2.1. Giới thiệu chung và phân loại vi mạch tuyến tính
Vi mạch tuyến tính được hiểu là các tổ hợp vi mạch có các tín hiệu trên lối ra tỷ lệ với tín hiệu trên lối vào theo quy luật đường thẳng.
Các vi mạch tuyến tính thường đòi hỏi các phần tử mắc thêm ở mạch ngoài nhiều hơn so với các IC số để hoàn thành một chức năng nào đó. Điều này khiến cho các sơ đồ sử dụng vi mạch tuyến tính nhạy cảm với nhiễu bên ngoài hơn và bởi vậy khó sử dụng hơn.
Vi mạch tuyến tính thường được phân thành 2 loại chính là: tổ hợp vi mạch tranzito-điốt và vi mạch sử dụng chuyên dụng, và vi mạch khuếch đại thuật toán
a. Tổ hợp vi mạch tranzito - điốt và vi mạch sử dụng chuyên dụng
Gồm tổ hợp các đi ốt hay tranzito có những chỉ tiêu kỹ thuật giống nhau.
Loại vi mạch này được sử dụng trong các bộ khuếch đại trung tần trong máy thu hình, thu thanh và các máy thu phát chuyên dụng khác, trong các bộ điều khiển của hệ thống điều khiển tự động, trong các bộ khuếch đại âm tần, các mạch ổn áp và mạch điều chỉnh công suất, loại vi mạch này có thể dùng làm một chức năng hoặc nhiều chức năng.
b. Vi mạch khuếch đại thuật toán.
Mạch khuếch đại thuật toán là mạch khuếch đại tín hiệu điện để thực hiện các phép tính và thuật toán khác nhau trên các đại lượng tương tự, trong sơ đồ mạch có hồi tiếp âm sâu. Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực,v.v... Tuy nhiên, trong các bộ khuếch đại thông thường những tính chất và tham số hoàn toàn được xác định bởi sơ đồ mạch của nó, còn trong bộ khuếch đại thuật toán thì các tính chất và tham số của nó được xác định bởi các tham số của mạch hồi tiếp. Các bộ khuếch đại thuật toán được thực hiện theo sơ đồ khuếch đại dòng một chiều với giá trị thiên áp vào ra bằng không. Chúng cũng được đặc trưng bởi hệ số khuếch đại lớn, trở kháng vào cao và trở kháng ra thấp.
2.2.Cấu trúc bên trong của vi mạch khuếch đại thuật toán. a. Cấu trúc của vi mạch khuếch đại thuật toán.
Hình 2.1: sơ đồ khối của vi mạch khuếch đại thuật toán.
Bộ khuếch đại thuật toán bao gồm tầng vào khuếch đại vi sai để đảm bảo có hệ số khuếch đại cao, sau đó là mạch dịch mức và mạch ra cho phép nhận được tín hiệu ra cần thiết và trở kháng ra yêu cầu.
+ Tầng vào vi sai:
Cấu trúc điển hình của một tầng khuếch đại vi sai làm việc theo nguyên lý cầu cân bằng song song mô tả trong hình 7 -13: Hai nhánh cầu là RC1 và RC2, còn hai nhánh kia là các tranzito T1 và T2 được chế tạo trong cùng một điều kiện sao cho RC1 = RC1 và hai tranzito T1, T2 có các tham số giống hệt nhau. Điện áp ra Ura lấy trên một cực góp, còn IK là nguồn dòng ổn định có thể tạo ra từ một điện trở đấu với âm nguồn, hoặc tạo ra nhờ các tranzito đấu theo mạch nguồn dòng.
+ Nguồn dòng ổn định : Để IK ổn định thường dùng một nguồn dòng ổn định. + Tầng ra mắc tải Emitơ (cực góp chung).
Bộ khuếch đại thuật toán yêu cầu có trở kháng ra Zra nhỏ, nghĩa là dòng điện ra là lớn nhất, nên tranzito ở tầng ra phải mắc theo sơ đồ cực góp chung. Như vậy, hệ số khuếch đại điện áp của tầng ra KU « 1. Và điều này có nghĩa là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán chủ yếu ở tầng vào vi sai và ở các tầng trung gian.
