Bài tập kỹ thuật điện tử đỗ xuân thụ, nguyễn viết nguyên (XB năm 2007)

Khi tải là điện trở thuẩn, điện áp ra có dạng xung nửa hình sin với trị tru n g bình 1 chiều xác định bởi hệ thức 2-15 SGK, còn khi tải là điện dung, sơ đổ chinh lưu làm việc ở chế độ xu

TS ĐỖ XUÂN THỤ - TS NGUYỄN VIẾT NGUYÊN

Bài tập

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

(Tái bản lần thứ mười)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC

I I 2007/ C X B/77 2119 M ã s ố : 7B254T 7 D A I

LÒI NÓI ĐẦU

Cuốn "Bài tập ki thuật diện tử" biên soạn tiếp sau giáo trinh

"Kỉ thuật điện tủ" được Hội dòng mồn học Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua dùng làm tài liệu giảng dạy trong các trường Đại học k ỉ thuật và do N hà xuất bản Giáo dục phát hành Trong khi biên soạn chúng tôi cố gắng trinh bày nội dung theo đúng trình tụ cùa cuốn giáo trinh dã xuất bản Sách gồm 6 chương, chia làm hai phần.

P h ẩ n t h ứ n h ấ t có 3 c h ư ơ n g : Chương 1, 2 và 3 gồm các bài tập liên quan tói ki thuật tương tự (kí thuật analog) Chương 1 giới thiệu tóm tắt các ván d'ê cơ bản của lí thuyết Chương 2 gồm hơn 20 bài tập có lời giải và chương 3 gôm khoảng 50 đề bài tập.

P h ầ n t h ứ h a i có 3 c h ư ơ n g : Chương 4, 5 và 6, bao gồm các bài tập có liên quan tới ki thuật xung - số (kỉ thuật digital)

và có bổ cục tương tụ như phần thứ nhất vói 10 bài tập có lòi giải và khoảng 40 d'ê bài tập khác nhau.

Cuốn "Bài tậ p k ĩ t h u ậ t đ iệ n tử" dược dùng làm tài liệu bổ trọ cho sinh viên học môn "Ki thuật diện tủ" Sách này còn là tài liệu tham khảo cho các đói tượng có liên quan tới ngành k ỉ thuật diện tủ và tin học.

'Trong quá trinh biên soạn, cuốn sách có thể còn sai sót, chúng tôi mong nhận dược sự góp ý của bạn dọc gần xa Thư từ liên

hệ xin gửi vè dịa chỉ : Khoa Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách khoa, Hà Nội.

Điện thoại số : 8692242 - 8692931

C ác tá c g iả

3

th ể hiện q u a điện trở (trở kháng) Điện trở của m ột p h ẩn tử

cđ th ể là tuyến tín h hay phi tuyến tù y theo qu an hệ hàm số

u = f(i) giữa điện áp trê n 2 đ ầu và dòng điện đi qua nó Đường

đổ th ị biểu diễn qu an hệ h àm số u = f(i) gọi là đặc tuyến Vôn- Ampe của ph ần tử

H ai quy tắ c quan trọ n g để tín h toán m ột m ạch điện là :a) Quy tá c vòng điện áp : Tổng điện áp rơi trên các phần

tử ghép liên tiếp n h au theo 1 võng kín (đi dọc theo vòng mỗi

n h án h và n ú t chỉ gặp 1 lần trừ n ú t x u ất phát) bằng 0 (hay giá trị điện áp đo theo mọi nhánh song song nối giữa 2 điểm khác nhau A và B của 1 m ạch điện là như nhau)

b) Quy tắc n ú t dòng điện : Tổng các dòng điện đi ra khỏi một điểm (nút) của m ạch điện luôn bằn g tổ n g các dòng điện

đi vào n ú t đó

2 Hiệu ứng van (chỉnh lưu) của điốt bán d ẫn là tín h ch ất dẫn điện không đổi xứng theo hai chiễu của m ột tiếp xúc công nghệ dạng p -n

a) Theo chiều mở (phân cực th u ậ n : u AK » U D ) điện trở của điốt nhỏ (101 -f- 103 Q), dòng qua điốt lớn (10-3 -r 102A), giảm

áp trên điốt cố định cỡ 600mV và có hệ sỗ nhiệt độ ấm (-2 1 0 _3/°K) (xét với điốt cấu tạo từ Si),

b) Theo chiều khóa (phân cực ngược : Ư AK < U D) điện trở của điốt lớn (> 105 Q), dòng qua điốt nhỏ ( 10"6 -T- 10~9A) và

tă n g theo nhiệt độ (khoảng 10%/°K)

c) Khi điện áp ngược đặt vào đủ lớn UAK < Uy < 0 điốt

bị đánh thủ n g và m ất đi tính chất van của mình (1 cách tạm thời nếu bị đánh thủng vì điện hoặc 1 cách vỉnh viễn nếu bị đánh thủng vì nhiệt) Người ta sử dụng tính chất đánh thủng

tạm thời (Zener) để làm điốt ổn áp tạo điện áp ngưỡng ở những điểm cẩn th iết trong mạch điện Điện ấp ngưỡng Uy có hệ số

n h iệt dương, khoảng 2.103/°K

3 ứ n g dụng quan trọng của điốt là :

a) N ắn điện xoay chiều thàn h 1 chiểu nhờ các sơ đổ chỉnh lưu cơ bản (một nửa chu kì, hai nửa chu kì cẩu, bội áp) Khi tải là điện trở thuẩn, điện áp ra có dạng xung nửa hình sin với trị tru n g bình (1 chiều) xác định bởi hệ thức 2-15 (SGK), còn khi tải là điện dung, sơ đổ chinh lưu làm việc ở chế độ xung, tụ điện san bằng điện áp nhấp nhô sau chinh lưu, giá trị 1 chiều được tính bởi (2.21) hoặc (2.29) (SGK)

b) H ạn chế biên độ điện ẩp xoay chiêu (phía trên hay phía dưới) ở 1 giá trị ngưỡng cho trước hoặc dịch mức điện th ế 1 chiểu giữa 2 điểm khác nhau của mạch điện khi ở chế độ mở

c) Ổn định giá trị điện áp 1 chiểu ở 1 giá trị ngưỡng Uy

nhờ đánh th ủ n g Zener hoặc nối tiếp thêm 1 điốt mở để bù

n h iệt tạo ra m ột phấn tử gọi là ống ổn áp chuẩn trong kĩ th u ậ t mạch, có độ ổn định điện áp theo nhiệt độ gẩn lỉ tường

