Bài giảng Điện tử tương tự - Chương 1 ( GV. Lê Xuân Thành)

Định nghĩa mạch khuếch đạivào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặt dòng điện và điện áp một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng ra I0, U0 đặc

BÀI GIẢNG MÔN

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Điện thoại/E-mail: 01655.111.888/thanhqn80@gmail.com

NỘI DUNG MÔN HỌC

 ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN

1.1 Định nghĩa mạch khuếch đại

 Khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng lượng một chiều của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thành năng lượng xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào, chứa đựng thông tin, làm cho tín hiệu ra lớn lên nhiều lần và không méo

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.

Iv

Mạch khuyếch đại

Nguồn cung cấp (EC)

1.1 Định nghĩa mạch khuếch đại

vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặt

dòng điện và điện áp một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng

ra (I0, U0) đặc trưng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chưa có tín hiệu vào

0

t

1.2 Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại

1.2.1 Hệ số khuếch đại

I U

Z 

1.2 Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại

1.2.3 Méo tần số

C

0 C

t

0 t

K

K M

; K

(b) 0

K0

1.2 Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại

1.2.4 Méo không đường thẳng (méo phi tuyến)

gây ra thể hiện trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không

% U

) U

U U

1

2 1 2 2

3

2 2

2.1 Nguyên tắc chung phân cực tranzito

phải thoả mãn điều kiện thích hợp

cần có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc-phát luôn phân cực thuận, chuyển tiếp gốc - góp luôn phân cực ngược

2.2 Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito

UBE  C  p

IP =(0,33).IBmax

2.2 Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito

Hình 1-7: Sơ đồ

cung cấp và ổn định

điểm làm việc nhờ

hồi tiếp âm dòng

điện một chiều qua

.), nghĩa là dòng I C0 ban đầu được giữ nguyên.

 Khi IC0 tăng do nhiệt độ tăng hay do độ tạp tán tham số của tranzito thì điện áp hạ trên RE(UE0=IE0.RE) tăng Vì điện áp UR2 lấy trên điện trở R2 hầu như không đổi nên điện áp UBE0 =

UR2 - UE0 giảm, làm cho IB0 giảm, do đó IC0không tăng lên được, tức là IC0 được giữ ổn định Nếu nhiệt độ giảm làm IC0 giảm thì nhờ mạch hồi tiếp âm dòng điện một chiều, UBE0lại tăng, làm cho IB0 tăng, IC0 tăng giữ cho IC0

 Hồi tiếp là việc thực hiện truyền tín hiệu từ đầu ra về đầu vào bộ khuếch đại

của nó và làm cho bộ khuếch đại có một số tính chất đặc biệt

Đầu ra Đầu vào

Hình 1-8: Sơ đồ khối bộ khuếch đại có hồi tiếp

K



nếu tỷ lệ với dòng điện ra ta có hồi tiếp dòng điện Có thể hồi tiếp hỗn hợp cả dòng điện và điện áp

hồi tiếp nối tiếp Khi điện áp hồi tiếp đặt tới đầu vào bộ khuếch đại song song với điện áp nguồn tín hiệu thì có hồi tiếp song song

hoặc song song, hồi tiếp dòng điện nối tiếp hoặc song song, hồi tiếp hỗn hợp nối tiếp hoặc song song

 Nếu khi hồi tiếp nối tiếp ảnh hưởng đến trị số điện áp vào bản thân bộ khuếch đại u y , thì khi hồi tiếp song song sẽ ảnh hưởng đến trị số dòng điện vào bộ khuếch đại Tác dụng của hồi tiếp có thể làm tăng, khi  K +   = 2n, hoặc giảm khi  +  = (2n +1). (n là số nguyên dương) tín hiệu tổng hợp ở đầu vào bộ khuếch đại được gọi là hồi tiếp dương và tương ứng gọi là hồi tiếp âm.

 Hồi tiếp âm cho phép cải thiện một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại, vì thế nó được dùng rất rộng rãi.

Hình 1-9: Một số mạch hồi tiếp thông dụng:

a Hồi tiếp nối tiếp điện áp

b Hồi tiếp dòng điện

c Hồi tiếp song song điện áp

Rn

ur RtK

 Khi 1 > K. > 0 thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp K ht lớn hơn hệ số khuếch đại của bản thân bộ khuếch đại K Đó chính là hồi tiếp dương, Uht đưa tới đầu vào bộ khuếch đại cùng pha với điện áp vào U v , tức là U y = U v +U ht Vậy U r = K.(U v + U ht ) > K.U v K ht >K

 Trường hợp K.  1 (khi hồi tiếp dương) đặc trưng cho điều kiện tự kích của bộ khuếch đại Lúc này đầu ra của bộ khuếch đại xuất hiện một phổ tần số không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào Với trị số phức K và  bất đẳng thức K.  1 tương ứng với điều kiện tự kích ở một tần số cố định và tín hiệu ở đầu ra gần với dạng hình sin.

Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp

U

U

K 

ht V

U  

r

ht r

V r

Y

U

U U

U U

1 1

ht r

u u

 Khi K.<0 thì:

Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp

U

U

K 

ht V

U  

r

ht r

V r

Y

U

U U

U U

1 1

ht r

u u

 Sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn 1 + K. lần so với khi không hồi tiếp Độ ổn định hệ số khuếch đại sẽ tăng khi tăng độ sâu hồi tiếp.

Mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp

 Nếu hệ số khuếch đại K lớn và hồi tiếp âm sâu thì thực tế có thể loại trừ sự phụ thuộc

của hệ số khuếch đại vào sự thay đổi các tham số trong bộ khuếch đại Khi đó:

 Ý nghĩa vật lý của việc tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm là ở chỗ khi thay đổi hệ số khuếch đại K thì điện áp hồi tiếp sẽ bị thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp Uy theo hướng bù lại sự thay đổi điện áp ra của bộ khuếch đại Giả sử khi giảm K do sự thay đổi tham số bộ khuếch đại sẽ làm cho

Uht giảm và Ur giảm, điện áp Uy = Uv - Uht tăng dẫn đến Ur tăng, chính là ngăn cản sự giảm của hệ số khuếch đại K

 Tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại bằng hồi tiếp âm được dùng rộng rãi để cải thiện đặc tuyến biên độ, tần số của bộ khuếch đại nhiều tầng ghép điện dung Vì ở miền tần số thấp

và cao hệ số khuếch đại bị giảm Tác dụng hồi tiếp âm ở miền tần số kể trên sẽ yếu vì hệ

số khuếch đại K nhỏ và sẽ dẫn đến tăng độ khuếch đại ở giải biên tần và mở rộng giải thông f của bộ khuếch đại

trong bộ khuếch đại

f

Ku

KuhtK

f

fht0

Hình 1-10: ảnh hưởng của hồi

tiếp âm đến đặc tuyến biên độ - tần số

 Thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng điện trở vào của bộ khuếch đại lên (1+K.) lần Điều này rất cần thiết khi bộ khuếch đại nhận tín hiệu từ bộ cảm biến có điện trở trong lớn hoặc bộ khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực.

thay đổi điện trở tải Rt

 Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu trên đầu vào bộ khuếch đại (Uy hay Iy) và do đó

đại

điện nối tiếp làm ổn định dòng điện ra It, tăng điện trở ra Rrht

4.1 Tầng khuếch đại phát chung (EC)

do đó xuất hiện dòng xoay chiều cực góp ở mạch ra của tầng Dòng này gây hạ áp xoay chiều trên điện trở RC Điện áp đó qua tụ CP2 đưa đến đầu ra của tầng tức là tới Rt

với chế độ một chiều và phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ

Hình 1-12: Tầng khuếch đại E chung

IV CP1

UBE

T

+EC

IP

4.1 Tầng khuếch đại phát chung (EC)

0 0

0 0

0 ( 1 ) ( ) C C ( ).( 1 ) C ( ) C

C B

I         





4.1 Tầng khuếch đại phát chung (EC)

+EC

IP

4.1 Tầng khuếch đại phát chung (EC)

K   R r R C // ( )r E C

4.2 Tầng khuếch đại góp chung (CC)

Hình 1-15: a Sơ đồ tầng khuếch đại CC; b Sơ đồ thay thế

R r ).(

1 ( r

rV  B    E  E

).

R //

R ).(

1 //(

R //

t E u

R R

R //

R ).

1 (

1 n B E E

1

R //

R //

R r r //(

4.3 Tầng khuếch đại gốc chung (BC)

R

R //

R

V n

t

C u

R R

R //

R

C

R  // ( ) 

 Tầng đảo pha dùng để khuếch đại tín hiệu và cho ra hai tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng pha lệch nhau 1800.