+ Tầng đệm và dịch mức:
Từ đầu vào tới đầu ra, ngoài tầng vào vi sai cần có các tầng khuếch đại trung gian để khuếch đại công suất cho tầng ra. Số lượng các tầng khuếch đại trung gian này tuỳ thuộc vào hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán.
+ Tầng bảo vệ: Khi bộ khuếch đại làm việc với dòng điện lớn ở tầng ra, sẽ dễ làm hỏng các tranzito, do đó phải dùng tầng bảo vệ để phân dòng cho tầng cuối.
+ Bộ biến đổi dòng gương:
Bộ biến đổi dòng gương dùng để biến đổi một nguồn dòng ổn định thành nhiều nguồn dòng ổn định nhằm cung cấp cho các tầng khác. Mạch này thường dùng ở các mạch có yêu cầu chất lượng cao.
+ Hai nguồn nuôi (gọi là nguồn lưỡng cực) ±ECC: Các IC khuếch đại thuật toán tiêu chuẩn làm việc với điện áp nguồn nuôi bằng ± 15V.
Hình 2.2: ký hiệu bộ khuếch đại thuật toán
c. Các tham số và dặc tuyến của bộ khuếch đại thuật toán
•Đặc tuyến truyền đạt điện áp.
Đặc tuyến truyền đạt điện áp là đặc tuyến quan trọng nhất của bộ khuếch đại thuật toán biểu thị mối quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào của mạch : Ura = f(Up, UN)
Hình 2-3: đặc tuyến truyền đạt điện áp của bộ KĐTT
Đặc tuyến truyền đạt điện áp được biểu diễn bằng hai đường ứng với các lối vào đảo và lối vào không đảo. Mỗi đường đặc tuyến gồm có các đoạn nằm ngang và một đoạn dốc. Xem hình (7 - 15).
- Đoạn nằm ngang tương ứng với chế độ tranzito ở tầng ra thông bão hòa hoặc ngắt dòng. Tại đây, khi thay đổi điện áp tín hiệu trên lối vào thì điện áp ra không đổi và được xác định bằng các giá trị ±Ura max gọi là giá trị điện áp ra cực đại. Trong các IC khuếch đại thuật toán giá trị Ura max thấp hơn điện áp nguồn cung cấp ECC khoảng từ 1vôn đến 3vôn.
- Đoạn dốc của đặc tuyến truyền đạt biểu thị sự phụ thuộc tỉ lệ của điện áp ra với điện áp vào. Đây là một đường thẳng với góc nghiêng xác định hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán khi không có hồi tiếp ngoài.
và được gọi là trạng thái cân bằng của bộ khuếch đại thuật toán. Trên thực tế trạng thái cân bằng khó thực hiện hoàn toàn, có nghĩa là khi Uvào — 0 thì Ura * 0. Vì vậy, muốn cho điện áp ra bằng không, ta cần phải đặt tới lối vào bộ khuếch đại thuật toán một hiệu điện áp nào đó gọi là thiên áp không U0 (khoảng vài mV). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
•Hệ số khuếch đại điện áp vi sai.
Được tính theo công thức:
Giá trị của KU lớn cho phép thực hiện hồi tiếp âm sâu nhằm cải thiện nhiều tính chất quan trọng của bộ khuếch đại thuật toán.
Trong giới hạn miền khuếch đại, điện áp ra tỷ lệ với điện áp vào theo công thức:
Hê số khuếch đai đồng pha: Nếu trên đầu vào thuận và đảo đặt cùng một điện áp UG1 đồng pha thì Uvào — 0, và như vậy điện áp Ura cũng cần phải bằng không. Nhưng thực tế điều này không hoàn toàn đúng, tức là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha KG1 không bằng 0.
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các tham số của bộ khuếch đại thuật toán sẽ gây nên độ trôi thiên áp đầu vào và điện áp đầu ra theo nhiệt độ. Để cân bằng ban đầu cho bộ khuếch đại thuật toán, người ta đưa vào một trong các đầu vào của nó một điện áp phụ thích hợp hoặc một điện trở để điều chỉnh dòng thiên áp ở mạch vào
•Trở kháng ra của bộ KĐTT
Trở kháng ra là một trong các tham số quan trọng của bộ khuếch đại thuật toán nó có trị số nhỏ (khoảng từ vài chục Ω đến vài trăm Ω).