,, 4 Khi phân tích tác dụng của điốt trong mạch điện, người

ta thường dùng 1 vài mô hình gần đúng đơn giản để mô tả điốt :

a) Là 1 nguồn dòng điện lí tưởng tại mức ngưỡng UAK = 0 khi mở (uAK > 0) điện trở điốt bằng 0, sụt áp trên no được

bỏ qua, dòng mạch ngoài qua điốt do điện áp và điện trở mạch

5

ngoài quyết định Khi đóng (uAK < 0) điốt được coi là 1 nguồn

dòng lí tưởng (điện trở VCL, dòng ngán m ạch I m = Is » ov

b) Thi mức điện áp U AK = U D, điốt chuyển từ khóa sang

mở sẽ tư ơ ng đương như m ộ t nguồn điện áp có nội trở b ằn g 0 (Rđ = 0), với giá trị điện áp lúc hở mạch là Ư p hoặc co' th ể tương đương điốt như 1 nguốn điện áp thự c cđ nội trở nguồn

n h au với ba điện cực lối ra là bazo (B), Colecto (C) và em itơ

(E) B i-T có th ể làm việc ở các ch ế độ sau :

a) P h â n cực 1 chiểu bởi các nguổn điện áp 1 chiêu từ ngoài sao cho điốt J E mở, điốt JC khóa Đây là chế độ khuếch đại.b) P h ân cực 1 chiêu sao cho J E khóa và JC mở gọi là chế

độ đảo

c) Đ iễu k hiển sao cho cả hai điổt đễu khóa (không ph ân cực hoặc p h ân cực thích hợp) hoặc cả hai điôt cùng mở Đây là chế

độ chuyển m ạch (chế độ khóa) của Bi-T

H ai biện pháp cơ bản để phân cực 1 chiểu cho Bi-T đ ể nó làm việc ở chế độ khuếch đại là ph ân cực bằng bộ chia áp điện trở hoặc phân cực bằng dòng cực bazơ Chế độ 1 chiểu tố t n h ấ t

đ ạ t được với uBt = 0,6V (vật liệu làm tra n z ito ĩà Si) và các giá trị điện áp trên các cực có giá trị u t, = (0 -ỉ- 0,1 )E ; UC1.:

= (0,4 -ỉ- 0,6) E và do vậy Ic = 0,5 Ic và Ijị = 0,5 IB (ởđây E là giá trị nguổn 1 chiểu, là điểm m ú t trê n củađường tài 1 chiêu của tẩ n g khuếch đại)

6

6 Các hệ thức quan trọng n h ất vê dòng 1 chiêu của Bi-T

ở chế độ khuếch đại thể hiện ở các công thức (2.37) đến (2.41) SGK dùng cho cả ba kiểu mắc mạch B chung, c chung và E chung

a) Với dòng xoav chiều khi tín hiệu nhỏ, có 4 phương pháp gán đúng tuyến tỉnh hóa Bi-T dùng các tham số điện trở, dùng các tham số điện dẫn, dùng các tham số hỗn hợp hoặc dùng

các tham số vật lí cấu tạo Từ đó co' 4 sơ đổ tương đương xoay

chiểu tương ứng

b) Với mỗi kiểu mác Bi-T, có ba dạng họ đặc tuyến Vôn-Ampe quan trọng n h ấ t là họ đặc tuyến vào, họ đặc tuyến ra và họ đặc tuyến truyền đạt

c) Có th ể xác định các tham số 1 chiểu hoặc xoay chiều của

B i-T dựa trên các họ đặc tuyến 1 chiểu (tĩnh) hay họ đặc tuyến

xoæ ;hiểu (động) Đó là các tham số điện trở vào, điện trở ra,

hệ số khuếch đại dòng điện và hỗ dẫn

7 Các kết quả quan trọng với các sơ đổ khuếch đại là :

a) Kiểu mác EC : Chú ý tới các hệ thức (2.131) đến (2.140)

và các kết luận vật lí là tầ n g EC cd RVÂO nhỏ, Rra lớn, hệ sôkhuếch đại điện áp và dòng điện lớn ; làm đảo pha tín hiệu xoay chiều

b) Kiểu m ác CC : chú ý các hệ thức (2.141) đến (2.149) và các kết luận vật lí : Tầng cc có Rvào lớn, Rra nhỏ, hệ số khuếchđại dòng điện lớn và hệ số khuếch đại điện áp bằng 1, không làm đảo pha tín hiệu

c) Kiểu BC : chú ý các hệ thức (2.150) đến (2.153) và các kết luận vật lí : Tẩng BC không làm đào pha tín hiệu, có

R nhỏ, Rr, lớn, hê sô' khuếch đai điên áp lớn và hê số khuếch

giống như B i-T n h ư n g dòng cực m áng I D (hay cực nguồn Is) được điều k h iển bằn g điện áp đ ặ t trê n cực điêu khiển G.

a) H ầu h ế t F E T có tín h đối xứng giữa 2 cực s và D và có điện trở lối vào giữa G và kênh d ẫn r ấ t lớn nên chúng thích hợp vối chế độ làm việc có dòng điện lối vào nhỏ hơn so với

