+ U c c
R2
Ur
Uv
+
Cr
+
Cv
R1
Rc
+ U c c
Ur
Uv
+
Cr
+
Cv
RB
Rc
R B
U r
+
Cv
+
Cr
Uv
+12V
Rc
U r
R 1
R 2 R E
U v U r
B
C
E
Rc
R E
R 2
R 1
U r
+
CE
+
Cv
+
Cr
Uv
+12V
Rc
U r
R 1
R 2
R E
+ U c c
+
Cv
+
Cr
Uv
r B E
U v
Rs
RG
Q1
Ur
+UD
Uv
Q1
RG
Rs
Cr
Cv
Uv
Ur
Rs
RdsRgs
RG
Ur
+UD
Uv
Q1
RD
Rs
Cr
Cv
Uv
Ur
RD
Rs
Rds
Rgs
D
+
Cr
Rt
+
Cv
RB
+ U c c
U v
+
Cr
Rt
RE
+
Cv
RB
U v
+ U c c
U r
W 1
W 1
W 2
R1
R2
Q2
Q1
Rt
+ U c c
- U c c
U v
+
Cv
+ U c c
R t
T 1
T 2
T 3
R c
R 1
R 2
U v
+
CR
D2
D1
+
Cv
+ U c c
R t
T 1
T 2
T 3
R c
R 1
R 2
U v
- U c c
D4
D3
D2
R2
R1
U 1
U 2
U n
U r
N
I 1
I 2
I n
P
R1
Rht
R
R
R
U 1
U 2
U r
N
I 1
I 2
P
R4
R3
R2
R1
U r
U v
I c
LL 1
Cr
C1
CE
R1
R2
RE
Z3
Z2
Z1
+Ucc
+
C1
L2
L1
+
C2
+
CE
C
R2
R1
RE
Rc
+Ucc
C1
C2
+
Cv
L
C
C
+
R2
R1
U v
U r
R2
R1
U v
U r
R2
R1
U r
R
C
R2
R1
R
Uv
Ur
D
+
E
U v
U r
R
D2
D1
+
U 2
Rt
U 1
U 2
D 1
D 2
U r
Rt
+
C2
+
C1
U 1
U 2
D 1
D 2
U r
U 2
C n - 1
C n + 1
+
++
C2
+
C1
U 2 1
U 2 2
Rt
D2
D1
Uv
Rt
Z
R
Uv
Ur
T
Rt
Z
R
T1
Z
Ur
Uv
T2
R
R2
R1
Z
Uv
Ur
R3
R2
R1
T
T2
T1
Z
Ur
Uv
+
C1
Uv
Ur
78xx
T
R
Uv
Ur
78xx
Dz
R
Uv
Ur
LM317
VR
R
+
CE
+
Cv
Rt
+
Cr
Uv
+12V
RE
R2
R1
Rc
Cv
Ur
Uv
UD
+
Cs
RG RS
RD
RG1
Cr
Cv
Ur
Uv
UD
+
Cs
RG2 RS
RD
+ U c c
U v
W 1
W 2
+
C
R1
Rt
Q
+ U c c
- U c c
U v
U v
U r
V R
R2
R1
+
+ E
- E
U v
U r
V R
R2
R1
+
U 1
U 2
U r
+ E
- E
R3
R4
R1
R2
+
U 1
U 2
U r
+ E
- E
R3
R3
Ur
+
R4
R2
R1
- E
+ E
U3
U2
U1
R5
R3
Ur
+
R4
R2
R1
U v 1
U v 2
U v 3
+ E
- E
C
Ur
R3
R2
R1
+
U v 1
- E
+ E
U r
C C
C
+
RN
R R
R1
U r
+ E
- E
+ E
- E
+
+
R1
RN
C
C
C
R R
R
U r
+ E
- E
P
R
R
C
+
+ E
- E
Uv
Ur
R2
R1
+
U v
U r
R
D2
D1
+
E2
+
E1
U r
I R
I D
I t
Uv
Rt
DZ
R
U r
Uv
Rt
Dz
R1
Dz
+
+
CE
+
Cv
Rt
+
Cr
Uv
+12V
RE
R2
R1
Rc
+
Cv
+
Cr
Uv
+12V
Rt
RE
Uv
+Ucc
Ur
+
Cr
+
Cv
+
Cr
Rc2
+
CE1
RE1
+
RB
Rc1
Q2
Q1
Cr
Cv
Ur
Uv
UD
+
Cs
RG RS
RD
RG1
Cr
Cv
Ur
Uv
UD
+
Cs
RG2 RS
RD
R2
Q2
Q1
Rt
U 1
U 2
U r
+ E
- E
R3
R4
R1
R2
+
- E
+ E
U3
U2
U1
R5
R3
Ur
+
R4
R2
R1
U 1
U 2
R6
R7
U v 1
U v 2
U v 3
+ E
- E
C
Ur
R3
R2
R1
+
Ux
Uy
Ur
Uz
R5
R6
R3R1
R2
R4
Ux
Uy
Ur
Uz
Rp
Rz
RN
Rx
Ry
- E
P
C VR
R
R2
R1
+
+ E
U r
N
P
C VR
R
R2
R1
+
Ur
+
C
D2
D1
R4
R3
R2
R1
+ E
- E
P
N
12
K
I D
I t
Uv
Rt
DZ
R
U r
Uv
Rt
Dz
R1
Q
U v
I t
U r
R3
Dz
Q2
R2
R1
Rt
Q1
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
Tài liệu dùng cho hệ Đại học - Cao đẳng ngành
Điện - Điện tử và Điện tử - Viễn thông
Biên soạn: Ths. LÊ ĐỨC TOÀN
HÀ NỘI 2009
1
