Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính): Phần 2 - CĐ nghề Vĩnh Long

(NB) Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính): Phần 2 do CĐ nghề Vĩnh Long biên soạn nhằm trang bị cho người học về mạch khuếch đại công suất, mạch khuếch đại thuật toán và thyristor...Mời các bạn tham khảo!

Bài 4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ

A MỤC TIÊU

- Hiểu được nguyên lý hoạt động các mạch khuếch đại

- Lắp ráp được các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ

- Rèn luyện tính cẩn thận

B NỘI DUNG

1 Mạch khuếch đại E chung(CE: Common Emitter)

1.1 Sơ đồ mạch điện

- Điện trở R1, R2 phân áp cấp nguồn cho cực B tạo chế độ làm việc tĩnh

- Điện trở RE phân cực cho cực E và tạo ổn định nhiệt

- Điện trở RC phân cực cho cực C

- Tụ điện Ci, Co ngăn dòng một chiều (DC) ở ngõ

BB BE BB BE B

E E

1.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ đầy đủ của Transistor BJT

h

- Trở kháng ngõ vào giữa cực B và cực E:

EQ

T fe

I

V h

- Tham số hre, hoe có giá trị rất nhỏ thường bỏ qua

Hinh: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ bỏ qua hre, hoe của Transistor BJT

Hình: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại E chung

- Tính hệ số khuếch đại dòng điện (Độ lợi về dòng điện)

b

b L

C

C fe i

b b L i

o i

R h h

R

R R

R

R h

i

i i

i i

i A

1

Chứng minh: Điện áp tại:

C L

C fe b

L C L

C L b fe L L o

R R

R h i

i R R

R R i h R i V

+

−

=

+

Đặt  ( ) 

Z R

Z R i Z i V R h h

Z

b

b i b

b E fe

+

Suy ra b ie (b fe) E

b b i

b

R h h

R

R Z

R

R i

i

+++

=+

L C

L C fe b

b b

R R

R R h V

i i

Chứng minh: Điện áp tại:

C L

C L fe b

o C L

C L b fe o

R R

R R h i

V R R

R R i h V

b

b E fe ie

b b

R h h

V

i R h h

i V

++

=

+

+

=

1

11

11

in in

V Z

- Điện trở R1, R2 phân áp cấp nguồn cho cực B

- Điện trở RE phân cực cho cực E

- Tụ điện Ci, Co ngăn dòng một chiều (DC)

2.2 Tính toán phân cực (học sinh xem lại mục 1.2)

2.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi

Hình: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch

- Hệ số khuếch đại dòng điện (Độ lợi về dòng điện)

i

o i

b

b L

C

C fe

i b b e e L i

o

i

R R h h

R

R R

R

R h

i

i i

i i

i i

i

A

) 1 ( 1

i

i i h

b b i

b C b C b

C b i

b

R R h h

R

R Z

R

R i

i Z i Z R

Z R i

V

+++

=+

=





=+



 +

L C

L C fe

b b b e e o b o i

o V

R R h h

R R

R R h

V

i i

i i

V V

V V

V A

1

1 1

Chứng minh:

C L e o C L

C L e o

R R

R R i

V R R

R R i V

+



=

+

i

- Tổng trở ngõ vào ( ( ) )

ie b

L E fe ie

b C b i

in in

R R h h

R

R R h h

R Z R i

V Z

+++

++

- Các đặc tính của mạch khuếch đại C chung

- Tín hiệu vào cực B, ra cực E, mạch có tính đồng pha

- Khuếch đại dòng (dòng điện áp ngõ ra lớn hơn ngõ vào)

- Không khuếch đại áp (điện áp ngõ ra nhỏ hơn ngõ vào)

- Trở kháng ngõ vào vài kΩ đến vài chục kΩ

- Trở kháng ngõ ra nhỏ vài Ω đến vài trăm Ω

- Ứng dụng của mạch khuếch đại C chung(CC)

Mạch khuếch đại C chung khuếch đại dòng, không khuếch đại áp nên thường dùng mạch ngõ ra có dòng lớn, các mạch công suất lớn

3 Mạch khuếch đại cực B chung(CB: Common Base)

3.1 Sơ đồ mạch

- Điện trở R1, R2 phân áp cấp nguồn cho cực B

- Điện trở RE phân cực cho cực E và tạo ổn định nhiệt

- Điện trở RC phân cực cho cực C

- Tụ điện Ci, Co ngăn dòng một chiều (DC)