B i-T vài cẵp độ

b) Theo bản c h ấ t cấu tạo có 2 d ạn g F E T : loại có cực cửa

là tiếp xúc pn (JF E T ) và loại có cực cửa là lớp cách điện (M OSFET) Theo tín h c h ấ t dẫn điện của kênh dẫn giữa D và

s có loại kênh n (dẫn điện bàn g điện tử) và loại kênh p (dẫn điện bằn g lỗ trố ng ) Theo phương thứ c hình th à n h kênh dẫn có loại kênh đ ặ t sẵn (có sẵn ) và kênh cảm ứ ng (không có sân).c) Tương tự n hư Bi-T, cũng có 3 kiểu mác F E T cơ b ản là : kiểu nguồn ch u n g (SC), k iểu m áng chung (DC) và kiểu ít gặp hơn : Cửa ch un g (GC)

d) P hư ơng pháp phân cực 1 chiêu cho FET ở chế độ khuếch đại chủ yếu d ù n g dòng Is (tự ph ân cực), tạo ra điện áp 1 chiều Trên điện trở cực nguổn UR = ISRS = - UGS, sau đó được dẫnqua 1 điện trở cửa - nguổn RG lớn tỡi cực G dùng làm th iên

áp cực cửa cho J F E T sao cho |Ư GS| * 0,5 |U p| và ID = 0,3 IDOe) ở chế độ chuyển mạch, người ta chia FET thành 2 nhóm : nhóm khóa th ư ờ n g mở (JF E T và M OSFET - nghèo) và nhóm khóa thư ờ ng đóng (M O SFET - giàu, kênh cảm ứng), khi có tín hiệu diễu k h iển từ cực G, khóa sẽ chuyển trạ n g thái

f) Các tín h c h á t của sơ đổ khuếch đại s c , DC được suy ra

từ các tín h c h ất tư ơ ng ứ n g của sơ đổ khuếch đại EC và cc của B i-T với các hệ th ứ c tỉn h toán (2.169) đến (2.171) và (2.178) (SGK)

9 Bộ khuếch đại 1 chiểu được dùn g đ ể khuếch đại các tín hiệu có tẩ n sô cực th ấ p (biến đổi chậm theo thờ i gian) Sơ đổ phổ biến n h ấ t là bộ khuếch đại vi sai có cấu trú c là 1 cẩu cân bằng song song với tín h c h ấ t đối xứ ng cao ở lối vào và lôi ra

và có th ể sử dụng tro n g cả hai trư ờ n g hợp đối xứ ng và không

đổi xứng đối với các lối vào và ra này Các tính chất quan trọ ng n h ấ t của sơ đồ vi sai là :

a) Chỉ khuếch đại các th à n h phần điện áp ngược pha (hiệu số) xét giữa 2 lối vào đối xứng, với hệ số khuếch đại chỉ bằng của 1 tầ n g đơn EC (do mỗi tran z ito vi sai đóng gdp một nửa,

Hệ thứ c tính toán giống 1 tẩ n g đơn EC)

b) Không khuếch đại (nén) các thành phần điện áp cùng pha, co' hệ số suy giảm đổng pha từ 3 đến 5 cẵp

c) Khả năng chống trôi điểm o cao nhờ tính đối xứng cân bằng và nhiều khả năng hiệu chỉnh sai số điểm o

d) Là cấu trú c cơ bản từ đo' xây dựng các vi mạch tuyến tín h khi bổ sung thêm tẩ n g khuếch đại vi sai tải động (là các Tranzito nguồn dùng thay th ế điện trở tải colectơ Rc) và các

sơ đố dịch mức 1 chiểu, sơ đố phối hợp ở lối ra

10 Vi mạch tuyến tính (IC tuyến tính) là 1 bộ khuếch đại điện áp vi sai lí tưởng với hệ số khuếch đại VCL (vô cùng lớn), điện trở lối vào VCL, điện trở lối ra VCB (vô cùng bé), có đặc tuyến truyền đạt điện áp lí tưởng dạng chữ s và đặc tuyến tần sô' lí tưởng của 1 bộ lọc thông thấp Các tính chất quan trọng khi sử dụng để khuếch đại điện áp là :

a) Sử dụng mạch hổi tiếp âm để mở rộng dải tẩ n của đặc tuyến tầ n số, nâng cao độ ổn định của hệ số khuếch đại

b) Thưòng gặp hai cấu trú c cơ bản : Sơ đổ khuếch đại đảo

và sơ đổ khuếch đại không đảo, công thức tính toán hệ sô' khuếch đại chỉ phụ thuộc các phẩn tử mạch hổi tiếp (hệ thức (2.237) với bộ khuếch đại đảo và (2.238) với bộ khuếch đại không đảo)

c) Có th ể kết hợp tín h chất của hai sơ đồ khuếch đại đảo

và không đảo trong cùng 1 sơ đổ để hình thành các bộ khuếch đại cộng hay trừ các điện áp (bộ cộng và bộ trừ)

11 Các sơ đổ khuếch đại th u ậ t toán thông dụng khác là :a) Sơ đổ vi phân điện áp lối vào theo thời gian với tính chất đặc trư n g kém ổn định ở cao tấn

9

b) Sơ đổ tích phân điện áp lối vào theo thời gian, kết quả xếp chóng với m ột hàng số tích phân do trạ n g th ái ban đẩu điện tích trê n tụ tích p h ân quyết định, ữ n g dụng q u an trọng

n h ất của các sơ đổ tích phân là tạo điện áp co' dạng ta m giác

từ dạn g điện áp vuông góc hoậc đ ể tạo dao động hình sin tầ n

số thấp

c) Sơ đố lấy lôgarit và lấy hàm số mũ th ự c hiện các th u ậ t toán tương ứng đối với điện áp lối vào ứng dụng chủ yếu để tạo các sơ đổ n h â n tư ơng tự

d) Sơ đố n h â n tư ơ ng tự th ự c hiện phép n h â n (chia) hai điện

áp (hay tổn g q u á t hơn : n h â n hai tín hiệu tư ơ n g tự) có tấ n số bàng nhau (hay gấn n hau), ứ n g dụng qu an trọ n g của sơ đổ

nh ân là để tá ch sóng tín hiệu điều chế biên độ, để thự c hiện biến đổi tẩ n số (trộ n tẩ n )

