Bài tập lớn môn kỹ thuật mạch mạch khuyếch đại

Trang 1

PHẦN I :

LÝ THUYẾT TỔNG QUANCHƯƠNG 1:CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

1.1 Điện trở sử dụng điện trở 4 vòng màu và 5 vòng màu

Trang 2

Khoa CNKT Diện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – k4

1.4.2/C2383

1.4.3/ C1815

Trang 4

1.4.6 D718

Trang 5

1.5 IC 4558

Bài Tập Lớn Môn Kỹ Thuật Mạch Page 5

Trang 6

CHƯƠNG 2:

MẠCH KHUYẾCH ĐẠI THÔNG DỤNG

2.1 Khái niệm về mạch khuếch đại:

Mạch khuyếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạchkhuyếch đại âm tần trong Cassete, Ampli, khuyếch đại tín hiệu video trong Ti vimầu v.v

Có ba loại mạch khuyếch đại chính là :

 Khuyếch đại về điện áp : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu

ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần

 Mạch khuyếch đại về dòng điện : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có cường độyếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiềulần

 Mạch khuyếch đại công xuất : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có công xuất yếuvào, đầu ra ta thu được tín hiệu có công xuất mạnh hơn nhiều lần, thực ra mạchkhuyếch đại công xuất là kết hợp cả hai mạch khuyếch đại điện áp và khuyếch đạidòng điện làm một

2.2 Ba cách mắc Transistor cơ bản

2.2.1 Transistor mắc theo kiểu E chung

Hình: 2.1

Trang 7

Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua

tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy

ra trên cực C, mạch có sơ đồ như sau :

Rg : là điện trở ghánhRđt : Là điện trở định thiênRpa : Là điện trở phân áp

Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ratrên cực C

 Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung

 Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao chođiện ápUCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc

 Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiềulần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp

 Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng khôngđáng kể

 Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áptín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rgtăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầuvào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược phavới tín hiệu đầu vào Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứngdụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử

2.2.2 Transistor mắc theo kiểu C chung

Hình: 2.2

Trang 8

– Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào masshoặc dương nguồn Lưu ý : về phương diện xoay chiều thì dương nguồntương đương với mass, tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

– Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy

ra trên cực E

 Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

 Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối

BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng baonhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu rabằng biên độ tín hiệu vào

 Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện ápvào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp racũng giảm

 Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tínhiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE

sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả

sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệuđầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiềulần so với tín hiệu vào

 Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếchđại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta

Trang 9

thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn ápnguồn ( ta sẽ tìm hiểu trong phần sau )

2.2.3 Transistor mắc theo kiểu B chung

– Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C

, chân B được thoát mass thông qua tụ

– Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế.

– Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch

đại về dòng điện

2.3 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại

Các chế độ hoạt động của mạch khuyếch đại là phụ thuộc vào chế độ phân cựccho Transistor, tuỳ theo mục đích sử dụng mà mạch khuyếch đại được phân cực để

KĐ ở chế độ A, chế độ B , chế độ AB hoặc chế độ C

Là các mạch khuyếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giống với tín hiệu ngõ vào

Hình: 2.4

Hình: 2.5

Trang 10

Mạch khuyếch đại chế độ A khuyếch đại cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ vào

 Để Transistor hoạt động ở chế độ A, ta phải định thiên sao cho điện áp UCE

~ 60% ÷ 70% Vcc * Mạch khuyếch đại ở chế độ A được sử dụng trong cácmạch trung gian như khuyếch đại cao tần, khuyếch đại trung tần, tiềnkhuyếch đại v v

2.3.2 Mạch khuyếch đại ở chế độ B

Mạch khuyếch đại chế độ B là mạch chỉ khuyếch đại một nửa chu kỳ củatín hiệu, nếu khuyếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuyếch đạibán kỳ âm ta dùng transistor PNP, mạch khuyếch đại ở chế độ B không có địnhthiên

