Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Mạch chức năng trong kỹ thuật viễn thông

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Mạch chức năng trong kỹ thuật viễn thông trình bày các nội dung: Các mạch chứa phần tử phi tuyến, mạch nhân tương tự, mạch điện tử logarit, mạch tạo dao động. Mời các bạn cùng tham khảo.

Tr ườ ng Đ i H c Công Ngh   ạ ọ ệ

thuéc vµo biÕn sè.

phæ cña tÝn hiÖu, t o t n s ạ ầ ố

 Các đ nh lu t Kirchhoff v n đúng cho m ch  ị ậ ẫ ạ phi tuy n m t chi u và xoay chi u ế ộ ề ề

4

Các ph ươ ng pháp gi i  ả

các bài toán v  m ch phi tuy n ề ạ ế

1 Ph ươ ng pháp đ  th ồ ị

2 Ph ươ ng pháp s   ố

5

Các ph ươ ng pháp gi i  ả

các bài toán v  m ch phi  ề ạ

tuy n ế

1 Ph ươ ng pháp đ  th :  ồ ị t  các đ c tuy n c a  ừ ặ ế ủ

các phân t  ta v  đ c tuy n chung c a m ch sau  ử ẽ ặ ế ủ ạ

đó xác đ nh đi m làm vi c c a m ch theo các  ị ể ệ ủ ạ

đi u ki n c a bài toán ề ệ ủ

Phép l p càng l n thì hi u xn+1 – xn càng nh , do  ặ ớ ệ ỏ

đó bi u th c t ng quát c a đ o hàm càng đúng cho  ể ứ ổ ủ ạ

x càng nh

8

Gi i ả :

a/ Ph ươ ng trình đi n th  nút sau: ệ ế

10

N u: u4=20 ế N u: u4=­20 ế

Tuy nhiên khi u5 > 0 mà i5 < 0 thì vô lý đ i v i varistor ố ớ

V y ta có k t qu  sau: ậ ế ả

UAB = 55V và Px = 108.33W

11

b/ Gi  s  VD>VB: ả ử

V y VD ≤ VB và khi đó thì UAB < 0 lo i vì VA > VB ậ ạ

Do đó đi u ki n đ  bài không phù h p v i th c t ề ệ ề ợ ớ ự ế

12

Cho m ch đi n nh  hình v , v i R1=1k;  ạ ệ ư ẽ ớ

R2=2k; R3=3k;R4=4k.

Q là m t đèn quang đi n có anôt n i v i  ộ ệ ố ớ

đi m C, catôt n i v i đi m D. N u đi n th   ể ố ớ ể ế ệ ế anôt cao h n đi n th  catôt thì đèn m  i0 =  ơ ệ ế ở

10 mA đi qua, ng ượ ạ c l i thì đèn đóng, không 

có dòng đi qua. Hi u đi n th  đ t gi a A,B  ệ ệ ế ặ ữ

Diode K ch  cho dòng đi qua theo chi u t  C  ỉ ề ừ

đ n D. Diode có đ ế ườ ng đ c tr ng Vôn­ ặ ư

b) T ươ ng t  nh  câu 1 ta có: ự ư

Dòng qua Diode là i1 – i3 = 7 mA và UCD = 27,2 V 

>20V

15

Trong m ch c u  hình có các đi n tr  R1= 2  ;  ạ ầ ệ ở Ώ R2=4  ; R3= 1  ; X là m t varistor có i=kU2 Ώ Ώ ộ

a. V  đ ẽ ườ ng đ c tuy n Vôn­Ampe U= f(i) c a  ặ ế ủ varistor.  G i      là đi n tr  t c th i c a  ọ ệ ở ứ ờ ủ

varistor. Có th  nói gì v  đi n tr  này khi i bi n  ể ề ệ ở ế thiên t  0 đ n +∞ ừ ế

b. Bi t k= 0,25 (A/V2). Ng ế ườ i ta đi u ch nh hi u  ề ỉ ệ

đi n th  U0= UAD đ  c u cân b ng. Tính công  ệ ế ể ầ ằ

su t đi n P tiêu th  trên varistor ? Tính các dòng  ấ ệ ụ i1, i2 qua 2 nhánh và hi n đi n th  U ? ệ ệ ế

16

2. M ch nhân t ạ ươ ng t ự

a) M ch khu ch đ i thu t toán: ạ ế ạ ậ

b) Các m ch khu ch đ i thu t toán: ạ ế ạ ậ

M ch khu ch đ i thu t toán: ạ ế ạ ậ

Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồm ba phần:

1 Khuếch đại vi sai: Dùng khuếch đại tín hiệu vào, có đặc điểm là

khuếch đại nhiễu thấp, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.

