Thi Nghiem KTDT

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM

HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB 506

SỐ TÍN CHỈ: 01 TC

THÁI NGUYÊN – 2011

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM

HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB 506

SỐ TÍN CHỈ: 01 TC

MỤC LỤC

2

TRƯỞNG BỘ MÔNKỹ thuật điện tử

TS. NGUYỄN DUY CƯƠNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN TỬ

TS. NGUYỄN DUY CƯƠNG

BÀI 1...............................................................................................................................5ĐIỐT TIẾP GIÁP P – N.................................................................................................5BÀI 2.............................................................................................................................17CÁC MẠCH CHỈNH LƯU...........................................................................................17BÀI 3.............................................................................................................................32ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ LÀM TRƠN.........................................................................32BÀI 4.............................................................................................................................45ĐẶC TÍNH TĨNH CỦA TRANZITOR........................................................................45BÀI 5.............................................................................................................................56ỔN ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC.......................................................................................56BÀI 6.............................................................................................................................68KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN...................................................................................68BÀI 7.............................................................................................................................78MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITOR LƯỠNG CỰC....................................78BÀI 8.............................................................................................................................95NGHIÊN CỨU VỀ PHẢN HỒI DÙNG TRONG MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITOR LƯỠNG CỰC........................................................................................95BÀI 9...........................................................................................................................107THYRISTOR..............................................................................................................107BÀI 10.........................................................................................................................120CÁC MẠCH LỌC RC ĐƠN GIẢN............................................................................120BÀI 11.........................................................................................................................130MẠCH LỌC THÔNG DẢI LC...................................................................................130BÀI 12.........................................................................................................................141MẠCH ĐA HÀI TỰ DAO ĐỘNG.............................................................................141BÀI 13.........................................................................................................................157THỰC HÀNH MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN...............................................................157BÀI 14.........................................................................................................................172THỰC HÀNH VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ TRÊN PHẦN MỀM PROTEL................172BÀI 15.........................................................................................................................181THỰC HÀNH VẼ MẠCH IN TRÊN PHẦN.............................................................181MỀM PROTEL...........................................................................................................181

3

BÀI 1

ĐIỐT TIẾP GIÁP P – N

SỐ TIẾ: 01 TIẾT

4

Khi cho hai khối bán dẫn P và N tiếp xúc công nghệ với nhau, giữa hai khối bán dẫn hình thành một mặt tiếp xúc P-N. Giải thích các hiện tượng vật lý xảy ra tại bề mặt tiếp xúc là nền tảng để hiểu được nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử.

Với bài thí nghiệm này, sinh viên se được kiểm chưng lại phân lý thuyết trong chương I thuộc HP “ Ky thuật điện tử tương tư ” về các đặc tính của điốt bán dẫn.

Phần I. Thí nghiệm

1.1. Mục đích thí nghiệm:

Sau khi thưc hiện bài thí nghiệm này bạn có thể:


Đo các thông số một chiều của tiếp giáp p-n

Xác định các đặc tính ngược của điốt

Nhận biết các giá trị một chiều tiêu biểu của điốt

Chuẩn đoán những lỗi của tiếp giáp p-n trong thiết bị.

Giúp sinh viên chuyển đổi tư duy từ kiến thưc lý thuyết đến tiếp cận với kiến thưc thưc tế

Giúp cho SV hiểu rõ được thí nghiệm là một bộ phận công việc của người làm công tác khoa học ky thuật.

1.2. Cơ sở lý thuyết:

Điốt thưc chất là một tiếp giáp P-N. Điện cưc nối với khối P được gọi là Anốt (ký hiệu là

A), điện cưc nối với khối N gọi là Katốt (ký hiệu là K), toàn bộ cấu trúc trên được bọc trong

một lớp vỏ bằng kim loại hay bằng nhưa.

Đặt điện áp một chiều vào tiếp giáp P-N sao cho cưc dương nối vào Anot, cưc âm nối

vào Ktot. Điện áp này tạo ra một điện trường ngoài Eng có chiều hướng từ khối P sang khối N.

Khi đó điện trường ngoài Eng có chiều ngược với điện trường vùng tiếp xúc E tx nên điện

trường tổng ở vùng tiếp xúc giảm.

Do số lượng hạt dẫn thiểu số ít, nên dòng điện trôi dạt rất nhỏ, I tr 0. Điện trở tiếp giáp

P- N trong trường hợp này gọi là điện trở thuận, có giá trị nhỏ Rth 0.

Đặt cưc dương vào Anot , cưc âm vào Ktot. Khi đó Eng cùng chiều với Etx nên điện

trường tổng ở vùng tiếp xúc tăng, do đó bề rộng vùng nghèo tăng, nó ngăn cản các hạt dẫn đa

số khuếch tán từ khối này sang khối kia, do vậy dòng khuếch tán coi Ikt = 0.

Ta nói tiếp giáp P-N bị khoá, trong trường hợp này Điot coi như một điện trở có giá trị

vô cùng lớn gọi là điện trở ngược, Rng .

5

P NAnốt Katốt

Hình a: Cấu tạo

A K

Hình b: Kí hiệu

UAK

)1( T

AKu

ngbhth eIi

0

Ungược Ung.max

Uthuận

IA

Ingược

Như vậy: Điot chỉ có tác dụng dẫn điện theo một chiều (từ khối P sang khối N) khi được

phân cưc thuận. Tính chất này gọi là tính chất van hay tính chất chỉnh lưu, đó là tính chất

chỉnh lưu của điốt bán dẫn.

Đặc tuyến làm việc của điot

1.3. Thí nghiệm:

1.3.1. Nội quy an toàn thí nghiệm:

- Người thưc hiện thí nghiệm kể cả Hướng dẫn viên và sinh viên đề phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch.

- Các thiết bị thí nghiệm chịu sư kiểm soát an toàn theo phân cấp của nhà nước phải đảm bảo có đây đủ biên bản kiểm định an toàn của cấp có thẩm quyền. Ví dụ: Thiết bị điện cao thế (trên 1 kV), các thiết bị áp lưc, chất hóa học đặc biệt...

1.3.2. Nội dung bài thí nghiệm:

Bài 1: Đặc tính thuận của điốt

Bài 2: Đặc tính ngược của điốt

Bài 3: Kiểm tra một điốt

1.3.3. Phương pháp và cách thức thí nghiệm:

a. Giới thiệu thiết bị và dụng cụ thí nghiệm:

Module circuit # 1 của D3000

Hai đồng hồ vạn năng

Các dây nối.

b. Phân nhóm thí nghiệm: Giáo viên hướng dẫn phân nhóm

c. Tiến hành thí nghiệm

Bài 1: Đặc tính thuận của điốt

6

Các tính chất vật lý của tiếp giáp bán dẫn, kiểm soát dòng điện ở cả chế độ phân

cưc thuận và phân cưc ngược tuân theo định luật Ohm. Trong chế độ phân cưc thuận,

điện trở vùng nghèo (rào cản) phải giảm trước khi có bất kỳ dòng điện nào đi qua.

Trong chế độ phân cưc ngược, số lượng rất nhỏ của các hạt thiểu số có sẵn ảnh

hưởng tới giá trị của dòng điện.

Hình 1: Sơ đồ mạch trong chế độ phân cưc thuận.

Chú ý: bất kỳ dòng điện nào qua vônkế cũng ảnh hưởng đến kết quả đo hiển thị

trên ampekế xem như dòng đi qua điốt. Nên đặt vônkế ở thang đo có điện trở bản thân

của vônkế lớn để dòng điện đi qua nó rất nhỏ.

Việc sử dụng nguồn đặc biệt cung cấp cho chế độ phân cưc thuận của điốt trong

mạch được gắn trên bảng điều khiển gân góc trên cùng bên phải đánh dấu 0-2V DC.

Xác định vị trí 0-2V DC và điều khiển nguồn cấp đến nhỏ nhất.

Nối dây dẫn giữa điểm 1.3 và 1.8 như trong hình 2.

Nối đồng hồ vạn năng 1 trong chế độ đo dòng 1 chiều để cắm lỗ 1.1(chân

dương) và 1.4 (chân chung)

Nối đồng hồ vạn năng 2 trong chế độ đo áp 1 chiều để cắm lỗ 1.9 (chân

dương) và 1.0 (chân mass)

Đóng nguồn cung cấp.

Điều chỉnh nguồn để giữ điện áp 100mV trên điốt

Đọc dòng điện từ đồng hồ vạn năng 1 và ghi lại trong bảng 1.1

Điều chỉnh điện áp 200mV và ghi lại dòng điện.

7

Tiếp tục việc đọc điện áp và ghi lại theo bảng 1.1, chú ý rằng khoảng điện

áp thay đổi gân giá trị 500mV dòng điện tăng nhanh dân. Đọc và ghi lại

giá trị khi tăng giá trị điện áp và thay đổi đồng hồ vạn năng phù hợp với

giá trị đo.

Nguyên nhân gây ra sự tăng điện áp trên điốt là do sự giảm trở kháng

của đồng hồ 1 và có dòng điện lớn đi qua.

Ve đặc tuyến thuận của điốt trên các trục tọa độ. Chú ý giá trị của dòng

điện rất nhỏ trên đồ thị.

Bạn se thấy rằng các giá trị của dòng điện không phải là tuyến tính với điện áp,

do đó dòng điện và điện áp trên điốt không tuân theo định luật Ohm.

8

Từ đồ thị, đọc điện áp rơi trên điốt khi dòng qua anốt là 12 mA.

Bài 2: Đặc tính ngược của điốt

Đảo ngược chiều nguồn điện cung cấp ta có dòng điện ngược qua điốt (dòng

rò). Trong thưc tế dòng điện này không đáng kể. Điều này được khẳng định trong phân

đâu của thí nghiệm. Tuy nhiên, dòng điện rò của tiếp giáp p-n có ý nghĩa quan trọng

trong một số dụng cụ bán dẫn, vì vậy nên dành thêm thời gian nghiên cưu một cách ky

lưỡng.

Cắm một dây dẫn chân 1.7 và 1.8.

Kết nối đồng hồ đo dòng một chiều vào giữa chân 1.5 (chân dương)

và 1.4 (chung)

Đặt chế độ nguồn cung cấp điện áp một chiều từ 0-12V, điều chỉnh

ở 0V, khởi động nguồn cung cấp.

Chú ý: nguồn cung cấp được nối sao cho cưc âm ở phía trên để thuận tiện

trong việc phân cưc ngược cho điốt.

Nhìn đồng hồ khi tăng dân giá trị nguồn cung cấp đến cưc đại.

Bạn lưu ý rằng không có sư thay đổi giá trị trên đồng hồ đo chưng tỏ rằng dòng

điện rò là rất nhỏ so với dòng điện định mưc của đồng hồ do. Tuy nhiên, chúng ta biết

rằng có một lượng nhỏ các hạt thiểu số tạo nên dòng điện, và bằng cách đo điện áp rơi

trên R16 (điện trở 1MΩ trong mạch Circuit#8) có thể xác định rõ dòng rò.

Bỏ đồng hồ 1 và thay thế bởi một dây dẫn giữa 1.4 và 1.5

Bỏ dây dẫn ở chân 1.7 và 1.8. Nối điện trở than chì có giá trị 1MΩ

giữa 1.7 - 8.14 và 1.8 -8.15.

9

Nối đồng hồ do 2 ở chế độ đo áp một chiều với chân 1.9 (chân âm)

và 1.10 (chân dương) để đo điện áp anốt với catốt của điốt. Điều

chỉnh nguồn cung cấp cho đến khi đo điện áp anốt là -1V.

Di chuyển chân dương của đồng hồ đo 2 (vẫn để chế độ đo áp một

chiều) cắm vào lỗ cắm 1.7 như hình 1.4

Lưu ý: Bạn không thể sử dụng hai đồng hồ vạn năng, khi một trong số

chúng có thể re nhánh qua điốt tạo kết quả sai.

Ghi lại điện áp trên R16 (mV) theo bảng 1.2

Làm lại bước trước với điện áp -2V, -3V và tăng lên -11V.

Chú ý: Vì điện áp trên R16 là rất nhỏ nên đồng hồ 2 khó có thể xác định rõ điện

áp trên nó. Nếu bạn gặp phải khó khăn này thì lấy kết quả trung bình giữa giá trị cao

nhất và thấp nhất có thể đo được.

10

Giá trị của dòng điện rò được tính bằng cách chia điện áp với giá trị điện trở

R16(1MΩ)

Chú ý đơn vị đo điện áp millivolt (10-3) điện trở megohms (106) giá trị dòng

nanoamps (10-9).

Ví dụ: 10mV chia cho 1 MΩ được 10nA

Tính toán giá trị của dòng rò cho mỗi giá trị của điện áp và ghi lại

vào bảng 1.2.

Nhập giá trị dòng điện rò nA khi điện áp -10V.

Bạn se thấy rằng có sư thay đổi nhỏ dòng điện rò không giống như đặc tuyến

ngược ve trên đồ thị.

Điốt sử dụng (1N4148) có điện áp đánh thủng (Peak Inverse Voltage - PIV) rất

cao khó có thể ve trên đồ thị. PIV là điện áp ngược lớn nhất đặt vào điốt, trước khi nó

bị hỏng. Một điốt được chọn khi điện áp ngược đặt trên điốt không bao giờ vượt quá

điện áp ngược đánh thủng của nó trong khi hoạt động bình thường.

Tắt nguồn cung cấp.

11

Bài 3: Kiểm tra một điốt

Các lỗi thường xảy ra với một điốt là:

1. Tiếp giáp P-N bị đánh thủng (ngắn mạch cả hai chiều)

2. Tiếp giáp P-N bị đưt (hở mạch cả hai chiều)

3. Rò rỉ. Đó là sư gia tăng dòng điện khi bị phân cưc ngược.

Một điều khác có thể xảy ra là mắc điốt vào trong mạch vòng sai. Điều này rất dễ

nhâm do điốt nhỏ có cấu tạo đối xưng giữa cưc catốt và anốt. Trong hâu hết các trường

hợp, bạn có thể tìm thấy một dải hoặc một vòng quanh điốt ở cuối cưc catốt. Đường

này thường có mâu đen khi điốt có vỏ trong suốt hoặc có mâu bạc khi điốt có vỏ mâu

đen. Kiểm tra điốt trên bảng mạch.

Se rất thuận tiện nếu sử dụng đồng hồ số vạn năng để kiểm tra các lỗi ở trên. Để

làm được điều này bạn phải thưc hiện ba phép đo – hai phép đo thử độ dẫn của điốt và

một phép đo trở kháng của điốt. Đối với tất cả các phép đo, điều quan trọng là nguồn

được gỡ bỏ ra khỏi mạch thử nghiệm trước khi thử với điốt.

3.1 Đo lường chế độ phân cực thuận và phân cực ngược

Đo lường chế độ phân thuận và phân cưc ngược, bạn cân sử dụng thử nghiệm

điốt trên đồng hồ số. Kiểm tra dấu trên điốt bằng cách chuyển chế độ đo trên đồng hồ

vạn năng phù hợp. Chiều dẫn của điốt được ký hiệu bằng hình .

Điều kiện phân cưc thuận của tiếp giáp bán dẫn có được khi vùng bán dẫn p (cưc

anot của điốt) dương so với vùng bán dẫn n (cưc catốt của điốt). Để phân cưc thuận,

nối cưc dương (đỏ) của đồng hồ với cưc anốt, nối cưc âm (đen) với catốt như hình

1.5.a

12

Với việc lưa chọn cách kiểm tra điốt, đồng hồ se hiển thị giá trị điện áp trên điốt

khi được phân cưc thuận. Làm thế nào giải thích được các giá trị hiển thị trên đồng hồ

phụ thuộc vào các chế độ của đồng hồ bạn đang sử dụng.

Nếu đồng hồ đo một cách riêng biệt, thì thông thường hiển thị giá trị điện áp

phân cưc thuận giữa hai đâu của điốt khoảng millivols (mV). Điện áp hai đâu điốt của

một phép đo điển hình khi điốt được phân cưc thuận là 600-700mV.

Tuy nhiên, nếu điốt được xây dưng để đo trong chế độ trở kháng, thì khi đó se có

phép đo trở kháng. Một điốt điển hình đo giá trị khoảng 1KΩ.

Cách nào để kiểm tra điốt mà bạn có, bạn cũng cân kiểm tra hoạt động của nó để

tìm ra các giá trị có thể đo trên đồng hồ.

Trong chế độ phân cưc ngược cũng có thể kiểm tra điốt với nhiều cách. Để có

chế độ phân cưc ngược, nối que dương (đỏ) vào catốt và quen âm (đen) vào anốt như

hình 1.5b.

Với phạm vi thử của điốt, có thể có các giá trị nằm ngoài khoảng đo của đồng hồ.

Điều này có thể xảy ra khi thang đo cỡ mV hoặc kΩ. Phép đo này cũng có thể xác định

vòng tròn của điốt và việc lắp chúng trong mạch. Đọc giá trị 600mV hoặc trở kháng

kΩ trong chế độ phân cưc ngược.

3.2 Kiểm tra một điốt bị rò

Phép đo lường thư 3 cho bạn xác định điốt bị rò. Một điốt bị rò se cho dòng điện

đi qua và tăng dân lên khi điện áp phân cưc ngược.

Để kiểm tra một điốt bị rò, chuyển đồng hồ đo sang chế độ trở kháng 20kΩ hoặc

cao hơn và kết nối với đồng hồ đo trong chế độ phân cưc ngược (cưc dương – que đỏ

nối catốt, cưc âm – que đen nối vào anốt).

Đối với một điốt silicon hoạt động tốt, trở kháng đo được khi bị phân cưc ngược

tối thiểu 5MΩ (có thể nằm ngoài khoảng đồng hồ đo được). Một điốt bị rò có trở

kháng giảm đáng kể so với giá trị bị phân cưc ngược này.

Lưu ý: tất cả các điốt trong bảng mạch 1 là điốt silicon có trở kháng khi bị phân

cưc ngược cao.

Bây giờ bạn thực hiện các thử nghiệm trên điốt khi nó đang làm việc:

Tắt nguồn cung cấp và tháo rời tất cả các mối nối và dây dẫn trong bảng

mạch 1. Bạn nên luôn luôn tách rời mạch khỏi nguồn cung cấp trước khi

thử nghiệm một điốt

Sử dụng đồng hồ số đo điốt , đo chế độ phân cưc thuận và phân cưc ngược

cho điốt ở bảng 1 (đo giữa lỗ cắm 1.9 và 1.10). Ghi lại các giá trị nhận

được vào bảng 1.3

Lưu ý: Ghi giá trị đọc được một cách cẩn thận vì các giá trị đo phụ thuộc và chế

độ của đồng hồ đo mà bạn lưa chọn.

13

Bạn nên tạo cho mình quen thuộc với cách đọc các thông số bằng cách lưa chọn

phù hợp cách đo điốt. Điều đó rất quan trọng cho việc biết điều gì xảy ra với thiết bị,

chư không phải là nhất định của một số giá trị có trong lý thuyết có thể có hoặc không

có trong thưc tế. Các thử nghiệm tiếp giáp p-n theo cách này rất quan trọng trong việc

chuẩn đoán lỗi hoặc xử lý sư cố.

Một đồng hồ số vạn năng được đặt chế độ trở kháng cao để thử điốt và kết

nối với điốt, giá trị đo nằm ngoài khoảng hiển thị của đồng hồ, điều đó có nghĩa

là:

a. Điốt bị rò

b. Điốt bị phân cưc ngược

c. Điốt bị ngắn mạch

d. Điốt bị phân cưc thuận.

1.4. Chuẩn bị của sinh viên:

- Đọc và nghiên cưu bài thí nghiệm

- Đọc và nghiên cưu lý thuyết có liên quan đến nội dung bài thí nghiệm

- Chuẩn bị các vật dụng, giấy vở ghi chép số liệu thí nghiệm

- Sư chuẩn bị của sinh viên phải được thông qua kiểm tra của người hướng dẫn thí nghiệm. Nếu không đạt, se không được tham gia thí nghiệm và có được thí nghiệm tiếp vào buổi khác hay không se do Bộ môn và Ban chủ nhiệm khoa giải quyết.

Phần II. Viết báo cáo thí nghiệm

2.1. Quy định chung:

Báo cáo thí nghiệm được viết một mặt trên khổ giấy A4, đóng quyển, bìa mềm (theo mẫu .........). Mỗi sinh viên có một quyển báo cáo riêng.

2.2. Nội dung báo cáo:

2.2.1. Cơ sở lý thuyết

Phân tích cơ sở lý thuyết như mục 1.2.

14

2.2.2. Báo cáo kết quả thí nghiệm

- Tổng hợp những kết quả chính cho nội dung báo cáo

- Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm

- Gia công kết quả, lập bảng, ve đặc tính

- Nhận xét kết quả:

+ Các kết quả thu được từ thí nghiệm

+ So sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

+ Mưc độ kết quả đạt được so với yêu câu đề ra

+ Đánh giá các sai số của dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, người thao tác...

- Kiến nghị.

Phần III. ĐÁNH GIÁ CHẤM ĐIỂM, BẢO VỆ THÍ NGHIỆM

Bộ môn hay tập thể hướng dẫn thí nghiệm tổ chưc đánh giá điểm thí nghiệm thông qua lưa chọn một trong những hình thưc sau:

- Chấm điểm dưa trên nội dung bản báo cáo thí nghiệm của từng sinh viên

- Điểm thí nghiệm của sinh viên được tổng hợp theo lớp có chữ ký xác nhận Trưởng bộ môn chuyên môn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 D3000 Semiconductors-1

2 Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB, KHKT, 1997.

3 PGS. TS Đỗ Xuân Thụ, Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật

điện tử, NXB Giáo Dục, 2008.

4 Bộ môn Ky thuật điện tử, Giáo trình Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Ky

thuật Công Nghiệp.

15

BÀI 2CÁC MẠCH CHỈNH LƯU


16

Chỉnh lưu là quá trình biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp

cho mạch. Hâu hết các thiết bị điện tử dân dụng cũng như công nghiệp ngày nay đều

hoạt động dưa trên nguồn cung cấp một chiều. Vì vậy, có thể nói, các mạch chỉnh lưu

đóng một vai trò hết sưc quan trọng đối với hoạt động của các thiết bị điện tử nói

chung. Bài thí nghiệm “Các mạch chỉnh lưu” này se hướng dẫn sinh viên thưc hiện các

thao tác thí nghiệm cân thiết trên một mạch chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng đơn giản

như: đo đạc giá trị dòng điện, điện áp trên tải, quan sát dạng sóng điện áp xoay chiều

đâu vào và dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu. Tiếp theo, thưc hiện kết nối thêm tụ lọc

vào mạch chỉnh lưu và quan sát dạng sóng điện áp gợn sóng trên tải. Cuối cùng, bằng

việc thay đổi giá trị của dòng tải và xác định giá trị điện áp trung bình trên tải tương

ưng, sinh viên se xây dưng được các đường đặc tính và qua đó có thể nhận biết được

mối quan hệ giữa dòng điện trên tải và điện áp trung bình trên tải cũng như biên độ

điện áp đập mạch.

Qua bài thí nghiệm này, với một trình tư các thao tác được trình bày một cách

tuân tư, hợp lý se giúp sinh viên đối chiếu và kiểm chưng lại những kiến thưc lý thuyết

và các vấn đề liên quan về các mạch chỉnh lưu đã được trình bày trong bài giảng, sách

giáo khoa... Và qua đó, giúp sinh viên có thể củng cố vững chắc thêm kiến thưc lý

thuyết thuộc bài 2 chương 1 và chương 4 học phân “ Ky thuật điện tử tươg tư ” đã

được học trên lớp.




Định nghĩa những thuật ngữ “Chỉnh lưu”, “Gợn sóng”, “Đặc tính hiệu

chỉnh”

So sánh hoạt động của các mạch chỉnh lưu nửa sóng hoặc toàn sóng đơn

giản

So sánh tác động lên các nguồn công suất nửa sóng và toàn sóng khi mắc

một tụ tích lũy năng lượng song song với tải

Xác định trở kháng ra, Đặc tính hiệu chỉnh và tỷ lệ phân trăm gợn sóng của

một nguồn công suất




17

Chỉnh lưu là một quá trình biến đổi dòng xoay chiều (mà đâu tiên chạy theo

một chiều và sau đó chạy theo chiều còn lại, một cách có chu kỳ) thành dòng một

chiều mà chỉ chạy theo một chiều trong một mạch.

Hình 1.1 Chỉnh lưu

Chỉnh lưu đơn giản (nửa sóng) có thể được thưc hiện bằng cách nối một điot ở

giữa nguồn cung cấp và tải. Biến áp cách ly tải với nguồn cung cấp xoay chiều và hiệu

chỉnh điện áp tới giá trị mong muốn. Điot chỉ dẫn dòng trong nửa chu kỳ dương của

nguồn cung cấp.

Hình 1.2 Chỉnh lưu nửa sóng

Đối với chỉnh lưu toàn sóng thì một Điot thư 2 được đưa vào cùng với một máy

biến áp trung tínhđể làm việc với nửa chu kỳ âm của nguồn điện, khi Điot thư nhất đã

khóa.

18

Hình 1.3 Chỉnh lưu toàn sóng

Trong cả hai trường hợp này, điện áp trung bình thu được là nhỏ và có một

lượng thay đổi lớn trong điện áp cung cấp cho tải. Sư thay đổi này được gọi là gợn

sóng. Những gợn sóng này là không chấp nhận được đối với nhiều loại thiết bị điện tử.

Một tụ điện giá trị lớn được mắc nối tiếp với đâu ra của Điot (song song với tải)

se nạp tới giá trị đỉnh của nguồn xoay chiều khi Điot đang dẫn …. Tụ này được gọi là

tụ tích trữ. Nó duy trì điện áp ở một giá trị trung bình lớn hơn, bằng phẳng hơn.

Hình 1.4 Tụ tích lũy

Hình 1.5

1.3. Thí nghiệm:



19



Bài 1 Nguồn công suất một chiều đơn giản.

Bài 2 Tác động của tải biến đổi.



Các mạch #1, #2 và #13 của module Nguồn cung cấp – 1 D3000 – 3.4

Máy hiện sóng


Các dây nối ngắn và các đâu cắm

b. Phân nhóm thí nghiệm: Giáo viên hướng dẫn chia nhóm


Bài 1 Nguồn công suất một chiều đơn giản

Các nguồn công suất xoay chiều sử dụng dòng điện xoay chiều do sư dễ dàng

và thuận tiện của việc biến đổi thành và từ điện áp cao, dòng điện thấp phục vụ cho

việc truyền tải. Hâu hết các thiết bị điện tử yêu câu giá trị ổn định của dòng một chiều

khi hoạt động.

Mục tiêu của phân đâu tiên của bài này là để xác định điện áp trung bình và

dòng điện từ nguồn điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng, và quan

sát dạng sóng của điện áp trên tải.

Tải được cung cấp trong modul này (modul #13) sử dụng một tranzitor có thể

điều khiển được để tạo nên một dòng điện có thể biến đổi. Đây là một thiết bị rất tiện

lợi cho phép điều khiển một cách đơn giản dòng tải mà có thể lên tới khoảng một phân

tư Ampe (250 mA).

20

Hình 1.6

Nối dây nối ngắn giữa các lỗ cắm 1.4 & 2.1, 1.5 & 2.2, 1.6 & 2.3 và 2.8

và 2.12 và các đâu cắm giữa lỗ cắm 1.2 và đất của máy hiện sóng và

giữa lỗ cắm 2.14 & 13.2.

Nối đồng hồ vạn năng 1, ở thang đo dòng một chiều tới lỗ cắm 2.7

(dương) và 13.1 (chung) để quan sát dòng tải và đồng hộ vạn năng 2, ở

chế độ điện áp một chiều tới lỗ cắm 13.3 (dương) và 13.4 (chung) để

quan sát điện áp tải.

Thiết lập máy hiện sóng như sau:

- Timebase là 5ms/div

- Trigger selector ở chế độ AC

- Dual trace operation, chế độ CHOP

- Cả hai tỷ lệ thang đo theo phương Y là 10V/div, đâu vào

một chiều

- Điều chỉnh kênh CH1 ở vị trí thấp hơn 2 vạch đo so với đỉnh

của màn hình hiển thị.

- Điều chỉnh kênh CH2 ở vị trí cao hơn 2 vạch đo so với đáy

của màn hình hiển thị.

Nối chân CH1 của máy hiện sóng tới lỗ cắm 1.1 để quan sát đâu vào

xoay chiều, và CH2 tới lỗ cắm 2.4 để quan sát dạng sóng điện áp tải

Bật Module nguồn chỉnh lưu.

Điều chỉnh núm điều khiển trên modul tải tích cưc (#13) để nhận được

dòng tải 50 mA được biểu thị trên đồng hồ vạn năng 1. Bạn có thể thay

thế bằng một thiết bị đo tiện lợi hơn nếu sẵn có.

21

Ghi lại giá trị điện áp tải được thể hiện trên đồng hồ vạn năng 2

Điện áp tải = V (chỉnh lưu nửa sóng)

Bảo vệ quá tải

Để ngăn chặn sư phá hủy mà có thể bị gây nên bởi ngắn mạch sư cố ở đâu ra

của các điot, Modul này được bảo vệ bởi các câu chì nhiệt tác động nhanh. Những thao

tác bảo vệ này được thưc hiện như sau:

Cắm một đâu của dây cắm “Chờ” vào lỗ cắm nối đất (17.6) trên Mạch

#17. Nối đâu còn lại của dây cắm “Chờ” vào lỗ cắm 13.1 để tạo nên một

sư cố ngắn mạch ở đâu ra.

