Giáo trình nguyên lý điện tử 2

1 I HC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN ~~~~~***~~~~~ BÀI GING: NGUYÊN LÝ N T 2 Ngi biên son : ThS. V Chin Thng. 2 MC LC C LC 1 CHNG 1: CÁC MCH TO QUAN H HÀM S DÙNG KHUCH I THUT TOÁN4 1.1. Khái nim chung 4 1.2. Các mch tính toán và u khin tuyn tính 4 1.2.1. Mch cng o 4 1.2.2. Mch tr 5 1. 2. 3. Mch tích ph ân o 6 1.2. 4. Mch tích ph ân tng 7 1. 2. 5. Mch tích ph ân hi u 7 1.2.6. Mch vi phân 8 1.3. Các mch khuch i và tính toán phi tuyn liên tc 9 1.3.1. To quan h hàm s có dng c tuyn ca phn t phi tuyn. 9 1.3.2. To quan h hàm i ca dng c tuyn volt-ampe ca phn t phi tuyn 10 1. 3.3 . Mch khuch i Loga 1 0 1.3 .4. Mch khuch i i Loga 12 1.3.5. Mch nhân dùng nguyên tc khuch i Loga và i Loga 12 1.3 .6. Mch ly tha bc hai 13 1.3.7. Mch chia theo nguyên tc nhân o 14 1.3.8. Mch chia dùng nguyên tc khuch i Loga và i Loga: 15 1.3.9. Mch khai cn 15 1.4. Các mch phi tuyn không liên tc 17 1.4.1. Mch to hàm chnh lu hn ch: 17 1.4 .2. Mch so sánh tng t 22 Chng 2: U CH 31 2.1.  nh ngha 31 2.2. u biên 31 2.2.1.  nh ngh a 31 2.2 .2. u b iên thông thng 31 2.2.3. Các ch tiêu c bn ca dao ng ã u biên 34 2.2.4 Phng pháp tính toán mch u biên : 36 2.2.5. Các mch u biên c th : 40 2. 2. 6. u ch n bi ên 45 2.3. Gii u biên 53 2.3.1. Gii u biên vi tín hiu u biên thông thng 53 2.3.2 Gii u chn biên: 55 2.4 . u tn và u pha 56 2.5. Gii u tn 60 2.5.1. Nguy ên lý chung 60 2.5.2. Các mch gii ch tn s 60 Chng 3: I TN 63 3.1.  nh ngha 63 3.1.1. t vn : 63 3.1.2. Khái ni m: 64 3. 2. Ng uyên lý i tn : 65 3.2.1. S khi và nguyên lý làm vic: 65 3.2.2. Nhiu sinh ra ca b trn tn và cách khc phc 67 3.2.3 Thu i tn trong 1 di tn rng 70 3.2.4 i tn  thc hin i bng tn s 70 3 3.3. Mch i tn dùng Diode 71 3. 3. 1. Mch i tn n 71 3.3 .2. Mch i tn cân b ng 71 4. 4. 3 . Mch i tn vòng 72 3.3.2 Mch i tn dùng Transistor 73 CHNG 4: CHUYN I AD VÀ DA 76 4.1. C  s l ý th uy t 76 4.2 . Các thô ng s c bn. 78 4.3. Nguyên tc làm vic ca ADC 79 4.4. Các phng pháp chuyn i tng t - s 80 4.4.1 Phân loi 80 4.4.2. Chuyn i AD theo phng pháp song song 81 4.4 .3. Chu yn i AD ni tip . 82 4.4.4. Chuyn i AD theo phng pháp kt hp 83 4.4.5. Chuyn i AD ni tip dùng vòng hi tip 84 4.4.6. Chuyn i AD theo phng pháp tich phân n gin: 85 4.4.7. Chuyn i AD theo phng pháp tích phân hai sn dc 88 4.5. Các phng pháp chuyn i s - tng t 92 4.5.1. Chuyn i DA bng phng pháp n tr bc thang 93 4.5.2. Phng pháp mng n tr: 94 4.5.3. Phng pháp Shano n – Rack: 97 Chng 5: NGUN CUNG CP 101 5.1. Khái nim chung 101 5.1.1. t vn  101 5.1 .2. Thô ng s ngun cung cp 101 5.2 . Ngun chnh lu n gin 103 5.2.1. S khi 103 5.2.2. Bin áp 103 5.2.3. Chnh lu 104 5.2.4. Lc 105 5.2.5. Các b chnh lu bi áp 106 5.3. n áp: 107 5.3.1. t vn : 107 5. 3. 2 . n áp th ôn g s: 10 7 5. 3. 