Mạch khuyếch đại ở chế độ B chỉ khuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào

* Mạch khuyếch đại chế độ B thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại côngxuất đẩy kéo như công xuất âm tần, công xuất mành của Ti vi, trong các mạch côngxuất đẩy kéo , người ta dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp , mỗi đèn sẽkhuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu, hai đèn trong mạch khuyếch đại đẩy kéophải có các thông số kỹ thuật như nhau

* Mạch khuyếch đại công xuất kết hợp cả hai chế độ A và B

Trang 11

Hình: 2.7

Trang 12

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4Mạch khuyếch đại công xuất Ampli có : Q1 khuyếch đại ở chế độ A, Q2 và Q3khuyếch đại ở chế độ B, Q2 khuyếch đại cho bán chu kỳ dương, Q3 khuyếch đại chobán chu kỳ âm.

2.3.3 Mạch khuyếch đại ở chế độ AB

Mạch khuyếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuyếch đại ở chế độ B , nhưng cóđịnh thiên sao cho điện áp UBE sấp sỉ 0,6 V, mạch cũng chỉ khuyếch đại một nửachu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuyếch đại chế

độ B, mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công xuất đẩy kéo

2.3.4 Mạch khuyếch đại ở chế độ C

Là mạch khuyếch đại có điện áp UBE được phân cự ngược với mục đích chỉ lấy tínhiệu đầu ra là một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào, mạch này thường sử dụng trongcác mạch tách tín hiệu : Thí dụ mạch tách xung đồng bộ trong ti vi màu

Hình: 2.8

Hình: 2.9

Trang 13

Ứng dụng mạch khuyếch đại chế độ C trong mạch tách xung đồng bộ Ti vi màu.

2.4 Các kiểu ghép tầng

Khái niệm về ghép tầng : Một thiết bị điện tử gồm có nhiều khối kết hợp lại, mỗikhối lại có nhiều tầng khuyếch đại được mắc nối tiếp với nhau và khi mắc nối tiếpthường sử dụng một trong các kiểu ghép sau :

Mạch khuyếch đại đầu từ - có hai tầng khuyếch đại được ghép với nhau qua tụ điện

Ở trên là sơ đồ mạch khuyếch đại đầu từ trong đài Cassette, mạch gồm hai tầngkhuyếch đại mắc theo kiểu E chung, các tầng được ghép tín hiệu thông qua tụ điện,người ta sử dụng các tụ C1 , C3 , C5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều đi qua

và ngăn áp một chiều lại, các tụ C2 và C4 có tác dụng thoát thành phần xoay chiều

từ chân E xuống mass, C6 là tụ lọc nguồn

Ưu điểm của mạch là đơn giản, dễ lắp do đó mạch được sử dụng rất nhiều trong thiết

bị điện tử, nhược điểm là không khai thác được hết khả năng khuyếch đại củaTransistor do đó hệ số khuyếch đại không lớn

Ở trên là mạch khuyếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị

số từ 1µF ÷ 10µF

Trang 14

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4Trong các mạch khuyếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanôFara.

2.4.2 Ghép tầng qua biến áp

* Sơ đồ mạch trung tần tiếng trong Radio sử dụng biến áp ghép tầng:

Tầng Trung tần tiếng của Radio sử dụng biến áp ghép tầng

Ở trên là sơ đồ mạch trung tần Radio sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu racủa tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau

Ưu điểm của mạch là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được

tối ưu hệ số khuyếch đại , hơn nữa cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ

để cộng hưởng khi mạch khuyếch đại ở một tần số cố định

Nhược điểm : nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chếtạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích

2.4.3 Ghép tầng trực tiếp

Hình: 2.11

Hình: 2.12

Trang 15

* Kiểu ghép tầng trực tiếp thường được dùng trong các mạch khuyếch đại công xuất

âm tần Mạch khuyếch đại công xuất âm tần có đèn đảo pha Q1 được ghép trực tiếpvới hai đèn công xuất Q2 và Q3