Bạn se có thể quan sát thấy các hiện tượng sau:

(i) dòng điện tăng rất nhanh, và sau đó rơi nhanh xuống giá trị an

toàn

(ii) đèn LED bên trên của Mạch #1 sáng báo hiệu một sư cố quá tải

(iii) điện áp đâu ra giảm về không.

Loại bỏ ngắn mạch, khôi phục lại hoạt động bình thường của mạch.

Tháo dây cắm chờ khỏi mạch

Phác thảo các dạng sóng của điện áp đâu vào xoay chiều (AC) và điện áp

tải (nửa sóng) trên đồ thị đã cho, thưc hiện trên thang đo điện áp và thời

gian.

Biến đổi mạch để thưc hiện chỉnh lưu toàn sóng bằng cách chuyển CH2

tới lỗ cắm 2.7 (cắm đè lên đâu cắm dương của đồng hồ vạn năng 1) và

nối một dây nối giữa các lỗ cắm 2.4 & 2.5.

22

Ve phác dạng sóng điện áp tải mới (toàn sóng) trên đồ thị và ghi lại những giá

trị mới của điện áp và dòng tải vào Bảng 1.1:

Chỉnh lưu toàn sóng

Dòng tải Điện áp tải

mA V

Điện áp tải được biểu thị ở đồng hồ vạn năng 2 thể hiện điện áp trung bình của

bộ chỉnh lưu toàn sóng. Có thể chưng minh bằng toán học rằng điện áp trung bình này

bằng điện áp đỉnh.

1a Từ Bảng 1.1 và dạng sóng phác thảo 1.1, tính toán và nhập vào tỷ số

1b Tác động của việc chuyển đổi từ chỉnh lưu nửa sóng sang chỉnh lưu toàn sóng

là:

a. tăng điện áp trên tải nhưng dòng điện không đổi

b. cả điện áp và dòng điện tải tăng xấp xỉ gấp đôi

c. tăng dòng điện tải nhưng điện áp không đổi

d. cả điện áp và dòng điện không đổi

Tác động của tụ tích lũy

23

Biến đổi lại thành chỉnh lưu nửa sóng và thêm vào một tụ tích lũy bằng

cách:

Chuyển chân dương của đồng hồ vạn năng 1 từ lỗ cắm 2.7 tới lỗ cắm 2.13, bỏ

đường nối ngắn giữa lỗ cắm 2.4 & 2.5 và thay vào đó là thưc hiện nối ngắn giữa lỗ

cắm 2.7 & 2.9.

Điều chỉnh núm vặn trên mạch tải tích cưc (#13) để nhận được dòng tải

là 100 mA.

Phác họa lại dạng sóng của đâu vào xoay chiều và điện áp tải trên đồ thị

đã cho, lưu ý đến mưc độ của thành phân một chiều, và thưc hiện trên

thang đo điện áp và thời gian.

Ghi lại giá trị của điện áp tải ở Bảng 1.2

24

Chỉnh lưu nửa sóng Chỉnh lưu toàn sóng

Điện áp tải Dòng tải Điện áp tải

V mA V

Biến đổi thành chỉnh lưu toàn sóng bằng cách thêm vào một dây nối

ngắn giữa các lỗ cắm 2.4 & 2.5

Hình 1.10

Ve phác lại dạng sóng điện áp mới trên tải trên đồ thị ở Đồ thị phác thảo

dạng sóng 1.2 và thêm những giá trị mới của điện áp và dòng tải vào

Bảng 1.2

1c Từ Đồ thị phác thảo dạng sóng 1.2, khi dùng chỉnh lưu toàn sóng thay cho

chỉnh lưu nửa sóng biên độ của sóng hài cơ bản giảm đi khoảng:

a 3% b 12% c 50% d 100%

1d Với một tụ lọc trong mạch, khi dùng chỉnh lưu toàn sóng thay cho chỉnh lưu

nửa sóng điện áp đầu ra trung bình tăng lên khoảng:

a 3% b 12% c 50% d 100%

Bài 2: Tác động của tải biến đổi

Dòng chạy qua tải được cung cấp thông qua cuộn dây thư cấp máy biến áp và

điot (các điot). Cả 2 phân tử này đều có trở kháng, mà se làm rơi một phân điện áp.

Khi dòng tải tăng lên thì điện áp rơi này cũng tăng lên, làm cho điện áp trên tải bị

giảm.

Hình 1.11

25

Khi điot không dẫn dòng tải được cung cấp từ tụ tích lũy. Việc này làm cho tụ

phóng điện.

Sư tổn thất điện áp này lại được tiếp tục bù lại ở lân dẫn kế tiếp của Điot.

Kết quả nhận được ở đâu ra là một điện áp gợn sóng. Biên độ của điện áp gợn

sóng này vì vậy cũng biến đổi theo lượng dòng điện đang được tiêu thụ bởi tải.

Hình 1.12 Điện áp gợn sóng và dòng tải

Tăng dung lượng của tụ tích lũy có thể làm giảm độđập mạch điện áp.

Trong bài thí nghiệm này dòng tải se được biến đổi và biên độ điện áp tải và

điện áp gợn sóng se được ghi lại và xây dưng trên đồ thị đặc tính hiệu chỉnh và đường

thể hiện sư thay đổi của điện áp gợn sóng theo dòng tải.

Hình 1.13

Hình 1.14

26

Nối dây nối ngắn giữa lỗ cắm 1.4&2.1, 1.5&2.2, 1.6&2.3, 2.4 & 2.5, 2.7

& 2.9, và 2.8 & 2.12 và đâu cắm giữa lỗ cắm 1.2 & và đất của máy hiện

sóng, và giữa lỗ cắm 2.14 & 13.2

Kết nối đồng hồ vạn năng 1 ở thang đo dòng một chiều tới lỗ cắm 2.13

(dương) và 13.1 (chung) để quan sát dòng tải và đồng hồ vạn năng 2 ở

thang đo điện áp một chiều tới lỗ cắm13.3 (dương) và 13.4 (chung)để

quan sát điện áp tải.


- Timebase là 5ms/div, trigger ở chế độ AC


- Tỷ lệ thang đo CH1 Y là 10V/div, đâu vào một chiều

- Tỷ lệ thang đo CH2 Y là 0.5V/div, đâu vào một chiều

- Điều chỉnh kênh CH1 ở vị trí thấp hơn 2 vạch đo so với đỉnh

của màn hình hiển thị

- Điều chỉnh kênh CH2 ở vị trí cao hơn 2 vạch đo so với đáy của

màn hình hiển thị

Kết nối chân CH1 của máy hiện sóng tới lỗ cắm 1.1 để quan sát điện áp

đâu vào xoay chiều và CH2 tới lỗ cắm 2.4 để quan sát dạng sóng điện áp

tải

Bật Modul nguồn cung cấp

Điều chỉnh núm vặn trên Modul tải tích cưc (Mạch #13) để giá trị dòng

tải là 25 mA

Ghi lại giá trị của điện áp tải thể hiện trên đồng hồ vạn năng và ghi lại

vào Bảng 1.3

Dòng tải Điện áp tải Điện áp gợn

sóng

Dòng tải Điện áp tải Điện áp gợn

sóng

25 mA V Vp-p 125 mA V Vp-p




Ghi lại từ máy hiện sóng biên độ của điện áp gợn sóng và ghi vào bảng

1.3

Điều chỉnh dòng tải ở mưc 50 mA và đọc biên độ của điện áp tải và điện

áp gợn sóng, ghi vào bảng 1.3

27

Điều chỉnh dòng tải ở từng mưc ghi trong Bảng 1.3, đọc biên độ điện áp

tải và điện áp gợn sóng tương ưng với mỗi dòng tải và ghi vào bảng 1.3

Chú ý: Chúng ta có thể khảo sát ở giá trị dòng điện là 225 mA, nhưng bảo vệ

quá tải của Modul được thiết lập ở 200 mA, chế độ hoạt động quá tải có thể được thưc

hiện nếu thiết lập này được duy trì với bất cư khoảng thời gian nào.

Ve lại đồ thị của điện áp tải theo dòng tải (Đặc tính hiệu chỉnh) và biên

độ gợn sóng theo dòng tải trên biểu đồ đã cho

Đồ thị 1.1 Đặc tính hiệu chỉnh tải

Đường dốc xuống của đồ thị này thể hiện trở kháng ra Rs của nguồn cung cấp.

Giá trị của trở kháng này có thể được tính toán bằng cách tính chênh lệch giữa

các giá trị khảo sát.

Ví dụ, khi dòng tải tăng từ 50 mA lên 150 mA, có thể nhận thấy điện áp đâu ra

giảm từ 12.5V xuống 11.3V.

Một sư thay đổi dòng điện là 150 - 50 = 100 mA gây ra một sư thay đổi về điện

áp là 12.5 – 11.3 = 1.2V

Trở kháng tương ưng se là: ( ) = = 12

Từ những thông tin trong bảng 1.3, tính toán trở kháng ra của bộ nguồn

chỉnh lưu của chúng ta theo các bước sau đây:

28

- Sư thay đổi của dòng điện ( trong khoảng từ 25 mA tới 175 mA là =… mA

- Điện áp đâu ra khi dòng điện là 25 mA = ….. V

- Điện áp đâu ra khi dòng điện là 175 mA=…. V

- Sư thay đổi của điện áp ( trong khoảng từ 25 mA tới 175 mA là =…. V

- Trở kháng ra = = Ω

2a Nhập giá trị của trở kháng ra của bộ nguồn chỉnh lưu với dòng điện thay đổi

trong khoảng từ 25 mA tới 175 mA

2b Dạng của đặc tính hiệu chỉnh là:

2c Từ phác thảo dạng sóng 1.3, tính toán và nhập giá trị phần trăm của điện áp

gợn sóng đỉnh – đỉnh của bộ nguồn chỉnh lưu tại giá trị dòng điện là 200mA






29
















- Kiến nghị.






1 D3000 Power Supplies-1 Laboratory Manual 3.51






30

BÀI 3

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ LÀM TRƠN


31

Như đã trình bày và chưng minh ở bài thí nghiệm trước về các mạch chỉnh lưu

nửa sóng và toàn sóng, điện áp đâu ra của các mạch chỉnh lưu này, dù đã mắc thêm tụ

lọc, đều có dạng đập mạch, do đó chất lượng điện áp đâu ra là không tốt. Để khắc phục

nhược điểm này, một giải pháp được đưa ra là chúng ta se mắc thêm vào các mạch

chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng có tụ tích lũy một điốt ổn áp zener. Như chúng ta đã

biết, điốt ổn áp zener se làm việc ở chế độ ổn áp khi dòng đi qua nó thỏa mãn I Đzmin <

IĐz < IĐzmax, khi đó nó se giữ điện áp đâu ra ở giá trị điện áp ổn áp của nó, loại bỏ hết

các gợn sóng, và điện áp trên tải se có dạng hoàn toàn bằng phẳng. Mục đích của phân

thư nhất trong bài thí nghiệm này là chưng minh những cơ sở lý thuyết này bằng cách

đo đạc giá trị điện áp, dòng điện, cũng như quan sát dạng sóng điện áp đâu ra trên tải

của mạch ổn áp zener mắc song song. Tuy nhiên, mạch ổn áp zener mắc song song có

một nhược điểm là dòng tải sinh ra se bị giới hạn do bởi giá trị của điện trở gánh. Để

khắc phục nhược điểm đó, phân thư hai của bài thí nghiệm này se hướng dẫn sinh viên

lắp thêm vào mạch ổn áp zener mắc song song một tranzitor nối tiếp, việc này se làm

giảm sư hạn chế của dòng điện trên tải, khắc phục được đáng kể nhược điểm của mạch

ổn áp zener mắc song song. Và tất cả những nhận định này cũng se được chưng minh

bằng cách đo giá trị dòng điện, điện áp, quan sát dạng sóng điện áp trên tải của mạch

thí nghiệm.

Bài thí nghiệm này lân lượt trình bày hai phương pháp cải tiến mạch chỉnh lưu

nửa sóng và toàn sóng để có một điện áp đâu ra chất lượng tốt hơn thông qua các thao

tác thí nghiệm trên bo mạch thí nghiệm điện tử và qua đó se giúp sinh viên kiểm

chưng được và củng cố vững chắc thêm những kiến thưc lý thuyết ở chương 4 học

phân “ Ky thuật điện tử tương tư ” đã được trình bày ở trên lớp.





Xác định trở kháng ra, biên độ gợn sóng và tỷ lệ phân trăm gợn sóng của

một nguồn chỉnh lưu

Phác họa Đặc tính hiệu chỉnh và các dạng sóng điện áp cho một nguồn

chỉnh lưu ổn áp bằng điot zener

Khảo sát hoạt động của một mạch ổn áp zener/tranzitor

So sánh hiệu suất của một mạch ổn áp dùng diot zener, và mạch ổn áp

zener/tranzitor, với hiệu suất của một nguồn chỉnh lưu không ổn áp

Chuẩn đoán lỗi trong một mạch ổn áp dùng điot zener.

32




Năng lượng điện một chiều thường được dùng để cung cấp cho một số thiết bị và

phụ tải như : nạp ắc quy, sạc pin và các hệ thống điện tử nói chung. Trong thưc tế,

năng lượng một chiều có được chủ yếu được lấy từ nguồn năng lượng xoay chiều của

lưới điện thông qua một quá trình biến đổi được thưc hiện trong nguồn một chiều,

nhằm tạo điện áp ổn định ở đâu ra.

Sơ đồ khối của nguồn một chiều như hình ve:

Trong đó:

- Máy biến áp: dùng để biến đổi điện áp xoay chiều u1 thành điện áp xoay chiều

u2 có cùng tân số và có giá trị thích hợp với yêu câu.

- Mạch chỉnh lưu: dùng để biến đổi điện áp xoay chiều u2 thành điện áp một

chiều U= không bằng phẳng (đập mạch).

- Bộ lọc: có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch thành điện áp một

chiều U01 ít nhấp nhô hơn.

- Bộ ổn áp (ổn dòng) một chiều: có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đâu

ra U02 (It) không đổi khi điện áp lưới hay điện trở tải thay đổi trong một phạm vi nhất

định.

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1: Mạch ổn áp zener mắc song song

Bài 2: Bộ ổn áp Zener/Tranzitor

33

Biến áp u2 Ut

It

RtMạch

chỉnh lưu Bộ lọc Ổn áp Ổn dòng

U= U01 U02u1



Mạch #1, #2, #3, #4 & #13 của Modul Nguồn chỉnh lưu – 1 D3000 – 3.4

Máy hiện sóng


Các dây nối



Bài 1: Mạch ổn áp zener mắc song song

Đường đặc tính của Điot zener (Hình 2.1a) chỉ ra rằng, nếu điện áp đặt lên nó

(điện áp phân cưc ngược), vượt quá điện áp Vz của nó, dòng ngược chạy qua nó tiến

đến vô cùng. Một điện trở (R) phải được mắc nối tiếp giữa catot của điot zener và

nguồn chỉnh lưu để ngăn cản sư phá hủy diot zener.

Hình 2.1

Điện trở R (hình 2.1 b) giữ dòng Is ở giá trị không đổi

Is = (Hình 2.1 b)

Chú ý rằng giá trị của điện trở nối tiếp nên chọn nhỏ nhất có thể để cho phép

một dòng lớn nhất chạy qua. Tuy nhiên, định mưc chỉnh lưu tiêu tán của điot zener se

xác định giá trị dòng an toàn lớn nhất.

Ví dụ, 500 mW là một chỉnh lưu định mưc thường thấy ở những điot zener nhỏ.

Với một điot zener 8.2V (như được sử dụng trong Mạch #3) giá trị dòng lớn nhất se là:

(P = V×I, => I = ) = = 61 mA

34

Để xác định trở kháng yêu câu, cân phải biết giá trị của nguồn cung cấp. Giá trị

này se được tính toán ở chương tiếp theo, vào khoảng 17V, suy ra điện áp rơi trên điện

trở nối tiếp là xấp xỉ 17 – 8 = 9V.

Giá trị an toàn tối thiểu cho điện trở này se là:

R = = 148 Ω

Để mạch hoạt động tin cậy thì một giá trị điện trở lớn nhất là 220 Ω được chọn.

Dẫn đến giá trị dòng điện lớn nhất là:

Bất cư giá trị dòng nào được tiêu thụ bởi tải se làm giảm dòng zener đi một lượng

tương ưng

Is = Iz + IL hay Iz= Is – IL (Hình 2.2)

Hình 2.2

Nếu dòng điot zener được giảm về giá trị 0 <IĐz< IOđmin khi đó sư ổn áp se không

còn và điện áp đâu ra se giảm khi mà dòng tải tăng lên.

Hiệu ứng làm trơn

Điot zener se giữ điện áp đâu ra ở giá trị điện áp ngược của nó khi IOđmin IĐz IOĐmax. Việc này se loại bỏ tất cả các gợn sóng mà có thể xuất hiện sau tụ tích lũy

Hình 2.3 Hiệu ứng làm trơn của Điot zener

Nếu dòng điot zener giảm về 0 <IĐz< IOđmin, hiệu ưng “cắt” của điot zener không

hoạt động và điện áp gợn sóng se xuất hiện ở đâu ra.

35

Hình 2.4

Đọc các giá trị của điện áp đâu ra (điện áp tải) (V) khi mà dòng điện thay đổi se

cho phép chúng ta xây dưng được đường đặc tính hiệu chỉnh.

Hình 2.5

Nối dây cắm giữa các lỗ cắm 1.4 & 2.1, 1.5 & 2.2, 1.6 & 2.3, 2.4 & 2.5,

2.7 & 2.9, 2.8 & 2.12, 2.13 & 3.1, 2.14 & 3.3 và 3.6 & 13.2

Nối đồng hồ vạn năng 1 ở thang đo dòng một chiều tới lỗ cắm 3.5

(dương) và 13.1 (chung) để theo dõi dòng tải, và đồng hồ vạn năng 2 ở

thang đo điện áp một chiều tới lỗ cắm 3.2 (dương) và 13.4 (chung) để

theo dõi điện áp đâu ra (tải).


Tháo đâu dương của đồng hồ vạn năng 1 khỏi lỗ cắm 3.5 để thưc hiện

một phép đo điện áp đâu ra mà không có dòng tải. Ghi giá trị đo được

vào Bảng 2.1 tương ưng với dòng tải là 0 mA.

Lắp lại chân dương của đồng hồ vạn năng 1 vào lỗ cắm 3.5.

Dòng tải Điện áp tải Dòng tải Điện áp tải

0 mA V 35 mA V

10 mA V 40 mA V

15 mA V 45 mA V

20 mA V 50 mA V

25 mA V 55 mA V

36

30 mA V 60 mA V

Sử dụng núm vặn trên Mạch tải tích cưc (#13) để điều chỉnh dòng tải tới

10 mA, đọc giá trị của điện áp đâu ra. Ghi vào Bảng 2.1

Đọc giá trị điện áp đâu ra tương ưng với mỗi giá trị dòng điện được liệt

kê trong Bảng 2.1, thay đổi thang đo của đồng hồ vạn năng 1 cho hợp lý.

Ghi kết quả vào Bảng 2.1

Chú ý: Việc đọc kết quả có thể không thưc hiện được ở 60 mA

Xây dưng đường Đặc tính hiệu chỉnh (Điện áp đâu ra/Dòng tải) trên đồ

thị đã cho.

Đồ thị 2.1 Đặc tính hiệu chỉnh

Trở kháng đâu ra của nguồn chỉnh lưu có thể được tính theo cách đã trình

bày ở bài thí nghiệm trước. Tính toán trở kháng đâu ra trên toàn bộ

khoảng hữu dụng, trước khi điện áp đâu ra bắt đâu giảm nhanh chóng.

Trở kháng ra = … Ω

2.1a Nhập giá trị trở kháng đầu ra theo Ω


- Timebase là 5ms/div, chế độ trigger là AC


- Tỷ lệ thang đo CH1 Y là 10V/div, đâu vào xoay chiều

- Tỷ lệ thang đoCH2 Y là 2V/div, đâu vào một chiều

- Điều chỉnh kênh CH1 ở vị trí thấp hơn 2 vạch đo so với đỉnh của


37

- Điều chỉnh kênh CH2 ở vị trí cao hơn 2 vạch đo so với đáy của


Kết nối CH1 của máy hiện sóng tới lỗ cắm 1.1 để theo dõi đâu vào xoay

chiều (trigger của máy hiện sóng đặt ở kênh này), và CH2 tới lỗ cắm

13.3 để quan sát dạng sóng điện áp đâu ra. Kết nối lỗ cắm 1.2 tới đất của

máy hiện sóng.

Điều chỉnh dòng tải tới 20 mA và phác họa lại dạng sóng đâu vào (CH1)

và đâu ra (CH2) trên đồ thị đã cho, thưc hiện trên thang đo điện áp và

thời gian. Chú ý tới thành phân một chiều của điện áp đâu ra.

Điều chỉnh dòng tải tới 50 mA và tiếp tục ve dạng sóng điện áp đâu ra

mới trên cùng một trục. Đánh dấu mỗi dạng sóng tương ưng với từng giá

trị dòng điện

Phác họa dạng sóng 2.1

Đặt lại tỷ lệ thang đo CH2 Y là 20 mV/div, đâu vào xoay chiều, và đặt ở

vị trí cao hơn hai vạch so với đáy của màn hình hiển thị. Đặt dòng tải là

20 mA và ve dạng sóng gợn sóng vào phác họa dạng sóng 2.1

1b Từ Phác họa dạng sóng 2.1, ước lượng và nhập biên độ gợn sóng theo mV khi

dòng tải là 50 mA.

1c Từ thông tin có trong Bảng 2.1 và Phác họa dạng sóng 2.1, tính toán và nhập

vào tỷ lệ phần trăm gợn sóng khi dòng tải là 20 mA.

Bài 2: Bộ ổn áp Zener/Tranzitor

38

Dòng tải mà có thể được sinh ra từ một bộ ổn áp zener song song đơn giản bị

giới hạn, như đã được xác định ở bài trước, bởi giá trị của điện trở nối tiếp. Nguyên

nhân là do dòng tải phải chạy qua điện trở nối tiếp này rồi mới tới tải.

Hình 2.6 Bộ ổn áp zener/tranzitor

Một tranzitor có thể được sử dụng để vòng tránh điện trở này, mà vẫn giữ

nguyên những ưu điểm về khả năng ổn áp của điot zener. Vì tranzitor được mắc nối

tiếp với tải, mạch này là một mạch hiệu chỉnh nối tiếp đơn giản. Tranzitor thường

được xem như là một phân tử dẫn nối tiếp, hay đơn giản là một tranzitor dẫn.

Điện áp cưc gốc – đất của tranzitor được cố định bởi điot zener. Điện áp VBE

vào khoảng 0.7V đối với những tranzitor chỉnh lưu trung bình. Điện áp cưc phát (E) là

điện áp đâu ra VO. Do đó nó se nhỏ hơn 0.7V so với điện áp zener.

VO = VZ - VBE

Điện trở mắc song song với điot zener chỉ phải mang dòng cưc gốc của

tranzitor. Dòng đâu ra IO là dòng cưc phát (E) của tranzitor và có giá trị xấp xỉ hFE lân

dòng cưc gốc. Việc này mang lại kết quả là một sư ổn áp tốt hơn và giá trị dòng đâu ra

lớn hơn.

Mạch này được cải thiện bằng cách sử dụng dạng tranzitor “Mắc Darlington”

như trong hình 2.6 b.

Chú ý: Có 2 tiếp giáp BE giữa điot zener và đâu ra. Điều này có nghĩa là điện

áp đâu ra VO se nhỏ hơn khoảng 1.2V so với điện áp zener. Đối với nguồn cung cấp

5V cho logic TTL, cân sử dụng một điot zener 6.2V.

39

Hình 2.7

Tiêu tán công suất trên các phân tử của một bộ nguồn chỉnh lưu là một vấn đề

rất quan trọng trong thiết kế. Vấn đề này có thể được xác định cụ thể bằng cách đọc

giá trị điện áp và dòng điện trong quá trình hoạt động của một bộ nguồn chỉnh lưu.

Hình 2.8

Nối dây nối ngắn giữa lỗ cắm 1.4&2.1, 1.5&2.2, 1.6&2.3, 2.4&2.5,

2.7&2.9, 2.8&2.12, 2.13&3.1, 2.14&3.3, 3.4&4.1, 3.5&4.3, 3.6&4.4 và

đâu cắm giữa lỗ cắm 4.10&13.2, như trong Hình 2.8

Nối đồng hồ vạn năng 1 ở thang đo dòng điện một chiều, tới lỗ cắm 4.7

(dương) và 13.1 (chung) để quản lý dòng tải, và đồng hồ vạn năng 2 ở

thang đo điện áp một chiều, giữa lỗ cắm 4.8 (dương) và 13.4 để quản lý

điện áp đâu ra (tải)


Điều chỉnh núm vặn để có dòng tải với giá trị là 50 mA và chú ý đến

điện áp đâu ra, ghi lại kết quả vào bảng 2.2

Điện áp ra

Dòng tải = 50 mA

Điện áp ra

Dòng tải = 200 mA

Trở kháng ra

V V Ω

Tăng dòng tải tới giá trị 200 mA và đọc kết quả của điện áp đâu ra. Ghi

vào Bảng 2.2

40

Như ở trong bài thí nghiệm trước, tính toán trở kháng ra của nguồn chỉnh

lưu và ghi vào Bảng 2.2

2a Nhập giá trị tính toán được của trở kháng đầu ra theo Ω

Với dòng tải IL được thiết lập là 100 mA, đọc giá trị của các đồng hồ V1,

V2, V3, được đặt tại các điểm mạch như được chỉ ra trong Bảng 2.3 và

Hình 2.7

Đâu ra của bộ chỉnh lưu

(V1 tại điểm 4.2)

Điện áp zener, Vz


Điện áp ra, VO


Dòng cưc gốc, IB

(tại 3.5 và 4.3)

V V V µA

Bảng 2.3

Bỏ dây nối ngắn giữa lỗ cắm 3.5 & 4.3. Chú ý rằng dòng tải giảm về 0

khi mà không có dòng cưc gốc của tranzitor

Tháo đồng hồ vạn năng 2 khỏi mạch, chuyển sang thang đo dòng một

chiều và lắp vào chỗ chúng ta vừa mới tháo dây nối ngắn, giữa lỗ cắm

3.5 (dương) & 4.3 (âm). (Sử dụng lỗ cắm “A” trên đồng hồ vạn năng)

Đọc giá trị dòng cưc gốc của tranzitor 1 và ghi vào Bảng 2.3

Chú ý: Bạn có thể nhận thấy dòng cưc gốc se giảm từ từ khi mà tranzitor

chuyển dân tới chế độ hoạt động bình thường. Đợi cho tranzitor hoạt động ổn định

trước khi đọc giá trị của dòng cưc gốc.

Bạn có thể thưc hiện tính toán trước 4 phép tính sau trong khi đợi:

Dòng điot zener, IZ = ( ) = mA

2b Nhập giá trị tính được của dòng điot zener theo mA

Công suất tiêu tán trên điot zener, (Vz × Iz) = mW

2c Nhập giá trị tính được của công suất tiêu tán trên điot zener theo mW

Điện áp gốc phát của Tranzitor 1, Vbe (V2 – V3) = V

2d Nhập giá trị tính được của điện áp gốc – phát của tranzitor 1

Công suất tiêu tán trên Tranzitor dẫn ((V1 – V3) × IL = mW

2.2e Nhập giá trị tính được của công suất tiêu tán trên Tranzitor dẫn theo mW

Hệ số khuếch đại dòng tranzitor 1 () =

2f Nhập giá trị tính toán được của dòng của tranzitor 1theo nghìn lần

41





















- Kiến nghị.





42


1 D3000 Power Supplies-1 Laboratory Manual 3.51






43

BÀI 4

ĐẶC TÍNH TĨNH CỦA TRANZITOR


44

Qua việc làm thí nghiệm, sinh viên tìm ra hệ số khuếch đại dòng của tranzitor, xây dưng các họ đặc tính của tranzito.




Đo được các dòng điện đâu vào và đâu ra của bộ khuếch đại dùng BJT để

tính toán hệ số khếch đại dòng

Đo dòng collector ở BJT

Nhận biết khoảng hoạt động của BJT

Xác định được hệ số khuếch đại dòng từ những dữ liệu được cho trước

Nhận ra được các đặc tính của một BJT

Chẩn đoán được các lỗi ở BJT




1.3. Thí nghiệm:





Bài 1: Hệ số khếch đại dòng

Bài 2: Đặc tuyến đâu ra iC = f(uCE) khi IB = const

Bài 3. Kiểm tra tiếp giáp p-n của transistor



Mạch số 7 module D3000 - 2.1 Semiconductors-1

Hai đồng hồ đo

Các dây nối

45



Bài 1: Hệ số khếch đại dòng

Tỉ số truyền dòng tĩnh ( hay hFE) hay hệ số khếch đại dòng được tính toán

bằng tỉ số:

Tỉ số truyền dòng điện động ( hay hfe) thu được từ sư thay đổi của dòng base

và dòng collector. Điều này có lợi ích hơn khi xem xét ảnh hưởng của dòng điện xoay

chiều.

Chú ý rằng: ký hiệu được dùng trong cả hai trường hợp, nhưng khi sử dụng

“thông số h”, hậu tố viết sau nó được viết thường trong trường hợp tỉ số động, và viết

hoa cho trường hợp tĩnh.

