§IÖN Tö 2 - elib.vnuf.edu.vnelib.vnuf.edu.vn/bitstream/123456789/5568/1/Huong... · được...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

THS. LÊ MINH ĐỨC

H¦íNG dÉn thÝ nghiÖM

§IÖN Tö 2

1

THS. LÊ MINH ĐỨC

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

ĐIỆN TỬ 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

3

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử 2 là một môn học cơ sở ngành nằm trong chương trình đào tạo

ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Nội dung của môn học cung cấp cho

người học những kiến thức cơ bản về các linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép, các

mạch khuếch đại ứng dụng, vấn đề ghép tầng khuếch đại, các bộ lọc và nguồn

cung cấp cho mạch điện tử. Kèm theo các chủ đề lý thuyết là các nội dung thực

hành, thí nghiệm tương ứng. Do đó, các nội dung thí nghiệm thực hành có ý

nghĩa rất quan trọng đối với việc học tập môn Điện tử 2. Việc thí nghiệm một

mặt giúp sinh viên kiểm chứng lại những nội dung đã được trình bày trong các

bài giảng lý thuyết, mặt khác giúp sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động,

cấu trúc và ứng dụng thực tế của các mạch điện tử, rèn luyện kỹ năng tính toán,

đo lường các thông số và lắp ráp mạch… để phục vụ cho những môn học tiếp

sau và trong quá trình làm việc thực tế sau này.

Để nâng cao năng lực thực hành của sinh viên, Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự

động hóa, Trường Đại học Lâm nghiệp đã liên tục nâng cấp, cải tiến và trang bị

mới các bài thí nghiệm phục vụ cho công tác đào tạo theo học chế tín chỉ. Chính

vì vậy, việc biên soạn cuốn bài giảng thực hành phục vụ cho các môn học thuộc

ngành Công nghệ Kỹ thuật cơ điện tử nói chung và môn học Điện tử 2 là rất cần

thiết nhằm đáp ứng nhu cầu về tài liệu hướng dẫn thực hành của sinh viên. Cuốn

bài giảng này vừa cung cấp cho sinh viên cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung

bài thí nghiệm, kỹ năng thực hành thí nghiệm và kiến thức để có thể xử lý và

trình bày được kết quả sau thí nghiệm. Bài giảng được biên soạn phù hợp với

chương trình môn học Điện tử 2 mới nhất đã được Trường Đại học Lâm nghiệp

phê duyệt năm 2014. Tài liệu gồm 08 bài thí nghiệm thuộc các nội dung về linh

kiện bán dẫn, các dạng mắc mạch khuếch đại đơn, ghép các tầng khuếch đại,

mạch khuếch đại ứng dụng sử dụng bộ khuếch đại thuật toán, bộ lọc và mạch tạo

dao động.

Trong quá trình biên soạn tác giả đã nhận được sự góp ý của các đồng

nghiệp trong Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự động hóa. Tác giả xin chân thành cảm

ơn những góp ý quý báu của các thầy cô để giúp hoàn thiện cuốn bài giảng này.

4

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn và chỉnh sửa nội dung,

song đây là lần biên soạn đầu tiên nên chắc chắn không thể tránh được sai sót,

rất mong nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp và các sinh viên để hoàn

thiện bài giảng trong những lần tái bản sau. Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ môn

Kỹ thuật điện & Tự động hóa, Khoa Cơ điện & Công trình, Trường Đại học

Lâm nghiệp.

Tác giả

5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACV (Alternating Current Voltage): Điện áp xoay chiều

AGC (Auto Gain Control): Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại

AMP (Amplifier/Amplification): Bộ khuếch đại/Sự khuếch đại

BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor lưỡng cực

BPF (Band Pass Filter): Bộ lọc thông dải

BW (Band Width): Độ rộng băng thông

CB (Common Base): Cực gốc chung

CC (Common Collector): Cực góp chung

CD (Common Drain): Máng chung

CE (Common Emitter): Cực phát chung

CG (Common Gate): Cổng chung

CMRR (Common Mode Rejection

Ratio):

Tỷ số nén tín hiệu đồng pha

CS (Common Source): Nguồn chung

D (Drain): Cực máng

dB (Decibel): Đơn vị đo hệ số khuếch đại theo thang

lô ga rít

DCV (Direct Current Voltage): Điện áp một chiều

FET (Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường

G (Gate): Cực cửa, cực cổng

HPF (High Pass Filter) Bộ lọc thông cao

IC (Integrated Circuit): Vi mạch tích hợp

Input: Đầu vào

JFET (Junction FET): Transistor hiệu ứng trường cực cửa

tiếp giáp

LPF (Low Pass Filer): Bộ lọc thông thấp

LVDT (Linear Variable Differential

Transformer):

Bộ biến đổi tuyến tính vi sai

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor

FET):

Transistor hiệu ứng trường cực cửa

cách ly

NFB (Negative Feed Back): Hồi tiếp âm

6

OA, OPA, OP – AMP (Operation

Amplifier):

Bộ khuếch đại thuật toán

OCL AMP (Output Capacitor Less

Amplifier):

Bộ khuếch đại ghép tụ điện

OTL AMP (Output Transformer Less

Amplifier):

Bộ khuếch đại ghép biến áp

Output: Đầu ra

RIAA (Recording Industry Association

of American Inc):

Hiệp hội Công nghiệp ghi âm Hoa Kỳ

S & H (Sampling & Holding): Lấy và giữ mẫu

S (Source): Cực nguồn

SR (Slew Rate): Tốc độ biến thiên điện áp

Vp (Pinch-Off): Điện áp thắt kênh

Vpp (Voltage peak – peak): Điện áp đỉnh – đỉnh

VVR (Voltage – Variable Resistor): Điện áp – Biến trở

7

Bài mở đầu

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

1. Giới thiệu hệ thống

2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm

3. Giới thiệu về phần cứng

4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm

5. Các trang thiết bị của phòng thí nghiệm

8

1. Giới thiệu hệ thống

Nội dung thí nghiệm này là một phần của hệ thống giảng dạy tích hợp dành

cho môn học Điện tử 2, thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử. Các mức

độ (độ khó) và phân phối cho các lĩnh vực được thể hiện trong các bảng hệ

thống số 1, 2, 3 và 4. Nội dung thí nghiệm phục vụ cho các ngành cơ điện tử,

điều khiển tự động và bộ phận kỹ thuật điện của trường cao đẳng, đại học.

Đối với cơ sở dạy nghề, nội dung thí nghiệm này cũng sẵn sàng cho việc

thực hành điện tử của các loại nghề khác như máy vi tính, kỹ thuật điện, phân

phối điện công nghiệp, điều khiển thiết bị ngoài các mạch điện tử và tuyến tính

IC thực hành của các loại nghề điện - điện tử và điện tử công nghiệp .

Với bài giảng thí nghiệm này, sinh viên trong các lĩnh vực điện tử có thể thao

tác thuần thục với các mạch cơ bản lắp ráp bởi các thành phần như: điện trở, tụ điện,

cuộn cảm, diode, transistor, IC tuyến tính... và có thể làm các ứng dụng đơn giản.

Bảng 1. Các thí nghiệm trong lĩnh vực điện tử

Lĩnh vực điện tử

Đối tượng

thực hành

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1. Thực hành chung 1. Mạch điện tử 1. Lớp video

2. Điện tử cơ bản 2. Máy vi tính 2. Truyền thông

3. Điện 3. Nhạc cụ

4. Ứng dụng khác

Bảng 2. Các thí nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật điện

Lĩnh vực kỹ thuật điện

Đối

tượng

thực

hành


1. Thực hành chung (1), (2) 1. Thực hành điện (1)

1. Thực hành

điện (3): Điện

cao thế và Cơ

điện tử

2. Điện tử cơ bản

2. Thực hành điện (2)

2. Thực hành

điện (4):

Nguồn điện

cung cấp cho

máy vi tính

3. Điện

9

Bảng 3. Các thí nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa

Lĩnh vực tự động hóa

Đối tượng

thực hành


1. Điện cơ bản 1. Mạch điện tử (bao

gồm thực hành kỹ

thuật số tuyến tính)

1. Thực hành

điều khiển điện

2. Điện tử cơ bản 2. Cơ khí

3. Thực hành chung 1 2. Thực hành tự động

3. Thực hành

điện công nghiệp 4. Thực hành chung 2

Bảng 4. Các thí nghiệm trong bảo dưỡng thiết bị điện tử

Lĩnh vực tự động hóa

Đối tượng

thực hành


1. Điện tử cơ bản 1. Điện tử cơ bản

1. Điện tử nâng cao

2. Công nghệ âm thanh

3. Lý thuyết VTR

4. Truyền hình số

2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm

Các nội dung của tài liệu “Hướng dẫn thí nghiệm Kỹ thuật Điện tử - tập 2”

gồm 8 bài thí nghiệm có nội dung bám sát với đề cương môn học Điện tử 2 đã

được phê duyệt. Nội dung của từng bài được thiết kế thống nhất về kết cấu, trình

tự nhằm giúp sinh viên dễ dàng theo dõi nội dung từng bài và thuận tiện khi thực

hành/thí nghiệm.

Các bài thí nghiệm bao gồm:

2.1. Thí nghiệm về các đặc tính của FET (KL - 23004)

2.1.1. Các đặc tính của JFET

2.1.2. Các đặc tính của MOSFET

2.2. Thí nghiệm về các mạch khuếch đại dùng FET (KL - 23004)

2.2.1. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - tự phân cực

2.2.2. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - phân cực cố định

2.2.3. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - tự phân cực

2.2.4. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - phân cực cố định

2.2.5. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng MOSFET - tự phân cực

2.2.6. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng MOSFET - phân cực phân chia

điện áp

10

2.3. Thí nghiệm về ghép tầng khuếch đại (KL - 23005, 23006, 23007)

2.3.1. Ghép tầng khuếch đại bằng RC

2.3.2. Ghép tầng khuếch đại trực tiếp

2.3.3. Mạch khuếch đại đẩy - kéo

2.3.4. Mạch khuếch đại OTL

2.3.5. Mạch khuếch đại OCL

2.3.6. Mạch khuếch đại dùng IC

2.4. Thí nghiệm về các đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán OA (KL - 23012)

2.4.1. Mạch khuếch đại vi sai

2.4.2. Đo lường các đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán

a. Trở kháng vào.

b. Trở kháng ra.

c. Băng thông.

d. Tốc độ biến thiên.

e. Điện áp lệch không - đầu vào đảo.

f. Điện áp lệch không - đầu vào không đảo.

2.5. Thí nghiệm về các mạch khuếch đại cơ bản dùng OA (KL - 23013)

2.5.1. Mạch khuếch đại đảo

2.5.2. Mạch khuếch đại không đảo

2.5.3. Mạch theo điện áp

2.5.4. Mạch trừ

2.5.5. Mạch cộng

2.5.6. Mạch điện áp không đổi

2.5.7. Mạch dòng điện không đổi

2.5.8. Mạch vi phân

2.5.9. Mạch tích phân

2.6. Thí nghiệm về ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán (KL - 23014,

23015)

2.6.1. Mạch khuếch đại lô ga rít

2.6.2. Mạch tách sóng đỉnh

2.6.3. Mạch chỉnh lưu chính xác

2.6.4. Mạch điều áp

2.6.5. Mạch lấy và giữ mẫu

2.6.6. Mạch khuếch đại nhạc cụ

11

2.7. Thí nghiệm về mạch lọc (KL - 23015, 23016)

2.7.1. Mạch lọc thông cao

2.7.2. Mạch lọc thông thấp

2.7.3. Mạch lọc thông dải

2.7.4. Mạch khuếch đại RIAA

2.7.5. Mạch điều khiển âm điệu

2.7.6. Mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp

2.8. Thí nghiệm về mạch tạo dao động (KL - 23008, 23009)

2.8.1. Mạch dao động tần số thấp dùng RC

2.8.2. Mạch dao động cao tần

2.8.3. Mạch dao động dùng thạch anh

3. Giới thiệu về phần cứng

Công cụ thí nghiệm này được chia thành hai phần chính sau:

3.1. Bảng Module thí nghiệm

Bao gồm các module KL - 23.001 ~ KL23017.

3.2. Hệ thống chính

Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống chính (bao gồm tất cả các đặc điểm kỹ

thuật của các mục được liệt kê trong hệ thống chính):

A. Nguồn cung cấp điện của hệ thống chính là AC 110V/220VAC 10%,

50/60Hz.

B. 1680 điểm chấm điện được lắp ráp và cố định trên bảng điều khiển của

hệ thống chính. Như vậy, hệ thống chính của công cụ thí nghiệm tuyến tính này

có thể được sử dụng độc lập trong các thí nghiệm.

C. 4 bộ module cố định được cố định trên bảng điều khiển của hệ thống

chính. Như vậy, hệ thống chính của công cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng

trong thí nghiệm với bảng Module bất cứ lúc nào.

Các thông số của hệ thống chính:

- Nguồn cung cấp một chiều DC:

1) 3V, 18V, 1A: Có thể điều chỉnh;

2) 5V, 12V, 0,3A: Đầu ra cố định.

- Nguồn cung cấp xoay chiều AC:

1) -9V ~ 0V ~ 9V: đầu ra cố định;

2) Dòng điện ra tối đa: 500mA;

3) Có bảo vệ quá tải đầu ra.

12

- Máy phát chức năng:

1) Dạng sóng đầu ra: hình sin, vuông, tam giác;

2) Tần số đầu ra: 10Hz ~ 100KHz, 4 mức điều chỉnh, có thể điều chỉnh

được liên tục;

3) Độ chính xác: ±5% của giá trị thực;

4) Điện trở đầu ra: 50Ω;

5) Điện thế đầu ra:

≥ 18 Vpp (mạch vòng hở);

≥ 9 Vpp ( với tải 50Ω).

- Ampe kế và vôn kế kỹ thuật số:

1) Khoảng điện thế DC: 2V, 200V;

2) Độ chính xác của điện thế DC: ± 0,3% của phần đọc + 1digit;

3) Khoảng dòng điện DC: 200µA, 2000mA;

4) Độ chính xác của dòng DC: ±0,5% của phần đọc + 1digit.

- Ampe kế và vôn kế tương tự:

1) Dòng điện AC: 0~100mA~1A;

2) Điện thế AC: 0~15 V;

3) Dòng DC: 0~100mA~1A;

4) Điện thế DC : 0~20V.

- Loa: một loa 8Ω, 0,25W có mạch driver.

- Biến trở:

1) 1KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);



4) 1MΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C).

- Các phụ kiện kèm theo hệ thống chính:

1) Dây nối 2mm: 0,65mm, dài 300mm, màu đỏ x 3;

2) Dây nối 2mm: 0.,65mm, dài 300mm, màu đen x 2;

3) Sách hướng dẫn sử dụng x 1;

4) Dây nguồn x 1;

5) Màn che bụi x 1.

- Phụ kiện kèm theo module thí nghiệm:

1) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu đỏ x 5;

2) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu đen x 5;

13

3) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu trắng x 5;

4) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu vàng x 5;

5) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu xanh lam x 5;

6) Ghim mạch: 10mm x 10.

3.3. Sử dụng một cách tối ưu

- Đồng hồ vạn năng tương tự chủ yếu được sử dụng để đo lường đặc tính

của chất bán dẫn và giá trị hiệu dụng của ACV, điện áp và dòng điện lớn…

- Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được sử dụng chủ yếu là đo điện áp và

dòng điện nhỏ…

- Sử dụng loa nên chú ý đến các đặc điểm kỹ thuật.

- Các chiết áp: VR1K, VR10K, VR100K, VR1M được cố định trong bảng

hệ thống chính và thường được sử dụng bởi tất cả các module thí nghiệm.

4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm

(1) Công cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng để giảng dạy dựa trên

năng lực học tập của sinh viên. Đó là, những sinh viên có năng lực học tập tốt

hơn có thể sử dụng các bài thí nghiệm để làm thực hành áp dụng tiếp. Các sinh

viên có khả năng học tập hạn chế hơn có thể học tập sử dụng công cụ thử

nghiệm (module) là mục tiêu.

(2) Mỗi bài trong tập bài giảng hướng dẫn thí nghiệm này được quy định

với một mục tiêu học tập. Bằng cách hướng dẫn cơ bản, giảng viên có thể yêu

cầu sinh viên nghiên cứu nội dung các bài thí nghiệm trước khi tiến hành. Khi

làm như vậy, sinh viên không chỉ có thể hiểu được kết quả thí nghiệm mà còn

hiểu được lý do tại sao có kết quả đó ở mỗi thí nghiệm. Như vậy, sẽ dễ dàng hơn

cho sinh viên trong quá trình học tập.

(3) Tập bài giảng thí nghiệm này có nhiều dữ liệu tham khảo. Mỗi bài được

thiết kế liên tục, từ cơ bản đến nâng cao. Sinh viên có thể làm mỗi thí nghiệm

theo lịch trình và nội dung cụ thể do giảng viên xác định.

(4) Việc sử dụng bộ thí nghiệm này xem xét việc thực hiện dựa trên

nguyên tắc phân nhóm thí nghiệm với khoảng thời gian có hạn. Để giúp sinh

viên có thể tiếp thu tốt nhất nội dung các bài thí nghiệm trong thời gian giới hạn,

phần lắp ráp (điện tử, cách làm việc) chiếm tỷ lệ nhỏ (nếu cần thiết, giảng viên

có thể yêu cầu sinh viên tìm hiểu trước quy trình lắp ráp).

(5) Ngoài các thí nghiệm, trong tập bài giảng thí nghiệm này cũng có phần

mô phỏng sửa chữa các lỗi xuất hiện trong khi làm thí nghiệm và câu hỏi, bài

14

tập (các câu hỏi trắc nghiệm và các bài thực hành). Giảng viên có thể sử dụng

mô phỏng sửa chữa các lỗi để làm đánh giá việc học.

(6) Nội dung của tập bài giảng thí nghiệm này nhấn mạnh cả lý thuyết và

thực hành. Nó chứa nhiều dữ liệu có liên quan và do đó là một cuốn sách rất tốt

cho việc tự học của sinh viên. Đối với các giảng viên, nó cũng là tài liệu tham

khảo thuận tiện.

(7) Mỗi thí nghiệm trong bài giảng thí nghiệm này mô tả các bước thí

nghiệm và các mẫu biểu ghi lại kết quả cho mỗi thí nghiệm. Sinh viên phải làm

tất cả để có thể làm quen với tất cả các công cụ và hiểu ý nghĩa của từng kết quả.

5. Các trang thiết bị của phòng thí nghiệm

Dụng cụ được sử dụng trong công cụ thí nghiệm này bao gồm các dụng cụ

đo (đồng hồ vạn năng, đồng hồ kỹ thuật số), máy phát tín hiệu tần số dưới

100KHz (sóng sin, vuông, tam giác) đã được cài đặt. Các dụng cụ khác, chẳng

hạn như sóng, máy phát tín hiệu tần số cao, phải được chuẩn bị bởi người sử

dụng. Nguồn cung cấp DC tối đa trong công cụ thí nghiệm này là +18V. Công

suất trong thí nghiệm khuếch đại được thay đổi tương ứng với điện áp nguồn.

Nếu muốn nâng cao công suất, cần thiết phải sử dụng một loa ngoài với công suất

lớn hơn (chẳng hạn như 30W/8 ).

15

Bài 1

THÍ NGHIỆM VỀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TRANSTISOR TRƯỜNG

(Field Effect Transistor – FET)

1.1. Mục tiêu

1.2. Tóm tắt lý thuyết

1.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm

1.4. Nội dung thí nghiệm

1.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm

1.6. Ôn tập - vận dụng

1.7. Các biểu ghi kết quả

16

1.1. Mục tiêu

- Đo được dòng ID bão hòa và điện áp thắt kênh Vp của JFET (Junction

Field Effect Transistor).

- Đo được dòng ID bão hòa và điện áp thắt kênh Vp của MOSFET (Metal

Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).


1.2.1. Một số thuật ngữ

- JFET (Junction Field Effect Transistor): Transistor trường cực cửa tiếp giáp.

- MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor):

Transistor trường cực cửa cách ly.

- G (Gate): Cực cửa (cổng); D (Drain): Cực máng; S (Source): Cực nguồn.

- Vp, VGS(cutoff): Điện áp khóa kênh, cắt kênh (Pinch-off, cutoff) giữa cực G, S.

- Idss: Cường dộ dòng điện cực D, S bão hòa.

- Quan hệ giữa dòng Id và điện áp thắt kênh:

(1-1)

1.2.2. Nguyên lý cơ bản

Transistor là một loại linh kiện điều khiển cường độ dòng điện và nó tạo ra

cường độ dòng điện bao gồm dòng điện tử và dòng lỗ trống. Loại linh kiện này

gọi là transistor lưỡng cực.

Transistor trường (FET) là một loại linh kiện đơn cực, trong đó cường độ

dòng điện của FET kênh n được hình thành bởi dòng điện tử và cường độ dòng

điện của FET kênh p được hình thành bởi dòng lỗ trống (hole flow). FET là linh

kiện điện tử được điều khiển bằng điện áp.

FET có thể thực hiện các chức năng giống như transistor lưỡng cực, chỉ

khác về điều kiện phân cực và các đặc trưng. Do đó, khi sử dụng FET cần chú ý

tới các ưu điểm và hạn chế của FET cho phù hợp với mục đích, yêu cầu cụ thể.

a) Các đặc trưng của FET:

- FET có trở kháng vào cao, thường khoảng 100M.

- FET tương đối độc lập với nhiệt độ, trong khi BJT rất nhậy cảm với

nhiệt độ.

- Nhiễu nội tại của FET thấp hơn so với BJT, phù hợp với các tầng đầu của

bộ khuếch đại ở mức biên độ thấp (chẳng hạn như tầng khuếch đại đầu).

17

- Trong quá trình hoạt động ổn định nhiệt của FET là cao hơn so với BJT.

Tuy nhiên, FET cũng có một số hạn chế: So với BJT, tín hiệu đầu ra có

băng tần nhỏ hơn và FET dễ bị hư hỏng hơn do tĩnh điện.

b) Phân loại, ký hiệu FET: được mô tả trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Các loại FET và ký hiệu

Phân loại Ký hiệu

FET

JFET

JFET-n

JFET-p

MOSFET

Kênh đặt sẵn

Kênh đặt sẵn - n

Kênh đặt sẵn - p

Kênh cảm ứng

Kênh cảm ứng – n

Kênh cảm ứng - p

1.2.3. Các họ đặc tuyến của JFET

a) Họ đặc tuyến ra:

Đối với FET nói chung và JFET nói riêng, giá trị dòng ID phụ thuộc mạnh

vào giá trị của VDS và VGS. Nếu giữ VGS = const và cho VDS biến đổi theo ta thu

được đặc tuyến ra của JFET là quan hệ của ID và VDS theo biểu thức:

(1-2)

18

Tập hợp các đặc tuyến ra của JFET

tương ứng với các giá trị VGS = const khác

nhau ta thu được họ đặc tuyến ra.

Nếu VGS tăng lên, sự khuếch tán sẽ

được tạo ra ngay lập tức trong các kênh để

có cường độ dòng điện cần thiết tạo ra vùng

cắt kênh. Đường cong tương ứng VGS = -1V

được thể hiện trong hình 1.1.a. Từ kết quả

này ta thấy điện áp cực cổng như một bộ

điều khiển có khả năng làm giảm cường độ

dòng ID. Nếu VGS > 0 (đối với JFET - p),

cường độ dòng ID sẽ tăng từ Idss (hình 1.1.b).

Nếu VGS liên tục tăng, cường độ dòng ID sẽ

tăng tương ứng. Khi VGS đạt đến một giá trị

nhất định, cường độ dòng ID giảm xuống

bằng 0 và độc lập với giá trị của VDS. Điện

áp VGS (điện áp cổng - nguồn) tại thời điểm

này gọi là điện áp thắt (pinch - off voltage), thường được ký hiệu là Vp hoặc

VGS(cutoff). Từ hình 1.1 ta thấy Vp < 0 với JFET - n và ngược lại với JFET - p.

b) Họ đặc tuyến truyền đạt:

Trường hợp khác, khi giữ VDS = const và cho VGS biến đổi ta thu được đặc

tuyến truyền đạt của JFET là quan hệ của ID và VGS theo biểu thức:

(1-3)

Ở đường cong đặc tính này, điểm Idss và Vp là quan trọng nhất. Nó cho

phép xác định được dòng điện máng cực đại và điện áp thắt kênh và đây cũng

là hai điểm nằm trên hai trục tọa độ. Hai tham số này có thể tìm được từ công

thức (1-1):

Từ công thức (1-1) ta có:

Cho VGS = 0 Id = Idss

Cho Id = 0 VGS = Vp

a) Đặc tuyến ra của JFET-n

b) Đặc tuyến ra của JFET-p

Hình 1.1. Đặc tuyến ra của

JFET-n, JFET-p

19

Hình 1.2. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của JFET

Phân cực cho JFET làm việc thường được thiết kế ở giữa của đặc tuyến

truyền đạt. Hình 1.3.a mô tả mạch đo Id (VGS = 0) và hình 1.3.b mô tả mạch đo

Vp (trong mạch này VGS là một điện áp âm).

a) b)

Hình 1.3. Mạch đo dòng Id (a) và điện áp cắt Vp (b)

1.2.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET

a) Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh đặt sẵn

a) Đặc tuyến truyền đạt b) Đặc tuyến ra

Hình 1.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET kênh đặt sẵn loại n

Hình 1.4 mô tả đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh đặt

sẵn loại n. Ta thấy đặc tuyến này tương tự như của JFET nhưng trong thực tế

người ta hay sử dụng MOSFET hơn vì ở đặc tuyến ra của MOSFET có thể làm

việc được với cả điện áp VGS > 0. Đối với MOSFET kênh đặt sẵn loại p, đặc

20

tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra được biểu diễn ở hình 1.5. Từ hình vẽ thấy

chiều của đặc tuyến truyền đạt và dấu của VGS của MOSFET kênh đặt sẵn loại p

ngược so với loại n.

Hình 1.5. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra

của MOSFET kênh đặt sẵn loại p

b) Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng

Đối với MOSFET kênh cảm ứng, không tồn tại kênh dẫn điện ban đầu giữa

cực D và cực S. Khi đưa vào giữa cực G, S một điện trường phù hợp (VGS > 0)

sẽ hình thành dòng các điện tử di chuyển từ cực S về cực D. Do đó hình thành

dòng Id có chiều từ cực D tới cực S. Quan hệ giữa dòng điện Id và điện áp VGS

biểu thị bởi công thức:

Id = K(VGS – VT)2 (1-4)

Với giá trị K thường là 0,3mA/V2 và khi VGS = 0 thì dòng Id không tồn tại.

Đối với MOSFET kênh cảm ứng loại n và loại p, đặc tuyến truyền đạt và

đặc tuyến ra được biểu diễn ở hình 1.6 và hình 1.7.


của MOSFET kênh cảm ứng loại n

21


- Bộ thí nghiệm KL - 2001.

- Module thí nghiệm KL - 23004.

- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23004.

- Đồng hồ vạn năng.

- Nguồn cung cấp một chiều.

- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.


1.3.1. Thí nghiệm về các đặc trưng của JFET

1.4.1.1. Đo dòng cực máng bão hòa (Idss)

a) Quy trình thí nghiệm:

a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ gắn ghim mạch

Hình 1.8. Thí nghiệm đo dòng Idss của JFET

Bước 1: Gắn và cố định khối KL - 23004 lên bảng mạch KL - 2001;

Bước 2: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 1.8a và gắn các ghim mạch theo

như sơ đồ hình 1.8b;

Bước 3: Kết nối ampe kế để đo Idss;


của MOSFET kênh cảm ứng loại p

22

Bước 4: Kết nối cực G tiếp đất, điều chỉnh Vdd trong khoảng từ 3 18VDC,

sau đó quan sát và ghi lại giá trị dòng Id tương ứng với từng giá trị điện áp Vdd.

b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN1-1.

1.4.1.2. Đo dòng cực cửa – nguồn (Igs)



Hình 1.9. Thí nghiệm đo dòng Igs của JFET

Bước 1: Quan sát mạch ở hình 1.9a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 1.9b;

Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng Igs;

Bước 3:

- Kết nối nguồn +5V với Vo, nối cực D, S tiếp đất tương ứng. Sau đó quan

sát và ghi lại giá trị dòng Io;

- Kết nối nguồn -5V với Vo, nối cực D, S tiếp đất tương ứng. Sau đó quan

sát và ghi lại giá trị dòng Io;

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN1-2.

1.4.1.3. Đo điện áp thắt kênh Vp (Vgs(cutoff))



Hình 1.10. Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của JFET

Bước 1: Quan sát mạch ở hình 1.10a và gắn các ghim mạch như hình vẽ

1.10b;

23

Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng Id;

Bước 3: Điều chỉnh VR4 (VR1M) để dòng Id = 0;

Bước 4: Khi Id = 0, sử dụng vôn kế để đo Vgs(off);


1.3.2. Thí nghiệm về các đặc trưng của MOSFET

1.4.2.1. Đo dòng cực máng bão hòa (Idss)



Hình 1.11. Thí nghiệm đo dòng Idss của MOSFET


như sơ đồ hình 1.11b;

Bước 2: Kết nối ampe kế để đo Idss;

Bước 3: Kết nối cực G tiếp đất, điều chỉnh Vdd trong khoảng từ 3

18VDC, sau đó quan sát và ghi lại giá trị dòng Id tương ứng với từng giá trị điện

áp Vdd.


1.4.2.2. Đo điện áp thắt kênh Vp (Vgs(cutoff))



1.12b;

Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng Id;

Bước 3: Nối nguồn -12V với Vgg, nối nguồn +12V với Vdd;

Bước 4: Điều chỉnh VR4 (VR 1M) để dòng Id = 0;

Bước 5: Khi Id = 0, sử dụng vôn kế để đo Vgs (Vp);

Bước 6: Điều chỉnh VR4 để Vgs = 0V và Vdd = 3 ÷ 18V. Sau đó quan sát và

ghi lại giá trị dòng Id tương ứng với từng giá trị điện áp.

24


Hình 1.12. Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET



Sau khi học xong bài này, chúng ta đã khảo sát các đặc tính của FET và có

thể lựa chọn FET thay vì transistor lưỡng cực ở các thiết bị khuếch đại khác

nhau. FET có thể được dùng trong các mạch tiền khuếch đại (Pre - amplifier),

trong mạch tích hợp và chuyển mạch điện tử…

Hai loại FET thường được sử dụng rộng rãi là JFET và MOSFET. Chúng ta

cần nhớ rõ ký hiệu của từng loại trong sơ đồ mạch và phạm vi ứng dụng. Cụ thể,

JFET hay được sử dụng trong các mạch rời rạc còn MOSFET thường được dùng

trong các IC mật độ lớn.

Một lưu ý nữa là không được chạm tay vào các cực của FET trong quá

trình đang sử dụng FET vì hiện tượng tĩnh điện và nên bảo quản FET trong các

hộp thiếc để bảo vệ chúng khỏi sự phá hủy do nhiệt độ.


Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu

hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập cho dưới đây:

Câu 1. Đâu là ký hiệu của JFET kênh n trong các hình vẽ dưới đây?

A. Hình 1 B. Hình 2 C. Hình 3

Câu 2. Đâu là ký hiệu của MOSFET kênh cảm ứng loại n trong các hình vẽ

dưới đây?

A. Hình 1 B. Hình 2 C. Hình 3

25

Câu 3. Tên viết tắt ba cực của FET là:

A. B, C, E B. E, B1, B2 C. G, D, S

Câu 4. Với Idss, tìm phát biểu sai:

A. Là dòng thắt kênh của cực D, S

B. Là dòng cắt khi VGS = 0

C. Là dòng bão hòa cực D - S

Câu 5. Với Vp, tìm phát biểu sai:

A. Là điện áp thắt kênh

B. Là phân cực ngược giữa G và S để FET thắt kênh

C. Là điện áp cần thiết cấp tới cực D để FET làm việc

Bài tập: Tra cứu các thông số kỹ thuật của các loại FET có mã hiệu sau

cho trong bảng sau đây:

Mã

hiệu Ứng dụng

Cấu

tạo

VGD

O

Pd

(mW)

Igss

(max)

Idss (mA) Vp VDS

(MOS) (min) (max) (min) (max)

2SK15 Tần số thấp

Nhiễu thấp

JFE

T -20 100

-

0,1nA 0,45 5 -0,65 -5

2SK19

2SK30

2SK113

3SJ11

1.6. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm

Bảng TN1-1. Kết quả đo dòng Idss của JFET

Vdd 3V 4V 5V 7V 9V 12V 15V 18V

Idss

Bảng TN1-2. Kết quả đo dòng Igs tương ứng với điện áp

Vgs > 0 (< 0) của JFET

Vgs Igs

+5V

-5V

Bảng TN1-3. Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của JFET

Id = 0 Vp = VGS(off)

=…………………………………………..(V)

26

Bảng TN1-4. Kết quả đo dòng Idss của MOSFET

VGS = 0

Vdd 3V 4V 5V 7V 9V 12V 15V 18V

Idss

Bảng TN1-5. Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET

Vp

=………………….(V)

VGS ID

0V

0mA

TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 1

1. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo Dục.

