Đang tải... (xem toàn văn)
Mời các bạn cùng tìm hiểu các linh kiện điện tử cơ bản; mạch khuếch đại; mạch dao động; mạch nguồn được trình bày cụ thể trong Bài giảng Phần 2: Kỹ thuật mạch tương tự.
Phần 2: Kỹ thuật mạch tương tự Mục lục Chương Các linh kiện điện tử 1.1 Linh kiện tích cực : .4 1.2 Linh kiện thụ động: 1.2.1 Điện trở : 1.2.2 Tụ điện 1.2.3 Cuộn cảm 11 1.3 Linh kiện bán dẫn 12 1.3.1 Giới thiệu chất bán dẫn 12 1.3.2 Các ứng dụng chất bán dẫn 14 1.4 Kết luận 21 Chương Mạch khuếch đại 22 2.1 Khái niệm phân loại khuếch đại 22 2.2 Các thông số mạch khuếch đại 23 2.2.1 Hệ số khuếch đại 23 2.2.2 Đặc tính biên độ tần số pha tần số 23 2.2.3 Đặc tính biên độ 25 2.2.4 Hiệu suất η mạch khuếch đại: 26 2.2.5 Trở kháng vào, trở kháng mạch khuếch đại 26 2.3 Khuếch đại tần thấp dùng transistor 28 2.3.1 Khuếch đại mắc Emitơ chung 28 2.3.2 Khuếch đại mắc bazơ chung 32 2.3.3 Khuếch đại colectơ chung 33 2.3.4 Khuếch đại dùng transistorr trường FET 34 2.3.5 Ví dụ xây dựng mạch khuếch đại mắc Emito chung 37 2.3.6 Một số cách mắc transistor đặc biệt dùng khuếch đại 40 2.4 Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán 41 2.4.1 Vi mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp) 41 2.4.2 OpAmp lý tưởng thực tế: 41 2.4.3 Mạch khuếch đại: 43 2.4.4 Mạch cộng trừ: 45 2.4.5 Mạch vi tích phân: 48 2.4.6 Bài tập: 50 2.5 Khuếch đại công suất 51 2.5.1 Tầng khuếch đại công suất đơn dùng biến áp làm việc chế độ A 52 2.5.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo có biến áp 53 2.5.3 Khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp 56 Chương Mạch dao động 59 3.1 Mạch dao động tạo xung 59 3.1.1 Đa hài tạo xung vuông 59 3.1.2 Mạch tạo xung tuyến tính 59 3.2 Mạch dao động tạo sin 59 3.2.1 Khái niệm chung 59 3.2.2 Tạo dao động hình sin LC ghép hỗ cảm 61 3.2.3 Tạo dao động hình sin kiểu điểm 63 3.2.4 Tạo dao động RC 67 Chương Mạch nguồn 70 4.1 Nguồn chỉnh lưu 70 4.1.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: 70 4.1.2 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: 72 4.1.3 Mạch chỉnh lưu cầu: 74 4.1.4 Chỉnh lưu bội áp .75 4.1.5 Lọc san 76 4.2 Nguồn ổn áp chiều tuyến tính 76 4.2.1 Các tham số ổn áp chiều 77 4.2.2 Ổn áp chiều bù tuyến tính 77 4.2.3 Các IC ổn áp tuyến tính 80 4.2.4 Nguyên lý ổn áp xung 82 Chương Các linh kiện điện tử Bài giảng số Thời lượng: tiết Tóm tắt nội dung : Linh kiện tích cực Linh kiện thụ động Linh kiện bán dẫn 1.1 Linh kiện tích cực : 1.1.1 Nguồn dòng: a) Khái niệm ứng dụng Nguồn dòng mạch điện cung cấp dòng điện khơng phụ thuộc tải Nguồn dòng có nhiều ứng dụng : - Nguồn dòng tín hiệu cần truyền xa: để tránh sai số điện trở đường dây, nhiễu điện áp cảm ứng - Nguồn dòng mạch nạp xả tụ điện, nhằm tuyến tính hóa điện áp nạp xả - Nguồn dòng mạch cấp điện cho diode zenner, để có điện áp ổn định - Nguồn dòng cho mạch đo lường dựa điện áp hai đẩu điện trở b) Phân loại : - Nguồn dòng cố định: cho dòng ổn định khơng thay đổi - Nguồn dòng phụ thuộc: cho dòng tỷ lệ với áp điều khiển đầu vào c) Cách lắp mạch : - Các mạch nguồn dòng đơn giản khơng cần xác lắm, ta mắc tranistor Hình 1.1.1.1 Sơ đồ mạch nguồn dòng dung Transistorr - Nguồn xác ráp OpAmp - Hình 1.1.1.2 Sơ đồ mạch nguồn dòng dung OpAmp Các nguồn dòng cố định dùng IC tạo dòng chuyên nghiệp 24VdcOut T U F u F u 0 1 G C N C1b D O N I U Bridge1 Gnd D +20Vac 1.1.2 Nguồn áp a) Khái niệm ứng dụng : Nguồn áp mạch cung cấp điện áp không phụ thuộc tải, hay khơng phụ thuộc dòng điện chạy qua Ví dụ: nguồn điện lưới, pin, accu, mạch nguồn mạch nguồn dùng Zenner diode , Tuỳ theo yêu cầu mạch ứng dụng mà loại nguồn áp sử dụng b) Phân loại - Nguồn áp cố định o VD : Pin , Acquy … - Nguồn áp phụ thuộc o VD: Nguồn sử dụng mạch chỉnh lưu , nguồn điện lưới… c) Cách mắc mạch: Mắc mạch sử dụng chỉnh lưu cầu IC LM78xx : Hình 1.1.2.1 Sơ đồ mạch nguồn áp 1.1.3 So sánh - Nguồn áp lý tưởng có trở