Ví dụ: Nếu dòng base Ib1 dẫn đến có dòng collector Ic1, và một sư thay đổi của

dòng base là Ib2 dẫn đến có dòng Ic2 mới, thì giá trị động của hệ số khuếch đại dòng

se là

Trong hâu hết các trường hợp, điều này được thưc hiện ở một trong hai trường

hợp tĩnh (hFE, ) hoặc động (hfe, )

46

Đặt nguồn UBE DC 0-2 V về chế độ nhỏ nhất

Nối chân cắm 7.7 và 7.8

Bật ngồn cung cấp

Sử dụng một đồng hồ đo chế độ điện áp, thiết lập đo 0-12V một chiều

đo điện áp 5V nguồn

Nối đồng hồ đo 1 chế độ dòng DC, chân dương vào 7.3, chân chung

(common) vào 7.2


vào 7.6

Điều chỉnh nguồn DC 0-2 V để có dòng base (đo ở đồng hồ 1) là 10µA

Ghi lại giá trị dòng collector vào bảng 5.1

Thiết lập lại nguồn 0-2V để có dòng base là 20µA, đọc và ghi lại giá trị

dòng collector vào bảng 5.1

Lập lại các bước tương tư để có dòng base từ 10µA đến 80µA, ghi lại

dòng collector vào bảng. Bạn có thể cân thay đổi thang đo của đồng hồ

đo 2 khi dòng base tăng

Làm một ví dụ với Ib = 50µA. Tính giá trị hệ số khếch đị dòng tĩnh (tỉ

số truyền) hFE hay bằng công thưc.

Ghi giá trị của hệ số khếch đại dòng điện tĩnh

- Ve đặc tính truyền đạt dòng điện tĩnh iC = f(iB) khi uC = const:

47

Bạn nên ve một đường thẳng qua các điểm trên hình hiển thị mối quan hê tuyến

tính của hai dòng điện này.

- Làm một ví dụ với khoảng từ Ib = 20µA tới Ib = 70µA. Sư thay đổi của dòng

base δIb, trong đó ký hiệu δ nghĩa là sư thay đổi, ở đây có nghĩa là khoảng từ 70µA

đến 20µA tưc là 50µA. Đọc từ đồ thị tương ưng các giá trị của dòng collector Ic.

Tính giá trị δIc.

Hệ số khếch đại dòng điện động hfe, được tính toán bằng:

Tính và ghi giá trị giá trị động của ( hfe) từ đặc tính này

So sánh hai giá trị này

Bài 2: Đặc tuyến đầu ra iC = f(uCE) khi IB = const

Nếu dòng collector hoàn toàn không phụ thuộc vào điện áp collector thì se không

có sư thay đổi nào về dòng khi điện áp thay đổi và đặc tuyến đâu ra se là họ các đường

nằm ngang:

48

Trong thưc thế, điều này không phải lúc nào cũng đúng do hai lý do

1. Tại giá trị của dòng base cao hơn, se có sư tăng của dòng điện ra.

2. Tại giá trị thấp của điện áp collector Vce, collector không hút những

điện tử tư do ở vùng base và dòng collector giảm rất nhanh.

Quy trình thí nghiệm:

Có ba biến trong bài tập này, một biến se giữ không đổi khi một biến thay đổi, và

biến còn lại se được đo. Do đó, mỗi biến se được thay đổi, điều chỉnh và được đo.

Bạn se dễ thấy rằng điện áp collector giữ không đổi là dễ nhất, thay đổi dòng

base qua các giá trị đã định trước, đọc dòng collector. Sau đó thay đổi điện áp collector

và lặp lại các công việc.

Đặt nguồn UBE DC 0-2 V về chế độ nhỏ nhất

Nối chân 7.7 và 7.87

Bật nguồn cung cấp của module

Thiết lập nguồn cung cấp DC 0-12V về giá trị 1V

49


(common) vào 7.6


vào 7.2

Điều chỉnh nguồn DC 0-2 V để có dòng base (đo ở đồng hồ 1) là 10µA

Khi lại giá trị dòng collector vào bảng 5.2

Bảng 5.2

Thiết lập lại nguồn 0-2 V để có dòng base là 20µA đọc giá trị dòng

collector, ở đây vẫn trường hợp nguồn cấp là 1V.

Lặp lại thí nghiệm khi điều chỉnh dòng base từ 10µA đến 50µA, ghi lại

giá trị tương ưng của dòng collector vào bảng 5.2

Giảm giá trị dòng base về 10µA, thay đổi giá trị điện áp collector 4V

(nguồn cung cấp DC 0-12V)

Lặp lại các thí nghiệm với các giá trị của dòng base từ 10µA, ghi

lại kết quả vào bảng 5 dưới điều kiện điện áp lúc này là 4V

Lặp lại các bước thí nghiệm khi điện áp collector là 7 và sau đó là 10V,

ghi lại giá trị vào bảng 5.2.

Chú ý: Bạn có thể lưu ý đến xu hướng của giá trị dòng collector để điều chỉnh từ

từ tại giá trị cao nhất. Điều này là do sư phá vỡ liên kết cộng hóa trị ở nhiệt độ cao mà

nguyên nhân gây ra bởi sư tổn thất công suất do nhiệt ở tranzitor.

Giảm các biến về 0 sau khi đã đọc xong giá trị, vì tranzitor có thể bị quá

nhiệt nếu thí nghiệm trong thời gian dài tại điện áp và dòng điện cao.

Se hữu ích hơn khi có một bộ các giá trị đọc tại một giá trị dòng base, ví dụ như

30µA, để tìm ra hình dạng đường đặc tính tại ở điện áp thấp.

Thiết lập điện áp collector là 0.2V

Thiết lập dòng base = 30µA sử dụng nguồn cung cấp 0-2 V

Đọc giá trị dòng collector và ghi lại vào bảng 5.3.

50

Lặp lại thí nghiệm với sư thay đổi điện áp collector từ 0.2 đến 1.0V.

Ghi kết quả vào bảng 5.3

Ve họ các đường đặc tính ra, quan hệ giữa dòng collector và điện áp collector,

mỗi đường tương ưng với giá trị của dòng base.

Đọc từ đồ thị các dòng collector, khi

2a Ghi câu trả lời của bạn vào mục a bên trên

2b Ghi câu trả lời của bạn vào mục b bên trên

2c Ghi câu trả lời của bạn vào mục c bên trên

51

Bài 3. Kiểm tra tiếp giáp p-n của transistor

Phương pháp kiểm tra giống như đã trình bày ở chương 1 để xem xét điều kiện

phân cưc thuận và ngược của diot lớp tiếp giáp p-n, nhưng với tranzitor, có 2 lớp tiếp

giáp cân được đo.

Gỡ các dây nối và tắt module

a) Transistor NPN

Nối đâu dương của đồng hồ đo số vào lỗ 7.1, đâu âm vào 7.7, như ở hình 5.4, để

kiểm tra lớp tiếp giáp base - emitter

Chỉnh đồng hồ số chế độ kiểm tra điốt

Ghi lại các giá trị đọc ở dòng thư nhất của bảng 5.4 với lớp tiếp giáp base-emitter

(lưu ý rằng giá trị đọc của bạn có thể ở dạng của trở kháng hay điện áp tùy thuộc vào

loại đồng hồ sử dụng).

52

Đổi chân chung của đồng hồ sang lỗ 7.6 để kiểm tra lớp tiếp giáp base-

collector. Ghi lại giá trị vào dòng thư nhất của bảng 5.4

Chú ý rằng cả hai lớp tiếp giáp base-emitter và base-collector đều phân cưc thuận

khi đâu dương được nối với cưc base.

Đổi ngược lại các đâu của đồng hồ đo và kiểm tra hai lớp tiếp giáp

một lân nữa, ghi lại giá trị vào dòng thư 2 của bảng 5.4. Khi đó bạn se

có kết quả hiển thị cho lớp tiếp giáp được phân cưc

Nối đâu dương của đồng hồ với lỗ 7.6 và đâu chung vào 7.7 để kiểm

tra lớp tiếp giáp collector – emitter. Ghi lại giá trị vào cột cuối cùng

của bảng 5.4.

Đổi ngược lại các đâu cắm (đâu chung 7.6, đâu dương 7.7), ghi lại giá

trị vào cột cuối cùng của bảng 5.4

Lân này, không có sư khác biệt, do bạn có hai lớp tiếp giáp và một trong hai lớp

luôn luôn phân cưc ngược.

Khi kiểm tra tranzito NPN với chế độ kiểm tra diot của một đồng hồ đo số, giá trị

đo se nhỏ khi các đâu của đồng hồ được nối:

a Đâu dương vào cưc base, đâu chung vào collector

b Đâu dương vào cưc emitter, đâu chung vào collector

c Đâu dương vào emitter, đâu chung vào base

d Đâu dương vào collector, đâu chung vào base

Kiểm tra tran TR2 ở mạch #8 theo cách tương tư

b) Transistor PNP

Phương pháp kiểm tra là như nhau, nhưng các đâu nối phải thỏa mãn sư phân cưc

đúng với các lớp tiếp giáp (PNP thay vì NPN)






53
















- Kiến nghị.












54

BÀI 5

ỔN ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC


55

Qua phân thí nghiệm, sinh viên so sánh và đánh giá các chế độ ổn định điểm làm việc cho tranzitor trong mạch khuếch đại. Nhận biết sư ảnh hưởng của đại lương phản hồi đến hệ số khuếch đại.




Đo lường điện áp một chiều và xoay chiều của bộ khuếch đại đơn giản

dùng BJT.

Đo lường điện áp một chiều và xoay chiều của bộ khuếch đại BJT sử dụng

điện áp phản hồi collector để ổn định.

Đo điện áp tĩnh và hệ số khuếch đại điện áp ở mạch khuếch đại BJT sử

dụng bộ chia áp để ổn định.

Xác định ý nghĩa và mục đích của phản hồi trong bộ khuếch đại BJT

So sánh các bộ khuếch đại BJT có và không có phản hồi

Xác định bằng điện áp tĩnh và khoảng điện áp để bộ khuếch đại BJT làm

việc ổn định

Công nhận tác dụng của điện trở RE trong bộ khuếch đại BJT ổn định.

Chẩn đoán lỗi trong các mạch BJT




Tranzito là linh kiện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, hai đại lượng phụ thuộc rõ rệt nhất

vào nhiệt độ là điện áp UBE và dòng điện ngược ICB0. Nhưng ảnh hưởng của nhiệt độ tới dòng

ICB0 lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của nhiệt độ tới điện áp UBE. Do đó, khi nói tới ổn định

nhiệt cho tranzito là nói tới ổn định nhiệt cho dòng ICB0.

Các phương pháp phân cực và ổn định điểm làm việc cho tranzito

a) Phân cực tranzito bằng dòng không đổi

Phân cưc bằng dòng không đổi là phương pháp tạo ra dòng điện không đổi trong suốt

quá trình làm việc của tranzito.

Giả sử ta có sơ đồ phân cưc như hình bên:

dòng IB được cố định bằng nguồn EC và điện trở RB.

Ta có: B

BECB R

UEI

56

UCE

UBE

+Ec

RCRB IB IC

IE

Rt

Khi làm việc UBE (0,3 0,7) V, rất nhỏ có thể bỏ qua

IB EC / RB = không đổi.

* Nhận xét: - Độ ổn định nhiệt khá lớn và nó phụ thuộc vào hệ số khuyếch đại dòng điện của

tranzito.

- Phương pháp phân cưc này được sử dụng khi yêu câu về độ ổn định nhiệt không cao.

b) Phân cực tranzito bằng điện áp phản hồi

Một phân điện áp ra UCE được đưa về đâu vào qua RB tạo nên dòng IB điều khiển cho sơ đồ.

Ở cách mắc này, lợi dụng sư tăng của dòng IC làm giảm dòng IB dẫn tới dòng IC giảm, đưa

dòng IC quay trở về giá trị ban đâu.

Ta có phương trình điện áp ở mạch ra:

EC = (IB + IC). RC + UCE (1)

Phương trình điện áp ở mạch vào:

EC = (IB + IC). RC + IB. RB + UBE (2)

Vì UBE nhỏ nên có thể bỏ qua. Từ (1) và (2) suy ra:

IB. RB UCE (3)

- Nếu t0 tăng ICB0 tăng IC tăng UCE giảm IB giảm IC giảm.

- Nếu t0 giảm ICB0 giảm IC giảm UCE tăng IB tăng IC tăng.

Như vậy với cơ cấu hồi tiếp này dòng IC được giữ tương đối ổn định.

* Sơ đồ này có độ ổn định nhiệt tốt hơn mạch phân cưc bằng dòng không đổi, tuy nhiên

cả hai mạch phân cưc này không thể tăng độ ổn định nhiệt lên cao vì điểm làm việc tĩnh và độ

ổn định nhiệt của mạch phụ thuộc lẫn nhau nên chất lượng ổn định không cao.

c) Phương pháp tự phân cực

Ở sơ đồ này, điện trở R1, R2 tạo thành bộ phân áp tạo điện áp UB đặt vào cưc gốc của

tranzito.

Vì: E

BEB

E

EE R

UU

R

UI

Vì dòng IB nhỏ nên dòng qua R1 bằng dòng qua R2

221

.RRR

EU C

B . Nếu UBE rất nhỏ so với UB , thì:

IE UB/RE = const

- Nếu t0 tăng ICB0 tăng IC tăng IE tăng UE tăng UBE giảm Tranzito khoá bớt

lại làm giảm dòng IB giảm dòng IE IC giảm.

- Nếu t0 giảm ICB0 giảm IC giảm IE giảm UE giảm UBE tăng Tranzito mở

thêm làm tăng dòng IB tăng dòng IE IC tăng.

57

UCE

UBE

+EC

RC

RB IB

(IB+IC)

IE

Rt

IC

UCE

+Ec

RCR1 IR1 IC

IER2 IR2

IB

UERE

* Nhận xét: Sơ đồ có độ ổn định nhiệt cao, đây là sơ đồ phân cưc cơ bản được sử dụng

nhiều trong thưc tế..

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1. Điện áp phản hồi collector tạo nên sư ổn định

Bài 2: Ổn định bộ khuếch đại bằng bộ chia áp

Bài 3: Tụ điện tách tín hiệu xoay chiều trên điện trở emitter



Mạch #8 of D3000 - 2.1 Semiconductors-1 Module

Nguồn tín hiệu

Máy hiện sóng

Đồng hồ đo

Các đường nối, dây dẫn.


c. Tiến hành thí nghiệm:

Bài 1. Điện áp phản hồi collector tạo nên sự ổn định

Nếu bạn làm việc theo nhóm, sử dụng mạch Semiconductor-1 Modules bạn có

thể so sánh kết quả và tìm ra một loạt các điện áp tĩnh collector khi mạch khuếch đại

dùng một tranzito. Mục đích là tạo ra sư ổn định nhằm giảm bớt những sai lệch này,

cho phép ky thuật sản xuất hàng loạt được sử dụng trong quá trình sản xuất, và do đó

nếu sư thay thế các thành phân trở nên cân thiết điều kiện của mạch se không bị thay

đổi đáng kể. Ngoài ra tác động của nhiệt độ được giảm thiểu.

Phương pháp để thưc hiện điều này là lấy mẫu đâu ra và quay trở lại điều khiển

điện áp hoặc dòng điện đâu vào. Với bộ khuếch đại đảo đâu vào, đại lượng phản hồi se

có cưc tính chống lại các nhân tố gây ra các phản ưng không chính xác.

58

Nối 8.5 - 8.6; 8.15 - 8.21; 8.24 -8.25 ; 8.1 - 8.1; 8.26 & 8.28

Thiết lập máy tạo hàm hình sin tân số 1kHz, để chế độ biên độ nhỏ nhất.

(nếu máy tạo hàm có nhiều khoảng điều chỉnh biên độ, chọn chế độ điều

chỉnh nhỏ nhất)

Thiết lập máy hiện sóng theo yêu câu sau:

Khoảng thời gian hiển thị 1V/div, chế độ xoay chiều, hiển thị hai sóng.

Kiểm soát vết đo hai sóng trên màn hình hiển thị.

Thang đo tỷ lệ CH1 Y khuếch đại 50mV/div, đâu vào xoay chiều

Thang đo tỷ lệ CH2 Y khuếch đại 1V/div, đâu vào xoay chiều.

Sử dụng dây dẫn nối CH1 của máy hiện sóng với chân 8.2 hiển thị tín hiệu

đâu vào của tranzito, và CH2 với 8.30 hiển thị tín hiệu đâu ra.

Kết nối đồng hồ vạn năng đo điện áp 1 chiều chân 8.32 và 8.33.

Bật nguồn cung cấp, và thiết lập điện áp một chiều 8V.

Ngắt đồng hồ vạn năng

Điều chỉnh đâu vào (điều chỉnh biên độ tín hiệu ra của máy phát hàm) cho

tới khi tín hiệu đâu ra của bộ khuếch đại bị méo đáng kể, và sau đó lại

giảm biên độ tín hiệu của máy phát hàm cho đến khi hiện tượng méo bị

mất đi.

Chú ý điện áp đâu ra:

59

1a Điền giá trị điện áp lớn nhất đầu ra đo được.

Bỏ kết nối chân 8.30 của máy hiện sóng và kết nối chân dương của đồng

hồ vạn năng vào đó, chọn chế độ đo một chiều và đo điện áp với chân 8.33

(chân âm)

Chú ý và ghi lại điện áp collector đo được.

Điện áp collector = (khi chưa phản hồi)

1b Điền giá trị điện áp collector khi chưa có điện áp phản hồi

So sánh giá trị điện áp bạn đọc được với những người khác.

Tháo kết nối 8.5-8.6 và nối 8.14-8.19 giữa. Điều này đã làm thay đổi từ

không ổn định thành sử dụng điện áp collector phản hồi làm ổn định mạch

khuếch đại.

Ghi lại điện áp collector

Điện áp collector = (khi đã có phản hồi)

1c Điền giá trị điện áp collector khi đã có phản hồi điện áp.

Gỡ bỏ kết nói đồng hồ vạn năng ở chân 8.30 và trả lại kết nối CH2 với

máy hiện sóng.

Bạn se thấy biên độ tín hiệu ở cả đâu vào đâu ra đều giảm. Điện trở R16 với vài

trò là phản hồi cả thành phân một chiều và xoay chiều, làm giảm điện áp đâu ra.

Ngoài ra trở kháng đâu vào của bộ khuếch đại cũng bị giảm bởi phản hồi, gây ra

sư giảm bớt của tín hiệu vào bằng cách tăng thêm tải ở nguồn tín hiệu.

Tăng điện áp vào và tìm điện áp lớn nhất lân nữa:

Điện áp lớn nhất đâu ra = p-p(khi đã có phản hồi)

Điền giá trị điện áp đầu ra lớn nhất khi có phản hồi Vp-p.

Quan sát sóng đâu ra trên máy hiện sóng se thấy dạng sóng đâu ra (có le 4Vp-p)

se ít bị méo hơn khi không có phản hồi.

Nếu bạn làm việc theo nhóm, so sánh kết quả điện áp collector với nhiều người

để xem phạm vi thay đổi điện áp khi có và không có phản hồi.

Nếu lấy tham số hFE của tranzito, se thấy tham số này nhỏ hơn khi thưc hiện

phản hồi.

Bài 2: Ổn định bộ khuếch đại bằng bộ chia áp

Đây là hình thưc phổ biến nhất của bộ khuếch đại vì khả năng ổn định tốt.

Điện áp base được cố định trước bằng bộ chia áp làm thay đổi điện áp emitter

(khoảng 0.6V ít hơn với điện áp ở base). Điện áp trên cưc emitter được lấy trên điện

trở cưc emitter do dòng emitter đi qua. Dòng điện collector xấp xỉ bằng dòng điện

emitter. Dòng điện collector đi qua điện trở trên cưc collector, tạo thành sụt áp trên nó.

60

Điện áp trên collector bằng điện áp nguồn cung cấp trừ đi sụt áp trên điện trở cưc

collector. Tất cả các điện áp đó đều được xác lập.

Bất kỳ sư thay đổi nào của dòng điện cưc base se làm thay đổi dòng điện

emitter /collector . Dòng điện trên cưc base tăng, làm thay đổi điện áp trên điện trở. Do

đó có thể sư khác biệt nhỏ ở điện áp cưc base làm thay đổi tất cả các dòng điện, điện

áp trên các cưc khác của tranzitor.

Nối 8.1 - 8.4; 8.9 - 8.10; 8.11 - 8.12; 8.15 - 8.21; 8.24 - 8.25; 8.26 - 8.27

Bật nguồn cung cấp, điều khiển nguồn cấp 1 chiều 9V

2a Chế độ một chiều:

Nối đồng hồ vạn năng đo điện áp một chiều chân 8.30 (dương) và 8.33

(âm)

Đâu tiên đo điện áp collector tĩnh và ghi lại trong bảng 7.1, sau đó chuyển

chân dương của đồng hồ vạn năng đo điện áp tĩnh của base, và emitter ghi

vào bảng 7.1 dưới đây:

So sánh các điện áp với các kết quả của sinh viên khác thí nghiệm cùng.

Điền giá trị điện áp collector

Tháo bỏ kết nối với đồng hồ vạn năng trước khi tiếp tục.

2b Chế độ xoay chiều:

Thiết lập máy phát hàm phát sóng sin, biên độ tối thiểu.

Thiết lập máy hiện sóng:

61

Thời gian hiện 1ms/div, đo xoay chiều, hiện đồng thời hai sóng

CH1 0.5V/div đâu vào xoay chiều.

CH2 0.5V/div đâu vào xoay chiều.

Sử dụng dây dẫn nối CH1 với chân 8.2 đo đâu vào tâng khuếch đại, CH2

nối 8.30 đo đâu ra tâng khuếch đại. Chân mass của máy hiện sóng nối với

8.8.

Điều khiển biên độ sóng máy phát hàm, tăng dân giá trị tới điện áp đỉnh –

đỉnh 1V.

Chú ý đến biên độ đâu ra (dạng sóng lớn hơn)

Điện áp ra = V p-p

Tính toán hệ số khuếch đại Vout/Vin của bộ khuếch đại.

So sánh với giá trị từ công thưc: AV ≈ Rc/Re.

Chú ý: Với lượng lớn phản hồi, se không thấy có méo.

Bài 3: Tụ điện tách tín hiệu xoay chiều trên điện trở emitter

Điện áp lấy trên điện trở cưc emitter gây ra lượng phản hồi âm lớn làm giảm hệ

số khuếch đại của bộ khuếch đại. Tuy nhiên, điều đó cũng làm hạn chế sư biến dạng

(méo).

Nếu điện trở cưc emitter bị ngắn mạch thì chế độ làm việc tĩnh se bị ảnh hưởng.

Một tụ điện lớn mắc song song với điện trở cưc emitter se chỉ làm ngắn mạch thành

phân xoay chiều. Điều này se loại bỏ sư phản hồi theo thành phân xoay chiều và khôi

phục lại được hệ số khuếch đại.

62

Nối 8.1 -8.4, 8.9 - 8.10, 8.11 - 8.12, 8.15 - 8.21, 8.16 - 8.22, 8.24 - 8.25 ,

8.26 - 8.27.

Thiết lập máy hiện sóng:

Hiển thị thời gian 1ms/div, chế độ xoay chiều, hiển thị hai sóng

Thang đo tỷ lệ CH1 10mV/div, đâu vào xoay chiều

Thang đo tỷ lệ CH2 2V/div, đâu vào xoay chiều.

Nối CH1 của máy hiện sóng với 8.2 đo đâu vào bộ khuếch đại và CH2 với

8.8 đo đâu ra bộ khuếch đại

Bật nguồn cung cấp một chiều, điều chỉnh điện áp cấp 9V

Tăng dân điện áp đâu vào chơ tới khi đỉnh của tín hiệu ra bằng phẳng do

méo và giảm cho đến khi không còn méo.

Ghi lại điện áp đâu ra:

Điện áp đầu ra = Vp-p

Điện áp đầu vào = mVp-p

Tính toán và nhập hệ sô khuếch đại

Thay đổi máy hiện sóng cho thời gian hiển thị 0.2ms cho thấy bị méo lân

nữa và ve lại dạng sóng đâu vào, ra vào đồ thị cho dưới, ghi nhãn các sóng

chú ý đến điện áp đỉnh-đỉnh.

Chẩn đoán lỗi:

Bài tập này giúp bạn nâng cao ky năng chẩn đoán lỗi, đúng hơn là xác định một

số lỗi liên quan đến vị trí do chuyển mạch. Để sửa chữa các lỗi này có một số quy tắc

đơn giản sau:

63

1. Nếu điện áp tại một điểm trên mạch bằng 0 (khi nó không tăng lên cao được)

thì khi đó hoặc là hở mạch với nguồn cung cấp hoặc là ngắn mạch (với đất). Ngược lại

của điều này cũng đúng. Nếu điện áp đo được gân bằng nguồn cung cấp (không giảm

hơn nữa) khi đó ngắn mạch với nguồn hoặc hở mạch với đất.

2. Nếu hai điện áp giống hệt nhau (không khác nhau) khi đó hâu như ngắn mạch

giữa chúng.

3. Nếu điện áp phân cưc thuận tiếp giáp PN (thí dụ như tiếp giáp base-emitter)

lớn hơn 0.7V thì gân như chắc chắn hở mạch.

Chú ý: Điều này không áp dụng cho tranzito có dòng điện cao (công suất lớn) khi

đó điện áp giữa base-emitter có thể cao đến 1V.

4. Nếu điện áp tại một điểm trong mạch lớn thì:

a. dòng điên đi qua nó rất nhỏ, có thể do sư tăng trở kháng hoặc hở mạch với

mass.

b. Trở kháng nối với nguồn nhỏ.

Bạn nên cố gắng theo dõi các lỗi dạng sóng từ máy hiện sóng và đo các điện với

đất. Đây là những thử nhiệm đơn giản để sau đó có thể sử dụng.

Chẩn đoán lỗi

Sử dụng bo mạch #8 để tạo mạch như hình 7.4.

Nối điện áp nguồn 9V

Đưa điện áp hình sin tân số 1kHz, biên độ đỉnh – đỉnh 40mV và quan sát

đâu vào đâu ra trên máy hiện sóng.

Đo lường và ghi lại các giá trị điện áp khi chưa chèn lỗi vào bảng 7.2

64

Ve dạng điện áp vào điện áp ra vào ô dưới đây, ghi lại các nhãn, giá trị

điện áp đỉnh – đỉnh.
















65






- Kiến nghị.












66

BÀI 6

KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN


67

Danh từ "Khuếch đại thuật toán" (OA- Operational Amplifier) thuộc về bộ

khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đâu vào vi sai và một đâu

ra chung. Tên gọi này có quan hệ tới việc ưng dụng đâu tiên của chúng chủ yếu để

thưc hiện các phép tính cộng, trừ, tích phân, vi phân.. v.v . Hiện nay các bộ khuếch đại

thuật toán đóng vai trò quan trọng và được ưng dụng rộng rãi trong ky thuật khuếch

đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cưc.. v.v.

Khi làm việc với khuếch đại thuật toán chúng ta lưu ý các giả thuyết cơ bản đó

là : Trở kháng đâu vào vô cùng lớn Zv = , Trở kháng ra của bằng 0: Zra = 0(), Hệ

số khuếch đại (chưa thưc hiện phản hồi) tiến tới vô cùng: K = , Độ "trôi điểm không

" bằng 0 - các đường đặc tuyến đi qua gốc toạ độ.

Với bài thí nghiệm này, sinh viên se được kiểm chưng lại phân lý thuyết trong §7

chương II thuộc học phân “ Ky thuật điện tử tương tư ” về phương pháp dò điểm

không, làm rõ ưng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch khuếch đại và mạch so

sánh.




Xác định được cách thưc dò điểm không

Quan sát hoạt động của mạch so sánh

Nhận biết ảnh hưởng của điện áp bão hòa

Xác định hệ số khếch đại với phản hồi âm

Dư báo được điện áp ra khi có điện áp vào không đổi

Dư báo điện áp ra khi điện áp đâu vào thay đổi




KHẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

Trước khi thí nghiệm bạn se học về ba thông số chính của một bộ khuếch đại điện

áp

- Trở kháng đâu vào: Thường là cao để giảm tải nguồn nuôi bộ khuếch đại

- Hệ số khếch đại tâng: Yêu câu phải cao

- Trở kháng ra: Yêu câu là nhỏ để hạn chế sư mất mát điện áp ra khi có tải

68

Còn nhiều đặc tính khác nữa như: tính ổn định, dải thông, công suất danh định…

những thông số này se được xem xét sau.

Mạch nối tâng để cải thiện hiệu suất của các transistor đã được nghiên cưu ở

module 2.2. Đặc biệt, lợi ích của mạch Darlington, khuếch đại vi phân, dòng sink

không đổi, và cặp PNP/NPN se được tích hợp trên một mạch để có thiết bị khuếch đại

gân lý tưởng có tên là Khuếch đại thuật toán, do nó có thể thưc hiện các chưc năng

toán học.

Tuy nhiên, tính hữu dụng của thiết bị này vượt xa so với ban đâu, nên “Op

Amps” se được thấy nhiều hơn trong các mạch điện ưng dụng.

Khuếch đại vi sai dùng cặp darlington được sử dụng trong tâng vào, tạo nên hai

đâu vào, một đâu đảo và không đảo.

Nếu Op Amp được cấp nguồn là ± thì mạch điện se cân bằng với đất. Nguồn

nuôi đơn là không cân thiết, chỉ dùng khi yêu câu.

Trở kháng vào cao được thưc hiện bằng cách sử dụng những điện trở cưc emiter

tại đâu vào mạch điện

Cặp khuếch đại darlington nối tâng se tạo ra hệ số khuếch đại tâng là cao.

Trở kháng ra nhỏ do lấy đâu emitter làm đâu ra.