- Khuếch đại dòng điện ta có K
I
.
- Khuếch đại công suất ta có K
P
.
Vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức.
K
=
K
exp(j.
ϕ
k
)
Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượng đầu ra
và đầu vào, phần góc ϕ
k
thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ lớn của |K|
và ϕ
k
phụ thuộc vào tần số ω của tín hiệu vào.
Đồ thị hàm│K| = f(ω) gọi là đặc tuyến biên độ - tần số của tầng khuếch đại. Đồ
thị hàm ϕ
k
=f(ω) gọi là đặc tuyến pha - tần số của tầng khuếch đại.
Có thể tính │K| theo đơn vị dB theo công thức:
│K| (dB) = 20lg│K|
Nếu có n tầng khuếch đại mắc liên tiếp thì hệ số khuếch đại sẽ là:
r
r
r
I
U
Z =
.
3. Méo tần số
Méo tần số là méo do độ khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm ở vùng hai đầu
giải tần. ở vùng tần số thấp có méo thấp M
t
, ở vùng tần số cao có méo tần số cao M
C
.
Chúng được xác định theo biểu thức:
C
0
C
t
0
t
K
K
M;
K
K
M ==
Trong đó: K
0
là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.
+ + +
=
) ) )
)
5. Hiệu suất của tầng khuếch đại
Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lượng được tính bằng tỷ số giữa công
suất tín hiệu xoay chiều đưa ra tải P
r
với công suất một chiều của nguồn cung cấp P
0
.
0
%
r
P
P
η
=
II. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của Tranzito lưỡng cực
1. Nguyên tắc chung phân cực tranzito lưỡng cực
Hình 1-2: Định áp Bazơ
I
B0
I
P
Hình 1-1: Định dòng Bazơ
Có hai cách phân áp cho Tranzito là phương pháp định dòng và định áp Bazơ như
hình vẽ:
4
Hình 1.1 là phương pháp định dòng Bazơ, từ sơ đồ ta có:
nhiệt hay tạp tán của nó. Để giữ điểm làm việc của Tranzito ổn định người ta dùng các
phương pháp ổn định điểm làm việc.
Hình 1-3
Có hai phương pháp ổn định:
a. Ổn định tuyến tính: dùng hồi tiếp âm một chiều làm thay đổi thiên áp mạch vào của
Tranzito để hạn chế sự di chuyển của điểm làm việc.
Hình 1-4
Hình 1-3 là sơ đồ ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp. Ở đây R
B
vừa
làm nhiệm vụ đưa điện áp vào cực gốc bằng phương pháp định dòng Bazơ, vừa dẫn
điện áp hồi tiếp về mạch vào. Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho
dòng một chiều I
C0
tăng lên thì điện thế U
CE0
giảm (do U
CE
≈ U
CC
– I
C0
.R
C
) làm U
BE0
giảm, kéo theo dòng I
B0
giảm làm cho I
C0
= U
R2
- U
E0
giảm, làm cho I
B0
giảm, do đó I
C0
không tăng lên được, tức là I
C0
được giữ ổn định
tương đối.