kháng nguồn Ohm, thực tế nhỏ, Ohm - Nguồn dòng ngược lại có trở kháng nguồn vô lớn (lý tưởng) Trong trường hợp nguồn áp làm từ số transistor, tần số thấp, điện trở nguồn cỡ vài Mega Ohm Về ngun tắc, tải nguồn dòng khơng giá trị vô lớn tải nguồn áp kô đc ngắn mạch 1.2 Linh kiện thụ động: 1.2.1 Điện trở : a) Khái niệm : Điện trở phần tử thụ động mạch điện đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện Chính thế, sử dụng điện trở cho mạch điện phần lượng điện bị tiêu hao để trì mức độ chuyển dời dòng điện Nói cách khác điện trở lớn dòng điện qua nhỏ ngược lại điện trở nhỏ dòng điện dễ dàng truyền qua b) Phân loại Do đặc trung điện trở cản trở dòng điện nên dòng điện chạy qua tiêu thụ lượng lượng , cụ thể điện theo phương trình P = I2R Với P : Cơng suất tổn hao điện trở (W) I : Cường độ dòng điện chạy qua điện trở (A) R : Trở kháng điện trở (Ω) Chính phân loại điện trở thực tế ngưởi ta phân loại theo công suất tiêu thụ tối đa điện trở : - Điện trở công suất lớn ( > 1W) - Điện trở cơng suất trung bình (1/4W-1W) - Điện trở công suất nhỏ (1/8W – 1/4W) Tuy nhiên, ứng dụng thực tế cấu tạo riêng vật chất tạo nên điện trở nên thông thường, điện trở chia thành loại: - Điện trở: loại điện trở có cơng suất trung bình nhỏ điện trở cho phép dòng điện nhỏ qua - Điện trở cơng suất: điện trở dùng mạch điện tử có dòng điện lớn qua hay nói cách khác, điện trở mạch hoạt động tạo lượng nhiệt lớn Chính thế, chúng cấu tạo nên từ vật liệu chịu nhiệt c) Cách xác định giá trị điện trở: Cách đọc giá trị điện trở thông thường phân làm cách đọc, tuỳ theo ký hiệu có điện trở Dưới hình cách đọc điện trở theo vạch màu điện trở Hình 1.2.1.1 Bảng vạch màu thân trở Đối với điện trở có giá trị định nghĩa theo vạch màu có loại điện trở: Điện trở vạch màu điện trở vạch màu vạch màu Loại điện trở vạch màu vạch màu hình vẽ Khi đọc giá trị điện trở vạch màu vạch màu cần phải để ý chút có khác chút giá trị Tuy nhiên, cách đọc điện trở màu dựa giá trị màu sắc ghi điện trở cách tuần tự: Đối với điện trở vạch màu - Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục giá trị điện trở - Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở - Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở - Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số điện trở Đối với điện trở vạch màu - Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm giá trị điện trở - Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục giá trị điện trở - Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở - Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số điện trở Ví dụ Như hình vẽ, điện trở vạch màu phía có giá trị màu là: xanh cây/xanh da trời/vàng/nâu cho ta giá trị tương ứng bảng màu 5/6/4/1% Ghép giá trị ta có 56x10 4Ω=560kΩ sai số điện trở 1% Tương tự điện trở vạch màu có màu là: Đỏ/cam/tím/đen/nâu tương ứng với giá trị 2/3/7/0/1% Như giá trị điện trở 237x100=237Ω, sai số 1% - 1.2.2 Tụ điện a) Khái niệm đặc trưng vật lý Tụ điện theo tên gọi linh kiện có chức tích tụ lượng điện Chúng thường dùng kết hợp với điện trở mạch định thời khả tích tụ lượng điện khoảng thời gian định Đồng thời tụ điện sử dụng nguồn điện với chức làm giảm độ gợn sóng nguồn nguồn xoay chiều, hay mạch lọc chức tụ nói cách đơn giản tụ ngắn mạch (cho dòng điện qua) dòng điện xoay chiều hở mạch dòng điện chiều Để đặc trưng cho khả tích trữ lượng điện tụ điện, người ta đưa khái niệm điện dung tụ điện Điện dung cao khả tích trữ lượng tụ điện lớn ngược lại Giá trị điện dung đo đơn vị Fara (kí hiệu F) Giá trị F lớn nên thông thường mạch điện tử, giá trị tụ đo giá trị nhỏ micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF) b) Phân loại Phân loại theo đặc trưng vật lý - Tụ điện có phân cực (có cực xác định) - Tụ điện khơng phân cực(không phân biệt cực dương âm) Phân loại theo cấu tạo - Tụ hóa - Tụ giấy - Tụ gốm - Tụ kẹo c) Cách nhận biết loại tụ điện Tụ phân cực : thường tụ điện chiểu Tụ hóa : - Tụ hóa loại tụ có phân cực Chính sử dụng tụ hóa u cầu người sử dụng phải cắm chân tụ điện với điện áp cung cấp Thơng thường, loại tụ hóa thường có kí hiệu chân cụ thể cho người sử Hình 1.2.2.1 Tụ hóa dụng ký hiệu + - tương ứng với chân tụ - Có hai dạng tụ hóa thơng thường tụ hóa có chân hai đầu trụ tròn tụ (tụ có ghi 220μF hình ) loại tụ hóa có chân nối đầu trụ tròn (tụ có ghi giá trị 10μF hình ) - Trên tụ hóa, người ta thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu Nếu trường hợp điện áp lớn so với giá trị điện áp tụ tụ bị phồng nổ tụ tùy thuộc vào giá trị điện áp cung cấp Thông thường, chọn loại tụ hóa người ta thường chọn loại tụ có giá trị điện áp lớn giá trị điện áp qua tụ để đảm bảo tụ hoạt động tốt đảm bảo tuổi thọ tụ hóa Tụ Tatanli Tụ Tantali loại tụ hóa có điện áp thấp so với tụ hóa Chúng đắt nhỏ thường dùng yêu cầu tụ có điện dung lớn kích thước nhỏ Các loại tụ Tantali thường ghi rõ giá trị tụ, điện áp cực tụ Các loại tụ Tantali sử dụng mã màu để phân biệt Chúng thường có cột màu Hình 1.2.2.2 Tụ Tantali (biểu diễn giá trị tụ, cột biểu diễn giá trị điện áp) chấm màu đặc trưng cho số số không sau dấu phẩy tính theo giá trị μF Chúng dùng mã màu chuẩn cho việc định nghĩa giá trị điểm màu điểm màu xám có nghĩa giá trị tụ nhân với 0,01; trắng nhân 0,1 đen nhân Cột màu định nghĩa giá trị điện áp thường nằm gần chân tụ có giá trị sau: o Vàng=6,3V o Đen= 10V o Xanh cây= 16V o Xanh da trời= 20V o Xám= 25V o Trắng= 30V o Hồng= 35V Tụ không phân cực Là tụ điện xoay chiều chịu điện áp cao 50V-400V , khơng có cực xác định chân tụ Có cách để xác định giá trị tụ không phân cực Tụ dùng mã để xác định giá trị Mã số thường dùng cho loại tụ có giá trị nhỏ giá trị định nghĩa sau: Giá trị thứ số hàng chục Giá trị thứ số hàng đơn vị Giá trị thứ giá trị 10x tụ Giá trị tụ đọc theo chuẩn giá trị picro Fara Hình 1.2.2.3 Tụ kẹo & tụ gốm (pF) Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 có nghĩa 10 thêm số đằng sau =1000pF = 1nF 102pF Tụ dùng màu để xác định giá trị Sử dụng chủ yếu tụ loại polyester nhiều năm Hiện loại tụ khơng bán thị trường chúng tồn nhiều mạch điện tử cũ Màu định nghĩa tương tự màu điện trở màu giá trị tụ tính theo pF, màu thứ Hình 1.2.2.4 Tụ dung màu đễ xác định giá trị dung sai màu thứ giá trị điện áp Ví dụ : tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa 10000pF= 10nF= 0.01uF Chú ý ko có khoảng trống màu nên thực tế có màu cạnh giống tạo mảng màu rộng Ví dụ Dải đỏ rộng/vàng= 220nF=0.22uF Tụ xoay tụ chặn : - Tụ xoay : thường sử dụng mạch điều chỉnh radio Chúng thường có giá trị nhỏ, thơng thường nằm khoảng từ 100pF đến 500pF Rất nhiều tụ xoay có vòng xoay ngắn nên chúng khơng phù hợp cho dải biến đổi rộng điện trở chuyển mạch xoay Chính nhiều ứng dụng, đặc biệt mạch định thời hay mạch điều Hình 1.2.2.5.Tụ xoay chỉnh thời gian người ta thường thay tụ xoay điện trở xoay kết hợp với giá trị tụ điện xác định - Tụ chặn : tụ xoay có giá trị nhỏ Chúng thường gắn trực tiếp lên mạch điẹn tử điều chỉnh sau mạch chế tạo xong Tương tự biến trở điều chỉnh tụ chặn người ta dùng tuốc nơ vít loại nhỏ để điều chỉnh Tuy nhiên giá trị tụ nhỏ nên điều chỉnh, người ta thường phải cẩn thận kiên trì q trình điều chỉnh có ảnh hưởng tay tuốc nơ vít tới giá trị tụ Hình 1.2.2.6 Tụ chặn Các tụ chặn thường có giá trị nhỏ, thông thường nhỏ khoảng 100pF Có điều đặc biệt khơng thể giảm nhỏ giá trị tụ chặn nên chúng thường định với giá trị tụ điện tối thiểu, khoảng từ tới 10 pF 10 Chương Mạch nguồn Bài giảng số Thời lượng: tiết Tóm tắt nội dung : Nguồn chỉnh lưu Nguồn ổn áp chiều tuyến tính o Ổn áp tham số o Ổn áp chiều kiểu bù o Ổn áp xung 4.1 Nguồn chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều 4.1.