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1: Dò điểm không

Bài 2: Mạch so sánh

69

Bài 3: Mạch khuếch đại vòng kín



D3000 3.1

Máy hiện sóng

Hai máy đo vạn năng

Các dây nối ngắn và dài

b. Phân nhóm thí nghiệm

c. tiến hành thí nghiệm

Bài 1: Dò điểm không

Nối lỗ cắm 1.4 và 1.5, 1.8 và 1.9.

Nối máy đo vạn năng chế độ điện áp DC, đâu dương vào lỗ cắm 1.6, đâu

chung vào 1.3

Bật cho module hoạt động.

Chú ý: Điện áp V2 được cấp vào đâu vào đảo, đâu vào không đảo nối đất

qua điện trở R2.

Thiết lập cho máy hiện sóng như sau

Cơ sở thời gian (timebase): 2ms/div, chế độ trigger AC, 1 kênh. Định vị

trục theo dõi vào giữa màn hình hiển thị.

70

CH. 1 Y, hệ số khếch đại: 5V/div, đâu vào DC

Điều chỉnh nguồn một chiều ±5V với nguồn V1 và V2 ở vị trí bên phải

trên bo mạch

Nối CH1 của máy hiện sóng với lỗ 1.16 để xem xét đâu ra.

Thay đổi chậm V2, chú ý rằng gân tới giữa của trục của màn hình hiển

thị thì điện áp ra chuyển từ thấp sang cao.

Điều chỉnh V2 tới gân giá trị mà xảy ra sư chuyển mạch.

Ghi lại giá trị điện áp tại đâu vào đảo khi chuyển mạch diễn ra:

Giá trị điện áp chuyển mạch Vin= (mV) (tại đầu vào đảo)

1a Ghi lại giá trị điện áp chuyển mạch (đảo)

Lưu ý: Khi đâu vào âm, đâu ra là dương và khi đâu vào dương, đâu ra âm, xác

định rằng đó là đâu vào đảo.

Đổi dây nối từ lỗ cắm 1.4 và 1.5 sang nối 1.1 và 1.5 và đổi dây nối 1.8

& 1.9 sang 1.2 và 1.8, chuyển đâu dương của máy đo vạn năng sang lỗ

cắm 1.7.

Lúc này, điện áp nguồn cấp V1 được đưa vào đâu vào không đảo, đâu

vào đảo được nối đất.

Thay đổi V1 một cách từ từ. Chú ý lại lân nữa rằng, gân tới giữa của

trục hiển thị trên osilloscope thì điện áp chuyển từ cao (dương) sang

thấp (âm).

Ghi lại giá trị điện áp đâu vào không đảo khi có sư chuyển mạch.

Giá trị điện áp chuyển mạch Vin= (mV) (tại đâu vào không đảo)

1b. Ghi lại giá trị chuyển mạch Vin (không đảo)

Chú ý: Tại thời điểm này, khi đâu vào là dương, đâu ra dương, xác định lại rằng

đó là đâu vào không đảo và hệ số khuếch đại là rất lớn

Bài 2: Mạch so sánh

Hoạt động của mạch này là so sánh điện áp ở một đâu vào với điện áp ở đâu

vào còn lại. Trong mạch vòng hở này, điện áp đâu ra chuyển mạch giữa hai trạng thái,

đạt trạng thái dương khi điện áp đâu vào đảo âm hơn đâu vào không đảo.

Nối lỗ cắm 1.4 và 1.5, 1.2 và 1.8

Khởi động mạch.

Nối đâu dương của máy đo vạn năng 1 chế độ điện áp DC vào lỗ cắm 1.7

và đâu chung vào 1.3.

Nối đâu dương của máy đo vạn văng 2 chế độ điện áp DC vào lỗ 1.6 và

đâu chung vào 1.9.

71

Điều chỉnh để có điện áp 1V ở đâu vào không đảo, hiển thị trên máy 1.

Thiết lập cho máy hiện sóng như sau: Cơ sở thời gian (timebase):

2ms/div, chế độ trigger AC, 1 kênh. Định vị trục vào giữa màn hình hiển

thị

CH. 1 Y, hệ số khếch đại: 5V/div, đâu vào DC

Nối CH1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 1.16 để xem xét đâu ra

Thay đổi V2 và lưu ý rằng đâu ra lại chuyển trạng thái.

Đọc điện áp từ đồng hồ đo 2, điện áp đâu vào đảo khi chuyển mạch diễn

ra

Giá trị chuyển mạch Vin= V (đầu vào đảo)

2a Ghi lại giá trị của Vin

Điều chỉnh V1 để đâu vào không đảo có điện áp bất kỳ.

Quan sát trạng thái chuyển mạch của mạch một lân nữa khi điện áp đâu

vào đảo bằng với điện áp đâu vào không đảo.

2b Với điện áp chuẩn được đặt vào đâu vào đảo, điện áp biến thiên đặt vào đâu vào

không đảo (V1) thì điện áp ra se dương khi điện áp đâu vào không đảo:

Tháo CH1 của oscilooscope khỏi lỗ 1.6

Bạn se quan sát thấy rằng điện áp ra của Op Amp có giá trị luôn luôn

nằm giữa điện áp dương và âm của nguồn cung cấp. Điện áp ra lớn nhất

72

và nhỏ nhất được biết đến như là điện áp bão hòa. Điện áp bão hòa

thường nhỏ hơn từ 0.5 đến 2V so với điện áp nguồn cấp.

Giờ chúng ta se nghiên cưu điện áp bão hòa này với Op Amp ở mạch

điện 1.

Sử dụng máy đo vạn năng 2 để đọc điện áp nguồn cấp dương ( lỗ cắm

1.14) và âm (lỗ 1.15) và ghi lại ở cột đâu tiên trong bảng 1.1

Chuyển đâu dương của máy vạn năng 2 sang lỗ 1.16

Để V2 ở vị trí giữa và điều chỉnh V1 theo chiều kim đồng hồ để điện áp

dương tiến tới bão hòa. Đo giá trị điện áp dương bão hòa được hiển thị

trên máy đo và ghi vào bảng 1.1

Điều chỉnh V1 ngược chiều kim đồng hồ để đo điện áp âm bão hòa. Ghi

lại vào bảng 1.1.

2c Ghi lại giá trị điện áp âm bão hòa vào bảng 1.1.

Bài 3: Mạch khuếch đại vòng kín

Điện áp đâu ra được lấy một phân và đưa về về đâu vào đảo. Từ đó, mạch

khuếch đại nhận đâu vào từ hai nguồn, đâu vào ngoài qua Rin và phản hồi qua Rf. Hệ

số khuếch đại tâng được xác định bằng tỉ số giữa hai điện trở

(dấu trừ biểu hiện sư ngược cưc tính)

Mạch có phản hồi được mô tả trên được gọi là mạch khuếch đại vòng kín.

73

Sử dụng công thưc đã cho và giá trị các điện trở cho trên mạch, tính trước hệ số

khuếch đại Av:

Giá trị :

3a Tính trước hệ số khuếch đại

Nối lỗ cắm 1.4 và 1.5, 1.8 và 1.9, 1.10 và 1.11

Khởi động nguồn module.

Chú ý: Điện áp V2 đưa tới đâu vào đảo, đâu vào không đảo nối đất.

Nối máy đo vạn năng 1 chế độ đo điện áp DC, chân dương nối vào

1.6. chân chung nối 1.3 để đo điện áp ra Vout, ghi giá trị đo được vào

bảng 1.2

74

Tính giá trị hệ số: và ghi vào bảng 1.2

Điều chỉnh lại giá trị Vin tới giá trị thư 2 cho trong bảng 1.2

Đọc giá trị Vout và ghi giá trị vào bảng 1.2, tính toán và ghi hệ số

khuếch đại tương ưng.

Làm tương tư như trên với các giá trị Vin cho trong bảng.

3b Ghi lại giá trị tính toán của hệ số khuếch đại với Vin=3.5V














75








- Kiến nghị.





TÀI LIỆU THAM KHẢO1. [1] Laboratary 3.11 D300 Operational Amplifiers-1, hãng LJCREAT.

2. 2 Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB, KHKT, 1997.

3. 3 PGS. TS Đỗ Xuân Thụ, Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật


4. 4 Bộ môn Ky thuật điện tử, Giáo trình Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Ky


76

BÀI 7

MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITOR

LƯỠNG CỰC


77

Transistor lưỡng cưc được cấu tạo bởi các lớp bán dẫn P và bán dẫn N, hình thành nên 2 tiếp giáp JE và JC, để Tranzitor hoạt động được một trong những nhiệm vụ rất quan trọng đó là phân cưc cho các lớp tiếp giáp. Thông thường chúng ta sử dụng 3 phương pháp đó là: Phân cưc bằng dòng bazơ không đổi, phân cưc bằng phương pháp phản hồi colector và phân cưc bằng mạch phân áp.

Với bài thí nghiệm này, sinh viên se được kiểm chưng lại phân lý thuyết trong §2, §3 chương II thuộc HP “ Ky thuật điện tử tương tư ” về việc phân cưc, chọn và ổn định điểm làm việc tĩnh cho tranzito lưỡng cưc cũng như được nghiên cưu về các tâng khuếch đại dùng tranzito lưỡng cưc.


1.1. Mục đích thí nghiệm :

Sau khi thưc hiện bài thí nghiệm này SV có thể:

Phân tích và hiểu được nguyên lý các mạch khuếch đại dùng tranzito lưỡng cưc.

Xác định được giá trị các linh kiện trong các mạch khuếch đại dùng tranzito

lưỡng cưc.

Biết được các phương pháp dùng để phân cưc cho tranzito lưỡng cưc như dùng

phản hồi colectơ, dùng bộ chia áp cơ bản hay phân cưc bằng dòng không đổi.

Giải thích được tại sao cân phải phân cưc cho tranzito cũng như phải ổn định

điểm làm việc tĩnh của tranzito trong các bộ khuếch đại.

1.2. Cơ sở lý thuyết :

a. Ôn lại các kiến thức cơ bản về khuếch đại dùng tranzito

Bộ khuếch đại một tâng tín hiệu nhỏ dùng tranzito lưỡng cưc (Bipolar Junction

Transistor – BJT) được dùng để khuếch đại một tín hiệu vào nhỏ, tạo ra một tín hiệu ra

lớn hơn với độ méo trong giới hạn cho phép (tín hiệu ra không bị nhiễu).

Một tâng khuếch đại BJT mắc theo kiểu emitơ chung được chỉ ra trên hình 1.1.

Hình 1.1. Sơ đồ tầng khuếch đại BJT Emitơ chung.

78

Rt

Chế độ này có đặc tuyến truyền đạt IC = f(IB) được chỉ ra trong hình 1.2. Từ đó

có thể thấy sư thay đổi dòng bazơ là nguyên nhân thay đổi một cách tỷ lệ dòng

colectơ. Dòng colectơ (IC) phụ thuộc tuyến tính theo dòng bazơ (IB).

Hình 1.2. Đặc tính truyền đạt vào/ra của BJT.

BJT là một linh kiện có khả năng khuếch đại dòng điện cũng như điện áp hay

công suất. Một bộ khuếch đại dòng điện dùng BJT có thể điều chỉnh một bộ khuếch

đại điện áp bằng cách thêm vào các điện trở, một trong mạch bazơ và một trong mạch

colectơ , như hình 1.3.

Hình 1.3. Sơ đồ mạch khuếch đại điện áp xoay chiều dùng tranzito.

Nếu đặt một điện áp tới đâu vào của tâng khuếch đại, tương ưng se có một dòng

điện chạy vào cưc bazơ của tranzito (dòng IB). Khi đó tại đâu ra se có một dòng điện IC

chạy từ nguồn cung cấp qua điện trở colectơ và tranzito tới mát (0V). Dòng colectơ se

tạo ra một điện áp rơi trên điện trở colectơ và do đó điện áp colectơ-emitơ VCE (điện áp

ra) có giá trị nằm giữa giữa 0V và điện áp nguồn cung cấp (VCC).

VCE = VCC – (IC.RC)

Nếu không có tín hiệu điện áp đặt tới đâu vào thì không có dòng bazơ và dòng

colectơ chạy trong mạch. Khi đó VCE = Vcc.

Nếu điện áp vào tăng lên thì dòng colectơ rơi trên điện trở tải colectơ tăng và

đến một lúc nào đó thì dòng colectơ không tăng thêm được nữa. Trạng thái bão hòa

79

Đâu vào

Đâu ra

xảy ra và khi đó điện áp VCE = VCEbh đạt được ở mưc thấp nhất (nhưng không hoàn

toàn là 0V).

Một điều cân lưu ý ở đây là khi tín hiệu vào lớn nhất thì tín hiệu ra là nhỏ nhất và

ngược lại khi tín hiệu vào là nhỏ nhất thì tín hiệu ra là lớn nhất. Như vậy tâng khuếch

đại mắc theo sơ đồ EC se làm đảo pha tín hiệu (tín hiệu ra ngược pha so với tín hiệu

vào).

Độ khuếch đại của tranzito

Độ khuếch đại của bất cư một linh kiện nào được xác định bằng tỷ số giữa tín

hiệu ra và tín hiệu vào. Các BJT là các bộ khuếch đại dòng điện có những khái niệm

về khuếch đại dòng điện sau:

Hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh – Đó là tỷ số độ lớn dòng đâu ra tương ưng

với độ lớn dòng đâu vào và ký hiệu là hFE.

Hệ số khuếch đại dòng điện động – Đó là tỷ số của sư thay đổi dòng đâu ra do

sư thay đổi dòng đâu vào và ký hiệu là hfe.

Sự biến thiên của dòng colectơ theo nhiệt độ

Công suất tiêu tán trên tranzito tăng lên khi nhiệt độ tăng bởi vì khi đó dòng

điện rò ICB0 tăng, tương ưng làm tăng dòng colectơ IC. Đây là một vấn đề cân phải quan

tâm khi thiết kế các bộ khuếch đại để sao cho bộ khuếch đại có khả năng hoạt động ổn

định trong một khoảng nhiệt độ nào đó. Ở điều kiện lý tưởng các điện áp làm việc

không phụ thuộc vào nhiệt độ.

b. Tiêu chuẩn của bộ khuếch đại điện áp

Tranzito chưa một tiếp giáp P-N phân cưc thuận giữa cưc bazơ và cưc emitơ.

Đây là lý do có một điện áp xấp xỉ 0,7V rơi trên tiếp giáp bazơ – emitơ. Cho tới khi

điện áp UBE chưa vượt quá giá trị này thì tranzito se không dẫn.

Tiêu chuẩn cho một bộ khuếch đại điện áp có thể xác định:

1. Để thay đổi điện áp ra thì cân thay đổi điện áp vào, sư thay đổi đó là tuyến tính

và đâu ra lớn hơn đâu vào. Đối với một bộ khuếch đại dùng BJT, để cho phép

tranzito dẫn thì phải giữ cho điện áp vào không nhỏ hơn 0.7V.

2. Cân phải khuếch đại cả hai nửa chu kỳ điện áp xoay chiều đâu vào. Đối với bộ

khuếch đại dùng BJT, điều này có nghĩa là cân đặt một dòng bazơ không đổi

(gọi là dòng phân cực) mà tín hiệu vào có thể thêm vào hoặc có thể bỏ đi trong

khi vẫn cho phép tranzito dẫn.

80

hFE =độ lớn dòng đâu ra

độ lớn dòng đâu vào

IC

IB

=

hfe =sư thay đổi dòng đâu ra

sư thay đổi dòng đâu vào

IC

IB

=

3. Cân phải ổn định điểm làm việc của tranzito khi có sư biến thiên của nhiệt độ.

Đối với BJT, khi nhiệt độ tăng, dòng điện rò tăng. Cân phải có một cơ chế để

làm giảm dòng bazơ nếu dòng colectơ tăng để cản trở việc trôi điểm làm việc

do nhiệt.

Tiêu chuẩn 1 và 2 có thể thưc hiện đây đủ bằng cách dùng điện trở định thiên bazơ

RBB (một điện trở mắc nối tiếp giữa đường dây nguồn và cưc bazơ của tranzito), như

trên hình 1.4. Điện trở này cung cấp một dòng bazơ không đổi cho tranzito. Đó là

nguyên nhân có một dòng colectơ lớn hơn chạy trong mạch (tương đương bằng hFE x

IB).

Hình 1.4. Mạch tranzito với việc mắc điện trở định thiên bazơ.

Tiêu chuẩn 1 & 2 vì thế được thỏa mãn đây đủ, giống như dòng bazơ IB ổn định

chắc chắn rằng tranzito luôn dẫn và vì vậy có khả năng khuếch đại tuyến tính bất kỳ

tín hiệu vào nào (tranzito được giữ nguyên vùng tuyến tính của nó khi 0 < IB <

IBMAX).

Tuy nhiên, mạch với điện trở bazơ định thiên nối theo cách này (giữa nguồn

cung cấp và cưc bazơ) không ổn định với sư thay đổi của nhiệt độ hay sư trải rộng hệ

số khuếch đại dòng điện của tranzito hFE có thể lên tới 200-500 hoặc thậm chí hơn nữa.

Khi nhiệt độ tăng, hoặc nếu tranzito với hệ số khuếch đại lớn hơn, điện áp rơi trên điện

trở colectơ lớn hơn làm cho điện áp ra thấp hơn.

Tuy nhiên, phương pháp nối một điện trở định thiên bazơ được dùng trong các

ưng dụng mà sư phụ thuộc nhiệt độ hay sư biến thiên độ khuếch đại dòng điện là

không liên quan (như là các ưng dụng chuyển mạch số khi mà mạch tranzito được thiết

kế cho các hoạt động khác ở vùng cắt dòng hay bão hòa).

Có thể cải tiến mạch trên bằng cách nối điện trở định thiên bazơ với cưc colectơ

của tranzito thay vì nối với nguồn cung cấp. Trong sơ đồ này (hình 1.5) điện trở định

thiên bazơ được gọi là điện trở phản hồi RF, và điện áp định thiên bazơ được cung cấp

bởi đâu ra.

Bất cư tác động nào mà dẫn tới việc tăng dòng colectơ se là nguyên nhân điện áp

rơi trên điện trở colectơ tăng hơn nữa và làm cho điện áp ra giảm. Do đó se làm giảm

81

Đâu vào

Đâu ra

điện áp đặt vào cưc bazơ và dòng định thiên bazơ cũng giảm,tranzito se bị khóa bớt lại

và dẫn tới giảm dòng IC. Phương pháp ổn định này được gọi là phương pháp ổn định

dùng phản hồi một chiều colectơ và nó se được kiểm chưng trong bài thí nghiệm thư

nhất.

Tiêu chuẩn 3 được thỏa mãn khi tồn tại một cơ chế mà tín hiệu đâu ra được đưa

ngược trở về đâu vào và se đối lập với sư thay đổi ở đâu ra. Cơ chế này được gọi là

phản hồi âm (phản hồi dương là phản hồi mà tín hiệu phản hồi lấy từ đâu ra cùng

pha với tín hiệu vào nên làm tăng tín hiệu vào, dẫn tới sư thay đổi hơn nữa tín hiệu đâu

ra).

Hình 1.5. Mạch tranzito với điện trở định thiên bazơ nối với cực colectơ.

c. Xác định các linh kiện trong mạch khuếch đại dùng phản hồi colectơ

Hình 1.6. Mạch tranzito với điện trở định thiên bazơ nối với cực colectơ.

Xác định các giá trị điện trở

Hình 1.6 chỉ ra rằng điện áp VCE được xác định bởi công thưc:

VCE = VCC – (IC x RC) hoặc IC = VCC/RC – VCE/RC

và nó có dạng y = m.x + c (khi VCC và RC là các hằng số của mạch).

Ve đồ thị của IC theo VCE se thu được kết quả là một đường thẳng với:

82

Đâu vào

Đâu ra

+ Độ dốc là - 1/RC

+ Trục VCE bị cắt tại điểm VCC (tìm bằng cách cho IC = 0) , và

+ Trục IC bị cắt tại điểm VCC/RC (tìm bằng cách cho VCE = 0),

như chỉ ra trên hình 1.7. Đây là đường tải một chiều.

Hình 1.7. Đường tải.

Giá trị của RC được chọn dưa theo các yếu tố sau:

i. Hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại khi thay đổi dòng (tín

hiệu) chạy qua tranzito se sinh ra tín hiệu ra tương ưng.

ii. Trở kháng ra.

Chú ý rằng điện trở colectơ của tâng khuếch đại đâu tiên trong bộ khuếch đại

nhiều tâng có thể có giá trị cao hơn so với các tâng sau. Điều này se làm hệ số khuếch

đại của tâng lớn hơn.

Để tạo khả năng khuếch đại cân bằng biên độ dương và âm các tín hiệu vào lớn

nhất, điểm làm việc tĩnh (không có tín hiệu) của bộ khuếch đại nên có IC ở điểm giữa

các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của nó.

Trong trường hợp này có thể chọn dòng điện colectơ tĩnh ICQ = VCC/2RC (lưu ý

rằng dùng chỉ số dưới Q để ký hiệu giá trị tĩnh) và khi đó VCEQ = VCC/2.

Để xác định dòng điện bazơ tĩnh, cân thiết phải xem đặc tuyến truyền đạt của

tranzito, chỉ ra trên hình 1.8. IBQ được xác định bởi điểm tương ưng với ICQ.

83

Hình 1.8. Đặc tuyến truyền đạt vào/ra của BJT.

Trong ví dụ của hình 1.8, giả thiết rằng dòng colectơ bão hòa là 10mA, có

le bởi vì điện áp nguồn là 12V và điện trở tải colectơ là 1.2k.

Trong trường hợp này điểm làm việc tĩnh cho điện áp ra tối đa có thể đạt được

tại IC = 5mA và IB = 25A.

RF có thể xác định từ việc xem xét mạch ở hình 1.6. Từ đó có thể thấy rằng:

VCE = VBE + (IB x RF)

Ở chế độ làm việc tĩnh, ta có thể tính được giá trị của điện trở phản hồi RF (chú

ý rằng VBE thường là 0.7V):

d. Các phương pháp phân cực

Phân cực bằng dòng bazơ không đổi

Hình 1.13. Phân cực bằng dòng bazơ không đổi.

Sơ đồ này rất nhạy với sư dịch chuyển điểm làm việc (khi có một sư thay đổi về

nhiệt độ hay các tham số của tranzito se là nguyên nhân làm thay đổi các điện áp tĩnh).

Ưu điểm: đơn giản.

Nhược điểm: phụ thuộc vào nhiệt độ và các tham số

Ứng dụng: các mạch đóng ngắt với tranzito hoặc ở chế độ cắt dòng hoặc bão

hòa.

Phân cực bằng phương pháp phản hồi colectơ

84

Vra

Hình 1.14. Phân cực bằng phương pháp phản hồi colectơ.

Sơ đồ này ít nhạy hơn đối với sư dịch chuyển điểm làm việc (tính ổn định được

cải thiện).

Ưu điểm: tương đối ổn định.

Nhược điểm: giảm hệ số khuếch đại nhờ phản hồi âm xoay chiều

Ứng dụng: các mạch khuếch đại tuyến tính.

Phân cực bằng mạch phân áp bazơ

Hình 1.15. Phân cực bằng mạch phân áp.

Sơ đồ này ít nhạy nhất đối với sư dịch chuyển điểm làm việc.

Ưu điểm: rất ổn định.

Nhược điểm: hệ số khuếch đại thấp và điện áp nguồn cung cấp có ích giảm bởi

điện áp rơi trên RE.

Ứng dụng: các mạch khuếch đại tuyến tính tín hiệu nhỏ.

1.3. Thí nghiệm :


85

- Người thưc hiện thí nghiệm kể cả Hướng dẫn viên và sinh viên đều phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch.



Bài 1: Phân cưc cho tranzito bằng phương pháp phản hồi colectơ.

Bài 2: Phân cưc cho tranzito bằng bộ chia áp bazơ.



Thiết bị DIGIAC 3000

Modul Khuếch đại dùng tranzito – 1 DIGIAC 3000 – 2.5 (Circuit # 1 và # 2)

Bo mạch nghiên cưu sư phản hồi của các phân tử D3000 – 2.5A

Đồng hồ vạn năng

Các liên kết ngắn và các dây nối



Bài 1: Phân cực cho tranzito bằng phương pháp phản hồi colectơ.

Xét một tâng khuếch đại đơn, ổn định bằng phương pháp phản hồi colectơ.

Mạch được cho như hình 1.9.

Hình 1.9. Khuếch đại có ổn định bằng phương pháp phản hồi colectơ.

86

Đâu vào

Đâu ra

Mạch được nghiên cưu trong thí nghiệm này đã được thiết kế cho tâng khuếch

đại đâu tiên của bộ khuếch đại hai tâng ghép trưc tiếp. Điện áp colectơ tĩnh cân phải

nhỏ hơn giá trị cao nhất (có thể là VCC/2) để cho tín hiệu ra của tâng một không làm

cho tâng hai bị méo.

Điện áp thấp hơn này đạt được bằng cách dùng điện trở phản hồi mà có giá trị

nhỏ hơn so với trường hợp tạo ra điện áp ra lớn nhất mà không gây méo tín hiệu.

Mạch phản hồi tạo ra điện áp bazơ và giá trị của điện trở phản hồi được chọn sao

cho thỏa mãn yêu câu điện áp colectơ sẵn có. Kết quả của điện áp áp ra tĩnh nhỏ là tín

hiệu vào có thể nhỏ hơn để ngăn cản tín hiệu ra bị xén, bộ khuếch đại se nhạy hơn.

Để nghiên cưu thưc hành về bộ khuếch đại một tâng ổn định bằng phương pháp

phản hồi colectơ sử dụng mạch #2 như chỉ ra trong hình 1.10.

Mạch phản hồi bao gồm điện trở R3 và điện trở được thiết lập giá trị 15k trên

Bo mạch nghiên cưu các thành phân phản hồi D3000-2.5A.

Chú ý rằng có một điện trở emitơ tồn tại trong mạch này để có tác dụng ổn định

mạch khuếch đại hơn nữa nhưng cân phải tính đến nếu bạn phân tích nguyên lý hoạt

động của mạch.

Hình 1.10. Mạch khuếch đại một tầng phản hồi colectơ.

Chú ý tằng tổng trở của vòng phản hồi là 30k.

Nối mạch như hình 1.10.

Đặt nguồn một chiều biến đổi tới 10V và bật nút ON trên modul Nguồn cung

cấp.

87

Dùng một đồng hồ vạn năng ở chế độ đo điện áp một chiều, đo (với lưu ý nối

đất) điện áp nguồn (VCC) ở lỗ cắm 2.22, điện áp phân cưc bazơ (VB) ở lỗ cắm

2.5, điện áp colectơ (VC) ở lỗ cắm 2.7 và điện áp emitơ (VE) ở lỗ cắm 2.8. Ghi

lại các kết quả đo được của bạn vào bảng 1.1.

VCC VB VC VE

V V V V

Bảng 1.1

Các số chỉ mà bạn vừa đo được là các điện áp phân cưc một chiều trên các cưc

của tranzito của mạch phân cưc bằng phương pháp phản hồi colectơ.

Nhập giá trị điện áp colectơ của bạn đo được theo Vôn

Bạn nên quan sát giá trị mà bạn đo được đối với điện áp colectơ là nhỏ hơn bạn

mong chờ đối với một mạch cho điện áp ra không méo lớn nhất (dùng điểm phân cưc

giữa).

Nhấn nút OFF của modul nguồn cung cấp.

Bài 2: Phân cực cho tranzito bằng bộ chia áp bazơ.

Một mạch khác mà thỏa mãn đây đủ ba tiêu chuẩn khuếch đại điện áp đó là

mạch khuếch đại ổn định bằng phương pháp phân áp cưc bazơ. Sơ đồ mạch của nó

được chỉ ra trên hình 1.11.

Hình 1.11. Sơ đồ mạch khuếch đại ổn định bằng phương pháp chia áp cực bazơ.

Mạch khuếch đại này có các điều kiện làm việc tĩnh mà không phục thuộc vào

hFE và do đó có thể thiết kế đa năng cho các bất cư loại tranzito nào.

Mạch phân cưc bazơ là một bộ chia áp mà chỉnh quan hệ điện thế bazơ với 0V.

Dòng điện trong mạch phân áp (R1 và R2) lớn hơn nhiều so với dòng bazơ và do đó

không ảnh hưởng tới dòng bazơ khi thay đổi.

88

Điện trở emitơ R6 tạo ra sư bù ổn định. Bất cư nguyên nhân nào gây ra sư tăng

dòng IC ( IE, và IC >> IB) se dẫn tới việc tăng điện áp rơi VE tương ưng trên điện trở

emitơ.

Khi điện áp bazơ được giữ cố định bởi mạch chia áp, thì VBE phải giảm nếu VE

tăng. Sư giảm dòng bazơ IB dẫn đến tranzito bị khóa bớt lại và do đó làm giảm dòng

colectơ. Hiệu ưng đối lập se xảy ra nếu như dòng colectơ giảm. Phản hồi âm này là cơ

chế đối lập lại sư thay đổi của đâu ra. Kết quả là mạch khuếch đại được ổn định.

Hình 1.12. Mạch khuếch đại được ổn định bằng mạch chia áp bazơ.


Bật nút ON trên modul nguồn cung cấp.

Dùng một đồng hồ vạn năng ở chế độ đo điện áp một chiều, điều chỉnh nguồn

một chiều thay đổi cho điện áp nguồn cung cấp (VCC) là 10V ở lỗ cắm 2.22.