- Tụ điện CB nối cực B xuống mass đối với tín hiệu xoay

3.2 Tính toán phân cực(xem lại mục 1.2)

3.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại B chung

- Hệ số khuếch đại dòng điện (Độ lợi về dòng điện)

C C i

e e

R R

R

R i

i i

L C L

C L e L L o

R R

R i

i R R

R R i R i V

+

−

=

+

e ib E

ib E i ib e b

h R

R i

i h R

h R i h i V

+

−

=

+

C L e

o C L

C L e o

R R

R R i

V R R

R R i V

e ie e e

h V

i h i

- Tổng trở ngõ vàoZ in:

ib E

ib E ib E i

in in

h R

h R h R i

V Z

- Các đặc tính của mạch khuếch đại B chung

- Tín hiệu vào cực E, ra cực C, mạch có tính đồng pha ( vào dương, ra dương)

- Khuếch đại áp; Không khuếch đại dòng (dòng điện ngõ ra nhỏ hơn ngõ vào)

- Trở kháng ngõ vào nhỏ từ vài chục Ω đến vài trăm Ω

- Trở kháng ngõ ra lớn từ vài chục kΩ đến trăm k Ω

- Ứng dụng của mạch khuếch đại B chung

Mạch khuếch đại B chung chỉ khuếch đại áp không khuếch đại dòng nên thường dùng trong các mạch có dòng ra nhỏ công suất thấp, trở kháng vào thấp nên dùng khuếch đại tần số cao

Câu hỏi ôn tập

- Cho biết đặc điểm của mạch ghép CE, CB, CC ?

Bài 5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

A MỤC TIÊU

- Hiểu được nguyên lý hoạt động các mạch khuếch đại công suất

- Lắp ráp được các mạch khuếch đại

- Rèn luyện tính cẩn thận, siêng năng

B NỘI DUNG

1 Mạch khuếch đại đẩy kéo

1.1 Những vấn đề chung về tầng khuếch đại công suất đẩy kéo

Trong phần này ta khảo sát một số dạng mạch công suất loại B thông dụng

Tín hiệu vào có dạng hình sin sẽ cung cấp cho 2 tầng công suất khác nhau Nếu tín hiệu vào là hai tín hiệu sin ngược pha, 2 tầng công suất giống hệt nhau được dùng, mỗi tầng hoạt động ở một bán kỳ của tín hiệu Nếu tín hiệu vào chỉ có một tín hiệu sin, phải dùng 2 transistor công suất khác loại: một NPN hoạt động ở bán kỳ dương và một PNP hoạt động ở bán kỳ âm

Để tạo được 2 tín hiệu ngược pha ở ngỏ vào(nhưng cùng biên độ), người ta có thể dùng biến thế có điểm giữa(biến thế đảo pha), hoặc dùng transistor mắc thành mạch khuếch đại có độ lợi điện thế bằng 1 hoặc dùng op- amp mắc theo kiểu voltage -follower như diễn tả bằng sơ đồ sau:

1.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo hoạt động ở chế độ B

- Trong bán kỳ dương của tín hiệu, Q1 dẫn Dòng i1 chạy qua biến thế ngõ ra tạo cảm ứng cấp cho tải Lúc này pha của tín hiệu đưa vào Q2 là âm nên Q2 là âm nên Q2 ngưng dẫn

- Đến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu đưa vào Q2 có pha dương nên Q2 dẫn Dòng i2 qua biến thế ngõ ra tạo cảm ứng cung cấp cho tải Trong lúc đó pha tín hiệu đưa vào Q1 là âm nên Q1 ngưng dẫn

Chú ý là i1 và i2 chạy ngược chiều nhau trong biến thế ngõ ra nên điện thế cảm ứng bên cuộn thứ cấp tạo ra bởi Q1 và Q2 cũng ngược pha nhau, chúng kết hợp với nhau tạo thành cả chu kỳ của tín hiệu

Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy được trên tải không được trọn vẹn như trên mà bị biến dạng Lý do là bị bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện mà phải chờ khi biên

độ vượt qua điện thế ngưỡng VBE Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm(cross-over) Để khắc phục, người ta phân cực VB dương một chút(ví dụ ở transistor NPN) đển transistor có thể dẫn điện tốt ngay khi có tín hiệu áp vào chân B Cách phân cực này gọi là phân cực loại AB Chú ý trong các phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất không đáng kể khi chưa có tín hiệu