12 T ẩn g khuếch đại công su ấ t có hai d ạn g sơ đô chính :

T ần g đơn chế độ A và tầ n g đối xứng đẩy kéo chế độ B hoặc

AB (có hoặc không d ù n g biến áp)

a) T ẩn g khuếch đại công su ấ t được tín h toán, phân tích bàng phương pháp đồ thị x u ấ t p h á t từ việc xây dự ng các đặc tuyến tải động, tìm các giới hạn làm việc của tra n z ito trê n đặc tuyến này q u a đổ xác định các th a m số quan trọ n g n h ấ t của sơ đồ như công su ã t ra, hiệu su ấ t n ăn g lượng, mức méo ’/ và kiểm

tr a các điểu kiện giới h ạn vể dòng, áp, công su ất nhiệt

b) T ẩng đơn ch ế độ A được sử dụng khi cần mức công su ất

ra không lớn, mức méo Y nhỏ và hiệu su ất n ă n g lượng y ê u cầu không cao (dưới 50%)

c) T ẩn g đối xứng đẩy kéo có 2 dạng cơ bản : sơ đố dùng 1 cặp tra n z ito cùng loại vối đặc điểm cẩn tấ n g đảo pha phía trước (để tạo ra hai điện áp kích thích ngược pha nhau) và sơ đổ dùn g cặp tra n z ito khác loại với đậc điểm các điện áp kích thích cùng pha nh au (do vậy không cẩn dùng tầ n g đảo p h a phía trước) T ẩng đẩy kéo chế độ B (hay AB) co' nhiểu ưu điểm quan

trọ n g như cho ra mức công su ấ t lớn, méo y nhỏ, hiệu su ấ t n ăn g

lượng cao và tư ơ ng th ích với việc chế tạo dưới dạng vi m ạch khuếch đại công suất

10

d) Các hệ thức cấn chú ý là xu ất phát từ giả thiết đã biết điện trở tải R , công su ất tải Pị, nguỗn cung cãp ±E, biên dô

điện áp kích thích u„ (hay dòng Ỉvỉi ) xác định các chi số cơ

bản : công su ất tranzito đưa ra trên mạch colecta p hiệu

su ất nâng lượng rị, công suất nhiệt trên tranzito p.p mức méo

y cho phép

13 Một bộ khuếch đại điện áp (dùng tranzito hay vi mạch) khi thực hiện 1 vòng hồi tiếp dương có khả năng tự kích và tạo ra dao động tuần hoàn ('hình sin hay không sin) hoặc không

tu ầ n hoàn

a) Điều kiện tự kích của hệ kín là phải đạt được trạn g tháicân bằng về pha (có mach thực hiện hối tiếp đương) và trạn gthái cân bằng vể biên độ (lương khuếch đại) phải đủ trội hơnlượng suy giảm do khâu hồi tiếp thụ động gây ra) Điều kiện

đó là : (p A + <Pß = 0 và Aß 5* 1.

0 đày <PA , ự>Ỵị là dịch pha do bộ khuếch đại và do mạch hồi tiếp gây ra A, ß là hệ số truvén đạt tương ứng của bộ khuếch

đại và của mạch hổi tiếp (giá trị độ lớn - rnôđun)

b) Thông thường hai điểu kiện tự kich đã nêu chỉ thỏa mãn được đổng thời với điện áp co' 1 tẩn sô xác định do đó, với các giá trị xác định của các tham số mạch hổi tiếp, chỉ co' dao động

ờ một tần số được tạo ra

c) Để biên độ điện áp dao động xác định hữu hạn ờ lối racủa sơ đồ, bộ khuếch đại thoạt đẩu làm việc ở chế độ khuếchđại tích cực, sau đo' theo mức tán g của biên độ điện áp lối ra,

nó chuyển dấn sang trạ n g thái bão hòa

d) Theo kiểu mạch hồi tiếp sử dụng, có hai dạng cơ bản :

sơ đổ tạo dao động điểu hòa kiểu RC (dùng cho dao động có

tầ n số thấp) và sơ đổ tạo dao động kiểu LC (dùng cho tạo dao động co' tẩn số cao)

14 Các sơ đồ tạo dao động hình sin kiểu LC sử dụng khung cộng hưởng song song LC làm mạch thực hiện hổi tiếp chọn lọc tấ n số Theo dạng hối tiếp co' kiểu hổi tiếp bằng biến áp

hoặc kiểu hối tiếp 3 điểm (sơ đồ 3 điểm điện cảm , 3 điểm điện dung).

a) T ần số dao động tạo ra do th ông số LC của kh ung dao động quyết định (hệ thứ c (2.258) với sơ đồ M aisner), hoặc thay

th ế tro n g (2.258) L = L B + Lc với sơ đổ H atley, hoặc

c = CjC2/(Cj + C2) tro n g sơ đố Colpits

b) Điều kiện cân bằn g biên độ th ỏa m ãn nhờ cách lựa chọn

hệ số hổi tiếp thích hợp th ô n g qua hệ số ghép biến áp M, tì

số Lfỉ/Lr hoặc tỉ số Cj và C2

Điều kiện cân bàng pha thỏa m ãn nhờ lựa chọn cực tín hcuộn Lg, Lc (tro n g sơ đố M aisner) hay lựa chọn dấu các điệnkháng tro n g m ạch 3 điểm

15 Sơ đỗ tạo dao động hình sin dù n g các khâu RC làm

m ạch hồi tiếp có tín h c h ấ t chọn lọc tẩ n số với phẩm c h ấ t th ấp hơn thư ờng cho phép tạo ra các dao động tầ n số th ấp (< 104Hz).a) T ẩn sổ của dao động tạo ra do th ô n g số RC và dạng

m ạch RC sử d ụ n g q uyết định (hệ thứ c (2.260) và (2.261))

b) Đ iêu kiện cân bằn g p h a được th ỏ a m ãn nhờ cách ghép

m ạch hổi tiếp với bộ khuếch đại tùy theo tín h ch ất dịch pha

của chúng sao cho <PA + <pữ = 0 (có hổi tiếp dương) Điều kiện

cân bằng biên độ được th ỏ a m ãn nhờ chọn hệ số A của bộ

khuếch đại khồng bé hơn hệ số suy giảm 1/ß của m ạch hổi tiếp

tín h tạ i tấ n sổ dao động

c) Có th ể n â n g cao phẩm ch ất m ạch chọn lọc RC (qua đó

n ân g cao độ ổn định của tầ n số tạo ra) nhờ m ột sô m ạch RC phức tạ p hoặc cải tiế n có độ chọn lọc cao và đặc tín h p h a dốc

tạ i tẩ n số m uốn tạo ra (C ầu Viêne - Robinsơn cài tiến) Người

ta co' th ể tạo dao động tro n g 1 dải hoặc nhiểu dải tẩ n bằn g cách th ay đổi giá trị R và c liên tục hay từ n g nấc k ết hợp