2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Bài tập Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục.

3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử

KL-200: quyển I, II.

4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II):

MODULE EXPERIMENT MANUAL

5. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200:

TEACHER HANDBOOK

27

Bài 2

THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI FET

2.1. Mục tiêu





2.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng

2.7. Ôn tập – vận dụng


28

2.1. Mục tiêu

- Sinh viên phân biệt được các phương pháp phân cực cho FET.

- Lắp ráp các dạng mắc mạch cơ bản cơ bản của FET: nguồn chung (CS),

máng chung (CD).

- Đo lường, tính toán các thông số cơ bản của mạch khuếch đại dùng FET:

điện áp vào/ra, hệ số khuếch đại, độ lệch pha… Thông qua đó giúp sinh viên

hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại dùng FET khác nhau.



Ba thông số quan trọng nhất của FET được mô tả như sau:

- Hỗ dẫn truyền đạt (gm):

(2-1)

- Điện trở vi phân đầu ra (rd):

(2-2)

- Hệ số khuếch đại điện áp ():

(2-3)

Trong ba công thức trên, id, Vgs và Vds tương ứng là:

id: Cường độ dòng điện cực máng (dòng điện ra) xoay chiều.

Vgs: Điện áp xoay chiều đưa tới cực G và S (tín hiệu nhỏ).

Vds: Điện áp xoay chiều tạo ra trên cực D và S.


2.2.2.1. Các dạng phân cực cho FET

a) Phân cực cố định (được mô tả ở hình 2.1)

Hình 2.1a mô tả phân cực cố định cho JFET kênh p, trong đó Vdd cung cấp

Vds và Id, và Vgg cung cấp Vgs. Hình 2.1b biểu diễn đặc tuyến ra và điểm làm

việc tĩnh Q. Từ phương trình của mạch đầu ra Vdd = Id.Rd + Vds, đường tải một

chiều có dạng đường thẳng, ta xác định được 2 điểm nằm trên 2 trục tọa độ:

Khi Id = 0 Vdd = Vds = -20V (điểm A).

Khi Vds = 0 Id = Vdd/Rd = -20V/2,5K = -8mA (điểm B).

Đường thẳng nối giữa các điểm A và B là đường tải một chiều.

29

a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tuyến ra và điểm làm việc

tĩnh Q

Hình 2.1. Phân cực cố định cho JFET kênh p

Bởi vì Ri là rất lớn nên Ig = 0 và cực S nối đất nên Vs = 0 Vg – Vs = 2V.

Điểm làm việc tĩnh Q (VdsQ, IdQ) có thể xác định bằng giao điểm giữa

đường tải một chiều và đường cong tương ứng với Vgs = 2V hoặc cũng có thể

tính được từ hai phương trình:

VdsQ = Vdd – IdQ.Rd

IdQ = Idss.(1 – VgsQ/Vp)2

b) Phân cực tự động (được mô tả ở hình 2.2)

a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tuyến ra

Hình 2.2. Phân cực tự động cho JFET kênh n

Sơ đồ phân cực này chỉ dùng một nguồn Vdd, quá trình phân cực cho JFET

được diễn ra khi điện áp tại cực G và cực S thỏa mãn Vgs < 0.

Do Ri rất lớn, Ig = 0, Vrg = Vg = 0, Vs = Is.Rs = Id.Rs:

Vgs = Vg – Vs = 0 – Vs = -Id.Rs.

Từ phương trình của mạch đầu ra Vdd = Id.Rd + Vds + Id.Rs, đường tải một

chiều có dạng đường thẳng, ta xác định được 2 điểm nằm trên 2 trục tọa độ:

Khi Id = 0 Vdd = Vds = 12V (điểm A).

Khi Vds = 0 Id = Vdd/(Rd + Rs) = 12V/(1K + 2K) = 4mA (điểm B).

Đường thẳng nối giữa các điểm A và B là đường tải một chiều.

30

Các điểm làm việc tĩnh là giao điểm của đường tải một chiều với đường

cong của Vgs.

c) Phân cực phân chia điện áp

Hình 2.3. Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho JFET kênh n

Hình 2.3 mô tả mạch phân cực phân chia điện áp của JFET kênh n, trong

đó giá trị Vg 0. Các giá trị Vgs, Id và tọa độ điểm làm việc tĩnh Q được xác định

tương tự như đối với trường hợp tự phân cực:

Hình 2.4. Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho MOSFET

kênh đặt sẵn loại n

Mạch phân cực loại này có thể áp dụng với MOSFET. Hình 2.4 mô tả mạch

phân cực phân chia điện áp cho MOSFET kênh đặt sẵn loại n. Ta xác định tọa

độ của điểm làm việc tĩnh Q.

Theo định lý Thevenin:

VgsQ = VgQ – VsQ = VgQ

31

VdsQ = Vdd – Id.(Rs + Rd)

2.2.2.2. Các cách mắc mạch khuếch đại cơ bản dùng FET

Các sơ đồ khuếch đại dùng FET (phân tích tín hiệu nhỏ) thường được mắc

theo 3 cách:

- Nguồn chung CS (Common Source) CE (transistor lưỡng cực).

- Máng chung CD (Common Drain) CC (transistor lưỡng cực).

- Cổng chung CG (Common Gate) CB (transistor lưỡng cực).

Tuy nhiên với cách mắc thứ 3 (CG) thường ít được sử dụng khi phân tích

tín hiệu nhỏ (về mặt tần số) nên ở đây ta tập trung phân tích hai cách mắc CS

và CD.

a) Bộ khuếch đại CS (hình 2.5)

- Hệ số khuếch đại điện áp:

- Trở kháng ra:

- Tín hiệu đầu ra ngược pha tín hiệu đầu vào (lệch pha 1800).

a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ tương đương

Hình 2.5. Bộ khuếch đại CS dùng JFET kênh n

b) Bộ khuếch đại CD (hình 2.6)

a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ tương đương

Hình 2.6. Bộ khuếch đại CD dùng JFET kênh n

32

- Hệ số khuếch đại điện áp:

- Trở kháng vào rất lớn: Zi =

- Trở kháng ra:

- Tín hiệu đầu ra đồng pha tín hiệu đầu vào.









2.4.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực)

a) Quy trình thí nghiệm


Hình 2.7. Thí nghiệm mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực)

Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23004 lên bảng mạch KL-2001.


như sơ đồ hình 2.7b (R12 = 3.3k, C3 = 22F).

Bước 3: Sử dụng vôn kế (DCV) để đo VGS và VD (sụt áp trên điện trở R12).

Sau đó ghi lại giá trị đo được.

Bước 4: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và

kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT1).

33

Bước 5: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình

sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối

đa mà không bị biến dạng. Tại tần số đó, sử dụng máy hiện sóng để đo dạng

sóng ở đầu ra (OUT1). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.

Bước 6: Thay đổi giá trị R12 đến R16 = 6.8k. Sau đó lặp lại các bước (3),

(4), (5). Ghi, vẽ lại kết quả quan sát và đo được.

Bước 7: Nối tiếp R12 đến 3.3k và không kết nối C3. Sau đó lặp lại các

thao tác ở bước (5). Ghi, vẽ lại kết quả quan sát và đo được.

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-1.a, b, c.

2.4.2. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp)



Hình 2.8. Thí nghiệm mạch khuếch đại CS dùng JFET

(phân cực chia điện áp)

Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.8a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 2.8b

Bước 2: Sử dụng vôn kế (DCV) để đo VG, VS. Từ đó tính VGS = VG – VS.


kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT1).



đa không bị biến dạng. Tại cùng một thời điểm sử dụng máy hiện sóng để đo dạng

sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT1). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.

Bước 5: Ngắt kết nối C3, sau đó lặp lại bước 4.

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-2.a, b

34

2.4.3. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực)



Hình 2.9. Thí nghiệm mạch khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực)




kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra 2 (OUT2).




sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT2). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.


2.4.4. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (phân cực chia điện áp)



như sơ đồ hình 2.10b.



kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra 2 (OUT2).

Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng

hình sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng

đầu ra tối đa không bị biến dạng. Tại cùng một thời điểm sử dụng máy hiện

sóng để đo dạng sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT2). Quan sát và ghi lại

các kết quả đo được.

35


Hình 2.10. Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET



2.4.5. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực)



Hình 2.11. Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực)

Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.11.a và gắn các ghim mạch như hình vẽ

2.11.b


kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).




sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.

Bước 4: Ngắt kết nối với C7 = 22F, sau đó lặp lại bước 3.


36

2.4.6. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (phân cực chia điện áp)



Hình 2.12. Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET








sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.

Bước 4: Ngắt kết nối với C7 = 22F, sau đó lặp lại bước 3.



Sau khi học xong bài này, sinh viên nắm vững được một số vấn đề trọng

tâm thông qua tiến hành thí nghiệm:

- Các thông số: gm, rd, .

- Các cách mắc mạch của FET (CS, CD) và các thông số đặc trưng cho

từng cách mắc đó: hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng vào/ra, quan hệ về pha

giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của mạch.

Khi tiến hành thí nghiệm, giá trị hệ số khuếch đại Av thu được có giá trị

khác với kết quả tính toán lý thuyết. Nguyên nhân của sự sai khác này là:

- Các linh kiện tích cực có tồn tại điện trở trong (dù nhỏ hay lớn).

- Các điện trở có sai số.

- Trong tính toán lý thuyết có sử dụng việc làm tròn kết quả.

Ưu điểm và ứng dụng của FET trong thực tế:

37

- FET có trở kháng vào lớn và nhiễu thấp, thường được sử dụng trong các

bộ khuếch đại tín hiệu có tần số thấp và biên độ nhỏ như các thiết bị âm thanh,

khuếch đại MIC…

- JFET có thể có chức năng điện áp – biến trở VVR (Voltage – Variable

Resistor) với điện áp Vds thấp. Ứng dụng cụ thể trong bộ AGC (Auto Gain

Control – Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại) trong máy thu hình.


Thực hiện việc sửa chữa sau đây đề cập tới kết quả kiểm tra hoạt động của các

mạch thí nghiệm, bao gồm: hiện tượng lỗi, các phần bị lỗi và các bước sửa chữa.

2.6.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực)

a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều bất thường.

b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 2.13.

Hình 2.13. Các phần lỗi của mạch khuếch đại CS dùng JFET

(tự phân cực)

Điểm lỗi: S3 (cực D, G của Q5) đóng: Ngắn mạch

Lỗi: S3 đóng. Điện áp VGS dương (phân cực dương). Đối với JFET kênh n,

điện áp phân cực VGS phải có giá trị âm.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S3 (cực D, G: Q5) từ đóng mở.

2.6.2. Mạch khuếch đại CD (phân cực cố định)

a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều bất thường

b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 2.14

Điểm lỗi: S5 (R10: 22K) mở: Hở mạch.

Lỗi: S5 mở. Điện áp VGS dương (phân cực dương). Đối với JFET kênh n,

điện áp phân cực VGS phải có giá trị âm.

38

Hình 2.14. Các phần lỗi của mạch khuếch đại CD (phân cực cố định)

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S5 (R10: 22K) từ mở đóng.

2.6.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET

a) Hiện tượng lỗi: MOSFET

không khuếch đại tín hiệu.

b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình

2.15.

Điểm lỗi: S4 (cực D, G của Q5)

đóng: ngắn mạch.

Lỗi: S4 đóng. VGS = VDS,

MOSFET không thực hiện chức

năng khuếch đại điện áp.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S3 (cực D, G của Q5) từ đóng

mở.



hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập cho dưới đây:

Câu 1. Khi JFET được sử dụng trong bộ khuếch đại tuyến tính, nguồn điện

cung cấp sẽ là?

A. –Vdd B. Điện áp bằng 0 C. Phụ thuộc vào kênh n hay kênh p D. +Vdd

Câu 2. Hệ số khuếch đại điện áp của FET được tính theo công thức:

A. B. C. D.

Câu 3. Đối với một JFET, đặc tuyến ra đi qua gốc tọa độ, nếu vùng làm

việc được thiết kế xung quanh gốc tọa độ thì JFET có thể hoạt động như:

A. Bộ chỉnh lưu B. Bộ điều chỉnh điện áp

C. Điện trở điều khiển điện áp VVR D. Tất cả các mô tả trên đều sai

Hình 2.15. Các phần lỗi của mạch

khuếch đại dùng MOSFET

39

Câu 4. Hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại CD thường có giá trị:

A. < 1 B. >> 1 C. D. 0

Câu 5. Trong mạch điện dưới đây, nếu gm = 10mS, = 50 thì trở kháng đầu

ra bằng:

A. 2,k B. 5k

C. 10k D. 20k

Bài tập: Sử dụng một JFET kênh p để thay thế FET trong hình 2.7.a, sau đó

lặp lại thí nghiệm ở mục 2.4.1 (Vdd thay đổi từ +12V sang -12V). Nhận xét về kết

quả thí nghiệm.


Bảng TN2-1.a. Kết quả đo điện áp IN, OUT tương ứng với R12 = 3.3k,

C3 = 22F

R12 VDS VGS VD

Lệch pha giữa

IN/OUT

3.3k

IN

OUT

V

t

V

t

40

Bảng TN2-1.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT tương ứng với R16 = 6.8k,

C3 = 22F

R16 VDS VGS VD

Lệch pha giữa

IN/OUT

6.8k

IN

OUT

Bảng TN2-1.c. Kết quả đo điện áp IN, OUT khi ngắt kết nối C3

C3 VDS VGS VD ipp

opp

vV

VA

Lệch pha giữa

IN/OUT

Không kết nối

IN

OUT

V

t

V

t

V

t

V

t

41

Bảng TN2-2.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch

đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp)

VG = …….…(V) VS = …………(V) VGS = VG – VS =…………………(V)

Bảng TN2-2.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS dùng

JFET (phân cực chia điện áp)

VDS VGS C3 VDS VGS

Không

kết nối

C3

IN

OUT

Lệch pha

giữa

IN/OUT

Bảng TN2-3.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch đại

CD dùng JFET (tự phân cực)

VG = …….…(V) VS =

……………(V)

VGS = VG – VS

=………………………(V)

42

Bảng TN2-3.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CD

dùng JFET (tự phân cực)

IN

OUT

Lệch pha giữa

IN/OUT

Bảng TN2-4.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch đại

CD dùng JFET (phân cực chia điện áp)

VG = ……..(V) VS = ………(V) VGS = VG – VS =………………..……(V)

Bảng TN2-4.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CD

dùng JFET (phân cực chia điện áp)

IN

OUT

Lệch pha

giữa

IN/OUT

43

Bảng TN2-5. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS

dùng MOSFET (tự phân cực)

C7 Ngắt kết nối C7

IN

OUT

Lệch pha giữa IN/OUT

Bảng TN2-6. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS

dùng MOSFET (phân cực chia điện áp)

C7 Ngắt kết nối C7

IN

OUT

Lệch pha giữa IN/OUT







TEACHER HANDBOOK

44

Bài 3

THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦNG

3.1. Mục tiêu








45

3.1. Mục tiêu

- Sinh viên hiểu được các cách ghép tầng khuếch đại và nguyên lý hoạt

động của các hệ thống khuếch đại.

- Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại ghép biến áp.

- Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại ghép điện dung.

- Ứng dụng của IC âm thanh.



- OTL AMP (Output Transformer Less Amplifier): Bộ khuếch đại ghép

biến áp.

- OCL AMP (Output Capacitor Less Amplifier): Bộ khuếch đại ghép tụ điện.

- Đáp tuyến tần số (Frequency Response): khả năng khuếch đại mà một bộ

khuếch đại thực hiện trên các tần số khác nhau. Bộ khuếch đại điển hình thường

có hệ số khuếch đại suy giảm ở tần số cao và tần số thấp.

- Đánh thủng vì nhiệt độ (đánh thủng thác lũ): Khi nhiệt độ gia tăng, các

điện tử chuyển động nhanh hơn dẫn tới cường độ dòng điện sẽ tăng lên. Cứ như

vậy làm nhiệt độ chất bán dẫn tăng lên và cuối cùng dẫn tới đánh thủng linh kiện

bán dẫn (transistor).

- Hiệu suất (): Là tỷ số giữa tín hiệu AC do bộ khuếch đại biến đổi với

nguồn DC cấp cho mạch khuếch đại làm việc.

(3-1)

Một bộ khuếch đại có hiệu suất cao sẽ tiết kiệm nhiều năng lượng.


Có ba cách ghép tầng khuếch đại thường được sử dụng là:

1. Ghép điện dung (tụ điện).

2. Ghép biến áp.

3. Ghép trực tiếp.

3.2.2.1. Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện

a) Các đặc điểm

- Hình 3.1 cho thấy tải của tầng khuếch đại trước là điện trở Rc1 (R3) và tụ

điện Cc (C2) được sử dụng để nối tín hiệu đầu ra của tầng trước tới tầng khuếch

đại kế tiếp.

- Chức năng ghép nối của tụ Cc: thành phần tín hiệu DC sẽ bị chặn (vì

46

) và cho thành phần tín hiệu AC đi qua. Giá trị của Cc

thường là khoảng 2 ÷ 50F. Khi các thành phần DC bị cô lập, các mạch phân

cực cho từng tầng khuếch đại do đó có thể độc lập với nhau.

Hình 3.1. Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện

b) Ưu điểm

- Cách ghép nối bằng tụ điện là đặc trưng cho mạch đơn giản, chi phí rẻ và

diện tích mạch thu nhỏ. Đây là phương pháp ghép tầng được sử dụng rộng rãi nhất.

- Đáp ứng tần số tương đối bằng phẳng trên toàn dải tần số làm việc.

- Nhiễu thấp hơn so với tín hiệu ghép biến áp.

c) Nhược điểm

- Sự khuếch đại ở phạm vi tần số thấp sẽ bị giới hạn bởi tụ điện ghép nối

(do Xc rất lớn tại tần số thấp) nên tín hiệu sẽ bị suy giảm đáng kể.

- Tiêu thụ nguồn DC lớn nên loại ghép nối này chỉ phù hợp cho khuếch đại

công suất thấp hoặc khuếch đại điện áp.

- Việc phối hợp trở kháng giữa tầng trước với tầng sau khó khăn vì tín hiệu

bị dịch mức và pha.

3.2.2.2. Ghép tầng khuếch đại bằng biến áp

Như được thể hiện ở hình 3.2, biến áp có thể được sử dụng để cô lập phân

cực DC của hai tầng khuếch đại trong khi biến áp này đồng thời có thể có chức

năng ghép nối tín hiệu và dễ dàng phối hợp trở kháng.

Hình 3.2. Ghép tầng khuếch đại bằng biến áp

47

a) Đặc điểm

Các thông số cơ bản đặc trưng cho biến áp được mô tả ở hình 3.3.

Hình 3.3. Các thông số cơ bản của máy biến áp

- Tỷ số điện áp sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ với số vòng dây:

(3-2)

Trong đó:

V1, V2: Điện áp cuộn dây sơ cấp, thứ cấp;

N1, N2: Số vòng dây cuộn sơ cấp, thứ cấp.

- Tỷ số dòng điện sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ nghịch với số vòng dây:

(3-3)

Trong đó:

I1, I2: dòng điện áp trong cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.

- Tỷ số trở kháng sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ với bình phương tỷ số số vòng dây:

(3-4)

Trong đó:

Z1, Z2: trở kháng của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.

b) Ưu điểm

- Ghép nối bằng biến áp cho phép dễ dàng phối hợp trở kháng giữa các tầng

khuếch đại và điều chỉnh điện áp tăng hoặc giảm.

- Cho công suất và hiệu suất cao.

- Dễ dàng cô lập thành phần DC giữa hai tầng khuếch đại liên tiếp.

c) Nhược điểm

- Kích thước mạch lớn hơn, cồng kềnh hơn so với ghép nối bằng tụ điện.

- Đáp ứng tần số hẹp.

- Chi phí đắt hơn so với ghép nối bằng tụ điện.

48

3.2.2.3. Ghép nối trực tiếp tầng khuếch đại

Như thể hiện trong hình 3.4, khi ghép trực tiếp các tầng khuếch đại thì đầu

ra của tầng trước sẽ là đầu vào của tầng kế tiếp.

a) Đặc điểm

- Phân cực và chế độ DC của các

tầng khuếch đại không độc lập, có

ảnh hưởng tới nhau.

- Dòng ra của tầng khuếch đại

trước là dòng vào của tầng kế tiếp.

- Điện áp của nguồn cấp ổn định.

b) Ưu điểm

- Tổn hao ghép nối nhỏ.

- Giảm sai khác pha gây ra bởi

điện cảm.

- Đáp tuyến tần số rộng, trong đó có thể từ 0 Hz. Mạch này có thể khuếch

đại tín hiệu một chiều.

c) Nhược điểm

- Do sự phụ thuộc của Ib vào nhiệt độ và sự liên quan giữa các tầng về chế độ

một chiều nên khi nhiệt độ thay đổi sẽ dẫn tới sự mất ổn định của mạch tổng thể.

- Việc lựa chọn chính xác điểm làm việc tĩnh của từng tầng khuếch đại là

khó khăn nên tồn tại nhiễu và tiêu hao nhiều nguồn cung cấp.

3.2.2.4. Hệ thống khuếch đại và độ khuếch đại

a) Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại

Hình 3.5. Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại

Hình 3.5 mô tả sơ đồ khối hệ thống khuếch đại. Các thành phần của hệ

thống này bao gồm:

- Bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào (Input signal transducer): Biến đổi tín

hiệu vật lý (âm thanh, hình ảnh, ánh sáng…) thành tín hiệu điện.

- Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ (Small-signal amplifier): Cung cấp tín hiệu

cần khuếch đại đầy đủ (dạng, biên độ…).

- Bộ khuếch đại tín hiệu lớn (Large-signal amplifier): Tiếp tục khuếch đại

Hình 3.4. Ghép trực tiếp các tầng

khuếch đại

49

cho đầu ra của bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ để có được tín hiệu có đủ mức theo

yêu cầu. Thông thường đây là các bộ khuếch đại công suất.

- Bộ chuyển đổi tín hiệu đầu ra (Output signal transducer): Biến đổi tín hiệu từ

bộ khuếch đại tín hiệu lớn thành tín hiệu phù hợp với trở kháng của thiết bị đầu ra.

b) Độ khuếch đại (hệ số khuếch đại): Là tỷ số giữa tín hiệu đầu ra và tín

hiệu đầu vào tương ứng.

- Hệ số khuếch đại điện áp (Av): là tỷ số giữa điện áp đầu ra với điện áp

đầu vào.

(3-5)

- Hệ số khuếch đại dòng điện (Ai): là tỷ số giữa dòng điện đầu ra với dòng

điện đầu vào.

(3-6)

- Hệ số khuếch đại công suất (Ap): là tỷ số giữa công suất đầu ra/điện áp

đầu vào.

(3-7)

c) Đơn vị decibel (dB)

Decibel được sử dụng để thể hiện sự nhạy cảm của tai đáp ứng với độ to

nhỏ của âm thanh thang đo logarit, và được ký hiệu là db hoặc dB.

- 0dB: Tương ứng với tải 600 có công suất tiêu thụ 1mW và điện áp là

0,77V.

Ta có các hệ số khuếch đại công suất, điện áp và dòng điện tính theo dB:

(3-8)

(3-9)

(3-10)

- dBm: Là giá trị dB được tính khi trở kháng 600 được sử dụng như tải

tham chiếu và công suất 1mW được sử dụng như mức tham chiếu.

d) Hệ số khuếch đại tổng của hệ thống khuếch đại

Giả thiết hệ thống có N tầng khuếch đại, mỗi tầng có hệ số khuếch đại lần

lượt là K1, K… KN. Gọi hệ số khuếch đại của hệ thống là K, ta có 2 cách tính

hệ số K:

50

- Cách 1: Tính theo tỷ số độ lớn của tín hiệu đầu ra/tín hiệu đầu vào:

K = K1.K2… KN (lần) (3-11)

- Cách 2: Tính theo decibel:

K(dB) = K1(dB) + K2(dB)… KN(dB) (dB) (3-12)

- Nếu giá trị hệ số K tính theo dB có giá trị dương nó có ý nghĩa mạch có

chức năng tăng hoặc khuếch đại lên; nếu giá trị này âm nó có ý nghĩa chức năng

của mạch là làm suy giảm tín hiệu về biên độ.

Ví dụ: lg1 = 0; lg2 = 0,3; lg3 = 0,477; lg10 = 1

Av = 0,707 |Av|dB = 20lg(0,707) = -3dB.

3.2.2.5. Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại

- Khi tính toán hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại, ta thường sử dụng tần

số làm việc của các linh kiện ghép tầng ở

dải tần số trung bình với giả thiết ảnh

hưởng của điện trở tụ điện bằng không. Ở

dải tần số thấp và tần số cao, hệ số khuếch

đại sẽ bị suy giảm. Chẳng hạn, ở tần số

thấp, đối với ghép nối bằng tụ điện sẽ chịu

ảnh hưởng của dung kháng (vì ,

nên khi f , Xc ). Do đó, hệ số khuếch đại

sẽ bị giảm do ảnh hưởng bởi điện dung đầu vào và điện dung phân phối của các

transistor mắc song song với tải. Đáp ứng tần số này được mô tả ở hình 3.6.

- Nếu hệ số khuếch đại ở dải tần số trung bình có giá trị 1 (tương đương 0

dB), hai điểm (FL, FH) với giá trị 0,707 của Av được gọi là điểm giới hạn.

+ FL: Tần số cắt của tần số thấp.

+ FH: Tần số cắt của tần số cao.

+ BW = FH – FL: Băng thông.

3.2.2.6. Bộ khuếch đại tín hiệu lớn (khuếch đại công suất)

Tùy thuộc vào vị trí của điểm làm việc tĩnh Q mà các bộ khuếch đại tín

hiệu lớn có các chế độ làm việc A, B, AB hoặc C.

Ngoài ra để tăng cường khả năng khuếch đại, người ta còn thiết kế các

bộ khuếch đại đẩy kéo. Sau đây ta khảo sát các chế độ làm việc cụ thể của

Hình 3.6. Đáp ứng tần số của hệ

thống khuếch đại

51

tầng khuếch đại công suất các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của mạch ở

từng chế độ.

a) Chế độ A

Hình 3.7. Bộ khuếch đại công suất chế độ A

- Transistor được phân cực và hoạt động trong vùng tuyến tính.

- Điểm làm việc tĩnh Q nằm ở giữa đường tải một chiều.

- Ưu điểm:

Khuếch đại cả hai nửa chu kỳ đối với tín hiệu vào là hình sin.

Méo phi tuyến nhỏ.

- Nhược điểm:

Hiệu suất thấp nhất trong các chế độ (max = 25%).

Dòng tĩnh lớn.

Tiêu thụ điện năng rất lớn trong điều kiện tĩnh (không tải).

Khó khăn cho khuếch đại công suất lớn.

- Ứng dụng: Bộ khuếch đại công suất nhỏ.

b) Chế độ B

Hình 3.8. Bộ khuếch đại công suất chế độ B

- Điểm làm việc tĩnh Q là điểm chuyển tiếp giữa vùng tắt và vùng

khuếch đại.

- Ưu điểm:

Loại bỏ được hoàn toàn dòng tĩnh.

Hiệu suất cao (max = 78,5%)

Không tiêu thụ điện năng trong điều kiện tĩnh (không tải).

52

- Nhược điểm:

+ Phải dùng nhiều linh kiện tích cực (ít nhất là hai transistor) mới cho được

hiệu suất cao.

+ Tồn tại nhiễu giao nhau.

- Ứng dụng: Bộ khuếch đại cho nguồn điện lớn.

c) Chế độ AB

Hình 3.9. Bộ khuếch đại công suất chế độ AB

- Điểm làm việc tĩnh của transistor là điểm giữa chế độ A và chế độ B.

- Ưu điểm:

Có thể làm việc ở chế độ B bằng mạch đẩy kéo (push pull).

Hiệu suất cao hơn chế độ A ( < 70%).

- Nhược điểm:

Tồn tại dòng tĩnh.

Méo phi tuyến tương đối lớn.

- Ứng dụng: Bộ khuếch đại cho công suất lớn.

d) Chế độ C

Hình 3.10. Bộ khuếch đại công suất chế độ C

- Điểm làm việc tĩnh của transistor nằm trong vùng tắt.

- Ưu điểm: Hiệu suất cao nhất.

- Nhược điểm: Méo phi tuyến lớn nhất.

- Ứng dụng: Bộ tạo dao động điều hòa có tải là khung cộng hưởng LC.

e) Các dạng méo tín hiệu

Méo tín hiệu có thể được phân loại thành méo phi tuyến (méo biên độ),

méo tần số và méo pha.

- Méo phi tuyến: Điểm làm việc tĩnh không nằm trong khu vực tuyến tính

53

vì thế đầu ra không chỉ sao lại tín hiệu gốc mà còn tạo ra thành phần hài (tín

hiệu cùng quy luật biến đổi nhưng có tần số là bội số của tần số tín hiệu gốc).

Ví dụ: Tín hiệu gốc có tần số 1KHz có thể tạo ra tín hiệu có tần số 2KHz và

3KHz. Các tín hiệu này được gọi là tín hiệu biệt danh (aliasing) như thể hiện ở

hình 3.11.a, b.

a) Tín hiệu gốc 1KHz b) Tín hiệu biệt danh

Hình 3.11. Hiện tượng biệt danh

- Méo tần số: Gây ra bởi các bộ khuếch đại khác nhau có hệ số khuếch đại

khác nhau tương ứng với tần số khác nhau.

- Méo pha: Gây ra bởi các bộ khuếch đại có góc dịch pha khác nhau tương

ứng với tần số khác nhau.

3.2.2.7. Bộ khuếch đại đẩy kéo (cân bằng)

Nếu cần khuếch đại điện áp hay dòng điện lớn thì ở đầu ra của hệ thống

khuếch đại người ta thường sử dụng mạch khuếch đại đẩy kéo (push pull) hay

còn được gọi là bộ khuếch đại cân bằng.

Bộ khuếch đại cân bằng được phân loại thành bộ khuếch đại cân bằng kép

(dual - end push - pull amplifier) và bộ khuếch đại cân bằng đơn (single - end

push - pull amplifier) tương ứng được mô tả như sau:

a) Bộ khuếch đại cân bằng kép (dual - end push - pull amplifier)

Như thể hiện trên hình 3.12, bộ khuếch đại cân bằng kép bao gồm biến áp

đầu vào, biến áp đầu ra và hai transistor. Chức năng biến áp đầu vào như bộ tách

pha (hình 3.13) để phân chia tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha.

Nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào được khuếch đại bởi transistor Q1

(hình 3.12a), nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào được khuếch đại bởi transistor

Q2 (hình 3.12b). Ic1 của Q1 và Ic2 của Q2 là dòng đầu ra của hai nửa cuộn sơ cấp

của biến áp ra. Hai chu kỳ của tín hiệu đầu vào tương ứng khuếch đại bởi Q1 và

Q2 để hoàn thành khuếch đại một chu kỳ tín hiệu đầu ra được đưa ra tải, tỷ lệ

thuận với Vin. Hình 3.14 cho thấy dạng sóng của cường độ dòng điện đầu ra và

điện áp trong các bộ khuếch đại cân bằng. Các đặc tuyến truyền đạt của

54

transistor được mô tả ở hình 3.15a. Nếu không phân cực cho transistor hoặc

dòng phân cực quá nhỏ để Ic = 0, các transistor sẽ hoạt động ở khu vực có độ

cong của đặc tuyến truyền đạt. Nếu không phân cực cho cả Q1 và Q2 của bộ

khuếch đại cân bằng kép thể hiện trong hình 3.12, tổng hợp đặc tuyến truyền đạt

của nó được thể hiện ở hình 3.15b. Khi cấp tín hiệu đầu vào, méo sẽ xuất hiện ở

các giao điểm của nửa chu kỳ dương và âm của dạng sóng đầu ra, méo này gọi

là méo xuyên kênh. Để loại trừ méo xuyên kênh, cần phải phân cực cho Q1 và

Q2 sao cho chúng hoạt động trong khu vực tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt

(mô tả ở hình 3.16).

a) Các trạng thái hoạt động trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào

b) Các trạng thái hoạt động trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào

Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cân bằng kép

Hình 3.13. Biến áp đầu vào của bộ khuếch đại cân bằng kép

55

Hình 3.14. Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra

của bộ khuếch đại cân bằng kép

a) Đặc tuyến

truyền đạt của

transistor

b) Tổng hợp đặc tuyến

truyền đạt để Q1, Q2

đẩy -kéo

c) Điểm giao nhau của méo được

tạo ra trong Ic tương ứng với Vin

Hình 3.15. Minh họa điểm giao nhau của méo trong bộ khuếch đại

cân bằng kép, chế độ B

56

a) Tổng hợp đặc

tuyến truyền đạt

của Q1, Q2

b) Tổng hợp đặc tuyến

truyền đạt để Q1, Q2

đẩy - kéo

c) Không có méo được tạo ra

trong Ic tương ứng với Vin

Hình 3.16. Minh họa bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ AB

- Phân cực cho bộ khuếch đại cân bằng kép:

Hai phương pháp được sử dụng rộng rãi để phân cực cho transistor được thể

hiện ở hình 3.17. Ở hình 3.17a sử dụng giảm điện áp trên hai đầu của R2 là phân

cực cho transistor. Một điện trở với hệ số nhiệt độ âm được kết nối song song với

điện trở R2 để bù nhiệt độ. Nếu nhiệt độ của Q1 và Q2 tăng, Ic sẽ gia tăng cùng với

nhiệt độ, kết quả là các điểm làm việc sẽ dịch chuyển. Tại thời điểm này, giá trị

của nhiệt điện trở giảm nên phân cực thuận của Q1 và Q2 giảm và cường độ dòng

điện tĩnh sẽ không tăng lên cùng với nhiệt độ. Mạch hiển thị ở hình 3.17b sử dụng

giảm áp trên các cực của diode là phân cực cho transistor. Bởi vì sự giống nhau

giữa diode và chuyển tiếp PN tạo nên cực BE của transistor Q1, Q2 nên khi nhiệt

độ tăng Vd Vbe Vc và Ic sẽ không tăng được lên. Dòng điện hồi tiếp âm qua

RE sẽ giúp transistor tránh bị đánh thủng do nhiệt độ tăng lên.

a) Phân cực nhờ giảm điện áp

trên R2 kết hợp nhiệt điện trở TH

b) Phân cực nhờ giảm điện áp

trên R2 kết hợp diode

Hình 3.17. Phân cực cho bộ khuếch đại cân bằng kép

57

- Ưu điểm và nhược điểm của bộ khuếch đại cân bằng kép:

Bộ khuếch đại cân bằng kép sử dụng hai máy biến áp, đáp ứng tần số hẹp,

méo lớn, khối lượng và trọng lượng lớn. Tuy nhiên, nguồn cung cấp nhỏ, công

suất đầu ra cao. Bộ khuếch đại cân bằng kép do đó được sử dụng rộng rãi trong

hệ thống truyền thanh công cộng.

b) Bộ khuếch đại cân bằng đơn (Single - end push - pull amplifier)

Như phân tích ở trên, bộ khuếch đại cân bằng kép có đáp ứng tần số hẹp

(do hiện tượng cộng hưởng khung LC nối với sơ cấp biến áp đầu ra). Để khắc

phục hạn chế này, người ta sử dụng bộ khuếch đại cân bằng đơn.

Có hai loại bộ khuếch đại cân bằng đơn. Đó là:

- Bộ khuếch đại OTL (Output Transfomer Less): Đầu ra máy biến áp thấp.

Đây là bộ khuếch đại không có máy biến áp đầu ra. Nối giữa đầu ra của mạch

với tải là tụ điện (thường có giá trị điện dung khoảng 1000F).

- Bộ khuếch đại OCL (Output Capacitor Less): Đầu ra tụ điện thấp. Bộ

khuếch đại này không có tụ điện kết nối giữa đầu ra với tải mà đầu ra được nối

trực tiếp với tải.

Mạch OTL tương tự mạch OCL nhưng có một số điểm khác sau đây:

- OTL chỉ kết hợp một bộ nguồn cung cấp điện còn OCL kết hợp nguồn

cung cấp dương và âm với biên độ như nhau. Điện áp điểm trung tâm của OTL

là bằng 1/2 Vcc, còn của OCL là 0V.

- Tồn tại điện dung ký sinh ở đầu ra của OTL.

- Ở tầng đầu của bộ OTL thường sử dụng cách mắc CE (Common Emitter).

Tuy nhiên, có bộ khuếch đại khác được mắc trong OCL.

Bởi vì mạch OCL và mạch OTL giống nhau nên ở đây ta xét chi tiết mạch

OTL. Mạch OTL được phân thành hai loại sau đây:

- OTL sử dụng biến áp như bộ tách pha.

- OTL bổ sung đối xứng.

Trong đó, mạch OTL bổ sung đối xứng được sử dụng rộng rãi nhất. Mô tả

chi tiết loại mạch này như sau:

Bởi vì transistor NPN và PNP có đặc tính bù nhau khi phân cực (điện áp

dương đối với NPN và ngược lại với PNP) nên chu kỳ âm và dương của tín hiệu

đầu vào có thể phân tách bằng cách kết hợp một cặp transistor NPN và PNP

giống nhau.

58

Các mạch cơ bản của bộ khuếch đại đối xứng bổ sung của bộ khuếch đại

cân bằng đơn được mô tả ở hình 3.18.

a) Nửa chu kỳ dương của tín hiệu

đầu vào: Q1 dẫn, Q2 tắt

b) Nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào:

Q1 tắt, Q2 dẫn

Hình 3.18. Mạch OCL cơ bản

Khi không có tín hiệu đầu vào, cả

Q1 và Q2 tắt, không có dòng điện qua tải.

Trong nửa chu kỳ dương của tín

hiệu đầu vào, Q1 phân cực thuận, dòng

điện có chiều như ở trên hình 3.18a.

Vào thời gian này Q2 tắt.

Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu

đầu vào, Q2 phân cực thuận, dòng điện có chiều như ở trên hình 3.18b. Vào thời

gian này Q1 tắt.

Khi Q1 và Q2 phân cực ngược, nó hoạt động như bộ khuếch đại ở chế độ B

nên sẽ dẫn đến méo biên độ.

Do đầu ra của mạch này kết nối trực tiếp với tải và kết hợp với nguồn điện

cung cấp kép nên đó là một mạch OCL.

Trong mạch điện hình 3.18, nếu ta thay điện trở đầu ra của mạch bởi một tụ

điện có điện dung tương đối lớn và chỉnh sửa giá trị nguồn cung cấp ta thu được

mạch điện cơ bản của OTL được mô tả ở hình 3.19. Để loại bỏ méo biên độ,

mạch điện thực tế của OTL được cho ở hình 3.20.

Hoạt động của mạch điện ở hình 3.20 như sau:

- Khi không có tín hiệu đầu vào, giả thiết Q1 và Q2 đối xứng và được phân

cực, cả hai transistor đều có điểm làm việc tĩnh có điện áp bằng 1/2 Vcc (hình

3.20a).

Hình 3.19. Mạch OTL cơ bản

59

a) Điện áp tại từng điểm

khi Vin = 0

b) Nửa chu kỳ dương tín

hiệu vào: Q1 dẫn, Co nạp

điện

c) Nửa chu kỳ âm tín hiệu

vào: Q2 dẫn, Co phóng điện

Hình 3.20. Phân tích mạch OTL AMP

- Trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, Q1 dẫn với chiều dòng điện

như trong hình 3.20b. Lúc này tụ điện Co nạp điện và ở tải xuất hiện dòng điện

đầu ra ở nửa chu kỳ dương.

- Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào, Q2 dẫn với chiều dòng điện

như trong hình 3.20c. Lúc này tụ điện Co tương đương như một nguồn điện và

phóng điện, ở tải xuất hiện dòng điện đầu ra ở nửa chu kỳ âm.

- Tầng tiền khuếch đại:

Do đầu ra được lấy ra từ cực phát của Q1, Q2 và đặc điểm chức năng của

mạch cực phát là cường độ dòng điện tăng với tốc độ nhanh hơn tốc độ tăng

điện áp nên để đạt được điện áp tăng theo như yêu cầu, một bộ khuếch đại CE

được mắc trước Q1 và Q2, như thể hiện trong hình 3.21. Điện áp đầu ra của Q3

được sử dụng để truyền tín hiệu đối xứng cần khuếch đại cho Q1, Q2 nên mạch

chứa Q3 được gọi là mạch tiền khuếch đại.

Ngoài ra, để phân cực cho Q1, Q2 làm việc người ta còn sử dụng mạch phân

cực (hình 3.22). Trong đó biến trở được sử dụng để điều chỉnh sự phân cực và

điều khiển cường độ dòng điện tĩnh.

Hình 3.21. Mạch bổ sung tín hiệu

đối xứng Hình 3.22. Các dạng mạch phân cực

60

- Tầng khuếch đại công suất: Đầu ra nguồn điện lớn (Large - power

output stage):

Bên cạnh sự gia tăng điện áp, cường độ dòng điện cũng sẽ tăng lên kể từ khi

Io lớn hơn sẽ cho kết quả Po lớn hơn bắt nguồn từ phương trình . Đối với

sự gia tăng của cường độ dòng điện của cường độ dòng điện, tầng đầu ra có thể

được thay đổi bằng sơ đồ darlington. Hình 3.23 cho thấy một mạch OTL AMP

hoàn toàn đối xứng, trong đó Q3 (NPN) và Q4 (PNP) là hoàn toàn giống nhau.

Dòng điện hồi tiếp âm đi qua điện trở Re giúp ngăn chặn transistor bị đánh thủng

trong suốt chu kỳ tăng của dòng điện - nhiệt độ. (Ví dụ: Vbe = Vb – Ve = Vb – Ie.Re

= Vb – Ic.Re). Khi nhiệt độ tăng dẫn tới Ic , Vbe sẽ giảm và Ib , Ic . Do đó, nhiệt

độ sẽ không tăng). Điện áp phân cực Vbe1 + Vre2 + Vre4 + Vre5 = 2,4V (lớn nhất)

trên cơ sở Vbe = 0,6V. Mạch phân cực do đó thay đổi như thể hiện ở hình 3.24 có

thể cung cấp chức năng bù nhiệt.

Hình 3.23. Mạch OTL đầy đủ Hình 3.24. Mạch phân cực cho

tầng khuếch đại tín hiệu lớn

- Hồi tiếp một chiều:

Hình 3.25. Các thành phần hồi tiếp của mạch OTL AMP

61

Trong hình 3.25, điện trở hồi tiếp VR100K (R3) của OTL được kết nối với

các điểm trung gian để hình thành nên hồi tiếp âm một chiều. Nếu điện áp điểm

trung tâm dịch chuyển, trạng thái sẽ được chuyển đến điểm trung bình và sẽ tự

động điều chỉnh để giữ giá trị điện áp 1/2 Vcc. Ví dụ, ở trong hình 3.25, nếu điện

áp điểm giữa tăng, lúc này Vc1 , Vb2 , Vc2 , Vb4 , Ve4 và điện áp điểm

giữa giảm.

- Hồi tiếp âm xoay chiều:

Trong mạch điện ở hình 3.25, C3 và R5 tạo thành mạch hồi tiếp âm xoay

chiều. Do mạch OTL rất dễ tạo dao động vì có hệ số khuếch đại lớn nên mạch

hồi tiếp âm được sử dụng để làm giảm hệ số khuếch đại. Tụ C3 sẽ cô lập các

thành phần DC vượt quá thành phần AC. Như vậy, hồi tiếp âm một chiều sẽ tỷ

lệ với hồi tiếp âm xoay chiều và phụ thuộc vào các giá trị của R6 và R5.

- Công suất đầu ra tối đa:

Điện áp đầu ra tối đa của OTL AMP sẽ không vượt quá Vcc. Do đó:

(3-12)

Thực tế, vì điện áp sụt giảm tồn tại giữa cực C và cực E của transistor nên

công suất ra tối đa sẽ nhỏ hơn so với tính toán lý thuyết.









3.4.1. Thí nghiệm về ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện


Bước 1: Gắn và cố định khối KL - 23005 lên phần bảng mạch thí nghiệm

chính KL-2001.



Bước 3: Điều chỉnh VR4, VR3 tương ứng để điện áp Vc1 của Q1 và Vc2 của

Q2 đạt giá trị .

62


Hình 3.26. Mạch ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện

Bước 4: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị (IN) của mạch điện hình

3.26.b và kết nối máy hiện sóng với đầu ra (OUT1).

Bước 5: Ngắt kết nối C2 (10F). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu

tới tần số 1KHz sóng hình sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể

hiển thị dạng sóng ở đầu ra TP4 tối đa mà không bị biến dạng.

Bước 6: Kết nối lại C2 (10F), sau đó quan sát dạng sóng ở TP4. Giá trị Av1 tăng

hay giảm?

Bước 7: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng tại Vout1. Ghi lại kết quả.

Bước 8: Kết nối C3 (47F). Sau đó quan sát dạng sóng tại TP4 và Vout1 nếu

thấy thay đổi. Lặp lại bước 7.


3.4.2. Thí nghiệm về bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp



Hình 3.27. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp


3.27b (Lưu ý ngắn mạch tụ C3 để xả điện).

63

Bước 2: Điều chỉnh VR4 (VR 1M) để , sau đó sử dụng đồng

hồ vạn năng (thang đo DCV) đo Vb1e1 và Vb2e2. Ghi lại kết quả đo được.

Bước 3: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối và máy hiện sóng

tương ứng với đầu vào (IN) và đầu ra (OUT1) của mạch điện.


sin và tăng dần dần biên độ các dao động để có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối

đa mà không bị biến dạng.

Bước 5: Dùng máy hiện sóng quan sát và đo giá trị của Vb1, TP4 (Vc1) và

Vout1 (Vc2). Ghi lại kết quả đo được.

Bước 6: Kết nối tụ C3 (47F), sau đó lặp lại bước 5.

Bước 7: Ngắt kết nối tụ C3 (47F) và điều chỉnh ngẫu nhiên VR4 (VR

1M), sau đó quan sát sự thay đổi dạng sóng của Vb1, Vc1, Vb2 và Vc2 (Vout1).

Bước 8: Điều chỉnh VR4 ở vị trí giữa và điều chỉnh tần số tín hiệu đầu vào

từ 0Hz ÷ 20KHz, sau đó quan sát dạng sóng ở IN và OUT1. Ghi lại mối liên hệ

giữa Vout và f.

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-2a, b.

3.4.3. Thí nghiệm về mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp



Hình 3.28. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp

Bước 1: Quan sát mạch ở hình 3.28a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.28b.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN),

kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT) và kết nối điện trở

tải 8 (tải được gắn sẵn trên bảng mạch và chưa được kết nối).

Bước 3: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 500Hz sóng

64

hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao

động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng.

Bước 4: Điều chỉnh tần số tín hiệu đầu vào từ 0Hz ÷ 20KHz, sau đó quan

sát dạng sóng của Vin và Vout. Ghi lại mối liên hệ giữa Vout và f.

Bước 5: Kết nối đầu ra dây cắm (tai nghe) với tải kiểm tra xem âm thanh có

được tạo ra hay không?

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-3a, b

3.4.4. Thí nghiệm về bộ khuếch đại đẩy kéo (dual - end push - pull amplifier)


a) Sơ đồ nguyên lý

b) Sơ đồ gắn ghim mạch

Hình 3.29. Mạch khuếch đại đẩy kéo (dual - end push - pull amplifier)


như sơ đồ hình 3.29b. Sau đó kết nối nguồn cung cấp +12V (khối A 8/1W) để

kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện.

Bước 2: Kết nối ampe kế A2 (sử dụng ghim mạch để thay thế ampe kế ở vị

65

trí A1) đo dòng điện tĩnh. Nếu cường độ dòng điện này >> 20mA, các transistor

Q6 và Q7 sẽ quá nóng. Lúc này nguồn cung cấp sẽ tắt để kiểm tra mạch (VR1

được kết nối).

Bước 3: Sử dụng vôn kế (thang đo DCV) để đo Vbe và Vce của mỗi transistor

Q6, Q7 (trong khi nguồn điện cung cấp được kết nối). Trạng thái của mỗi

transistor tùy thuộc vào giá trị điện áp Vbe và Vce. Cụ thể:

- Vbe > 0,7V: Hở mạch cực B và cực E – trạng thái (1).

- Vbe < 0,2V, Vce = 0V: Ngắn mạch cực C và cực E – trạng thái (2).

- Vbe = 0,6V, Vce = 0,2V: Transistor dẫn bão hòa – trạng thái (3).

Bước 4: Nếu đó là trạng thái (1) hoặc (2), transistor sẽ được thay thế. Nếu

là trạng thái (3), Vbe (Ib) sẽ được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh VR1 (VR

1K) như trong hình 3.29a.

Bước 5: Kết nối ampe kế ở vị trí A1 và điều chỉnh R15 (SVR 20K) để

, sau đó xem chỉ số của ampe kế này.

Bước 6: Điều chỉnh VR1 (VR 1K) để ampe kế A2 chỉ giá trị khoảng

10mA.

Bước 7: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN),


Bước 8: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 500Hz sóng

hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao

động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng. Lưu ý tới số

chỉ của ampe kế A2 không được tăng quá sẽ làm hỏng thiết bị đo.

Bước 9: Sử dụng máy hiện sóng để đo dạng sóng của Vb5, Vc5 và Vb6 tương ứng.

Bước 10: Điều chỉnh VR1 (VR1K) tới giá trị 0, sau đó quan sát dạng

sóng Vout.

Bước 11: Kết nối TP8, TP9 với loa và điều chỉnh ngẫu nhiên độ lớn tín

hiệu đầu ra của bộ phát tín hiệu được cấp cho đầu vào của mạch khuếch đại này.

Sau đó quan sát sự thay đổi của độ lớn âm thanh phát ra và sự tỏa nhiệt của Q6,

Q7 khi hoạt động với tín hiệu ở tần số cao và có biên độ lớn.

Bước 12: Tháo bộ phát tín hiệu khỏi mạch điện và dùng ngón tay chạm vào

đầu cuối đầu vào của bộ khuếch đại này, xuất hiện tiếng rú rít ở loa (tiếng ồn

gây ra do chạm tay vào các thiết bị đầu cuối).


66

3.4.5. Thí nghiệm về bộ khuếch đại OTL


Hình 3.30. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OTL

Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23006 lên bảng mạch thí nghiệm chính

KL-2001.

Bước 2: Gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.30. Sau đó kết nối khối A

8/1W để kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện

Bước 3: Kết nối ampe kế tới đầu cuối đầu vào của nguồn cung cấp để đo

cường độ dòng điện tĩnh.

Bước 4: Từ từ điều chỉnh nguồn điện cung cấp V+ từ 3V tới 18V, sau đó

xem cường độ dòng điện tĩnh. Nếu cường độ dòng điện này vượt quá 20mA,

điều chỉnh R8 (SVR 500) để duy trì giá trị ở xung quanh 20mA. Nếu điều

chỉnh không có hiệu lực, trước tiên thực hiện bước 5.

Bước 5: Điều chỉnh VR3 (VR 100K) để điện áp của điểm A (điểm điện áp

trung bình) = (sai số trong khoảng 2%).

Bước 6: Nếu điểm điện áp trung bình không thể điều chỉnh được tới và

cường độ dòng điện tĩnh >> 20mA (transistor đã nóng quá nhiệt độ cho phép),

hãy tắt nguồn điện. Sau đó, trước hết thực hiện kiểm tra nguội các transistor (đo

điện trở các cực của mỗi transistor) để đảm bảo transistor bất kỳ đã kín mạch.

Bước 7: Kết nối vôn kế (thang đo DCV) để đo điện áp trung bình, Vbe, Vce của mỗi

transistor.

Bước 8: Sau khi điểm điện áp trung bình và cường độ dòng điện tĩnh đạt

giá trị như yêu cầu (9V và 20mA), kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối

67

với đầu vào (IN), kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).

Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin và tăng

dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao động có thể

hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng

Bước 9: Sử dụng máy hiện sóng để đo dạng sóng của TP2, TP3, TP4, TP6, TP7

và TP11.

Bước 10: Điều chỉnh R8 (SVR 500) về mức nhỏ nhất, sau đó quan sát

méo ở dạng sóng của TP11 (OUT).

Bước 11: Điều chỉnh R8 (SVR 500) về mức lớn nhất, sau đó quan sát độ

nóng của Q3 và Q4 tương ứng với tín hiệu đầu vào cấp cho bộ khuếch đại này.

Bước 12: Khi đã điều chỉnh điện áp trung bình và cường độ dòng điện tĩnh

ở giá trị theo như yêu cầu, thay đổi kết nối đến loa 8/20W cho thiết bị đầu cuối

đầu ra và nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu

cuối đầu vào, sau đó nghe thử âm thanh.





3.4.6. Thí nghiệm về bộ khuếch đại OCL


Hình 3.31. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL

Bước 1: Quan sát mạch và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.31.

Bước 2: Kết nối ampe kế tới đầu cuối đầu vào của nguồn cung cấp để đo

68

cường độ dòng điện tĩnh.

Bước 3: Kết nối nguồn điện cung cấp 12V,sau đó điều chỉnh R9 (SVR

100) để cường độ dòng điện tĩnh xấp xỉ 20mA, sau đó đo điện áp tại TP4

(điểm điện áp trung bình) có được trong khoảng 0V 5V trong điều kiện bình

thường. Nếu điện áp trung bình có giá trị vượt quá khoảng giá trị ở trên 1V,

xem lại đầu ra có cường độ dòng điện tĩnh quá lớn và transistor quá nóng (trong

trường hợp quá trình điều chỉnh không có tác dụng). Lúc này ngắt nguồn cung

cấp để kiểm tra mạch. Việc kiểm tra mạch được thực hiện theo trình tự:

- Kiểm tra thuần trở: Kiểm tra các cực bất kỳ của mỗi transistor.

- Kiểm tra tĩnh: Kết nối nguồn điện cung cấp, sau đó đo giá trị của Vbe và

Vce của mỗi transistor, trong đó các giá trị này sẽ được sử dụng để đánh giá tình

trạng của mỗi transistor sau khi việc cung cấp nguồn điện đã được kết nối.

Bước 4: Sau khi điểm điện áp trung bình và cường độ dòng điện tĩnh đạt

giá trị như yêu cầu (6V và 20mA), kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu

cuối với đầu vào (IN), kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra

(OUT). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin

và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao động có

thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng.

Bước 5: Sử dụng máy hiện sóng để đo và xem dạng sóng của từng điểm

kiểm tra.

Bước 6: Điều chỉnh R9 (SVR 100) về mức nhỏ nhất, sau đó quan sát méo

ở dạng sóng của TP14.

Bước 7: Điều chỉnh R9 (SVR 100) về mức lớn nhất, sau đó kiểm tra độ

nóng của Q5 và Q6 tương ứng với tín hiệu đầu vào cấp cho bộ khuếch đại này.

Bước 8: Khi đã điều chỉnh điện áp trung bình và cường độ dòng điện tĩnh ở

giá trị theo như yêu cầu, thay đổi kết nối đến loa 8/20W cho thiết bị đầu cuối

đầu ra và nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu

cuối đầu vào, sau đó nghe thử âm thanh.





69

3.4.7. Thí nghiệm về IC khuếch đại âm thanh OTL


Bước 1: Quan sát mạch và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.32. Sau đó kết

nối khối A 8/0,5W (R16) để kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện.

Bước 2: Kết nối máy phát tín hiệu với VR2, sau đó kết nối VR2 với đầu

cuối INPUT (Bởi vì mức tín hiệu đầu ra bộ khuếch đại IC là rất lớn nên tín hiệu

đầu vào phải có để ở mức thấp hơn). Kết nối máy hiện sóng với đầu cuối đầu

vào (INPUT) và đầu ra (OUTA). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần

số 1KHz sóng hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín

hiệu để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra của IC này tối đa mà

không bị biến dạng.

Bước 3: Thay đổi kết nối đến loa 8/0,5W cho thiết bị đầu cuối đầu ra và

nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu cuối đầu

vào, sau đó nghe thử âm thanh.

Hình 3.32. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL



Sau khi học xong bài này, sinh viên nắm vững được một số vấn đề trọng

tâm thông qua tiến hành thí nghiệm:

- Ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện (ghép điện dung).

- Mạch khuếch đại tích hợp (IC AMP).

Khi khảo sát mạch khuếch đại OTL và OCL có hai vấn đề cần chú ý:

- Sự đánh thủng vì nhiệt độ của transistor hay nhiệt độ tới hạn.

- Nhiễu lớn.

Để giải quyết hai vấn đề trên, ngoài việc lắp ráp mạch chính xác cần chú ý

70

tới các điểm sau:

- Transistor được sử dụng ở tầng đầu ra của OTL AMP là các cặp transistor

có đặc tính giống nhau và dòng rò nhỏ.

- Lựa chọn nguồn cung cấp với hệ số gợn sóng nhỏ.

- Điện áp trung bình được điều chỉnh với giá trị: đối với OTL;

xấp xỉ 0V đối với OCL.

- Cường độ dòng điện tĩnh được điều chỉnh đúng giá trị.


Thực hiện việc sửa chữa sau đây đề cập tới kết quả kiểm tra hoạt động của

các mạch thí nghiệm, bao gồm: Hiện tượng lỗi, các phần bị lỗi và các bước sửa chữa.

3.6.1. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện

a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều của Q1 bị lỗi và sự khuếch đại của

tầng đầu bị gián đoạn.

b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 3.33

Hình 3.33. Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện

- Điểm lỗi:

+ S1 (VR4 1M) mở: Hở mạch;

+ S2 (cực B, E của Q1) đóng: Ngắn mạch.

- Lỗi 1: S1 mở, S2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vb1 = 0V, Ve1 = 0V, Vc = Vcc.

- Lỗi 2: S2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vbe1 = 0V, Vb1 = Ve1 = 0V, Vc = Vcc.

Các lỗi trên không ảnh hưởng tới chế độ phân cực một chiều của Q2.

b) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1 (VR4 1M) từ mở

đóng, S2 (cực B, E của Q1) từ đóng hở mạch.

71

3.6.2. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp

a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều của Q1, Q2 bị lỗi.

b) Các phần lỗi: mô tả ở hình 3.34

Hình 3.34. Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp

S1 (VR4) mở: Hở mạch, S2 (cực B, E của Q1) đóng: Ngắn mạch.

Lỗi 1: S1 mở. Các giá trị đo kiểm tra: Vb1 = 0V, Vc1 = Vb2 = Vcc, Vc2

Lỗi 2: S2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vbe1 = 0V, Vc1 = Vb2 = Vcc, Vc2

Lỗi ở vòng khuếch đại Q1 sẽ ảnh hưởng đến chế độ phân cực một chiều của Q2.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1 (VR4 1M) từ mở

đóng, S2 (cực B, E của Q1) từ đóng hở mạch.

3.6.3. Bộ khuếch đại ghép tầng dùng biến áp

a) Hiện tượng lỗi: Không khuếch đại được tín hiệu.


Hình 3.35. Các phần lỗi của mạch ghép biến áp

S4 (cực B, E của Q3) đóng: Ngắn mạch.

Lỗi: S4 đóng. Các giá trị đo kiểm tra Q3: Vbe3 = 0,6V, Vc3 = Vb4 = 0V, Vc4 = Vcc

c) Các bước sửa chữa: chuyển trạng thái của S4 (cực B, E của Q3) từ đóng

hở mạch.

72

3.6.4. Mạch khuếch đại đẩy kéo

a) Hiện tượng lỗi:

- Khuếch đại tín hiệu lỗi.

- Không có tín hiệu đầu ra.


Hình 3.36. Các phần lỗi của mạch khuếch đại đẩy - kéo

S3 mở (R15 hở mạch), S8 mở (cuộn sơ cấp của máy biến áp OPT hở mạch).

Lỗi 1: S3 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q5: Vb5 = 0V, Vbe5 = 0V, Vc5 = Vcc

Lỗi 2: S8 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q6: Vbe6 = 0,6V, Vc6 = 0V

Đo các tín hiệu đầu vào, Vb5, Vc5, Vb6 và Vb7 đều bình thường.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S3 và S8 từ mở đóng.

3.6.5. Bộ khuếch đại OTL

a) Hiện tượng lỗi: Điện áp điểm trung bình khác thường.


Hình 3.37. Các phần lỗi của mạch khuếch đại OTL

73

S4 (CR1) đóng: ngắn mạch, S5 (cực B, E của Q2) đóng: ngắn mạch, S3 (cực

C, E của Q3) mở: hở mạch.

Lỗi 1: S4 đóng. Biên độ điện áp nhiễu rất lớn.

Lỗi 2: S5 đóng. Các giá trị đo kiểm tra Q2: Vbe2 = 0V, Vc2 , điện áp trung

bình tăng.

Lỗi 3: S3 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q3: Vc3 = 0V, Vc2 , điện áp trung bình

giảm chậm.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S4, S5 từ đóng mở, S3 từ

mở đóng.

3.6.6. Bộ khuếch đại OCL

a) Hiện tượng lỗi:

- Khuếch đại bị lỗi.

- Điện áp trung bình bị lỗi.

- Méo lớn và cường độ dòng điện tĩnh quá nhỏ.


Hình 3.38. Các phần lỗi của mạch khuếch đại OCL

S1 (CR1: 6,2V) đóng: Ngắn mạch, S3 (cực C, E của Q3) đóng: Ngắn mạch,

S2 (CR2, CR3) đóng: Ngắn mạch.

Lỗi 1: S1 đóng. Đo kiểm tra Q1, Q2: Ve1 = Ve2 = 0V.

Lỗi 2: S3 đóng. Đo kiểm tra Q1, Q2: Ve1 = Ve2 = -Vcc.

Lỗi 3: S2 đóng. Méo rất lớn.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1, S2, S3 từ đóng mở.

74



hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:

Câu 1. Để có được đáp tuyến tần số tốt nhất, loại ghép nối tầng khuếch đại

nào sau đây được lựa chọn?

A. Ghép trực tiếp B. Ghép điện dung C. Ghép biến áp

Câu 2. Loại ghép nối tầng khuêch đại được sử dụng rộng rãi nhất là:

A. Ghép trực tiếp B. Ghép điện dung C. Ghép biến áp

Câu 3. Một trong những yếu tố không ảnh hưởng tới đáp tuyến tần số thấp

của bộ khuếch đại là:

A. Điện dung giữa các tầng khuếch đại. B. Cách ghép nối transistor

C. Khi tụ điện đóng vai trò như nguồn điện cung cấp.

Câu 4. Đối với một bộ khuếch đại có 3 tầng, nếu hệ số khuếch đại điện áp Av

của từng tầng là 50, 100, 200 thì hệ số khuếch đại tổng của bộ khuếch đại này là:

A. 100dB B. 80dB C. 120dB

Câu 5. Bộ khuếch đại công tác ở chế độ nào sau đây sẽ có méo nhỏ nhất?

A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C D. Chế độ AB

Câu 6. Bộ khuếch đại công tác ở chế độ nào sau đây sẽ có hiệu suất lớn

nhất?

A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C D. Chế độ AB

Câu 7. Tất cả các bộ khuếch đại làm việc ở chế độ?

A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C

Câu 8. Đối với một biến áp có hệ số biến áp là 10:1, nếu một điện trở tải

8 được kết nối ở bên thứ cấp, trở kháng ở bên sơ cấp sẽ là:

A. 8 B. 8K C. 800

Câu 9. Bộ khuếch đại đẩy – kéo làm việc ở chế độ?

A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C

Câu 10. Để loại trừ méo xuyên kênh cho các bộ khuếch đại đẩy – kéo,

chúng sẽ làm việc ở chế độ?

A. Chế độ A B. Chế độ AB C. Chế độ B

Câu 11. Bộ khuếch đại làm việc ở khu vực phi tuyến sẽ tạo ra:

A. Méo tần số B. Méo biên độ C. Méo pha

Câu 12. Điện áp trung bình của bộ khuếch đại OCL là:

A. 0V B. 1/2 Vcc C. Vcc

75

Câu 13. Bộ khuếch đại OTL:

A. Không kết hợp với biến áp đầu ra B. Không kết hợp với tụ điện đầu ra

C. Kết hợp nguồn điện cung cấp kép

Câu 14. R14 và C2 ở hình 3.30 được gọi là:

A. Mạch ghép nối đảo ngược B. Mạch chia điện áp C. Mạch điện tích

Câu 15. Tụ C4 ở hình 3.30 được gọi là:

A. Tụ lọc B. Tụ phân dòng C. Tụ có trở kháng tăng


Bảng TN3-1. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép

tầng bằng tụ điện

Ngắt kết nối C3 Kết nối C3

Dạng sóng Vpp Dạng sóng Vpp

* Kết quả tính toán hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại ghép tầng bằng tụ

điện (trường hợp ngắt kết nối tụ C3 ) dựa vào số liệu trong bảng TN3-1:

Từ công thức tính Av, so sánh kết quả tính toán theo lý thuyết và thực tế.

76

Bảng TN3-2.a. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép

tầng trực tiếp

Ngắt kết nối C3 Kết nối C3

Dạng sóng Vpp Dạng sóng Vpp

* Kết quả tính toán hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại ghép tầng trực

tiếp (trường hợp ngắt kết nối tụ C3 ) dựa vào số liệu trong bảng TN3-2a:

Từ công thức tính Av, so sánh kết quả tính toán theo lý thuyết và thực tế.

