D. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: (tớnh theo thang điểm 10)
4. Mạch khuếch đại hồi tiếp, trở khỏng vào, ra của mạch khuếch đại
A- Lí THUYẾT
4.1 Hồi tiếp
Hỡnh 3.10: Sơ đồ mạch hồi tiếp
Nguồn tớn hiệu: Cú thể là nguồn điện thế VS nối tiếp với một nội trở RS hay nguồn dũng điện IS song song với nội trở RS.
Hệ thống hồi tiếp: Thường dựng là một hệ thống 2 cổng thụ động (chỉ chứa cỏc
thành phần thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn dõy).
Mạch lấy mẫu: Lấy một phần tớn hiệu ở ngừ ra đưa vào hệ thống hồi tiếp. Trường
hợp tớn hiệu điện thế ở ngừ ra được lấy mẫu thỡ hệ thống hồi tiếp được mắc song song với ngừ ra và trong trường hợp tớn hiệu dũng điện ở ngừ ra được lấy mẫu thỡ hệ thống hồi tiếp được mắc nối tiếp với ngừ ra.
Hỡnh 3.11: Sơ đồ mạch lấy mẫu Tỉ số truyền hay độ lợi:
Ký hiệu A trong hỡnh 3.11 biểu thị tỉ số giữa tớn hiệu ngừ ra với tớn hiệu ngừ vào của mạch khuếch đại căn bản. Tỉ số truyền v/vi là độ khuếch đại điện thế hay độ lợi điện thế AV. Tương tự tỉ số truyền I/Ii là độ khuếch đại dũng điện hay độ lợi
dũng điện AI của mạch khuếch đại. Tỉ số I/vi được gọi là điện dẫn truyền (độ truyền dẫn-Transconductance) GM và v/Ii được gọi là điện trở truyền RM. Như vậy GM và RM được định nghĩa như là tỉ số giữa hai tớn hiệu, một ở dạng dũng điện và một ở dạng điện thế. éộ lợi truyền A chỉ một cỏch tổng quỏt một trong cỏc đại lượng AV, AI, GM, RM của một mạch khuếch đại khụng cú hồi tiếp tựy theo mụ hỡnh húa được sử dụng trong việc phõn giải.
Ký hiệu Af được định nghĩa như là tỉ số giữa tớn hiệu ngừ ra với tớn hiệu ngừ vào của mạch khuếch đại hỡnh 3.10 và được gọi là độ lợi truyền của mạch khuếch đại với hồi tiếp. Vậy thỡ Af dựng để diễn tả một trong 4 tỉ số:
Sự liờn hệ giữa độ lợi truyền Af và độ lợi A của mạch khuếch đại căn bản (chưa cú hồi tiếp) sẽ được tỡm hiểu trong phần sau.
Trong một mạch cú hồi tiếp, nếu tớn hiệu ngừ ra gia tăng tạo ra thành phần tớn hiệu hồi tiếp đưa về ngừ vào làm cho tớn hiệu ngừ ra giảm trở lại ta núi đú là mạch hồi tiếp õm (negative feedback).
4.2 Trở khỏng vào và ra của mạch khuếch đại hồi tiếp
Một mạch khuếch đại cú hồi tiếp cú thể được diễn tả một cỏch tổng quỏt như hỡnh 3.12
éể phõn giải một mạch khuếch đại cú hồi tiếp, ta cú thể thay thế thành phần tớch cực (BJT, FET, OP-AMP ...) bằng mạch tương đương tớn hiệu nhỏ.Sau đú dựng định luật Kirchhoff để lập cỏc phương trỡnh liờn hệ.