16 Phương pháp tạo dao động hỉnh sin nhờ việc tạo hàm

xấp xỉ (dựa trê n nguyên tắ c xãp xi gấn đún g hình sin, bàn g 1 hàm số biết trước) có nhiều ưu th ế tro n g giai đoạn ph át triể n tiếp sau vĩ tín h ch ất q u an trọ n g của nó là đ a chức n ă n g , và khả n ăn g phối hợp với máy tính

a) Có th ể dùng 2 khâu m ạch tích ph ân k ết hợp với 1 bộ đảo dấu để tạo dao động sin với tắ n số r ấ t th ấ p nhờ khả năn g

12

tạo hàm của m ạch này Giải phương trình vi phân cấp 2 dạng :

có trước dạng tam giác th àn h dạng các đoạn gẫy khúc

c) Có th ể dùng một điện áp có dạng bậc th ang (do các phần

tử kĩ th u ậ t số tạo ra) đ ể xấp xỉ dao động hình sin hoặc bằng cách dùng các điện áp có dạng hàm đại số nào đo' (hàm mũ, hàm lũy thừ a hay hàm hypecbolic ) để xấp xỉ Phương pháp này co' thuận lợi vì khả năn g lập trình tạo hàm mong muốn của các thiết bị vi tính

17 Bộ nguồn chỉnh lưu có nhiệm vụ cung cấp năng lượng

1 chiều cho các thiết bị điện tử nhờ quá trìn h nán điện, chuyển đổi từ năng lượng xoay chiều Các yêu cầu quan trọng nhất của bộ nguồn là :

a) H iệu quả biến đổi n ăn g lượng cao

b) C hất lượng điện áp 1 chiều cao (tính chất đập mạch nhỏ)c) Có khả năng ổn định giá trị điện áp 1 chiểu và tải khi tải biến đổi trong 1 dải đủ rộng (dòng tải thay đổi mạnh) nhờ nguồn có nội trở đủ bé (điện trở ra đủ bé)

d) Có khả năng ổn định giá trị điện áp 1 chiểu ra tải nhờ san bàng độ m ất ổn định của điện áp sau chỉnh lưu nhờ tính chất ổn định điện áp của bộ nguổn

Người ta phân biệt hai dạng nguổn ổn định, ổn áp và ổn dòng Với các bộ ổn dòng yêu cầu quan trọng là cung cấp 1 dòng điện ổn định nhờ tính chất có nội trở lớn của nó

18 Theo phương pháp ổn áp, có hai dạng cơ bản :

a) ỗ n áp kiểu bù tuyến tính tro n g đo' quá trình ổn định xảy

ra liên tục theo thời gian nhờ mạch hổi tiếp âm và các bộ khuếch đại bám so sánh, theo dõi điểu khiển 1 phẩn tử công

su ất bù lại (ngược pha) với lượng m ất ổn định ban đẩu Phương pháp tuyến tính cổ hiệu suất không cao

b) Ổn áp kiểu xung : quá trình bù để ổn định xảy ra gián đoạn nhờ dãy xung điều khiển có tham số xung được điều chế theo lượng

m ất ổn định nhờ việc theo dõi so sánh Phương pháp xung cho dải điều chinh rộng hơn với hiệu suất năng lượng cao hơn

13

Tuy nhiên yêu cẩu vễ kĩ th u ậ t phức tạp và khát khe hơn so với phương pháp bù tuvến tính Phương pháp ổn áp xung có hai nhóm chinh là ổn định kiểu sơ cấp và ổn định kiểu thứ cấp với nhiểu dạng cấu trúc cụ th ể khác nhau về đặc điểm và tính nâng.

c) Theo cấu trú c bên tro n g bộ ổn áp, co' hai dạn g chủ yếu : kiểu nối tiếp khi p h ần tử hiệu chinh m ác nối tiếp với tải (phương pháp này cho hiệu s u ẫ t cao hơn nh ư n g khả năn g chịu tả i th ấp

hơn) và kiểu song song khi ph ần tử hiệu chỉnh m ắc song songvới tải (phương pháp này cho hiệu su ấ t th ấ p hơn như ng khả năn g chịu tải tố t hơn)

19 Bộ ổn áp có th ể thự c hiện dưới dạn g m ạch rời dù n g điốt

Zener (Dy) dùng tra n z ito k ết hợp với Dỵ hoặc kết hợp thêm

IC tuyến tín h làm nhiệm vụ so sán h và khuếch đại hiệu số hoặc có th ể dù n g hoàn chỉnh là 1 vị m ạch ổn áp (kiểu cho 1giá trị điện áp ra cố định hay giá trị điện áp ra co' th ể thay

đổi được nhờ m ạch hổi tiếp bố' sung từ ngoài) Khi tín h toán

bộ ổn áp tuyến tín h cẩn chú ý các th a m số sau :

a) Giá trị hệ số ổn định s và điện trở r a Rra của bộ nguổn

ổn áp

b) Các giá trị đ iện áp 1 chiêu sau chỉnh lưu (có hoặc không

cđ lọc tụ) và giá trị dòng 1 chiếu cực đại của nguồn

c) Lượng sai số A u ra max của điện áp 1 chiều lối ra do các yếu tố sai lệch của m ạch (sai số điểm O) hay do nhiệt độ của môi tkưòng th ay đổi gây ra