3 . n áp so sán h: 108 5.4. n áp xung: 113 5.5 . Các vi mch n áp: 114 TÀI LIU THAM KHO 118 4 CHNG 1: CÁC MCH TO QUAN H HÀM S DÙNG KHUCH I THUT TOÁN Chng này nhm gii thiu vic ng dng mch khuch i thut toán (KTT) trong các mch to quan h hàm s. Kho sát các mch khuch i loga và i loga, khai n, bình phng, mch nhân, mch chia, mch chnh lu hn ch, mch to hàm so sánh 1.1. Khái nim chung Hin nay, các b khuch i thut toán (KTT) óng vai trò quan trng và c ng dng rng rãi trong k thut khuch i, tính toán, u khin, to hàm, to tín hiu hình sin và xung, s dng trong n áp và các b lc tích cc Trong k thut mch tng t, các mch tính toán và iu khinc xây dng ch yu da trên b TT. Khi thay i các linh kin mc trong mch hi tip ta s có c các mch tính toán và iu khin khác nhau. Có 2 dng mch tính toán và iu khin: Tuyn tính và phi tuyn. Tuyn tính: có trong mch hi tip các linh kin có hàm truyn t tuyn tính. Phi tuyn: có trong mch hi tip các linh kin có hàm truyn phi tuyn tính. V mt k thut,  to hàm phi tuyn có th da vào mt trong các nguyên tc sau ây : 1. Quan h phi tuyn Volt - Ampe ca mt ghép pn ca diode hoc BJT khi phân cc thun (mch khuch i loga) 2. Quan h phi tuyn gia  dc ca c tuyn BJT lng cc và dòng Emit (mch nhân tng t). 3. Làm gn úng c tuyn phi tuyn bng nhng n thng gp khúc (các mch to hàm dùng diode). 4. Thay i cc tính ca n áp t vào phân t tích cc làm cho dòng in ra thay i (khoá diode, khoá transistor). 1.2. Các mch tính toán và iu khin tuyn tính 1.2.1. Mch cng o 5 Hình 1.1. S mch cng o Áp dng quy tc dòng in nút cho N ta có: 1.2.2. Mch tr Hình 1.2. S mch tr R 1 = R N /a R 2 = R P /a in áp  ca vào thun: in áp  ca vào o: Vì: Nu R N = R P : 6 1.2.3. Mch tích phân o Hình 1.3.a. S mch tích phân o Phng trình dòng in nút ti N: i 1 + i C = 0 Hay: Suy ra: => in áp ra t l vi tích phân n áp vào. Thng chn hng s thi gian  = RC = 1s. V out (t=0) là iu kin u, không ph thuc vào in áp vào V in1. Nu V in1 là in áp xoay chiu hình sin: v in1 = V in1 sint thì: => Biên n áp ra t l nghch vi tn s. c tuyn biên  - tn s ca mch tích phân f() có  dc -20dB/decade: Mch c gi là mch tích phân trong mt phm vi tn s nào ó nu trong phm vi tn só c tuyn biên - tn ca nó gim vi  dc 20dB/decade.  gim nh hng ca dòng tnh I t và in áp lch không có th gây sai sáng k cho mch tích phân,  ca thun ca b KTT ngi ta mc thêm mt n tr thayi c R 1 và ni xung masse. 7 Hình 1.3.b Mch tích phân o có bin tr R 1 bù dòng lch không iu chnh R 1 sao cho R 1  R thì gim c tác dng ca dòng in lch không I 0 = I P – I N và in áp lch không V 0 = V P – V N (khi V out = 0) 1.2.4. Mch tích phân tng Hình 1.4. S mch tích phân tng Dùng phng pháp xp chng và vit phng trình dòng in nút i vi nút N ta tìm c: 1.2.5. Mch tích phân hiu Hình 1.5. Mch tích phân hiu 8 Vit phng trình i vi nút N: i vi nút P: Bin i và cho V N = V P , R 1 C N = R 2 C P = RC Suy ra: 1.2.6. Mch vi phân Hình 1.6. S mch vi phân Ta có: Gi thit: v in1 = V in1 sint 9 H s khuch i ca mach: K’ tng theo tn s và  th bode có  dc 20dB/decade. Vy : Mch c gi là mch vi phân trong mt phm vi tn s nào ó nu trong phm vi tn só c tuyn biên - tn ca nó tng vi  dc 20dB/decade. 