Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 2 pot

Khuếch đại dùng Transistor Đó là mạch điện dùng Transistor điều khiển làm tăng cường độ dòng điện hay điện áp ở lối ra: là sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại k vào tần số f.. Hồi tiếp tro

Mục đích: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các transistor Khảo sát

hoạt động của các sơ đồ ứng dụng transistor

phần lý thuyết

Transistor là dụng cụ bán dẫn gồm 2 lớp tiếp xúc p - n có khả năng khuếch

đại tín hiệu điện Cấu tạo và ký hiệu Transistor nh− hình vẽ:

Cực collector E

Miền Miền

Collector

Miền Base

1 Khuếch đại dùng Transistor

Đó là mạch điện dùng Transistor điều khiển làm tăng cường độ dòng điện hay điện áp ở lối ra:

là sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại k vào tần số f

+ Đặc trưng biên độ : U r =F(U v) + Điện trở lối vào và lối ra:

v

v v

I

U Z

∆

∆

=

2 Hồi tiếp trong bộ khuếch đại

Hồi tiếp là quá trình truyền tín hiệu

từ lối ra quay về vào lối vào của bộ

khuếch đại.Nếu hồi tiếp làm tăng cường

tín hiệu vào (cùng pha với tín hiệu vào)

thì gọi là hồi tiếp dương, ngược lại thì

gọi là hồi tiếp âm

tự kích và tự nó phát ra những dao động có tần số xác định không phụ thuộc vào tín hiệu lối vào, bộ khuếch đại trở thành máy phát Nên người ta thường tránh hồi tiếp dương trong bộ khuếch đại mà người ta chỉ thực hiện hồi tiếp âm Hồi tiếp

âm cho phép cải thiện một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại, vì thế nó được sử dụng rộng rãi Tuỳ thuộc cấu trúc mạch hồi tiếp mà ta có hồi tiếp dòng hay thế, nối tiếp hay song song

•

y U

K

dK K K

- Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm: Mở rộng dải thông Vì ở vùng tần số thấp và tần số cao hệ số khuếch đại giảm → Ur giảm làm Uhtgiảm do đó Uy = Uv - Uht tăng làm Ur tăng nghĩa là nó chống lại sự giảm của hệ

số khuếch đại K do đó nó mở rộng được giải thông (ở đây Uy là tính hiệu vào khi

vht

v v

y v

= = + ( 1 β )

v vht K Z

Z =(1+ β)

Zvht : Trở kháng vào có hồi tiếp

Zv : Trở kháng vào không có hồi tiếp

Vậy hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào (1+ Kβ) lần

Hồi tiếp âm điện áp làm trở kháng ra giảm đi (1+ Kβ) lần

với mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu lối vào bộ khuếch đại (Uy hay Iy)

do đó làm giảm hệ số khuếch đại Kht nhưng làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại Ngoài ra, hồi tiếp âm điện áp nối tiếp làm ổn định Ur , giảm điện trở

ra tăng điện trở vào Hồi tiếp âm song song làm giảm điện trở lối vào (1+ Kβ) lần Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng điện trở lối ra lên (1+ Kβ) lần

uo

K

2

ht K

Ku

Hình 2.6a: ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến đặc tuyến biên độ tần số

Bây giờ ta xét một vài mạch khuếch đại cụ thể:

3 Khuếch đại mắc theo kiểu Emitter chung (EC)

- Khuếch đại tín hiệu xoay chiều: Mạch điện nguyên lý một tầng khuếch

đại EC vẽ trên hình 2.7a

Trong sơ đồ tụ Cp1 ngăn ảnh hưởng 1 chiều giữa nguồn tín hiệu và mạch vào còn cho tín hiệu xoay chiều qua Cp2 cũng có tác dụng tương tự ở lối ra Các

điện trở R1, R2, RE định chế độ tĩnh cho tầng khuếch đại CE để tránh phản hồi âm

đối với thành phần xoay chiều trên điện trở RE

Hoạt động của tầng khuếch đại EC như sau: Đưa điện áp xoay chiều vào làm xuất hiện dòng base (IB) xoay chiều và do đó làm xuất hiện dòng collector (IC) xoay chiều ở mạch ra qua Cp2 ra tải Qua Rt lối ra có Ur xoay chiều đã được khuếch đại (Xem hình 2.7b)