Hỡnh 3.12: Hàm truyền của mạch hồi tiếp
Trong mạch hỡnh 3.12 cú thể là một mạch khuếch đại điện thế, khuếch đại dũng điện,
khuếch đại điện dẫn truyền hoặc khuếch đại điện trở truyền cú hồi tiếp như được diễn tả ở hỡnh 8.13
Hỡnh 3.13: Dạng mạch khuếch đại hồi tiếp
(a) Khuếch đại điện thế với hồi tiếp điện thế nối tiếp
(b) Khuếch đại điện dẫn truyền với hồi tiếp dũng điện nối tiếp (c) Khuếch đại dũng điện với hồi tiếp dũng điện song song (d) Khuếch đại điện trở truyền với hồi tiếp điện thế song song
B- THỰC HÀNH
4.3 Lắp mạch khuếch đại hồi tiếp I- Tổ chức thực hiện I- Tổ chức thực hiện
Lý thuyết dạy tập chung
Thực hành theo nhúm (3 sinh viờn/nhúm)
II.- Lập bảng vật tư thiết bị
TT Thiết bị - Vật tư Thụng số kỹ thuật Số lượng
1 Mỏy hiện súng 20MHz, hai tia 1mỏy/nhúm
2 Đồng hồ vạn năng V-A-OM 1cỏi/nhúm
3 Bo mạch thớ nghiệm dựng tranzitor lưỡng cực (BJT) Bo 2002 1mạch/nhúm 4 Linh kiện Bộ Bộ/nhúm
5 Dõy nối Dõy đơn 0,05mm X
25cm nhiều màu 20m/nhúm 6 Nguồn điện Điện ỏp vào 220ACV/2A Điện ỏp ra 0 -:- 30DCV 1bộ/nhúm
VIII- Quy trỡnh thực hiện TT Cỏc bước
cụng việc Phương phỏp thao tỏc
Dụng cụ thiết
bị,vật tư Yờu cầu kỹ thuật
1 Chuẩn bị
Kiểm tra dụng cụ Kiểm tra mỏy phỏt xung
Kiểm tra mỏy hiện súng Bo mạch thớ nghiệm Bộ dụng cụ Mỏy phỏt xung Mỏy hiện súng Bo mạch Sử dụng để đo cỏc dạng xung,
Khi đo xỏc định được chu kỳ, dạng xung, tần số…
2
Kết nối
mạch điện Dựng dõy dẫn kết nối
Dõy kết nối Bo mạch
Đỳng sơ đồ nguyờn lý
3 Cấp nguồn Nối dõy đỏ với dương
Dõy đen với õm
Bộ nguồn Bo mạch
12VDC
Đỳng cực tớnh 4 Đo kiểm tra Kết nối mạch với
đồng hồ vạn năng Đồng hồ vạn năng Đỳng điện ỏp 5 Bỏo cỏothực hành
Viết trờn giấy Bỳt, giấy
Vẽ sơ đồ nguyờn lý Vẽ sơ đồ lắp rỏp Trỡnh bầy nguyờn lý hoạt động Ghi cỏc thụng số đo được
VI- Kiểm tra, đỏnh giỏ (Thang điểm 10)
TT Tiờu chớ Nội dung Thang điểm
1 Kiến thức So sỏnh điểm khỏc nhau cơ bản trong cơ chế hoạt động của tranzito lưỡng cực (BJT) và tranzito trường (FET) ở chế độ khoỏ
Trỡnh bầy được quy trỡnh thực hành
4
2 Kỹ năng Lắp được mạch điện đỳng yờu cầu kỹ thuật
Đo được cỏc thụng số cần thiết
4 3 Thỏi độ -An toàn lao động
V- Nội dung thực hành
4.3 Lắp mạch khuếch đại hồi tiếp
4.3.1 Yờu cầu
1. Đo và vẽ dạng súng ngừ ra Vo, ngừ vào Vi ?Nhận xột. 2. Xỏc định cỏc thụng số Av, Ai, Zi, Zo. Nhận xột kết quả.
3. Xỏc định tần số cắt dưới, tần số cắt trờn và băng thụng. Vẽ đỏp tuyến biờn độ-tần số của mạch
4.3.2 Hướng dẫn thực hiện
Bước 1: Cấp Vi’ là tớn hiệu hỡnh Sin, biờn độ 1V, tần số 1Khz vào tại A.
Bước 2: Đo tớn hiệu Vo ở kờnh CH1của OSC và chỉnh cỏc biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng khụng bị mộo dạng.
Bước 3: Xỏc định Av:
Bước 4: Xỏc định Zi:
- Với: V1 là giỏ trị điện ỏp ngừ ra tại B1 V2 là giỏ trị điện ỏp ngừ ra tại B2
Bước 5: Xỏc định Zo:
-Với: Vo1 là điện ỏp tại ngừ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện ỏp tai ngừ ra C khi đó mắc RL = 22KΩ
Bước 6: Xỏc định gúc lệch pha φ giữa tớn hiệu vào Vi và tớn hiệu ra Vo. Nhận xột kết quả.
4.3.3 Bỏo cỏo thớ nghiệm
- Sinh viờn vẽ lại mạch điện hỡnh 4.1
- Vẽ dạng súng của tớn hiệu ra Vo và tớn hiệu vào Vi.