20 Bộ chỉnh lưu có điều khiển được giá trị điện áp (công

su ất) 1 chiều và tả i khi th a y th ế các van chỉnh lưu d ù n g điốt

b án d ẫ n b àn g các van 3 cực th ir is to r ờ các vị tr í tư ơ n g ứng

củ a các sơ đổ ch ỉn h lưu đã có Khi đó tù y theo thời điểm

x u ấ t hiện x u n g điều k h iể n đ ặ t tới cực điểu k h iể n m à th ir is to r

sẽ mở (th am gia vào q u á trìn h n án điện) sớm hay m uộn và

do vậy th ay đổi được giá tr ị tru n g binh củ a điện áp hay công

s u ấ t đ ư a r a tải Người ta có th ể k ết hợp 1 cặp th iris to r mác song song đối n h au đ ể th ự c hiện q u á tr ìn h điểu k h iể n này

th eo cả 2 chiểu n ắ n điện (Triac) Để tạo các x u n g điều kh iển van th iris to r, cấn d ù n g các sơ đổ tạ o d ạ n g xun g (đống bộ hay không đổng bộ) và sơ đỗ dịch pha riên g cho m ạch điéu

k h iển bên cạn h m ạch ch ỉn h lưu

14

Chương 2

BÀI T Ậ P P H Ầ N I C Ó L Ò I G IẢ I

B à i t ậ p 2.1 Cho 'mạch điện hinh 2.1 Giả thiết điốt là lí tưởng (Rthuặn -» 0, R ư ,,c co) u ,ít) là một điện áp tam giác đối xứng qua gốc, co' Diên độ ƯJ = ± 6V ; chu kì Tị = 30ms

Biết E = +2V

a) Xác định dạng đặc tính truyền đạt (lí tưởng) của mạch

un ( U j ) theo các tham số đã cho

b) Vẽ dạng u7(t) phù hợp với dạng Uj(t) sau khi qua mạch.

c) Tính các tham số của điện áp ra Uo(t) : Biên độ đỉnh (dương và âm), thời gian trễ pha đầu và độ rộng xung

Bài g iả i :

a) X ét hoạt động của mạch trong

1 chu kì biến đổi của Uj(t) (xem

hình 2.2a) Xét trong từ ng đoạn :

trong khoảng 0 < t < tj, Uj co'

giá trị nhỏ hơn E = ± 2V vì thế

điốt bị khóa và trên R không có

dòng chảy qua (điốt là lí tưởng)

do vậy u2 = E = hằng số Tiếp

theo, trong khoảng t j < t < t 7,

Uj(t) co' giá trị lớn hơn E, Uj(t) 5 E,

điốt được phân cực thuận, với giả thiết điốt lí tưởng (tức sụt

áp 1 chiểu lúc mở trên điốt bằng 0), ta có hệ thức gần đúng :

u 2(t) = Uj(t) Trong khoảng t2 < t < T, điểu kiện Uj(t) < E

được thỏa m ãn nên điốt ở trạ n g thái khóa, u7(t) = E

b) Vậy mạch đã cho hạn chế biên độ điện áp tại lối ra ở

mức ngưỡng E = +2V, là ngưỡng dưới nên co' tên gọi mạch hạn

chê' dưới Đồ thị đặc tuyến truyền đạt của mạch được vẽ trên

«o

hình 2.2a D ạng đổ thị thời gian của u 2(t) vẽ trên hình 2.2c (đưịng đậm nét).

c) Tính các th am số của u 2(t) : từ hỉnh 2.2b suy ra biên độ (đỉnh) phía trên u 2m = Ujm = +6V ; biên độ dưới là mức ngưỡng hạn chế E = +2V Chu kì T 2 = Tj Thời gian trễ pha đầu của xung ra Ư2(t) được tín h bởi : r trg = tj Khoảng tj suy ra từcách tính tam giác đổng dạng OAB và ỘB’ (hình 2.2c)

thay vào ta cĩ tj = A’B’ OB

B ài tậ p 2.2 Cho mạch hình 2.3 với giả thiết điốt hạn chế

là 1 nguổn áp lí tưởng lúc mở cĩ giá trị nguổn là u D = +0,6V, lúc khĩa là phấn tử cĩ RngUỢc -* 00 (nguồn dịng lí tưởng vớigiá trị dịng ngược Is -> 0) Giả thiết R < < Rlải, E = ±2V.Điện áp vào U j ( t ) cĩ dạng xung tam giác đối xứng qua gốc tọa

độ co' chu kì T ị = 20ms, biên độ u lm = ±5V.

a) Giải thích hoạt động của mạch dưới tác động của Uj(t)

xét trong 1 chu kì Tj.

b) Vẽ dạng đặc tuyến truyển đ ạt điện áp lí tưởng của mạch

đã cho Xác định dạng Uj(t)- th

• Trong khoảng 0 < t < tj, có điều kiện Uj < E, vì E nối tới k atô t của đ iố t nên khi đó điốt bị phân cực ngược và nh ánh

có điốt, nguổn E bị c á t khỏi m ạch, với giả th iế t R < < Rtải thì

u2(t) «s Uj(t) vì giảm áp do Uj(t) gây ra trên R có thể bỏ qua.

• Trong khoảng tiếp theo tj < t < t 2, có điều kiện Uj(t)

> E, điốt được phân cực th u ậ n và chuyển san g chế độ mở với

UD = 0,6V và nội trỏ (của 1 nguổn áp lí tưởng) b ằn g 0 v ì th ế u2(t) = E + u D ; u2(t) = 2 + 0,6 = 2,6V = h àn g số

• Trong khoảng còn lại t 2 < t < T j, điều kiện Uj(t) < Elại th ỏ a m ãn n ên điốt ở tr ạ n g th á i hở m ạch, ta lại có u 2(t) =

U j ( t )

b) K ết hợp các kết quả trê n , ta n h ận được đổ thị hình 2.4b đối với đặc tuyến tru y ền đ ạ t điện áp (lí tưởng) của m ạch đả cho D ạng của u2(t) suy từ hai đổ th ị hình 2.4a và 2.4b được

vẽ tr ê n hình 2.4c Đây là dạn g m ạch hạn chế phía trê n kiểu song song ở ngưỡng E = +2,6V

c) T ính các th a m số của điện áp lối ra U2(t) : Chu kì T 2 =

= Tj = 20m s (từ đỗ thị hỉnh 2.4) Biên độ đỉnh phấn dương bằn g m ức h ạn chế trê n : U2m = +2,6V, biên độ đỉnh dưới bàngbiên độ U ]m (U2m = —5V) Độ rộng sườn trư ớc x u n g u 2(t)

^truớc = *1 được tỉn h từ hệ thứ c đống dạng cùa các ta m giác OAB và OA’B ’ :

18

I

Hình 2.4

b) Tính các độ ổn định dòng tải và độ Ổn định theo điện áp vào khi AE = 10% E và Alt = 50mA.