1.3. Các mch khuch i và tính toán phi tuyn liên tc 1.3.1. To quan h hàm s có dng c tuyn ca phn t phi tuyn. Gi s ta có mt phn t tuyn tính trong ó nó có c tuyn: ( ) I fv = Dòng in qua diode và in áp t lên diode có quan h: D 0 T v exp v D iI  =   Hình 1.7. Mch to quan h hàm s có dng c tuyn ca phn t phi tuyn Ta có: V h = V P – V N Mà do KTT lý tng nên: V P = V N V P = 0  V P = V N = 0 Lúc ó in tr vào nó vô cùng ln, và dòng vào KTT vô cùng bé: I N = 0. Mà: V N = V ht +V out = 0 ( ) ( ) . . . out ht ht ht out ht out ht out in ht V V IR V IR V fvR V fVR ⇒ =− =− ⇒ =− ⇒ =− ⇒ =− 10 1.3.2. To quan h hàm i ca dng c tuyn volt-ampe ca phn t phi tuyn. Gi s ta có mt phn t tuyn tính trong ó nó có c tuyn: ( ) v fI = Ta có: h PN VVV =− Mà do KTT lý tng nên: PN VV = 0 0 P PN V VV = ⇒== Lúc ó in tr vào nó vô cùng ln, và dòng vào KTT vô cùng bé: 0 N I = . Do ó: ( ) ht I I fv == ( ) 1 0 N ht out out VVV V VfI − = + =⇒ =−= Mà: in N in NN VVV I RR − == 1 in out N V Vf R −  ⇒ =−   1.3.3. Mch khuch i Loga Hình 1.8.a S mch khuch i Loga dùng Diode  to mch khuch i loga, mc diode hoc BJT  mch hi tip ca b KTT. Mch in dùng diode (1.8.a.) có th làm vic tt vi dòng in I nm trong khong nA –› mA. Dòng in qua diode và in áp t lên diode có quan h: Trong ó: I D , v D : dòng in qua diode và ip áp t lên diode. [...]... u h n ch 2 Diode Hình 1 .22 S m ch ch nh l u h n ch 2 Diode - Khi Vin > 0 → Va0 thì D1 t t, D2 thông Va =K0(VP – VN)= - K0VN = VDthong + Vout Áp d ng nguyên lý x p ch ng : VN = Vin ⇒ Vin R2 R1 + Vout R1 + R2 R1 + R2 VDthong + Vout R2 R1 + Vout =− R1 + R2 R1 + R2 K0  R1 R2  −VDthong  1  ⇒ Vout  + = Vin    R1 + R2  K 0   R1 + R2 K 0  V... o theo nguyên t c này A = K1ln(Vx/K2) B = K1ln(Vy/K2) C = A+ B = K1ln(VxVy/K2 2) C = ln(VxVy/K2 2) Vz = K3VxVy/K2 2 b)S nguyên lý D1 Vin1 R5 R1 R6 R3 D3 Vout R4 D2 Vin2 R2 Hình 1.11 S nguyên lý m ch nhân 1.3.6 M ch l y th a b c hai u hai u vào c a m ch nhân v i nhau ta s có m ch l y th a: Hình 1. 12 S m ch l y th a b c hai Lúc này vx = vy => vz = K.vx2 Gi s n áp vào có d ng sin: vx = Vcos t Thì i n áp... 3.3 Hình 2. 3 Ph tín hi u c, Xét n ng l ng các thành ph n c a tín hi u Công su t ra trên t i: P = Xét v i R=1 u biên u biên thông th V2 R thì P = V 2 Công su t t i tin là công su t bình quân trong 1 chu k c a t i tin: 2 U  U2 P =  mt  = mt 2  2 Công su t v i m t biên t n: 33 ng u biên 2 m2  U ms   U ms U mt   m 2   U mt  P bt =  =   1  =  = 4 Pt  2 2   2U mt 2   2   2  P... E0 thu c vào t s gi a 2 c tuy n so sánh a vào cùng 