1.3 Phân tích mạch điện

Hình bên dưới là đặc tuyến ngõ ra của mạch công suất hạng B Điểm làm việc tĩnh Q là điểm cắt trục hoành ở điểm Vcc, đường tải tĩnh gần như thẳng đứng từ điểm

Q song song với trục tung vì điện trở cuộn sơ cấp nhỏ

Để có công suất ra lớn nhất thì đường tải động là đường thẳng từ Q vẽ tiếp xúc với đường công suất tiêu tán cực đại PDmax tại điểm Q’ với tọa độ:

L

CC C

R

V I

2

= ,

2

CC CE

R

V I

1

)('

N

N R

R

L

)2('

N

N R

L

CC CE

C D

R

V V X R

V V I P

42'

2

C

R

V i

L

CC ce

C

R

V V

x R

V v

x

i P

'22'22

2'

2 max

C

R

V i

I

'

CC CC C

CC CC

R

V V I

V P

' 2

R

V x P

%1004

%100'0

2 Mạch khuếch đại OCL

Mạch khuếch đại công suất OCL được cấp nguồn đối xứng +VCC,

-VCC, nên điện thế ngõ ra bằng 0v, do đó được ghép trực tiếp với loa mà không dùng tụ điện, nên gọi là OCL

OCL: Output Capacitor Less: Ngõ ra không dùng tụ điện

2.1 Sơ đồ mạch điện:

Trong đó:

- R1, R2, R3: Là các thành phần điện trở phân cực cho Q1, Q2

- C1, C2: Là các tụ điện liên lạc(cho tín hiệu AC qua, ngăn DC)

Nguyên lý hoạt động:

- Giả sử Vi có bán kỳ dương, bán kỳ này sẽ làm cho Q2 ngưng dẫn, Q1 dẫn, dòng điện

từ nguồn VCC qua Q1 rồi qua loa xuống mass, tại loa xuất hiện bán kỳ dương

- Khi Vi có bán kỳ âm, bán kỳ này làm cho Q1 ngưng dẫn, Q2 dẫn mạnh Dòng điện từ mass qua loa, qua Q2 trở về nguồn âm Tại loa xuất hiện bán kỳ âm Như vậy với một chu kỳ hình sin của Vi tại loa cũng xuất hiện một tín hiệu hình sin tương tự

2.2 Tính toán công suất

- Dòng điện qua tải tối đa là:

L

CC c

1

L

CC L c

L L

R

V R i

i V

P = (do một nguồn cung cấp)

L

CC c

CC CC

R

V i

V P





2 max

22

=

- Công suất tiêu tán trên mỗi transistor:

2 PC = PCC(2 nguồn)- PL

2 max max

) 2 (

4

1 2

CC L nguon CC

max '

2

1

c L CC

Triệt tiêu đạo hàm bằng 0

Ta được:

L

CC c

R

V i

R

V

2 max =

- Hiệu suất:

%5,784

max

max max = = =



CC

L

P P

+ Ưu nhược điểm

* Ưu điểm

- Khả năng chống nhiểu tốt, do thường được sử dụng kiểu khuếch đại vi sai ở ngõ vào

- Đáp tuyến tần số rộng, do không dùng tụ và biến thế ra loa

- Mạch kết cấu gọn, ít linh kiện

* Nhược điểm

Do ngõ ra không dùng tụ được ghép trực tiếp với loa, nên dể bị cháy loa khi tầng công suất có sự cố, vì vậy cần phải có mạch bảo vệ loa

2.3 Mạch ứng dụng

- Mạch khuếch đại công suất OCL được cấp nguồn đối xứng +Vcc, -Vcc, nên điện thế điểm giữa bằng 0v Do đó được ghép trực tiếp vào loa không qua tụ, nên gọi là mạch công suất OCL

- Do cấp nguồn đối xứng nên ngõ vào được dùng kiểu khuếch đại vi sai, do đó mạch

có khả năng chống nhiễu rất tốt

+ Nhiệm vụ linh kiện

- Q1, Q2: Cặp khuếch đại vi sai được phân cực bằng R1, R2, R3, R4, R5

- Q3: Tiền driver: khuếch đại công suất nhỏ chế độ lớp A được phân cực trực tiếp từ Q1 và được ghép trực tiếp ra tải là Q4, Q5, Q6, Q7, và có R7, R8 được xem là tải một chiều cho Q3