- Xỏc định và nhận xột về độ lệch pha giữa tớn hiệu Vi vào và tớn hiệu ra Vo. - Lập bảng số liệu ghi cỏc giỏ trị Av, Ai, Zi, Zo, φ. Nhận xột kết quả.
- Tớnh cụng suất ngừ ra Po
Lắp mạch khuếch đại tổng hợp B- THỰC HÀNH
5.1. Lắp mạch khuếch đại đa tầng ghộp RC I- Tổ chức thực hiện I- Tổ chức thực hiện
Lý thuyết dạy tập chung
II.- Lập bảng vật tư thiết bị
TT Thiết bị - Vật tư Thụng số kỹ thuật Số lượng
1 Mỏy hiện súng 20MHz, hai tia 1mỏy/nhúm
2 Đồng hồ vạn năng V-A-OM 1cỏi/nhúm
3 Bo mạch đa năng Bo 100 x 200 1mạch/nhúm
4 Linh kiện Bộ Bộ/nhúm
5 Dõy nối Dõy đơn 0,05mm X
25cm nhiều màu 20m/nhúm 6 Nguồn điện Điện ỏp vào 220ACV/2A Điện ỏp ra 0 -:- 30DCV 1bộ/nhúm
IX- Quy trỡnh thực hiện TT Cỏc bước
cụng việc Phương phỏp thao tỏc
Dụng cụ thiết
bị,vật tư Yờu cầu kỹ thuật
1 Chuẩn bị
Kiểm tra dụng cụ Kiểm tra mỏy phỏt xung
Kiểm tra mỏy hiện súng Bo mạch thớ nghiệm Bộ dụng cụ Mỏy phỏt xung Mỏy hiện súng Bo mạch Sử dụng để đo cỏc dạng xung,
Khi đo xỏc định được chu kỳ, dạng xung, tần số…
2
Kết nối
mạch điện Dựng dõy dẫn kết nối
Dõy kết nối Bo mạch
Đỳng sơ đồ nguyờn lý
3 Cấp nguồn Nối dõy đỏ với dương
Dõy đen với õm
Bộ nguồn Bo mạch
12VDC
Đỳng cực tớnh 4 Đo kiểm tra Kết nối mạch với
đồng hồ vạn năng Đồng hồ vạn năng Đỳng điện ỏp 5 Bỏo cỏothực hành
Viết trờn giấy Bỳt, giấy
Vẽ sơ đồ nguyờn lý Vẽ sơ đồ lắp rỏp Trỡnh bầy nguyờn lý hoạt động Ghi cỏc thụng số đo được
VI- Kiểm tra, đỏnh giỏ (Thang điểm 10)
TT Tiờu chớ Nội dung Thang điểm
1 Kiến thức So sỏnh điểm khỏc nhau cơ bản trong cơ chế hoạt động của tranzito lưỡng cực (BJT) và tranzito trường (FET) ở chế độ khoỏ
Trỡnh bầy được quy trỡnh thực hành
4
2 Kỹ năng Lắp được mạch điện đỳng yờu cầu kỹ thuật
Đo được cỏc thụng số cần thiết
4 3 Thỏi độ -An toàn lao động
-Vệ sinh cụng nghiệp 2
V- Nội dung thực hành
5.1 Khảo sỏt DC từng tầng đơn
Hỡnh 3.14 Mạch khuếch đại ghộp đa tầng
5.2 Khảo sỏt AC từng tầng đơn: Vẫn cấp nguồn +12V cho mạch A4-1.
5.2.1 Khảo sỏt AC tầng T1 :
Xỏc định độ lợi điện ỏp Av1 và độ lệch pha ΔΦ1 của tầng T1 :
♦ Khảo sỏt riờng tầng T1 như hỡnh 4-2.
♦ Dựng tớn hiệu AC từ mỏy phỏt súng (FUNCTION GENERATOR) để đưa đến ngừ vào IN của tầng T1 và chỉnh mỏy phỏt để cú: Súng Sin, f=10Khz. Điều chỉnh
biờn độ mỏy phỏt tớn hiệu đưa vào ngừ vào IN sao cho biờn độ tớn hiệu tại ngừ ra OUT của T1 khụng bị mộo dạng.
Dựng dao động ký để quan sỏt tớn hiệu và ghi nhận điện ỏp ngừ vào VIN và ngừ ra VOUT (tại cực C của T1) ghi kết qủa vào bảng dưới.
Bước 1: Giữ nguyờn biờn độ tớn hiệu vào VIN1 ,
Bước 2: Mắc biến trở VR 10K (trờn thiết bị ATS) với ngừ vào IN của T1 như hỡnh 4-
3.