•Trở kháng vào của bộ KĐTT
Trở kháng vào của bộ khuếch đại thuật toán thường được phân biệt trở kháng vào đối với tín hiệu vi sai và trở kháng vào đối với tín hiệu đồng pha.
Đối với các bộ khuếch đại thuật toán dùng tranzito lưỡng cực ở lối vào, trở kháng vào đối với tín hiệu vi sai RV vào khoảng vài MΩ, còn trở kháng vào đối với tín hiệu đồng pha RG1 bằng vài GΩ. Dòng vào ban đầu của các bộ khuếch đại thuật toán lưỡng cực tiêu chuẩn giới hạn từ 20 đến 200 nA, còn các bộ khuếch đại thuật toán dùng tranzito trường khoảng vài nA.
•Đặc tuyến tần số
Đặc tính tần số biểu thị sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại vào dải tần số làm việc.
Hình 2-4 chỉ ra đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại thuật toán Ku = Ψ(f)
Hình 2-4: Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại thuật toán
Qua đồ thị hình 2-4 ta thấy hệ số khuếch đại điện áp Ku bị giảm xuống khi ở tần số cao. Bắt đầu từ tần số cắt fC với độ dốc đều -20dB/decac của trục tần số.
Tần số fT ứng với trường hợp khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán bằng 1 nên gọi là tần số khuếch đại đơn vị.
Tần số cắt fC (hay tần số biên) ứng với trường hợp khi hệ số khuếch đại điện áp bị giảm đi 42 lần so với hệ số khuếch đại ở tần số thấp và được gọi là dải thông tần. Khi không có mạch hồi tiếp âm thì fC rất thấp, cỡ vài chục Hz.
3. IC LM317
Sơ đồ chân và chức năng của từng chân
Hình 3-2 : sơ đồ chân IC LM317
Sơ đồ chân:
Chân 1 Là chân điều khiển Chân 2 Là chân điện áp vào Chân 3 Là chân điện áp ra
Cấu trúc bên trong của IC LM317
3.1.Các thông số cơ bản của IC LM 317
4. Họ IC ổn áp 78xx, 79xx
4.1. Hình ảnh và chưc năng của từng chân
Sơ đồ chân
• Với 78xx
- Chân1 : là chân điện áp vào (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chân 3 : là chân điện áp ra • Với 79xx
- Chân 1 : Là chân mass
- Chân 2 : Là chân điện áp vào
- Chân 3 : Là chân điẹn áp ra
CHƯƠNG IV: MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG CƠ BẢN 1. Mạch nguồn tuyến tính
1 – Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp .
Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp .
* Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp :
• Cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi trong hai trường hợp điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi , tuy nhiên sự thay đổi này phải có giới hạn.
• Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao, giảm thiểu được hiện tượng gợn xoay chiều.
* Nguyên tắc hoạt động của mạch.
• Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra ( Ulm : áp lấy mẫu)
• Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp cố định (Uc : áp chuẩn )
• Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành điện áp điều khiển.
• Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại áp điều khiển, sau đó đưa về điều chỉnh sự hoạt động của đèn công xuất theo hướng ngược lại, nếu điện áp ra tăng => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất dẫn giảm =>điện áp ra giảm xuống . Ngược lại nếu điện áp ra giảm => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lên =>> kết quả điện áp đầu ra không thay đổi.
2 – Phân tích hoạt động của mạch nguồn ổn áp tuyến tính
Mạch ổn áp tuyến tính
* Ý nghĩa các linh kiện trên sơ đồ.
• Tụ 2200µF là tụ lọc nguồn chính, lọc điện áp sau chỉnh lưu 18V , đây cũng là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, điện áp này có thể tăng giảm khoảng 15%.
• Q1 là đèn công xuất nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải , điện áp đầu ra của mạc ổn áp lấy từ chân C đèn Q1 và có giá trị 12V cố định .
• R1 là trở phân dòng có công xuất lớn ghánh bớt một phần dòng điện đi qua đèn công xuất.
• Cầu phân áp R5, VR1 và R6 tạo ra áp lấy mẫu đưa vào chân B đèn Q2 .