77

Bảng TN3-2.b. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp

Avo: hệ số khuếch đại Av khi Vo cực đại

Bảng TN3-3a. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép

tầng dùng biến áp

Dạng sóng Vpp

* Công suất đầu ra lớn nhất:

Bảng TN3-3b. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp

Avo: hệ số khuếch đại Av khi Vo cực đại

78

Bảng TN3-4a. Kết quả đo tĩnh của transistor Q5, Q6

Dòng tĩnh (A2) Vbe5 Vce5 Vbe6

Bảng TN3-4b. Kết quả đo các điện áp xoay chiều của mạch đẩy – kéo

* Công suất đầu ra lớn nhất:

79

Bảng TN3-5. Kết quả thí nghiệm của mạch OTL

Dạng sóng Va Icc Po

Vin

Vout

* Công suất đầu ra:

Bảng TN3-6. Kết quả thí nghiệm của mạch OCL

Dạng sóng Va Icc Po

Vin

Vout

* Xem dạng sóng của mỗi điểm kiểm tra và Vbe, Vce của mỗi transistor, sau

đó ghi lại các giá trị sau đây:

- Điện áp trung bình (Va).

- Cường độ dòng điện tĩnh (Icc).

- Vin.

- Dạng sóng của Vout.

- Công suất đầu ra: .

80

Bảng TN3-7. Kết quả thí nghiệm của mạch IC âm thanh OTL


1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học

kỹ thuật.





MODULE EXPERIMENT MANUAL.


TEACHER HANDBOOK.

81

Bài 4

THÍ NGHIỆM VỀ ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

(OPERATION AMPLIFIER – OP AMP)

4.1. Mục tiêu







82

4.1. Mục tiêu

- Sinh viên nhận biết và phân loại được các đặc tính cơ bản của bộ khuếch

đại thuật toán (Operation Amplifier – OP AMP): OP AMP lý tưởng, trở kháng

vào/ra (Zin/Zout), hệ số khuếch đại điện áp (Av)…

- Phương pháp điều chỉnh điện áp lệch không (Offset) của OP AMP.



- Trong điều kiện lý tưởng khi Vi của OP AMP là 0V thì Vo sẽ bằng 0V.

Tuy nhiên, do sự mất cân bằng ở mạch bên trong của OP AMP nên Vo thường

lệch đi 0V ( 0). Trạng thái lệch này thể hiện bởi một điện áp lệch (offset - Vos)

ở đầu ra. Vos này có thể được điều chỉnh bù về 0V nếu điện áp được đưa vào đầu

vào có tính toán. Sự điều chỉnh đưa Vos về 0V gọi là bù điện áp lệch không.

Tỷ số nén tín hiệu đồng pha (Common Mode Rejection Ratio - CMRR):

thường được ký hiệu là CMRR hoặc và được tính theo công thức:

(4-1)

Giá trị này nên đạt mức lớn nhất có thể.


4.2.2.1. Mạch khuếch đại vi sai

Mạch tương đương bên trong của một OP AMP thực tế (A) được thể hiện

ở hình 4.1, ở đó cấu trúc mạch giống với mạch OCL AMP với cấu trúc khuếch

đại khác trong tầng vào.

Hình 4.1. Cấu trúc bên trong của A741

a) Cấu trúc của mạch khuếch đại vi sai:

Hình 4.2a cho thấy mạch bao gồm 2 mạch khuếch đại mắc CE với điện trở

cực phát thông thường, 2 đầu vào Vi1, Vi2 và 2 đầu ra Vo1, Vo2. Mạch ngoài hoàn

83

thiện của IC khuếch đại vi sai được mô tả ở hình 4.2b và ký hiệu của mạch cho ở

hình 4.2c. Tín hiệu ra của khuếch đại vi sai là cường độ được khuếch đại của sự

chênh lệch tín hiệu giữa hai tín hiệu vào. Nói cách khác, tín hiệu ra tỷ lệ thuận

với chênh lệch giữa hai tín hiệu vào: Vo = Av.(Vi1 – Vi2).

a) Mạch nguyên lý b) Cấu trúc bên trong c) Ký hiệu

Hình 4.2. Mạch khuếch đại vi sai

b) Phân loại bộ khuếch đại vi sai: dựa theo số lượng đầu vào/đầu ra

- Một đầu vào, một đầu ra.

- Một đầu vào, hai đầu ra.

- Hai đầu vào, một đầu ra.

- Hai đầu vào, hai đầu ra.

Sau đây ta phân tích chi tiết các sơ đồ của bộ khuếch đại vi sai.

- Một đầu vào, một đầu ra:

Đầu ra Vo1:

a) b)

Hình 4.3. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo1)

Như hình 4.3a, b thể hiện, vì Q1 được mắc CE, Vi1 được cung cấp cho

nguồn sau khi được khuếch đại, và đầu ra được lấy từ cực góp (cực C). Theo đặc

tính của mạch CE – tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào. Nói cách khác. Sự

lệch pha giữa đầu vào và đầu ra là 1800, có thể được biểu diễn bằng Vo1 = -

Av.Vi1.

84

Đầu ra Vo2:

Như trên hình 4.4c, khi tín hiệu Vi1 cấp cho Q1, tín hiệu ra cũng có thể lấy

ra từ cực phát (cực E) của Q1, thêm đầu ra Vo1 lấy từ cực góp. Theo như đặc tính

của mạch mắc CC, tín hiệu ra từ cực phát cùng pha và gần như bằng biên độ với

tín hiệu vào (Av 1). Tín hiệu lấy ra ở cực phát của Q1 vì thế cùng pha và gần

như cùng biên độ với Vi1.

a) b) c)

Hình 4.4. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo2)

Vì các cực phát của Q1 và Q2 được kết nối với nhau, cực phát của Q2 nối

với đất cũng thể hiện tín hiệu giống cực phát của Q1 với biên độ xấp xỉ bằng Vi1

với pha giống nhau.

Tín hiệu cực phát của Q2 thể hiện giữa cực phát với đất, trong khi nguồn

của Q2 nối trực tiếp với đất. Tín hiệu này được đưa vào ảo giữa cực phát và cực

nguồn, có thể xem như tín hiệu vào của Q2. Tín hiệu đưa tới nguồn của Q1

ngược pha với Vi1. Nói cách khác, tín hiệu đưa vào nguồn của Q2 ngược pha

nhưng cùng biên độ với Vi1.

Tín hiệu đưa vào nguồn của Q2, ngược pha nhưng cùng biên độ với Vi1,

được khuếch đại bởi Q2 và sau đó tín hiệu ra Vo2 sẽ được chuyển đi từ cực

góp. Vì tín hiệu nguồn của Q2 ngược pha với Vi1 và cũng vì Vo2 ngược pha

với tín hiệu nguồn này nên Vo2 cùng pha với Vi1 (mô tả ở hình 4.4b). Nếu

điện áp nhận cho cả Q1 và Q2 là Av, Vo2 = Vo1 nhưng ngược pha vì biên độ

của tín hiệu nguồn Q2 bằng với tín hiệu vào Vi1 đưa vào nguồn Q1, được thể

hiện bởi Vo2 = Av.Vi1.

Tóm lại, nếu tín hiệu được đưa vào Vi1, một tín hiệu khuếch đại với pha

ngược sẽ được nhận từ Vo1 và một tín hiệu khuếch đại cùng pha sẽ nhận được từ

Vo2, ở đó biên độ của Vi1 = Vi2 (hình 4.5a). Nếu tín hiệu vào được đưa vào Vi2,

một tín hiệu cùng pha sẽ được nhận từ Vo1 (hình 4.5b).

85

a) b)

Hình 4.5. Tín hiệu ra OP AMP với kết nối 1 đầu vào

Nếu tín hiệu vào được đưa vào một trong các đầu vào của bộ khuếch đại vi

sai với kết nối một đầu vào thì những tín hiệu khuếch đại với cùng biên độ và

ngược pha sẽ nhận từ Vo1 và Vo2.

- Một đầu vào, hai đầu ra:

Hình 4.6. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 2 đầu ra

Từ hình 4.6, ta có điện áp đầu ra được xác định theo công thức:

Vo = Vo1 – Vo2 = 2Vo1 = -2Av.Vi1 (hoặc 2Av.Vi2) (4-2)

- Hai đầu vào, một đầu ra:

Hình 4.7. Bộ khuếch đại vi sai 2 đầu vào, 1 đầu ra

Xét hình 4.7:

Vo1 = -Av.Vi1 + Av.Vi2 = -Av.(Vi1 – Vi2) (4-3)

Vo2 = Av.Vi1 + (-Av.Vi2) = Av.(Vi1 – Vi2) (4-4)

Điện áp hiệu đầu vào:

Vd = Vi1 – Vi2 = Vi1 – (-Vi1) = 2Vi1 (hoặc Vd = -2Vi1)

Từ phương trình (4-3), (4-4) ta suy ra:

Nếu Vi1 = Vi2 (cùng pha), Vo1 = Vo2 = 0 (hình 4.8).

Nếu Vi1 = -Vi2 (ngược pha), Vo1 = -2Av.Vi1 và Vo2 = 2Av.Vi1 (hình 4.9).

86

Hình 4.8. Dạng sóng của Vo1, Vo2

khi Vi1 = Vi2 (cùng pha)

Hình 4.9. Dạng sóng của Vo1,

Vo2 khi Vi1 = -Vi2 (ngược pha)

- Hai đầu vào, hai đầu ra:

Như ở hình 4.8 và hình 4.9:

Vo = Vo1 – Vo2 = -Av.(Vi1 – Vi2) – Av.(Vi1 – Vi2)

Vo = -2Av.(Vi1 – Vi2) = -2Av.Vd

Nếu:

+ Vi1 = Vi2 Vo = 0

+ Vi1 = -Vi2 Vo = -2Av.(2Vi1) = -4Av.Vi1

c) Các tham số đặc trưng của bộ khuếch đại vi sai

- Ac: độ lợi tín hiệu đồng pha hay hệ số khuếch đại đối với tín hiệu đồng pha.

- Ad: độ lợi tín hiệu vi sai; nghĩa là hệ số khuếch đại đối với tín hiệu vi sai.

- Vc: Tín hiệu đồng pha (tín hiệu cùng loại).

- Vd: Tín hiệu vi sai pha (tín hiệu khác loại).

- Vo = Ad.Vd + Ac.Vc

Giá trị của Ac ở một bộ khuếch đại vi sai lý tưởng phải nhỏ nhất có thể và

giá trị của Vo phải tỷ lệ thuận với Ad.

d) Tỷ số nén tín hiệu đồng pha (CMRR)

CMRR dùng để chỉ khả năng khuếch đại của một bộ khuếch đại vi sai

(hoặc một OP AMP) để nén nhiễu. Giá trị CMRR càng lớn, tương đương với giá

trị Ac càng nhỏ, thể hiện khả năng nén nhiễu tốt hơn.

Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại vi sai xác định theo CMRR:

Điều này cũng giải thích khi CMRR lớn:

Vo = Ad.Vd

87

Tín hiệu đồng pha do vậy được nén. Vì nhiễu thường tồn tại đồng thời ở

Vi1 và Vi2 như tín hiệu đồng pha, khuếch đại vi sai với giá trị CMRR lớn hơn sẽ

sở hữu khả năng nén nhiễu tốt hơn.

4.2.2.2. Đặc tính cơ bản của OP AMP

a) OP AMP là gì?

- OP AMP là một IC gọi là mạch khuếch đại thuật toán, cũng được gọi tắt

là OPA.

- OPA là khuếch đại bao gồm một đầu vào đảo (-), một đầu vào không đảo

(+) và một đầu ra.

Hình 4.10. Ký hiệu của OP AMP

Hình 4.11. Nguồn cung cấp cho OP AMP

Ký hiệu của OP AMP được cho ở hình 4.10.

- OPA thường tích hợp hai nguồn điện với biên độ giống nhau và phân cực

khác nhau, thường là 3V ÷ 24V, trong đó 12V được sử dụng rộng rãi nhất.

Mạch tương đương bên trong của OP AMP được thể hiện ở hình 4.11, rất

giống OCL AMP. Nếu Vi = 0V, Vo sẽ bằng 0V. Nguồn điện đơn cũng có thể

được tích hợp trong OP AMP và tại thời điểm này Vo sẽ bằng 1/2 Vcc thay vì 0V

nếu Vi được đưa vào.

b) Các đặc tính của OP AMP lý tưởng:

- Hệ số khuếch đại rất lớn: Av = .

- Trở kháng vào lớn: Zi = .

- Trở kháng ra nhỏ: Zo = 0.

- Băng thông rộng: BW = .

- Nếu Vi = 0, Vo = 0.

- Các đặc tính không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Dưới đây ta xét chi tiết một số đặc tính được sử dụng rộng rãi:

88

- Trở kháng vào (Zi):

a) b)

Hình 4.12. Trở kháng đầu vào của OP AMP

Giá trị lý tưởng của điện trở vào của bản thân OP AMP là , giá trị thực tế

cũng rất lớn. Tuy nhiên, sau khi các mạch khác nhau được kết nối, Zi sẽ bao

gồm cả các phần bên ngoài (R1 và Rf), thể hiện trong hình 4.12a. Zi biểu diễn

như trong hình 4.12b được tính toán như điện trở tải (nếu )

- Trở kháng ra (Zo):

a) b)

Hình 4.13. Trở kháng đầu ra của OP AMP

Phương pháp tính Zo ở hình 4.13a giống như tính Zi. Theo như hình 4.13b,

nếu RL = . Khi Vo’ = Vo và Zo = ZL, Vo’ = 1/2 Vo.

Theo hình 4.13a, trước tiên ta điều chỉnh VR 1K để Vo’ = 1/2 Vcc, sau đó đo

giá trị của RL (VR1Kab + 22), đó chính là Zo. Nếu không thể điều chỉnh Vo’ =

1/2 Vcc, ta có thể sử dụng công thức phân áp để tính toán Zo. Sau đó

điều chỉnh RL = để có thể đo Vo.

- Tốc độ biến thiên (Slew Rate – SR): 0,8Vpp/tr

Theo hình 4.14, ta có thể hiểu rằng SR được dùng để biểu thị tốc độ truyền

tín hiệu của OPA. SR càng lớn tương ứng với tốc độ truyền tín hiệu càng cao,

cũng thể hiện khả năng xử lý tín hiệu cao tần càng cao. Nói chung, SR càng lớn

băng thông càng rộng.

89

Hình 4.14. Mô tả SR Hình 4.15. Mạch đo SR

Mạch đo SR thể hiện ở hình 4.15, tr và Vpp có thể được tính toán từ dạng

sóng của Vo. Khi đó SR có thể được tính toán từ phương trình SR = 0,8Vpp/tr. Ở

đây, 0,8Vpp thể hiện biên độ thay đổi của điện áp trong suốt quá trình tăng và tr

thể hiện thời gian tăng.

- Băng thông (Band Width – BW):

Băng thông của một OPA lý tưởng sẽ lên tới , nhưng đó không phải là giá

trị thật sự. Giá trị của BW ở các tài liệu kỹ thuật thông thường là trên vài MHz.

Thực tế, nếu giá trị băng thông quá thấp, nó sẽ không phù hợp khi mạch làm

việc ở tần số cao.

- Điện áp bù không (Offset Voltage level zero adjustment):

Với một OPA lý tưởng, Vo sẽ bằng 0V nếu Vi = 0, nhưng trong thực tế thì

Vo thường 0V khi Vi = 0.

Nếu OPA được sử dụng trong mạch điều khiển, khi hoạt động sẽ bị ảnh

hưởng nếu Vo 0 khi Vi = 0. Để khắc phục, cần phải điều chỉnh Vo = 0V khi Vi

= 0V trên mạch thực tế. Điều chỉnh điện áp offset có thể dùng các phương pháp

sau đây:

Bù “không” ở phía đầu vào khuếch đại đảo:

Hình 4.16. Bù “không” cho OP AMP ở đầu vào đảo

Khi Vi = 0V, điều chỉnh VR 1K để Vo = 0V.

Vì nên khi Vi được nối đất, bằng việc điều chỉnh VR 1K

và VR 100K có thể làm thay đổi giá trị Vo.

90

+ Bù “không” ở phía đầu vào khuếch đại không đảo:

Hình 4.17. Bù “không” cho OP AMP ở đầu vào không đảo

Vì nên R2 phải nhỏ hơn rất nhiều so với R1 để

Vì , khi Vi = 0V (nối đất), sự điều chỉnh VR 1K và VR 100K

có thể làm thay đổi giá trị Vo.

Bù không ở mạch theo điện áp:

Hình 4.18. Bù “không” ở mạch theo điện áp

Vì , khi Vi = 0V (nối đất), sự điều chỉnh VR 100K có thể làm

thay đổi giá trị Vo.

Bù không ở bên trong OPA:

Hình 4.19. Bù “không” ở bên trong OPA

Mạch ở hình 4.19 có thể thực hiện việc bù điện áp offset khi chế tạo IC

rỗng, sau đó giá trị Vo được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh trạng thái cân

bằng của tầng vi sai bên trong IC.








91


4.4.1. Thí nghiệm về mạch vi sai dùng transistor lưỡng cực


Bước 1: Quan sát và gắn các ghim

mạch theo như sơ đồ hình 4.20.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và

máy hiện sóng với đầu vào của mạch, kết

nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch.

Bước 3: Điều chỉnh VR1 để điện trở tại

các điểm B và C là lớn nhất (VIN1 = VIN2).

Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy

phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình

sin và tăng dần dần biên độ để các dao

động có thể hiển thị dạng sóng ở đầu ra

tối đa mà không bị biến dạng. Đo điện áp

tại IN1, IN2, OUT1 và OUT2 tương ứng và ghi lại dạng sóng tại các điểm đo này.

Bước 5: Điều chỉnh VR1 để điện trở tại các điểm B và C là nhỏ nhất (0) và

VIN2 = 0V.

Bước 6: Lặp lại bước 4.

Bước 7: Điều chỉnh VR1 để điện trở tại các điểm B và C là 500 và VIN2 =

1/2 VIN1.



4.4.2. Thí nghiệm về các đặc tính cơ bản của OP AMP

4.4.2.1. Thí nghiệm về trở kháng vào Zi



4.21b.


sin và điều chỉnh biên độ tín hiệu ra tới mức nhỏ nhất.

Bước 3: Điều chỉnh VR 100K (VR3) tới giá trị nhỏ nhất (tại đó điểm B và

điểm C được kết nối).

Bước 4: Điều chỉnh biên độ của đầu ra (OUT) lớn nhất mà không bị biến dạng.

Bước 5: Xem và ghi lại dạng sóng ở đầu vào IN1.

Hình 4.20. Thí nghiệm mạch

khuếch đại vi sai

92


Hình 4.21. Thí nghiệm về trở kháng vào (Zi) của OP AMP

Bước 6: Điều chỉnh VR3 tới khi tín hiệu ở đầu vào (IN1) bằng một nửa

dạng sóng ở bước 4.

Bước 7: Tắt nguồn điện cung cấp.

Bước 8: Sử dụng đồng hồ vạn năng (thang ) để đo giá trị điện trở giữa B

và C của VR 100K. Giá trị đo được chính là trở kháng vào (Zi) của OP AMP.


4.4.2.2. Thí nghiệm về trở kháng ra Zo


Bước 1: Quan sát mạch ở hình 4.22a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 4.22b.

Bước 2: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin.

Bước 3: Ngắt kết nối SW1.

Bước 4: Điều chỉnh biên độ của đầu ra (OUT) lớn nhất mà không bị biến dạng.

Bước 5: Ghi lại giá trị Vpp của Vout.


Hình 4.22. Thí nghiệm về trở kháng ra (Zo) của OP AMP

93

Bước 6: Kết nối SW1, sau đó xem sự biến đổi dạng sóng của Vout.

Bước 7: Điều chỉnh VR 1K (VR1) tới khi tín hiệu ở đầu ra Vout có giá trị

bằng một nửa của nó ở bước 5.

Bước 8: Tắt nguồn điện cung cấp.

Bước 9: Sử dụng đồng hồ vạn năng (thang ) để đo giá trị điện trở của đầu

ra nối với đất. Giá trị đo được chính là trở kháng ra (Zo) của OP AMP.

Bước 10: Điều chỉnh bộ phát tín hiệu tới một tần số khác: 100Hz, 10KHz

và 50KHz, sau đó lặp lại bước 2 đến bước 9. Kiểm tra xem trở kháng ra có thay

đổi theo tần số không?


4.4.2.3. Thí nghiệm về tốc độ biến thiên SR:



Hình 4.23. Thí nghiệm về tốc độ biến thiên (SR) của OP AMP



Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào IN1, sau đó điều chỉnh đầu ra

của bộ phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng vuông.

Bước 3: Kết nối đầu ra OUT với máy hiện sóng.

Bước 4: Điều chỉnh tần số của tín hiệu vào cho tới khi có thể đo được dạng

sóng của tín hiệu ra bằng máy hiện sóng. Xem và ghi lại giá trị của Vpp và tr.


94

4.4.2.4. Thí nghiệm về băng thông



Hình 4.24. Thí nghiệm về băng thông (BW) của OP AMP


như sơ đồ hình 4.24b. Đưa tới đầu vào IN2 sóng hình sin, tần số 1KHz.

Bước 2: Tăng điện áp vào từ 50mVpp đến 200mVpp (theo số liệu như trong

bảng TN4-5.a), sau đó quan sát dạng sóng ra và ghi lại giá trị đo được.

Bước 3: Tăng dần dần điện áp vào cho tới khi dạng sóng ra lớn nhất được

hiển thị mà không bị biến dạng.

Bước 4: Điều chỉnh điện áp vào tới giá trị 100mVpp.

Bước 5: Thay đổi tần số từ 50Hz đến 30KHz theo số liệu trong bảng TN4-

5.b, sau đó đo điện áp ra tương ứng.

Bước 6: Vẽ biểu đồ đường cong của tỷ số công suất so với tần số trên hệ

tọa độ với trục tung thể hiện dB và trục hoành thể hiện tần số, sau đó đánh dấu

điểm -3dB.

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN4-5a, b, c.

4.4.3. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại đảo



Bước 2: Kết nối đầu vào đảo (IN3) của OP AMP với đất.

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng hoặc đồng hồ vạn năng (thang DCV) để đo

điện áp ở đầu ra (OUT).

Bước 4: Quan sát xem điện áp ở đầu ra (OUT) có bằng 0 hay không? Nếu

không hãy thực hiện:

95

- Điều chỉnh VR2 (VR 1K) lên tới giá trị lớn nhất.

- Điều chỉnh VR3 (VR 100K) để Vout = 0V.


Hình 4.25. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ

khuếch đại đảo

4.4.4. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại không đảo



Bước 2: Kết nối đầu vào không đảo (IN2) của OP AMP với đất.

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng hoặc đồng hồ vạn năng (thang DCV) để đo

điện áp ở đầu ra (OUT).

Bước 4: Quan sát xem điện áp ở đầu ra (OUT) có bằng 0 hay không? Nếu

không hãy thực hiện:

- Điều chỉnh VR2 (VR 1K) lên tới giá trị lớn nhất.

- Điều chỉnh VR3 (VR 100K) để Vout = 0V.


Hình 4.26. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ

khuếch đại không đảo

96


Các tham số kỹ thuật của OPA bao gồm:

- Điện áp lệch không (offset) đầu vào (mV).

- Điện áp trôi vì nhiệt độ trung bình (V/oC).

- Dòng điện lệch không (offset) đầu vào (nA).

- Dòng điện trôi vì nhiệt độ trung bình (nA/oC).

- Dòng điện phân cực đầu vào.

- Tỷ số khử nguồn điện ((V/V).

- Dòng điện ngắn mạch đầu ra (mA).

- Công suất tiêu tán (mW).

- Trở kháng vào (M).

- Băng thông (MHz).

- Tốc độ biến thiên SR (V/s).

- Tỷ số nén đồng pha CMRR (dB).

- Trở kháng ra (M).

Trong bài thí nghiệm này chỉ khảo sát một số tham số sử dụng rộng rãi nhất

của OP AMP. Đó là:

- Trở kháng vào (Zi): Có giá trị tương đối lớn. Khi OPA được dùng để

khuếch đại với sơ đồ đảo, trở kháng của toàn mạch sẽ giảm do hiệu ứng của hồi

tiếp âm. Nếu yêu cầu trở kháng vào cao có thể sử dụng OPA với sơ đồ không

đảo hoặc mạch theo điện áp.

- Trở kháng ra (Zo): Thông thường có giá trị vài . Nếu giá trị điện trở tải

nhỏ, công suất của OPA dễ bão hòa và dạng sóng sẽ bị cắt. Nếu phương pháp

phân áp được sử dụng để đo Zo, điện trở với giá trị lớn hơn sẽ được kết nối để

ngăn không cho điện áp ra (Vo) bị biến dạng. Phương pháp phân áp:

Khi RL = , Vo’ = Vo.

Khi RL , ta có:

Trong đó: Vo’ có thể đo bằng vôn kế, giá trị RL đã biết và giá trị Vo đã biết.

Zo từ đó có thể tính được.

- Băng thông: Về lý thuyết có thể lên tới vài MHz. Tuy nhiên, giá trị đo

được thực tế chỉ vào khoảng vài trăm KHz.

97

- Đo điện áp offset: Sự điều chỉnh điện áp của đầu vào để giữ hoặc cân

bằng mức DC của OPA ở đầu ra là 0V trong trạng thái tĩnh. Vì điện áp offset ra

thông thường khoảng 1V (nếu cung cấp 10mV ở đầu vào). Giả sử dùng sơ đồ

khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại 100 thì offset đầu ra có thể bằng 0V. Tuy

nhiên việc điều chỉnh giá trị này rất khó khăn vì tỷ số khuếch đại không tải của

OPA là rất lớn (). Do vậy, giá trị +Vcc và –Vcc được sử dụng làm đầu ra thay vì

0V đầu ra.




Câu 1. Tầng đầu của OPA thường được mắc theo sơ đồ nào sau đây?

A. Khuếch đại đẩy-kéo B. Khuếch đại vi sai C. Khuếch đại CB

Câu 2. Zi của OPA lý tưởng bằng:

A. B. 1M C. 0

Câu 3. Zo của OPA lý tưởng bằng:

A. B. 1M C. 0

Câu 4. Băng thông của OPA, đúng trong khoảng nào dưới đây:

A. 0 ÷ vài MHz B. Chỉ vài KHz C. đáp ứng tần số thấp rất hẹp

Câu 5. Với một OPA lý tưởng, khi Vi = 0:

A. Vo = +Vcc B. Vo = 1V C. Vo = 0V

Bài tập: hãy ghi lại các tham số kỹ thuật của các IC OP AMP cho ở bảng

dưới đây:

Số hiệu Công suất nguồn cung cấp

(giới hạn) Zi Zo BW CMRR Av SR

LM301

A709

A741

A747

LM324

LM380

LM387

LM3900

98


Bảng TN4-1. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai

VIN1 = VIN2 VIN2 = 0

VIN1

VIN2

VOUT1

VOUT2

VOUT

Bảng TN4-2. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng vào của OP AMP

Zi =…………………………..()

99

Bảng TN4-3. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP

f Zo

1KHz

100Hz

10KHz

50KHz

Bảng TN4-4. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP

Bảng TN4-5a. Điện áp ra và hệ số khuếch đại tương ứng

với điện áp vào tăng

Vi

(Vpp)

Vo

(Vpp)

50mV

100mV

200mV

Bảng TN4-5b. Điện áp ra tương ứng với tần số thay đổi

f

(Hz) Vo Av Av(dB)

f

(Hz) Vo Av Av(dB)

50 5000

200 10000

500 12000

1000 15000

2000 30000

100

Bảng TN4-5c. Biểu đồ tỷ số công suất so với tần số

Avo: Hệ số khuếch đại Av khi Vo cực đại



kỹ thuật.







TEACHER HANDBOOK.

101

Bài 5

THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠ BẢN CỦA OP AMP

5.1. Mục tiêu








102

5.1. Mục tiêu

Lắp ráp và đo được các đại lượng điện áp vào/ra, so sánh độ lệch pha giữa

tín hiệu vào/ra của một số cấu hình mắc mạch khuếch đại thuật toán: khuếch đại

đảo, không đảo, mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân, vi phân…



- Nối đất ảo (ngắn mạch ảo):

Ngắn mạch bình thường có nghĩa là điện áp xuất hiện ở 2 cực bằng nhau và

dòng điện chạy qua 2 cực là lớn nhất. Tuy vậy, dù V(-) và V(+) của đầu vào “-”

và “+” của OPA bằng nhau, không có dòng điện thực sự nào chạy qua “+” và “-

”. Hiện tượng trên được gọi là ngắn mạch ảo hay còn được gọi là nối đất ảo vì

cực “+” thường hay được nối với đất trong sơ đồ khuếch đại đảo.

Hiện tượng này gây ra bởi Zi = và Av = của OPA. Vì Zi = , không có

dòng điện nào chạy trong đầu vào. Vì Av = , một điện áp đáng kể sẽ có ở đầu

ra nếu một điện áp Vi nhỏ được đưa vào. Vì Vi rất nhỏ, V(-) và (V+) vì thế gần

bằng nhau.

- Hệ số khuếch đại không tải: Có giá trị rất lớn, giá trị lý tưởng của nó đạt .

- Hệ số khuếch đại khi có tải:

Sơ đồ không tải của OPA không phù hợp khi sử dụng để khuếch đại tín

hiệu. Vì hệ số khuếch đại khi không tải quá lớn sẽ dễ dẫn đến đầu ra của bộ

khuếch đại bị bão hòa. Nếu OPA được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, cần thiết

phải đưa vào một khâu hồi tiếp âm để kiểm soát độ lớn của hệ số khuếch đại


Có nhiều mạch khuếch đại có thể tạo thành từ OP AMP. Ở đây ta xét một

số mạch khuếch đại cơ bản của OP AMP:

- Mạch khuếch đại đảo;

- Mạch khuếch đại không đảo.

Một số mạch ứng dụng được phát triển dựa trên cơ sở của 2 mạch trên đây.

Cụ thể là các mạch:

- Mạch theo điện áp;

- Mạch trừ;

- Mạch cộng;

- Mạch hạn chế;

- Mạch điện áp không đổi;

103

- Mạch dòng điện không đổi;

- Mạch vi phân;

- Mạch tích phân.

5.2.2.1. Mạch khuếch đại đảo

a) Sơ đồ nguyên lý b) Mạch tương đương

Hình 5.1. Mạch khuếch đại đảo dùng OP AMP

Mạch khuếch đại đảo được cho ở hình 5.1a và mạch tương đương ở hình

5.1b. Theo định nghĩa về nối đất ảo ta có thể hiểu rằng không có dòng điện nào

chạy vào đầu vào đảo của OPA. Tuy nhiên vì V(-) = V(+) = 0V, Vo = -If.Rf và Vi

= I1.R1 và I1 = If:

(5-1)

Vo ngược pha với Vi.

Mạch này rất ổn định vì hệ số khuếch đại của nó hoàn toàn được quyết định

bởi mạch hồi tiếp và độc lập với đặc tính của OPA. Ví dụ: với sơ đồ ở hình 5.1,

R1 = 10K, Rf = 100K, Vi = 0,5V, Vo = ?

Giải:

Av = -Rf/R1 = -100K/10K = -10

Vo = Vi.Av = 0,5V.(-10) = -5V

5.2.2.2. Mạch khuếch đại không đảo

a) Sơ đồ nguyên lý b) Mạch tương đương

Hình 5.2. Mạch khuếch đại không đảo dùng OP AMP

Mạch khuếch đại không đảo được cho ở hình 5.2a và mạch tương đương ở

hình 5.2b. Theo hình 5.2b: Ii = If

104

(5-2)

Vo đồng pha với Vi.

Ví dụ: Với sơ đồ ở hình 5.2, R1 = 1K, Rf = 10K, Vi = 1V, Vo = ?

Giải:

Vo = Vi.(1 + Rf/R1) = 1V.(1 + 10K/1K) = 11V

Điện áp nguồn sử dụng ở mạch này phải cao hơn 11V, nếu không điện áp

ra tối đa sẽ bằng điện áp nguồn.

5.2.2.3. Mạch theo điện áp

Mạch theo điện áp (hình 5.3) là ứng dụng của

khuếch đại không đảo. Vì .

Mạch này hoạt động như một bộ khuếch đại.

Tuy vậy, vì Zi = và Zo rất nhỏ, mạch theo

điện áp này chỉ dùng để đối chiếu trở kháng.