5
b. Ổn định phi tuyến: dùng phương pháp bù nhiệt nhờ các phần tử có tham số phụ
thuộc vào nhiệt độ như tranzito, điốt, điện trở nhiệt.
III. Phân cực và chế độ làm việc một chiều của Tranzito trường
Về nguyên tắc, việc cung cấp và ổn định điểm làm việc của Tranzito trường cũng
giống như với Tranzito lưỡng cực. Đối với Tranzito trường xác định điểm làm việc
thông qua I
D
, U
GS
, và U
DS
. Để JFET làm việc trong miền khuếch đại phải có các điều
kiện sau:
1. 0 < |I
D
| < |I
GS
= - I
D
.R
S
(2)
Điểm làm việc tĩnh là giao điểm của phương trình (1) và (2).
Mạch ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm thông qua R
S
. Nếu không muốn hồi
tiếp âm xoay chiều ta thêm C
S
như trên mạch điện. Với một số mạch có thể thêm R
1
(it
dùng).
6
Ưu điểm lớn nhất của Tranzito trường là trở kháng vào rất lớn, nên để R
G
ít ảnh
hưởng tới trở kháng vào của mạch người ta chọn R
G
rất lớn (cỡ MΩ).
IV. Hồi tiếp trong mạch khuếch đại
Hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của bộ khuếch đại về
đầu vào thông qua mạch hồi tiếp.
Phân loại hồi tiếp:
- Hồi tiếp dương: tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín vào, hồi tiếp dương sẽ làm bộ
khuếch đại mất ổn định, do đó nó không được sử dụng trong mạch khuếch đại, hồi tiếp
dương được sử dụng trong mạch tạo dao động.
X
h
X
ht
X
R
ht
K
−
X
V
Hình 1-7: Sơ đồ khối bộ khuếch đại có hồi tiếp.
K
−
Từ sơ đồ ta có:
X
R
= K.X
h
; X
ht
= K
ht
.X
R
; X
h
= X
v
– X
K
=
Từ biểu thức này ta có nhận xét: một bộ khuếch đại có hồi tiếp có hệ số khuếch đại
vòng rất lớn thì hàm truyền đạt của nó (K’) hầu như không phụ thuộc vào tính chất của
bộ khuếch đại mà chỉ phụ thuộc vào tính chất của mạch hồi tiếp. Tức là các tham số
của bộ khuếch đại không ảnh hưởng đến hàm truyền đạt của bộ khuếch đại có hồi tiếp
mà chỉ phụ thuộc vào các tham số của mạch hồi tiếp.
2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tầng khuếch đại
2.1. Làm giảm hệ số khuếch đại.
8
Hồi tiếp âm làm hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại có hồi tiếp giảm g lần
'
K
K
g
=
g = 1 + K.K
ht
là độ sâu hồi tiếp.
2.2. Làm thay đổi trở kháng vào, trở kháng ra của mạch.
- Hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
Z
V
’ = Z
v
/g
- Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào của tầng khuếch đại có hồi tiếp g lần.
Z
V
’ = Z
f
K
∆f
∆f ’
0
K’
K
/ 2K
' / 2K
Hình 1-8. Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại
9
Ngoài ra hồi tiếp âm còn có tác dụng quan trọng trong khuếch đại như:
- Giảm nhiễu.
- Giảm méo phi tuyến.
- Giảm méo tần số.
- Làm ổn định hệ số khuếch đại.
Chương II CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN CỦA TẦNG KHUẾCH ĐẠI
10
TÍN HIỆU NHỎ
I. Sơ đồ dùng Tranzito lưỡng cực
1. Sơ đồ Emitơ chung (EC)
r
BE
r
CE
βI
B
I
B
r
β
.R
C
Góc pha
Tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào.
2. Sơ đồ Colectơ chung (CC)
Trở kháng vào của mạch
11
Z
V
= r
BE
+ (β+1)R
E
.
Trở kháng ra
Z
R
= R
E
//
( )
1
BE
r
β
+
.