Chuyển đồng hồ vạn năng tới đo điện áp bazơ (VB) ở lỗ cắm 2.5, điện áp

colectơ (VC) ở lỗ cắm 2.7 và điện áp emitơ (VE) ở lỗ cắm 2.8. Ghi lại các giá trị

của bạn theo bảng 1.2.

VCC VB VC VE

V V V V

Bảng 1.2

Các số chỉ mà bạn vừa đo được là các điện áp phân cưc một chiều trên các cưc

của tranzito trong mạch phân cưc bằng bộ chia áp bazơ.

Nhấn nút OFF trên modul nguồn cung cấp.

Nhập giá trị điện áp bazơ (VB) của bạn theo Vôn.

89

Lại thu được giá trị điện áp colectơ VC nhỏ hơn giá trị mong đợi, bởi các lý

do như trong phân trước đã đưa ra.





- Sư chuẩn bị của sinh viên phải được thông qua kiểm tra của người hướng dẫn

thí nghiệm. Nếu không đạt, se không được tham gia thí nghiệm và có được thí nghiệm

tiếp vào buổi khác hay không se do Bộ môn và Ban chủ nhiệm khoa giải quyết.







Trả lời một số câu hỏi sau:

a) Nếu nguồn cung cấp là 12V, điện áp ra sẽ xấp xỉ bằng bao nhiêu khi dòng

colectơ ở trạng thái bão hòa:

a) 0V b) 3V c) 6V d) 12V

b) Khi tăng nhiệt độ sẽ là nguyên nhân điện áp ra:

a) giữ nguyên giá trị b) giảm c) tăng d) bão hòa

c) Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại dùng tranzito là tuyến tính cần:

a) tăng biên độ của dạng sóng ra.

b) cho phép tín hiệu tới máy hiện sóng nằm ngoài dải âm tân

c) khuếch đại tín hiệu vào đây đủ và không méo

d) làm đảo và méo tín hiệu vào.

d) Nếu nguồn cung cấp là 12V, điện áp ra tĩnh mong muốn đối với tín hiệu ra lớn

nhất có thể xấp xỉ là:

a) 0V b) 3V c) 6V d) 12V

e) Các điều kiện hoạt động của một bộ khuếch đại có thể ổn định hơn nữa bằng

cách dùng loại phản hồi nào sau đây?

a) phản hồi âm

b) phản hồi dương

c) không dùng phản hồi dương cũng như phản hồi âm

90

d) cả phản hồi dương và phản hồi âm

f) Ngoài dòng colectơ là nhân tố chính cần xét đến khi quyết định chọn giá trị RC

thì đó là :

a) giá trị tiêu tán của tranzito.

b) mưc điện áp nguồn cung cấp VCC.

c) giá trị hfe của tranzito.

d) giá trị điện trở định thiên bazơ RBB.

g) Xác định giá trị của điện trở phản hồi cần thiết để đặt điểm làm việc của bộ

khuếch đại phản hồi colectơ dùng tranzito nằm ở giữa điểm cắt dòng và điểm bão

hòa, biết điện áp nguồn cung cấp là 12V và dòng bazơ tĩnh là 2A.

a) 2.65k b) 26.5k c) 2.65M d) 26.5Mh) Nếu giá trị của điện trở phản hồi tăng, điện áp colectơ sẽ:

a) không ảnh hưởng b) tăng lên

c) giảm xuống d) bị nghịch đảo lại

i) Với điện áp nguồn 12V, giá trị của điện trở R2 cần phải cho để điện áp phân

cực bazơ là 2V, nếu giá trị của R1 là 150k là:

a) 15k b) 30k c) 45k d) 60kk) Nếu điện áp ra tĩnh nhỏ hơn VCC/2, chu kỳ của dạng sóng dòng colectơ mà bị

xén sẽ nhìn thấy trước tiên khi điện áp vào tăng lên là:

a) dương b) âm

c) sư xén se không nhìn thấy d) dương và âm cùng nhau

l) Nếu điện áp ra tĩnh nhỏ hơn VCC/2, chu kỳ của dạng sóng điện áp ra mà bị xén

sẽ nhìn thấy trước tiên khi điện áp vào tăng lên là:

a) dương b) âm

c) sư xén se không nhìn thấy d) dương và âm cùng nhau

m) Hệ số khuếch đại dòng điện động của một tranzito là:

a) b) c) d)

n) Yếu tố giới hạn dòng colectơ là:

a) dòng điện rò.

b) điện áp nguồn cung cấp và điện trở tải colectơ.

c) công suất tiêu hao trên tranzito.

d) dòng bazơ của tranzito.

91

o) Dòng điện colectơ tĩnh mong muốn của một bộ khuếch đại dùng phương pháp

phản hồi colectơ cho điện áp ra lớn nhất với một điện trở colectơ 12k mắc với

nguồn 12V là:

a) 5A b) 50A c) 0.5mA d) 5mA

p) Độ dốc đường tải của một bộ khuếch đại với một điện trở tải colectơ RC và một

điện trở phản hồi RF là:

a) b) c) d)

q) Dạng sóng mà có quan hệ đảo pha với dạng sóng vào trong mạch khuếch đại

dùng BJT mắc kiểu emitơ chung là:

a) dòng bazơ b) dòng colectơ

c) điện áp emitơ d) điện áp colectơ




- Gia công kết quả, lập bảng






- Kiến nghị.


Bộ môn hay tập thể hướng dẫn thí nghiệm tổ chưc đánh giá điểm thí nghiệm

thông qua lưa chọn một trong những hình thưc sau:


- Điểm thí nghiệm của sinh viên được tổng hợp theo lớp có chữ ký xác nhận Trưởng bộ

môn chuyên môn.


1 D3000 Transistor Amplifier-1 Laboratory Manual 3.51


92





BÀI 8

NGHIÊN CỨU VỀ PHẢN HỒI DÙNG TRONG MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITOR

LƯỠNG CỰC


93

Phản hồi trong các mạch khuếch đại là một trong các tham số gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu ở đâu ra. Có hai loại phản hồi cơ bản đó là: Phản hồi dương và phản hồi âm.

Phản hồi âm có hệ số khuếch đại khi có phản hồi âm bị giảm, tuy nhiên độ ổn

định của mạch se tăng, khi tăng độ sâu hồi tiếp độ ổn định của mạch càng tăng, vì vậy

hồi tiếp âm hay được dùng trong khuếch đại.Phản hồi dương có hệ số khuếch đại của

mạch tăng, độ ổn định của mạch bị giảm.

Với bài thí nghiệm này, sinh viên se được kiểm chưng lại phân lý thuyết đã được

học trong §1 chương II thuộc HP “ Ky thuật điện tử tương tư ” về phản hồi trong

khuếch đại và ảnh hưởng của nó tới các tham số của tâng khuếch đại.


1.1. Mục đích thí nghiệm :


Xác định được các kiểu phản hồi trong mạch khuếch đại.

Xem xét các ảnh hưởng của các hệ phản hồi khác nhau.

Nghiên cưu ảnh hưởng của dòng phản hồi xoay chiều song song trên một bộ

khuếch đại ghép tâng.

Giúp sinh viên chuyển đổi tư duy từ kiến thưc lý thuyết đến tiếp cận với kiến thưc thưc tế.

Giúp cho SV hiểu rõ được thí nghiệm là một phân công việc của người làm công tác khoa học ky thuật.

1.2. Cơ sở lý thuyết :

a. Vai trò của tụ điện trong bộ khuếch đại ghép tầng

Các tụ điện thường được dùng với hai chưc năng tác động tới bộ khuếch đại

hoạt động ở chế độ xoay chiều.

1. Là một tụ ghép tâng (hay ngăn thành phân một chiều), được nối giữa các

tâng khuếch đại để ngăn thành phân một chiều nhưng cho các tín hiệu xoay

chiều đi qua bởi 2 lý do:

(i). Các chế độ phân cưc bazơ phải không bị ảnh hưởng bởi trở kháng

thấp của bất cư mạch vào nào được nối với nó, tưc là có một đường truyền

xoay chiều tới đất đối với dòng phân cưc bazơ của tranzito.

(ii). Mục đích chính là để khuếch đại các tín hiệu xoay chiều. Đâu vào

được ghép với tụ chỉ cho phép các tín hiệu xoay chiều đi qua và do đó có

94

thể cách ly tín hiệu xoay chiều đâu vào với bất cư điện áp một chiều nào mà

có thể tồn tại ở đâu ra của tâng khuếch đại trước đó.

2. Là một tụ cách ly (hay tụ phân dòng) được nối song song, với một điện trở

mắc shunt hay bất cư thành phân nào khác, để loại bỏ điện trở đó khỏi mạch

tương đương xoay chiều nhưng cho phép nó điều khiển chế độ một chiều

của mạch.

Các phân của mạch mà tạo ra sư phân cưc một chiều tĩnh cân thiết và các chế

độ ổn định cũng có thể ảnh hưởng tới chế độ hoạt động xoay chiều.

Xét mạch khuếch đại được phân cưc và ổn định bằng bộ chia áp bazơ. Sơ đồ

mạch như trong hình 2.1. Chế độ hoạt động xoay chiều có thể cách ly với các tính

năng phân cưc một chiều bằng cách nối một tụ điện song song với điện trở emitơ. Điện

áp xoay chiều emitơ khi đó là 0V, nhờ đường mắc tụ phân dòng nối tới đất. Điện áp

một chiều emitơ còn lại không ảnh hưởng bởi việc nối tụ điện này mà nó xuất hiện

giống như một mạch hở.

Hình 2.1. Mạch phân cực dùng bộ chia áp bazơ với mạch một chiều và xoay

chiều emitơ độc lập.

Tín hiệu vào được đặt trưc tiếp giữa bazơ và đất.

Trong mạch #2 chỉ ra trên hình 2.2, tụ C2 được mắc nối tiếp với điện trở R7, cả

hai được mắc song song với điện trở emitơ R6.

Lý do mắc thêm R7 nối tiếp với C2 đó là các đặc tính xoay chiều của bộ khuếch

đại có thể điều khiển được. Với R7 ở trong mạch, điện áp xoay chiều emitơ se không

là 0V (do trở kháng xoay chiều emitơ bây giờ là C2 nối tiếp với R7, cả hai song song

với R6).

Điện áp một chiều emitơ vẫn có thể được điều khiển bởi một mình R6 cho việc

phân cưc và ổn định.

95

Hình 2.2. Mạch #2.Mạng R6, C2 và R7 được dùng để tách riêng sư điều khiển các đặc tính một

chiều và xoay chiều.

b. Phản hồi

Hồi tiếp (hay còn gọi là phản hồi) là quá trình đưa một phân tín hiệu từ đâu ra

quay về đâu vào với mục đích thay đổi các tham số cũng như chế độ làm việc cho bộ

khuếch đại. Phản hồi cho phép cải thiện các tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao về

chất lượng.

Phân loại :

- Tuỳ theo cách mắc mạch phản hồi, ta có:

+ Phản hồi nối tiếp

+ Phản hồi song song

+ Phản hồi nối tiếp - nối tiếp; song song - song song

+ Phản hồi nối tiếp - song song ; song song - nối tiếp

- Tuỳ thuộc vào đại lượng phản hồi về đâu vào, ta có:

+ Phản hồi dòng điện

+ Phản hồi điện áp

+ Phản hồi hỗn hợp

- Phụ thuộc vào pha của tín hiệu phản hồi, ta có hai loại phản hồi cơ bản:

+ Phản hồi âm: là phản hồi mà tín hiệu phản hồi ngược pha (ngược dấu) so với

tín hiệu vào bộ khuếch đại nên làm yếu tín hiệu vào, giảm hệ số khuếch đại của mạch

nhưng các tính chất khác được cải thiện như nâng cao độ ổn định, mở rộng dải thông,

giảm độ méo ...

96

+ Phản hồi dương: là phản hồi mà tín hiệu phản hồi cùng pha (cùng dấu) so với

tín hiệu vào, cho nên làm tăng tín hiệu vào, tăng hệ số khuếch đại nhưng lại làm cho

mạch làm việc không ổn định có thể gây nên hiện tượng tư kích (tư dao động).

Ngoài ra, phụ thuộc vào loại dòng điện được truyền từ đâu ra trở lại đâu vào bộ

khuếch đại ta có các loại phản hồi theo dòng một chiều và phản hồi theo dòng xoay

chiều, trong đó phản hồi âm dòng một chiều dùng để ổn định chế độ làm việc cho

tranzito khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, còn phản hồi âm dòng xoay chiều để ổn định

các tham số cho mạch khuếch đại.

c. Các ảnh hưởng của phản hồi âm tới bộ khuếch đại

Giảm hệ số khuếch đại

Hệ số khuếch đại có thể thay đổi do các tham số của tranzito hoặc do khấu hao

của thiết bị vì thời gian…Việc dùng phản hồi âm se làm giảm hệ số khuếch đại của

tâng khuếch đại, tuy nhiên nó lại làm tăng tính ổn định cho hệ thống.

Tăng dải thông (dải tần)

Có một xu hướng đối với hệ số khuếch đại là giảm thấp ngoài dải thông bình

thường của một bộ khuếch đại, phản hồi âm đối lập lại sư giảm này và giữ cho đâu ra

trên mưc -3dB (giới hạn dải thông) trên một dải rộng hơn của tân số.

* Dải thông là khoảng tân số mà tín hiệu ra lớn hơn 70,7% (-3dB) tín hiệu ra

giữa dải tân.

Trở kháng vào và ra

Các ảnh hưởng của phản hồi âm tới trở kháng vào và trở kháng ra đối với 4 kiểu phản

hồi âm được tổng hợp trong bảng 2.1 (các trở kháng vào và ra được so với mạch khuếch đại

mà không có phản hồi).

Kiểu phản hồi ZIN ZOUT

Nối tiếp / Điện áp Tăng Giảm

Song song / Điện áp Giảm Giảm

Nối tiếp / Dòng điện Tăng Tăng

Song song / Dòng điện Giảm Tăng

Bảng 2.1.Giảm nhiễu và méo Sư giảm hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại làm giảm ảnh hưởng của tín hiệu

nhiễu và méo tới tín hiệu ra.d. Đo trở kháng vào và trở kháng ra

Khi xét trạng thái xoay chiều của một bộ khuếch đại, việc xét mạch tương

đương xoay chiều tổng quát với trở kháng vào ZIN, điện áp vào VIN, trở kháng ra ZOUT

và điện áp ra VOUT ( bằng VIN x GAIN) như chỉ ra trên hình 2.6 là cân thiết.

97

Hình 2.3. Mạch tương đương khuếch đại xoay chiều tổng quát.

Nhìn vào mạch đâu vào, công thưc chia áp cho bởi quan hệ:

Trong đó VSIGNAL là điện áp tín hiệu vào và ZVAR là trở kháng của biến trở VR1

trong mạch #1 của modul Khuếch đại dùng tranzito – 1.

Trở kháng vào của bộ khuếch đại có thể xác định bằng cách cho ZVAR bằng 0 và

đo VIN. Tại điểm mà chúng ta có VIN / VSIGNAL = ZIN / (0+ZIN) = 1 thì VIN = VSIGNAL.

Nếu bây giờ chúng ta tăng ZVAR đến khi VIN giảm xuống tới VSIGNAL / 2 thì

VIN / VSIGNAL = ½, chúng ta có ZIN / (ZVAR + ZIN) = ½ và do đó ZVAR = ZIN.

Chú ý rằng khi đo điện áp vào, nó thường là dễ hơn so với đo kết quả điện áp ra

(bởi nó thường là một tín hiệu lớn hơn vì VOUT = VIN x AV và AV thường > 1). Do đó

khi xác định ZIN đâu tiên chúng ta đo điện áp ra với VR1 đặt là 0, sau đó tăng VR1 cho

đến khi điện áp ra giảm một nửa. Tại điểm này, VR1 = ZIN.

Nhìn vào mạch đâu ra, công thưc chia áp cho bởi quan hệ:

Trong đó ZVAR là trở kháng của biến trở tải VR5 ở trên đỉnh của modul Khuếch

đại dùng tranzito – 1, và VVAR là điện áp trên VR5.

Trở kháng ra của bộ khuếch đại có thể xác định bằng cách đo điện áp ra với

việc không nối VR5 (VR5 coi là điện trở vô cùng lớn). Tại điểm này chúng ta có VVAR

/ VOUT = / (ZOUT + ) = 1 bởi thế VVAR = VOUT.

Nếu chúng ta bây giờ mắc VR5 mà đã đặt giá trị lớn nhất và giảm ZVAR cho đến

khi VVAR giảm tới VOUT/2 thì VVAR / VOUT = ½, chúng ta có ZVAR / (ZOUT + ZVAR) = ½ và

do đó ZVAR = ZOUT.

Lưu ý rằng một bộ khuếch đại điện áp lý tưởng có 3 tiêu chuẩn sau:

(1). một hệ số khuếch đại điều chỉnh được mà có thể đặt bất cư giá trị nào.

(2). trở kháng vào vô cùng do đó bộ khuếch đại không tiêu hao công suất nào từ

nguồn của nó (và VIN = VSIGNAL).

98

(3). trở kháng ra bằng 0 (do đó bộ khuếch đại cung cấp tất cả điện áp ra của nó

tới tải của nó (và VLOAD = VOUT).

Trạng thái làm việc xoay chiều của việc phân cưc và ổn định mạch khuếch đại

dùng bộ chia áp bazơ se được nghiên cưu bây giờ.

1.3. Thí nghiệm :

1.3.1. Nội quy an toàn thí nghiệm :

- Người thưc hiện thí nghiệm kể cả Hướng dẫn viên và sinh viên đều phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch.



Bài 1: Mạch khuếch đại vòng hở (không có phản hồi)

Bài 2: Mạch khuếch đại hai tâng với phản hồi dòng điện song song



Thiết bị DIGIAC 3000

Modul Khuếch đại dùng tranzito – 1 DIGIAC 3000 – 2.5 (Circuit #2)

Máy tạo hàm

Máy hiện sóng


Bộ đếm tân (không bắt buộc)

Các liên kết ngắn và các dây nối



Bài 1: Mạch khuếch đại vòng hở (không có phản hồi)


99

Hình 2.4. Mạch khuếch đại vòng hở.

Vặn VR1 tới vị trí MIN

Đặt nguồn cung cấp một chiều có thể thay đổi tới giá trị 10V và bật nút ON trên

modul Nguồn cung cấp.

Nối Ch.1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 1.2 để hiện thị dạng sóng vào và Ch.2

với lỗ cắm 2.7 để hiển thị dạng sóng ra.

Hiệu chỉnh máy tạo hàm sao cho có một tín hiệu ra là 0.5Vp-p ở tân số 1kHz.

Trên màn hình máy hiện sóng se hiển thị các dạng sóng, bỏ kết nối ngắn giữa lỗ

cắm 2.9 & 2.10 (bỏ phản hồi dòng điện xoay chiều nối tiếp). Quan sát ảnh

hưởng.

Bạn se thấy dạng sóng điện áp ra giảm, điều đó chỉ ra rằng hệ số khuếch đại giảm

do có phản hồi âm của mạng điện trở colectơ.

Thay thế liên kết ngắn giữa lỗ cắm 2.9 & 2.10 và sau đó bỏ dây nối từ lỗ cắm

2.2 tới lỗ cắm 4.20 để xác nhận một ảnh hưởng tương tư như khi đặt một phản

hồi điện áp song song. Thay thế dây dẫn.

Kiểm tra biên độ tín hiệu đặt vào sao cho có một điện áp đâu ra là 1.0Vp-p.

Đo điện áp vào và ghi vào bảng 2.2. (bạn có thể giả thiết rằng giá trị giữa dải thông là

1kHz).

Điện áp vào Hệ số khuếch đại của tâng A

100

Không có phản hồi mVp-p

Tính hệ số khuếch đại của tâng khuếch đại vòng hở (giữa dải) A bằng cách chia

điện áp ra cho điện áp vào và điền vào bảng trên.

Hệ số khuếch đại của tâng (giữa dải) = Điện áp ra (giữa dải) / Điện áp vào (giữa

dải)

Bài 2: Mạch khuếch đại hai tầng với phản hồi dòng điện song song

Sơ đồ mạch khuếch đại hai tầng sử dụng phản hồi dòng điện song song.

Từ sơ đồ mạch trên ta nối như sau: dùng liên kết ngắt nối giữa lỗ cắm 2.20 và

2.21 (cung cấp nguồn cho mạch), giữa lỗ cắm 2.3 và 2.4 (phản hồi dòng nối

tiếp), giữa 2.18 và 2.19 (phản hồi điện áp nối tiếp) và giữa 2.7 với 2.11 (ghép

trưc tiếp giữa 2 tâng), nối giữa 2.9 và 2.10.

Chỉnh biến trở VR5 đến giá trị 20k ( dùng đồng hồ vạn năng ở thang đo điện

trở để xác định). Dùng dây nối để nối biến trở VR5 giữa lỗ cắm 1.4 và lỗ cắm

2.6.

101

Đặt nguồn cung cấp một chiều có thể thay đổi tới giá trị 10V và bật nút ON trên

modul Nguồn cung cấp.

Nối Ch.1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 1.2 để hiển thị dạng sóng vào và Ch.2

với lỗ cắm 2.7 để hiển thị dạng sóng ra của tâng khuếch đại thư nhất hoặc với lỗ

cắm 2.14 để hiển thị dạng sóng ra sau tâng khuếch đại thư 2.

Đặt độ chia thời gian là 0.5ms/div. Để cả 2 kênh của máy hiện sóng ở thang

chia 1V/div.

Hiệu chỉnh máy tạo hàm sao cho có tín hiệu ra của tâng khuếch đại thư nhất là

2.0 Vp-p ở tân số 1kHz.

Quan sát các dạng sóng hiển thị trên máy hiện sóng, bỏ liên kết ngắn giữa lỗ

cắm 2.9 và 2.10 (tín hiệu xoay chiều emitơ nối đất, phản hồi dòng điện xoay

chiều nối tiếp được đặt). Quan sát ảnh hưởng của phản hồi tới tín hiệu ra khi đó.

Bạn se thấy rằng dạng sóng điện áp ra giảm, chỉ ra rằng hệ số khuếch đại giảm

và mạng điện trở emitơ tạo ra phản hồi âm.

Chỉnh biên độ tín hiệu vào cho tới khi có điện áp ra của tâng đâu là 2.0Vp-p (đo

tại điểm 2.7) hay điện áp ra của tâng hai là 3.0Vp-p. Đo điện áp vào, ghi lại vào

bảng 2.3 (bạn có thể giả thiết rằng giá trị giữa dải là 1kHz).

Điện áp vàoHệ số khuếch đại của tâng thư nhất

Hệ số khuếch đại của tâng thư hai

Hệ số khuếch đại chung

Với phản hồi mVp-p

Bảng 2.3.

Tính hệ số khuếch đại (giữa dải) của từng tâng khuếch đại khi có phản hồi bằng

cách chia điện áp tín hiệu ra cho điện áp tín hiệu vào và điền kết quả vào bảng

2.3.

Hệ số khuếch đại của tâng (giữa dải) = Điện áp ra (giữa dải) / Điện áp vào (giữa

dải)

Hệ số khuếch đại của tâng thư nhất: K1 = ….

Hệ số khuếch đại của tâng thư nhất: K2 = ….

Tính hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại 2 tâng: K = K1.K2

So sánh dạng sóng ra của tâng khuếch đại khi có sử dụng phản hồi với dạng

sóng ra của tâng khuếch đại trong trường hợp không có phản hồi ở bài thí

nghiệm trước.

102

Ve lại dạng sóng của tín hiệu vào, tín hiệu ra của tâng thư nhất và tín hiệu ra

của tâng thư hai và đưa ra nhận xét về các dạng tín hiệu này (biên độ, pha).





- Sư chuẩn bị của sinh viên phải được thông qua kiểm tra của người hướng dẫn

thí nghiệm. Nếu không đạt, se không được tham gia thí nghiệm và có được thí nghiệm

tiếp vào buổi khác hay không se do Bộ môn và Ban chủ nhiệm khoa giải quyết.



Báo cáo thí nghiệm được viết một mặt trên khổ giấy A4, đóng quyển, bìa mềm (theo mẫu .......). Mỗi sinh viên có một quyển báo cáo riêng.




Trả lời một số câu hỏi sau:

a) Mạch mà có trở kháng vào lớn nhất là mạch:

a) Phản hồi dòng điện nối tiếp b) Phản hồi điện áp song song c)

Vòng hở (không có phản hồi) d) Tất cả như nhau

b) Mạch mà có trở kháng ra nhỏ nhất là mạch:



c) Mạch mà có hệ số khuếch đại lớn nhất là mạch:






- Gia công kết quả, lập bảng




103



- Kiến nghị.


Bộ môn hay tập thể hướng dẫn thí nghiệm tổ chưc đánh giá điểm thí nghiệm

thông qua lưa chọn một trong những hình thưc sau:


- Điểm thí nghiệm của sinh viên được tổng hợp theo lớp có chữ ký xác nhận Trưởng bộ

môn chuyên môn.


1 D3000 Transistor Amplifier-1 Laboratory Manual 3.51






104

BÀI 9

THYRISTOR (linh kiện bán dẫn chỉnh lưu có điều khiển – SCR)


105

Thyristor là một trong các linh kiện thuộc họ chỉnh lưu có điều khiển SCR (Silicon Controled Rectifier). Đó là nó cho phép thưc hiện chỉnh lưu điện áp xoay chiều ở đâu vào và được điện áp một pha ở đâu ra, thêm vào đó nó còn cho phép thay đổi được điện áp trung bình đặt lên tải, nhờ thay đổi góc mở α, khi đặt vào cưc điểu khiển.

Qua bài thí nghiệm này, với một trình tư các thao tác được trình bày một cách tuân tư, hợp lý se giúp sinh viên đối chiếu và kiểm chưng lại những kiến thưc lý thuyết trong §6 chương I thuộc HP “ Ky thuật điện tử tương tư ” về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và một số các ưng dụng cơ bản của thyristo.



Sau khi thưc hiện bài thí nghiệm này SV có thể:

Hiểu được nguyên lý làm việc của Thyristo cũng như điều kiện mở, điều

kiện khóa của Thyristo.

Đo lường được điện áp mở cổng và điện áp mở từ anốt đến catốt của một

thyristor.

Xác định dòng điện qua tải của một thyristor bằng đo lường hoặc tính toán.

Đo lường và khảo sát các giá trị điện áp trên một mạch đóng cắt dùng

thyristor.




Thyristor được tạo nên từ 4 lớp bán dẫn ghép xen ke nhau và có 3 điện cưc

(Anốt, Catốt và cưc điều khiển G). Về mặt cấu trúc, có thể xem thyristo tương đương

như gồm 2 tranzito khác loại ghép nối tiếp nhau.

Hình 4.1.

106

Khi transitor TR1 dẫn điện, dòng colector của nó se cung cấp dòng điện bazơ

cho TR2 và do đó làm cho TR2 cũng dẫn điện và cung cấp dòng cho cưc bazơ của

TR1. Mạch này gọi là vòng lặp tư hỗ trợ.

Nếu TR1 không dẫn điện se không có dòng bazơ cho TR2 và như vậy TR2

cũng không dẫn điện và do đó cũng không có dòng bazơ cho TR1.

Như vậy, se có 2 trạng thái ổn định, một trường hợp là cả hai transitor cùng dẫn

và trường hợp còn lại là cả hai transitor đều khóa.

Hình 4.2. Ky hiệu của thyristo trong các mạch điện tử.

Chú ý: Cấu trúc PNPN (trong hình 4.1) chỉ có thể dẫn điện khi cưc trên là dương và

cưc này do đó được gọi là cưc Anốt và linh kiện này cũng dùng để chỉnh lưu (dòng

điện chỉ có thể chạy qua theo một chiều duy nhất, tương tư như điốt) .

Mạch điện sử dụng 2 transitor rời rạc (thyristo) có thể được điều chỉnh để mở

hay đóng bằng cách cung cấp một điện áp cao hoặc thấp tới đâu vào (cưc cổng).

Dòng điện có thể được dẫn qua linh kiện chỉnh lưu điều khiển bởi 4 lớp bán dẫn

(thyristo) nhờ việc đặt điện áp vào cưc cửa và nó cũng có thể bị khóa bằng cách bỏ đi

điện áp dương đặt trên cưc anốt nhằm giảm dòng điện cưc anốt xuống thấp hơn dòng

điện duy trì.

Tên đây đủ của linh kiện này là “Thyristor ba cưc khóa đảo” nhưng thường

được gọi đơn giản là thyristor.

Hình 4.3.

107

Điện trở R5 (1 ) được lắp vào trong mạch cho phép kiểm tra dạng sóng của

dòng điện khi thyristor hoạt động với nguồn điện áp xoay chiều.

Diode D4 ngăn không cho dòng chạy qua cưc cổng mà thay vào đó chạy từ anốt

đến catốt.

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1. Thyristor – Chế độ hoạt động một chiều

Bài 2. Thyristor – Nguồn xoay chiều



Mạch #1,#5,#11&#12 của modun D3000 - 2.3 Power Electronic Devices-1.

Máy hiện sóng


Các liên kết ngắn và các dây nối.



Bài 1. Thyristor – Chế độ hoạt động một chiều

108

Hình 4.4.

Dùng các liên kết ngắn nối giữa các lỗ cắm 5.3 với 5.6, 11.1 với 11.2.

Dùng dây dẫn nối giữa các lỗ cắm 1.1 với 5.1, 5.4 với 11.3.

Đặt biến trở VR1 ở vị trí MIN.