5.2.2.4. Mạch trừ

a) b) c)

Hình 5.4. Mạch trừ dùng OP AMP

Theo như hình 5.4a, mạch trừ tích hợp 2 đầu vào đảo và không đảo tương

ứng. Theo nguyên lý chồng chất, ta phân tích mạch này như sau:

Khi V1 được đưa vào đầu vào đảo, V2 nối đất (hình 5.4b), mạch có chức năng

tương đương mạch khuếch đại đảo, điện áp ra được xác định theo công thức (5-3):

(5-3)

Khi V2 được đưa vào đầu vào không đảo, V1 nối đất (hình 5.4c), mạch có

chức năng tương đương mạch khuếch đại không đảo, điện áp ra được xác định

theo công thức (5-4):

(5-4)

Trong trường hợp tổng quát, điện áp ra của mạch trừ bằng:

Hình 5.3. Mạch theo

điện áp

105

Nếu R1 = R3, R2 = R4:

(5-5)

5.2.2.5. Mạch cộng

a) b) c)

Hình 5.5. Mạch cộng dùng OP AMP

Theo như hình 5.5a, mạch cộng tích hợp 2 đầu vào đảo tương ứng (trường

hợp mở rộng có thể có nhiều hơn hai đầu vào). Theo nguyên lý chồng chất, ta

phân tích mạch này như sau:

Khi V1 được đưa vào đầu vào đảo, V2 nối đất (hình 5.5b). Vì V(-) cùng điện

thế với V(+) nên không có dòng điện chạy qua và mạch có chức năng tương

đương mạch khuếch đại đảo, điện áp ra được xác định theo công thức (5-6):

(5-6)

Khi V2 được đưa vào đầu vào đảo, V1 nối đất (hình 5.5c). Mạch hoạt động

tương tự trường hợp bên trên, điện áp ra được xác định theo công thức (5-7):

(5-7)

Trong trường hợp tổng quát, điện áp ra của mạch cộng bằng:

Nếu R1 = R2:

(5-8)

Nếu Rf = R1:

Vo = -(V1 + V2) (5-9)

Từ công thức (5-8) và (5-9) ta thấy xuất hiện dấu “-” trong biểu thức tính

Vo, điều này cho thấy điện áp đầu ra ngược pha so với tổng các điện áp đầu vào.

Vì thế, mạch điện ở hình 5.5 còn có tên gọi khác là mạch cộng đảo.

106

5.2.2.6. Mạch hạn chế

a) Dùng 2 điốt b) Dùng 1 điốt

Hình 5.6. Mạch hạn chế dùng OP AMP

Hai mạch hạn chế khác nhau được thể hiện tương ứng ở hình 5.6a, b. Ta

xét nguyên lý hoạt động của từng mạch như sau.

Giả sử ở mạch hạn chế hình 5.6a:

Vo’ > (Vf1 + Vzd2) Vo = Vf1 + Vzd2

(Vf1 + Vzd2) > Vo’ > -(Vf2 + 6,2V) Vo = Vo’

Vo’ < -(Vf2 + 6,2V) Vo = -(Vf1 + Vzd1)

Nếu sóng sin được đưa vào đầu vào, dạng sóng ra sẽ gần như sóng vuông.

Điện trở R2 được sử dụng để hạn chế dòng điện.

Giả sử ở mạch hạn chế hình 5.6b:

Nếu Vo > Vzd: Zd dẫn để Vo được duy trì và Vo = Vzd.

Nếu –Vf < Vo < Vzd: Vo = const.

Nếu Vo < -Vf: Vo = -0,6V

5.2.2.7. Mạch điện áp không đổi

Mạch điện áp không đổi ở hình 5.7a thực chất là sự kết hợp của mạch ở

hình 5.7b và mạch khuếch đại không đảo.

Một số đặc điểm của mạch điện này:

, độ lớn có thể được quyết định bởi .

Mạch thực hiện chức năng phối hợp trở kháng.

Dòng điện đầu ra lớn.

a) b)

Hình 5.7. Mạch điện áp không đổi dùng OP AMP

107

5.2.2.8. Mạch dòng điện không đổi

Hình 5.8. Mạch dòng điện không đổi

Mạch dòng điện không đổi ở hình 5.8 bao gồm 3 phần chính:

Một nguồn điện áp tham chiếu: bao gồm R1, Zd và VR 10K.

Một OPA hoạt động như một mạch theo điện áp.

Một mạch dòng điện ra bao gồm R2, một transistor và Re, trong đó dòng

điện chạy qua RL được cung cấp bởi transistor và sự kiểm soát Ic của mạch này

được tiến hành thông qua việc kiểm soát độ lớn của Ib. Với Vref duy trì không

đổi trong mạch, Ic cũng sẽ không đổi ngay cả khi RL thay đổi và khi transistor

hoạt động trong vùng khuếch đại tuyến tính (Ic = Ib) thì giá trị của Ic sẽ chỉ phụ

thuộc vào Ib và độc lập với độ lớn của R1.

5.2.2.9. Mạch vi phân

a) Mạch cơ bản b) Mạch thực tế

Hình 5.9. Mạch vi phân dùng OP AMP

Mạch vi phân trong hình 5.9a về cơ bản là ứng dụng của mạch vi phân RC.

Dòng Ic trong mạch này có thể được tính như sau:

Nếu Vi là sóng vuông, Vo sẽ là dãy xung.

Nếu Vi là sóng tam giác, Vo sẽ là sóng vuông.

Ở hình 5.9b, điện trở Rs được kết nối trong thực tế để tránh nhiễu cao tần.

Điện trở Ri được sử dụng như điện trở cân bằng ở đầu vào.

108

5.2.2.10. Mạch tích phân

a) Mạch cơ bản b) Mạch thực tế

Hình 5.10. Mạch tích phân dùng OP AMP

Mạch tích phân trong hình 5.10a về cơ bản là ứng dụng của mạch tích phân

RC. Dòng Ic trong mạch này có thể được tính như sau:

Hình 5.10b mô tả mạch tích phân thực tế. R2 trong mạch này được sử dụng

để tránh cho OP AMP bão hòa đầu ra và làm giảm trở kháng đầu vào do Xc quá

lớn ở tần số thấp









5.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại đảo


Bước 1: Quan sát hình 5.11a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình

5.11b.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào (IN1), sau đó điều chỉnh đầu ra

của bộ phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng sin. Tăng dần biên độ để dạng sóng ở đầu

ra lớn nhất có thể mà không bị biến dạng (sử dụng máy hiện sóng để điều chỉnh).

109


Hình 5.11. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (không offset)

Bước 3: Ghi lại dạng sóng ở IN1 (Vin1) và OUT (Vout).

Bước 4: Ngắt kết nối đầu ra của bộ phát tín hiệu với mạch điện bằng việc

gỡ bỏ đoạn ghim mạch, sau đó nối đầu vào với đất. Sử dụng thang DCV của

đồng hồ vạn năng (hoặc máy hiện sóng) để đo điện áp DC tại đầu ra, sau đó ghi

lại giá trị đo được.


5.12b. Trong đó mạch khuếch đại đảo có offset được kết nối.


Hình 5.12. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (có offset)

Bước 6: Lặp lại bước 2 và bước 3.

110

Bước 7: Điều chỉnh ngẫu nhiên VR3 (VR 100K), sau đó quan sát xem dạng

sóng ở đầu ra có thay đổi hay không?

Bước 8: Ngắt kết nối đầu ra của bộ phát tín hiệu với mạch điện bằng việc

gỡ bỏ đoạn ghim mạch, sau đó nối đầu vào với đất. Sử dụng thang DCV của

đồng hồ vạn năng (hoặc máy hiện sóng) để đo điện áp DC tại đầu ra, sau đó ghi

lại giá trị đo được. Nếu điện áp DC không bằng 0V, hãy điều chỉnh VR3 (VR

100K) để điện áp này bằng 0V.

Bước 9: Lặp lại bước 2 và bước 3.

Bước 10: So sánh điện áp DC đầu ra và dạng sóng ra của các mạch có

offset và không có offset.


5.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại không đảo



5.13b.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào (IN2), sau đó điều chỉnh đầu

ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin.

Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó tăng dần biên

độ đầu ra của bộ phát tín hiệu để dạng sóng lớn nhất có thể hiển thị trên máy

hiện sóng mà không bị biến dạng. Ghi lại các dạng sóng của Vin2 và Vout.


Hình 5.13. Thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN5-2

c)

111

5.4.3. Thí nghiệm mạch theo điện áp



Hình 5.14. Thí nghiệm mạch theo điện áp


5.14b.


ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin.

Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó tăng dần biên

độ đầu ra của bộ phát tín hiệu để dạng sóng lớn nhất có thể hiển thị trên máy

hiện sóng mà không bị biến dạng. Ghi lại các dạng sóng của Vin2 và Vout.

Bước 4: Điều chỉnh ngẫu nhiên biên độ đầu ra của bộ phát tín hiệu. Sau đó

quan sát xem Vout có luôn giống Vin không.

b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN5-3

5.4.4. Thí nghiệm về mạch trừ




Bước 2: Điều chỉnh tương ứng 2 VR 500 (R1 và R10) để điện áp ở V1 và V2

là giá trị được thể hiện trong bảng dưới đây (Đo trực tiếp tại chân của R10 để tìm

điện áp V2).

V1 1V 2V 3V 4V

V2 2V 2V 1V 1V

112


Hình 5.15. Thí nghiệm về mạch trừ

Bước 3: Với từng cặp giá trị của V1, V2 tương ứng, sử dụng đồng hồ vạn

năng hoặc máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo điện áp tại đầu ra (OUT). Sau

đó ghi lại kết quả đo được ở bảng TN5-4. Giá trị Vout lý thuyết được tính theo

công thức (5-10):

(5-10)

Với giá trị của R12 = 10K, R4 = 4,7K


5.4.5. Thí nghiệm về mạch cộng




Bước 2: Điều chỉnh tương ứng VR 500 (R1) và VR3 (100K) để điện áp

ở V1 và V2 là giá trị được thể hiện trong bảng dưới đây.

V1 +3V +3V +3V

V2 +3V +2V -1V

Bước 3: Với từng cặp giá trị của V1, V2 tương ứng, sử dụng đồng hồ vạn

năng hoặc máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo điện áp tại đầu ra (OUT). Sau

đó ghi lại kết quả đo được ở bảng TN5-5.

113


Hình 5.16. Thí nghiệm về mạch cộng

Bước 4: Tính giá trị Vout lý thuyết theo công thức (5-11):

(5-11)

Với giá trị của R12 = 10K, R3 = 10K


5.4.6. Thí nghiệm mạch giới hạn



Hình 5.17. Thí nghiệm mạch giới hạn (1)

114



Hình 5.18. Thí nghiệm mạch giới hạn (2)


như sơ đồ hình 5.17b. Kết nối với nguồn điện áp 12V, sau đó ngắt kết nối CR3

và CR4.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và máy hiện sóng với đầu vào đảo (IN3),

sau đó điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin và

từ từ tăng dần biên độ đầu ra của nó để Vout của mạch lớn hơn 14Vpp.

Bước 3: Kết nối CR3 và CR4 (Zd: 6,2V x 2), sau đó quan sát sự biến đổi

điện áp ở đầu ra. Ghi lại giá trị Vin, Vout.




sin. Sau đó từ từ tăng biên độ của tín hiệu vào và quan sát sự biến đổi của Vout.

Xem xét trường hợp Vout đạt giá trị lớn nhất +6,2V?


115

5.4.7. Thí nghiệm mạch điện áp không đổi



Hình 5.19. Thí nghiệm mạch điện áp không đổi


như sơ đồ hình 5.19b. Đưa điện áp 6,2V vào đầu vào Vin4.

Bước 2: Sử dụng đồng hồ vạn năng (thang đo DCV) để đo điện áp ở đầu ra

có đạt giá trị không đổi 9V hay không?

116

5.4.8. Thí nghiệm mạch dòng điện không đổi




Hình 5.20. Thí nghiệm mạch dòng điện không đổi


như sơ đồ hình 5.20b. Kết nối RL 1K (R27) với nguồn +12V.

Bước 2: Điều chỉnh điện áp tham chiếu (Vref) tới giá trị 1V. Sau đó kết nối

ampe kế để đo giá trị dòng IL. Tiếp theo, dùng vôn kế đo điện áp ở đầu ra của

OPA (TP5). Ghi lại các giá trị dòng điện và điện áp đo được.

Bước 3: Thay đổi RL sang giá trị 2,2K (R26) rồi lặp lại bước 2.

Bước 4: Thay đổi RL sang giá trị 150 (R28) rồi lặp lại bước 2.


117

5.4.9. Thí nghiệm mạch vi phân




Hình 5.21. Thí nghiệm mạch vi phân



Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào của mạch (IN2), sau đó điều

chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu tới giá trị 1Vpp sóng tam giác với tần số

. Băng thông BW tra cứu ở chỉ dẫn kỹ thuật và giá trị R1 = R20 + R21 =

20K + 1K = 21K, C1 = 0,1F.

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo điện áp Vout.

Bước 4: Điều chỉnh R20 (50K) tới vị trí mà ở đó Vout lớn nhất và không bị

118

biến dạng, sau đó kiểm tra giá trị của R1 tại vị trí này.

Bước 5: Ghi lại dạng sóng của Vin2 và Vout.

Bước 6: Thay đổi tần số của Vin2, sau đó lặp lại bước 4 và 5.


5.4.10. Thí nghiệm mạch tích phân




Hình 5.22. Thí nghiệm mạch tích phân



Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào của mạch (IN1), sau đó điều

chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu tới giá trị 0,1Vpp sóng vuông với tần số

119

. Với giá trị R2 = R19 = 1M, C2 = 0,1F.

Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó điều chỉnh độ

lớn của VR2 để Vout có dạng sóng tam giác tuyến tính.

Bước 4: Quan sát dạng sóng của Vin1 và Vout , sau đó ghi lại giá trị.



Nội dung bài thí nghiệm này đã giới thiệu hoạt động của mạch khuếch đại

cơ bản nhất của OPA là khuếch đại đảo và khuếch đại không đảo. Các mạch ứng

dụng đơn giản được xây dựng từ cơ sở của 2 mạch này. Đó là:

- Mạch theo điện áp.

- Mạch trừ.

- Mạch cộng.

- Mạch giới hạn.

- Mạch điện áp không đổi.

- Mạch vi phân.

- Mạch tích phân.

Dưới đây ta sẽ thảo luận kết quả thí nghiệm của từng mạch được mô tả

trong bài như sau:

5.5.1. Mạch khuếch đại đảo (độ lệch pha giữa Vin và Vout là 1800)

a) b)

Hình 5.22. Biến dạng sóng do không có điện áp offset

Hình 5.11a cho thấy mạch khuếch đại đảo mà không có sự điều chỉnh điện

áp offset. Nếu Vi = 0, Vo 0. Nếu tín hiệu đưa vào đầu vào, dạng sóng ra sẽ bị

biến dạng, thể hiện trong hình 5.23a, b.

Hình 5.12a cho thấy mạch khuếch đại đảo với sự điều chỉnh điện áp offset,

có thể cải thiện hạn chế của mạch trong hình 5.11a.

120

Hình 5.24. Mắc thêm điện trở R cân bằng dòng đầu vào OPA

Ngay cả khi điện áp offset không được thêm vào, điện trở R thông thường

được mắc với đầu vào không đảo của mạch khuếch đại đảo (hình 5.24) để cân

bằng Ib của tầng vào.

Mạch khuếch đại đảo được xây dựng từ một OPA có các đặc điểm:

- Tín hiệu ra đảo pha so với tín hiệu vào.

- Trở kháng đầu vào là rất nhỏ và hầu như không đổi.

- Mức độ của nối đất ảo không đổi và độc lập với độ lớn của tín hiệu đầu vào.

- Vì Zi nhỏ, tỷ số S/N lớn.

5.5.2. Mạch khuếch đại không đảo (độ lệch pha giữa Vin và Vout là 00)

Mạch khuếch đại không đảo được xây

dựng từ một OPA có các đặc điểm:

- Tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào.

- Trở kháng vào lớn.

- Một mạch phân áp có thể được dùng ở

đầu ra của mạch khuếch đại không đảo để

tăng Zi, như mô tả ở hình 5.25.

- Đầu ra của mạch khuếch đại không đảo

có thể sử dụng cho mục địch khác.

- Vì bộ khuếch đại này được sử dụng làm

việc với các điện áp đầu vào nên phạm vi hoạt

động của tín hiệu đầu vào bị thu hẹp.

Để duy trì Zi cao hơn, các mạch hiển thị

trong hình 5.13a sẽ được thay thế bằng các mạch hiển thị ở hình 5.26 trong đó

các chức năng của phân cực DC như cân bằng đầu vào vẫn không thay đổi, và

Vi so với DC có thể được xem như ngắn mạch.

5.5.3. Mạch theo điện áp

Mạch theo điện áp có thể được dùng như các bộ khuếch đại không đảo với

hệ số khuếch đại bằng 1. Trở kháng đầu vào của mạch này là rất cao, đó cũng là

Hình 5.25. Mắc thêm mạch

phân áp điện trở để tăng Zi

Hình 5.26. Mạch khuếch đại

không đảo cải tiến

121

một trong những đặc điểm của bộ khuếch đại không đảo. Nếu IC A471 được

sử dụng để xây dựng mạch theo điện áp, Zi có thể có giá trị 200M và điện

dung đầu vào sẽ xấp xỉ bằng 1pF, trở kháng đầu ra sẽ nhỏ hơn nhiều so với 1

(có thể coi gần bằng 0) và băng thông sẽ xấp xỉ bằng 1MHz. Kể từ khi trở kháng

đầu ra có giá trị nhỏ hơn nhiều so với 1, mạch này sẽ hỏng nếu một điện trở tải

rất nhỏ được kết nối. Đặc biệt là khi đầu vào lớn được áp dụng, ảnh hưởng của

tốc độ biến thiên sẽ rất đáng kể vì OPA sẽ dễ dàng hoạt động trong trạng thái

đầu ra bão hòa.

5.5.4. Mạch trừ

Các bộ trừ đồng thời có những đặc điểm của mạch khuếch đại đảo và mạch

khuếch đại không đảo. Cấu trúc mạch với hiệu các tín hiệu đầu vào sẽ góp phần

nâng cao giá trị của hệ số nén tín hiệu đồng pha (CMRR). Các bộ trừ do đó

thường xuyên được sử dụng trong các cảm biến và khuếch đại cho tín hiệu cảm

biến (tín hiệu yếu).

5.5.5. Mạch cộng

Bộ cộng thực sự là biến thể khác của các bộ khuếch đại đảo. Nếu các tín

hiệu DC được đưa tới đầu vào, giá trị kết quả tại đầu ra sẽ gần với giá trị lý

thuyết. Nếu các tín hiệu AC (đặc biệt là sóng vuông) được đưa tới đầu vào, biên

độ đỉnh sẽ thường được tạo ra tại điểm cộng do sự giới hạn của tốc độ biến

thiên, sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị cộng.

Các bộ cộng được sử dụng rộng rãi trong các bộ cộng tương tự tốc độ cao,

hoặc bộ trộn xung.

5.5.6. Mạch hạn chế

Mạch hạn chế bao gồm một bộ

khuếch đại đảo kết hợp với các đặc

tính điện áp không đổi của Zd mà có

thể hạn chế biên độ đầu ra. Khi dạng

sóng đầu ra này đã bị bóp méo, mạch

này chỉ có thể được sử dụng điều kiện

như vậy với một mức điện áp phù

hợp, thay vì dạng sóng đầy đủ, là cần thiết. Nếu cả hai dạng sóng không bị bóp

méo và biên độ hạn chế được yêu cầu, mạch cho ở hình 5.27 có thể được sử

dụng để tham khảo.

Hình 5.27. Mạch hạn chế dùng kết

hợp quang trở

122

Vo cao sẽ tương ứng với đèn sáng hơn, khi đó quang trở nhỏ. Av của OPA

sẽ giảm cho phù hợp và biên độ của Vo do đó sẽ bị hạn chế.


Từ mạch hiển thị trong hình 5.19a, khi điện áp

đầu ra của sẽ bị hạn chế bởi công suất điện áp cung

cấp của OPA, giá trị điện áp quy định có thể cao

hơn so với điện áp cung cấp. So sánh với các mạch

điều chỉnh điện áp cơ bản thể hiện trong hình 5.28,

chức năng của Zd trong các mạch hiển thị trong

hình 5.19a là không rõ ràng nếu một điện trở tải thấp được kết nối.

5.5.8. Mạch dòng điện không đổi

Như trong mạch của hình 5.20a, độ lớn của Ic sẽ được xác định bởi Ib (Ic =

.Ib). Do đó, Ic sẽ không thay đổi nếu Ib vẫn không đổi, trong đó hàm ý sự độc

lập giữa các giá trị của Ic và Rc. Nếu các transistor trong mạch này hoạt động

trong vùng bão hòa, giá trị của Ic sẽ được thay đổi với giá trị của Rc xuất phát từ

phương trình . Do đó, các transistor được phân cực hoạt động trong

khu vực khuếch đại tuyến tính.

5.5.9. Mạch vi phân

Mạch vi phân đầy đủ mô tả ở hình 5.29b.

a) b)

Hình 5.29. Mạch vi phân đầy đủ

Như thể hiện trong hình 5.29b, C1 và R1 được sử dụng để cải thiện sự bất

ổn hoặc dao động trong mạch hiển thị ở hình 5.29a, trong đó C1 << C và R1 <<

R. Các chức năng của C1 và R1 là:

- C1: C1 có thể được làm việc ở một tần số khác biệt tối đa trên đó Xc1 sẽ

đột ngột giảm khi ở tần số cao và cũng sẽ làm giảm tiếng ồn.

- R1: R1 được sử dụng để hạn chế tăng tần số cao nhằm ngăn chặn các mạch

đầu ra bão hòa, sinh ra dao động, mà sẽ dẫn đến việc giảm dòng điện đầu vào.

Việc lựa chọn R1 và C1 phải phù hợp với các quy tắc: R1C = RC1.

Hình 5.28. Mạch điều

chỉnh điện áp cơ bản

123

5.5.10. Mạch tích phân

Chức năng mạch tích phân giống như một bộ lọc thông thấp. Tần số đầu

của mạch tích phân tương ứng với , và hoạt động của mạch tích phân

sẽ bị bị ngắt ở tần số lớn hơn . Các tần số của tín hiệu đầu vào của mạch

tích hợp do đó sẽ được giới hạn giữa f1 và f2


5.6.1. Mạch giới hạn biên độ

a) Hiện tượng lỗi

- Đầu ra xuất hiện sóng vuông

- Biên độ nửa chu kỳ dương quá nhỏ

b) Các phần lỗi: mô tả ở hình 5.30.

Hình 5.30. Các phần lỗi của mạch giới hạn

S1 (R23 1K) mở: hở mạch, S2 (CR4) đóng: ngắn mạch.

Lỗi 1: S1 mở. OPA là bộ so sánh.

Lỗi 2: S2 đóng. Nửa chu kỳ dương có biên độ = 0,6V.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1 từ mở đóng, S2 từ đóng

mở.


a) Hiện tượng lỗi: Vo = +Vcc


S1 (R23 1K) mở: hở mạch.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1 từ mở đóng.

124




Câu 1. Hệ số khuếch đại điện áp Av của bộ khuếch đại đảo bằng?

A. B.

C.

Câu 2. Trở kháng vào (Zi) của bộ khuếch đại đảo bằng:

A. B. R1//Rf C. 0

Câu 3. Trong mạch điện như hình vẽ dưới đây, chức năng của phần mạch

gồm VR3, R6 và R7 là:

A. Điều chỉnh điện áp offset

B. Điều chỉnh hệ số khuếch đại

C. Giảm nhiễu

Câu 4. Hệ số khuếch đại điện áp Av của bộ khuếch đại không đảo bằng?

A

B. 1

C.

Câu 5. Hệ số khuếch đại điện áp Av của mạch theo điện áp có giá trị bằng 1

xuất phát từ biểu thức:

A.

B.

C.

Câu 6. Đối với mạch theo điện áp, phát biểu nào dưới đây là SAI?

A. Trở kháng vào của mạch theo điện áp rất lớn.

B. Mạch theo điện áp là một ứng dụng của mạch khuếch đại không đảo.

C. Hệ số khuếch đại điện áp Av > 1

Câu 7. Mạch trừ điện áp như hình vẽ dưới đây. Nếu R1 = R3 và R2 = R4 thì

:

A.

B.

C.

125

Câu 8. Đối với mạch theo điện áp, phát biểu nào dưới đây là SAI?

A.

B. Giá trị của CMRR có thể tăng lên.

C. Chức năng khuếch đại không tồn tại.

Câu 9. Với mạch cộng, nếu R1 = R2 = Rf thì:

A. Vo = -(V1 + V2) B. Vo = V1 + V2 C. Vo = V1 - V2

Câu 10. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tín hiệu hình sin

1Vpp tới đầu vào của mạch thì dạng điện áp ở đầu ra Vo sẽ là:

A. Vuông

B. Tam giác

C. Răng cưa

Câu 11. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tín hiệu hình sin

tới đầu vào của mạch thì điện áp đỉnh-đỉnh lớn nhất ở đầu ra Voppmax sẽ là:

A. 6,8Vopp B. 24Vopp C. 12Vopp

Câu 12. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, chức năng của OPA trong

mạch là:

A. Mạch cắt B. Tránh hiệu ứng tải C. Giới hạn dòng điện

Câu 13. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, chức năng của OPA trong

mạch là:

A. Khuếch đại

B. Theo điện áp

C. Mạch cắt

126

Câu 14. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, transistor được phân cực

hoạt động ở:

A. Vùng cắt

B. Vùng bão hòa

C. Vùng khuếch đại tuyến tính

Câu 15. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, điện trở R1 = R20 + R21 có

chức năng:

A. Giới hạn hệ số khuếch đại ở tần số cao

B. Chia điện áp

C. Dịch pha

Câu 16. Nếu đưa tới đầu vào của mạch vi phân tín hiệu có dạng sóng tam

giác thì ở đầu ra tín hiệu có dạng:

A. Sóng sin B. Sóng vuông C. Sóng tam giác

Câu 17. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu điều chỉnh giá trị điện

trở R1 = R20 + R21 tăng lên thì điện áp ra Vo sẽ có:

A. Biên độ giảm đi

B. Giữ nguyên biên độ

C. Biên độ tăng lên

Câu 18. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tới đầu vào của

mạch tín hiệu có dạng sóng sin thì ở đầu ra tín hiệu có dạng:

A. Sóng tam giác

B. Sóng sin

C. Xung

127

Câu 19. Giả sử đưa tới đầu vào mạch tích phân tín hiệu sóng vuông. Nếu ở

đầu ra yêu cầu sóng tam giác với độ tuyến tính cao thì các tín hiệu đầu vào:

A. Điều chỉnh đến tần số thấp hơn

B. Điều chỉnh đến tần số cao hơn

C. Độc lập với tần số

Câu 20. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, điện trở R18 có chức năng:

A. Tránh cho đầu ra của OPA bão hòa

trong dải tần số thấp

B. Hạn chế dòng điện

C. Chia điện áp


Bảng TN5-1. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo

Dạng sóng Vpp Vout

(DCV)

Không

offset

VIN

VOU

T

Có

offset

VIN

VOU

T

128

Bảng TN5-2. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo

Dạng sóng Vpp

VIN

VOU

T

Bảng TN5-3. Kết quả thí nghiệm mạch theo điện áp

Dạng sóng Vpp

VIN

VOU

T

Bảng TN5-4. Kết quả thí nghiệm mạch trừ

V1 V2 Vout (thực tế đo) Vout (lý thuyết)

1V 2V

2V 2V

3V 1V

4V 1V

129

Bảng TN5-5. Kết quả thí nghiệm mạch cộng

V1 V2 Vout (thực tế đo) Vout (lý thuyết)

+3V +3V

+3V +2V

+3V -3V

Bảng TN5-6. Kết quả thí nghiệm mạch giới hạn

CR3, CR4 không kết nối CR3, CR4 kết nối

VIN

VOUT

Bảng TN5-7. Kết quả thí nghiệm mạch dòng điện không đổi

RL VTP5 IL

2,2K (R26)

1K (R27)

150 (R28)

Nhận xét về giá trị của dòng IL đo được trong 3 trường hợp ở bảng TN5-7:

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

130

Bảng TN5-8. Kết quả thí nghiệm mạch vi phân

Dạng sóng

VIN2

VOUT

Bảng TN5-9. Kết quả thí nghiệm mạch tích phân

Dạng sóng

VIN1

VOUT



kỹ thuật.







TEACHER HANDBOOK

131

Bài 6

THÍ NGHIỆM VỀ ỨNG DỤNG CỦA OP AMP

6.1. Mục tiêu








132

6.1. Mục tiêu

- Lắp ráp một số mạch ứng dụng đơn giản của mạch khuếch đại sử dụng

OPA: khuếch đại logarit, mạch tách sóng đỉnh, mạch so sánh...

- Đo lường và tính toán các đại lượng: điện áp vào/ra, hệ số khuếch đại điện áp.



- Mạch khuếch đại lô ga rít:

Mạch khuếch đại mà ở đó điện

áp ra tỷ lệ theo hàm lô ga rít với điện

áp vào gọi là mạch lô ga rít. Trên hình

6.1 mô tả mối quan hệ giữa điện áp ra

với điện áp vào của mạch lô ga rít.

- Mạch khuếch đại nhạc cụ:

Một mạch khuếch đại vi sai cải tiến mô tả ở hình 6.1 gọi là mạch khuếch

đại nhạc cụ. Mạch khuếch đại này được sử dụng rộng rãi vì thuận lợi trong việc

điều chỉnh hệ số khuếch đại, cải thiện giá trị CMRR và nâng cao khả năng

giảm nhiễu.


Dựa trên cơ sở các mạch khuếch đại cơ bản của OP AMP như khuếch đại

đảo, khuếch đại không đảo… có thể xây dựng nhiều mạch ứng dụng khác nhau.

Mô tả cụ thể như sau:

6.2.2.1. Mạch khuếch đại lô ga rít

a) Mạch khuếch đại lô ga rít thuận b) Mạch khuếch đại lô ga rít đảo

Hình 6.2. Mạch khuếch đại lô ga rít

Mạch khuếch đại lô ga rít được xây dựng trên cơ sở tận dụng đặc tính lô ga

rít của điốt khi được phân cực thuận. Nói cách khác, quan hệ hàm lô ga rít giữa

điện áp thuận và dòng điện thuận. Mạch khuếch đại lô ga rít bao gồm hai loại

Hình 6.1. Quan hệ Vout/Vin của

mạch lô ga rít

133

mạch là khuếch đại lô ga rít thuận và khuếch đại lô ga rít đảo (việc phân biệt hai

loại mạch trên dựa vào chiều của điốt mắc trong mạch). Sơ đồ mạch được thể

hiện ở hình 6.2.

Ta có quan hệ giữa điện áp vào và điện áp ra của mạch lô ga rít:

(6-1)

Trong đó: K là hằng số và cơ số của hàm lô ga rít là 10.

6.2.2.2. Mạch tách sóng đỉnh

a) b) c)

Hình 6.3. Mạch tách sóng đỉnh

Cấu trúc cơ bản của mạch tách sóng đỉnh thể hiện ở hình 6.3a, ở đó mạch

bao gồm 2 phần sau:

- Một mạch nạp đỉnh;

- Một mạch đệm với trở kháng vào cao và trở kháng ra nhỏ.

Nếu Vi > VC: Tụ C sẽ được nạp tới giá trị VC = Vi.

Nếu Vi < VC: Điốt D phân cực ngược và VC sẽ duy trì không đổi.

Vì trở kháng vào của mạch đệm rất lớn, VC sẽ không phóng điện trong

khoảng thời gian ngừng nạp. Đỉnh của tín hiệu vào từ đó có thể được giữ và

chuyển đi qua mạch đệm như mô tả ở hình 6.3b.

Hình 6.3c mô tả một mạch tách sóng đỉnh thực tế. Trong đó, OP AMP sẽ so

sánh sự khác nhau giữa Vi và Vo. Nếu Vi > Vo, đầu ra của OP AMP sẽ khiến điốt

D dẫn. Tụ C2 khi đó sẽ được nạp tới VC2 = Vi, tại điểm đó D tắt và VC2 từ đó sẽ

giữ được giá trị đỉnh.

FET và R3 cấu thành mạch theo nguồn ở đó Vo = VC2. Vì mạch này đặc

trưng bởi trở kháng vào rất lớn, VC2 từ đó có thể được giữ.

6.2.2.3. Mạch chỉnh lưu chính xác

Mạch chỉnh lưu thông thường với điện áp vào nhỏ hơn 0,7V sẽ bị hạn chế

bởi điện áp phân cực thuận của điốt (0,7V), dẫn tới không có điện áp ra. Tuy

nhiên, với mạch ở hình 6.4a lại có khả năng hoạt động với điện áp vào Vi rất nhỏ.

134

a) Sơ đồ nguyên lý b) Dạng sóng Vi/Vout của mạch

Hình 6.4. Mạch chỉnh lưu chính xác

Trong nửa chu kỳ dương của Vi, ở đầu ra có điện áp âm, D1 tắt và D2 dẫn

. Trong nửa chu kỳ âm của Vi, ở đầu ra có điện áp dương, D1 dẫn và

D2 tắt Vo = 0,6V. Dạng sóng của Vo tương ứng với Vi được chỉ ra ở hình 6.4b.