R
β
Trở kháng ra
Z
R
= r
CE
//R
C
≈ R
C
Hệ số khuếch đại dòng
K
i
= 1
Hệ số khuếch đại điện áp
K
U
= S.R
C
=
BE
r
β
.R
C
Góc pha
Tín hiệu ra cùng pha tín hiệu vào.
II. Sơ đồ dùng Tranzito trường
K
U
= -g
m
.(R
D
//R
DS
)
Góc pha
Tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào.
2. Sơ đồ cực máng chung (DC)
Trở kháng vào của mạch
Z
V
= R
G.
Trở kháng ra
1
//
R S
m
Z R
g
=
.
g
m
U
GS
= g
m
R
D
Góc pha
Tín hiệu ra cùng pha tín hiệu vào.
III. Ảnh hưởng của nội trở nguồn tín hiệu và điện trở tải đến mạch khuếch đại
Ur
Ir
Iv
Uv
Un
K.Uv
Rt
Zr
Zv
Rn
~
~
Hình 2-13. Sơ đồ tương đương mạng 4 cực khuếch đại
Giả sử ta có tầng khuếch đại hình 2-13. Trong đó K là hệ số khuếch đại, Z
V
và Z
R
là
trở kháng vào ra của tầng khuếch đại.
Từ sơ đồ ta có hệ số khuếch đại toàn phần của mạch là:
R
Utp
n
V t
Utp
V n t R
Z R
K K
Z R R Z
=
+ +
(2)
Như vậy khi có nội trở nguồn và điện trở tải thì hệ số khuếch đại điện áp bị giảm.
Từ biểu thức (2) ta cũng có nhận xét trở kháng vào của mạch càng lớn càng tốt, trở
kháng ra của mạch càng nhỏ càng tốt.
Chương III TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
I. Chế độ công tác và điểm làm việc của tầng khuếch đại công suất (KĐCS)
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.
Các tham số cơ bản của tầng khuếch đại công suất là:
- Hệ số khuếch đại công suất K
p
là tỷ số giữa công suất ra và công suất vào.
- Hiệu suất là tỷ số công suất ra và công suất cung cấp một chiều P
0
.
.%
16
V
r
p
P
Cmax Chế độ A là chế độ mà điểm làm việc tĩnh của Tranzito nằm giữa đường tải một
chiều, ở chế độ này tín hiệu được khuếch đại cả hai bán chu kỳ. Ở chế độ này dòng
tĩnh luôn lớn hơn biên độ dòng điện ra nên méo nhỏ nhưng hiệu suất rất thấp
(η<50%), chế độ này chỉ dùng khi yêu cầu công suất ra nhỏ.
Chế độ B là chế độ mà điểm làm việc tĩnh của Tranzito là điểm chuyển tiếp giữa
vùng tắt và vùng khuếch đại của nó. Ở chế độ này tín hiệu được khuếch đại một nửa
chu kỳ. Như vậy chế độ B có dòng tĩnh bằng không nên hiệu suất cao (trên dưới 78%).
17
Chế độ AB là chế độ mà điểm làm việc tĩnh của Tranzito là điểm giữa chế độ A và
chế độ B. Ở chế độ này tín hiệu được khuếch đại hơn một nửa chu kỳ. Lúc này dòng
tĩnh bé hơn chế độ A nên hiệu suất cao hơn (η<70%). Chế độ AB và B có hiệu suất cao
nhưng méo lớn. Để giảm méo người ta dùng mạch khuếch đại kiểu đẩy kéo.
Chế độ C là chế độ mà điểm làm việc tĩnh của Tranzito nằm trong vùng tắt. Ở chế
dộ này tín hiệu được khuếch đại nhỏ hơn một nủa chu kỳ. Nó được dùng trong các
mạch khuếch đại cao tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng hài mong muốn
và có hiệu suất cao.
0
t
I
C
I
C0
(A)
I
C
t
^
ax
0
^
ax
0
2
CC
Rm
CE
Rm
C
U
U U
I I
≈ =
≈
Công suất ra lớn nhất:
0
~ ax
.
4
CC C
R m
U I
P =
Công suất nguồn cung cấp cho mạch:
0 0
.