3 Khuếch đại điện áp: Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao,

thường đầu ra đơn cực.

5 Khuếch đại đầu ra: Dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải

dòng lớn, trở kháng ra thấp, có các mạch chống ngắn mạch và

Mạch khuếch đại vi sai (m ch  ạ

tr ) ừ

• T ng tr  vi sai  ổ ở Zin (gi a 2 chân đ u vào) =  ữ ầ R1 + R2

•H  s  khu ch đ i vi sai:  N u  ệ ố ế ạ ế R1 = R2 và Rf = Rg,  

       Vout = A(V2 − V1) và 

      A = Rf / R1 20

Mạch khuếch đại đảo

Theo s  đ  m ch ta có:  ơ ồ ạ vo = ­A vi­  

Theo đ nh lu t Kirchhoff  dòng   ngõ vào đ o ị ậ ở ả :  i1= if + i­

Tuy nhiên, khu ch đ i lý t ế ạ ưở ng có tr  kháng ngõ vào  ở , i­ = 0. V y ậ :  i1= if 

  (vin – vi­)/ R1 = (vi­ ­ vo)/Rf  hay vin/R1 – vi­/R1 = vi­/Rf  ­ vo/Rf    

N u (lý t ế ưở ng) |A| =    thì –vo/A = 0. Và do đó , vi­ = 0  thì:       

       vin/R1 = ­vo/Rf  hay v0/ vin=Rf/R1  

(v0/ vin :đ  l i vòng kín, đ t kho ng 10; trong khi A: đ  l i vòng h  đ t 106  ộ ợ ạ ả ộ ợ ở ạ )

21

Ví dụ:

Cho m ch khu ch đ i thu t toán lý tạ ế ạ ậ ưởng nh  hình v , hãy ư ẽtính:

1. Giá tr  hi u d ng (rms) c a vo v i v­in = 1.5Vrmsị ệ ụ ủ ớ

2. Giá tr  hi u d ng c a dòng đi n qua đi n tr  25k  khi ị ệ ụ ủ ệ ệ ở Ω

vin=1.5Vrms, và

3. Đi n áp ngõ ra khi vin = ­0.6V dcệ

22

Mạch khuếch đại không đảo

Mạch khuếch đại theo áp

V i Rf = 0 và R1 =  ớ , vì v y, đ  l i vòng kín là  ậ ộ ợ vo/vin = 1 + Rf/R1 = 1. Đây là tr ườ ng h p đ c  ợ ặ

bi t c a m ch khu ch đ i không đ o, m ch  ệ ủ ạ ế ạ ả ạ

không khu ch đ i áp, ch  khu ch đ i dòng: v i  ế ạ ỉ ế ạ ớ v0 = vin 

25

Mạch cộng đảo

26

Áp d ng quy t c dòng đi n nút cho n ta có: ụ ắ ệ

Mạch vi phân

27

Ta có :

trong đó K = RhtC = τ g i là h ng s  vi phân c a m ch. ọ ằ ố ủ ạ

D u (­) nói lên Vout ngấ ược pha v i Vin.ớ

Gi  thi t: vin = vin sin tả ế ω

        ⇒ vout = ­RhtC vincos t = ­voutcos tω ω ω

H  s  khu ch đ i c a m ch K’ == ­vout/vin= RhtCệ ố ế ạ ủ ạ ω

v H  s  truy n đ t lý tệ ố ề ạ ưởng không ph  thu c vào t n s  và tr  ụ ộ ầ ố ị

s  các đi n áp vào ố ệ UX, UY nghĩa là k là m t h ng s ộ ằ ố

M ch nhân đi n áp và m ch nhân t ạ ệ ạ ươ ng đ ươ ng

v  M ch nhân đi n áp lý t ạ ệ ưở ng có tr  kháng vào hai  ở

c a ZVX, ZVY = ∞ và tr  kháng ra Zra = 0.  ử ở

v  H  s  truy n đ t lý t ệ ố ề ạ ưở ng không ph  thu c vào  ụ ộ

t n s  và tr  s  các đi n áp vào UX, UY ,ie, k=const ầ ố ị ố ệ

3. M ch đi n t  logarit ạ ệ ử

31

M ch nhân th c hi n b i m ch khu ch đ i lôga: dùng diod và ạ ự ệ ở ạ ế ạdùng transitor n i ki u diodố ể

Đi n áp đ u ra: UR =  1.ln( 2.UV) ta dùng:ệ ầ α α

Trong đó: IS là dòng đi n ng ệ ượ c bão hoà.