Hình: 2.13

Trang 16

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4

CHƯƠNG 3:

MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

3.1 Mạch khuếch đại vi sai

Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp cóthể được nhân với một vài hằng số nào đó Các hằng số này xác định nhờ các điệntrở

Tổng trở vi sai Zin (giữa 2 chân đầu vào) = R1 + R2

Hệ số khuếch đại vi sai:

3.2 Mạch khuếch đại đảo

Trang 17

Dùng để đổi dấu và khuyếch đại một điện áp (nhân với một số âm)

 Zin = Rin (vì V − là một điểm đất ảo)

vào giữa đầu vào không đảo và đất mặc dù đôi khi không cần thiết lắm,nhưng nó sẽ giảm thiểu sai số do dòng định thiên đầu vào

3.3 Mạch khuếch đại không đảo

Dùng để khuyếch đại một điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1)

 (thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 MΩđến 10 TΩ Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào có thể được xem nhưcao hơn, do ảnh hưởng của mạch hồi tiếp.)

 Một điện trở thứ ba, có giá trị bằng , được thêm vào giữa nguồn tín

hiệu vào Vin và đầu vào không đảo trong khi thực ra không cần thiết, nhưng

nó sẽ làm giảm thiểu những sai số do dòng điện định thiên đầu vào

3.4 Mạch theo điện áp

Hình: 3.3

Trang 18

Được sử dụng như một bộ khuếch đại đệm, để giới hạn những ảnh hưởng của tải hay

để phối hợp tổng trở (nối giữa một linh kiện có tổng trở nguồn lớn với một linh kiệnkhác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp âm sâu, mạch này có khuynh hướngkhông ổn định khi tải có tính dung cao Điều này có thể ngăn ngừa bằng cách nốivới tải qua 1 điện trở

(thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 MΩ đến

Trang 19

 Nếu

 Ngõ ra sẽ đổi dấu

 Tổng trở đầu vào Z n = R n , cho mỗi đầu vào (V − xem như điểm đất ảo)

3.6 Mạch tích phân

Mạch này dùng để tích phân (có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian

(Trong đó, Vin và Vout là các hàm số theo thời gian, Vinitial là điện áp ngõ ra của mạch tích phân tại thời điểm t = 0.)

 Lưu ý rằng cấu trúc của mạch này cũng được xem là mạch lọc thông thấp,một dạng của mạch lọc tích cực

3.7 Mạch vi phân

Hình: 3.6

Hình: 3.7

Trang 20

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4Mạch này để lấy vi phân (có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian.

(Trong đó, Vin và Vout là các hàm số theo thời gian)

Lưu ý rằng cấu trúc của mạch này có thể xem như một mạch lọc thông thượng, mộtdạng của mạch lọc tích cực

- Một mạch khuếch đại vi sai căn bản ở trạng thái cân bằng có dạng:

Hình: 3.8

Trang 21

- Có 2 phương pháp lấy tín hiệu ra:

 Phương pháp ngõ ra vi sai: Tín hiệu được lấy ra giữa 2 cực thu

 Phương pháp ngõ ra đơn cực: Tín hiệu được lấy giữa một cực thu và mass

- Mạch được phân cực bằng 2 nguồn điện thế đối xứng (âm, dương) để có các điện

thế ở cực nền bằng 0 volt

- Người ta phân biệt 3 trường hợp:

4.1 Tín hiệu vào cùng biên độ và cùng pha (v1 = v2 )

- Do mạch đối xứng, tín hiệu ở ngõ ra va = vb

 Như vậy: va = AC v1

vb = A c v2

 Trong đó AC là độ khuếch đại của một transistor và được gọi là độ lợi cho tín

hiệu chung (common mode gain)

- Do v1 = v2 nên va = vb Vậy tín hiệu ngõ ra vi sai: va - vb =0

4.2.