Hình 2.7b: Tầng khuếch đại E chung

Các phép tính toán (không đ−a ra ở đây) cho ta một số thông số kỹ thuật sau đây:

- Hệ số khuếch đại dòng :

t

t c v

r i

R

R R I

t c v

r u

R R

R R U

U K

+

=

Trong sơ đồ EC hệ số khuếch đại điện áp cỡ 20 ữ 100

- Hệ số khuếch đại công suất : K P

P K K

p r v

Quá trình khuếch đại tín hiệu 1 chiều cũng giống nh− xoay chiều mà chỉ

có cách ghép tầng là khác nhau Trong bộ khuếch đại 1 chiều việc ghép giữa nguồn tín hiệu với bộ khuếch đại và ghép giữa các tầng khuếch đại với nhau là ghép trực tiếp không có tụ để cách ly thành phần 1 chiều Vì vậy điện áp ra không những đ−ợc xác định bằng tín hiệu có ích mà còn do sự thay đổi chế độ 1 chiều của các tầng khuếch đại theo thời gian gây ra (ví dụ do nhiệt độ To chẳng hạn) Khi ∆Uv = 0 nh−ng ∆Ur ≠ 0 (có nghĩa là không có tín hiệu vào mà vẫn có tín hiệu ra) gọi là sự trôi điểm không Nguyên nhân có thể do nguồn không ổn

định, tham số transistor thay đổi, hay do ảnh hưởng nhiệt độ T nên khi thiết kế mạch cần chọn sao cho sự trôi nhỏ nhất (∆Ur >> ∆Utr,r)

ưE C

R E2

(d)

Hình 2.8a: Bộ khuếch đại biến thiên chậm ghép trực tiếp

Việc ghép trực tiếp giữa các tầng khuếch đại (collector tầng trước nối với

base tầng sau) làm điện áp đặt vào base tầng sau rất lớn, để transistor làm việc

bình thường cần nâng điện áp trên emitter bằng cách tăng RE, nhưng tăng RE lại

làm giảm hệ số khuếch đại nên người ta khắc phục bằng cách tăng dòng qua RE

bằng cách mắc thêm Rp Khi dòng qua RE tăng cũng tương đương như tăng điện

áp cho emitter (đối với loại p - n - p là tăng điện áp âm)

Mạch khuếch đại 1 chiều ghép trực tiếp có ưu điểm là đơn giản nhưng chất

lượng không cao (hệ số khuếch đại nhỏ, độ trôi lớn ) Muốn có bộ khuếch đại 1

chiều có hệ số khuếch đại lớn, độ trôi nhỏ và tránh ảnh hưởng do nhiệt độ người

ta phải dùng sơ đồ khuếch đại vi sai

4 Sơ đồ collector chung (CC) hay sơ đồ lặp lại emitter

Tầng khuếch đại CC được vẽ trên hình 2.9a

Việc khuếch đại tín hiệu 1 chiều hay xoay chiều chỉ khác nhau ở chỗ tín hiệu xoay chiều được truyền qua tụ còn tín hiệu 1 chiều được truyền trực tiếp nên việc ghép có ảnh hưởng lẫn nhau và phải tránh sự trôi điểm không trong bộ khuếch đại 1 chiều Với bộ khuếch đại C - C có một số thông số quan trọng là:

- Điện trở vào lớn : đây là 1 ưu điểm quan trọng

- Hệ số khuếch đại dòng lớn :

t

t E i

R

R R

K ≈(1+β) //

++

≈

t n

t E u

R R

R R

- Hệ số khuếch đại công suất lớn nhưng điện áp lại không đổi

- Điện trở ra nhỏ (cỡ Ω) : Rr ≈ RE// rE

Tầng C - C thường được dùng để phối hợp trở kháng giữa lối ra bộ khuếch

đại với tải có điện trở nhỏ, có vai trò như 1 tầng khuếch đại công suất

5 Tầng khuếch đại base chung (BC)

Sơ đồ mạch điện tầng khuếch đại base chung vẽ trên hình 2.10a

Đây là sơ đồ dùng để khuếch đại tín hiệu xoay chiều, nhưng để khuếch đại tín hiệu 1 chiều chỉ cần nối tắt các tụ nối tầng Cp1 và Cp2 Các phần tử Ee và Re để xác định dòng tĩnh IE cho transistor Một số tham số của sơ đồ BC là:

- Điện trở vào : R v =R e//[r E +(1ưα)r B]

Điện trở vào xác định chủ yếu bằng rE và vào khoảng (10 ữ 50)Ω Điện trở vào nhỏ là nhược điểm cơ bản của sơ đồ BC vì nó sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng của nguồn tín hiệu

- Hệ số khuếch đại dòng :

t

t C i

R

R R

K =α //

- Hệ số khuếch đại điện áp :

v n

t C u

R R

R R K

C

C

R = // ( ) ≈

Đặc tuyến của sơ đồ BC có vùng tuyến tính lớn nên có thể dùng ở chế độ

điện áp collector cao khi cần có điện áp lối ra lớn Tầng khuếch đại BC thường làm tầng ra của bộ khuếch đại kết hợp với tầng khuếch đại CC làm tầng trước cuối Khi đó tầng CC là nguồn tín hiệu có điện trở nội nhỏ (điện trở ra của tầng khuếch đại CC) của tầng BC

Tầng khuếch đại base chung có điện dung lối vào nhỏ, nên có khả năng khuếch đại ở tần số cao Thường được dùng để khuếch đại cao tần

4 Dây nối cắm 2 đầu

B Cấp nguồn và nối dây

Panel thí nghiệm AE - 102N chứa 4 mảng sơ đồ A2- 1 A2- 4, với các chốt cắm nguồn riêng Khi sử dụng mảng nào thì cấp nguồn cho mảng sơ đồ đó Đất (GND) của các mảng sơ đồ đất đ−ợc nối sẵn với nhau Do đó chỉ cần nối đất chung cho toàn khối AE - 102N

1 Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY của thiết bị chính cung cấp các

thế chuẩn ±5V, ±12V cố định

2 Bộ nguồn điều chỉnh DC ADJUST POWER SUPPLY của thiết bị chính

cung cấp các giá trị điện thế một chiều 0 +15V và 0 −15V Khi vặn các biến trở chỉnh nguồn, cho phép định giá trị điện thế cần thiết Sử dụng đồng hồ đo thế

DC trên thiết bị chính để xác định điện thế đặt

3 Khi thực tập, cần nối dây từ các chốt cấp nguồn của khối thiết bị chính

tới cấp trực tiếp cho mảng sơ đồ cần khảo sát

(Chú ý: Cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo)

- Đồng hồ đo dòng collector của transistor: Đặt các công tắc của bộ đo hiện số DIGITAL V-A METER của thiết bị chính ở chế độ đo dòng (A) và khoảng đo ở 20mA Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A2-1a với chốt vào

bộ đo

- Đồng hồ đo dòng base của transistor : Nối các chốt đồng hồ đo (àA) của mạch A2- 1a với đồng hồ đo dòng hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 2mA

1.1.3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị chính (khối đế) Vặn biến trở P1 để

dòng qua collector transistor ∼ 2mA

1.1.4 Vặn biến trở P2/10K để sụt thế trên collector trong khoảng từ ∼ 4V

- 6V

1.1.5 Đo dòng base, ghi kết quả vào bảng A2-1 Thay đổi giá trị điện trở

P1 để thay đổi dòng base T1 (tăng thêm ∼ 10àA) Ghi giá trị dòng base và collector của transistor vào bảng A2-1

kiểu emitter chung và đo hệ số khuếch đại dòng của transistor

- Đồng hồ đo dòng collector của transistor : Đặt các công tắc của bộ đo hiện số DIGITAL V-A METER của thiết bị chính ở chế độ đo dòng (A) và khoảng đo ở 20mA Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A2- 1b với chốt vào

bộ đo

- Đồng hồ đo dòng base của transistor : Nối các chốt đồng hồ đo (àA) của mạch A2-1b với đồng hồ đo dòng hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 2mA

1.2.3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị chính (khối đế) Vặn biến trở P1 để

dòng qua collector transistor ∼ 2mA

1.2.4 Vặn biến trở P2/10K để sụt thế trên collector trong khoảng từ ∼ 4V

- 6V

1.2.5 Đo dòng base, ghi kết quả vào bảng A2-2 Thay đổi giá trị điện trở

P1 để thay đổi dòng base T1 (tăng thêm ∼ 10àA) Ghi giá trị dòng base và collector của transistor vào bảng A2-2

