Bài tập Kỷ thuật điện tử (phần bài giải của sinh viên)

ẫn, đó là các cấu kiện có thể dùng làm các bộ khuyếch đại tuyến tính và các bộ chuyển mạch.  Transistor tiếp giáp bipolar (BJT) hoạt động như một nguồn dòng điện được điểu khiển bằng dòng điện, sự khuyếch đại dòng base nhỏ bằng một hệ số khoảng từ 20 đến 200. Nguyên lý hoạt động của BJT có thể giải thích dựa trên các họ đặc tuyến i-v base-emitter và collector của cấu kiện. Các mô hình mạch tuyến tính tín hiệu-lớn có thể có được bằng cách xét transistor như một nguồn dòng điện được điều khiển.  Các transistor hiệu ứng trường (các FET) có thể được phân loại thành ba họ chính: các MOSFET tăng cường; các MOSFET nghèo; và các JFET. Tất cả các FET hoạt động giống như các nguồn dòng được điều khiển bằng điện áp. Họ đặc tuyến i-v của FET về bản chất đều là phi tuyến, được đặc trưng bằng sự phụ thuộc bậc hai của dòng máng vào điện áp cổng. Các phương trình phi tuyến để giải thích các họ đặc tuyến máng của FET có thể được tóm tắt dưới dạng tập hợp các đặc tuyến chung cho mỗi loại. Bipolar Transistor 2.1 Đối với mỗi transistor ở hình P2.1, hãy xác định các tiếp giáp BE và BC nào là được phân cực thuận và phân cực ngược, và xác định vùng làm việc của mỗi transistor. 2.2 Hãy xác định vùng làm việc của các transistor sau: a. npn, VBE = 0,8 V; VCE = 0,4 V. b. npn, VCB = 1,4 V; VCE = 2,1 V. c. pnp, VCB = 0,9 V; VCE = 0,4 V. d. pnp, VBE = - 1,2 V; VCB = 0,6 V -28- 2.3 Cho mạch ở hình P2.3, hãy xác định điểm làm việc của transistor. Giả sử BJT là cấu kiện silicon có  = 100. Transistor làm việc ở vùng nào ? 2.4 Các mức dòng emitter và dòng base của một transistor pnp là 6 mA và 0,1 mA tương ứng. Điện áp trên các tiếp giáp emitter-base và collector-base tương ứng là 0,65 V và 7,3 V. Tính: a. VCE. b. IC. c. Tổng công suất tiêu tán ở transistor, được định nghĩa ở đây là P = VCEIC + VBEIB. 2.5 Cho mạch như ở hình P2.5, hãy xác định dòng emitter và điện áp collector-base. Cho BJT có V = 0,6 V. -29- 2.6 Cho mạch như ở hình P2.6, hãy xác định điểm làm việc của transistor. Transistor có V = 0,6 V; và  = 150. Transistor làm việc ở vùng nào ? 2.7 Cho mạch như ở hình P2.7, hãy xác định dòng emitter và điện áp collector-base. Cho BJT có V = - 0,6 V trên tiếp giáp BE. 2.8 Nếu điện trở emitter ở bài tập 2.7 (hình P2.7) bị thay đổi trị số thành 22 k, thì điểm làm việc của BJT sẽ thay đổi như thế nào ? -30- 2.9 Họ đặc tuyến collector của một transistor như ở hình P2.9. a. Hãy xác định tỷ số IC / IB tại VCE = 10 V, và IB = 100 µA; 200 µA; và 600 µA. b. Sự tiêu tán công suất collector cho phép lớn nhất là 0,5 W tại IB = 500 µA. Xác định VCE. [Gợi ý: Công suất tiêu tán tại collector có thể chấp nhận xấp xỉ bằng tích của dòng điện và điện áp collector: P = ICVCE. Trong đó, P là độ tiêu tán công suất cho phép trên transistor; IC là dòng collector tĩnh; VCE là điện áp collector-emitter tại điểm làm việc.] 2.10 Cho mạch như ở hình P2.10, giả sử cả hai transistor đều được chế tạo từ silicon có  = 100. Hãy xác định: a. IC1, VC1, VCE1. b. IC2, VC2, VCE2. -31- 2.11 Sử dụng các thông số của transistor npn 2N3904 để xác định điểm làm việc (ICQ, VCEQ) của transistor ở mạch hình P2.11. Trị số của  tại điểm làm việc này là bao nhiêu ? 2.12 Cho mạch như ở hình P2.12, hãy kiểm chứng rằng transistor hoạt động ở vùng bảo hòa bằng cách tính tỷ số của dòng collector đối với dòng base. [gợi ý: Hãy tham khảo mô hình BJT tương ứng ở hình 2.22, V = 0.6 V; VSAT = 0,2 V]. -32- 2.13 Mạch ở hình P 2.13, có điện áp VE = 1 V. Nếu transistor có V = 0,6 V, hãy xác định:VB; IB; IE; IC; ; và . 2.14 Mạch ở hình P2.14, là tầng khuyếch đại emitter-chung. Hãy xác định đại lượng tương đương Thévenin cho phần mạch gồm R1; R2; và VCC theo các đầu điện cực của R2. Vẽ lại mạch theo cách sử dụng tương đương Thévenin. Trong đó: VCC = 20 V;  = 130; R1 = 1,8 M; R2 = 300 k; RC = 3 k; RE = 1 k; RL = 1 k; RS = 0,6 k; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. -33- 2.15 Mạch thể hiện ở hình P2.14, là một tầng khuyếch đại emitter-chung được thực hiện bằng transistor silicon npn. Hãy xác định VCEQ và vùng làm việc của BJT. Trong đó: VCC = 15 V;  = 100; R1 = 68 k; R2 = 11,7 k; RC = 200 ; RE = 200 ; RL = 1,5 k; RS = 0,9 k; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. 2.16 Mạch thể hiện ở hình P2.14, là một tầng khuyếch đại emitter-chung được thực hiện bằng transistor silicon npn. Hãy xác định VCEQ và vùng làm việc của BJT. Trong đó: VCC = 15 V;  = 100; R1 = 68 k; R2 = 11,7 k; RC = 4 k; RE = 200 ; RL = 1,5 k; RS = 0,9 k; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. -34- 2.17 Mạch thể hiện ở hình P2.17, là một tầng khuyếch đại collector-chung (cũng được gọi là tầng lặp lại emitter) được thực hiện bằng transistor silicon npn. Hãy xác định VCEQ tại vùng làm việc DC hay điểm Q. Trong đó: VCC = 12 V;  = 130; R1 = 82 k; R2 = 22 k; RS = 0,7 k; RE = 0,5 k; RL = 16 k. 2.18 Mạch thể hiện ở hình P2.18, là một tầng khuyếch đại emitter-chung được thực hiện bằng transistor silicon npn và hai nguồn cung cấp điện áp DC (một nguồn dương và một nguồn âm) thay cho một nguồn. Mạch phân cực DC được kết nối đến base gồm một điện trở. Hãy xác định VCEQ và vùng làm việc của BJT. Trong đó: VCC = 12 V; VEE = - 4 V;  = 100; RB = 100 k; RC = 3 k; RE = 3 k; RL = 6 k; RS = 0,6 k; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. -35- 2.19 Mạch thể hiện ở hình P2.19, là một tầng khuyếch đại emitter-chung được thực hiện bằng transistor silicon npn. Mạch phân cực DC được kết nối đến base gồm một điện trở; tuy nhiên, điện trở base được mắc trực tiếp giữa base và collector . Hãy xác định VCEQ và vùng làm việc của BJT. Trong đó: VCC = 12 V;  = 130; RB = 325 k; RC = 1,9 k; RE = 2,3 k; RL = 10 k; RS = 0,5 k; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. 