Tín hiệu vào có dạng vi sai

- Lúc này v1 = -v2 (cùng biên độ nhưng ngược pha)

- Lúc đó: va = -v b

- Do v1 = -v2 nên khi Q1 chạy mạnh thì Q2 chạy yếu và ngược lại nên v = vb

- Người ta định nghĩa:

va - v b = A VS( v1 - v 2 ) Bài Tập Lớn Môn Kỹ Thuật Mạch Page 21

Hình: 4.1

Trang 22

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4Av: được gọi là độ lợi cho tín hiệu vi sai (differential mode gain) Như vậy ta thấyvới ngõ ra vi sai, mạch chỉ khuếch đại tín hiệu vào vi sai (khác nhau ở hai ngõ vào)

mà không khuếch đại tín hiệu vào chung (thành phần giống nhau)

 Lựa chọn thật kỹ linh kiện

 Giữ dòng điện phân cực nhỏ để sai số về điện trở tạo ra điện thế vi sai nhỏ

 Thiết kế CMRR (tỉ số nén đồng pha) có trị số thật lớn

CMRR= Avs: Độ lợi điện áp vi sai

Av Avs

Trang 23

Av: Độ lợi điện áp đồng pha

 Thêm biến trở R'E để cân bằng dòng điện phân cực

 Chế tạo theo phương pháp vi mạch

CHƯƠNG 5 CÁC LOẠI MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN

5.1 OTL (Output Transformer Less)

a Đặc điểm

Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V)

Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đối xứng nên điện thếđiểm giữa ra loa bằng nửa nguồn

Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co

b Ưu điểm

Âm thanh đạt chất lượng cao hơn do đáp tuyến tần số rộng ,

Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ kí sinh của biến áp

Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so vớikhi dùng biến áp ngõ ra

c Khuyết điểm

Hình: 4.2

Trang 24

Khoa CNKT Điện Tử Viễn Thông Lớp DHLT – K4Phải chỉnh điện thế DC của điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn cung cấp thì tín hiệungõ ra mới không bị méo Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor

bổ phụ thì dễ gây méo phi tuyến.Tín hiệu ra bị méo ở tần số thấp do tụ Cout gây ra(do tụ Cout không thể tiến tới vô cùng)

5.2 OCL (Output Capicitor Less )

a Đặc điểm

Được cấp nguồn đối xứng +Vcc & –Vcc nên điện thế điểm giữa bằng 0

Tín hiệu vào mạch khuếch đại trực tiếp không cần qua tụ

Không có tụ Co ở ngõ ra loa

b Ưu điểm

Khả năng chống nhiễu tốt do dùng kiểu khuyếch đại vi sai ở ngõ vào

Đáp tuyến tần số rộng do không dùng tụ và biến thế ngõ ra

Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OTL

Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OCL

Trang 25

PHẦN II: THI CÔNG

1.SƠ ĐỒ KHỐI:

Trang 26

3.2 Tầng tiền khuếch đại

Là tầng đầu tiên tín hiệu đi vào, có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thế

thấp thành tín hiệu cường độ cao hơn để ghép vào tầng khuyếch đại điện thế

(đây là mạch khuếch đại biến điện thế thành cường độ) Do đó tín hiệu phải

trung thực, nguồn cấp điện phải được lọc kỹ để khỏi ảnh hưởng tới tín hiệu tại

tầng này

3.3 Tầng thúc

Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào, chuyển đổi tín hiệu từ

ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để cung cấp cho tầng

khuếch đại công suất

3.4 Tầng khuếch đại công suất

Tầng Vi Sai Tầng Thúc Tầng Công Suất

Khối Nguồn ( 35 V 

42 V) DC

Loa

Tín Hiệu Vào ( 1- 5 mV )

Mạch Tiền Khuếch Đại OPAMP

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	1,06 MB