CC C
I
C0
C
I
ˆ
t
U
CE
U
CE0
I
B
= 0
19
Hình 3-4. Dạng tín hiệu trên đặc tuyến ra
Hiệu suất này là đã bỏ qua vùng tắt và vùng bão hòa, trên thực tế hiệu suất cực đại
của mạch nhỏ hơn 25%.
Nếu đầu ra ghép điện dung với tải thì hiệu suất ra còn nhỏ hơn nữa vì tín hiệu bị tổn
hao trên R
C
.
Để tăng hiệu suất cho mạch người ta thường ghép biến áp với tải. Khi đó vừa phối
hợp được trở kháng với tải vừa không bị tổn hao công suất nguồn trên R
C
.
2. Sơ đồ E chung ghép biến áp với tải
Có thể nhận thấy đường tải 1 (hình 3-6) chiều gần như song song với trục tung do
điện trở thuần của cuộn W
CC
U
0CE
U
Hình 3-6. Dạng tín hiệu trên đặc tuyến ra
21Bỏ qua vùng tắt và vùng bão hòa của Tranzito ta có công suất ra:
^ ^
~
.
2. 2
R
R
R
U I
P =
Từ đồ thị ta thấy:
^
ax
0
^
ax
0
Rm
CE CC
Rm
C
U U U
CE
I
E
^
R
U
B
Q
A
ˆ
E
I
I
B0
I
E0
I
Bmax
minCE
U
axCEm
U
0CE
U
Hình 3-8. Dạng tín hiệu trên đặc tuyến ra
3. Sơ đồ C chung
Hình 3-7. Tầng công suất mắc
Colector chung
22
^ ^
4
CC E
R m
U I
P =
Công suất nguồn cung cấp cho mạch:
0 0
.
CC E
P U I=
Ta có hiệu suất cực đại của mạch là:
~ ax
0
1
.100% .100% 25%.
P 4
R m
P
η
= = =
Hình 3-10. Thay R
E
bằng nguồn dòng
Nếu đầu ra ghép điện dung với tải thì hiệu suất ra còn nhỏ hơn nữa vì tín hiệu bị tổn
hao trên R
E
.
Hình 3-9. Tầng công suất mắc Colector
chung ghép điện dung với tải
23
1
quấn cùng chiều, cuộn sơ cấp có số vòng là W
2
.
Hình 3-11. Tầng đẩy kéo ghép biến áp
BA1
BA2
24
BA1 là biến áp đảo pha để đưa hai nửa chu kỳ tín hiệu vào Q1 và Q2, cuộn thứ cấp
bao gồm hai cuộn có số vòng bằng nhau và quấn cùng chiều.
Mạch có thể làm việc ở chế độ B hoặc AB. Nếu chọn R
1
và R
2
để giá trị điện áp
một chiều trên cực Bazơ của Q
1
và Q
2
thỏa mãn thì mạch làm việc ở chế độ AB. Nếu
muốn mạch làm việc ở chế độ B tức là điện áp một chiều trên cực Bazơ của Q
1
và Q
2
bằng không, khi đó chỉ việc bỏ R
1
và nối tắt R
2
.
tắt . Trên cuộn W
1
nối với cực Collectơ của Q
2
sẽ có dòng I
C2
= β
2
.I
B2
, dòng này sẽ qua BA2 đưa ra tải, còn trên cuộn W
1
nối với cực
Collectơ của Q
1
không có dòng do Q
1
tắt.
Như vậy trên tải sẽ có đủ hai nửa chu kỳ tín hiệu đã được khuếch đại.
Để tính công suất và hiệu suất của mạch thì chỉ cần tính trong một nửa chu kỳ tín
hiệu. Vì hiệu suất và công suất của hai chế độ AB và B là gần bằng nhau nên để đơn
giản ta tính công suất và hiệu suất ra ở chế độ B.
Khi có tín hiệu trên Collectơ của Q
1
và Q
2
sẽ có điện trở tải
'
t
R
~ ~
.
CE CC C t
U U I R
= −
Đường tải xoay chiều được vẽ trên hình 3-12. Đường tải 1 chiều gần như thẳng
đứng do điện trở thuần của cuộn W
1
rất bé.
0
C
I
ˆ
I
C
25
ng t i xoay chi u Đườ ả ề
Copyright: Tài liệu đại học ©