Kết nối đồng hồ vạn năng đặt ở thang đo điện áp một chiều, chân dương với lỗ

cắm 5.5, chân mas với lỗ cắm 5.8 để theo dõi điện áp giữa cưc cổng và cưc

catốt (UGK) của thyristor D5. Bạn cũng có thể dùng một thiết bị đo tương tư cho

việc đo điện áp UGK này nếu có.

Bật nút ON trên modul cấp nguồn.

Tăng giá trị điện áp cưc cổng (bằng cách vặn VR1 theo chiều kim đồng hồ) cho

đến khi thyristor mở và bóng đèn sáng. Giảm giá trị của VR1 và chú ý rằng lúc

này bóng đèn vẫn sáng. Thyristor đã chốt ở mưc mở.

Để chuyển thyristor về chế độ khóa (OFF), đặt VR1 ở vị trí giữa (là cho điện áp

cưc cổng bằng 0V) tháo bỏ dây dẫn từ lỗ cắm 11.3 và lại cắm vào. Đèn se còn ở

trạng thái tắt cho đến khi điện áp cưc cổng tăng lại đến một giá trị dương

“ngưỡng”.

Lặp lại hai bước trên để trở nên quen thuộc với cách thưc làm cho thyristor ở

trạng thái mở hoặc khóa.

Khi VR1 đặt ở vị trí giữa và đèn tắt, tăng từ từ điện áp cưc cổng đồng thời với

việc đọc giá trị đo ở trên đồng hồ vạn năng. Chú ý giá trị điện áp cưc cổng tại

thời điểm tưc thời ngay trước khi thyristor chuyển sang chế độ mở (điện áp

ngưỡng mở thyristor - điện áp mồi), điện áp tưc thời ngay sau khi thyristor mở

(điện áp “mở” cưc cổng). Ghi lại các giá trị vào bảng 4.1 dưới đây.

Điện áp mồi Điện áp mở cưc cổng Điện áp UAK Điện áp UAK

109

(OFF) (ON)

V V V V

Bảng 4.1.

Chú ý rằng điện áp cưc cổng tăng ngay sau khi thyristor mở. Điều này là do

hoạt động chốt của thyristor .

Chuyển thyristor về chế độ khóa và lặp lại bước cuối nhằm xác định chính xác

việc đo lường điện áp mồi và điện áp mở cổng.

1a. Ghi lại giá trị điện áp ngưỡng mở cổng (điện áp mồi) theo V

Khi đèn tắt, chuyển đâu dương của đồng hồ vạn năng từ lỗ cắm 5.5 tới lỗ cắm

5.7 để đo điện áp anốt - catốt của thyristor ở chế độ khóa UAK (OFF) (khi

không dẫn điện). Ghi giá trị điện áp này vào bảng 4.1.

Chuyển thyristor về trạng thái mở và đo điện áp mở giữa anốt và catốt (khi dẫn

điện). Ghi giá trị này vào bảng 4.1.

1b. Ghi lại giá trị điện áp mở (giữa anốt và catốt) theo V

Chú ý: Cùng với dòng điện qua tải, điện áp mở giữa anốt và catốt se dùng để xác

định công suất tiêu tán trên thyristor. Điện áp mở này càng thấp thì công suất tiêu tán

của linh kiện này càng thấp.

Trong phân đâu của bài thí nghiệm này, chúng ta đã thấy thyristor đóng vai trò

như một bộ chuyển mạch chốt trạng thái khi sử dụng với nguồn cấp một chiều. Khi

thyristor ở trạng thái mở, chỉ có thể chuyển thyristor về trạng thái khóa bằng cách

giảm dòng điện qua nó (từ anốt đến catốt) xuống giá trị nhỏ hơn giá trị dòng điện “duy

trì”.

Chuyển mạch thyristor

Hoạt động của một chuyển mạch Thyristor như sau:

Hình 4.5

110

Tải được điều khiển khi nối với thyristor D5 và khi dẫn, điện áp rơi trên

thyristor này là thấp. D6 bị khóa và tụ điện được nạp từ nguồn cấp với cưc tính như

trên hình 4.5.

Khi D6 mở nhờ một điện áp dương trên cưc cổng của nó, điện áp rơi trên nó

giảm tới một giá trị nhỏ. Việc nạp của tụ điện C1 không thể thay đổi một cách tưc thời

và do đó điện áp trên cưc anốt của D5 âm, D5 bị khóa.

Khi D5 mở trở lại thì hoạt động này lại xảy ra ngược lại và D6 lại khóa trở lại.

Thay đổi lại mạch như sau:

Hình 4.6.

Đóng modul cấp nguồn (OFF)

Bỏ đồng hồ vạn năng ra khỏi mạch điện và bỏ dây nối giữa các lỗ cắm 1.1 với

5.1.

Lắp thêm một liên kết ngắn giữa các lỗ cắm 5.7 và 5.11. Lắp một đâu của một

dây nối vào lỗ cắm 5.12 (+12V).

Bật modul cấp nguồn (ON)

Sử dụng một đâu dây còn lại chạm vào lỗ cắm 5.1 để mở thyristor D5 và chú ý

lúc này đèn sáng.

Bây giờ sử dụng đâu dây rỗi còn lại của dây nối chạm vào lỗ cắm 5.10 để vận

hành chuyển mạch D6 và chú ý lúc này đèn tắt.

Lặp lại hai bước trên sao cho quen thuộc với hoạt động chuyển mạch của mạch

điện.

Nối đồng hồ vạn năng để ở chế độ thang đo điện áp một chiều, đâu dương với

lỗ cắm 5.13 và đâu âm với một điểm trên dây nối giữa lỗ cắm 5.7 và 5.11.

Khi đèn sáng (D5 mở), hãy đo điện áp trên tụ C1.

Điện áp trên tụ C1 (khi đèn sáng) = ………… V

1c. Ghi lại giá trị điện áp trên tụ theo V

111

Khi đèn tắt (D6 mở), một lân nữa đo điện áp trên tụ C1

Chú ý rằng nếu ta sử dụng đồng hồ vạn năng tương tư, ta phải ngắt nó khi

chuyển đèn về trạng thái tắt và đảo các kết nối để cho phù hợp.

Điện áp trên tụ C1 (khi đèn tắt) = …………. V

Trong phân thư hai của bài thí nghiệm này, chúng ta đã khảo sát hoạt động của

một mạch điện mà chuyển mạch dùng thyristor.

Bài 2. Thyristor - Nguồn xoay chiều

Dòng điện chỉ chạy qua thyristor khi cưc anốt dương. Do đó, với nguồn điện áp

xoay chiều thyristor se tư động khóa tại cuối mỗi nửa chu kỳ dương khi điện áp anốt

giảm xuống bằng 0 và không cân thiết phải có thyristor chuyển mạch để chuyển

thyristor về trạng thái khóa.

Để đạt được trạng thái dẫn điện, hoặc cưc cổng phải được cấp một điện áp dương

trưc tiếp hoặc một xung kích phải được cấp ở đâu mỗi nửa chu kỳ dương.

Hình 4.7.

Công suất sẵn có trên tải bị giới hạn ở trong một nửa chu kỳ.

112

Hình 4.8.

Dùng các liên kết ngắn giữa các lỗ cắm 5.3 với 5.6, 12.1 với 12.2 và các dây nối

giữa các lỗ cắm 5.1 với 5.12, 5.14 với 12.11 và 11.2 với 12.6.

Kết nối đồng hồ vạn năng đặt ở chế độ thang đo dòng điện một chiều, chân

dương với lỗ cắm 11.3, chân mas với lỗ cắm 5.7 để theo dõi dòng điện trên tải.

Bật modul cấp nguồn (ON)

Ghi lại giá trị (trung bình) của dòng điện qua tải (bóng đèn)

Dòng điện qua tải (chỉnh lưu nửa sóng) = ……… mA

Bỏ điện áp đặt trên cưc cửa bằng cách bỏ đâu dây ở lỗ cắm 5.1. Chú ý rằng đèn

ngay lập tưc tắt. Thay thế dây dẫn vào lại.

Với đầu vào cấp là nguồn xoay chiều thì cực cổng phải được cấp một cách

liên tục để đảm bảo có dòng chạy qua tải.

2a. Ghi lại các giá trị của dòng điện qua tải (nửa sóng) theo mA


- Thang thời gian 5ms/độ chia

- Đặt CH1 cách 2 khoảng chia tính từ phía trên đỉnh màn hình xuống.

- Đặt CH2 cách 2 khoảng chia tính từ phía dưới màn hình lên.

- Thang đo tỷ lệ CH1 Y là 10V/div, đâu vào 1 chiều.

- Thang đo tỷ lệ CH1 Y là 0.5V/div, đâu vào 1 chiều .

Kết nối CH.1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 12.5 để theo dõi nguồn cấp và

CH.2 với lỗ cắm 5.8 để theo dõi điện áp qua R5 mà dòng tải (bóng đèn) qua nó

xuống đất. Nối đất của máy hiện sóng với lỗ cắm 5.9.

Phác họa dạng sóng trên đồ thị lưới (Đồ thị phác họa dạng sóng 4.1). Đánh dấu

các biên độ đỉnh và nhập vào tỷ lệ thời gian (Time Scale).

113

Chú ý: Biên độ của dòng điện có thể tính toán được bằng cách chia giá trị biên độ

đỉnh điện áp cho giá trị điện trở 1

Đồ thị phác họa dạng sóng 4.1.

Để xem xét sư mất mát của công suất tiêu thụ trên tải ta có thể sử dụng mạch

chỉnh lưu toàn sóng để cung cấp các nửa xung dương liên tục cho thrristor.

Hình 4.9.

Thay đổi mạch điện lại như sau:

114

Hình 4.10.

Thêm một liên kết ngắn nối giữa lỗ cắm 12.7 với 12.8 và chuyển nguồn cấp từ

lỗ cắm 12.6 tới lỗ cắm 12.9. Bóng đèn và mạch thyristor lúc này được cung cấp

bởi nguồn chỉnh lưu toàn sóng sao cho cả hai nửa chu kỳ đều có dòng qua tải.

Chú ý rằng độ sáng của bóng đèn (và dòng điện) tăng lên, dạng sóng của dòng

điện đâu ra thay đổi. Biên độ trong mỗi nửa chu kỳ là như nhau nhưng bây giờ

lớn gấp đôi. Ve đồ thị phác thảo của dạng sóng mới này vào Đồ thị phác họa

dạng sóng 4.1.

Ghi lại dòng tải mới đo được nhờ đồng hồ vạn năng:

Dòng điện tải (chỉnh lưu toàn sóng) = ……… mA

Giá trị trung bình của sóng hình sin chỉnh lưu toàn sóng là 0,637 x giá trị đỉnh.

Tính toán giá trị dòng điện trung bình từ biên độ đỉnh khi đo lường trên máy hiện

sóng.

Dòng điện trung bình theo tính toán (chỉnh lưu toàn sóng) = …….. mA

So sánh kết quả với giá trị đo được ở trên.

2b. Ghi lại giá trị trung bình của dòng điện qua tải theo tính toán (chinh lưu toàn

sóng) theo mA.





115

















- Kiến nghị.





116


1 D3000 Power Electronic Device-1 Laboratory Manual 3.21






117

BÀI 10

CÁC MẠCH LỌC RC ĐƠN GIẢN


118

Qua bài thí nghiệm này, với một trình tư các thao tác được trình bày một cách tuân tư, hợp lý se giúp sinh viên đối chiếu và kiểm chưng lại những kiến thưc phân lý thuyết về các mạch đơn giản dùng RC thuộc học phân “ Ky thuật mạch điện tử”, mà cụ thể là kiểm chưng lại các lý thuyết về tân số cắt, dải tân làm việc của các mạch lọc thông thấp và thông cao.




Tính toán tân số cắt cho mạch lọc thông thấp RC.

Tính toán tân số cắt cho mạch lọc thông cao RC.

Đo lường tân số cắt của mạch lọc thông thấp và thông cao.

Nhận dạng các đường cong đáp ưng bộ lọc.

Nhận diện các mạch lọc RC




Phân loại bộ lọc

Mục tiêu của mạch lọc là cho phép dải tân đặc trưng của tân số đi qua và hạn

chế phân còn lại. Có 4 loại mạch lọc cơ bản:

Hinh ve: Các loại mạch lọc cơ bản

a) Mạch lọc thông thấp

Cho qua tất cả các tín hiệu ở tân số thấp hơn tân số cắt và hạn chế tân số lớn hơn.

b) Mạch lọc thông cao

119

Cho qua tất cả các tín hiệu ở tân số lớn hơn tân số cắt và hạn chế tân số thấp hơn.

c) Mạch lọc thông dải

Mạch lọc này cho qua dải tân ở giữa của tân số và có 2 tân số cắt. Thông thường ký

hiệu fL cho tân số cắt dưới và fH cho tân số cắt trên. Tất cả các tân số tín hiệu nằm giữa

fL và fH đều được đi qua và giới hạn tân số nhỏ hơn fL và lớn hơn fH.

Bộ lọc này được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống truyền thông như: Vô tuyến,

tivi, ra đa,… để lưa chọn tín hiệu mong muốn để xử lý.

d) Mạch lọc chắn dải

Thỉnh thoảng được gọi là “ giới hạn dải” hoặc “ khử dải”. Mạch này cũng có 2 tân

số cắt, tuy nhiên nó hạn chế các tín hiệu có tân số nằm ở giữa fL và fH và cho phép đi

qua tân số thấp hơn tân số cắt fL và cao hơn tân số cắt fH.

Các mạch lọc RC đơn giản ( bậc 1)

Có 2 cấu hình của mạch RC nối tiếp.

- Mạch (a): Điện kháng của tụ điện là cao ở tân số thấp. Khi tụ điện nối tiếp phân

tử trong đoạn “L” này se hạn chế các thành phân tân số thấp từ đâu vào đi đến

mà được lấy trên điện trở.

Do đó mạch này là mạch lọc thông cao.

- Mạch (b): Với tụ điện ở nhánh song song, tại những tân sô cao có 1 mạch ngắn

tích lũy ở đâu ra khi tân số tăng lên, và điện áp ở đâu vào se rơi mạnh trên điện

trở mắc nối tiếp.

Do đó mạch này là mạch lọc thông cao.

Tần số cắt

120

Tân số cắt được định nghĩa mà ở tân số đó điện áp đâu ra giảm 3dB so với đâu

vào. Đơn giản là tỉ lệ điện áp 0.707 : 1 hoặc .

Ví dụ, biểu đồ pha của hình 2.3 chỉ ra rằng nó xảy ra khi VC = VR.

Khi các phân tử được mắc nối tiếp dòng điện chạy qua các phân tử là như nhau.

VC = I.XC; VR = I.R. → I.XC = I.R → XC = R→

→

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1: Mạch lọc thông thấp

Bài 2: Mạch lọc thông cao



Modul D3000 – 3.2 circuit #1

Máy phát tín hiệu

Máy hiện sóng


Dây nối ngắn và các đâu nối.



Bài 1: Mạch lọc thông thấp

121

Kiểm tra giá trị của các linh kiện được sử dụng trong mạch điện của hình 2.4 và

sử dụng công thưc để xác định tân số cắt được đoán trước.

Tân số cắt được đoán trước …. dB.

1a. Tính toán giá trị tần số cắt ( đơn vị kHz)

*/ Nối ngắn mạch giữa các khe cắm 1.2 với 1.4 và 1.6 với 1.7

*/ Thiết lập máy hiện sóng như sau:

- Cơ sở thời gian (timebase) để 1ms/div, Trigger lưa chon AC, hai đường quét

hoạt động.

- Thang đo tỷ lệ kênh CH.1 Y để 0.5V/div, đâu vào AC


*/ Kết nối kênh CH.1 của máy hiện sóng tới khe cắm 1.1 để quan sát đâu vào,

và kênh CH.2 tới 1.8 để quan sát đâu ra.

*/ Thiết lập máy phát hàm để sóng hình sin tân số 1kHz và điều khiển biên độ

máy phát tín hiệu để điện áp đỉnh - đỉnh ở đâu ra của mạch điện là 1 VP-P.

*/ Sử dụng điều chỉnh tân số để giảm tân số xuống nhỏ nhất và chú ý rằng ở đây

không thay đổi biên độ của tín hiệu đâu ra ở các tân số thấp. Trở lại tân số thiết lập

1kHz.

*/ Ghi chép biên độ của tín hiệu đâu vào như được hiển thị trên kênh CH.1 của

máy hiện sóng và giữ lại mưc này để đọc trong bài thí nghiệm này.

*/ Điều chỉnh lại cơ sở thời gian của máy hiện sóng để 0.1ms/div và tân số máy

phát tín hiệu để 10kHz.

*/ Không thay đổi biên độ tín hiệu đâu vào, sử dụng điều khiển tân số của máy

phát tín hiệu để điều chỉnh biên độ điện áp đâu ra thành 0.707 VP-P (-3dB). Ghi chép

giá trị của tân số này ( tân số cắt) và ghi vào vị trí tân số còn trống trong bảng 2.1.

122

*/ Thiết lập lại tân số để giá trị 100 kHz, thay đổi cơ sở thời gian thành 10μs/div.

Ghi chép điện áp đâu ra trên kênh CH.2 của máy hiện sóng và và ghi và bảng 2.1.

*/ Điều chỉnh tân số đâu vào thành 50kHz. Làm lại lân nữa, ghi chép giá trị đâu ra

và ghi lại kết quả vào bảng 2.1.

*/ Sử dụng biểu đồ để tính toán tương đương sang đơn vị dB cho mỗi giá trị của

điện áp đâu ra trong bảng 2.1, ghi lại kết quả vào trong bảng.

*/ Đánh dấu bốn điểm và xây dưng đường cong đáp ưng trên trục log/lin như sau:

1. Ve đường thẳng đi qua vị trí suy giảm ở các tân số 50kHz và 100kHz

2. Ve đường thẳng nằm ngang ở đâu ra tham chiếu 0dB.

3. Từ chỗ giao nhau của 2 đường này, gióng vuông góc để cắt trục tân số

4. Sử dụng các đường bạn xây dưng và đánh dấu tân số cắt, phác thảo đường cong

đáp ưng của bộ lọc.

123

*/ So sánh các kết quả với kết quả dư đoán

1b. Nhập tần số cắt của bạn đo được ( đơn vị kHz)

1c. Nhập suy giảm giữa tần số 50kHz và 100kHz của bạn đo được (đơn vị

dB/octave)

Bài 2: Mạch lọc thông cao

Kiểm tra giá trị của các linh kiện được sử dụng trong mạch điện của hình 2.5 và

sử dụng công thưc để xác định tân số cắt được đoán trước.

Tần số cắt được đoán trước …. dB.

2a. Tính toán giá trị tần số cắt ( đơn vị kHz)



- Cơ sở thời gian (timebase) để 50μs/div, Trigger lưa chọn AC, hai đường quét

hoạt động.




và CH.2 tới 1.10 để quan sát đâu ra.


máy phát tín hiệu để điện áp đỉnh - đỉnh ở đâu ra của mạch điện là 1 VP-P (hiển thị trên

kênh 2).

*/ Không thay đổi biên độ tín hiệu đâu vào, sử dụng điều khiển tân số của máy

phát tín hiệu để điều chỉnh biên độ điện áp đâu ra tới 0.707 VP-P (-3dB).

124

*/ Ghi chép giá trị của tân số này ( tân số cắt) và ghi vào vị trí tân số còn trống

trong bảng 2.2.

*/ Thay đổi thiết lập cơ sở thời gian của máy hiện sóng thành 1ms/div. Ghi chép

điện áp đâu ra trên kênh CH.2 của máy hiện sóng và và ghi và bảng 2.2.


điện áp đâu ra trong bảng 2.2, ghi lại kết quả vào trong bảng.

*/ Đánh dấu bốn điểm và xây dưng đường cong đáp ưng trên trục log/lin như

sau:

1. Ve đường thẳng đi qua vị trí suy giảm ở các tân số 200Hz và 800kHz

2. Ve đường thẳng nằm ngang ở đâu ra tham chiếu 0dB.

3. Từ chỗ giao nhau của 2 đường này, gióng vuông góc để cắt trục tân số

4. Sử dụng các đường bạn xây dưng và đánh dấu tân số cắt, phác thảo đường cong

đáp ưng của bộ lọc.

*/ So sánh các kết quả với kết quả dư đoán

125

2b. Nhập tần số cắt của bạn đo được ( đơn vị kHz)

2c. Nhập suy giảm giữa tần số 50kHz và 100kHz của bạn đo được (đơn vị

dB/octave)

*/ Thêm vào đường nối giữa 2 khe cắm 1.11 và 1.12. khi đó giá trị của điện trở

giảm đi một nửa R= 2.35kΩ.





















- Kiến nghị.

126






1 D3000 Filter Circuits-1 Laboratory Manual 3.21






127

BÀI 11

M CH L C THÔNG D I LC Ạ Ọ ẢSỐ TIẾ: 01 TIẾT

128

Qua bài thí nghiệm này, với một trình tư các thao tác được trình bày một cách tuân tư, hợp lý se giúp sinh viên đối chiếu và kiểm chưng lại những kiến thưc lý thuyết về các mạch lọc thông dải LC thuộc học phân “ Ky thuật mạch điện tử”, mà cụ thể là kiểm chưng lại các lý thuyết về tân số cắt, dải thông tân làm việc, hệ số phẩm chất và tác dụng của điện trở làm nhụt của các mạch lọc dải.




Xác định tân số cộng hưởng của mạch lọc thông dải LC bằng cách tính toán

và đo lường.

Trở kháng động đạt được của mạch lọc RC song song.

Xác định điện trở hiệu dụng của cuộn dây bằng cách đo lường và tính toán.

Xác định hệ số Q của cuộn dây.

Dải thông đạt được của mạch lọc thông dải.

Nhận biết ảnh hưởng của điện trở làm nhụt ( Điện trở suy giảm).




Đáp ứng tần của mạch lọc song song.

Mạch điện LC song song có trở kháng biến đổi theo tân số. Điều này làm nó

phù hợp để tạo nên mạch lọc thông dải.

Tân số cộng hưởng được xuất phát từ hai phương trình điện kháng:

XC = XL;

→

Dải thông tần và trở kháng động

Trong cuộn dây dòng điện chậm pha hơn điện áp, còn trong tụ điện thì ngược lại.

Kết quả của điều này dẫn đến trong mạch cộng hưởng song song se có dòng điện vòng

có thể lớn hơn rất nhiều so với dòng điện được cung cấp I.

129

Do đó, khi có cộng hưởng, điện áp trong mạch lớn còn dòng cung cấp nhỏ, suy ra

trở kháng se rất lớn, và khi dòng điện và điện áp cùng pha, mạch điện có tính trở. Trở

kháng cao này được biết như là Trở kháng động R0, và giá trị của nó được cho bởi

công thưc:

Trong đó: R là điện trở cuộn dây

Tỉ số của dòng điện vòng và dòng điện cung cấp ở điều kiện cộng hưởng đo lường

chất lượng của cuộn dây.

Hệ số phẩm chất hay hệ số Q, là tỷ số giữa trở kháng và điện trở của cuộn dây.

Hệ số Q quyết điện dộ trơn của đường cong đáp ưng và từ đó ảnh hưởng đến băng

thông của mạch điện. Hai hệ số này liên quan bởi công thưc:

Đáp ưng trơn cung cấp tính lọc tốt, với cả tín hiệu mong muốn và tín hiệu loại bỏ.

Mỗi hệ số này có thể tính toán được nếu biết trước trở kháng động và có thể được

kiểm tra thông qua việc đo lường điện áp mạch điện ở các tân số khác nhau.

Nếu một điện trở được nối với mạch song song LC, điều này có tác dụng là giảm

trở kháng của mạch điện ở điểu kiện cộng hưởng, và làm giảm hệ số Q và làm tăng dải

thông tân làm việc. Điều này được biết như mạch điện suy giảm.

1.3. Thí nghiệm:




130


Bài 1: Đáp ưng tân của mạch lọc song song.

Bài 2: Dải thông tân và trở kháng động



Modul D3000 – 3.2 circuit #2

Máy phát tín hiệu

Máy hiện sóng

Máy đếm tân

Dây nối ngắn và các đâu nối.



Bài 1: Đáp ứng tần của mạch lọc song song.

1a. Tính toán và nhập tần số cộng hưởng được dự đoán trước ( đơn vị kHz )

Tần số cộng hưởng dự đoán trước = kHz.

Trong mạch điện này dòng điện cố định gân đúng được dẫn tới mạch điện cộng

hưởng do bởi điện trở 100kΩ mắc nối tiếp với nó.



- Thời gian cơ sở (timebase) để 1µs/div, Trigger lưa chon AC, hai đường quét

hoạt động.



131




máy phát tín hiệu để điện áp đỉnh - đỉnh ở đâu vào là 10 VP-P.

*/ Thay đổi tân số với điều chỉnh mịn để đỉnh điện áp đâu ra lớn nhất (điều kiện

cộng hưởng). Ghi chép lại tân số này từ mặt của máy phát tín hiệu một cách chính xác

nhất có thể ( Một bộ đếm tân số se hữu ích, nếu bạn có sẵn) và ghi vào trong bảng 3.1,

ở vị trí đánh dấu *.

*/ Điều chỉnh biên độ của máy phát tín hiệu để biên độ tín hiệu đâu ra là 1VP-P,

sau khi điều chỉnh biện độ này se được cố định cho tất cả các lân thí nghiệm kế tiếp.

*/ Thiết lập lại tân số thành 20kHz và thay đổi độ chia V/div kênh CH.2 là tất

yếu.

*/ Ghi chép biên độ của tín hiệu đâu ra và ghi và bảng 3.1.

*/ Thiết lập lại lân lượt các giá trị tân số như được ghi trong bảng 3.1, thiết lập lại

độ chia V/div kênh CH.2 và đọc các giá trị đâu ra tương ưng với mỗi giá trị tân số và

ghi kết quả vào bảng 3.1.


điện áp đâu ra từ điều kiện cộng hưởng, ghi lại kết quả vào trong bảng. Chú y, trong

tài liệu sẽ để điện áp đầu vào là 1VP-P để thuận tiện cho việc sử dụng biểu đồ.

1b. Từ việc tính toán và bảng giá trị của bạn nhập mức điện áp đầu ra ( đơn vị

dB)

132

*/ Ve đường cong đáp ưng của mạch lọc trên trục log/lin như hình 3.1.

1.c. Nhập tần số cộng hưởng bạn đã đo ( đơn vị kHz).

Để có tính chọn lọc tốt các mặt của đường cong đáp ưng phải có độ dốc lớn.

Một mạch song song LC đơn chỉ cho dải tân sô rất hẹp đi qua, điều này thường

xuyên được đòi hỏi.

133

Bài 2: Dải thông tần và trở kháng động


*/ Thiết lập máy phát tín hiệu hình sin ở tân số 50kHz.


- Thời gian cơ sở (timebase) để 10µs/div, Trigger lưa chon AC, hai đường quét

hoạt động.



- Vị trí của hai đường quét nằm ở giữa của màn hình hiển thị.



*/ Điều khiển biên độ máy phát tín hiệu để điện áp đỉnh - đỉnh ở đâu vào là 10

VP-P.

*/ Thay đổi tân số để đạt được điều kiện cộng hưởng.

Tần số cộng hưởng = kHz

*/ Ghi giá trị của điện áp đâu ra, Vout ở thời điểm cộng hưởng:

Vout = (VP-P)

134

Chú ý: Điện áp đâu vào ( 10VP-P) rơi trên điện trở R5 ( 100kΩ) và trở kháng động

R0 mắc nối tiếp. Vì thế điện áp đi qua R5 là hiệu điện áp đâu vào Vin trừ điện áp đâu ra

Vout (Vin- Vout).

Dòng điện đi qua R5 và R0 là như nhau, do đó tỷ lệ trở kháng của chúng là tỷ lệ

của điện áp đi qua chúng:

2a. Tính toán và nhập giá trị của trở kháng động R0 ( đơn vị kΩ)

Trở kháng động R0= ..... kΩ

Trở kháng hiệu dụng của cuộn dây có thể được tính toán từ công thưc trở kháng

động:

Ghi chú: Điều này không giống như điện trở một chiều DC đơn giản của cuộn dây

như khi đo đồng hồ ở chế độ điện trở do bởi hiện tượng được biết là hiệu ưng mặt

ngoài.

2b. Tính toán và nhập điện trở cuộn dây, R.

Điện trở cuộn dây R = ….Ω

Các danh sách chỉ rõ điện trở 1 chiều của cuộn dây là 2,5Ω. So sánh giá này với

giá trị R được đo lường và tính toán ở trên.

Hệ số Q của cuộn dây có thể được tính toán bởi công thưc:

( chú ý: không sử dụng R=2,5Ω)

2c. Tính toán và nhập hệ số Q của cuộn dây.

Hệ số phẩm chất Q của cuộn dây = ….

Băng thông của mạch lọc được cho bởi công thưc:

2d. Nhập và tính toán dải thông được đoán trước của mạch lọc ( đơn vị kHz)

135

Băng thông mạch lọc đoán trước = …kHz

*/ Kiểm tra tân số của máy phát tín hiệu để mạch vẫn ở điều kiện cộng hưởng, và

điều chỉnh biên độ của máy phát để Vout = 1 VP-P.

*/ Sử dụng điều khiển tân số chính xác để giảm tân số cho tới khi Vout rơi xuống

0.707V ở tân số cắt dưới fL. Chú ý, giá trị tân số này càng đúng càng tốt, sử dụng máy

đếm tân, nếu có.

fL = ….. kHz

*/ Tăng tân số để tìm tân số cắt trên fH khi điện áp rơi là 0.707V ở tân số vượt

quá điều kiện cộng hưởng. Ghi lại giá trị này.

=fH = ….. kHz

Băng thông của mạch lọc là hiệu số của hai giá trị này, fH – fL.