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: Hình 4.1.1.1 Mạ ỉn lưu n u kỳ Các linh kiện mạch: V1 điện áp lưới 220V, 50Hz T1 biến áp, thực biến đổi dòng xoay chiều thành dòng xoay chiều có biên độ thay đổi D1 diode bán dẫn, nhờ tính chất van dòng điện chỉnh lưu dòng xoay chiều phía thứ cấp biến áp thành dòng chiều Mạch điện thực biến đổi điện áp lưới thành điện áp chiều Dạng sóng tín hiệu vào-ra mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ trình bày hình vẽ: 70 Hình 4.1.1.2 Dạng sóng tín ệu vào-r ủ mạ ỉn lưu n u kỳ Tín hiệu vào tín hiệu tuần hồn theo chu kỳ T, ta cần tính tốn chu kỳ từ đến T Các chu kỳ lại tín hiệu tuần hoàn < t < T/2: U2>0 => diode phân cực thuận => U0=U2 T/2 < t < T: U2 diode phân cực ngược => U0=0 Nhận xét: Tại đầu ra, điện áp ≥0 nên mạch thực việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Tuy nhiên, điện áp tồn nửa chu kỳ dương điện áp vào Vì vậy, mạch gọi mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Giá trị trung bình điện áp tính sau (giả sử U2 điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng U2) T _ T 2.U cos(2ft ) 2.U 2 U 2.U sin(t )dt 0.45U T T 2f Tín hiệu U0 tín hiệu chiều nhiên tín hiệu khơng ổn định Tín hiệu chiều mong muốn tín hiệu ph ng ổn định Để làm cho tín hiệu ph ng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch sau: D1 V1 220 V 50 Hz 0Deg Hình 4.1.1.3 Mạ T1 U2 ỉn lưu n C1 R1 u kỳ ó tụ đ ện 71 Do q trình phóng nạp tụ điện làm cho điện áp ph ng Hình 4.1.1.4 Dạng sóng tín ệu ủ mạ ỉn lưu n u kỳ ó tụ đ ện 4.1.2 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: D1 V1 220 V 50 Hz 0Deg Hình 4.1.2.1 Mạ T1 U 21 U 22 ỉn lưu n R1 10k D2 u kỳ Các linh kiện mạch: V1 điện áp lưới, 220V, 50Hz T1 biến áp có điểm đất chung Hai điện áp U21 U22 ngược pha Hai diode D1 D2 phối hợp với đảm bảo điện áp tồn hai chu kỳ Mạch điện thực biến đổi điện áp lưới thành điện áp chiều 72 Hình 4.1.2.2 Dạng sóng tín ệu vào-r ủ mạ ỉn lưu n u kỳ Tín hiệu vào tín hiệu tuần hồn theo chu kỳ T, ta cần tính tốn chu kỳ từ đến T Các chu kỳ lại tín hiệu tuần hồn < t < T/2: U21>0 => Diode phân cực thuận U22 Diode phân cực ngược T/2 < t < T: U21 Diode phân cực ngược U22>0 => Diode phân cực thuận => U0=U21 => U0=U22 Nhận xét: Tại đầu ra, điện áp ≥0 nên mạch thực việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Điện áp tồn hai nửa chu kỳ Vì vậy, mạch gọi mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Giá trị trung bình điện áp tính sau (giả sử U21 U22 điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng U2) Dễ thấy giá trị trung bình điện áp mạch chỉnh _ lưu nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh lưu nửa chu kỳ, U 0.9U Để đánh giá độ ph ng điện áp ra, thường sử dụng hệ số gợn sóng định nghĩa thành phần sóng bậc n: qn U nm U0 với Unm biên độ sóng có tần số n.ω, U0 thành phần điện áp chiều tải Đối với mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ta có: q1 = 0.67 Tín hiệu U0 tín hiệu chiều nhiên tín hiệu khơng ổn định Tín hiệu chiều mong muốn tín hiệu ph ng ổn định Để làm cho tín hiệu ph ng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch sau: 73 D1 V1 T1 U 21 C1 220 V 50 Hz 0Deg U 22 Hình 4.1.2.3 Mạ R1 D2 ỉn lưu n u kỳ ó tụ đ ện Do q trình phóng nạp tụ điện làm cho điện áp ph ng Hình 4.1.2.4 Dạng sóng tín ệu ủ mạ ỉn lưu n u kỳ ó tụ đ ện _ Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình điện áp tăng U 2.U hệ số gợn sóng giảm q1 ≤ 0.02 4.1.3 Mạch chỉnh lưu cầu: V1 220 V 50 Hz 0Deg T1 D1 D2 U2 D4 U0 D3 R1 Hình 4.1.3.1 Mạ ỉn lưu ầu Các linh kiện mạch: diode D1, D2, D3, D4 mắc gọi mắc theo hình cầu V1 nguồn điện áp lưới T1 biến áp 74 Mạch thực biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp lưới thành dòng điện chiều hình vẽ sau: Hình 4.1.3.2 Dạng sóng tín ệu vào-r ủ mạ ỉn lưu ầu < t < T/2: U2 > => D1, D3 phân cực ngược; D2, D4 phân cực thuận => U0 = U2 T/2 < t < T: U2 < => D1, D3 phân cực thuận; D2, D4 phân cực ngược => U0 = -U2 Nhận xét: Điện áp đầu mạch chỉnh lưu