA 2030 đảm bảo dòng cao ổn định méo thấp Thêm vào thiết bị doanh nghiệp (và đƣợc cấp sáng chế) ngắn mạch để bảo vệ loa bao gồm hệ thống tự động xếp để hạn chế công suất tiêu thụ đột biến để giữ cho công suất điểm làm việc bóng bán dẫn (transistor) đầu ln vận hành điều kiện an toàn Một hệ thống tắt trở nhiệt đƣợc tích hợp  Hình minh họa : Những thuộc tính tối đa : VS Điện áp cấp vi giới hạn) 3.5 PTOT Công suất tiêu nguồn ±18(36) V VI Điện áp vào VS VI Điện áp vào vi phân ±15 IO Dòng đỉnh (phạm tán 20 Tstg,Tj Nhiệt độ cho phép hoạt động -40÷150  Cơng suất tƣơng ứng : GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ A V W 0C Trang 120 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC  Những thuộc tính điện :  Tụ điện, điện trở  Tụ : Chỉ cho phép dịng điện chiều qua.Tụ có giá trị nhỏ thìchỉ cho phép tần số cao qua ngƣợc lại với tụ có giá trị lớn  Điện trở : Có tác dụng hạn chế dịng phân áp.Khi đƣợc kết hợp với tụ khối có tác dụng lọc thơng tùy theo hắng số thời gian chúng  Mạch khuếch đại công suất dùng IC TDA2003  Hiện nay, để thiết kế mạch khuếch đại công suất suất nhỏ (vài WATT đến vài chục WATT) ngƣời ta thƣờng sử dụng linh kiện tích hợp (IC) Mạch khuếch đại cơng suất dùng IC có hiệu suất làm việc cao, mạch đơn giản dễ thiết kế GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 121 CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC 9.4.2 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TDA2003 + Dải tần làm việc: 40Hz – 15Khz + Điện áp cung cấp – 18VDC + Điện trở tải (loa) (công suất thay đổi điện trở tải thay đổi) + Công suất 1Khz: ~6W mức điện áp cung cấp 14,4V + Hiệu suất 69%  Trong đó: Rx Cx đƣợc xác định: Cx  Rx = 20 R2 ; Bw: độ rộng băng tần, chọn 20Khz 2.Bw.R1 GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 122 ... 1.1.2 NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI a, Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại vi sai GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI Hình 1-1: Tầng khuếch đại vi sai a) Mạch nguyên... sin mạch tích phân trở thành mạch lọc thơng thấp GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 32 CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG GIỚI THIỆU – Mạch tạo dao động sin ba điểm Loại mạch. .. Ta dùng mạch cực thu chung nhƣ hình 4.2 MẠCH ĐIỆN DUNG 4.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG COLPITTS: – Ta xem mạch dùng JFET GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 37 CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG – So sánh với mạch tổng