6.2.2.4. Mạch điều áp

Vo = VR1 + 5V, giá trị của VR1 có thể

thu được từ mạch phân áp của R2 và

R3. Với VR1 = Va và biến trở R3, giá

trị của Vo là có thể điều chỉnh được.

Hình 6.5. Mạch điều áp

Hình 6.5 mô tả một mạch điều áp với điện áp ra có thể điều chỉnh từ 7 ÷

15V với điện áp vào 18V. Mạch này bao gồm 2 phần chính:

- Mạch theo điện áp dùng OP AMP.

- Điện áp ra được điều chỉnh 5V dùng IC 7805, được kết nối giữa đầu ra

(OUT) với đất.

6.2.2.5. Mạch lấy và giữ mẫu

Hình 6.6 thể hiện mạch lấy và giữ mẫu (S

&H: Sampling and Holding), ở đó công tắc điện

được sử dụng trong mạch để kiểm soát mẫu tín

hiệu (điện áp). Như trong hình, một trong bốn

công tắc của IC CD4066 được sử dụng để kiểm

soát sự hoạt động của mẫu. Nếu chân 13 của IC CD4066 ở mức cao, chân 1 và 2

sẽ dẫn điện và Vi sẽ giữ ở C2 và được chuyển đi qua mạch theo điện áp. Nếu

chân 13 của CD4066 ở mức thấp, chân 1 và 2 sẽ hở mạch và VC2 sẽ duy trì

không đổi dẫn đến Vo = VC2.

Hình 6.6. Mạch lấy

và giữ mẫu

135

6.2.2.6. Mạch khuếch đại nhạc cụ

Hình 6.7. Mạch khuếch đại nhạc cụ Hình 6.8. Mạch khuếch đại vi sai

cơ bản

Hình 6.7 thể hiện một mạch khuếch đại vi sai cải tiến, cũng được gọi là

mạch khuếch đại nhạc cụ. Điện áp ra của mạch được xác định theo công thức:

(6-2)

Mạch khuếch đại vi sai cơ bản thể hiện trong hình 6.8. Khi điều chỉnh hệ số

khuếch đại cần phải điều chỉnh đồng thời giữa R1 và R2 hay R3 và R4, đó là

nhược điểm lớn nhất của mạch này. Mặt khác, theo hình 6.7, Av có thể thay đổi

đơn giản bằng việc điều chỉnh R4.






- Vôn kế số.




6.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại lô ga rít



6.9b. Sử dụng vôn kế số để đo Vin và Vout.

136

Bước 2: Kết nối vôn kế số với đầu vào TP3, sau đó điều chỉnh VR 1K

(VR1) và quan sát điện áp vào thấp Vi được đưa vào.


Hình 6.9. Thí nghiệm mạch khuếch đại lô ga rít

Bước 3: Cung cấp các điện áp Vi khác nhau theo bảng dưới đây, sau đó đo

các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng TN6-1.a.

Vi 0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5

0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7

Bước 4: Theo các giá trị ở bảng TN6-1a, vẽ đồ thị Vo tương ứng với Vi, sau

đó xem xem có tồn tại quan hệ lô ga rít không?


6.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại lô ga rít đảo



6.10b.

Bước 2: Kết nối vôn kế số với đầu vào TP2, sau đó điều chỉnh VR 1K

(VR1) và quan sát giá trị điện áp vôn kế (Vi) đo được.

Bước 3: Cung cấp các điện áp Vi khác nhau theo bảng dưới đây, sau đó đo

137

các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng TN6-2a.

Vi 0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7

Bước 4: Theo các giá trị ở bảng TN6-2a, vẽ đồ thị Vo (TP8) tương ứng với

Vi (TP2), sau đó xem xem có tồn tại quan hệ lô ga rít không?


Hình 6.10. Thí nghiệm mạch khuếch đại lô ga rít đảo


6.4.3. Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh



6.11b. Kết nối đầu OUT1 tới U1 (chân 2) để tạo một đường hồi tiếp âm.


ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin với biên độ 1Vpp.

Bước 3: Sử dụng vôn kế hoặc máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo giá trị

Vo (TP2), sau đó ghi lại giá trị này.

138


Hình 6.11. Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (1)


Hình 6.12. Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (2)

139

Bước 4: Điều chỉnh dần dần biên độ đầu ra của bộ phát tín hiệu tới các giá trị

như trong bảng dưới đây. Sau đó quan sát xem Vo tương ứng và ghi lại vào bảng

TN6-3a.

Vi 1Vpp 2Vpp 3Vpp 4Vpp 5Vpp 7Vpp 6Vpp 3Vpp


6.12b.

Bước 6: Lặp lại bước 2, 3 và 4. Sau đó đo điện áp Vi (IN2) và Vo (OUT1).

Ghi lại kết quả đo được vào bảng TN6-3b


6.4.4. Thí nghiệm về mạch chỉnh lưu chính xác



Hình 6.13. Thí nghiệm về mạch chỉnh lưu chính xác



Bước 2: Cấp tín hiệu 1KHz/1Vpp sóng sin tới đầu vào IN1, sau đó kết nối

máy hiện sóng với đầu ra TP5.

140

Bước 3: Thay đổi độ lớn của Rf (VR2) để giá trị đỉnh của Vout bằng với Vin,

sau đó ghi lại các giá trị của Vi (IN1) và Vo (TP5) vào bảng TN6-4.

Bước 4: Kết nối tụ điện C5 song song với Rf, sau đó dùng vôn kế để đo giá trị

của Vo.

Bước 5: Thay đổi tần số của Vi, sau đó quan sát sự biến thiên của Vo (TP5).


6.4.5. Thí nghiệm về mạch điều áp


Hình 6.14. Thí nghiệm về mạch điều áp

Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở hình 6.14.

Bước 2: Cung cấp điện áp +18V vào cực vào IN

Bước 3: Điều chỉnh VR2 (VR 10K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở

đầu ra OUT. Ghi lại giá trị điện áp ra lớn nhất (Vomax), nhỏ nhất (Vomin).

Bước 4: Sử dụng máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo điện áp tại các điểm

TP3, TP4 và TP2 một cách đồng thời, sau đó điều chỉnh VR2 (VR 10K). Quan

sát giá trị điện áp tại TP3, TP4 và TP2, sau đó ghi lại.

Bước 5: Quan sát xem điện áp giữa đầu ra OUT và điểm G (TP2) của IC

7805 có không đổi không? Nếu có, giá trị điện áp đó bao nhiêu V?


6.4.6. Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu



Bước 2: Điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu ngoài tới 60Hz/12Vpp sóng

vuông, sau đó đưa sóng vuông này vào chân 13 của khối U4 (IC CD4066) như

tín hiệu mẫu.

Bước 3: Đưa vào 120Hz/5Vpp sóng sin tới đầu vào, cùng lúc đó sử dụng

141

máy hiện sóng để quan sát dạng sóng ra và vẽ đồ thị dạng sóng này.

Bước 4: Quan sát và tìm ra mối quan hệ giữa hai dạng sóng trên.


Hình 6.15. Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu

6.4.7. Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ


Hình 6.16. Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ


Bước 2: Cung cấp các tín hiệu vào cùng pha Vin1, Vin2 tương ứng. Kết nối

bộ phát tín hiệu với IN1, sau đó điều chỉnh Vin1 tới 1KHz/1Vpp sóng sin.

Bước 3: Điều chỉnh VR 1K (VR1) để Vin2 (điểm B nối đất) = Vin1, sau đó

quan sát giá trị của Vi = Vin1 – Vin2 và Vout. Ghi lại các giá trị quan sát được.

Bước 4: Điều chỉnh VR 1K (VR1) để Vin2 = 1/2 Vin1, sau đó quan sát giá trị

của Vi = Vin1 – Vin2, Vin2 và Vout. Ghi lại các giá trị quan sát được.

142

Bước 5: Điều chỉnh VR 1K (VR1) để Vin2 = 0, sau đó quan sát giá trị của Vi

= Vin1 – Vin2 và Vout. Ghi lại các giá trị quan sát được.

Bước 6: Cung cấp các tín hiệu vào khác pha Vin1, Vin2 tương ứng (Vin1 và

Vin2 phải được cung cấp bởi các bộ phát tín hiệu khác nhau). Ví dụ, Vin1 có thể

được cung cấp bởi bộ phát tín hiệu KL-2001, trong khi Vin2 có thể được cung

cấp bởi bộ phát tín hiệu khác).

Bước 7: Lặp lại bước 3, 4, 5. Điều chỉnh Vin2 bởi bộ phát tín hiệu.

Bước 8: Tính toán giá trị Av từ các phương trình sau:

- Giá trị lý thuyết của Av:

- Giá trị thực của Av:

Vi thể hiện điện áp giữa IN1 và IN2.



Các mạch thí nghiệm được thảo luận trong phần này, dù là các ứng dụng

của OPA trong mạch khuếch đại, phần lớn phải phù hợp với những đặc tính của

các linh kiện khác (như điốt, tụ điện…) ảnh hưởng tới các chức năng của mạch.

Đặc tính của các linh kiện từ đó ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm:

6.5.1. Mạch khuếch đại lô ga rít và khuếch đại lô ga rít đảo

Mạch khuếch đại lô ga rít được thực hiện nhờ việc lợi dụng quan hệ lô ga

rít giữa điện áp ra (Vo) và dòng điện trong điều kiện dòng điện phân cực thuận

nhỏ. Tuy vậy, đôi khi các lỗi được phát hiện trong các thí nghiệm do tác động

của dòng rò rỉ của điốt và nhiệt độ. Kết quả thí nghiệm của mạch lô ga rít đảo,

giống như mạch khuếch đại lô ga rít sẽ bị ảnh hưởng bởi đặc tính của điốt.

6.5.2. Mạch tách sóng đỉnh, mạch lấy và giữ mẫu

Mục tiêu của mạch tách sóng đỉnh là giữ xung vào với khoảng thời gian tồn

tại ngắn trong khoảng thời gian tương đối dài.

Hiệu năng của mạch tách sóng đỉnh thường phụ thuộc vào độ rộng của xung

vào. Nếu độ rộng xung vào quá hẹp (xung tồn tại quá ngắn), tốc độ nạp và dòng

điện rò rỉ của tụ điện sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của mạch tách sóng đỉnh. Mặt

khác, độ lớn của tốc độ biến thiên của OPA cũng sẽ ảnh hưởng tới mạch tách

sóng đỉnh.

143

Cấu trúc mạch của mạch lấy và giữ mẫu cơ bản giống với mạch tách sóng

đỉnh, chỉ khác ở điểm sau: Một công tắc điện được thêm vào mạch lấy và giữ

mẫu để thực hiện quá trình lấy mẫu. Trong quá trình biến đổi A/D, mạch lấy và

giữ mẫu thường được sử dụng ở tầng khuếch đại đầu vào.

6.5.3. Mạch chỉnh lưu chính xác

Tín hiệu vào của mạch chỉnh lưu

chính xác có thể nhỏ hơn hoặc bằng 1Vpp.

Hơn nữa, đầu ra với điện áp cao hơn có thể

nhận được bằng việc điều chỉnh hệ số

khuếch đại đảo. Mạch chỉnh lưu nửa sóng

có thể cải tiến thành mạch chỉnh lưu toàn

sóng chính xác nếu mắc thêm vào ở đầu ra

của mạch chỉnh lưu nửa sóng một tầng khuếch đại đảo, như thể hiện ở hình 16.7.


Nếu yêu cầu điện áp đầu ra của mạch Vo lên tới 20V, điện áp đưa vào Vin

sẽ lớn hơn 22V. Mặt khác, vì rất khó cho mạch theo điện áp điều chỉnh đầu ra

xuống 0V, đầu ra nhỏ nhất do đó được đặt ở giá trị 7V là tổng của 5V (đầu ra từ

IC 7805) và 2V (đầu ra từ mạch theo điện áp). Với sự hạn chế của điện áp nguồn

của OPA (A741), giá trị của Vin không được lớn hơn 30V.


Nếu pha của các tín hiệu tương ứng Vs1 và Vs2 được cung cấp vào mạch là

khác nhau, các tín hiệu thể hiện ở máy hiện sóng sẽ thay đổi do sự khác pha này.

Sự điều chỉnh biến trở VR 1K sẽ dẫn đến biến đổi rất nhỏ (hầu như

không nhận thấy) của dạng sóng, vì 100K >> 1K. Tuy nhiên, sự thay đổi nhẹ

của VR 1K có thể thay đổi giá trị CMRR, tăng khả năng giảm nhiễu của mạch

khuếch đại.


6.6.1. Mạch tách sóng đỉnh

a) Hiện tượng lỗi: Không nhận thấy điện áp đỉnh.


Hình 6.17. Mạch chỉnh lưu

toàn sóng

144

Hình 6.18. Các phần lỗi của mạch tách sóng đỉnh

S1 (C4) mở: Hở mạch.

Lỗi: S1 mở. Không nhận biết được điện áp đỉnh.




- Điều chỉnh VR 10K không có tác dụng, Vo = 0V.

- Điều chỉnh VR 10K không có tác dụng, Vo = +5V.

b) Các phần lỗi: mô tả ở hình 6.19

Hình 6.19. Các phần lỗi của mạch điều áp

S4 (chân 2 của U2 8705) mở: Hở mạch. S3 (R11: 22K) mở: Hở mạch.

145

- Lỗi 1: S4 mở. Đo điện áp chân 2 của U2 8705 Vg = 0V. Điều chỉnh VR

10K không có tác dụng.

- Lỗi 2: S3 mở. Điện áp cửa vào không đảo của OPA V+ = 0V, Vg = 0V,

Vout = +5V. Điều chỉnh VR 10K không có tác dụng.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S4, S3 từ mở đóng.

6.6.3. Mạch lấy và giữ mẫu

a) Hiện tượng lỗi: Điện áp đầu ra Vo = 0V.


Hình 6.20. Các phần lỗi của mạch lấy và giữ mẫu

S2 (C9) đóng: Ngắn mạch.

Lỗi: S2 đóng. Điện áp cửa vào không đảo của OPA V+ = 0V, Vout = 0V.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S2 từ đóng mở.


a) Hiện tượng lỗi: Khuếch đại ít hoặc hầu như không khuếch đại tín hiệu.


- S5 (R6: 10K) mở: Hở mạch.

- S6 (R7: 100K) mở: Hở mạch.

- S8 (LM324 chân 6 INV tiếp xúc kém).

Mô tả các lỗi:

- Lỗi 1: S5 mở. Điện áp Vo nhỏ.

- Lỗi 2: S6 mở. Dạng sóng Vo là sóng vuông hoặc một chiều (DCV).

- Lỗi 3: S8 mở. LM324 được thay thế bởi mạch so sánh.

146

Hình 6.21. Các phần lỗi của mạch khuếch đại nhạc cụ

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S5, S6, S8 từ mở đóng.




Câu 1. Đặc tính lô ga rít của phần dưới phân cực thuận của linh kiện nào

dưới đây được lợi dụng để xây dựng mạch khuếch đại lô ga rít?

A. UJT B. Transistor C. SCR

Câu 2. OP AMP tích hợp trong mạch tách sóng đỉnh có chức năng như:

A. Mạch theo điện áp B. Mạch khuếch đại C. Máy so mẫu

Câu 3. Mạch lấy và giữ mẫu là ứng dụng của:

A. Mạch tách sóng đỉnh B. Máy so mẫu C. Mạch điều áp

Câu 4. Đối với mạch chỉnh lưu chính xác, mô tả nào dưới đây là đúng?

A. Đầu ra của mạch chỉnh lưu chính xác là DC được ổn định hóa.

B. Mạch chỉnh lưu chính xác chỉ có thể được thực hiện như một mạch

chỉnh lưu nửa sóng chính xác.

C. Mạch chỉnh lưu chính xác có thể được thực hiện như mạch chỉnh lưu cho

điện áp thấp.

Câu 5. Mạch khuếch đại nhạc cụ là ứng dụng của:

A. Máy so mẫu B. Mạch tích phân C. Mạch khuếch đại vi sai

Câu 6. OP AMP tích hợp trong mạch điều áp có chức năng như:

A. Mạch tích phân B. Mạch theo điện áp C. Mạch khuếch đại

147

Bài tập:

BT1: Thay thế điốt bằng transistor, sau đó lặp lại thí nghiệm của mạch

khuếch đại lô ga rít và lô ga rít đảo mô tả ở phần 6.4.1 và 6.4.2.

Gợi ý: Tham khảo các hình 6.9, 6.10 và 6.17.

BT2: Cho mạch điện như hình vẽ 6.22, đưa vào sóng sin 100Hz tới đầu vào

Vi và xung 500Hz tới đầu vào Vp. Sau đó quan sát dạng sóng ở Vo và mô tả chức

năng của A1, A2 và Q.

Hình 6.22

BT3: Hãy thiết kế một mạch chỉnh lưu toàn sóng chính xác, ở đó sóng sin

1Vpp/1KHz được đưa tới đầu vào và yêu cầu ở đầu ra có điện áp 2Vpp/2KHz dao

động với đầu vào đảo.

Linh kiện cần thiết:

- Điốt: 2 chiếc.

- Điện trở: 5 chiếc.

- IC A741: 2 chiếc.

Gợi ý: Tham khảo hình 6.17.


Bảng TN6-1a. Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lô ga rít

Vi 0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7

Vo

148

Bảng TN6-1b. Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lô ga rít

Bảng TN6-2a. Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lô ga rít đảo

Vi -

0,06

-

0,26

-

0,28 -0,3

-

0,32

-

0,34

-

0,36

-

0,38

-

0,4

-

0,42

-

0,44 -0,46

Vo

Bảng TN6-2b. Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lô ga rít đảo

149

Bảng TN6-3a. Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (có hồi tiếp âm)


Vo

(DCV)

Bảng TN6-3b. Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh

(không có hồi tiếp âm)


Vo

(DCV)

Bảng TN6-4. Kết quả thí nghiệm mạch chỉnh lưu chính xác

Vpp Kết nối C5 // Rf f f

Vi

Vo

Bảng TN6-5. Kết quả thí nghiệm mạch điều áp

Vomax = ____________ (V) Vomin = _____________ (V)

TP3 (OUT) 7V 9V 11V 15V

TP4

TP2 (G)

Bảng TN6-6. Kết quả thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu

150

Bảng TN6-7. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ

VR1

K

Vin

Vout



Kỹ thuật.

2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục.






TEACHER HANDBOOK.

151

Bài 7

THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH LỌC

7.1. Mục tiêu








152

7.1. Mục tiêu

- Ứng dụng OPA trong khuếch đại âm thanh.

- Ứng dụng OPA trong điều khiển âm điệu.

- Ứng dụng OPA trong mạch lọc tích cực.



- Bộ lọc (Filter):

Bộ lọc có nghĩa là thiết bị có thể lọc một số tín hiệu. Thiết bị này có ứng

dụng trong thông thấp, thông cao, thông dải (với một phổ tần số cụ thể mà trong

đó các tín hiệu có thể đi qua), hay chắn dải (với một phổ tần số cụ thể trong đó

tín hiệu bị chặn).

- Tần số cắt:

fL: tần số cắt thấp (dưới); fH: tần số cắt cao (trên)

Hình 7.1. Tần số cắt của bộ lọc

Tần số mà tại đó điện áp đầu ra sẽ giảm xuống 0,707 của điện áp đầu vào

được gọi là tần số cắt, như thể hiện trong hình 7.1. Ta tính hệ số khuếch đại điện

áp và hệ số khuếch đại công suất tại tần số này:

Vì hệ số khuếch đại công suất Ap = 0,5 khi Av = 0,707, điểm tần số cắt

cũng được gọi là điểm nửa công suất.

* RIAA (Recording Industry Association of American Inc):

Trong việc xem xét các kỹ thuật ghi âm và phát lại, Hiệp hội Công nghiệp

ghi âm của Mỹ Inc (RIAA) đã quy định tiêu chuẩn cho việc ghi âm và phát lại

âm thanh bởi các đường cong đặc trưng, như thể hiện trong hình 7.2 và 7.3

dưới đây.

153

Trong quá trình ghi âm ở tần số thấp sẽ được giảm tốc độ và ở tần số cao sẽ

được nâng lên, nhưng trong quá trình phát lại sẽ có tốc độ ngược lại (quay nhanh

ở tần số thấp và quay chậm ở tần số cao). Đây được gọi là việc cân bằng RIAA,

tức là tăng tiếng bass và giảm tiếng treble khi đọc đĩa than để bù đắp lượng tiếng

bass bị giảm và lượng tiếng treble tăng lên trong quá trình biên tập âm thanh khi

làm đĩa, nhờ đó mà âm thanh được giữ cân bằng.

Hình 7.2. Đặc tính phát lại RIAA Hình 7.3. Đặc tính ghi RIAA

- Bộ lọc thụ động:

Các bộ lọc mà được xây dựng bởi các thiết bị thụ động như R, C và L được

gọi là bộ lọc thụ động.

- Bộ lọc tích cực:

Các bộ lọc bao gồm các bộ lọc thụ động và OPA được gọi là bộ lọc tích cực.

- Bộ lọc thông thấp (Low Pass Filer - LPF):

Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu tần số thấp có thể đi qua.

- Bộ lọc thông cao (High Pass Filter - HPF):

Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu tần số cao có thể đi qua.

- Bộ lọc thông dải (Band Pass Filter – BPF):

Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu trong phổ tần số cụ thể có thể đi qua.


Nội dung của phần này được ứng dụng trong âm thanh và video, truyền

thông và thiết bị đo đạc. Từ các mạch thông cao, thông thấp, thông dải, bộ

khuếch đại RIAA và điều khiển âm điệu, độc giả thực hiện việc nghiên cứu tổng

thể từ các mạch cơ bản để thiết kế các mạch ứng dụng liên quan.

Bộ lọc thông cao hoặc bộ lọc thông thấp chỉ có thể cho đi qua các tín hiệu

với tần số cao hơn hoặc thấp hơn so với một tần số cắt cụ thể tương ứng. Bộ lọc

thông thấp chỉ có thể cho đi qua các tín hiệu với các tần số thấp hơn tần số cắt,

trong khi bộ lọc thông cao chỉ có thể cho đi qua các tín hiệu với các tần số cao

hơn so với tần số cắt.

154

7.2.2.1. Bộ lọc thông cao

Một bộ lọc thông cao được thể hiện trong hình 7.4, trong đó Vo được lấy từ

hai cực của R và được xác định theo công thức (7-1):

(7-1)

Từ phương trình (7-1) chúng ta có thể hiểu rằng

Xc nhỏ hơn sẽ cho Vo cao hơn. Từ và f cao

hơn sẽ dẫn đến Xc nhỏ hơn, điện áp Vo cao hơn có thể

thu được trong dải tần số cao.

Hình 7.5a mô tả một bộ khuếch đại thông cao kết

hợp OP AMP. Đường cong đặc trưng của Av tương

ứng với BW cho mạch tổng quát được hiển thị trong

hình 7.5b.

a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tuyến biên độ tần số

Hình 7.5. Mạch lọc thông cao

Tần số cắt của bộ lọc thông cao fH có thể được tính toán từ phương trình:

(7-2)

Như thể hiện trong hình 7.5.a, mạch theo điện áp với Av = 1 được xây dựng

bởi OP AMP và R3, cung cấp một tải trở kháng cao cho mạng bộ lọc thông cao. (C,

R2) và (C, R1) tạo thành hai khâu của mạch lọc thông cao.

7.2.2.2. Bộ lọc thông thấp

Một bộ lọc thông thấp được thể hiện trong

hình 7.6, trong đó Vo được lấy từ hai cực của C và

được xác định theo công thức (7-3):

Hình 7.4. Bộ lọc

thông cao

Hình 7.6. Bộ lọc

thông thấp

155

(7-3)

Từ phương trình (7-2) chúng ta có thể hiểu rằng Xc lớn hơn ở Vo cao hơn.

Từ và f thấp hơn sẽ dẫn đến Xc lớn hơn, điện áp Vo cao hơn có thể thu

được trong dải tần số thấp.

Hình 7.7a mô tả một bộ khuếch đại thông thấp kết hợp OP AMP. Đường

cong đặc trưng của Av tương ứng với BW cho mạch tổng quát được hiển thị

trong hình 7.7b.

a)Sơ đồ nguyên lý b)Đặc tuyến biên độ tần số

Hình 7.7. Mạch lọc thông thấp

Tần số cắt của bộ lọc thông thấp fL có thể được tính toán từ phương trình:

(7-4)

Như thể hiện trong hình 7.7a, mạch theo điện áp với Av = 1 được xây dựng

bởi OP AMP và R1, cung cấp một tải trở kháng cao cho mạng bộ lọc thông thấp.

(R, C2) và (R, C1) tạo thành hai khâu của mạch lọc thông thấp.

7.2.2.3. Bộ lọc thông dải

Như thể hiện trong hình 7.8, sau khi

tín hiệu đầu vào đã chảy qua các mạch

thông cao và mạch thông thấp, tín hiệu tần

số thấp và tín hiệu tần số cao sẽ được suy

yếu tương ứng, trong khi chỉ có các tín

hiệu trong dải tần số trung bình (một phổ

tần số cụ thể) sẽ bị chặn lại và triệt tiêu.

Hình 7.8. Cấu trúc và đặc tuyến

biên độ - tần số của mạch lọc

thông dải

156

Hình 7.9 cho thấy sơ đồ khối bộ

khuếch đại thông dải.

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch HF

và LF tương ứng Av1 = -Zf1/Z1, Av2 = -Zf2/Z2.

Sơ đồ tương đương của các khối

khuếch đại Z1, Z2 được mô tả ở hình 7.10.

Hình 7.10. Cấu trúc khối khuếch đại Z1, Z2

Hình 7.11 mô tả mạch khuếch đại thông dải thực tế tương ứng với sơ đồ

khối ở hình 7.9, từ hình vẽ ta có Zf1 = 2M và Zf2 = XC14.

Hình 7.11. Mạch khuếch đại thông dải thực tế

C9 và R22 lần lượt đóng vai trò như các điện trở phản hồi cho các mạch

thông cao và mạch thông thấp, một số thông tin phản hồi này sẽ dẫn đến sự thay

đổi rõ nét của sự suy giảm để cải thiện các đặc tính của bộ lọc.

7.2.2.4. Bộ khuếch đại RIAA

Bộ khuếch đại RIAA, cũng được

gọi là RIAA equalizer, được sử dụng

để cung cấp tỷ lệ khuếch đại khác nhau

cho các tín hiệu với tần số tương ứng

khác nhau. Khái niệm này được sử

dụng rộng rãi trong các thiết bị Hi-Fi

để nâng cao hiệu ứng âm thanh.

Hình 7.9. Sơ đồ khối mạch lọc

thông dải

Hình 7.12. Đường cong đặc trưng

phát lại RIAA

157

RIAA equalizer cơ bản là hợp nhất bởi mạng có độ suy giảm RC, trong đó

các mạch RC sẽ dẫn đến các tín hiệu khác nhau suy yếu tương ứng với các tần

số khác nhau.

Đường cong đặc trưng phát lại

RIAA thể hiện trong hình 7.12 có thể

được thực hiện bởi hai mạch kết hợp

như hình 7.13a, b.

fp1, fp2 và fz tương ứng được

đánh dấu trong hình 7.12 và được xác

định theo các công thức:

(7-5)

(7-6)

(7-7)

Hình 7.14a thể hiện mạch khuếch đại RIAA. Theo nguyên tắc mạch khuếch

đại không đảo dùng OP AMP, một bộ khuếch đại RIAA cung cấp tỷ lệ khuếch

đại khác nhau cho các tín hiệu với tần số tương ứng khác nhau có thể được thực

hiện kết hợp với mạng RC, trong đó các công thức (7-5), (7-6) và (7-7) được áp

dụng thành:

a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc trưng đường cong RIAA

Hình 7.14. Mạch khuếch đại RIAA

Đặc trưng đường cong RIAA được thể hiện trong hình 7.14b.

7.2.2.5. Bộ điều khiển âm điệu

Đóng vai trò là các khối quan trọng trong các bộ khuếch đại, mạch điều

khiển âm là thiết bị cần thiết trong lĩnh vực Hi-Fi. Đối tượng đầu tiên để cài đặt

a) b)

Hình 7.13. Mạch điện thực hiện

RIAA

158

các điều khiển âm là khả năng thích ứng với giai điệu yêu thích cá nhân. Các đối

tượng tiếp theo của kiểm soát giai điệu là để cân bằng hoặc bù cho thiếu hụt gây

ra bằng cách ghi hoặc phát lại. Các đối tượng khác là cải tiến hiệu ứng âm thanh

trong phòng, cho giai điệu có thể thay đổi trong một dải tần số rộng như vậy mà

các bộ khuếch đại có thể được điều chỉnh để tái tạo âm nhạc chất lượng cao của

các phong cách khác nhau. Mặc dù các bộ khuếch đại thịnh hành thương mại

được bán theo mô hình khác nhau, các điều khiển âm không rời khỏi phạm vi của

hai loại: Loại RC suy giảm và loại RC

hồi tiếp âm (Negative FeedBack - NFB).

Các mạch được hiển thị trong hình

7.15a, đó là loại RC NFB. Mạch này là

một áp dụng cơ bản của khuếch đại đảo:

Kết nối các thiết bị kiểm soát giai điệu

cho các mạch hồi tiếp âm và kiểm soát

lượng thông tin hồi tiếp âm bằng cách

kiểm soát tần số của thiết bị điều khiển.

Việc đạt được của tần số tương ứng đến

lượng thông tin hồi tiếp âm lớn hơn là

thấp hơn và đạt được các tần số tương

ứng với số lượng phản hồi tiêu cực nhỏ

cao, có thể đạt được mục đích kiểm soát

giai điệu.

Hình 7.15b cho thấy một bộ khuếch

đại nghịch đảo với Av = -Rf/R1, trong đó

Av sẽ được giảm nếu các biến trở được

quay sang phải để giảm Rf.

Như thể hiện trong hình 7.15c, hai

tụ C1 với chức năng chọn lọc tần số được

kết nối với R2. XC1 = 1/(2fC1) là rất nhỏ

trong phạm vi tần số cao, R2 sẽ được gần

như đã làm ngắn mạch, và không có

khuếch đại sẽ được lấy từ Av = -R1/R1 = -

1. Mặt khác, trong phạm vi tần số thấp,

nơi XC1 là rất lớn, một mạch điều khiển

cơ sở có thể được thực hiện bằng cách

điều chỉnh vị trí của biến trở R2 để thay

a) Mạch điều khiển âm loại

NFB đầy đủ

b) Mạch khuếch đại đảo

c) Mạch lựa chọn tần số

d) Mạch điều khiển âm treble

Hình 7.15. Mạch điều khiển

âm điệu

159

đổi tỉ số khuếch đại trong dải tần số thấp, trong đó các mức tần số thấp có thể

được nâng lên bằng cách xoay R2 sang bên trái, và có thể được giảm bằng cách

điều chỉnh R2 về bên phải.

Hình 7.15d cho thấy một mạch điều khiển treble không hoạt động trong dải

tần số thấp do XC3 rất lớn. Mặt khác, trong phạm vi tần số cao, nơi XC3 là rất

nhỏ, mạch điều khiển treble này sẽ hoạt động để kiểm soát độ to của âm treble

bằng cách điều chỉnh R4 để thay đổi Av (Av = -Rf / R1). Như thể hiện trong hình

7.15.a, R5 được tích hợp để tránh xuyên âm qua giữa tần số cao và tín hiệu tần

số thấp.

7.2.2.6. Mạch khuếch đại đảo với nguồn cung cấp đơn

Các mạch của bộ khuếch đại

nghịch đảo với nguồn cung cấp

năng lượng duy nhất được thể hiện

trong hình 7.16. Vì chỉ có một

nguồn cung cấp điện (+ 12V) được

cung cấp trong mạch này, đầu ra

xuất hiện điện áp một chiều DC,

thay vì bằng không Vôn, được đặt ở

giá trị điều khiển bởi mạch phân áp

bao gồm R2 và R3, mà thường được thiết kế ở Vo = 1/2Vcc như OTL AMP.

Trong mạch này:

Av = -Rf / Z1

Zi = R1 - jXC1

C1 là tụ khớp nối đảo.






- Vôn kế số.




7.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại thông cao


Bước 1: Quan sát hình 7.17a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 7.17b.

Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và máy hiện sóng với đầu vào (IN2), sau đó

Hình 7.16. Mạch khuếch đại một

nguồn cung cấp

160

điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu tới 5Vpp sóng sin và điều chỉnh tần số từ 10Hz

tới 15KHz.


Hình 7.17. Thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao

Bước 3: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra Vo tương ứng với tần số

của điện áp vào cho ở bảng dưới đây và ghi lại các giá trị đo được vào bảng

TN7-1a.

Đơn vị: Hz

f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K

2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K

Bước 4: Vẽ đường cong tương ứng giữa hệ số khuếch đại và tần số (đáp

ứng tần số) trong bảng TN7-1b.