cầu giống mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Tuy nhiên, ln có hai diode phân cực ngược nên điện áp ngược đặt lên diode phân cực ngược nửa so với trường hợp mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Điều có ý nghĩa chọn linh kiện cho mạch 4.1.4 Chỉnh lưu bội áp Trong tất sơ đồ xét điện áp trường hợp vượt mức biên độ điện áp vào U2m Trong thực tế D1 D2 a) _ + nhiều lúc đòi hỏi điện áp lớn gấp q lần + + E0 _ điện áp sơ đồ chỉnh lưu nửa chu C1 C1 u Rt Rt kỳ Lúc sử dụng sơ đồ chỉnh lưu 2E + u E0 _ _ bội (nhân) áp Xét sơ đồ nhân đơi hình D2 C2 C2 D1 4.1.4.1 Thực chất sơ đồ hai sơ đồ Hình 4.1.4.1.Mạ ch nhân đôi diện p chnh lu nửa chu kỳ mắc nối tiếp, b) Rt điện áp chúng cộng lại tải Ở bán chu kỳ dương diot D1 thông, tụ C1 nạp điện Nửa chu kỳ tụ C2 C3 C1 Hình 4.1.4.2.Mạ ch Chỉ nh luu D nhân p nạp qua diot D2 thông Chiều điện u2 a)) Nhân đôi điện p D3 ỏp np có dạng hình vẽ Từ b) Nh©n ba điện p D1 C2 hỡnh ny ta thy điện áp tải tổng điện áp hai tụ điện(2E0) Tần số đập mạch hai lần tần số điện áp nguồn 75 Hình 4.1.4.2a lại có cách mắc nhân đôi điện áp, hai tụ mắc nối tiếp xét, mà thực sau Giả sử thời gian nửa chu kỳ thứ điện áp cuộn thứ cấp biến áp có cực tính cho diot D1 thơng, tụ C1 nạp điện đến giá trị E0 với cực tính hình vẽ; nửa chu kỳ diot D2 thông, điện áp tụ C2 điện áp cuộn thứ cấp cộng với điện áp nạp tụ C1 nên có trị số xấp xỉ 2E0 Tấn số đập mạch tần số nguồn xoay chiều Tương tự xây dựng sơ đồ nhân ba (hình 4.1.4.2b), nhân bốn, nhân năm 4.1.5 Lọc san Trường hợp đơn giản lọc san dùng tụ C t thoả mãn hệ số đập mạch Kđ.Lúc cần chọn tụ để thoả mãn: Kđ=2/(2fđmCt) fđm : tần số đập mạch Trị số tụ Ct thường tụ hoá từ vài chục F đến vài ngàn F Trong trường hợp mắc tụ lọc có trị số lớn (tụ lớn kích thước giá thành tăng) mà hệ số đập mạch chưa đạt yêu cầu phải mắc lọc san tải mạch chỉnh lưu Mạch lọc san đơn giản mạch lọc RC hình 4.1.5.1a Cần chọn số thời gian =RC thoả mãn yêu cầu hệ số đập mạch tần số đập mạch Hiệu san lớn ta chọn mức thoả mãn bất đ ng thức sau cao R>>1/(2fđmC) R fđm : tần số đập mạchcủa điện áp Vì thường người ta tăng giá trị tụ C Nếu a) tăng giá trị C đến mức lớn mà chưa đủ độ san C C Rt cần thay điện trở R cuộn cảm L hình 4.1.5.1.b Mạch lọc san tốt cuộn cảm có trọng lượng, kích thước đáng kể, giá thành cao R nên sử dụng thực tế C C Rt b) Hình 4.1.5.1 Mạch lọc a)lọc RC b)lọc LC 4.2 Nguồn ổn áp chiều tuyến tính Một mạch điện tử làm việc không tốt nguồn chiều cung cấp cho khơng giữ giá trị danh định Nguyên nhân thay đổi có nhiều, đáng quan tâm thay đổi điện lưới xoay chiều thay đổi tải Một cách để khắc phục thay đổi điện áp nguồn điện lưới sử dụng máy ổn áp xoay chiều sản xuất công nghiệp Tuy nhiên chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường Vì cần tạo mạch điện giữ cho điện áp chiều sau chỉnh lưu có giá trị ổn định phạm vi đó.Ta gọi mạch mạch ổn áp chiều hay thường gọi tắt ổn áp 76 4.2.1 Các tham số ổn áp chiều Một mạch ổn áp mơ mạng bốn cực hình 4.2.1.1 đặc trưng tham số sau đây: Hệ số ổn áp, tỷ số lượng biến thiên điện áp tương đối đầu vào đầu : K «d U v Uv U r Rt const Ur Hệ số ổn áp đường dây: Kô.dây= + + UV URA Rt _ _ Hình 4.2.1.1 Mạch ổn áp U r 100% (khi UV biến thiên 10%) Ur Hệ số ổn áp tải: Kô.dây= U r 100% (khi It=It max) Ur Điện trở động đầu đặc trưng cho biến thiên điện áp dòng (dòng tải) thay đổi (lấy theo trị tuyệt đối): RRA=URA/It (khiUV=const.) Hiệu suất , tỷ số công suất tải công suất danh định đầu vào: = URA It UV IV 4.2.2 Ổn áp chiều bù tuyến tính Mạch ổn áp tham số đơn giản tiết kiệm có nhược điểm có độ ổn định khơng cao, trị số điện áp không thay đổi ý, đặc biệt dòng tải lớn Để khắc phục nhược điểm người ta xây dựng mạch ổn áp bù tuyến tính Ở Tranzisto cơng suất hiệu chỉnh điện áp để bù lượng thay đổi điện áp cần ổn định Ổn áp bù tuyến tính xây dựng theo sơ đồ song song nối tiếp sơ đồ khối hình 4.2.3.1.