• Diode zener Dz và R4 tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra.
• Q2 là đèn so sánh và khuyếch đại điện áp sai lệch => đưa về điều khiển sự hoạt động của đèn công xuất Q1.
• R3 liên lạc giữa Q1 và Q2, R2 phân áp cho Q1
• Điện áp đầu ra sẽ có xu hướng thay đổi khi Điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi.
• Giả sử : Khi điện áp vào tăng => điện áp ra tăng => điện áp chân E đèn Q2
tăng nhiều hơn chân B ( do có Dz gim từ chân E đèn Q2 lên Ura, còn Ulm chỉ lấy một phần Ura ) do đó UBE giảm => đèn Q2 dẫn giảm => đèn Q1 dẫn giảm => điện áp ra giảm xuống. Tương tự khi Uvào giảm, thông qua mạch điều chỉnh => ta lại thu được Ura tăng. Thời gian điều chỉnh của vòng hồi tiếp rất nhanh khoảng vài µ giây và được các tụ lọc đầu ra loại bỏ, không làm ảnh hưởng đến chất lượng của điện áp một chiều => kết quả là điện áp đầu ra tương đối phẳng.
• Khi điều chỉnh biến trở VR1 , điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn đèn Q2 thay đổi , độ dẫn đèn Q1 thay đổi => kết quả là điện áp ra thay đổi, VR1 dùng để điều chỉnh điẹn áp ra theo ý muốn .
*Công dụng của mạch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mạch nguồn ổn áo tuyến tính được dùng phổ biến trong đời sống, nó được dùng trong đa số các tivi thế hệ cũ và mới hiện nay, ngoài ra chúng ta còn ứng dụng nó trong khà nhiều bộ nguồn của \một số thiết bị thu phát sóng vì nó cho điện áp đầu ra rất phẳng.
2. Mạch khuếch đại đẩy kéo dùng 2 Transistor
Mạch khuếch đại công suất là một mạch rất phổ biến trông các linh kiện điện tử hiên nay, nó dùng để khuéch đại âm thanh trong các thiết bị giải trí , tín hiệu , như Tivi, Đài Radio, ampli,……. Ngoài ra nó còn dùng trong một số dồ điện dân dụng như bếp điện,nồi cơm điện……
a. Sơ đồ mạch
b. Nguyên lý làm việc của mạch( Công dụng của từng Transistor)
• Mạch được ráp với 6 transistor, công dụng của mỗi transistor như sau:
• * Q1 là transistor pnp, dùng làm tầng khuếch đại ngả vào. Người ta dùng 2 điện trở R1, R2 lấy áp cấp cho chân B để phân cực, chân E định dòng làm việc với điện trở R5, lọc nguồn dùng điện trở R4 và tụ C2. Tín hiệu cho qua tụ liên lạc C1 vào chân B của Q1, tín hiệu lấy ra trên chân C cho ghép thẳng vào tầng khuếch đại thúc Q2. Trên chân E đặt tụ C3 và điện trở R11 dùng lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch nhằm định độ lợi toàn phần của mạch tăng âm.
• * Q2 là transistor npn, dùng làm tầng thúc, nó được thiết kế cho làm việc theo dạng công suất nhỏ hạng A. Tín hiệu cho vào chân B, chân E cho nối masse để lấy dòng. Trên chân C đặt 2 diode 1N4148 để lấy ra mức áp DC cấp phân cực cho các tầng kéo đẩy, tránh tác dụng của rào áp, nhằm sửa méo tại giao
điểm tín hiệu. R6, R7 là 2 điện trở định mức dòng làm việc cho Q2, mức áp phân cực trên chân C của Q2 lấy khoảng nửa mức áp nguồn nuôi. Tụ C4 lấy tín hiệu ngả ra hồi tiếp tự cử về tầng thúc nhằm làm cân bằng biên độ tín hiệu trên và dưới ở ngả ra. Dùng tụ nhỏ C6 tạo hồi tiếp nghịch chỉ đối với các tín hiệu vùng tần số cao nhằm tránh cho mạch không phát sinh dao động tự kích. Khi mạch dao động tự kích ở vùng tần số cao, các transistor công suất sẽ bị rất nóng và bị hư.