2.20 Mạch thể hiện ở hình P2.19, là một tầng khuyếch đại emitter-chung được thực hiện bằng transistor silicon npn. Hãy xác định VCEQ và vùng làm việc của BJT. Trong đó: VCC = 15 V; C = 0,5 µF;  = 170; RB = 22 k; RC = 3,3 k; RE = 3,3 k; RL = 1,7 k; RS = 70 ; vS = 1 cos (6,28 x 10 3 t) mV. -36- 2.21 Mạch thể hiện ở hình P2.14, là một tầng khuyếch đại emitter-chung với: VCC = 15 V; C = 0,47 µF; R1 = 220 k; R2 = 55 k; RC = 3 k; RE = 710 ; RL = 3 k; RS = 0,6 k; vS = Vio sin (t) Vio = 10 mV. Phân tích DC đã cho điểm làm việc DC hay điểm Q là: IBQ = 19,9 µA và VCEQ = 7,61 V. Transistor là transítor silicon npn có đặc tuyến truyền đạt và beta: // BEQ be TBE T V v Vv V C S Si I e I e    ;  = 100 Đặc tuyến i-v được vẽ ở hình P2.21. a. Hãy xác định hệ số khuyếch đại không tải tín hiệu lớn ( vo / vi ). b. Vẽ dạng sóng của điện áp ra theo thời gian. c. Giải thích dạng sóng điện áp ra bị méo dạng so với dạng sóng vào. -37- Transisistor hiệu ứng trường. 2.22 Thể hiện ở hình P2.22, là các ký hiệu mạch của MOSFET kiểu nghèo và kiểu tăng cường. Đối với MOSFET kiểu tăng cường có: k = 0,56 mA/V 2 và VGSTh = + 5 V. Đối với MOSFET kiểu nghèo có: IDSS = 7 mA và VGSOFF = - 5 V. a. Các MOSFET trên là cấu kiện kênh-p hay kênh- n ? b. Cấu kiện kiểu nghèo là loại nào ? Cấu kiện kiểu tăng cường là loại nào ? c. Đối với mỗi cấu kiện, các điều kiện trạng thái để làm việc ở vùng bảo hòa thể hiện dưới dạng các điện áp theo cấu kiện và các điện áp ngưỡng hay điện áp thắt kênh đã cho ở trên là bao nhiêu ? 2.23 Các transistor thể hiện ở hình P2.23, có 3VTV  . Hãy xác định vùng làm việc của mỗi loại tương ứng. -38- 2.24 Tại ba điện cực của một MOSFET kiểu tăng cường kênh-n có các mức điện áp là 4 V; 5 V; và 10 V so với đất. Hãy vẽ ký hiệu mạch, với các mức điện áp thích hợp tại mỗi điện cực nếu cấu kiện là đang hoạt động: a. ở vùng thuần trở [ ohmic ]. b. ở vùng bão hòa. 2.25 Một transistor NMOS kiểu tăng cường có VGSTh = 2 V, cực nguồn của nó được nối đất và có mức điện áp cổng-nguồn là 3 VDC. Hãy xác định trạng thái làm việc của MOSFET nếu: a. VD = 0,5 V. b. VD = 1 V. c. VD = 5 V. -39- 2.26 Trong mạch ở hình P2.26, là transistor kênh-p có VGSTh = - 2 V; và k = 10 mA / V 2 . Hãy tính trị số của R và VD để có ID = 0,4 mA. 2.27 Một transistor NMOS kiểu tăng cường có VGSTh = 2 V; và ID = 1 mA khi VGS = VDS = 3 V. Hãy tính trị số của ID theo VGS = 4 V. 2.28 Một transistor MOSFET kiểu tăng cường kênh-n được phân cực để hoạt động ở vùng thuần trở [ohmic], với VDS = 0,4 V và VGSTh = 3,2 V. Điện trở hiệu dụng của kênh dẫn được tính theo RDS = 500 / (VGS – 3,2) . Hãy tính trị số của ID khi VGS = 5 V; RDS = 500 ; và VGD = 4 V. 2.29 Một JFET kênh-n có VGSOFF = - 2,8 V. Nếu transistor đang hoạt động ở vùng thuần trở [ohmic] (hay còn gọi là vùng tuyến tính), với khi VGS = - 1 V; VDS = 0,05 V và ID = 0,3 mA. Hãy xác định trị số của ID nếu: a. VGS = - 1 V; VDS = 