Đó mạch tự hiệu chỉnh có hồi tiếp Có hai cách xây dựng sơ đồ khối: hình4.2.3.1a-sơ đồ song song, hình 4.2.3.1b- sơ đồ nối tiếp Trong sơ đồ 1-phần tử hiệu chỉnh, 2-phần tử so sánh khuếch đại, 3phần tử lấy mẫu, 4-nguồn chuẩn Trong sơ đồ song song phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải Sơ đồ hoạt 77 động sau: Phần tử lấy mẫu đem so sánh điện áp đầu với nguồn chuẩn phần tử so sánh-khuếch đại 2, sai lệch điện áp khuếch đại đưa đến phần tử hiệu chỉnh Phần tử tự hiệu chỉnh dòng tương tự diot tham số để điều chỉnh sụt áp điện trở R1, giữ cho điện áp không đổi Trong sơ đồ nối tiếp hình 4.2.3.1b phần tử hiệu chỉnh mắc nối tiếp với tải Phần tử tự điều chỉnh sụt áp theo tín hiệu từ đầu phần tử so sánh-khuếch giữ cho điện áp ổn định Trong hai cách xây dựng ổn áp sơ đồ ổn áp song song có dòng tải qua điện trở R1, dẫn đến tổn hao nhiệt lớn, sơ đồ có hiệu suất thấp Tuy nhiên sơ đồ lại có ưu điểm khơng gặp nguy hiểm tải Sơ đồ nối tiếp cho hiệu suất cao dòng tải tăng q mức (ví dụ chập tải) phần tử hiệu chỉnh dễ bị đánh thủng Trong thực tế thường dùng sơ đồ nối tiếp có mạch bảo vệ tải Các mạch ổn áp bù có hiệu suất khơng vượt q 60% Hình 2.4.3.2 mạch ổn áp bù mắc nối tiếp có cực tính âm Khi điện áp thay đổi, điện trở R1, R2 triết áp P lập thành phân áp, lấy mẫu điện áp Điện áp này(UB2) đem so sánh với điện áp chuẩn U Z tạo diot ổn áp DZ điện trở R3 Hiệu số chúng điện áp bazơ-emitơ Q2 ( phần tử so sánh-khuếch đại): UBE2=UB2-UZ Điện áp điều khiển mạch khuếch đại so sánh Q2 để lấy điện áp colectơ điều khiển Q1 Tranzistor Q1 điều chỉnh mức mở để thay đổi điện áp điều chỉnh UĐC để bù lượng biến thiên điện áp U2=U1-UĐC Cụ thể sơ đồ ổn áp làm việc sau.Giả sử điện áp vào tăng, làm điện áp tăng tức thời nên điện áp UBE2 tăng ( trị tuyệt đối), tức điện bazơ Q2 âm Điện áp điều khiển bazơ Q2 UBE2 âm nên Q2 thơng nhiều hơn, dòng colectơ Q2 tăng, điện áp UCE2 giảm Vì sụt áp R4 tăng lên, làm cho điện bazơ Q1 dương lên, Q1 đóng bớt lại; tức điện áp UĐC=UCE1 tăng lên, điện áp đầu U2 giảm giá trị ban đầu Tương tự vậy, dòng tải tăng làm cho điện áp giảm trình diễn Trường hợp điện áp vào giảm q trình diễn hồn tồn ngược lại Có thể xác định hệ số ổn định mạch hình 9.16 theo cơng thức sau: R4 [R (1 α) P](R αP) Rv α R rrbe [1 ] rb (R P R 2) rd [r (1 α) P](r αp) ] : hệ số điều chỉnh, thường =1,52;RV,rb,re ,rd- tương ứng = rv rb β 1(R p r 2) KÔđ= điện trở đầu vào, điện trở khối bazơ, điện trở emitơ Q1, rd điện trở động DZ; 1 hệ số khuếch đại dòng điện Q1.Hệ số ổn định đạt tới vài trăm Trong mạch vừa xét tụ điện C1,C2 tăng độ lọc san khử dao động ký sinh, C3 tăng độ ổn định cho đại lượng biến đổi chậm theo thời gian 78 Trên sở mạch ổn áp hình 4.2.3.2 xây dựng mạch phức tạp để tăng độ mạch biện pháp sau : - - + Up - Rc T1 R1 C R3 T1 T2 P Dz R2 + + a) b) Hình 4.2.3.2 a) ổn áp dùng khuếch đại thuật tốn b) ổn áp có nguồn phụ ổn định Tăng độ nhạy mạch hồi tiếp cách dùng hai hay ba tầng khuếch đại thay cho tranzisto T2, thay tranzisto mắc Darlington để tăng hệ số tới 103104 Thay cho T2 khuếch đại bình thường dùng khuếch đại vi sai hình 4.2.3.2 a Tầng khuếch đại vi sai T1 - T2 có độ trơi nhỏ nên độ ổn định mạch tăng Điện áp đầu mạch khuếch đại vi sai lấy không đối xứng đưa tới phần tử hiệu chỉnh Có thể tăng độ ổn định cách dùng nguồn phụ ổn định để cấp cho mạch khuếch đại - so sánh hình 4.2.3.2.b Dùng khuếch đại thuật tốn khâu khuếch đại Vì khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch đại lớn độ ổn định cao nên chất lượng ổn áp tăng Mạch điện hình 4.2.3.3.a sử dụng khuếch đại thuật tốn A741 khâu khuếch đại Trường hợp cần nguồn đối xứng xây dựng mạch hình 4.2.3.3.b UV R1 -Ur C2 C3 D1 +3 _2 + C1 R1 C1 C5 D2 C1' R2 C4 R3 + R1' -UV R3 R3' T1 +UV R1 A1 T2 + _ + R2 A2 R4 DZ R5 C2 +U r R7 R6 C2' R2' + _ + - R8 T2' -Ur T1' a b Hình 4.2.3.3 a)ổn áp dùng IC tuyến tính b)ổn áp tạo nguồn đối