- Q4, Q5: Cặp bổ phụ công suất nhỏ, hay gọi là cặp driver ghép phức hợp (Darlington) với Q6, Q7 nhằm tăng hệ số khuếch đại dòng điện

- Q6, Q7: Cặp bổ phụ công suất lớn

- Q4, Q5, Q6, Q7: Là hai bộ khuếch đại công suất chế độ AB theo nguyên lý kéo đẩy(push – pull) Được phân cực chế độ lớp AB nhờ thành phần 4 diode D1, D2, D3, D4 và R9

- R9: Điều chỉnh điện áp phân cực từ 2v –4v Chỉnh R9 sao cho mỗi transistor có VBE

= 0.5v làm việc đúng chế độ lớp AB tránh méo xuyên tâm Nên R9 có tên gọi là biến trở bias: điều chỉnh phân cực cho tần KĐCS, chỉnh méo xuyên tâm

- R10, R11, R12, R13: Thành phần bổ chính nhiệt cho Q4, Q5, Q6, Q7

- R14, C6: Đây là mạch lọc Zobel, có tác dụng cân bằng độ lợi với mọi tần số, chống méo tần số

- R15, L1: Mạch nâng độ lợi âm trầm, tăng tiếng bass cho ampli

- R16, C2, Dz1: Mạch ổn áp cấp cho tầng khuếch đại vi sai

- C1: Liên lạc tín hiệu ngỏ vào, ngăn thành phần DC, nối tắt với thành phần AC

- C3: Tụ thoát, ngăn DC, nối tắt tín hiệu hồi tiếp âm xuống mass

- R5, R6: Xác định tỉ số hồi tiếp âm, quyết định độ khuếch đại cho toàn mạch

Độ khuếch đại hồi tiếp âm được xác định bằng tỉ số:

AVf = 1 + R5/ R6

- C4: Tụ Bootstrap: Tụ tự cữ đóng vai trò hồi tiếp dương tăng độ khuếch đại cho Q3

- C5: Hồi tiếp âm chống dao động tự kích

+ Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu từ ngỏ Main In đưa đến cực B của Q1 được Q1 khuếch đại lấy ra cực

C, truyền đến cực B của Q3 khuếch đại lấy ra cực C của Q3, đưa đến cực B của Q4, Q5 có tín hiệu giống y như nhau, vì 4 diode phân cực thuận xem như nối tắt về mặt tín hiệu

Nếu tại cực C của Q3 có nửa chu kỳ dương làm cho Q4 phân cực thuận, Q5 phân cực nghịch, nên Q4 dẫn, Q5 ngưng dẫn kéo theo Q6 dẫn mạnh, Q7 ngưng dẫn Dòng Ic của Q6 qua loa xuống mass, tạo động lực đẩy loa

Nửa chu kỳ tiếp theo có bán kỳ âm nên Q4 phân cực nghịch, Q5 phân cực thuận

do đó Q4 ngưng dẫn, Q5 dẫn làm cho Q6 ngưng, Q7 dẫn Dòng Ic của Q7 từ mass qua loa về nguồn âm ngược chiều với Ic của Q6, nên tạo động lực kéo loa

Loa được kéo đẩy làm rung màn loa phát ra âm thanh theo tần số tín hiệu Nên mạch khuếch đại công suất như trên được gọi là mạch khuếch đại Push – Push Như vậy dòng điện qua loa là hai dòng điện nữa hình sin ngược chiều nhau

3 Mạch khuếch đại OTL

- Mạch khuếch đại công suất OTL được cấp nguồn đơn, tầng công suất đẩy kéo dùng hai transistor bổ phụ đối xứng, nên điện thế ra loa bằng ½ nguồn (mỗi transistor công suất làm việc ½ nguồn) do đó phải dùng tụ ra loa, không dùng biến thế ra loa gọi là OTL

OTL: Output Transformer Less: ngõ ra không dùng biến thế

3.1 Sơ đồ mạch điện

Trong đó:

- R1, R2, R3: Là các thành phần điện trở phân cực cho Q1, Q2

- C1, C2: Là các tụ điện liên lạc(cho tín hiệu AC qua, ngăn DC)

- C3: Là tụ xuất âm

- Thường chọn RE<< RL

Nguyên lý hoạt động:

- Giả sử Vi có bán kỳ dương, bán kỳ này sẽ làm cho Q2 ngưng dẫn, Q1 dẫn, dòng điện

từ nguồn VCC qua Q1 qua RE và nạp vào tụ C3 theo chiều như hình vẽ rồi qua loa xuống mass, tại loa xuất hiện bán kỳ dương

- Khi Vi có bán kỳ âm, bán kỳ này làm cho Q1 ngưng dẫn, Q2 dẫn mạnh Dòng điện từ cực dương của tụ C3 qua RE qua Q2 xuống mass rồi từ mass qua loa trở về cực âm Tại loa xuất hiện bán kỳ âm Như vậy với một chu kỳ hình sin của Vi tại loa cũng xuất hiện một tín hiệu hình sin tương tự Tuy nhiên biên độ đỉnh của tín hiệu hình sin này có giá trị tối đa là:

2

max

CC OP

R

V i

2

max =

3.2 Tính toán công suất

- Công suất tối đa là:

2

2

1

cm L

L R i

P =

L CC L

CC L L

R

V R

V R P

8

)2

(2

- Công suất do nguồn cung cấp:

PCC=VCC.ICC với ICC=

cm

i

cm CC

CC V i P



=



L CC L

CC CC CC

R

V R

V x

V P

4

12

2

CC L CC

R

V i



= (2) Thay (2) vào (1) ta được

L

CC C

R

V P

2

2 max

4

=

- Hiệu suất:

% 5 , 78 4

max

max max = = =



CC

L

P P

+ Ưu nhược điểm:

* Ưu điểm

- Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ, không dùng biến thế ra loa, nên ít tốn linh kiện

- Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế

- Âm thanh đạt chất lượng hơn, do đáp tuyến tần số rộng, không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ ký sinh trong máy biến thế

* Nhược điểm

- Phải chỉnh điểm ra loa bằng nửa nguồn cung cấp

- Khó tìm cặp transistor công suất bổ phụ hoàn toàn chỉ gần giống nhau

3.3 Mạch ứng dụng thực tế

- Thường dùng trong máy radio cassette

- Trong mạch vert trong tivi màu

* Mạch điện thực tế:

Câu hỏi ôn tập

1 Trình bày ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất OTL

2 Trình bày ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất OCL

3 Vẽ sơ đồ bộ nguồn mạch OCL

BÀI 6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

1.1 Khái niệm chung

- Vi mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier) goi tắt là Op- có khả năng thực hiện các phép biển đổi toán học như cộng trừ, biến đổi tỷ lệ, vi tích phân, khuếch đại, biến đổi tín hiệu, các bộ lọc tích cực, tạo hàm trong các tín hiệu tương tự

- Vi mạch khuếch đại thuật toán bên trong gồm các tầng khuếch đại vi sai, dùng khuếch đại tín hiệu vào, khuếch đại đầu ra cho phép khả năng tải dòng lớn, có các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dòng điện.Vi mạch khuếch đại thuật toán phổ dụng

là 741

Kí hiệu và hình dạng của vi mạch thuật toán (Op-Amp)

− Vin- là điện áp ngõ vào tại (-) gọi là ngõ vào đảo

− Vin+ là điện áp tại ngõ vào (+) gọi là ngõ vào không đảo

− Iin- là dòng điện ngõ vào tại (-)

− Iin+ là dòng điện tại ngõ vào (+)

1.2 Mạch khuếch đại đảo

1.3 Mạch khuếch đại không đảo

+ Một số Op – Amp thường dùng trong ampli

1.4.2 Mạch cộng không đảo

1.5 Mạch trừ

Câu hỏi ôn tập

1 Cho biết đặc điểm của mạch khuếch đại đảo pha

2 Vẽ sơ đồ chân của IC TL082, giải thích nhiệm vụ từng chân linh kiện

Bài 7 THYRISTOR

A MỤC TIÊU

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của họ Thyristor

- Xác định được chân linh kiện

- Xác định được linh kiện còn tốt hay hỏng

- Rèn luyện tính cẩn thận, thẩm mỉ, say mê

B NỘI DUNG

1 SCR (Thyristor – Silicon Controlled Rectifier)

1.1 Cấu tạo – Ký hiệu

SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PNPN (có 3 nối PN) Như tên gọi ta thấy SCR là một diode chỉnh lưu được kiểm soát bởi cổng silicium Các tiếp xúc kim loại được tạo

ra các cực Anod A, Catot K và cổng G