      UT là đi n th  nhi t KT/e0 ệ ế ệ

      m là h  s  hi u ch nh. 1 < m < 2 ệ ố ệ ỉ

      Uak là đi n áp đ t lên đi t ệ ặ ố

 H  s  h i ti p (dệ ố ồ ế ương) β=Uht/Ura

* Đi u ki n dao đ ng là s  d ng b  h i ti p dề ệ ộ ử ụ ộ ồ ế ương

*Đi u ki n cân b ng biên đ  và dao đ ng là: K.   ề ệ ằ ộ ộ β 1

*Đi u ki n cân b ng pha:ề ệ ằ φ = φκ + φβ = 2 nπ

k:góc l ch pha b  khu ch đ i

   : góc l ch pha b  h i ti p

a. M ch t o dao đ ng hình sin ạ ạ ộ : 

    ­ M ch t o dao đ ng sin ghép bi n áp.ạ ạ ộ ế

    ­ M ch t o sin ba đi m: Ba đi m đi n dung ạ ạ ể ể ệ Colpitts, Clapp; 

ba đi m đi n c m ể ệ ả Hartley.

    ­ M ch t o dao đ ng sin dùng RC trong khâu h i ti p và ạ ạ ộ ồ ế

   + M ch t o xung răng c a có thêm t ng khu ch đ i có h i ạ ạ ư ầ ế ạ ồ

ti p.T n s  dao đ ng ếầ ố ộ c a các m ch t o xung vuông và xung răng c a đ ủ ạ ạ ư ượ c tính theo 

th i gian phóng và n p c a t  đi n, t c là nó  ờ ạ ủ ụ ệ ứ ph  thu c vào giá tr  đi n dung  ụ ộ ị ệ

c a t  đi n  ủ ụ ệ và  giá tr  c a đi n tr  phóng n p ị ủ ệ ở ạ

L2 là cu n ghép l y đi n áp Uht,  ộ ấ ệ

C2 t  thoát, C4 là t  l y tín hi u  ụ ụ ấ ệ

ra

Đi u ki n cân b ng pha c n đ u cu n L1, L2 có c c cùng tên chéo nhau ề ệ ằ ầ ấ ộ ự

T n s  dao đ ng: ầ ố ộ

M ch t o sin ba đi m đi n c m ạ ạ ể ệ ả

T n s  dao đ ng: ầ ố ộ

M ch t o sin ba đi m đi n dung ạ ạ ể ệ

T n s  dao đ ng: ầ ố ộ

M ch t o dao đ ng sin dùng RC trong khâu h i  ạ ạ ộ ồ

ti p ế

       M ch c u Viên (Wiew) ạ ầ

v Tần số dao động: =1/RC

v Điều kiện dao động về biên độ: 

       K.    β 1 mà  =1/3 nên  β K=3

v M t khác K=1+ R1/R2 =3 nên R1=2R2  ặ

­ Đ  t o xung vuông t  đi n áp hình sin   đ u vào. Xét m ch ể ạ ừ ệ ở ầ ạ

g m IC KĐTT ho t đ ng   ch  đ  so sánh.ồ ạ ộ ở ế ộ

­ Xét m ch trig  Smit đ o, tín hi u đi n áp hình sin đ a vào ạ ơ ả ệ ệ ư

c a đ o, còn đi n áp h i ti p dử ả ệ ồ ế ương đ a v  c a thu nư ề ử ậ

Khi đi n áp vào vệ ượt qua ngưỡng đi n áp đ t trên c a thu n ệ ặ ử ậ

c a IC thì đi n áp đ u ra l t sang tr ng thái bão hòa ngủ ệ ầ ậ ạ ượ ạc l i lúc trước đó. Và c  luân phiên nh  th  đ u ra s  có d ng đi n ứ ư ế ầ ẽ ạ ệ

áp xung vuông

toán

­ Khi UC > U1(+) thì đ u ra đ t bi n  ầ ộ ế

­Umax, m ch chuy n sang bão hoà âm.  ạ ể

- Khi UC < U1(­) thì đ u ra đ t bi n t   ầ ộ ế ừ

­Umax v  +Umax, m ch chuy n sang  ề ạ ể

bão hoà d ươ ng ban đ u ầ

-  Ti p t c t o ra xung vuông ế ụ ạ

Các m ch t o xung răng c a đ u d a theo m t trong ba ạ ạ ư ề ự ộ