xứng 79 4.2.3 Các IC ổn áp tuyến tính Người ta chế tạo vi mạch ổn áp tuyến tính với giá thành hạ sử dụng tiện lợi Xét số vi mạch thông dụng a Vi mạch MAA723(A723) cho cơng suất tải 400mW với dòng tải 150 mA Sơ đồ nguyên lý trình bày hình 4.2.3.1 Vi mạch có cách mắc trình bày hình 4.2.3.2 Với số linh kiện mắc tạo mức điện áp khác ỏ hình a,b,c,d,e,f,h,g : a) cho Ur‟=27V b) Ur‟=737V c) Ur‟=-(615)V d) Ur‟=-(9,537)V e) Ur‟3 V 10 R3 +Ur' Rs R1 R2 3,3K -Ur 2,2K UZ 10 +Ur' -Ur' 100 100 R2 +Ur 2,2K d) R2 +Ur e) UZ 10 f) 100 -Ur' R1 100 R1 100 R1 3,3K -Ur 3,3K c) 3,3K 10 470 R2 Rs R3 10 R3 -Ur' Rs -Ur' R1 470 R2 -Ur Rv 12V:36V g) 3,3K UZ 10 R1 h) Rv 12V:36V Rs 3,3K R1 -Ur k) 10K UZ 10 -Ur' 3,3K R2 470 3,3K R2 10 1 UZ 4 10 470 -Ur' Hình 4.2.3.2 Cá c cá ch mắc IC ổn p MAA723(A723) 80 a) b) 7805 7806 7808 78xx 7812 7815 7818 7824 7905 7906 7908 7912 7915 7918 7924 79xx 78xx 35V 1F 1F XX Các điện trở R1, R2, R3 chọn theo dẫn hãng sản xuất, Rs điện trở hạn dòng Dạng vỏ IC trình bày trờn hỡnh 4.2.3.2.k 312 132 Hình 4.2.3.3 a) Vỏ chân 78XX 79XX b)Cá ch mắc mạ ch b Vi mạch ba chân 78XX 79XX Đây loại vi mạch thông dụng thị trừơng với giá thành thấp, sử dụng b) tiện lợi 78XX 78XX Họ 78XX cho điện áp cực tính dương, 79XX cực tính âm R a) Hai số cuối trị số điện áp ổn định đầu ra: Dz H× nh 4.2.3.4 Cá c sơ đ mắ c ổ n p 78xx,79xx 7805,7806,7808,7812,7815,7818,7824 cú a) sơ đồ tă ng dòng b)sơ đồ tă ng p in ỏp tương ứng 5v ,6v ,8v , 12v , 15v , 18v 24v 7905,7906,7908,7912,7915,7918,7924 có điện áp tương ứng -5v, -6v, -8v , -12v , -15v , -18v 78xx 24v +Uxx + _ Dạng cách mắc mạch trình bày hình 4.2.3.3b Các IC cho dòng tải cực đại khoảng A Muốn tăng dòng ta mắc thêm tranzisto cơng suất + hình 4.2.3.4.a, lúc cho dòng tới 5A _ -Uxx Muốn thay đổi điện áp ta mắc thêm diot zener 79xx hình 4.2.3.4.b, lúc Ur=xx+UDZ Trong thực tế cần tạo nguồn đối xứng (2 cực tính) để cấp cho khuếch đại thuật toán Sơ đồ b Hình 4.2.3.5 Mạ ch nguồn hai cực tính ngun trình bày hình 4.2.3.5 bao gồm mạch chỉnh lưu ổn áp c Vi mạch LM317 LM317 In Out Đây loại vi mạch thơng dụng ba chân với H×nh điện áp điều chỉnh khoảng 1,25 240 v25v Sơ đồ mắc mạch có dạng hình 4.2.3.6 Điện áp 4.2.3.6 1F M¹ ch chuẩn 1,25 v Điện áp tính theo cơng thức 5K IC R U ,( ) V LM317 R 81 4.2.4 Nguyên lý ổn áp xung Trong thiết bị điện tử chất lượng cao người ta sử dụng ổn áp xung Ví dụ máy thu hình màu hay máy tính cá nhân ta sử dụng ngày làm việc ổn định, ta khơng cảm thấy có sợ bất ổn nguồn vận hành chúng Sở dĩ ổn áp xung có ưu điểm bật so với ổn áp bù tuyến tính Đó : Trong ổn áp xung phần tử hiệu chỉnh làm việc liên tục mà thông khoảng thời gian tồn xung nên tổn hao nhiệt giảm, hiệu suất độ bền mạch tăng Phạm vi hiệu chỉnh rộng Mạch nguồn gọn nhẹ làm việc tần số cao Xét nguyên lý ổn định khố điều khiển đóng ngắt nguồn liên tục hình 4.2.4.1a để tạo nên điện áp xung hình 4.2.4.1b Giá trị trung bình xung xác định diện tích xung h.tx độ dài chu kỳ xung: Utb= h.t x T U.t x T Trong ổn áp xung người ta giữ cho giá trị trung bình Utb xung khơng đổi Từ biểu thức ta thấy muốn giữ cho giá trị trung bình xung không đổi cần cho tỷ số tx T K a) u(t) b) biến thiên theo chiều ngược lại với + chiều biến thiên U Như Rt U _ tx h thay đổi chu kỳ độ rộng hay độ rỗng (khoảng cách xung) xung để đạt mục đích Trong thực T t tế người ta sử dụng khoá điện tử trờn Hình 4.2.4.1 a)Khóa khítạ o xung b) Đ iện p tải Rt tranzisto cụng sut thay cho khố khí K Ta xét ngun lý xây dựng mạch ổn áp xung theo sơ đồ khối hình 4.2.4.2.a Khi thơng, khố K dẫn lượng từ nguồn chiều đến phần tử tích luỹ lượng (là cuộn cảm tụ điện ) Khi khoá tranzisto ngắt phần tử tích luỹ cung cấp lượng cho mạch tải Tần số đóng mở khố thường chọn khoảng 1650 Khz để chánh nhiễu âm Trong dải tần số tải cuộn cảm có lõi pherit thích hợp Trong hình 4.2.4.2a khoá K mắc nối tiếp với tải Mạch so sánh thực khuếch đại thuật