Bài giải :

tối đ a được đ án h giá bàng hiệu

20

AE0 = AUZ = AIr.Rz = 15mA.7Q= 105mV

Theo định nghỉa, hệ số ổn định đường dây (khi E biến thiên

0 350mV X 100% , ,Stàj = - J2ÿ - = 2,9%, tứ c là khi dòng tả i biến đôiAIt = 50mA th ì gây ra lượng biến đổi điện áp ổn đ ịn h (sai số)

là AE02 = AU/2 = 350m V

• Các giá trị A Eol được gọi là tác d ụ n g đường dây và AEo2

là tá c dụng tả i của bộ nguồn ổn áp đã cho

• Điện áp gợn sóng đ ặ t vào bộ ổn áp dùng Đz hình 2.5 được san bàng trê n R ? và Rj nối tiếp n h au , ta nói tá c dụng làm suy giảm điện áp gọn sóng của Dz với hệ sổ suy giảm là :

RZ/(RZ + Rị).

Từ đó tại lối ra điện áp gợn sóng còn lại là :

u g ọ n s ó n g r a = AE ■ + R j = 2V 133Q + 7Q = 100mV

B à i t ậ p 2 4 H ìn h 2.6 là 1 tá n g khuếch đại điện áp tấ n

th ấ p ghép RC m ắc th eo sơ đổ E chung Biết

E = +12V ; Rj = 20kQ , R 2 = 4kQ

R3 = 4kQ ; R4 = lk f ì, ß = 99

a) Xác định chế độ dòng điện và điện áp 1 chiều trê n các

cực của tran zito b) Biết Rt = 8 kfi_ Xác định giá trị tải xoay chiểu

và tải 1 chiều của tấn g khuếch đại Vẽ đường tải

1 chiêu của tá n g khuếch đại và vị trí điểm làm việc

Qac) H ãy ph ân tích ảnh hưởng của C[, C2 và C3 tới d ạn g đặc trư n g tẩ n

-số của tẩ n g khuếch đại

So sá n h d ạ n g đặc tuyến này khi có và khi không có C3 tro n g mạch

+

-d) Khi Rj -» co hệ số khuếch đại điện áp khi không tải của

m ạch đo được Au = 84, xác định hệ số khuếch đại điện áp khi

m ác tải cđ giá trị Rj = 12kQ tại lối ra

Ic = IE - Iß = 1,4mA - 0,014mA = l,386mA

• Điện áp 1 chiểu trên Colecto : uc = E - Ic -R3

Hình 2.7

khi Ic = 0 đường tả i cát trụ c hoành tạ i đ iểm hở m ạch

u cr = E = +12V

nmKhi u cr; = 0 (tra n z ito ở chế độ n g án m ạch) co' dòng Colectơ cực đại :

th ấ p và do đó tới dải tẩ n của bộ khuếch đại

• Điéu kiện lựa chọn các tụ Cj, C2 và C3 là trở kh án g của chúng phải đủ nhò so với các phần tử liên qu an :

2* fmirA <<ỉlv ; 2n ĩ min 2c , <<R1 và 27ĩfminc , <<R4

min 3

Từ đó, nếu giá trị Cị, C2 hoặc C3 chọn nhỏ thì tại vù n g lân cận fmin các giá tr ị vế tr á i không đủ nhỏ tạo ra các tổ n hao xoay chiéu trê n chú ng và do vậy làm giảm hệ số khuếch đại

24

Còn khi chọn đủ lớn thì hệ số khuếch đại ít bị giảm hơn, ta

• Riêng với tụ C3, khi không có C3 và khi co' C3 đặc tuyến

tầ n số có dạng ở hình 2.8b Khi không có tụ C3, xuất hiện hổi tiếp

âm dòng điện xoay chiều trên R4 và làm hệ số khuếch đại A giảm mạnh, tuy nhiên dải tấn số khi đo' được mở rộng hơn trước

áp trê n các cực của Tranzito.

b) B iết R t = 2,7kQ ; xác định tải

1 chiều và tải xoay chiều của tẩ n gkhuếch đại Vẽ đường tả i 1 chiều và điểm làm việc tỉn h QA.c) Xác định các th a m số Rvào, Rra, Ai và Au của sơ đổ đãcho

b) Tầi 1 chiều của tấn g khuếch đại chính là điện trở R2 =

= 2,7 kQ Tải xoay chiểu được tín h bởi :

Rt_ = R2 // Rt = 2,7 kQ // 2,7kQ = l,35kQ

Đường tải một chiều xác định từ phương tíìn h dòng 1 chiều

m ạch ra : E = U CỈ, + Ip R2 hay UCp = E - IpR2

Biểu diễn' phương trìn h trên đặc tuyến ra sơ đổ c c ta có hình 2.10 Tọa độ các điểm cát trụ c điện áp và dòng điện được xác định khi cho Ip = 0 và UCp = 0 ta có

U Cp hở mạch = E = 12V

EIp- ngắn mạch = = 4,4mA

Tọa độ điểm làm việc tĩnh :

Qa (6,6V ; 2mA)

c) Tính các tham số của mạch :

27

Hình 2.11

Biết R2 = R 5 = 4,7kQ

R3 = 500Q R4 = 3,3 kQ

E = ± 15V Chọn ƯBEA = 0,7V

a) Giải thích hoạt động và phân tích tác dụng các phẩn tử của sơ đổ hình 2 11

b) Xác định các giá trị điện áp và dòng điện 1 chiểu trong

m ạch khi ư vào = 0

29

c) Với ư vảo = 10mV ; biết r BE = —y — = 2kQ.