0,08 V. b. VGS = 0 V; VDS = 0,1 V. c. VGS = - 3,2 V; VDS = 0,06 V. -40- 2.30 Một transistor NMOS kiểu tăng cường có VGSTh = 2,5 V có cực nguồn của nó được nối đất và điện áp cổng-nguồn là 4 VDC. Hãy xác định vùng làm việc của cấu kiện nếu: a. VD = 0,5 V. b. VD = 1,5 V. 2.31 Một transistor NMOS kiểu tăng cường có VGSTh = 4 V; ID = 1 mA khi VGS = VDS = 6 V. Bỏ qua sự phụ thuộc của ID vào VDS ở vùng bão hòa, hãy xác định giá trị của ID theo VGS = 5 V. 2.32 Một transistor NMOS trong mạch ở hình P2.32, có VGSTh = 1,5 V; k = 10 mA / V 2 . Bây giờ, nếu vG là dạng xung có biên độ từ 0 V đến 5 V, hãy xác định các mức điện áp của tín hiệu xung ra tại cực máng. 2.33 Một JFET có VGSOFF = - 2 V và IDSS = 8 mA là đang hoạt động tại trị số VGS = - 1 V; và VDS rất nhỏ. Hãy xác định trị số: a. rDS. b. VGS tại trị số rDS bằng một nửa trị số của nó ở (a). -41- 2.34 Mạch thể hiện ở hình P2.34, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung. Hãy xác định điểm làm việc DC và xác nhận rằng cấu kiện đang hoạt động ở vùng bão hòa. Trong đó: k = 1 mA / V2; VGSTh = 1,5 V; R1 = 1,32 M; R2 = 2,2 M; RD = 4 k; RS = 4 k; RL = 1,3 k; C = 0,47 µF; RSS = 0,7 k; VDD = 12 V. 2.35 Mạch thể hiện ở hình P2.35, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung đã được đơn giản hóa trong đó mạch phân cực DC tại mạch cổng đã được thay thế bằng mạch tương đương Thévenin của nó. Hãy xác định điểm làm việc DC hay điểm Q và vùng làm việc. Trong đó: IDSS = 7 mA; VGSOFF = -2,65 V; RG = 330 k; VGG = 4,7 V; RD = 3,3 k; RS = 3,3 k; RL = 1,7 k; C = 0,5 µF; RSS = 70 k; VDD = 15 V. -42- 2.36 Mạch ở hình P2.35, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung, RG là một cấu kiện thực tế trong mạch và VGG đã được loại bỏ (tức là thực hiện bằng 0). Việc giải cụ thể cho điểm làm việc DC hay điểm-Q sẽ cho: IDQ = 1,324 mA; VGSQ = - 4,368 V ; IDSS = 18 mA; VGSOFF = - 6 V; RG = 1,7 M; RS = 3,3 k; RL = 3 k; C = 0,5 µF; VDD = 20 V; VGG = 0 V; vS (t) = 1 cos (6,28 x 10 3 t) V. Hãy xác định trị số của RD để có VDSQ = 6 V. 2.37 Mạch ở hình P2.35, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung, RG là một cấu kiện thực tế trong mạch và VGG đã được loại bỏ (tức là đã được ngắn mạch). Việc giải cụ thể cho điểm-Q sẽ cho: IDQ = 2,97 mA; VGSQ = - 3,56 V Hãy xác định trị số của RD để có VDSQ = 6 V. Trong đó: IDSS = 18 mA; VGSOFF = - 6 V; RG = 1,7 M; RS = 1,2 k; RL = 3 k; C = 0,5 µF; VDD = 20 V; VGG = 0 V; vS (t) = 1 cos (6,28 x 10 3 t) V. -43- 2.38 Mạch thể hiện ở hình P2.38a, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung được thực hiện bằng một MOSFET kiểu nghèo kênh-n có họ đặc tuyến i-v tĩnh như ở hình P2.39b. Điểm-Q và trị số của các cấu kiện là: VDSQ = 13,6 V; VGSQ = 1,5 V; RD = 1 k; RS = 0,4 k; RL = 3,2 k; RSS = 0,6 k; và vS (t) = 2 cos (t) V. Hãy xác định trị số điện áp nguồn cung cấp DC cần thiết để có điểm-Q và các trị số của các cấu kiện đã được quy định ở trên. -44- -45- -46- Tóm tắt nội dung mạch transistor  Mô hình tín hiệu nhỏ của transistor cho phép phân tích mạch khuyếch đại như mạch tuyến tính.  