7.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại thông thấp



7.18b.

Bước 2: Đưa điện áp 5Vpp sóng sin tới đầu vào IN3 và điều chỉnh tần số

trong khoảng 10Hz ÷ 15KHz.

161


Hình 7.18. Thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp (I)

Bước 3: Cấp các điện áp Vi với các tần số khác nhau theo bảng dưới đây,

sau đó sử dụng máy hiện sóng đo các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng

TN7-2a.

Đơn vị: Hz

f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K


ứng tần số) trong bảng TN7-2b.


7.19b.

Bước 6: Lặp lại từ bước 2 đến bước 4.


162

Hình 7.19. Thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp (II)

7.4.3. Thí nghiệm khuếch đại thông dải



7.20b.

Bước 2: Kết nối chân 3 của khối U2 với đất.

Bước 3: Đưa tới đầu vào IN2 tín hiệu 5Vpp sóng sin.

Bước 4: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào từ 10Hz tới 10KHz, sau đó

quan sát các điện áp ra Vo1 (OUT1) và Vo2 (OUT2).

Bước 5: Ghi các giá trị của Vo1 và Vo2 tương ứng với dải tần số 10Hz ÷

10KHz, sau đó tính giá trị hệ số khuếch đại điện áp Av2 = Vo2/Vi.


ứng tần số) của Av2 trong bảng TN7-3.


163



Hình 7.20. Thí nghiệm mạch khuếch đại thông dải

7.4.4. Thí nghiệm về mạch khuếch đại RIAA



Hình 7.21. Thí nghiệm về mạch khuếch đại RIAA

164



Bước 2: Cấp tín hiệu 1Vpp sóng sin tới đầu vào IN1.

Bước 3: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào từ 10Hz tới 10KHz, sau đó

quan sát giá trị tương ứng của điện áp ra Vo và ghi lại giá trị tại các tần số 10Hz,

1KHz, 2KHz, 3KHz và 4KHz.

Bước 4: Tính giá trị của hệ số khuếch đại điện áp Av = Vo/Vi (trong dải tần

số 10Hz ÷ 10KHz). Và tìm giá trị Avo là giá trị của Av khi điện áp đầu ra Vo lớn

nhất.


7.4.5. Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu



Bước 2: Cấp tín hiệu 1KHz/1Vpp sóng vuông tới đầu vào IN.

Bước 3: Điều chỉnh VR3 (VR 100K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở

đầu ra Vo (OUT). Ghi lại các giá trị điện áp ra này.

Bước 4: Điều chỉnh R12 (VR 100K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở

đầu ra Vo (OUT). Ghi lại các giá trị điện áp ra này.

Hình 7.22. Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu

Bước 5: Quan sát mối quan hệ giữa sự biến đổi dạng sóng và mức độ của

âm sắc (treble) và âm trầm (bass).

Bước 6: Cấp tín hiệu 60Hz/1Vpp sóng sin tới đầu vào IN, sau đó điều chỉnh

tương ứng biến trở VR3 (bass) và R12 (treble) và quan sát xem sự điều chỉnh biến

trở nào cho hiệu ứng tốt hơn.

165

Bước 7: Cấp tín hiệu 5KHz/1Vpp sóng sin tới đầu vào IN, sau đó điều chỉnh

tương ứng biến trở VR3 (bass) và R12 (treble) và quan sát xem sự điều chỉnh biến

trở nào cho hiệu ứng tốt hơn.


7.4.6. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp



Hình 7.23. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp



Bước 2: Cấp tín hiệu 0V tới đầu vào IN1, sau đó đo điện áp ra một chiều

Vo1 (TP6).

Bước 3: Cấp tín hiệu 1KHz/0,5Vpp tới đầu vào IN1, sau đó đo dạng sóng tại

đầu ra Vo (OUT).

Bước 4: Tăng biên độ của điện áp đầu vào Vi, sau đó quan sát giá trị Vpp

của Vo tại đó Vo đạt giá trị lớn nhất mà không bị biến dạng.

Bước 5: Giá trị điện áp đầu ra lớn nhất bởi:

- Mức ra một chiều (DC).

- Độ lớn của nguồn cung cấp.



Bài thí nghiệm này đã giới thiệu các ứng dụng của OP AMP sử dụng trong

các bộ lọc tín hiệu. Những mạch này được sử dụng rộng rãi trong âm thanh &

video thiết bị, viễn thông và thiết bị đo đạc. Trong số các bộ lọc, các bộ lọc

thông cao, thông thấp và thông dải là ba bộ lọc tín hiệu cơ bản. Các bộ lọc thông

thường, sẽ tiêu thụ năng lượng và sẽ làm giảm bớt các tín hiệu, gọi là bộ lọc thụ

166

động. Một số bộ lọc thụ động đơn giản được thể hiện trong hình 7.24, đó là

mạch đầu ra tần số thấp và mạch đầu ra tần số cao tương ứng.

a) Bộ lọc thông thấp b) Bộ lọc thông cao

Hình 7.24. Một số bộ lọc thụ động cơ bản

Các bộ lọc thông cao, thông thấp và thông dải với cải thiện hiệu suất có thể

được xây dựng bằng cách kết hợp các mạch hình 7.24 kết hợp với OP AMP.

Những mạch này được gọi là bộ lọc tích cực. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA và

mạch kiểm soát giai điệu là những ứng dụng của bộ lọc thông cao và thông thấp.

Các bộ lọc gốm được sử dụng trong các thiết bị âm thanh & video là bộ lọc với tần

số cộng hưởng cụ thể như 455KHz, đó cũng là việc áp dụng các bộ lọc tích cực.

Nhìn chung, chất lượng của các bộ lọc hoạt động phụ thuộc nhiều vào sự ổn

định của RC so với những đặc điểm của OPA. Trong số các RC, điện trở sẽ tạo ra

ít vấn đề hơn, trong khi đó sự ổn định của tụ điện là quan tâm nhiều hơn. Người ta

thường sử dụng tụ điện tantali với điện dung nhỏ và tụ điện Miller với điện dung

lớn. Khi sử dụng tụ điện, cần đặc biệt lưu ý các đặc điểm nhiệt độ và dòng rò của

tụ điện.


7.6.1. Mạch lọc thông cao

Hình 7.25. Các phần lỗi của mạch lọc thông cao

167

a) Hiện tượng lỗi: Dạng sóng đầu ra không phải dạng sóng sin.


S3 (R17: 22K) mở: Hở mạch.

Lỗi: S3 mở. Điện áp đầu ra của mạch có dạng sóng vuông.


7.6.2. Mạch lọc thông thấp

a) Hiện tượng lỗi: Dạng sóng đầu ra không phải dạng sóng sin.


- Tương tự lỗi ở phần mạch lọc thông cao.

c) Các bước sửa chữa: Sửa lỗi tương tự như sửa lỗi ở phần mạch lọc

thông cao.

7.6.3. Mạch lọc thông dải


- Phần mạch lọc thông cao lỗi.

- Phần mạch lọc thông thấp lỗi.


S1 (C9) mở: Hở mạch, S2 (R22: 270K) mở: Hở mạch, S4 (C14) đóng:

Ngắn mạch.

- Lỗi 1: S1 mở. Bộ khuếch đại thông cao không hoạt động.

- Lỗi 2: S2 mở. Bộ khuếch đại thông thấp không hoạt động.

- Lỗi 3: S4 đóng. Đầu vào cuối của bộ lọc thông thấp nối đất.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1, S2 từ mở đóng, S4 từ đóng

mở.

7.6.4. Mạch điều khiển âm điệu

a) Hiện tượng lỗi: Điều chỉnh âm trầm (bass) và âm sắc (treble) không có

tác dụng.


- S3 (VR3: 100K) mở: Hở mạch.

- S4 (R11: 3,3K) mở: Hở mạch.


- Lỗi 1: S3 mở. Điều chỉnh tone thấp không có tác dụng.

- Lỗi 2: S4 mở. Điều chỉnh tone cao không có tác dụng.

168

Hình 7.26. Các phần lỗi của mạch điều khiển âm điệu


7.6.5. Mạch khuếch đại đảo dùng một nguồn cung cấp

a) Hiện tượng lỗi: Điện áp phân cực một chiều (DC) bất thường.





- Lỗi 1: S1 mở. Điện áp ra một chiều (VoDC) lệch thấp.

- Lỗi 2: S2 mở. Điện áp ra một chiều (VoDC) lệch cao.


Hình 7.27. Các phần lỗi của mạch khuếch đại đảo một

nguồn cung cấp

169



hỏi trắc nghiệm và hoàn thành các bài tập cho dưới đây:

Câu hỏi trắc nghiệm:

Câu 1. Mạch điện cho ở hình CH1 là:

A. Bộ lọc thông cao

B. Bộ lọc thông thấp

C. Bộ lọc thông dải

Hình CH1

Câu 2. Mạch vi phân cho ở hình CH2 có thể sử dụng như:

A. Bộ lọc thông cao

B. Bộ lọc thông thấp

C. Bộ lọc thông dải

Hình CH2

Câu 3. Mạch lọc tích cực là ứng dụng của:

A. Mạch vi phân và tích phân B. Mạch chỉnh lưu C. Mạch dao động

Câu 4. Tỷ số giữa điện áp tại tần số cắt (còn gọi là điểm nửa công suất) và

điện áp lớn nhất có giá trị là:

A. 0,707 B. 0,5 C. 0,636

Câu 5. Tần số cắt của mạch lọc thông thấp được tính bằng công thức:

A. B. C.

Câu 6. Mức điện áp một chiều ở đầu ra của mạch khuếch đại đảo một

nguồn cung cấp có giá trị:

A. B. C. 0V

Câu 7. Mức điện áp một chiều ở đầu ra của mạch khuếch đại đảo một nguồn

cung cấp:

A. Có thể điều chỉnh nhờ phân cực

B. Không thể điều chỉnh

C. Là giá trị điện áp cố định

Câu 8. Mạch lọc tích cực là ứng dụng của:

A. Mạch so sánh B. Mạch chỉnh lưu C. Mạch lọc thông thấp

và thông cao

170

Câu 9. Đối với mạch điều chỉnh âm sắc RIAA, phát biểu nào dưới đây là SAI:

A. Tỷ số khuếch đại khác nhau tương ứng với các dải tần số khác nhau.

B. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA là ứng dụng của mạch vi phân và mạch

tích phân.

C. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA là mạch lọc thông dải

Câu 10. Độ dốc của mạch lọc thông cao và thông thấp từ:

A. Mạch lọc chặn dải.

B. Mạch lọc thông dải.

C. Mạch cộng hưởng.

Bài tập:

BT1: Hình BT1 mô tả mạch lọc thông dải với hệ số phẩm chất Q = 100.

Các thông số của mạch +Vcc = 12V, -Vee = -12V, A1 = A2 = A3 = A4 = LF356,

tần số trung bình fo = 1/(2RC).

Hãy lắp ráp mạch này và thực hiện thí nghiệm sau theo các bước:

Hình BT1

Bước 1: Đưa tín hiệu 5Vpp sóng sin với dải tần số 20Hz ÷ 20KHz tới đầu

vào, sau đó sử dụng máy hiện sóng quan sát tần số tại đó điện áp đầu ra lớn nhất.

Bước 2: Đưa tín hiệu 5Vpp sóng sin với dải tần số 20Hz ÷ 20KHz tới đầu

vào, sau đó quan sát độ lớn biên độ tại Vo2 và Vo3 tương ứng. Ghi lại các giá

trị này.

Bước 3: Mô tả chức năng của các khối A1, A2, A3 và A4 trong mạch này.

Bước 4: Tính băng thông của mạch theo công thức: BW = fH - fL

BT2: Hình BT2 mô tả mạch lọc chắn

dải. Các thông số của mạch +Vcc = 12V, -Vee

= -12V, C1 = C2 = C3 = 0,0002F.

Hãy lắp ráp mạch này và thực hiện thí

nghiệm sau theo các bước:

Bước 1: Đưa tín hiệu 1KHz/3Vpp sóng

sin tới đầu vào.

Hình BT2

171

Bước 2: Điều chỉnh VR 50K để điện áp đầu ra Vo = 0,3Vpp.

Bước 3: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào theo các giá trị như trong

bảng TN7-7. Sau đó đo giá trị của Vi, Vo và tính giá trị của Av và Av(dB), trong

đó Av(dB) = 20logAv.


Bảng TN7-1a. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao

Vi = 5Vpp

Đơn vị: Hz

f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K

Vopp

Av

Bảng TN7-1b. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông cao

Avo: Giá trị Av khi Vo đạt giá trị lớn nhất.

fH: Tần số thấp nhất tại đó Av suy giảm tới giá trị -3dB.

Bảng TN7-2a. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp

Đơn vị: Hz

f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K

Vopp(C7)

Av(C7)

Vopp(C5)

Av(C5)

172

Bảng TN7-2b. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông thấp

Avo: Giá trị Av khi Vo đạt giá trị lớn nhất

fH: Tần số thấp nhất tại đó Av suy giảm tới giá trị -3dB

Bảng TN7-3. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông dải

Avo2: Giá trị Av2 khi Vo2 đạt giá trị lớn nhất

fH: Tần số thấp nhất tại đó Av suy giảm tới giá trị -3dB

Bảng TN7-4. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại RIAA

173

Bảng TN7-5a. Kết quả điều chỉnh VR3 (bass) mạch điều chỉnh âm điệu

V

R3 Vặn về bên trái Vặn về bên phải

V

in

V

out

Bảng TN7-5b. Kết quả điều chỉnh R12 (treble)

mạch điều chỉnh âm điệu

R

12 Vặn về bên trái Vặn về bên phải

V

in

V

out

Bảng TN7-6. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo

với một nguồn cung cấp

Vi = 0V Vopp = _______(V)

Vi = 0,5Vpp Vopp = _______(V)

Giá trị Vo lớn nhất mà không bị biến dạng: Voppmax = ______(V)

174

Bảng TN7-7. Kết quả thí nghiệm mạch lọc chắn dải (BT2)

f Vi Vo Av Av

(dB) f Vi Vo Av

Av

(dB)

50Hz 750

100 800

150 850

200 900

250 950

300 1K

350 1,2K

400 1,4K

450 1,6K

500 2K

550 3K

600 5K

700 10KHz



Kỹ thuật.

2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục.






TEACHER HANDBOOK.

175

Bài 8

THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

8.1. Mục tiêu








176

8.1. Mục tiêu

- Mối quan hệ giữa hồi tiếp dương và dao động.

- Phân tích được nguyên tắc của dao động dịch pha RC.

- Phân tích được nguyên tắc của dao động cầu Wien.

- Phân tích được nguyên tắc của dao động cao tần.



- : Hệ số phản hồi.

- OSC: Các chữ viết tắt của dao động.

- Cộng hưởng nối tiếp:

Đối với các mạch hiển thị trong hình 8.1,

hiện tượng trong đó XL = XC được gọi là cộng

hưởng. Khi cộng hưởng nối tiếp trở kháng Z sẽ

có giá trị nhỏ nhất. Trở kháng Z của mạch khi

cộng hưởng và tần số cộng hưởng riêng của

mạch được tính theo công thức (8-1), (8-2):

(8-1)

(8-2)

Khi cộng hưởng nối tiếp mạch sẽ là thuần điện trở.

- Cộng hưởng song song:

Đối với các mạch hiển thị trong hình

8.2, hiện tượng trong đó XL = XC được gọi là

cộng hưởng. Khi cộng hưởng song song trở

kháng Z sẽ có giá trị lớn nhất. Trở kháng Z

của mạch khi cộng hưởng và tần số cộng

hưởng riêng của mạch được tính theo công

thức (8-3), (8-4):

(8-3)

(8-4)

Khi cộng hưởng song song mạch sẽ là thuần điện trở.

Hình 8.1. Mạch cộng hưởng

nối tiếp

Hình 8.2. Mạch cộng hưởng

song song

177


8.2.2.1. Bộ dao động

a) Khái niệm mạch dao động

Các mạch mà có thể chuyển đổi năng lượng điện cung cấp một chiều (DC)

thành năng lượng điện xoay chiều (AC) có tần số cụ thể mà không có tín hiệu

cung cấp từ bên ngoài (mạch tự dao động).

b) Mối quan hệ giữa hồi tiếp dương và dao động

Avf của mạch hồi tiếp bằng . Nếu mạch phản hồi được thiết kế sao cho

1 + .A = 0 (-.A = 1), mức tăng tổng thể của mạch Avf sẽ tiếp cận đến và dao

động sẽ được tạo ra trong mạch này do sự bất ổn.

Mặc dù ban đầu cho rằng các tín hiệu từ bên ngoài đưa vào Vi = 0. Tuy

nhiên, Vi sẽ không thể bằng 0 do nhiễu vốn có. Vi này sẽ làm xuất hiện Vo =

Av.Vi qua bộ khuếch đại, và sẽ dẫn đến .Av = 1 sau khi có hồi tiếp. Nếu pha của

-.A.Vi là giống như Vi, tín hiệu đầu vào sẽ được tăng cường, và dao động sẽ

được tạo ra bởi chính nó. Nếu nó là cần thiết để làm cho -.A. Vi có cùng một

pha như Vi, . Nói cách khác, tổng dịch pha của bộ khuếch đại và

mạch hồi tiếp được tính bằng 00 hoặc 3600. Hồi tiếp có thể nâng cao Vi được gọi

là hồi tiếp dương.

c) Điều kiện dao động

- Trong mạch phải có khối hồi tiếp dương.

- Các bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại thỏa mãn -.A 1.

d) Phân loại: Các mạch dao động có thể được phân thành hai loại sau đây:

- Dao động sin, có thể được phân chia thành:

+ Dao động tần số thấp: Những dao động kết hợp mạng hồi tiếp RC. Ví

dụ: dao động dịch pha dùng RC, cầu dao động Wien...

+ Dao động cao tần: Những dao động cũng kết hợp mạng hồi tiếp LC. Ví

dụ: mạch dao động Hartley, mạch dao động Colpitts, dao động thạch anh...

- Dao động không sin:

+ Dao động sóng vuông. Ví dụ: dao động đa hài...

+ Dao động xung. Ví dụ: dao động liên tục...

+ Dao động tam giác (hoặc răng cưa). Ví dụ: dao động của UJT...

178

8.2.2.2. Mô tả dao động sin

a) Dao động dịch pha dùng RC

- Mỗi khâu RC sẽ tạo ra dịch pha 600, ba khâu RC sẽ dẫn đến sự dịch

pha 1800. Dịch pha 1800 của khối hồi tiếp này, tạo ra bởi mạch hồi tiếp dương

được mô tả ở trên, cùng với 1800 của khối khuếch đại được tạo ra bởi các bộ

khuếch đại sẽ dẫn đến dịch pha 3600 tương ứng với một chu kỳ của một tín

hiệu đầu vào. Nếu độ lớn của tích số .A đạt được là đủ, dao động sẽ được

tạo ra và duy trì.

- Dao động dịch pha RC - transistor:

- Hình 8.3a cho thấy một

khâu dao động RC trễ pha.

Hình 8.3b cho thấy mối quan

hệ giữa I, Vi và Vf trong một

mạch RC đơn. Hình 8.4 cho

thấy một mạch gồm 3 khâu

dịch pha RC, trong đó độ lệch

pha giữa Vf và Vo sẽ là 1800

nếu . Tần số của dao

động hình sin bởi mạch của

hình 8.3a sẽ được , trong

đó R = 4,7K và C = 0,01F.

Bởi vì = Vf/Vo = -1/29 cho mạch dịch pha RC hình 8.4 với tần số hoạt động

của Fo, các dao động có thể được duy trì nếu khối khuếch đại có hệ số khuếch

đại tối thiểu bằng 29 để đáp ứng -.A = 1.

Hình 8.5. Dao động dịch pha RC - Transistor

a) Khâu dao động RC

trễ pha

b) Quan hệ giữa I,

Vi, Vf

Hình 8.3. Mạch dao động dịch pha RC đơn

Hình 8.4. Mạch dao động 3 khâu dịch pha

RC

179

- Hình 8.5 cho thấy khâu dao động dịch pha RC đầu tiên, trong đó

. Các khâu dao động dịch pha RC đơn được hiển thị trong hình 8.6a;

và hình 8.6b cho thấy mối quan hệ giữa Vi và I.

a) Sơ đồ mạch b) Quan hệ giữa Vi và Vf

Hình 8.6. Mạch dao động dùng một khâu RC

b) Cầu dao động Wien

Hình 8.7. Sơ đồ nguyên lý của cầu dao động Wien

- Sơ đồ mạch được hiển thị trong hình 8.7, trong đó hai mạch hồi tiếp tồn

tại: (C1, R1) và (R2, C2) là các mạch hồi tiếp dương; và (R3, R4) là mạch hồi tiếp

âm. Các mạch hồi tiếp âm độc lập với tần số dao động, nhưng hồi tiếp dương

đảm bảo để .A sẽ không được nhỏ hơn 1.

- Nếu lượng hồi tiếp dương lớn hơn số lượng hồi tiếp âm trong mạch, dao

động sẽ được tạo ra trong mạch này với dao động tần số = . Vì R1 =

R2 và C1 = C2, nên .

- Thay đổi lượng hồi tiếp âm thông qua điều chỉnh R3, sẽ dẫn đến sự dao

động của mạch này.

c) Mạch dao động Hartley

- Mạch nguyên lý được hiển thị trong hình 8.8:

180

+ Mạch hồi tiếp: Mạch này được tạo thành bằng cách kết nối L1 và L2 nối

tiếp, sau đó kết nối song song với tụ C .

+ Điểm nối đất của mạch hồi tiếp: Điểm này nằm ở giữa L1 và L2, và được

kết nối với đất thông qua tụ điện Cc2 (nối đất AC).

+ Điện áp hồi tiếp được lấy từ hai đầu của L1.

+ Khối khuếch đại có thể được mắc kiểu CE.

- Tần số dao động:

Tần số dao động của mạch dao động Hartley

cũng chính là tần số cộng hưởng của khung dao

động gồm L1, L2 và C. Tần số này được xác định


(8-5)

Trong đó M là độ hỗ cảm của L1 và L2.

- Các loại mạch dao động Hartley:

+ Mạch dao động Hartley song song: trong đó

thành phần DC sẽ không đi qua các mạch lưu trữ năng lượng gồm các cuộn cảm

và tụ điện.

+ Mạch dao động Hartley nối tiếp: Trong đó thành phần DC sẽ chảy qua

mạch lưu trữ năng lượng gồm các cuộn cảm và tụ điện, như thể hiện trong

hình 8.8.

d) Mạch dao động Colpitts

- Mạch nguyên lý được hiển thị trong hình 8.9:

Mạch hồi tiếp được kết hợp bởi các khung dao

động LC , trong đó C = C1 được kết nối nối tiếp với

C2, giữa C1 và C2 được kết nối với đất và tín hiệu

hồi tiếp Vc1 được đưa trở về đầu vào.

- Tần số dao động:

Tần số dao động của mạch dao động Colpitts

cũng chính là tần số cộng hưởng của khung dao

động gồm C1, C2 và L. Tần số này được xác định


(8-6)

Hình 8.8. Sơ đồ nguyên

lý của mạch dao động

Hartley

Hình 8.9. Sơ đồ nguyên

lý của mạch dao động

Colpitts

181

- Khối nắn tần số cao tần (RFC: Radio Frequency Choke): Thường được kết

nối nối tiếp trong các nguồn cung cấp để loại bỏ tín hiệu RF được tạo ra khi mạch

dao động phản hồi về nguồn cung cấp điện DC. XL = 2fL, f tăng XL tăng.

- Khối khuếch đại có thể được mắc kiểu CE.

e) Mạch dao động dùng thạch anh

Có thể ứng dụng và hiệu ứng áp điện và hệ số phẩm chất Q cao của tinh

thể thạch anh để tạo ra mạch dao động tín hiệu dao động tần số cao với độ ổn

định cao.

- Hiệu ứng áp điện của thạch anh:

+ Nếu một điện áp được áp vào hai mặt của tinh thể thạch anh, một áp lực

cơ học sẽ được gây ra trong tinh thể này để tạo ra rung động.

+ Do các rung động của tinh thể được lan truyền, điện áp AC sẽ được tạo

ra trên bề mặt. Các tần số của điện áp AC sẽ được xác định bởi tần số của tinh

thể này.

- Các đặc điểm dao động của tinh thể thạch anh:

Nếu một điện áp được áp dụng trong tinh thể, sự rung động sẽ được tạo ra

để tạo ra một điện áp AC. Bởi vì sự dao động của tinh thể sẽ tiêu thụ năng lượng

do ma sát nội bộ, dao động này sẽ làm suy yếu và dừng cuối cùng. Tuy nhiên,

nếu năng lượng được bổ sung đầy đủ, sự dao động của các tinh thể có thể được

duy trì.

- Ký hiệu, mạch tương đương và đường cong đặc trưng của tinh thể thạch anh:

a) Ký hiệu b) Sơ đồ tương đương

c) Đường cong đặc tính tần số

f1: Tần số cộng hưởng nối tiếp

f2: Tần số cộng hưởng song song

Hình 8.10. Mô tả tinh thể thạch anh

Từ mạch tương đương và đường cong đặc trưng thể hiện trong hình 8.10,

chúng ta có thể đánh giá rằng các tinh thể thạch anh có thể được sử dụng trong

182

các bộ tạo dao động với cộng hưởng nối tiếp hoặc cộng hưởng song song. Hình

8.10b cho thấy sự dao động thạch anh với cộng hưởng song song.



- Module thí nghiệm KL - 23008, KL - 23009.

- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23008, KL - 23009.


- Máy phát tín hiệu.

- Máy hiện sóng.



8.4.1. Thí nghiệm về mạch dao động RC

8.4.1.1. Dao động dịch pha RC


Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.11.

Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng trên đầu ra, sau đó điều

chỉnh VR2 (VR 10K) để đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin và ghi lại các giá

trị đo được vào bảng TN8-1.

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của Vb, Vc và Vd

tương ứng. Quan sát pha của chúng và ghi lại các giá trị đo được vào bảng

TN8-1.

Hình 8.11. Thí nghiệm mạch dao động dịch pha RC

c) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN8-1.

183

8.4.1.2. Cầu dao động Wien


Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.12.

Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng trên đầu ra, sau đó điều

chỉnh VR2 (VR 10K) để đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin và ghi lại các giá

trị đo được vào bảng TN8-2.

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của VTP1, VTP2 và

VTP3 tương ứng. Quan sát pha của chúng và ghi lại các giá trị đo được vào bảng

TN8-2.

Hình 8.12. Thí nghiệm mạch cầu dao động Wien


8.4.2. Thí nghiệm về mạch dao động cao tần

8.4.2.1. Mạch dao động Hartley


Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.13. Kết nối tụ C17

(1000pF).

Bước 2: Kết nối nguồn cung cấp, sau đó điều chỉnh điện áp trong khoảng

3V ÷ 18V (nên điều chỉnh trước tiên từ giá trị 18V).

Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của VTP1, VTP2 tương

184

ứng, sau đó điều chỉnh VR2 (10K) để ở đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin.

Bước 4: Kết nối tụ C18 (50pF).


Bước 6: Giảm từ từ điện áp

nguồn cung cấp, sau đó quan sát giá

trị điện áp nguồn cho tới khi ngừng

dao động.

b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong

bảng TN8-3.

8.4.2.2. Mạch dao động Colpitts



8.14b.

Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của mạch dao động này.



Hình 8.14. Thí nghiệm mạch dao động Colpitts

8.4.3. Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh



8.15b.

Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của mạch dao động này.


Hình 8.13. Thí nghiệm mạch

dao động Hartley

185


Hình 8.15. Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh


8.5.1. Dao động hình sin

Các mạch tạo dao động hình sin được phân chia thành dao động tần số thấp

và dao động cao tần.

a) Dao động tần số thấp

Dao động tần số thấp thường sử dụng RC tạo thành mạch hồi tiếp dương.

Bởi vì lượng hồi tiếp dương phải thỏa mãn điều kiện là -.A = 1 (: hệ số hồi

tiếp), nên nếu hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại không đủ lớn là nguyên nhân

chính cho việc không tự dao động của một mạch với lắp ráp chính xác. Ngoài

việc thiết kế không đầy đủ của mạch, hệ số khuếch đại của bản thân transistor

cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến dao động. Cụ thể, nếu các transistor

ban đầu là để được thay thế trong sửa chữa, giá trị của transistor mới được

trùng với transistor cũ. Để làm cho -.A đúng bằng 1, điều chỉnh cho các hệ

số hồi tiếp () phải cẩn thận, nếu không một dao động sóng vuông có thể

được tạo ra.

b) Dao động cao tần

LC được sử dụng rộng rãi trong các bộ dao động tần số cao để tạo thành

mạch hồi tiếp. Tần số dao động có thể được cố định bằng cách kết hợp các tinh

thể thạch anh. Ngoài ra, tần số dao động cũng có thể được thay đổi bằng cách điều

chỉnh độ tự cảm của cuộn cảm theo , trong đó và biểu thị cho

độ từ thẩm. Các cuộn dây có lõi sắt và cuộn dây rỗng tương ứng với của nhau,

mà sẽ cho kết quả của hệ số tự cảm L khác nhau . Điều chỉnh vị trí của lõi sắt của

máy biến áp dao động trong dao động cục bộ có thể thay đổi tần số dao động.

186

8.5.2. Các ứng dụng

a) Biến đổi tuyến tính vi sai

Vo = V1 - V2

Nếu vị trí của lõi sắt được thay đổi, V1

và V2 sẽ được thay đổi cho phù hợp, và Vo

cũng sẽ được thay đổi.

Nếu muốn cung cấp một tín hiệu hình

sin 100 Hz như các tín hiệu đầu vào của

một bộ biến đổi tuyến tính vi sai LVDT (Linear Variable Differential

Transformer), bạn sẽ xem xét để sử dụng cầu dao động Wien hoặc dao động

dịch pha RC là tín hiệu đầu vào này?

b) Phát và truyền tín hiệu

Máy thu thanh phải sử dụng dao động cục bộ để tạo ra các tín hiệu tần số

cao. Mặt khác, máy phát vô tuyến cũng yêu cầu các bộ dao động để tạo ra các

tín hiệu tần số cao như sóng mang cao tần. Trong các ứng dụng như mạch này

có thể được thực hiện bằng cách kết hợp các dao động tần số cao nói trên như

mạch dao động Hartley và mạch dao động Colpitts.

c) Đồng hồ định thời

Dao động thạch anh, có tính năng cho tần số ổn định của nó, là thành phần

quan trọng của máy tính, đồng hồ thạch anh.


8.6.1. Mạch dao động hình sin tần số thấp - dịch pha RC

a) Hiện tượng lỗi: Mạch không dao động.


Hình 8.17. Các phần lỗi của mạch dao động dịch pha RC

Hình 8.16. Mô tả bộ biến đổi

tuyến tính vi sai

187

S1 (C3: 0,03F) đóng: Ngắn mạch, S2 (Q1: C1815) cực B, E đóng: Ngắn mạch.

- Lỗi 1: S1 đóng. Không có điện áp hồi tiếp và không có dao động.

- Lỗi 2: S2 đóng. Điện áp Vbe = 0V, không có dao động.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1, S2 từ đóng mở.

8.6.2. Mạch dao động cầu Wien



Hình 8.18. Các phần lỗi của mạch dao động cầu Wien

S3 (Q1: C1815) cực C, E đóng: Ngắn mạch. S2 (R14: 33K) mở: Hở mạch.

- Lỗi 1: S3 đóng. Vce2 = 0V.

- Lỗi 2: S4 mở. Điện áp Vb3 = 0V, Vbe3 = 0V.

c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái S2 từ đóng mở, S4 từ mở đóng.

8.6.3. Mạch dao động thạch anh



Hình 8.19. Các phần lỗi của mạch dao động thạch anh

188

S1 (Q) cực B, E đóng: ngắn mạch.

Lỗi: S1 đóng. Vbe = 0V, Vo = +Vcc.

d) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S1 đóng mở.




Câu 1. Mạch dao động tần số cao có khâu hồi tiếp là mạch:

A. RC B. LC C. RL

Câu 2. Điều kiện nào dưới đây cần có để mạch tự dao động:

A. Hồi tiếp dương

B. Hồi tiếp âm

C. Cả 2 điều kiện A, B

Câu 3. Thành phần trong công thức dao động -.A = 1 biểu thị:

A. Hệ số khuếch đại dòng điện

B. Hệ số hồi tiếp

C. Hệ số khuếch đại điện áp

Câu 4. Hiệu ứng nào được sử dụng bởi các tinh thể thạch anh để tạo ra

dao động?