1 c a, c a kia n i n tr c) H n h p: 25 t thì Vss ng c d u v i E0 và ph Hình 1.35 Vin và Eo -T ic a a vào 2 c a c a K TT o VN = E 02 - T i c a thu n VP =E01 R2 R1 +Vin R1+R2 R1+ R2 V i K TT lý t ng VP = VN Ta cân b ng: VN = VP, v i Vin = Vss ⇒ E 02 = E01 R1 R2 +VSS R1+R2 R1+R2 R R2 ) − E01 2 R1 R1 → Vh > 0 → Vout = VrH ⇒ Vss = E 02 (1 + - Khi Vin > Vss... (chuy n tr ng thái) E0 = VSS 1 → R2 R1 + VrL R1+R2 R1+R2  R  R VSS 1 = E0 1 + 1  − VrL 1 R2  R2  Hình 1.37 c tuy n so sánh Khi Vin ti p t c t ng ⇒ Vout = VrH Gi s Vin l n → VP > VN → Vh > 0 → Vout = VrH Khi Vin gi m d n → VP gi m d n, cho n khi Vin = VSS2 → VP = VN (chuy n tr ng thái ) E0 = VSS 2 R2 R1 + VrH = R1+R2 R1+R2 27  R  R ⇒ VSS 2 = E0 1 + 1  − VrH 1 R2  R2  VrH = −VrL Khi Vin ti p t... −Vout  R1+R2 R1+R2  Vout R2 R1 = E0 − Vin − Vout Ko R1+R2 R1+R2 4 5 V i K0 c 10 ÷10 Vout = R1 + R2 R E0 − Vin 2 R1 R1 = −Vin Hình 1 .25 1.4.1.5  R  R2 + E0  1 + 2  R1 R1   ng d ng c a m ch ch nh l u h n ch khác m c 0 ng d ng c a m ch ch nh l u h n ch M ch ch nh l u h n ch 1 ho c 2 diode ch nh l u h n ch 2 n a chu k hi u nh V i m ch h n ch 1 diode 21 i v i tín Hình 1 .26 M ch ch nh l u v i tín... a thu n: 23 a vào c a thu n c a K TT Eo R1 Vout R2 Vin Hình 1.31 Vin, E0 cùng -T ic a a vào c a thu n c a K TT o VN = 0 - T i c a thu n VP =E0 V i K TT lý t R1 R2 + Vin R1+R2 R1+R2 ng Ta cân b ng: Vin = VSS → E0 R2 R1 +VSS = 0 R1+ R2 R1+ R2 E0 R2 0 → Vout = VrH → VSS = − - Khi Vin > Vss - Khi Vin < Vss → Vh < 0 → Vout = VrL - Khi Vin = Vss → Vh = 0 (chuy n tr ng thái) Hình 1. 32 Vin a vào... R1 < R2 thì biên tín hi u vào < biên tín hi u ra 1.4.1.4 M ch ch nh l u h n ch khác m c 0: Hình 1 .24 S m ch ch nh l u h n ch khác m c 0 - Khi Vin > E0 à Vh < 0 à Va = K0Vh < 0 → D1 thông, D2 t t - Khi Vin < E0 à Vh > 0 à Va = K0Vh > 0 → D1 t t, D2 thông 20 Va = VDthong + Vout =K 0 ( E0 −VN VN = Vin R1 R2 + Vout R1+ R2 R1+R2 VDthong + Vout =K 0 ( E0 − Vin VDthong K0 ) + R2 R1  −Vout  R1+R2 R1+R2  Vout... pha biên +PSK ( frequency shift key): i u ch khóa d ch pha t n s +FSK ( Phase shift key): i u ch khóa d ch pha 2. 2 i u biên 2. 2.1 nh ngh a i u biên là quá trình làm cho biên i u biên có 2 lo i: t i tin bi n u biên thông th ng ( i theo tin t c u biên 2 biên t n), ( i u biên m t biên t n) 2. 2 .2 i u biên thông th ng a, Gi s tin t c VS và t i tin Vt vS = VS cos St u là dao và vt = Vt cos tt v i t >> 31... Khi Vin = Vss → Vh = 0 (chuy n tr ng thái) Hình 1. 32 Vin a vào c a ng o: 24 c tuy n so sánh Eo R1 Vout R2 Vin Hình 1.33 Vin và Eo cùng a vào c a o c a K TT - T i c a thu n VP = 0 -T ic a o VN = E0 V i K TT lý t R2 R1 + Vin R1+ R2 R1 +R2 ng VN = VP Ta cân b ng: VN v i VP , Vin =VSS → E0 R1 R2 + VSS = 0 R1+ R2 R1+ R2 → VSS = − E0 R2 Vss → Vh < 0 → Vout = VrL − Khi Vin < Vss → Vh > 0 →