1.2.6 Tính hệ số khuếch đại dòng DC β =(I c2−I c1 I b2−I b1)

2.1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2-2

2.2 Chế độ khuếch đại xoay chiều:

2.2.1 Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR của thiết bị chính

(khối đế) ở chế độ:

- Phát dạng sin (công tắc FUNCTION ở vị trí vẽ hình sin), tần số 1Hz (công tắc RANGE ở vị trí 1K và chỉnh bổ sung biến trở chỉnh tinh FREQUENCY)

- Biên độ ra 50mV (chỉnh biến trở biên độ AMPLITUDE)

2.2.2 Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký kênh 1 ở 50m V cm và kênh 2 ở 2V cm, thời gian quét của dao động ký ở 1ms cm

Chỉnh cho cả 2 tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn dao

động ký để dịch tia theo chiều X, Y để vị trí dễ quan sát

Nối kênh 1 dao động ký với điểm thế vào IN/A Nối kênh 2 dao động ký với điểm thế ra OUT/ C

2.2.3 Nối tín hiệu từ máy phát xung FUNCTION GENERATOR của thiết

bị chính với lối vào IN/A của mạch A2- 2

2.2.4 Nối các chốt theo bảng A2-3 Nối J3 và không nối J7 ứng với mỗi

cấu hình nối, vẽ dạng xung và đo biên độ, mặt tăng của xung ra Chú ý J = 1 biểu thị có nối, J = 0 - không nối Ghi kết quả vào bảng A2-3

2.2.6 Giải thích nguyên nhân làm thay đổi hệ số khuếch đại cho mỗi kiểu

nối trong bảng A2-3

2.3 Đo đặc tr−ng tần số của bộ khuếch đại:

2.3.1 Sử dụng máy phát xung ngoài có tần số xung sin cực đại ∼ 10MHz,

đặt biên độ xung ra ∼ 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A sơ đồ hình A2- 2

2.3.2 Sơ đồ hình A2- 2 nối theo kiểu 1 của bảng A2- 3

2.3.3 Thay đổi tần số xung vào theo bảng A2- 4, đo biên độ xung ra ứng

với mỗi tần số Ghi kết quả vào bảng A2- 4

2.4 Khuếch đại xoay chiều (Ac) transistor với mạch phản hồi âm cho tầng

khuếch đại emitter chung

Học viên hiểu được nguyên tắc khuếch đại có phản hồi âm của transistor trong sơ đồ mắc kiểu emitter chung

- Biên độ ra 50mV (chỉnh biến trở biên độ AMPLITUDE)

2.4.3 Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký kênh 1 ở 50m V cm và kênh 2 ở 2V cm, thời gian quét của dao động ký ở 1ms cm Chỉnh cho cả 2 tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn dao động ký

Nối kênh 1 dao động ký với điểm thế vào IN/A Nối kênh 2 dao động ký với điểm thế ra OUT/ C

2.4.4 ảnh hưởng phản hồi âm lên hệ số khuếch đại

2.4.4.1 Nối J5 Các chốt J3, J6 không nối Các chốt còn lại nối theo bảng

A2-5 cho sơ đồ hình A2-2 ứng với mỗi bước nối, vẽ dạng xung và đo biên độ xung vào và xung ra (chú ý, J = 1 biểu thị có nối ; J = 0 - không nối)

2.4.4.2 Tính hệ số khuếch đại thế K = Ura/ Uvào cho mỗi bước và ghi vào bảng A2-5

2.4.5.1 Nối hệ như kiểu 1 trong bảng A2-5

Sử dụng máy phát xung ngoài có tần số xung sin cực đại ∼ 10MHz, đặt biên

độ xung ra ∼ 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A sơ đồ hình A2-2

2.4.5.2 Thay đổi tần số xung vào theo bảng A2-6, đo biên độ xung ra ứng

với mỗi tần số cho kiểu không phản hồi (nối J1, J5, J7) và có phản hồi (nối J2, J4, J5) Ghi kết quả vào bảng A2-6

2.4.5.3 Biểu diễn kết quả sự phụ thuộc hệ số khuếch đại vào tần số cho hai

trường hợp có phản hồi âm và không có phản hồi âm

2.4.6 ảnh hưởng phản hồi âm lên tổng trở vào:

2.4.6.1 Nối sơ đồ hình A2-2 như kiểu 1 trong bảng A2-5 (không phản hồi

âm - Nối J5, J1, J7) Máy phát của thiết bị chính ở chế độ phát xung sin ở tần số 1KHz, biên độ 200mV

Đo biên độ xung ra máy phát Uf(0) khi chưa nối máy phát vào điểm IN/A của sơ đồ hình A2-5 Ghi kết quả vào bảng A2-7

Cắm chốt máy phát vào điểm A Cấp tín hiệu cho sơ đồ hình A2-2 Đo biên độ xung vào Ufvào(1) Ghi kết quả vào bảng A2-7

2.4.6.2 Nối cho trường hợp có phản hồi âm 1 + 2 (nối J2, J4, J5) Máy

phát của thiết bị chính ở chế độ phát xung sin ở tần số 1KHz, biên độ 200mV

Đo biên độ xung ra máy phát Uf(0) khi chưa nối máy phát vào điểm IN/A của sơ đồ hình A2-2B Ghi kết quả vào bảng A2-7

Cắm chốt máy phát vào điểm A Cấp tín hiệu cho sơ đồ A2-2B Đo biên độ xung vào Ufvào(1) Ghi kết quả vào bảng A2-7

Bảng A2-7

Kiểu Trạng thái J1 J2 J4 J5 J7 J8 Uf(0) Uf V(1)

) 1 ( ) 0 (

) 0 (

v v

f v i

Uf Uf

R Uf R

Từ giá trị đo, tính điện trở vào Ri của hệ khuếch đại cho hai trường hợp với

điện trở nội của máy phát Rf = 500Ω

2.4.6.3 Kết luận về vai trò của mạch phản hồi âm đối với một số đặc

trưng của sơ đồ khuếch đại emitter chung

3 sơ đồ collector chung-tầng lặp lại emitter dùng

transistor

Nhiệm vụ:

Sinh viên hiểu được nguyên tắc lặp lại emitter và sơ đồ Darlington

Các bước thực hiện:

3.1 Đo hệ số khuếch đại dòng

3.1.1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2- 3a

3.1.2 Mắc các đồng hồ đo:

- Đồng hồ đo dòng base của transistor: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của

mạch A2-3 với đồng hồ đo dòng hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 2mA

- Đồng hồ đo dòng emitter của transistor : Đặt các công tắc của bộ đo hiện

số DIGITAL V-A METER của thiết bị chính ở chế độ đo dòng (A) và khoảng đo

ở 20mA Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A2- 3a với chốt E1và R5 để tạo mạch emitter cho T1

Chú ý: Cắm đúng phân cực nguồn và đồng hồ đo

3.1.3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị chính Vặn biến trở P1 để dòng qua

base transistor T1 ∼ 20àA

3.1.4 Thay đổi giá trị điện trở P1, do đó làm thay đổi dòng base transistor

T1 theo các lần đo cho trong bảng A2- 8 Ghi giá trị dòng chảy qua emitter của transistor vào bảng A2- 8

3.2.1 Đồng hồ đo dòng emitter của transistor : Đặt các công tắc của bộ đo

hiện số DIGITAL V-A METER của thiết bị chính ở chế độ đo dòng (A) và khoảng đo ở 200mA Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A2- 3 với chốt E2

và R5 để tạo mạch emitter cho T2

3.2.2 Sử dụng dây có chốt cắm để nối mạch hình A2-3 thành sơ đồ

Darlington:

Nối chốt E1 với B2

3.2.3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị chính (khối đế) Vặn biến trở P1 để

dòng qua base transistor ∼ 10àA

3.2.4 Thay đổi giá trị điện trở P1, làm thay đổi dòng base transistor T1 và

do đó T2 theo các kiểu cho trong bảng A2-9 Ghi giá trị dòng chảy qua emitter của transistor T2 vào bảng A2-9

)(

)(I I e2 I e1 I b2 I b1

- Biên độ ra 2V (chỉnh biến trở biên độ AMPLITUDE)

3.3.3 Nối lối vào IN mạch A2- 3 với lối ra máy phát tín hiệu

3.3.4 Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký kênh 1 ở 1V / cm, thời

gian quét của dao động ký ở 1ms cm

Chỉnh cho cả 2 tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn dao