Bước 3: Chỉnh biến trở VR cho đến khi biờn độ tớn hiệu ra VIN = 0,5 VIN1
Bước 4: Tắt nguồn, dựng VOM (DVM) đo giỏ trị của VR. Đõy chớnh là giỏ trị tổng
trở vào Zin1 = ………
5.2.2 Khảo sỏt AC tầng T2 : Vẫn cấp nguồn +12 V cho mạch A4-1 ♦ Ngắn mạch J2 để khảo sỏt tầng T2 như hỡnh 4-5.
♦ Tương tự đo cỏc thụng số Av2, ΔΦ2, Zin2, Zout2 ghi kết qủa vào bảng A4-2 ♦ So sỏnh cỏc giỏ trị đo được ở trờn với cỏc kết qủa tớnh ở phần Cõu hỏi chuẩn bị
ở nhà (Phần I) trong Bỏo Cỏo Thớ Nghiệm. Ghi nhận xột vào bảng A4-2
Khảo sỏt mạch khuếch đại ghộp 2 tầng T1,T2 qua tầng lặp Emitter T3 (T1,T3& T2) :
Bài 4 : MẠCH KHUẾCH ĐẠI CễNG SUẤT
Mục tiờu:
- Phõn tớch được nguyờn lý hoạt động và đặc điểm tớnh chất của cỏc loại mạch khuếch đại cụng suất.
- Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa một số mạch khuếch đại cụng suất theo yờu cầu kỹ thuật.
- Thiết kế, lắp rỏp một số mạch theo yờu cầu kỹ thuật. - Thay thế một số mạch hư hỏng theo số liệu cho trước.
- Rốn luyện tớnh tỷ mỉ, chớnh xỏc, an toàn và vệ sinh cụng nghiệp
A- Lí THUYẾT 1. Khỏi niệm
1.1 Khỏi niệm mạch khuếch đại cụng suất
Mạch khuếch đại cụng suất cú nhiệm vụtạo ra một cụng suất đủlớn đểkớch thớch tải. Cụng suất ra cú thểtừvài trăm mw đến vài trăm watt. Nhưvậy mạch cụng suất làm việc với biờn độtớn hiệu lớn ởngừ vào: do đú ta khụng thểdựng mạch tương đương tớn hiệu nhỏ đểkhảo sỏt nhưtrong cỏc chương trước mà thường dựng phương phỏp đồthị.
1.2 Đặc điểm phõn loại mạch khuếch đại cụng suất
Tựy theo chế độlàm việc của transistor, người ta thường phõn mạch khuếch đại cụng suất ra thành cỏc loạichớnh nhưsau:
- Khuếch đại cụng suất loại A: Tớn hiệu được khuếch đại gần nhưtuyến tớnh, nghĩa là tớn hiệu ngừ ra thay đổi tuyến tớnh trong toàn bộchu kỳ360ocủa tớn hiệu ngừ vào (Transistor hoạt động cảhai bỏn kỳcủa tớn hiệu ngừ vào).
- Khuếch đại cụng suất loại AB: Transistor được phõn cực ởgần vựng ngưng. Tớn hiệu ngừ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳcủa tớn hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ- dương hoặc õm - của tớn hiệu ngừ vào).
- Khuếch đại cụng suất loại B: Transistor được phõn cực tại VBE=0 (vựng ngưng). Chỉmột nữa chu kỳõm hoặc dương - của tớn hiệu ngừ vào được khuếch đại.
- Khuếch đại cụng suất loại C: Transistor được phõn cực trong vựng ngưng đểchỉmột phần nhỏhơn nữa chu kỳcủa tớn hiệu ngừ vào được khuếch đại. Mạch này thường được dựng khuếch đại cụng suất ởtần sốcao với tải cộng hưởng và trong cỏc ứng dụng đặc biệt.
2. Khuếch đại cụng suất loại A
Mục tiờu:
+ Mụ tả và gải thớch mạch khuếch đại cụng suất + Phõn biệt được mạch khuếch đại cụng suất
2.1 Khảo sỏt đặc tớnh của mạch
Mạch khuếch đại cụng suất lớp A dựng tải Rc
Hỡnh 4.2: Mạch khuếch đại cụng suất loại A dựng tải điện trở
Xem hỡnh 4.2 là một tầng khuếch đại cụng suất, với cỏc điện trở R1, R2 và Re sẽ được tớnh toỏn sao cho BJT hoạt động ở chế độ lớp A. Nghĩa là phõn cực chọn điểm Q nằm gần giữa đường tải (Hỡnh 4.1 ). Và để cú tớn hiệu xoay chiều khuếch đại tốt ở cực thu hạng A, ta cú: VCE(Q) ≅ VCC /2.