Dải thông của mạch lọc = …kHz.

2.e. Ảnh hưởng của điện trở làm nhụt.

*/ Thiết lập lại tân số đâu vào để mạch cộng hưởng.

*/ Nối ngắn mạch giữa khe cắm 2.9 và 2.10 để suy giảm mạch LC với một điện

trở R7 = 3.3kΩ.

Thay đổi tăng ích bộ khuếch đại kênh CH.2 thiết lập thành 50mV/div, và cân

điều chỉnh biên độ tín hiệu và để Vout = 250mVP-P ở điều kiện cộng hưởng. Ghi lại tân

số cộng hưởng.

Tần số cộng hưởng = … kHz

Đo lường lại băng thông. Ghi chú: 0.707*Vout= 177mVP-P ( thang chia 3,5).

*/ Giảm tân số tới khi Vout = 177mVP-P ở tân số cắt dưới fL. Ghi giá trị của tân số

này càng chính xác càng tốt, sử dụng bộ đếm tân số nếu có.

*/ Tăng tân số để tìm fH tới khi Vout = 177mVP-P. Ghi giá trị của tân số này càng

chính xác càng tốt, sử dụng bộ đếm tân số nếu có.

Dải thông của mạch lọc là hiệu của hai tân số trên: fH-fL

Dải thông của mạch lọc ( với tác dụng điện trở làm nhụt) = . . .kHZ.

2f. Nhập giá trị dải thông mới được đo lường





136

















- Kiến nghị.






137

1 D3000 Filter Circuits-1 Laboratory Manual 3.21






138

BÀI 12

MẠCH ĐA HÀI TỰ DAO ĐỘNG


139

Mạch đa hài tư kích nhằm mục đíc tạo ra dãy xung vuông liên tục có thể điều chỉnh một cách dễ dàng biên độ cũng như tân số người ta thường sử dụng các mạch đa hài tư kích (đa hài tư dao động) dùng Tranzitor hay IC tuyến tính hoặc dùng IC chuyên dụng như IC 555....

Qua bài thí nghiệm này, với một trình tư các thao tác được trình bày một cách tuân tư, hợp lý se giúp sinh viên đối chiếu và kiểm chưng lại những kiến thưc lý thuyết trong bài 4 chương 3 thuộc học phân “ Ky thuật điện tử tương tư”.




Nắm được nguyên tắc hoạt động và trạng thái của một mạch CR

Xác định các dạng sóng điện áp trong một mạch CR với dạng sóng đâu vào

là hình sin.

Tính toán hằng số thời gian và thời gian phóng/nạp của một mạch CR.

Nắm được nguyên tắc hoạt động và trạng thái của một mạch đa hài không tư

dao động

Xác định mạch đa hài tư dao động bằng phương pháp đo và tính toán tân số

dao động.

Đo điện áp trong mạch đa hài tư dao động.




Mạch CR với đầu vào bước (Step input)

Một mạch đa hài tư dao động hoạt động phụ thuộc vào thời gian phóng/nạp của

tụ điện thông qua điện trở.

“Đầu vào bước” là ngụ ý đến sư thay đổi đột ngột của mưc điện áp đâu vào, ví

dụ như dạng sóng vuông.

Quá trình nạp của tụ điện không thể thay đổi tưc thời, mà nó cân phải có một

khoảng thời gian nào đó.

140

Dòng điện chạy qua điện trở se hạn chế giá trị của nó.

Khi dòng điện chạy tụ điện thì điện áp trên tụ tăng lên.

Định luật Kirchhoff định nghĩa rằng tổng lượng điện áp sụt giảm trong một

mạch điện bằng với lượng điện áp đặt vào, vì thế lượng tăng điện áp trong tụ điện phải

tương ưng với lượng sụt giảm điện áp trên điện trở.

Nếu điện áp giảm thì dòng điện cũng phải giảm theo, khi đó lượng điện tích của

tụ điện cũng se giảm. Sư gia tăng điện áp là theo hàm số mũ.

Nếu dòng điện ban đâu có thể được duy trì như trong hình 6.2, thì điện áp của

tụ điện se tăng tới điện áp cung cấp với hằng số thời gian CR.

CR (s)

Trong đó: được gọi là hằng số thời gian của mạch CR.

Do sư sụt giảm của dòng điện, nên sau khoảng thời gian bằng một thì điện áp

của tụ điện tăng lên 63% so với lượng điện áp đặt vào, sau 2 tăng lên 86%, 3 = 95%,

4 = 98%, và 5 = 99.3%. Và như vậy, sau khoảng thời gian bằng 5xCR (s) thì tụ điện

se được nạp đây.

Điện áp tưc thời chạy qua điện trở se khác với điện áp đặt vào đâu vào của

mạch điện và điện áp ở đâu ra của tụ điện, như hình 6.1.

Điện áp cung cấp

0.63V

t

141

Các dạng điện áp xuất hiện trong chu kỳ phóng giống như trên nhưng dòng điện se đi theo chiều ngược lại. Như vậy điện áp chạy qua điện trở se có chiều ngược lại.

Với tín hiệu vào là dạng sóng hình vuông thì để hoàn thành quá trình phóng nạp

của tụ điện se mất khoảng 10 của mạch CR, quá trình nạp nằm ở nửa chu kỳ dương

của tín hiệu mất khoảng 5, và quá trình phóng nằm ở chu kỳ âm của tín hiệu mất

khoảng 5.

Mạch đa hài:

Có nhiều loại mạch đa hài, và sư khác biệt giữa chúng là sư ổn định của trạng

thái dẫn điện hay không dẫn điện.

Trong mạch đa hài có 2 khối được xắp sếp hoạt động theo nguyên tắc khối này

hoạt động thì khối kia se tắt bằng đường nối chéo.

Se có hai quá trình hoạt động: khối 1 dẫn điện, khối 2 tắt hoặc khối 2 dẫn thì khối

1 se tắt.

Sư khác nhau giữa các loại mạch đa hài nằm ở sư ổn định của trạng thái đẫn điện.

Ở trạng thái ổn định, quá định đẫn điện se được duy trì cho đến khi có những ảnh

hưởng của bên ngoài tác động vào.

Nếu cả hai khối đều ổn định thì mạch được gọi là mạch đa hài hai trạng thái bền.

Nếu chỉ có một khối ổn định thì mạch được gọi là mạch đa hài đơn ổn (một trạng

thái bền).

Nếu không có trạng thái nào ổn định thì mạch được gọi là mạch đa hài không

ổn định hay gọi là mạch đa hài tư dao động.

Sư ổn định trạng thái của một khối được quyết định bởi bản chất của mạch ghép

tương hỗ. Nếu sử dụng ghép trưc tiếp thông qua một điện trở thì trạng thái se được ổn

định. Nếu ghép luôn phiên qua một tụ điện se làm cho trạng thái không ổn định, do

điện tích của tụ bị rò rỉ liên tục, làm giảm phân cưc turn-off và cho phép trạng thái dẫn

điện.

Chỉ có mạch đai hài không ổn định (mạch đa hài tư dao động) là một mạch dao

động thưc sư, còn cả hai loại mạch đa hài còn lại thì cân phải có một tác động ở bên

142

Khối 1 Khối 1

ngoài làm cho chúng biến đổi trạng thái, mặc dù mạch đa hài đơn ổn se khôi phục

trạng thái ổn định của nó sau khi chu kỳ không ổn định được hoàn thành.

Hoạt động dao động cơ bản của mạch đa hài tư dao động rất đơn giản. Bất kỳ

bộ dao động nào cũng cân phải có phản hồi dương. Nếu sử dụng một bộ khuếch đại

đảo thì se phải sử dụng thêm một mạch đảo khác hoặc một mạch dịch pha 1800. Một

mạch đảo thư 2 có thể được cung cấp bởi một mạch khuếch đại khác như hình 6.5(a).

Các nghiên cưu se chỉ ra rằng sơ đồ hình 6.5(a) và 6.5(b) là tương tư như nhau.

Các mạch đã được nghiên cưu trong các chương trước tất cả đều được thiết kế để

tạo ra các bộ dao động điều hòa (sóng sin). Nếu hệ số khuếch đại cao (hệ số khuếch

đại vòng > 1) thì kết quả se bị méo khi dạng sóng cố gắng vượt qua các điện áp dải khả

dụng.

Hai giai đoạn khuếch đại se cho phép hệ số khuếch đại lên rất cao (dễ dàng lớn

hơn 10,000). Điện áp đâu ra se có xu hướng lớn hơn rất nhiều so với sư sai lệch có thể

được cho phép bởi điện áp nguồn cung cấp.

Kết quả là một sóng vuông bao gồm rất nhiều sóng hài (dao động) (đa dao động)

143

1.3. Thí nghiệm:





Bài 1: Mạch CR với đâu vào là sóng vuông.

Bài 2: Mạch đa hài tư dao động

Bài 3: Khảo sát sơ bộ chuẩn đoán lỗi



Mạch #1, #2, #3 của Module 3.3 Oscillators-1

Máy phát hàm

Máy hiện sóng

Các dây nối ngắn và các dây nối dài



Bài 1: Mạch CR với đầu vào là sóng vuông

Mạch CR gồm có một tụ C19 (1nF) và R16 (22kΩ) nằm ở phía bên dưới mạch

#6.

Tính toán hằng số thời gian của mạch:

Hằng số thời gian của C19 và R16 = ……… s.

1a. Ghi hằng số thời gian của C19 và R16 bằng s.

Tính toán chu kỳ tín hiệu và từ đó ta có tân số của sóng vuông được xác định

theo thời gian phóng nạp của tụ điện:

Tần số của sóng vuông = …… kHz

1b. Ghi tần số của sóng vuông bằng kHz

144

Cài đặt máy hiện sóng như sau:

- Thang đo timebáe: 50s/div, chế độ trigger là AC.

- Đặt kênh CH.1 ở thang thư 2 tính từ phía trên của màn hình hiển thị.- Đặt kênh CH.2 ở thang thư 2 tính từ phía dưới của màn hình hiển thị.- Thang đo tỷ lệ kênh CH.1 là 2V/div, đâu vào DC

- Thang đo tỷ lệ kênh CH.2 là 2V/div, đâu vào DC

Chú y: đầu thử của máy hiện sóng x10 sẽ không được yêu cầu đối với bài thí nghiệm

này.

Sử dụng dây nối dài để nối kênh CH.1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 6.7 để hiển

thị đâu vào, và CH.2 với lỗ cắm 6.9 để hiển thị đâu ra trên điện trở R16. Kết nối

nguồn mass máy hiện sóng với lỗ cắm 6.21

Chuyển nguồn cung cấp của Module về ON

Cài đặt máy phát hàm: sóng vuông tại tân số mà bạn tính toán và hiệu chỉnh đâu

vào (bộ điều khiển biên độ của máy phát hàm) bằng 4Vp-p.

Chú ý: Đầu ra được lấy trên điện trở. Dạng sóng chạy qua tụ điện không hiển thị

được bởi đầu mass của máy hiện sóng.

Ve phác hoạ dạng sóng đâu vào và đâu ra trên lưới được cho ở trang sau, đánh

dấu thang đo thời gian.

145

Dạng sóng điện áp của tụ điện giữa đâu vào tưc thời và đâu ra là khác nhau.

Dư đoán dạng sóng điện áp của tụ điện bằng cách xem xét sư khác nhau giữa hai

dạng sóng đã được phác thảo tại một vài điểm lưa chọn tưc thời, và thêm bản phác

thảo khác vào trong lưới.

Chú ý: Dạng sóng gân đúng chạy qua tụ điện có thể được quan sát thấy bằng cách

sử dụng mạch #3. Đưa thêm tín hiệu sóng vuông tân số bằng 500Hz (hằng số thời

gian khác nhau) từ lỗ cắm 3.2 tới 3.7 và quan sát dạng sóng tại lỗ cắm 3.8.

Chú ý rằng: Dạng sóng điện áp đâu vào mạch có thể xuất hiện sư méo dạng do linh

kiện của mạch CR trên đâu ra của máy phát hàm.

1c. Các dạng sóng điện áp mà bạn phác thảo gần nhất có giống với dạng sóng

điện áp qua tụ điện?

146

Dạng sóng đâu vào

Dạng sóng qua điện trở

Dạng sóng qua tụ điện

Phác thảo dạng sóng 6.1

Bộ dao động tích thoát:

Thuật ngữ này xuất phát từ sư cân thiết đối với sư phân cưc “paralyzing” để cho

phép các phân tử (BJT, FET, đèn nhiệt điện tử) hoạt động.

Sư phân cưc paralyzing được xác định bằng điện tích của tụ điện mà lượng điện

tích này se bị rò rỉ thông qua điện trở. Khi sư rò rỉ này đạt đến lượng giới hàn nào đó

thì các linh kiện se có thể hoạt động trở lại.

Bài 2: Mạch đa hài tự dao động

Chú ý: Trong bài này, hãy tắt máy phát hàm. Điều này se tránh được ảnh

hưởng của các phân tử C19, R16, và D2.

Trước tiên, hãy xem xét mạch ở chế độ hoạt động.

147

Dùng dây nối ngắn nối lỗ cắm 6.10 với 6.11 và 6.15 với 6.19.

Bất nguồn cung cấp cho Module

Cài đặt máy hiện sóng như sau:

- Thang đo timebase: 50s/div

- Đặt kênh CH.2 nằm ở thang thư 3 tính từ phía trên màn hình hiển thị

- Đặt kênh CH.2 nằm ở giữa của màn hình hiển thị



Sử dụng dây nối dài để nối kênh CH.1 của máy hiện sóng với lỗ cắm 6.20 để

hiển thị cưc Collector của TR3 và CH.2 với 6.13 để hiển thị dạng sóng cơ bản của

TR3. Nối nguồn mass của máy hiện sóng với lỗ cắm 6.21.

Phác thảo 2 dạng sóng trên lưới đã được cung cấp, và đánh dấu chính xác các

mưc điện áp với điểm đất. Hơn nữa phải ghi nhãn của trục thời gian.

148

Hãy giữ CH.1 được đúng như quy định, đâu tiên chuyển dây nối CH.2 tới lỗ cắm

6.2 để ve phác thảo dạng sóng trên Collector, và sau đó là lỗ cắm 6.12 để ve phác thảo

dạng sóng cơ bản của TR2 , dịch chuyển các vệt sáng như cân thiết.

Giả thiết: mạch dao động đang hoạt động và một transistor đang mở (giả sử

TR2) và transistor còn lại (TR3) khóa.

TR3 khóa thông qua quá trình nạp điện của tụ C17 điều này se làm cho lượng

điện áp giảm dân trên điện trở R15, nhằm hướng vào điện áp cung cấp +12V

Trong lúc này điện áp trên collector của TR3 cao và tụ C20 se được nạp nhanh

qua điện trở R19 (2.2k) và TR2 dẫn.

Khi C17 được phóng hết thì TR3 bắt đâu dẫn, lưu lượng dòng trên collector là

nguyên nhân làm giảm điện áp trên tải của Collector của TR3, R19

Tụ C20 được nối với collector của TR3 và chu kỳ nạp của nó không thể thay

đổi tưc thời, do đó điện áp trên cưc gốc của TR2 giảm và TR2 chuyển dẫn thành khóa.

Quá trình chuyển mạch được gọi là tích lũy, từ đó nó được gọi là mạch tư tích

lũy. Khi TR3 dẫn thì điện áp trên cưc Collector của nó bắt đâu giảm. Sư suy giảm này

149

Phác thảo dạng sóng 6.2

được ghép vào cưc bazơ của TR2 là nguyên nhân làm cho TR2 bắt đâu khóa. TR2 bắt

đâu khóa là nguyên nhân làm cho điện áp trên collector của nó bắt đâu tăng lên. Điện

áp trên collector của TR2 tăng lên được đưa hồi tiếp trở về cưc bazơ của TR3, và đây

là nguyên nhân làm cho TR3 mở hơn nữa. Toàn bộ quá trình này chỉ diễn ra trong

khoảng vài ns.

Khi TR2 khóa, điện áp trên collector giảm. Để điện áp này tăng lên thì tụ C17

phải được nạp thông qua điện trở R14 và đưa vào cưc bazơ của TR3. Điều này làm

cho:

1. Dòng điện nạp chảy vào cưc bazơ của TR3 làm tăng khả năng dẫn điện của nó

để nó nhanh chóng rơi vào trạng thái bão hòa.

2. Khi tụ C17 nạp thông qua R14 sườn dương của dạng sóng trên collector se

được làm tròn (theo quy luật số mũ).

“Đỉnh” nhỏ trên các dạng sóng của bazor tại đâu mỗi chu kỳ dẫn là do dòng

điện bazor được nạp thêm vào thông qua quá trình nạp điện của tụ. Nếu dạng

sóng trên cưc bazơ được khuếch đại (với hệ số tăng ích Y2 đã cài đặt) thì nó se

trông tương ưng như đặc tuyến collector trong chu kỳ nạp.

Bây giờ TR3 đang dẫn và TR2 khóa. Khi TR3 bão hòa thì điện áp trên collector

giảm từ +12V xuống còn 0V. Quá trình nạp trên C20 làm cho cưc bazơ của TR2 giảm

xuống -12V, làm cho TR2 khóa hoàn toàn cho đến khi quá trình nạp này bị rò rỉ qua tụ

R17.

Đây chính là trạng thái mà chúng ta cân quan tâm, trừ khi các trạng thái bị đảo

ngược. Khi đó chu kỳ này lại bắt đâu.

Quá trình nạp trên tụ điện ghép làm cho điện áp trên bazơ thay đổi -12V lên đến

+12V của điện áp nguồn cung cấp. Khi đi được một nửa của quá trình thì các transistor

se cắt. Thời gian cân thiết để một tụ điện thưc hiện nạp qua điện trở để đạt được

khoảng 1/2 điện áp vào là 0.7CR (S), hoặc 0.7 lân hằng số thời gian.

Quá trình nạp trên tụ điện ghép làm cho điện áp trên bazơ thay đổi -12V lên đến +12V

của điện áp nguồn cung cấp. Khi đi được một nửa của quá trình thì các transistor se

cắt. Thời gian cân thiết để một tụ điện thưc hiện nạp qua điện trở để đạt được khoảng

1/2 điện áp vào là 0.7CR (S), hoặc 0.7 lân hằng số thời gian

150

Hai mạch CR ở cưc bazơ không đồng nhất, nhưng dạng sóng vuông vẫn se là

dạng sóng đối xưng vì chúng có chu kỳ âm và chu kỳ dương là giống nhau.

Thời gian cân thiết se bằng 2 x 0.7CR (s) và tân số của mạch dao động se bằng:

Tính toán tân số dư kiến của mạch dao động.

Tần số dao động dự kiến bằng = ……………………………… kHZ

2a. Ghi tần số tính toán được của mạch dao động (đơn vị kHz).

Từ máy hiện sóng đo tân số thưc của mạch dao động

Tần số dao động thực tế đo được bằng = …………………….… kHZ

2b. Ghi tần số dao động đo được (đơn vị kHz).

Bài 3: Khảo sát sơ bộ chuẩn đoán lỗi

Chú ý: Đối với bài này, hãy tắt máy phát hàm.

Thật là dễ dàng để chạy thử một mạch đa hài tư dao động mà không cân sư hỗ

trợ của máy hiện sóng mà vẫn có thể chắc chắn là mạch có dao động hay không dao

động.

Mặc dù tân số không thể kiểm tra được với một đồng hồ đo điện áp nên có thể

cho phép bạn đi đến một chuẩn đoán chính xác tính chất của lỗi. Trong các phép đo

điện áp cân thiết thì sư khác nhau giữa 0V và 0.05V se là đáng kể. Một lý do có thể là

do ngắn mạch và lý do khác là transistor bị bão hòa.

Có le một sư nhắc nhở của “quy tắc” của chuẩn đoán lỗi được cho trong sách

hướng dẫn D3000 2.11 Semiconductors-1 có thể rất có ích ở đây. Các quy tắc này đặc

biệt được áp dụng cho các mạch transistor rời rạc

151

Điện áp cung cấp

t

Các quy tắc chuẩn đoán lỗi

1. Nếu điện áp tại một điểm nhất định trong mạch bằng 0 (trong khi đó thì không

nên) sau đó hoặc là hở mạch phía trên điểm đó (trên nguồn cung cấp) hoặc là

ngắn mạch phía dưới điểm đó (điểm đất).

Nghịch đảo điều này vẫn đúng. Nếu điện áp giống như nguồn cung cấp (trong khi

đó thì không nên) thì se có ngắn mạch ở trên, hoặc hở mạch ở dưới.

2. Nếu cả hai điện áp giống như nhau (trong khi đó thì không nên) thì có le có

ngắn mạch giữa chúng.

3. Nếu điện áp chạy qua phân cưc thuận của tiếp giáp PN (tiếp giáp giữa mặt

bazơ và emitter) lớn hơn 0.7V thì hâu như chắc chắn mạch sẽ mở.

4. Nếu điện áp tại điểm đã cho trong mạch cao hơn thì:

a. Dòng điện chạy trên nguồn cung cấp thấp hơn so với thưc tế, có thể do điện trở

dưới tăng, hoặc do mất dòng điện dưới, hoặc

b. Điện trở trên thấp hơn thưc tế (Điều này là bất thường)

Có thể thưc hiện kiểm tra (điện trở) để xác định lại một lân nữa.

Sử dụng các thành phân của mạch #6 để xây dưng mạch đa hài tư dao động như

hình 6.8. Bật nguồn cung cấp cho Module.

Sử dụng đồng hồ vạn năng đặt ở thang đo điện áp để đo điện áp hoạt động tại

mỗi điểm được cho như trong bảng 1.3 so với điểm đất.

152

Mạch

dao động

TR2 TR3

Cưc

góp

lỗ

cắm 6.3

Cưc

gốc lỗ

cắm 6.6

Cưc

ghép

lỗ

cắm 6.12

Cưc

góp

lỗ

cắm 6.20

Cưc

gốc lỗ

cắm 6.17

Cưc

ghép

lỗ

cắm 6.13

Chạy V V V V V V

Dừng V V V V V V

Bảng 1.3

Dừng quá trình hoạt động bằng các gỡ bỏ tụ điện ghép C20 ra khỏi mạch (dây

nối giữa lỗ cắm 6.15 và 6.19) và lặp lại quá trình đo.

3a. Ghi điện áp tại cực ghép của TR2 (lỗ cắm 6.12) trong trường hợp mạch đang

dao động.

3b. Ghi điện áp tại cực góp của TR3 (lỗ cắm 6.20) trong trường hợp mạch đang

dao động.

3c. Ghi điện áp tại cực góp của TR3 (lỗ cắm 6.20) trong trường hợp mạch đã

dừng dao động.











153











- Kiến nghị.






1 D3000 Oscillators-1 Laboratory Manual 3.31


3 PGS. TS Đỗ Xuân Thụ, Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật điện

tử, NXB Giáo Dục, 2008.

4 Bộ môn Ky thuật điện tử, Giáo trình Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Ky thuật

Công Nghiệp.

154

BÀI 13

THỰC HÀNH MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN


155

Thi t k m ch đi n theo yêu c u c a bài toán cho tr c là m t trong nh ngế ế ạ ệ ầ ủ ướ ộ ữ yêu c u c n thi t đ i v i m i sinh viên và v i m i kỹ s khi làm vi c. Tuy nhiênầ ầ ế ố ớ ỗ ớ ỗ ư ệ trong quá trình thi t k m ch đi n chúng ta có th g p 1 s l i nh t đ nh, n uế ế ạ ệ ể ặ ố ỗ ấ ị ế không đ c ki m ch ng t t thì chúng ta ph i tr giá khi đ a nó ra th c t . Ph nượ ể ứ ố ả ả ư ự ế ầ m m mô ph ng thi t k m ch đi n là m t công c đ c xem nh là Lab thuề ỏ ế ế ạ ệ ộ ụ ượ ư nh , nh m h tr cho sinh viên, kỹ s thi t k ki m ch ng lý thuy t và đ a raỏ ằ ỗ ợ ư ế ế ể ứ ế ư các gi i pháp phù h p khi có s c ho c l i x y ra.ả ợ ự ố ặ ỗ ả

Phần I. Thực hành

1.1. Mục đích thực hành:

Sau khi thưc hiện bài thưc hành này bạn có thể:

Làm quen với môi trường và công cụ mô phỏng mạch điện Mutilsim.

Làm quen với tên gọi của các linh kiện điện tử thưc tế.

Biết thiết kế thành thạo sơ đồ nguyên lý mạch điện.

Biết sử dụng thành thạo phân mềm mô phỏng để kiểm tra thiết kế và phân

tích mạch điện.

Có khả năng phân tích mạch điện thông qua các phép đo và kết quả hiển thị


Giúp cho SV hiểu rõ được thưc hành là một bộ phận công việc của người làm công tác khoa học ky thuật.


Dưa trên các lý thuyết về mạch khuếch đại và lý thuyết xây dưng bộ đếm đã được học

1.3. Thực hành:

1.3.1. Nội quy an toàn thực hành:

- Người thưc hiện thưc hành kể cả Hướng dẫn viên và sinh viên đề phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thưc hành quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch.

- Các thiết bị thưc hành chịu sư kiểm soát an toàn theo phân cấp của nhà nước phải đảm bảo có đây đủ biên bản kiểm định an toàn của cấp có thẩm quyền. Ví dụ: Thiết bị điện cao thế (trên 1 kV), các thiết bị áp lưc, chất hóa học đặc biệt...

1.3.2. Nội dung bài thực hành:

Bài 1: Mô phỏng mạch khuếch đại ghép tâng dùng Tranzitor

Bài 2: Mô phỏng bộ đếm thuận nghịch modul 8

1.3.3. Phương pháp và cách thức thực hành:

a. Giới thiệu thiết bị và dụng cụ thực hành:

Máy tính cá nhân PC

156

Bộ cài đặt phân mềm mô phỏng mạch điện Mutilsim 8.0

b. Phân nhóm thực hành: Giáo viên hướng dẫn phân nhóm

c. Tiến hành thực hành:

Bài 1: Mô phỏng mạch khuếch đại ghép tầng dùng Tranzitor

R1122k

R125k

RC13k

RE11k

C1

100mF

C2

100uF

CE100nF

Ec

15 V

0

Uv

0.5 V 50 Hz 0Deg R3

6k 0

R2122k

R2210k

RE21k

C4

100uF

Q2

MPS6515

3

1

Q1

MPS6515

10

2

0

7

R12k

4

9

5

0

6Ura

Hình 1: Mạch khuếch đại ghép tâng dùng Tranzitor

Bước 1: Mở phân mềm Mutilsim và tạo một project mới.

Bước 2: Cửa sổ soạn thảo se được hiện ra như hình ve bên dưới

Hình 2: Cửa sổ làm việc của phân mềm Mutilsim 8.0

Bước 3: Tiếp theo bạn chọn nút trên thanh công cụ linh kiện điện tử, cửa sổ xuất hiện.

157

Thanh công cụ linh kiện điện tử

Cửa sổ soạn thảo

Thanh công cụ các thiết bi đo lường

Hình 3: Cửa sổ lưa chọn linh kiện trong thư viện

Bước 4: Trên cửa lưa chọn linh kiện, bạn chọn Search → cửa sổ xuất hiện

Bước 5: Trên cửa tìm kiếm linh kiện, bạn gõ MPS6515→ sau đó kích Search → kích Ok → kích Ok. Tiếp đó bạn kích chuột trái vào cửa sổ soạn thảo để thưc hiện việc đặt linh kiện Tranzitor MPS6515 lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo và kết thúc việc lấy linh kiện Tranzitor MPS6515 .

158

Bước 6: Lặp lại các bước 3, bước 4, bước 5 để thưc hiện việc lấy các linh kiện điện tử khác trên hình ve 1.


Hình 4: Cửa sổ lưa chọn nguồn điện trong thư viện

159

Bước 8: Trên cửa lưa chọn linh kiện, mục Component, bạn thấy nó đang chỉ vào nguồn AC_POWER đang cân tìm→ sau đó kích Ok. Tiếp đó bạn kích chuột trái để thưc hiện việc đặt bộ nguồn lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo.

Bước 9: Lặp lại các bước 7, bước 8 để thưc hiện việc lấy các nguồn điện khác như nguồn Ec, GND.. trên hình ve 1.

Bước 10: Tiếp theo bạn chọn nút máy hiện sóng 4 kênh trên thanh công cụ thiết bị đo lường dùng để quan sát tín hiệu vào, ra.. Tiếp đó bạn kích chuột trái để thưc hiện việc đặt máy hiện sóng lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo.

Bước 11: Sau khi thưc hiện lấy toàn các linh kiện điện tử, thiết bị nguồn, máy hiện sóng trong hình ve 1. Chúng ta thưc hiện nối dây bằng cách kích chuột trái vào chân linh kiện cân nối → sau đó rê chuột tới vị trí đích.

Hình 5: Thưc hiện nối dây

160

Máy hiện sóng 4 kênh

Vị trí cân nối

Vị trí cân đích

Bước 12: Kích Ctrl + S hoặc kích vào biểu tượng để thưc hiện lưu lại bản thiết kế ( nên lưu tên file trùng với tên của Project ). Sau đó kích OK.

Bước 13: Kích vào nút mô phỏng , hoặc phím F5, để thưc hiện chạy mô phỏng.

Bước 14: Kích chuột vào máy hiện sóng để thưc hiện quan sát đâu vào, ra và kết quả của mạch khuếch đại.

Hình 6: Kết quả mô phỏng mạch điện

Bài 2: Mô phỏng bộ đếm thuận nghịch Modul 8.