A. Hiệu ứng bề mặt

B. Hiệu ứng áp điện

C. Hiệu ứng điện áp

Câu 5. Ngoài mạch hồi tiếp dương, các dao động hình sin điển hình cũng

bao gồm:

A. Mạch khuếch đại

B. Mạch chỉnh lưu

C. Mạch lọc

Câu 6. Nếu nó là cần thiết để sửa chữa các dao động, mạch hồi tiếp dương

có thể được loại bỏ đầu tiên, sau đó chúng ta có thể tập trung vào các mạch

khuếch đại để sửa chữa. Tại thời điểm này các điện áp trên mỗi cực của các

transistor là (nguồn điện DC được kết nối đầy đủ):

A. DCV

B. ACV

C. Tùy thuộc trạng thái hiện tại

189


Bảng TN8-1. Kết quả đo điện áp Vb, Vc và Vd của

mạch dao động dịch pha RC

(Các kết quả thí nghiệm phải được ghi vào bảng,

sau đó so sánh pha giữa mỗi điện áp)

Dạng sóng Pha

Vmsint + 00

= 2f

Vmsint + 1 1 =___________

Vmsint + 2 2 =___________

Vmsint + 3 3 =___________

Bảng TN8-2. Kết quả đo điện áp các đầu ra mạch cầu dao động Wien

(Các kết quả thí nghiệm phải được ghi vào bảng,

sau đó so sánh pha giữa mỗi điện áp)

Dạng sóng Pha

Vmsint + 00

= 2f

Vmsint + 1 1 =___________

Vmsint + 2 2 =___________

Vmsint + 3 3 =___________

190

Bảng TN8-3. Kết quả thí nghiệm mạch dao động Hartley

CE Vcc = 12V

1000pF 50pF

TP1 Vpp = ___________

f = _____________

Vpp = ___________

f = _____________

TP2 Vpp = ___________

f = _____________

Vpp = ___________

f = _____________

Bảng TN8-4. Kết quả thí nghiệm mạch dao động Colpitts

Voutpp = ___________(V)

Tần số dao động đo được Tần số dao động lý thuyết

fđo = ___________(Hz) flý thuyết = ___________(Hz)

Bảng TN8-5. Kết quả thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh

Voutpp = ___________(V)

fdd = ___________(Hz)

191

ĐÁP ÁN CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài 1:

1A 2B 3C 4A 5C

Bài 2:

1C 2C 3C 4A 5B

Bài 3:

1A 2B 3A 4C 5A

6C 7A 8C 9B 10B

11B 12A 13A 14A 15C

Bài 4:

1B 2A 3C 4A 5C

Bài 5:

1C 2B 3A 4C 5A

6C 7A 8C 9A 10A

11A 12B 13B 14C 15A

16B 17C 18A 19B 20A

Bài 6:

1B 2A 3A 4C 5C 6B

Bài 7:

1B 2A 3A 4A 5A

6B 7A 8C 9C 10C

Bài 8:

1B 2A 3B 4B 5A 6A

192

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Đặc tuyến ra của JFET-n, JFET-p ....................................................... 18

Hình 1.2. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của JFET .................................. 19

Hình 1.3. Mạch đo dòng Id (a) và điện áp cắt Vp (b) ........................................... 19

Hình 1.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET kênh đặt sẵn loại n ........................... 19

Hình 1.5. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh đặt sẵn loại p .. 20

Hình 1.6: Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng

loại n .................................................................................................................... 20

Hình 1.7: Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng

loại p .................................................................................................................... 21

Hình 1.8: Thí nghiệm đo dòng Idss của JFET ...................................................... 21

Hình 1.9: Thí nghiệm đo dòng Igs của JFET ....................................................... 22

Hình 1.10: Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của JFET ................................. 22

Hình 1.11: Thí nghiệm đo dòng Idss của MOSFET ............................................. 23

Hình 1.12: Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET .......................... 24

Hình 2.1: Phân cực cố định cho JFET kênh p ..................................................... 29

Hình 2.2: Phân cực tự động cho JFET kênh n .................................................... 29

Hình 2.3: Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho JFET kênh n .......................... 30

Hình 2.4: Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho MOSFET kênh đặt sẵn loại n 30

Hình 2.5: Bộ khuếch đại CS dùng JFET kênh n ................................................. 31

Hình 2.6: Bộ khuếch đại CD dùng JFET kênh n ................................................. 31

Hình 2.7: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) .................... 32

Hình 2.8: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp) ... 33

Hình 2.9: Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực) ................... 34

Hình 2.10: Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET (phân cực chia điện áp) . 35

Hình 2.11: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực) .......... 35

Hình 2.12: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (phân cực chia điện áp) ... 36

Hình 2.13: Các phần lỗi của mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) ..... 37

Hình 2.14: Các phần lỗi của mạch khuếch đại CD (phân cực cố định) .............. 38

Hình 2.15: Các phần lỗi của mạch khuếch đại dùng MOSFET .......................... 38

Hình 3.1: Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện ..................................................... 46

Hình 3.2: Ghép tầng khuếch đại bằng biến áp .................................................... 46

Hình 3.3: Các thông số cơ bản của máy biến áp ................................................. 47

Hình 3.4: Ghép trực tiếp các tầng khuếch đại ..................................................... 48

193

Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại .......................................................... 48

Hình 3.6: Đáp ứng tần số của hệ thống khuếch đại ............................................ 50

Hình 3.7: Bộ khuếch đại công suất chế độ A ...................................................... 51

Hình 3.8: Bộ khuếch đại công suất chế độ B ...................................................... 51

Hình 3.9: Bộ khuếch đại công suất chế độ AB ................................................... 52

Hình 3.10: Bộ khuếch đại công suất chế độ C .................................................... 52

Hình 3.11: Hiện tượng biệt danh ......................................................................... 53

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cân bằng kép ................................... 54

Hình 3.13: Biến áp đầu vào của bộ khuếch đại cân bằng kép ............................ 54

Hình 3.14: Dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra của bộ khuếch đại cân bằng kép 55

Hình 3.15: Méo trong bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ B ............................ 55

Hình 3.16: Minh họa bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ AB .......................... 56

Hình 3.17: Phân cực cho bộ khuếch đại cân bằng kép ....................................... 56

Hình 3.18: Mạch OCL cơ bản ............................................................................. 58

Hình 3.19: Mạch OTL cơ bản ............................................................................. 58

Hình 3.20: Phân tích mạch OTL AMP ............................................................... 59

Hình 3.21: Mạch bổ sung tín hiệu đối xứng........................................................ 59

Hình 3.22: Các dạng mạch phân cực .................................................................. 59

Hình 3.23: Mạch OTL đầy đủ ............................................................................. 60

Hình 3.24: Mạch phân cực cho tầng khuếch đại tín hiệu lớn ............................. 60

Hình 3.25: Các thành phần hồi tiếp của mạch OTL AMP .................................. 60

Hình 3.26: Mạch ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện ......................................... 62

Hình 3.27: Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp .................................................... 62

Hình 3.28: Mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp ......................................... 63

Hình 3.29: Mạch khuếch đại đẩy kéo.................................................................. 64

Hình 3.30: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OTL ..................... 66

Hình 3.31: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL ..................... 67

Hình 3.32: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL ..................... 69

Hình 3.33: Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện .............. 70

Hình 3.34: Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp .................... 71

Hình 3.35: Các phần lỗi của mạch ghép biến áp ................................................. 71

Hình 3.36: Các phần lỗi của mạch khuếch đại đẩy - kéo .................................... 72

Hình 3.37: Các phần lỗi của mạch khuếch đại OTL ........................................... 72

Hình 3.38: Các phần lỗi của mạch khuếch đại OCL ........................................... 73

194

Hình 4.1: Cấu trúc bên trong của A741 ............................................................ 82

Hình 4.2: Mạch khuếch đại vi sai ........................................................................ 83

Hình 4.3: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo1) ................................... 83

Hình 4.4: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo2) ................................... 84

Hình 4.5: Tín hiệu ra OP AMP với kết nối 1 đầu vào......................................... 85

Hình 4.6: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 2 đầu ra ............................................. 85

Hình 4.7: Bộ khuếch đại vi sai 2 đầu vào, 1 đầu ra ............................................. 85

Hình 4.8: Dạng sóng của Vo1, Vo2 khi Vi1 = Vi2 (cùng pha) ................................ 86

Hình 4.9: Dạng sóng của Vo1, Vo2 khi Vi1 = -Vi2 (ngược pha) ............................ 86

Hình 4.10: Ký hiệu của OP AMP ........................................................................ 87

Hình 4.11: Nguồn cung cấp cho OP AMP .......................................................... 87

Hình 4.12: Trở kháng đầu vào của OP AMP ..................................................... 88

Hình 4.13: Trở kháng đầu ra của OP AMP ........................................................ 88

Hình 4.14: Mô tả SR ............................................................................................ 89

Hình 4.15: Mạch đo SR ....................................................................................... 89

Hình 4.16: Bù “không” cho OP AMP ở đầu vào đảo ......................................... 89

Hình 4.17: Bù “không” cho OP AMP ở đầu vào không đảo .............................. 90

Hình 4.18: Bù “không” ở mạch theo điện áp ...................................................... 90

Hình 4.19: Bù “không” ở bên trong OPA ........................................................... 90

Hình 4.20: Thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai .................................................. 91

Hình 4.21: Thí nghiệm về trở kháng vào (Zi) của OP AMP ............................... 92

Hình 4.22: Thí nghiệm về trở kháng ra (Zo) của OP AMP ................................. 92

Hình 4.23: Thí nghiệm về tốc độ biến thiên (SR) của OP AMP ......................... 93

Hình 4.24: Thí nghiệm về băng thông (BW) của OP AMP ................................ 94

Hình 4.25: Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại đảo ...................... 95

Hình 4.26: Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại không đảo ........... 95

Hình 5.1: Mạch khuếch đại đảo dùng OP AMP ................................................ 103

Hình 5.2: Mạch khuếch đại không đảo dùng OP AMP .................................... 103

Hình 5.3: Mạch theo điện áp ............................................................................. 104

Hình 5.4: Mạch trừ dùng OP AMP ................................................................... 104

Hình 5.5: Mạch cộng dùng OP AMP ................................................................ 105

Hình 5.6: Mạch hạn chế dùng OP AMP ............................................................ 106

Hình 5.7: Mạch điện áp không đổi dùng OP AMP ........................................... 106

Hình 5.8: Mạch dòng điện không đổi ................................................................ 107

195

Hình 5.9: Mạch vi phân dùng OP AMP ............................................................ 107

Hình 5.10: Mạch tích phân dùng OP AMP ....................................................... 108

Hình 5.11: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (không offset) ........................... 109

Hình 5.12: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (có offset) ................................. 109

Hình 5.13: Thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo ........................................ 110

Hình 5.14: Thí nghiệm mạch theo điện áp ........................................................ 111

Hình 5.15: Thí nghiệm về mạch trừ .................................................................. 112

Hình 5.16: Thí nghiệm về mạch cộng ............................................................... 113

Hình 5.17: Thí nghiệm mạch giới hạn ............................................................. 113

Hình 5.18: Thí nghiệm mạch giới hạn ............................................................. 114

Hình 5.19: Thí nghiệm mạch điện áp không đổi............................................... 115

Hình 5.20: Thí nghiệm mạch dòng điện không đổi .......................................... 116

Hình 5.21: Thí nghiệm mạch vi phân................................................................ 117

Hình 5.22: Thí nghiệm mạch tích phân ............................................................. 118

Hình 5.22: Biến dạng sóng do không có điện áp offset .................................... 119

Hình 5.23: Mắc thêm điện trở R cân bằng dòng đầu vào OPA ........................ 120

Hình 5.24: Mắc thêm mạch phân áp điện trở để tăng Zi ................................... 120

Hình 5.25: Mạch khuếch đại không đảo cải tiến ............................................... 120

Hình 5.26: Mạch hạn chế dùng kết hợp quang trở ............................................ 121

Hình 5.28: Mạch vi phân đầy đủ ....................................................................... 122

Hình 5.29: Các phần lỗi của mạch giới hạn ...................................................... 123

Hình 6.1: Quan hệ Vout/Vin của mạch lô ga rít .................................................. 132

Hình 6.2: Mạch khuếch đại lô ga rít .................................................................. 132

Hình 6.3: Mạch tách sóng đỉnh ......................................................................... 133

Hình 6.4: Mạch chỉnh lưu chính xác ................................................................. 134

Hình 6.5: Mạch điều áp ..................................................................................... 134

Hình 6.6: Mạch lấy và giữ mẫu ......................................................................... 134

Hình 6.7: Mạch khuếch đại nhạc cụ .................................................................. 135

Hình 6.8: Mạch khuếch đại vi sai cơ bản .......................................................... 135

Hình 6.9: Thí nghiệm mạch khuếch đại lô ga rít .............................................. 136

Hình 6.10: Thí nghiệm mạch khuếch đại lô ga rít đảo ...................................... 137

Hình 6.11: Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (1) .............................................. 138

Hình 6.12: Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (2) .............................................. 138

Hình 6.13: Thí nghiệm về mạch chỉnh lưu chính xác ....................................... 139

196

Hình 6.14: Thí nghiệm về mạch điều áp ........................................................... 140

Hình 6.15: Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu .................................................... 141

Hình 6.16: Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ ............................................. 141

Hình 6.17: Mạch chỉnh lưu toàn sóng ............................................................... 143

Hình 6.18: Các phần lỗi của mạch tách sóng đỉnh ............................................ 144

Hình 6.19: Các phần lỗi của mạch điều áp ........................................................ 144

Hình 6.20: Các phần lỗi của mạch lấy và giữ mẫu ........................................... 145

Hình 6.21: Các phần lỗi của mạch khuếch đại nhạc cụ .................................... 146

Hình 6.22 ........................................................................................................... 147

Hình 7.1: Tần số cắt của bộ lọc ......................................................................... 152

Hình 7.2: Đặc tính phát lại RIAA...................................................................... 153

Hình 7.3: Đặc tính ghi RIAA ............................................................................ 153

Hình 7.4: Bộ lọc thông cao ................................................................................ 154

Hình 7.5: Mạch lọc thông cao ........................................................................... 154

Hình 7.6: Bộ lọc thông thấp .............................................................................. 154

Hình 7.7: Mạch lọc thông thấp .......................................................................... 155

Hình 7.8: Cấu trúc và đặc tuyến biên độ - tần số của mạch lọc thông dải ........ 155

Hình 7.9: Sơ đồ khối mạch lọc thông dải .......................................................... 156

Hình 7.10: Cấu trúc khối khuếch đại Z1, Z2 ...................................................... 156

Hình 7.11: Mạch khuếch đại thông dải thực tế ................................................. 156

Hình 7.12: Đường cong đặc trưng phát lại RIAA ............................................. 156

Hình 7.13: Mạch điện thực hiện RIAA ............................................................. 157

Hình 7.14: Mạch khuếch đại RIAA .................................................................. 157

Hình 7.15: Mạch điều khiển âm điệu ................................................................ 158

Hình 7.16: Mạch khuếch đại một nguồn cung cấp ............................................ 159

Hình 7.17: Thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao ......................................... 160

Hình 7.18: Thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp (I) ................................... 161

Hình 7.19: Thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp (II) .................................. 162

Hình 7.20: Thí nghiệm mạch khuếch đại thông dải .......................................... 163

Hình 7.21: Thí nghiệm về mạch khuếch đại RIAA .......................................... 163

Hình 7.22: Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu ........................................ 164

Hình 7.23: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp .......... 165

Hình 7.24: Một số bộ lọc thụ động cơ bản ........................................................ 166

Hình 7.25: Các phần lỗi của mạch lọc thông cao .............................................. 166

197

Hình 7.26: Các phần lỗi của mạch điều khiển âm điệu .................................... 168

Hình 7.27: Các phần lỗi của mạch khuếch đại đảo một nguồn cung cấp ......... 168

Hình 8.1: Mạch cộng hưởng nối tiếp ................................................................ 176

Hình 8.2: Mạch cộng hưởng song song ............................................................ 176

Hình 8.3: Mạch dao động dịch pha RC đơn ...................................................... 178

Hình 8.4: Mạch dao động 3 khâu dịch pha RC ................................................. 178

Hình 8.5: Dao động dịch pha RC - Transistor .................................................. 178

Hình 8.6: Mạch dao động dùng một khâu RC .................................................. 179

Hình 8.7: Sơ đồ nguyên lý của cầu dao động Wien .......................................... 179

Hình 8.8: Sơ đồ nguyên lý của mạch dao động Hartley ................................... 180

Hình 8.9: Sơ đồ nguyên lý của mạch dao động Colpitts ................................... 180

Hình 8.10: Mô tả tinh thể thạch anh .................................................................. 181

Hình 8.11: Thí nghiệm mạch dao động dịch pha RC ....................................... 182

Hình 8.12: Thí nghiệm mạch cầu dao động Wien ............................................ 183

Hình 8.13: Thí nghiệm mạch dao động Hartley................................................ 184

Hình 8.14: Thí nghiệm mạch dao động Colpitts ............................................... 184

Hình 8.15: Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh ................................... 185

Hình 8.16: Mô tả bộ biến đổi tuyến tính vi sai ................................................. 186

Hình 8.17: Các phần lỗi của mạch dao động dịch pha RC ............................... 186

Hình 8.18: Các phần lỗi của mạch dao động cầu Wien .................................... 187

Hình 8.19: Các phần lỗi của mạch dao động thạch anh .................................... 187

198

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Các thí nghiệm trong lĩnh vực điện tử ..................................................... 8

Bảng 2: Các thí nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật điện ........................................... 8

Bảng 3: Các thí nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa ............................................. 9

Bảng 4: Các thí nghiệm trong bảo dưỡng thiết bị điện tử ..................................... 9

Bảng 1-1: Các loại FET và ký hiệu ..................................................................... 17

Bảng TN1-1: Kết quả đo dòng Idss của JFET ...................................................... 25

Bảng TN1-2: Kết quả đo dòng Igs tương ứng với điện áp Vgs > 0 (< 0) của JFET ..... 25

Bảng TN1-3: Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của JFET ................................... 25

Bảng TN1-4: Kết quả đo dòng Idss của MOSFET ............................................... 26

Bảng TN1-5: Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET ............................ 26

Bảng TN2-1.a: Kết quả đo VIN, VOUT tương ứng với R12 = 3.3k, C3 = 22F .. 39

Bảng TN2-1.b: Kết quả đo VIN, VOUT tương ứng với R16 = 6.8k, C3 = 22F .. 40

Bảng TN2-1.c: Kết quả đo điện áp IN, OUT khi ngắt kết nối C3 ....................... 40

Bảng TN2-2.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CS

dùng JFET (phân cực chia điện áp) ..................................................................... 41

Bảng TN2-2.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng JFET

(phân cực chia điện áp) ........................................................................................ 41

Bảng TN2-3.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CD

dùng JFET (tự phân cực) ..................................................................................... 41

Bảng TN2-3.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CD dùng JFET

(tự phân cực) ........................................................................................................ 42

Bảng TN2-4.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CD

dùng JFET (phân cực chia điện áp) ..................................................................... 42

Bảng TN2-4.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CD dùng JFET


Bảng TN2-5: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng MOSFET

(tự phân cực) ........................................................................................................ 43

Bảng TN2-6: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng MOSFET


Bảng TN3-1: Điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép tầng bằng tụ điện ... 75

Bảng TN3-2.a: Điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp ....... 76

Bảng TN3-2.b: Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp ......... 77

Bảng TN3-3.a: Điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp 77

199

Bảng TN3-3.b: Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp .. 77

Bảng TN3-4.a: Kết quả đo tĩnh của transistor Q5, Q6 ......................................... 78

Bảng TN3-4.b: Kết quả đo các điện áp xoay chiều của mạch đẩy – kéo ........... 78

Bảng TN3-5: Kết quả thí nghiệm của mạch OTL ............................................... 79

Bảng TN3-6: Kết quả thí nghiệm của mạch OCL .............................................. 79

Bảng TN3-7: Kết quả thí nghiệm của mạch IC âm thanh OTL .......................... 80

Bảng TN4-1: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai .................................. 98

Bảng TN4-2: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng vào của OP AMP ..................... 98

Bảng TN4-3: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP ........................ 99

Bảng TN4-4: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP ........................ 99

Bảng TN4-5.a: Điện áp ra và hệ số khuếch đại tương ứng với điện áp vào tăng 99

Bảng TN4-5.b: Điện áp ra tương ứng với tần số thay đổi .................................. 99

Bảng TN4-5.c: Biểu đồ tỷ số công suất so với tần số ....................................... 100

Bảng TN5-1: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo ................................... 127

Bảng TN5-2: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo ........................ 128

Bảng TN5-3: Kết quả thí nghiệm mạch theo điện áp ....................................... 128

Bảng TN5-4: Kết quả thí nghiệm mạch trừ ...................................................... 128

Bảng TN5-5: Kết quả thí nghiệm mạch cộng ................................................... 129

Bảng TN5-6: Kết quả thí nghiệm mạch giới hạn .............................................. 129

Bảng TN5-7: Kết quả thí nghiệm mạch dòng điện không đổi .......................... 129

Bảng TN5-8: Kết quả thí nghiệm mạch vi phân ............................................... 129

Bảng TN5-9: Kết quả thí nghiệm mạch tích phân ............................................ 130

Bảng TN6-1.a: Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lô ga rít ............... 147

Bảng TN6-1.b: Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lô ga rít ...................... 148

Bảng TN6-2a: Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lô ga rít đảo ......... 148

Bảng TN6-2.b: Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lô ga rít đảo ............... 148

Bảng TN6-3a: Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (có hồi tiếp âm) ....... 149

Bảng TN6-3b: Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (không có hồi tiếp âm) .. 149

Bảng TN6-4: Kết quả thí nghiệm mạch chỉnh lưu chính xác ........................... 149

Bảng TN6-5: Kết quả thí nghiệm mạch điều áp ............................................... 149

Bảng TN6-6: Kết quả thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu ................................... 149

Bảng TN6-7: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ ............................ 150

Bảng TN7-1.a: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao ...................... 171

Bảng TN7-1.b: Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông cao ............................ 171

200

Bảng TN7-2.a: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông thấp ..................... 171

Bảng TN7-2.b: Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông thấp ........................... 172

Bảng TN7-3: Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông dải ................................ 172

Bảng TN7-4: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại RIAA ............................... 172

Bảng TN7-5.a: Kết quả điều chỉnh VR3 (bass) mạch điều chỉnh âm điệu ........ 173

Bảng TN7-5.b: Kết quả điều chỉnh R12 (treble) mạch điều chỉnh âm điệu ....... 173

Bảng TN7-6: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp . 173

Bảng TN7-7: Kết quả thí nghiệm mạch lọc chắn dải (BT2) ............................. 174

Bảng TN8-1: Kết quả đo điện áp Vb, Vc và Vd của mạch dao động dịch pha RC

........................................................................................................................... 189

Bảng TN8-2: Kết quả đo điện áp các đầu ra mạch cầu dao động Wien ........... 189

Bảng TN8-3: Kết quả thí nghiệm mạch dao động Hartley ............................... 190

Bảng TN8-4: Kết quả thí nghiệm mạch dao động Colpitts ............................... 190

Bảng TN8-5: Kết quả thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh ................... 190

MỤC LỤC

201

LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………...……3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 5

BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG .......................................................... 7

1. Giới thiệu hệ thống ............................................................................................ 8

2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm .................................................................... 9

3. Giới thiệu về phần cứng .................................................................................. 11

4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm ................................................................. 13

5. Các trang thiết bị của phòng thí nghiệm ......................................................... 14

BÀI 1: CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TRANSTISOR TRƯỜNG ........................... 15

1.1. Mục tiêu....................................................................................................... 16

1.2. Tóm tắt lý thuyết ......................................................................................... 16

1.2.1. Một số thuật ngữ ....................................................................................... 16

1.2.2. Nguyên lý cơ bản ....................................................................................... 16

1.2.3. Các họ đặc tuyến của JFET ...................................................................... 17

1.2.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET ................................................................ 19

1.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm ........................................................................... 21

1.4. Nội dung thí nghiệm.................................................................................... 21

1.4.1. Thí nghiệm về các đặc trưng của JFET .................................................... 21

1.4.2. Thí nghiệm về các đặc trưng của MOSFET .............................................. 23

1.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ................................................................. 24

1.6. Ôn tập – vận dụng ....................................................................................... 24

1.7. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm.................................................................. 25

BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI FET ................................................................... 27

2.1. Mục tiêu....................................................................................................... 28

2.2. Tóm tắt lý thuyết ......................................................................................... 28

2.2.1. Một số thuật ngữ ....................................................................................... 28

2.2.2. Nguyên lý cơ bản ....................................................................................... 28



2.4.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) ........................................ 32

2.4.2. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp) ....................... 33

2.4.3. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực) ....................................... 34

2.4.4. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (phân cực chia điện áp) ...................... 34

2.4.5. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực) ................................. 35

202

2.4.6. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (phân cực chia điện áp) ................. 36


2.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng ................................................................................ 37

2.6.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) ........................................ 37

2.6.2. Mạch khuếch đại CD (phân cực cố định) ................................................. 37

2.6.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET .............................................................. 38

2.7. Ôn tập – vận dụng ....................................................................................... 38

2.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm .................................................................. 39

BÀI 3: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦNG ........................................................ 44

3.1. Mục tiêu ....................................................................................................... 45

3.2. Tóm tắt lý thuyết ......................................................................................... 45

3.2.1. Một số thuật ngữ........................................................................................ 45

3.2.2. Nguyên lý cơ bản ....................................................................................... 45


3.4. Nội dung thí nghiệm .................................................................................... 61

3.4.1. Ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện........................................................... 61

3.4.2. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp ............................................................ 62

3.4.3. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp ................................................ 63

3.4.4. Bộ khuếch đại đẩy kéo (dual-end push-pull amplifier) ............................. 64

3.4.5. Bộ khuếch đại OTL .................................................................................... 66

3.4.6. Bộ khuếch đại OCL ................................................................................... 67

3.4.7. IC khuếch đại âm thanh OTL .................................................................... 69


3.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng ................................................................................ 70

3.6.1. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện ................................................. 70

3.6.2. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp ............................................................ 71

3.6.3. Bộ khuếch đại ghép tầng dùng biến áp ..................................................... 71

3.6.4. Mạch khuếch đại đẩy kéo .......................................................................... 72

3.6.5. Bộ khuếch đại OTL .................................................................................... 72

3.6.6. Bộ khuếch đại OCL ................................................................................... 73

3.7. Ôn tập – vận dụng ....................................................................................... 74

3.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm .................................................................. 75

BÀI 4: ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP AMP) ....... 81

4.1. Mục tiêu ....................................................................................................... 82

203

4.2. Tóm tắt lý thuyết ......................................................................................... 82

4.2.1. Một số thuật ngữ ....................................................................................... 82

4.2.2. Nguyên lý cơ bản ....................................................................................... 82



4.4.1. Mạch vi sai dùng transistor lưỡng cực. .................................................... 91

4.4.2. Các đặc tính cơ bản của OP AMP ............................................................ 91

4.4.3. Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại đảo .............................. 94

4.4.4. Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại không đảo ................... 95


4.6. Ôn tập – vận dụng ....................................................................................... 97

4.7. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm.................................................................. 98

BÀI 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠ BẢN CỦA OP AMP................................ 101

5.1. Mục tiêu..................................................................................................... 102

5.2. Tóm tắt lý thuyết ....................................................................................... 102

5.2.1. Một số thuật ngữ ..................................................................................... 102

5.2.2. Nguyên lý cơ bản ..................................................................................... 102

5.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm ......................................................................... 108

5.4. Nội dung thí nghiệm.................................................................................. 108

5.4.1. Mạch khuếch đại đảo .............................................................................. 108

5.4.2. Mạch khuếch đại không đảo ................................................................... 110

5.4.3. Mạch theo điện áp ................................................................................... 111

5.4.4. Mạch trừ .................................................................................................. 111

5.4.5. Mạch cộng ............................................................................................... 112

5.4.6. Mạch giới hạn ......................................................................................... 113

5.4.7. Mạch điện áp không đổi .......................................................................... 115

5.4.8. Mạch dòng điện không đổi ...................................................................... 116

5.4.9. Mạch vi phân ........................................................................................... 117

5.4.10. Mạch tích phân ...................................................................................... 118

5.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ............................................................... 119

5.5.1. Mạch khuếch đại đảo .............................................................................. 119

5.5.2. Mạch khuếch đại không đảo ................................................................... 120

5.5.3. Mạch theo điện áp ................................................................................... 120

5.5.4. Mạch trừ .................................................................................................. 121

204

5.5.5. Mạch cộng ............................................................................................... 121

5.5.6. Mạch hạn chế .......................................................................................... 121


5.5.8. Mạch dòng điện không đổi ...................................................................... 122

5.5.9. Mạch vi phân ........................................................................................... 122

5.5.10. Mạch tích phân ...................................................................................... 123

5.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng .............................................................................. 123

5.6.1. Mạch giới hạn biên độ............................................................................. 123


5.7. Ôn tập – vận dụng ..................................................................................... 124

5.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm ................................................................ 127

BÀI 6: ỨNG DỤNG CỦA OP AMP ................................................................ 131

6.1. Mục tiêu ..................................................................................................... 132

6.2. Tóm tắt lý thuyết ....................................................................................... 132

6.2.1. Một số thuật ngữ...................................................................................... 132

6.2.2. Nguyên lý cơ bản ..................................................................................... 132


6.4. Nội dung thí nghiệm .................................................................................. 135

6.4.1. Mạch khuếch đại lô ga rít ....................................................................... 135

6.4.2. Mạch khuếch đại lô ga rít đảo ................................................................ 136

6.4.3. Mạch tách sóng đỉnh ............................................................................... 137

6.4.4. Mạch chỉnh lưu chính xác ....................................................................... 139

6.4.5. Mạch điều áp ........................................................................................... 140

6.4.6. Mạch lấy và giữ mẫu ............................................................................... 140

6.4.7. Mạch khuếch đại nhạc cụ ........................................................................ 141


6.5.1. Mạch khuếch đại lô ga rít và khuếch đại lô ga rít đảo ........................... 142

6.5.2. Mạch tách sóng đỉnh, mạch lấy và giữ mẫu ........................................... 142

6.5.3. Mạch chỉnh lưu chính xác ....................................................................... 143

6.5.4. Mạch điều áp ........................................................................................... 143



6.6.1. Mạch tách sóng đỉnh ............................................................................... 143

6.6.2. Mạch điều áp ........................................................................................... 144

205

6.6.3. Mạch lấy và giữ mẫu ............................................................................... 145


6.7. Ôn tập – vận dụng ..................................................................................... 146

6.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm................................................................ 147

BÀI 7: MẠCH LỌC TÍN HIỆU ........................................................................ 151

7.1. Mục tiêu..................................................................................................... 152

7.2. Tóm tắt lý thuyết ....................................................................................... 152

7.2.1. Một số thuật ngữ ..................................................................................... 152

7.2.2. Nguyên lý cơ bản ..................................................................................... 153



7.4.1. Mạch khuếch đại thông cao .................................................................... 159

7.4.2. Mạch khuếch đại thông thấp ................................................................... 160

7.4.3. Mạch khuếch đại thông dải ..................................................................... 162

7.4.4. Mạch khuếch đại RIAA ........................................................................... 163

7.4.5. Mạch điều khiển âm điệu ........................................................................ 164

7.4.6. Mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp ...................................... 165


7.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng ............................................................................. 166

7.6.1. Mạch lọc thông cao ................................................................................. 166

7.6.2. Mạch lọc thông thấp ............................................................................... 167

7.6.3. Mạch lọc thông dải ................................................................................. 167

7.6.4. Mạch điều khiển âm điệu ........................................................................ 167

7.6.5. Mạch khuếch đại đảo dùng một nguồn cung cấp ................................... 168

7.7. Ôn tập – vận dụng ..................................................................................... 169

7.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm................................................................ 171

BÀI 8: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ................................................................... 175

8.1. Mục tiêu..................................................................................................... 176

8.2. Tóm tắt lý thuyết ....................................................................................... 176

8.2.1. Một số thuật ngữ ..................................................................................... 176

8.2.2. Nguyên lý cơ bản ..................................................................................... 177



8.4.1. Thí nghiệm về mạch dao động RC .......................................................... 182

206

8.4.2. Thí nghiệm về mạch dao động cao tần.................................................... 183

8.4.3. Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh ........................................... 184


8.5.1. Dao động hình sin ................................................................................... 185

8.5.2. Các ứng dụng .......................................................................................... 186


8.6.1. Mạch dao động hình sin tần số thấp – dịch pha RC ............................... 186

8.6.2. Mạch dao động cầu Wien ........................................................................ 187

8.6.3. Mạch dao động thạch anh ....................................................................... 187

8.7. Ôn tập – vận dụng ..................................................................................... 188

8.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm ................................................................ 189

ĐÁP ÁN CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................... 191

DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 192

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... 198

§IÖN Tö 2 - elib.vnuf.edu.vnelib.vnuf.edu.vn/bitstream/123456789/5568/1/Huong... · được...

Documents

Transcript of §IÖN Tö 2 - elib.vnuf.edu.vnelib.vnuf.edu.vn/bitstream/123456789/5568/1/Huong... · được...