Hình 1-17: a) Sơ đồ tầng đảo pha b) c) d) Biểu đồ thời gian

UC0

c)

d)

b) V

n

1 t C

u

RR

)R//

R(

K

V n

2 t E

u

RR

)R//

R()

1(

6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

khi thay đổi nhiệt độ và do tính tản

mạn của tham số tranzito

 Tụ CS dùng để khử hồi tiếp âm dòng

xoay chiều

vào

DS r

I  

6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

 Điểm làm việc tĩnh P dịch chuyển theo đường

tải một chiều sẽ qua điểm A và B

 Đối với điểm A: IDS = 0, UDS = +ED

 Đối với điểm B: UDS=0, ID = ED/(RD+RS)

 Điện trở tải xoay chiều: Rt= RD//Rt

 Trong bộ khuếch đại nhiều tầng thì tải của

tầng trước chính là mạch vào của tầng sau có

điện trở vào RV đủ lớn Trong những trường

hợp như vậy thì tải xoay chiều của tầng xác

định chủ yếu bằng điện trở RD được chọn tối

thiểu cũng nhỏ hơn RV một bậc nữa Chính vì

vậy đối với tầng tiền khuếch đại thì độ dốc

của đường tải xoay chiều (đường C-D) không

khác lắm so với đường tải một chiều và trong

nhiều trường hợp người ta coi chúng như là

IDMax

Ur

UGS

Hình 1-19: b) Đồ thị xác định chế độ tĩnh

6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

 Khảo sát trường hợp:

 Trị số và cực tính của điện áp trên điện trở RS

là do dòng điện IS0=ID0 chảy qua nó quyết

định:

 Điện trở RG để dẫn điện áp UGS0 lấy trên RS

lên cực cửa G của FET Điện trở RG phải

chọn nhỏ hơn điện trở vào Điều này rất cần

thiết để loại trừ ảnh hưởng của tính không ổn

định theo nhiệt độ và tính tản mạn của các

tham số mạch vào đến điện trở vào của tầng

Trị số RS thường chọn từ (15)M)M

 Điện trở RS còn tạo ra hồi tiếp âm dòng điện

một chiều trong tầng, ngăn cản sự thay đổi

dòng I nên ổn định chế độ tĩnh của tầng

) R R

( I E

6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

 Trị số RD có ảnh hưởng đến đặc tính tần số

của tầng, nó được tính theo tần số trên của

giải tần Với quan điểm mở rộng dải tần thì

phải giảm RD Sau khi đã chọn điện trở trong

của tranzito ri, thì ta có thể chọn

RD=(0,05)M0,15)M).ri

 Việc chọn điện áp cũng theo những điều kiện

giống như điện áp UE0 trong tầng EC, nghĩa là

tăng điện áp sẽ làm tăng độ ổn định của điểm

làm việc tĩnh do RS tăng, tuy nhiên khi đó cần

tăng ED Vì thế thường chọn trong khoảng

0 0

R R

R E

R I U

U

U

G

G D

S D G

S GS

G D

R U

U

R E





0 0

1

.

D D S

DS

9 , 0 7 , 0

R I U

E D 0 D 0 D D







6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

 Sơ đồ thay thế dựa trên cơ sở sử dụng nguồn

dòng ở mạch ra

 Điện trở RD, Rt mắc song song ở mạch ra xác

định tải xoay chiều Rt~=RD//Rt

 Điện trở R1, RG cũng được mắc song song

 Vì điện trở vào thường lớn hơn điện trở nhiều,

nên điện áp vào của tầng coi như bằng E Hình 1-20: Sơ đồ tương đương thay thế tầng S chung

 Hệ số khuyếch đại điện áp ở tầng tần số trung bình:

 Có thể vẽ sơ đồ thay thế tầng SC với nguồn điện áp (hình b)

6.1 Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)

 Trong trường hợp nếu tầng SC là tầng

khuyếch đại trong bộ khuyếch đại nhiều

 Khi chuyển sang miền tần số cao thì phải chú ý đến điện dung vào và ra của tầng, nghĩa

là cần chú ý đến điện dung giữa các điện cực CGS và CGD của tranzito, cũng như điện dung lắp ráp mạch vào CL (Điện dung của linh kiện và dây dẫn mạch vào đối với cực âm của nguồn cung cấp)

D V

V R // R

R 

D i

D

6.2 Tầng khuếch đại cực máng chung (DC)

 Tải một chiều của tầng là RS, còn tải xoay chiều là: Rt=RS//Rt

 Đối với tầng DC điện áp ra tải trùng pha với điện áp vào:

 Hệ số khuếch đại Ku phụ thuộc vào độ hỗ dẫn của tranzito và tải xoay chiều Rt~ của tầng

Hệ số khuếch đại tiến tới 1 khi tăng S và Rt~ Vì vậy đối với tầng DC nên dùng tranzito

Hình 1-21: Tầng khuếch đại cực máng chung

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Sơ đồ tương đương.