U1A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

VCC

5V

VCC

5V

X2

2.5 V

J1

Key = Space

U5A

74LS107N

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

2

0

VCC

VCC

VCC

VCC

5V

J2

Key = A

0

VCC

U2A

74LS32D

U3A

74LS08DU3B

74LS08D

4

57

U4A

74LS04D

U6A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

U7A

74LS32D

U8A

74LS08DU8B

74LS08D

13

12

VCC14

3

9

8

1

X1

2.5 V

6

10

X3

2.5 V

11

Hình 7: Bộ đếm thuận nghịch Modul 8.

161

Bước 1: Mở phân mềm Mutilsim và tạo một project mới.

Bước 2: Cửa sổ soạn thảo se được hiện ra như hình ve bên dưới

Hình 8: Cửa sổ soạn thảo mutilsim 8.0.


162

Thanh công cụ linh kiện điện tử

Cửa sổ soạn thảo

Thanh công cụ các thiết bi đo lường

Hình 9: Cửa sổ lưa chọn linh kiện trong thư viện

Bước 4: Trên cửa lưa chọn linh kiện, bạn chọn 74LS trong mục Family → kéo rê thanh trượt từ trên xuống dưới trong mục Component để tìm kiếm linh kiện 74LS107.

163

Bước 5: Sau đó kích Ok, cửa sổ xuất hiện

Tiếp đó bạn kích chuột trái vào A hoặc B→ Tiếp đó bạn kích chuột trái vào cửa sổ làm việc để thưc hiện việc đặt linh kiện 74LS107 lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo và kết thúc quá trình chọn IC 74LS107 bạn ấn cancell hoặc kích B nếu bạn tiếp tục lấy linh kiện này.

164

Bước 6: Lặp lại các bước 3, bước 4, bước 5 để thưc hiện việc lấy các linh kiện điện tử khác trên hình 7.


Hình 10: Cửa sổ lưa chọn công tắc trong thư viện

165

Bước 8: Trên cửa lưa chọn linh kiện, mục Family, bạn kéo rê thanh trượt dọc từ trên xuống dưới → chọn SWITH→ chọn SPDT→ kích OK. Tiếp đó bạn kích chuột trái để thưc hiện việc đặt công tắc lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo.

Bước 9: Lặp lại các bước 7, bước 8 để thưc hiện việc lấy thêm các công tắc khác theo yêu câu của mạch điện.

Chú ý: Có thể thực hiện thao tác Copy và paste để sao chép các linh kiện giống nhau.

Bước 10: Tiếp theo bạn chọn nút trên thanh công cụ linh kiện điện tử, cửa sổ xuất hiện

Hình 10: Cửa sổ lưa chọn bóng đèn hiển thị trong thư viện

Bước 11: Trên cửa lưa chọn linh kiện, mục Family, chọn PROBE→ chọn PROBE_RED → kích OK. Tiếp đó bạn kích chuột trái để thưc hiện việc đặt công tắc lên khoảng trống của cửa sổ soạn thảo.

Bước 12: Sau khi thưc hiện lấy toàn các linh kiện điện tử, thiết bị nguồn, linh kiện hiển thị đèn đơn cưc.... Chúng ta thưc hiện nối dây (đã được hướng dẫn phân trên)

Bước 13: Kích Ctrl + S hoặc kích vào biểu tượng để thưc hiện lưu lại bản thiết kế ( nên lưu tên file trùng với tên của Project ). Sau đó kích OK.

166

Bước 14: Kích vào nút mô phỏng , hoặc phím F5, để thưc hiện chạy mô phỏng và quan sát trạng thái đâu ra của các bóng đèn.

Bước 15: Kích công tắc J2 ở vị trí phía trên, và ấn phím cách ( spacebar) liên tục để nhìn vào các đèn X1, X2, X3 để quan sát trạng thái đâu ra của bộ đếm.

Lập mối quan hệ giữa số lân ấn phím spacebar ( số xung vào) với trạng thái đâu ra

của bộ đếm vào bảng 1:

Số lân ấn phím spacebar

(Số xung vào)

Trạng thái của các bóng đèn hiển thị

X3 X2 X1

1

2

...

6

7

8

Bảng 1

Ve giản đồ thời gian của bộ đếm.

Bước 16: Kích công tắc J2 ở vị trí phía dưới và ấn phím cách ( spacebar) liên tục để nhìn vào các đèn X1, X2, X3 để quan sát trạng thái đâu ra của bộ đếm.

Lập mối quan hệ giữa số lân ấn phím spacebar ( số xung vào) với trạng thái đâu ra

của bộ đếm vào bảng 2:

Số lân ấn phím spacebar

(Số xung vào)

Trạng thái của các bóng đèn hiển thị

X3 X2 X1

1

2

... ... ... ...

7

8

Bảng 2

Ve giản đồ thời gian của bộ đếm.

167

Bước 17: Dưa trên ý tưởng của bộ đếm thuận nghịch modul 8, xây dưng bộ đếm modul 16

d. Bài tập thực hành:

Anh (chị) hãy ve sơ đồ nguyên lý mô phỏng các mạch điện được cho ở phân phụ lục I dụng phân mềm Mutilsim.


- Đọc và nghiên cưu bài thưc hành

- Đọc và nghiên cưu lý thuyết có liên quan đến nội dung bài thưc hành

- Chuẩn bị các vật dụng, giấy vở ghi chép số liệu thưc hành

- Sư chuẩn bị của sinh viên phải được thông qua kiểm tra của người hướng dẫn thưc hành. Nếu không đạt, se không được tham gia thưc hành và có được thưc hành tiếp vào buổi khác hay không se do Bộ môn và Ban chủ nhiệm khoa giải quyết.

Phần II. Viết báo cáo thực hành


Báo cáo thưc hành được viết một mặt trên khổ giấy A4, đóng quyển, bìa mềm (theo mẫu .........). Mỗi sinh viên có một quyển báo cáo riêng.




2.2.2. Báo cáo kết quả thực hành


- Phương pháp xử lý kết quả thưc hành



+ Các kết quả thu được từ thưc hành

+ So sánh kết quả thưc hành với lý thuyết


- Kiến nghị.

168


Bộ môn hay tập thể hướng dẫn thưc hành tổ chưc đánh giá điểm thưc hành thông qua lưa chọn hình thưc sau:

- Chấm điểm dưa trên quá trình thưc hành vào nội dung bản báo cáo thưc hành của từng sinh viên.

- Điểm thưc hành của sinh viên được tổng hợp theo lớp có chữ ký xác nhận Trưởng bộ môn chuyên môn.


[1] Printed Circuit Handbook, MCGraw-Hill.[2] Printed Circuit Boards, Design and Technology, MCGraw-Hill.[3] Protel Technology: Easytrax Reference Manual, .[4] Leslie, R: PCB Design, Do it once, do it right, 1991.[5] Lindsey, D: The Design and Drafting of Printed circuit, Bishop Graphics Inc, 1980.

[6] Lamit/Lloyd: Drafting for Electronics, Merril, 1985.

169

BÀI 14

THỰC HÀNH VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ TRÊN

PHẦN MỀM PROTEL


170

Khi chúng ta đã kiểm tra hết các lỗi, hoàn thiện bản thiết kế về mặt nguyên lý. Công

việc tiếp theo của quá trình thiết kế mạch điện là thiết kế các mạch điện này trên các bo mạch

thưc và hàn các linh kiện điện tử trên bo mạch. Phân mềm Protel là một công cụ nhằm hỗ trợ

cho sinh viên, ky sư thiết kế mạch điện sao cho tối ưu nhất về cách sắp xếp linh kiện, chính

xác nhất, gọn nhẹ và giảm giá thành sản phẩm.




Làm quen với môi trường và công cụ ve mạch điện Protel.


Biết thiết kế thành thạo sơ đồ nguyên lý mạch điện.

Biết xây dưng thư viện linh kiện riêng để thuận tiện cho việc thiết kế mạch

điện.


Giúp cho SV hiểu rõ được thưc hành là một bộ phận công việc của người làm công tác khoa học ky thuật.


Dưa trên các lý thuyết về linh kiện điện tử, về các bước tiến tiến hành ve mạch nguyên lý sử dụng phân mềm protel đã được học trong bài giảng Ky thuật thiết kế bo mạch.

1.3. Thực hành:





Ve mạch nguyên lý dưa trên các thư viện linh kiện có sẵn trong phân mềm Protel



171


Bộ cài đặt phân mềm ve mạch điện Protel 99



Bài 1: Vẽ mạch nguyên lý dựa trên các thư viện linh kiện có sẵn trong phần

mềm Protel.

Ve mạch nguyên lý mạch điện dưới đây sử dụng phân mềm Protel 99 SE.

555_VIRTUALTimer

GND

DI S

OUTRST

VCC

THR

CON

TRI

30k R1

30k R2

100nF C

10nF Cf

12VVs

0

8

1

U10

4511BD_5V

DA7DB1DC2DD6

OA 13

OD 10OE 9OF 15

OC 11OB 12

OG 14~EL5~BI4~LT3

VCC5V

U2

7490N

QA 12QB 9

QD 11QC 8

I NB1

R916R927

R012

I NA14

R023

R4

3.3k

Q2 Q1Q3 Q0R5

56U3

A B C D E F G

CK

2

17

1615

1413

1211

10

0

VCC

0

653

0

9

D1

DIODE_VIRTUAL

7

4

Hình 11: Bộ đếm modul 10 sử dụng IC 7490

Bước 1: Mở phân mềm Protel 99 và tạo một project mới.

Bước 2: Cửa sổ phân mềm se được hiện ra như hình ve bên dưới

172

Hình 12: Cửa sổ thiết kế Explorer

Bước 3: Kích chuột phải vào khoảng trống → chọn New, cửa sổ xuất hiện

Bước 4: Kích chuột trái vào “ Schematic Document“ → cửa sổ xuất hiện

173

Kích phải chuột vào chỗ trống rồi chọn New

Muốn bỏ hay thay đổi mật khẩu được đặt trước đó ta thược hiện: Desing Team\ Members\ Admin

Bước 5: Đặt tên cho bản ve ( tên bản ve nên trùng với tên của project bạn đang

thiết kế) → kích vào biểu tượng cửa sổ xuất hiện:

Hình 12: Cửa sổ soạn thảo ve mạch nguyên lý

Bước 6: Chọn khổ giấy bằng cách kích đúp vào khung bản ve hoặc chọn menu Design/Options cửa sổ xuất hiện → chọn khổ giấy phù hợp với bản ve

174

Chọn chế độ hiển thị: Hiển thị thư viện

Bản ve

Thanh công cụ trợ giúp ve mạch

Linh kiện rời rạc

C¸c th viÖn chøa linh kiÖn

Khung bản ve

Thanh công cụ trợ giúp ve minh hoạ

Nút bỏ chọn đối tượngNút chọn đối tượng

Thanh tiêu đề chỉ đường dẫn của bản ve

Hình 13: Cửa sổ lưa chọn khổ giấy

Bước 7: Tiếp theo bạn chọn nút PlacePart (dùng để chọn các linh kiện cân dùng) trên thanh công cụ ve Wiring Tools cửa sổ xuất hiện.

Bước 8: Click chuột vào Browse để tìm chọn linh kiện cân dùng

175

Chọn khổ giấy veChọn chiều: ngang hay thẳng đưng

Chọn font chữ cho bản ve

Khoảng cách lưới Khoảng cách bắt dính

Hình 13: Cửa sổ lưa linh kiện

Bước 9: Lưa chọn linh kiện trong cửa sổ Browse Libraries → chọn Close, cửa sổ xuất hiện

Bước 10: Cài đặt các tham sô cho điện trở theo yêu câu của mạch điện → chọn OK→ kích chuột trái vào khoảng trống cửa sổ soạn thảo để thưc hiện việc đặt linh kiện điện trở → kích Cencel nếu bạn muốn kết thúc quá trình lấy linh kiện trở ( kích Part type để thay đổi hoặc giữ nguyên giá trị điện trở nếu bạn muốn lấy thêm các linh kiện điện trở cùng kiểu nhưng có giá trị khác → kick OK).

Bước 11: Lặp lại các bước 7, 8, 9, 10 để thưc hiện lấy các linh kiện điện tử còn lại trong project bạn đang thiết kế ở hình 11.

Bước 12: Thưc hiện sắp xếp lại các linh kiện điện tử đã được lấy ra sao cho phù hợp và đẹp.

Bước 13: Chọn nút ( hoặc ấn phấm tắt P→W) để thưc hiện nối dây giữa giữa

các linh kiện theo sơ đồ nguyên lý→ nhấp chuột vào vị trí cân nối → kéo rê chuột tới điểm

176

đích cân nối → nhấp chuột trái → nhấp chuột phải để kết thúc lệnh và lặp lại để tối các điểm

khác như sơ đồ bản ve ở hình 11, để kết lệnh nối dây các bạn ấn phím Esc.

Bước 14: Kích Ctrl + S hoặc kích vào biểu tượng để thưc hiện lưu lại bản thiết kế và kết thúc quá trình thưc hiện ve mạch nguyên lý sử dụng phân mềm Protel


Anh (chị) hãy ve sơ đồ nguyên lý các mạch điện được cho ở phân phụ lục I dụng phân mềm Protel.














177







- Kiến nghị.








178

BÀI 15

THỰC HÀNH VẼ MẠCH IN TRÊN PHẦN

MỀM PROTEL


179

Khi chúng ta đã kiểm tra hết các lỗi, hoàn thiện bản thiết kế về mặt nguyên lý. Công

việc tiếp theo của quá trình thiết kế mạch điện là thiết kế các mạch điện này trên các bo mạch

thưc và hàn các linh kiện điện tử trên bo mạch. Phân mềm Protel là một công cụ nhằm hỗ trợ

cho sinh viên, ky sư thiết kế mạch điện sao cho tối ưu nhất về cách sắp xếp linh kiện, chính

xác nhất, gọn nhẹ và giảm giá thành sản phẩm.




Làm quen với môi trường và công cụ mô phỏng mạch điện Mutilsim.


Thành thạo các bước chuyển tư động mạch nguyên lý sang mạch in.

Cài đặt các thông số cơ bản cho mạch in như: độ rộng dây, kích cỡ dây, số

lớp, định tuyến…

Biết xây dưng thư viện linh kiện mạch in riêng để thuận tiện cho việc thiết

kế mạch điện.

Phân tích và đánh giá chất lượng mạch in.



Dưa trên các lý thuyết về linh kiện điện tử, về các bước tiến tiến hành ve mạch nguyên lý sử dụng phân mềm protel đã được học trong bài giảng Ky thuật thiết kế bo mạch.

1.3. Thực hành:





Tư động chuyển sơ đồ mạch nguyên lý sang mạch in PCB sử dụng phân mềm

Protel.




180

Bộ cài đặt phân mềm mô phỏng mạch điện Mutilsim 8.0



Tư động chuyển sơ đồ mạch nguyên lý mạch điện dưới đây sang mạch in PCB sử

dụng phân mềm Protel 99 SE với các yêu câu sau đây:

- Mạch in loại 2 lớp.

- Các nét ve nguồn để độ rộng 1mm, các nét còn lại có độ rộng 0,6mm

- Khoảng cách giữa dây tín hiệu là 0,3 mm

- Phủ mát cho cả lớp trên và lớp dưới của mạch in.

555_VIRTUALTimer

GND

DI S

OUTRST

VCC

THR

CON

TRI

30k R1

30k R2

100nF C

10nF Cf

12VVs

0

8

1

U10

4511BD_5V

DA7DB1DC2DD6

OA 13

OD 10OE 9OF 15

OC 11OB 12

OG 14~EL5~BI4~LT3

VCC5V

U2

7490N

QA 12QB 9

QD 11QC 8

I NB1

R916R927

R012

I NA14

R023

R4

3.3k

Q2 Q1Q3 Q0R5

56U3

A B C D E F G

CK

2

17

1615

1413

1211

10

0

VCC

0

653

0

9

D1

DIODE_VIRTUAL

7

4

Hình 14: Bộ đếm modul 10 sử dụng IC 7490

Từ sơ đồ nguyên lý của mạch điện đã được ve trên phân mềm Protel ở bài thưc hành 2. Để chuyển tư động bản ve từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in bao gồm các bước

thưc hiện như sau

Bước 1: Kiểm tra trên sơ đồ nguyên lý đã đặt ký hiệu cho các phân tử trong

sơ đồ chưa và phải đảm bảo không được có hai hay nhiều phân tử có ký hiệu

trùng nhau, chẳng hạn như không thể có hai điện trở điều ký hiệu là R1. Để giúp

cho việc kiểm tra bạn chọn Tab Borowse Sch→Browse→Primitiver→Parts như

minh hoạ dưới đây:

181

Hình 15: Cửa sổ kiểm tra lỗi trùng tên linh kiện

Bước 2: Tiếp theo kiểm tra xem đã đặt tên tương ưng của phân tử trong thư viện

mạch in chưa. Tên này được đặt trong mục Footprint của mỗi phân tử và tên thư viện

này phải tồn tại trong thư viện mạch in đã được gọi ra, để kiểm tra ta có thể click đúp

vào từng phân tử hoặc thưc hiện như bước kiểm tra sư trùng tên được thể hiện trên cửa

sổ trên.

Bước 3: chọn Menu Design→ chọn Updata PCB cửa sổ xuất hiện

Hình 16: Cửa sổ kiểm tra lỗi footprint

Bước 4: Chọn Preview Changes để kiểm tra lỗi, cửa sổ xuất hiện

182

Kiểm tra ở đây xem có phân tử nào trùng tên nhau không. Click đúp vào phân tử để nhảy đến vị trí của phân tử trên sơ đồ.

Bước 5: Nếu trong cửa sổ này có báo lỗi như hình trên thì chúng ta quan sát lý do lỗi và quay lại sơ đồ nguyên lý để sửa lại lỗi.

Bước 6: Lặp lại các bước 3, 4 và 5 cho đến khi chúng ta kích vào “Only show errors“ và cửa sổ xuất hiện như sau thì hoàn tất quá trình sửa lỗi.

Bước 7: Kích chọn “Execute“ để chuyển sang mạch in. Cửa sổ xuất hiện

183

Lỗi do chưa đăt Footprint

Không còn lỗi

Hình 17: Giao diện phân ve mạch in

Bước 8: Chọn các thư viện mạch in bằng cách trong khung Browse ta chọn

Libraries lúc này trong cửa sổ se hiện ra danh sách các thư viện ta đã chọn nếu cân thì

ta có thể thêm hay bớt danh sách các thư viện bằng cách kích chuột vào nút

Add/Remove → tìm đến thư viện bạn cân thêm vào → kích “Add”→ kích “Ok”

184

Bước 9: Khi chuyển sang mạch in các linh kiện được sắp xếp theo từng

chủng loại, để bố trí các linh kiện trên mạch in một cách hợp lý bạn phải tư sắp

xếp lại. Để hỗ trợ cho việc đó, giao diện thư viện mạch in có thanh công cụ

Component Placement dùng để sắp xếp các linh kiện bằng tay.

Bước 10: Sau khi đã sắp xếp các linh kiện điện tử sao cho hợp lý, bạn phải ve đường bao giới hạn diện tích mạch in của bạn, trước tiên bạn chọn lớp ve KeepOutLayer trên thanh Tab dưới đáy giao diện→ chọn công cụ ve đường

mạch in → tiến hành đi dây giới hạn đường bao.

Bước 11: Chạy mạch in lớp hoặc 2 lớp. Để chọn chạy mạch in loại một lớp hay

hai lớp bạn chọn Menu Design→ chọn Rules, cửa sổ xuất hiện

185

Chọn lớp này để ve đường bao

Đường bao được ve

Hình 18: Giao diện đặt các thông sô cho mạch in

Bước 12: Bạn click đúp vào mục Routing Layers, cửa sổ xuất hiện

186

Nếu không sử dụng lớp trên bạn hãy chọn Not Used

Bước 13 đặt độ rộng cho dây tín hiệu: Từ giao diện đặt các thông số cho mạch

in Hình 18 → kích Width Constraint→ kích đúp vào Board cửa sổ xuất hiện:

Bước 14: Đặt lại các thông số trong mục “ Rule Attributes“, các thông số này để giá trị 0,6mm theo yêu câu của bài toán:

187

Nếu không sử dụng lớp dưới bạn hãy chọn Not Used

Bước 15 đặt độ rộng cho dây nguồn: Từ giao diện đặt các thông số cho mạch

in Hình 18 → kích Width Constraint→ kích Add, cửa sổ xuất hiện:

188

Bạn chọn mục Net để chọn riêng từng tín hiệu

Bước 16: Đặt lại các thông số trong mục “ Rule Attributes“, các thông số này để

giá trị 1mm theo yêu câu của bài toán → kích Ok để kết thúc quá trình đặt thông số

cho độ rộng dây.

Bước 17: Để phủ mát cho lớp trên và lớp is chọn Menu Pace→ kích chọn

Polygon Place, cửa sổ xuất hiện:

Bước 18: Kích“Connect to net“ để chọn tín hiệu GND → kích “layer” chọn lớp trên → kích OK, cửa sổ xuất hiện:

189

Bạn chọn đường tín hiệu cân đặt riêng thông số

Bạn đặt độ rộng đường tín hiệu theo nhu câu bạn cân là 1mm

Bước 19: Kéo rê chuột phân diện tích cân phủ → kích chuột trái để kết thúc quá

trình phủ mát lớp trên.

Bước 20: Lặp lại các bước 17. 18, 19 tiến hành phủ mát cho lớp dưới (kích

“layer” chọn lớp dưới).

Bước 21: Tiến hành chạy tư động nối các đường dây trong mạch điện kích Menu Auto Route→ kich All, cửa sổ xuất hiện:

190

Bước 22: Kích chọn Route All để bắt đâu chạy dây tư động → Khi phân mềm

chạy tư động nối mạch in song se thông báo kết quả chạy và kết thúc quá trình chạy

dây đồng thời kết thúc quá trình chuyển tư động mạch nguyên lý sang mạch in.


Anh (chị) hãy ve sơ đồ nguyên lý và tư động chuyển sơ đồ nguyên lý sang mạch in PCB của các mạch điện được cho ở phân phụ lục II sử dụng phân mềm Protel.










191











- Kiến nghị.








192

PHỤ LỤC IVẽ lại các mạch điện dưới đây theo những yêu cầu sau:

- Ve mạch nguyên lý

- Quan sát tín hiệu tại các điểm đặc biệt trên mạch điện: đâu ra, đâu vào…

- In kết quả các yêu câu đã thưc hiện ở trên kẹp vào báo cáo thưc hành

Bài 1:

U1

741-DIV

3

2

4

7

6

51

V215 V

XFG1

V115 V

R2

1.0k

R3

1.0k

3

0

1

0

6V3

2 V C1

1.0uF

R110k

0

D1DIODE_VIRTUAL

5

0

D23.6 V

0

248

7

Bài 2:

555_VIRTUALTimer

GND

DI S

OUTRST

VCC

THR

CON

TRI50k R1

50k R2 100

Rl

200nF C

10nF Cf

0

8D11BH62

4

U1

741-DIV

3

2

4

7

6

51

V215 V

V115 V

R4

1.0k

R5

1.0kV3

2 V C3

1.0uF

R610k

D2DIODE_VIRTUAL

D33.6 V

0

0

15

13

0

11

0

10

0

1412

9

2

Ur a17

VCC

5VVCC

Bài 3:

Q1

2N3904

R1150k

R2100k

R3220

R4250

R5900

C1

10uF

C2

10uF

C3100uF

V1

12 V

1 0

V2

750mV 60 Hz 0Deg

3

4

5

R61k

7

0

62

193

Bài 4

D1

1B4B421

2

4

3

D25 V

R2330

X115 V

V1

10 V 50 Hz 0Deg

C11000uF-POL

3

5

U1

U21k

U51k

Q1

2N2712

2

X215 V

J1

Key = A 6R1560

10

1

7 4

0

Bài 5:

U1

74LS138D

Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7

A1B2C3

G16~G2A4~G2B5

X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

X5

2.5 V

X6

2.5 V

X7

2.5 V

X8

2.5 V

12

34

56

78

VCC

5V

J1

Key = B

J2

Key = V

J3

Key = C

0

VCC

9

10

11

0

VCC

5V

VCC

Bài 6:

X1

2.5 V

U1A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

VCC

VCC

5V

VCC

X2

2.5 V

VCC

5V

J1

Key = Space

VCC

0

3

U3A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

X3

2.5 V

U4A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

VCC

5V

X4

2.5 V

5

VCC

VCC

4

U5A

74LS107N

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3 1 2

194

Bài 7:

U1A

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U2B

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U2A

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U1B

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

VCC

5V

J3

Key = S

VCC

X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

U3A7408N

U4A7408N

8

U5A7408N

910

45

6

7

3

VCC

5V

J4

Key = A

VCC

0

11

VCC

5V

J2

Key = Space

VCC

1

0

Bài 8:

VCC

5V

VCC

5V

VCC

5V

VCC

5V

J1

Key = A

J2

Key = B

J3

Key = C

J4

Key = D

X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

0

VCC

0

VCC

0

VCC

0

VCC

U1A7404N

U1B7404N

U1C7404N

U1D7404N

U2A7408J

U2B7408J

U2C7408J

5

910

X5

2.5 V

11

U2D7408J

U3B7408J

6

2

1

12

X6

2.5 V

13

U4D7408J

U5B7408J

X7

2.5 V

15

14

3

7 8

X8

2.5 V

4

195

PHỤ LỤC IIBài 1:

U1

741-DIV

3

2

4

7

6

51

V215 V

XFG1

V115 V

R2

1.0k

R3

1.0k

3

0

1

0

6V3

2 V C1

1.0uF

R110k

0

D1DIODE_VIRTUAL

5

0

D23.6 V

0

248

7

Yêu cầu:





Bài 2:

555_VIRTUALTimer

GND

DI S

OUTRST

VCC

THR

CON

TRI50k R1

50k R2 100

Rl

200nF C

10nF Cf

0

8D11BH62

4

U1

741-DIV

3

2

4

7

6

51

V215 V

V115 V

R4

1.0k

R5

1.0kV3

2 V C3

1.0uF

R610k

D2DIODE_VIRTUAL

D33.6 V

0

0

15

13

0

11

0

10

0

1412

9

2

Ur a17

VCC

5VVCC

Yêu cầu:




- Phủ mát cho lớp trên mạch in.

196

Bài 3:

Q1

2N3904

R1150k

R2100k

R3220

R4250

R5900

C1

10uF

C2

10uF

C3100uF

V1

12 V

1 0

V2

750mV 60 Hz 0Deg

3

4

5

R61k

7

0

62

Yêu cầu:


- Các nét ve nguồn để độ rộng 0.9mm, các nét còn lại có độ rộng 0,6mm


- Phủ mát cho lớp dưới của mạch in.

Bài 4

D1

1B4B42

1

2

4

3

D25 V

R2330

X115 V

V1

10 V 50 Hz 0Deg

C11000uF-POL

3

5

U1

U21k

U51k

Q1

2N2712

2

X215 V

J1

Key = A 6R1560

10

1

7 4

0

Yêu cầu:





197

Bài 5:

U1

74LS138D

Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7

A1B2C3

G16~G2A4~G2B5

X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

X5

2.5 V

X6

2.5 V

X7

2.5 V

X8

2.5 V

12

34

56

78

VCC

5V

J1

Key = B

J2

Key = V

J3

Key = C

0

VCC

9

10

11

0

VCC

5V

VCC

Yêu cầu:




- Phủ mát cho lớp dưới của mạch in.

Bài 6:

X1

2.5 V

U1A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

VCC

VCC

5V

VCC

X2

2.5 V

VCC

5V

J1

Key = Space

VCC

0

3

U3A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

X3

2.5 V

U4A

74LS107D

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3

VCC

5V

VCC

5V

X4

2.5 V

5

VCC

VCC

4

U5A

74LS107N

1J1

~1Q 2

1CLK12

1K4

~1CLR13

1Q 3 1 2

Yêu cầu:




- Phủ mát cho lớp trên của mạch in.

198

Bài 7:

U1A

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U2B

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U2A

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

U1B

7473N

1J141CLK1

1Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

VCC

5V

J3

Key = S

VCC

X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

U3A7408N

U4A7408N

8

U5A7408N

910

45

6

7

3

VCC

5V

J4

Key = A

VCC

0

11

VCC

5V

J2

Key = Space

VCC

1

0

Yêu cầu:





Bài 8:X1

2.5 V

X2

2.5 V

X3

2.5 V

X4

2.5 V

VCC

5V

J1

Key = Space

U2

4040BD_5V

O10 15

O1 7

O11 1

O0 9

MR11

~CP10

O4 3O5 2O6 4O7 13O8 12O9 14

O2 6O3 5

X5

2.5 V

X6

2.5 V

X7

2.5 V

X8

2.5 V

X9

2.5 V

X10

2.5 V

1011

X11

2.5 V

12

X12

2.5 V

13

XFG1

1

0

VCC

14

U1

4511BD_5V

DA7DB1DC2DD6

OA 13

OD 10OE 9OF 15

OC 11OB 12

OG 14~EL5~BI4~LT3

VCC

5V

R1

3.3

U3

A B C D E F G

CK

22 0

VCC

021

2019

1817

1615

U4

4511BD_5V

DA7DB1DC2DD6

OA 13

OD 10OE 9OF 15

OC 11OB 12

OG 14~EL5~BI4~LT3

VCC

5V

R2

3.3

U5

A B C D E F G

CK

30 0

VCC

029

2827

2625

2423

23 4

5

67

89

Yêu cầu:




- Phủ mát cho lớp trên của mạch in.

199

Thi Nghiem KTDT

Documents

Transcript of Thi Nghiem KTDT