Cụng suất cung cấp: Pi (DC) = VCC . IC (Q) Cụng suất trờn tải Rc của dũng xoay chiều:
Lớp A tiờu hao tốn nhiều cụng suất, nhất là ở mức tớn hiệu rất thấp. Một lý do làm cho khuếch đại lớp A mất cụng suất nhiều là do nguồn DC bị tiờu tỏn trờn tải
2.2 Mạch khuếch đại cụng suất loại A dựng biến ỏp
Hỡnh 4.3 Mạch khuếch đại cụng suất chế độ A ghộp biến ỏp
Đõy là mạch khuếch đại cụng suất chế độ A với hiệu suất tối đa khoảng 50%, sử dụng biến ỏp để lấy tớn hiệu ra đến tải Rt hỡnh 4.3. Biến ỏp cú thể tăng hay giảm điện ỏp và dũng điện theo tỉ lệ tớnh toỏn trước.
Sự biến đổi điện ỏp theo biểu thức:
3. Khuếch đại cụng suất loại B
Mục tiờu:
+ Giải thớch nguyờn lý hoạt động của mạch
+ Phõn biệt được cỏc dạng mạch khuếch đại cụng suất loại B 3.1. Mạch khuếch đại đẩy kộo dựng biến ỏp: Hỡnh 4.4
Ở chế độ B, tranzito sẽ điều khiển dũng điện ở mỗi nửa chu kỳ của tớn hiệu. Để lấy được cả chu kỳ của tớn hiệu của tớn hiệu đầu ra, thỡ cần sử dụng 2 tranzito, mỗi tranzito được sử dụng ở mỗi nửa chu kỳ khỏc nhau của tớn hiệu, sự hoạt động kết hợp sẽ cho ra chu kỳ đầy đủ của tớn hiệu.
Hỡnh 4.4 Mạch khuếch đại đẩy kộo dựng biến ỏp
R1, R2: Mạch phõn cực
Q1, Q2: Tranzito khuếch đại cụng suất. T1: biến ỏp ghộp tớn hiệu ngừ vào
T2: Biến ỏp ghộp tớn hiệu ngừ ra. Rt: Tải ngừ ra
Ưu điểm của mạch là ở chế độ phõn cực tĩnh khụng tiờu thụ nguồn cung cấp do 2 Tranzito khụng dẫn điện nờn khụng tổn hao trờn mạch. Mặt khỏc do khụng dẫn điện nờn khụng sảy ra mộo do bóo hoà từ. Hiệu suất của mạch đạt khoảng 80%.
Nhược điểm của mạch là mộo xuyờn giao lớn khi tớn hiệu vào nhỏ, khi cả hai vế khuếch đại khụng được cõn bằng.
Nguyờn lý hoạt động của mạch: Tớn hiệu ngừ vào được ghộp qua biến ỏp T1 để phõn chia tớn hiệu đưa và cực B của hai Tranzito .ở nửa chu kỳ dương của tớn hiệu ngừ vào Q1 được phõn cực thuận nờn dẫn điện, Q2 bị phõn cực nghịch nờn khụng dẫn. ở nửa chu kỳ õm của tớn hiệu ngừ vào Q1 bị phõn cực nghịch nờn khụng dẫn, Q2 được phõn cực thuận nờn dẫn điện. Trong thời gian khụng dẫn điện trờn Tranzito khụng cú dũng điện nguồn chảy qua chỉ cú dũng điện rỉ Iceo rất nhỏ chảy qua.ở biến ỏp T2 ghộp tớn hiệu ngừ ra dũng điện chạy qua 2 Tranzito được ghộp trở lại từ hai nửa chu kỳ để ở ngừ ra cuộn thứ cấp đến Rt tớn hiệu được phục nguyờn dạng toàn kỳ ban đầu. Tại thời điểm chuyển tiếp làm việc của 2 Tranzito do đặc tớnh phi tuyến của linh kiện bỏn dẫn và đặc tớnh từ trễ của biến ỏp sẽ gõy ra hiện tượng mộo xuyờn giao (mộo điểm giao).Để khắc phục nhược điểm này người ta cú thể mắc cỏc mạch bự đối xứng.