Ur

GS V

) //

( GS i t~

U 

) //

.( i t~

t GS

R r S

ri

6.2 Tầng khuếch đại cực máng chung (DC)

 Thay S=/ri:

 Mạch vào của sơ đồ thay thế hình 1-21b gồm ba phần tử giống nhau

 Điện trở ra của tầng DC nhỏ hơn tầng SC, và vào khoảng (1003000):

Hình 1-21: Tầng khuếch đại cực máng chung

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Sơ đồ tương đương.

.

t i

t u

R r

R K

t

R r

R U

Hình 1-22: Sơ đồ khối bộ khuếch đại nhiều tầng

) (

) (

.

.

1

2 1

2

2 1

dB K

dB K

dB K

K K

K U

U U

U E

U E

U K

N

N

u u

u

u u

u VN

rN V

r n

ra n

t u

8.1 Mạch khuếch đại Đarlingtơn

1

V 1

2 u

r

R

K

2





2 V

C

2 u

u

r

R

K

K

K

2 1









8.3 Mạch khuếch đại giải rộng

8.4 Mạch khuếch đại cộng hưởng (chọn lọc)

Hình 1-32: Tầng khuếch đại cộng hưởng dùng Tranzito trường

2 2

1

f C

L

1 C

L

1





9.1 Đặc điểm chung và yêu cầu của tầng khuếch đại công suất

 Tầng khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ khuếch đại, có tín hiệu vào lớn Nó có nhiệm vụ khuếch đại cho ra tải một công suất lớn nhất có thể được Với độ méo cho phép vào bảo đảm hiệu suất cao.

 Do khuếch đại tín hiệu lớn, tranzito làm việc trong miền không tuyến tính nên không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để nghiên cứu mà phải dùng phương pháp đồ thị.

 Các tham số cơ bản của tầng khuếch đại công suất là:

V

r p

9.1 Đặc điểm chung và yêu cầu của tầng khuếch đại công suất

dòng tĩnh luôn lớn hơn biên độ dòng điện ra nên méo nhỏ nhưng hiệu suất rất thấp - chỉ dùng khi yêu cầu công suất ra nhỏ

này dòng tĩnh bé hơn chế độ A nên hiệu suất cao hơn Điểm làm việc của chế độ AB gần khu vực tắt của tranzito

tĩnh bằng không nên hiệu suất cao

khuếch đại kiểu đẩy kéo mà ta sẽ xét sau đây

trong các mạch khuếch đại cao tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng hài mong muốn và để có hiệu suất cao

vào điều khiển khi tranzito thông bão hoà là khoá đóng, dòng IC đạt cực đại, còn khoá mở khi tranzito tắt, dòng IC = 0

9.1 Đặc điểm chung và yêu cầu của tầng khuếch đại công suất

Hình 1-33: Minh họa chế độ công tác của tầng khuếch đại công suất a) Đặc tuyến truyền đạt của Tranzito

b) Đặc tuyến ra của Tranzito c) Dòng điện ra ứng với các chế độ khi điện áp vào là sin

PCma

x

Khu vực bão hoà

9.2 Tầng khuếch đại công suất chế độ A

Hình 1-34: Tầng khuếch đại công suất chế độ A mắc phát chung

a) Sơ đồ b) Minh hoạ dạng tín hiệu trên họ đặc tuyến ra

9.3 Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp

9.3 Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp

9.3 Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp

 Để tránh méo do tính không đường thẳng đoạn đầu đặc tuyến vào tranzito khi dòng cực gốc

bé ta cho tầng làm việc ở chế độ AB Khi đó cần có điện áp UBE và IB0 ban đầu (nhờ có R1,

R2) ở chế độ này UBE0, IB0, IC0 bé nên các công thức dùng cho chế độ B vẫn đúng

UBE

IB

ib1

ib20

T2

T1

Hình 1-37: ảnh hưởng độ không đường thẳng

của đặc tuyến vào Tranzito đến méo dạng tín

9.4 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp

9.4 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp

9.4 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp

Hình 1-41: Tầng khuyếch đại đẩy kéo nối tiếp và tầng kích

a) Dùng tranzito khác loại; b) Dùng tranzito Đarlington khác loại.