Các mô hình BJT tín hiệu nhỏ đưa đến việc xem xét các đặc tuyến i-v base và collector dưới dạng các thông số điện trở đã được tuyến tính hóa và các nguồn có điều khiển. Các mô hình đó có thể được sử dụng để phân tích hoạt động của BJT như một bộ khuyếch đại tuyến tính. Có các cấu hình khuyếch đại khác nhau, mà mỗi loại đều có thể được đặc trưng bằng một điện trở vào và ra tương đương và bằng một hệ số khuyếch đại điện áp vòng hở.  Các transistor hiệu ứng trường cũng có thể được mô hình hóa bằng phương pháp tham số tín hiệu nhỏ và các nguồn điều khiển. Các mạch khuyếch đại tính hiệu nhỏ bằng FET có thể được thiết kế trên cơ sở các mô hình mạch tuyến tính theo cách tương tự với các mạch khuyếch đại bằng BJT.  BJT được đặc trưng bằng đặc tính truyền đạt tuyến tính hơn so với FET nên thường cho tín hiệu ra có mức dòng lớn hơn. Tuy nhiên, trở kháng vào của FET lớn hơn nhiều. Nói chung, các đặc tính có lợi của mỗi loại transistor có thể được khai thác khi thiết kế các mạch khuyếch đại nhiều tầng.  Tất cả các mạch khuyếch đại transistor đều bị hạn chế về đáp ứng tần số của chúng do có các tụ ghép tầng và do các điện dung ký sinh nội của transistor.  Các transistor tạo nên thành phần chính của nhiều mạch chuyển mạch. Các chuyển mạch bằng transistor có thể sử dụng các mạch hoặc bằng BJT hoặc bằng FET, tạo ra hai họ mạch logic số rất lớn: TTL và CMOS. Mỗi họ đều được đặc trưng bằng một số ưu điểm; trong thực tế các mạch TTL hoạt động nhanh hơn và có thể cung cấp mức dòng điện lớn hơn, trong khi các mạch CMOS được đặc trưng bởi mức tiêu thụ công suất cực thấp và dễ chế tạo hơn. Các mạch chuyển mạch bằng transistor có thể được phân tích dễ dàng hơn so với các mạch khuyếch đại tuyến tính, do các mạch chuyển mạch thường chỉ được xem như hoặc là cấu kiện dẫn [on] hoặc là ngưng dẫn [off]. -47- Các mạch khuyếch đại bằng transistor bipolar 3.1 Mạch thể hiện ở hình P3.1, là một mạch base-chung đã được rút gọn. a. Hãy xác định điểm làm việc của mạch transistor. b. Vẽ mạch tương đương AC cho mạch. 3.2 Xét mạch khuyếch đại emitter-chung có các trị số của các thông số sau (xem hình 3.7): VCC = 10V; R1 = 3 k; R2 = 3 k; RS = 50 ; RC = RE = 100 ; RL = 150 ;  = 100. a. Xác định điểm làm việc của transistor b. Vẽ mạch tương đương AC của bộ khuyếch đại. c. Nếu điện dẫn ra = 10-5 S, hãy xác định hệ số khuyếch đại điện áp như được định nghĩa bằng vout / vin. d. Tính điện trở vào, ri. e. Tính điện trở ra rO -48- 3.3 Transistor thể hiện trong mạch khuyếch đại ở hình P3.3, có , er = 1,3 k;  = 90; và 1 /ro = 120 µS. Xác định hệ số khuyếch đại của mạch. 3.4 Mạch thể hiện ở hình P3.4, là một biến thể của mạch khuyếch đại base-chung. a. Xác định điểm làm việc của transistor b. Vẽ mạch