toán mạch so sánh có trễ Khi điện áp giảm đến mức U2 ( đồ thị hình 4.2.4.2b) khố K thơng, nguồn chiều cấp lượng cho mạch, cuộn cảm nạp điện, điện áp cuộn cảm tăng, điện áp tăng theo Khi điện áp đạt giá trị Ur‟=U1 khố 82 Ur ‟ K L C R2 R1 Ur Y R3 a) Đặ tín t ự U1 U2 t Ur' Rt t Uch b) Hình 4.2.4.2 a)Một phương án xây dựng ổn áp xung b)Đồ thị thời gian điện áp Ur‟và điện áp so sánh ngắt, cuộn cảm phóng điện chiều với tải Q trình lặp lại có chu kỳ Độ gợn sóng hiệu hai điện áp U=U1-U2 ( khoảng vài chục mV) Các mạch ổn áp xung thực tế thường xây dựng theo sơ đồ khối hình 4.2.4.3 Chỉnh lu1 u1 Hình 4.2.4.3 Sơ đồ khối mạ ch ổn p xung Nghịch luổn p Khuếch đạ i chiều u2 Chỉnh lu2 U= Lấy mấu điện p So sá nh Tạ o điện p VR chuẩn Mch chnh lu chỉnh lưu điện áp xoay chiều điện lưới 220V-50Hz thành điện áp chiều để cấp cho mạch nghịch lưu ổn áp Mạch nghịch lưu biến đổi dòng chiều thành xung “ngắt-mở” với tần số trên, nên coi dòng xoay chiều hình sin Năng lượng dòng xoay chiều qua biến áp xung chuyển sang mạch thứ cấp Mạch chỉnh lưu thứ hai nắn dòng xoay chiều tần số cao, cho tần số đập mạch lớn, lấy điện áp chiều cấp cho mạch máy để trì chế độ làm việc ổn định toàn máy Mạch ổn áp: điện áp chiều so sánh điện áp với mức điện áp chuẩn; Sai số thơng qua mạch dò sai dùng để điều khiển ngắt mở khoá điện tử nhanh hay chậm (tốc độ ngắt mở-tức điều chế tần số xung) lâu hay chóng (tức điều chế độ rộng xung) tuỳ theo mức điện áp Ví dụ với phương pháp điều chế độ rộng xung thì: mức cao thời gian thơng khố ngắn ngược lại; tức giữ cho giá trị trung bình theo khơng đổi 83 Ví dụ ta xét mạch nguồn ổn áp xung máy thu hình màu trình bày hình 4.2.4.4 Mạch ổn áp trì chế độ việc ổn định toàn máy điện áp lưới biến thiên dải rộng: 80V260V NghÞch lu-ỉn ¸ p ChØ nh lu møc mét C4 D4 ChØ nh lu møc hai D5 (5) D6 +115V (6) (3) R3 C3 R2 C2 (4) D1 80-260 V ~ C5 (1) D3 K C6 D2 (2) C1 R1 D7 +15V C7 D8 -30V Dß sai Hình 4.2.4.4.Nguồn ổn p xung VR Chỉ nh mức điện p M ng lu: Điện áp chiều cầu nắn diot D1-D4 chỉnh lưu thành chiều, lọc tụ C1 dẫn đến cuộn (1)-(2) đến chân khố T chờ Nếu khố K thơng có dòng qua điện trở R Chính dòng điện qua nạp cho tụ C2 (dòng:+R2Bazơ khố K Xung tần số quét dòng (3)Emit(4)R1 -) m thụng khoỏ K lần đầu tiên, làm cho dòng coletơ qua cuộn (1dương +) (2âm - ) cảm ứng sang (3dương+) - (4õm -) m Xung nghịch lu mức điện t (4) qua C3-R3 quay bazơ đóng tranzisto lại ¸ pcaoU=260V Khố tắt dòng qua (1)-(2) giảm đột ngột 0, tạo nên điện áp cảm ứng sang (3)-(4) ngược dấu trước Xung dương (4) lại thụng khoỏ K v Xung nghịch lu mức điện ¸ p t trình nghịch lưu tiếp tục Năng lượng xoay võaU=180V chiều qua biến áp xung qua cuộn thứ cấp diot chỉnh lưu thành điện áp chiều tương t Xung nghÞch lu møc ®iƯn ¸ p ứng cấp cho mạch máy thÊpU=80V Mạ ổn p: Khi nguồn vào mức cao hạ áp cuộn (1)-(2) cao nên ghép sang cuộn (5)-(6) H×nh 4.2.4.5 t cao Diot D5 chỉnh lưu, đưa lượng chiều lớn chân IC dò sai Mức so sánh với ngưỡng lấy từ triết áp VR Kết so sánh đem điều khiển tranzisto khố K thơng thời gian ngắn Vì lượng chuyển sang thứ cấp ổn định Khi nguồn thấp qúa trình diễn ngược lại Trong mach ,khi nguồn ổn định người ta đưa xung qt dòng cưỡng chế mạch nghịch lưu thông - tắt theo nhịp tần số quét dòng Như dạng dao động xung biến áp xung có dạng hình 4.2.4.5 84 ... transistor, chiều diode 21 Chương Mạch khuếch đại Bài giảng số Thời lượng: 10 tiết Tóm tắt nội dung : Khái niệm phân loại khuếch đại Các thông số kỹ thuật mạch khuếch đại Bố khuếch đại... lập sơ đồ tương đương mạch hình 4.17 Sơ đồ tương đương tính đến điện dung ký sinh đầu mạch khuếch đại Các tụ Cn1 Cn2 tụ nối tầng, thơng thành phần tần số tín hiệu, ngăn cách thành phần chiều... dựng mạch khuếch đại mắc Emito chung 37 2.3.6 Một số cách mắc transistor đặc biệt dùng khuếch đại 40 2.4 Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán 41 2.4.1 Vi mạch khuếch đại thuật