A i g

/3 = 100 H ãy xác định điện áp u đ ặ t lên n h án h có đổng

hổ đo (giữa h ai colectơ của Tị và Tt)

Tj và T 2 ỏ ch ế độ khuếch đại A Điện trở R4 còn gây hổi tiếp

âm đối với cả hai tra n z ito Tj, T 2 về dòng 1 chiều cũng như dòng tín hiệu nhờ đó n â n g cao c h ấ t lượng ổn định và điện trở vào của sơ đổ

Từ hình 2.11 vối giả th iế t Ug = 0, điện áp vào Uv tá c dụnglên Tj th ì hiệu số 2 điện áp bazơ được khuếch đại và tá c dụng tới đổng hổ đo

• Trường hợp khi cả hai bazơ của Tj và T 2 đêu ở mức 0

th ì s ụ t áp tr ê n R4 là :

uR„ 0 - uBE “ ( _E)

ucdòng q u a R4 là Ig + Ig^ R,

u tl = E - IclRtl ; u c2 = E - Ic2 Ri2

trên mach đo nhân đươc u ' ' id = u , - U ,c 1 c¿.

\ + 1

r44,33

c) Hệ số khuếch đại điện áp hiệu số (visai) của mạch được xác định như sau : (ở đây ta dùng A thay cho K)

= 247,5 lần X lOmV

= 2,475 VĐây chính là giá trị điện áp đ ặt lên nhánh cẩu có đổng hổ đo với dòng điện ở nhánh này là ly = lmA Điện trở của nhánh là :

Rs = 1,5 kQ + 510Q

tro n g đó R = 1,5 kQ cố định,

và R sv = 51OQ là điên trở biến đổi

(hoặc ngược lại p h ẩ n 1,5 kC2 biến đổi, 510Í2 cố định)

B à i t ậ p 2.7 Mạch điện hình 2.12a và 2.12b là 1 tầ n g khuếch đại k iểu cc dùng đ ể đo điện áp tro n g các vòn kế

a) Với m ạch hình 2.12a, khi Uvào = 0 Xác định UR và U E

và điêu kiện để khi cân b ằn g (Uvào = 0) không có dòng qua đổng hổ (Im = 0) Xác định giá trị U ra khi Uvào =s 5V (chọn

U BE = 0,7V và cho E a = ± 10V)

b) Tính sai số % tại m ạch ra do điện th ế điểm p bị thay đổi theo I m, lúc Im = 0,1mA, với R4 = 2,7 kQ ; R5 = lk Q và Rỏ = 2,2kQ Để có sai số s£ 10% Cần giá trị Uvào max là bao nhiêu ?c) Với mạch hình 2.12b người ta mắc T2 kiểu visai cùng Tj

để khác phục sai số vừa nêu Xác đinh các giá tri u „, L , L ,

Bài giải :

a) Xét mạch hình 2.12a lúc Uvào = 0 Điện áp bazơ của T lúc này là ov,

° R5 được điều chỉnh để cho

- u p - U E (để cd Im =0), muốn vậy :

E

Ư p R4 + R5 + R 6( R 5.2 + R 6)

= -0,7V

Ớ đây R5 2 là phần dưới của R5 tính từ tiếp điểm Khi đạt được điểu kiện •

33

TUỞ củ a tra n z ito Điều này đúng với mọi giá tr ị mức khác nhau của u , vào

b) Sai số do điện th ế Up thay đổi vì có dòng I m được tính bởi tỷ số quan hệ Im/l4

(giả th iế t IB « I4)

với ß = 100 và Ip = 2,9mA và phương trìn h Ip == ậ ỉ B

Suy r a :

34

hì * J =

2,9mA

100 29 ^A.

giá trị này phù hợp với điéu kiện đã nêu : Ijị <ỉ£ I4

B à i t ậ p 2.8 Hình 2.13 là 1 tầ n g khuếch đại điện áp tần

số th ấp mác theo kiểu cực nguốn chung dùng JF E T làm phẩn

tử khuếch đại, cung cấp kiểu thiên áp tự cấp

Biết E = +15V ; JF E T có các tham số : Điện áp kho'a kênh

Up = -3V, Dòng cực máng cực đại (lúc U( S = 0) IịJO = 10mA ; Dòng làm việc Iu = 3mA ; R( = 2,7kQ R(- = 1MQ, Ura = ± 2Va) Xác định các giá trị điện áp 1 chiều trên các cực của JFET, tín h các điện trở Rs, RD của mạch

b) Tính hỗ dẫn s tại điểm làm việc Qa và biểu thị kết quả trên đặc tuyến truyền đạt của JFET

c) Xác định hệ số khuếch đại A (khi R( hở mạch) và A (khi có Rt) của mạch đã cho

P hân tích ảnh hưởng của Cs tới A (f) Tính Cs với fmin =

= 11,5Hz

Bài giải :

a) Điện áp phân cực cực nguổn Ư( S được xác định từ

hệ thức

Thay số liệu, ta nhận được U GS = -3V ^ 1 -~ \ị j = -l,3 6 V

Điện trở cực nguồn để cung cấp thiên áp tự cấp UGS này được xác định bởi :

Hình 2.13

35

G iá trị điện th ế trê n cực m áng U D được lựa chọn khi Uvào sao cho với biên độ cực đại của điện áp ra I ± A U Dm ax| =

= I ±2V ị = 2V điểm làm việc không vượt quá giới h ạn I Upl

và điểm gốc U GS = 0 của đặc tuyến tru y ền đ ạt, do vậy

= 1 _ 3Y| V1 OmA 3mA = 3,7mA/V.

B iểu thị các kết quả tín h s, QA trên đặc tuyến truyền đạt