tương đương AC của bộ khuyếch đại. c. Tính hệ số khuyếch đại điện áp, vL / vin. d. Tính điện trở vào, ri. e. Tính điện trở ra. rO. -49- 3.5 Cho mạch thể hiện ở hình P3.5, vS là tín hiệu nhỏ dạng sóng sin có trị trung bình là 3 V. Nếu  = 100 và RB = 60 k. a. Xác định trị số của RE để IE = 1 mA. b. Xác định trị số của RC để VC = 5 V. c. Cho RL = 5 k, hãy vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ của bộ khuyếch đại. d. Tính hệ số khuyếch đại điện áp. 3.6 Mạch ở hình P3.6, là cấu hình collector-chung. Sử dụng bảng 3.2 và cho biết RC = 200 : a. Xác định điểm làm việc của transistor b. Vẽ mạch tương đương AC của bộ khuyếch đại. c. Nếu hệ số khuyếch đại điện áp được định nghĩa bằng, vout / vin, hãy tính hệ số khuyếch đại điện áp. Nếu hệ số khuyếch đại dòng điện được định nghĩa bằng, iout / iin, hãy tính hệ số khuyếch đại dòng điện. d. Tính điện trở vào, ri. e. Tính điện trở ra. rO. -50- 3.8 Một cuộn dây relay DC được chuyển đổi thành một cuộn điện cảm với điện trở nối tiếp do các vòng dây như ở hình P3.8a. Relay ở hình P3.8b sẽ được điều khiển bằng mạch transistor. Khi VR lớn hơn 7,2 VDC, thì chuyển mạch của relay sẽ đóng (kín mạch) nếu chuyển mạch của relay ở trạng thái hở. Nếu chuyển mạch đã được đóng, thì chuyển mạch sẽ hở khi VR thấp hơn 2,4 VDC. Điện trở của diode khi dẫn là 10 , còn khi diode ngưng dẫn điện trở của diode là . Relay được định mức công suất tiêu tán là 0,5 W khi VR = 10 V. Nếu RE = 40 ; RB = 450 ; RS = 20 ; L = 100 mH; Rw1 = Rw2 = 100 ; VCE Sat = 0,3 V; V = 0,75 V; và VS(t) là sóng vuông có điện áp từ 0 V đến 4,8 V và có mức dòng đỉnh là 20 mA. a. Hãy xác định mức công suất tiêu tán lớn nhất của mạch. b. Xác định khoảng thời gian cần có để relay chuyển mạch từ vị trí kín mạch sang vị trí hở mạch nếu VS đã được đặt ở mức 4,8 V liên tục. -51- 3.9 Mạch ở hình P3.9, được dùng để chuyển mạch relay đóng mở đèn chiếu sáng tắt [off] hay sáng [on] nhờ điều khiển bằng máy tính. Relay tiêu tán công suất là 0,5 W ở mức 5 VDC. Mạch sẽ chuyển mạch ON ở mức 3 VDC và OFF ở mức 1,0 VDC. Tần số lớn nhất là bao nhiêu để nguồn sáng có thể được chuyển mạch ? Điện cảm của relay là 5 mH, và transistor sẽ bảo hòa ở mức 0,2 V, V = 0,8 V. 3.10 Một cặp transistor Darlington mắc như mạch ở hình P3.10. Các thông số của transistor cho hoạt động ở mức tín hiệu nhỏ là: transistor Q1: , 1,5kbr   ; µe = 4 x 10 -4 ; 1/roe = 110 µA/V, và fe = 130; Q2: , 0,2kbr   ; µe = 10 -3 ; 1/roe = 500 µA/V, và fe = 70. Tính: a. Hệ số khuyếch đại dòng toàn bộ. b. Trở kháng vào. -52- 3.11 Cho mạch khuyếch đại emitter- chung như ở hình P3.11, trong đó transistor có các thông số theo bảng. Hãy xác định giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của: a. Hệ số khuyếch đại điện áp vòng hở AV. b. Hệ số khuyếch đại dòng điện vòng hở AI. 3.12 Transistor trong mạch ở hình P3.12, có V = 0,6 V. Hãy xác định trị số của R1 và R2 để có: a. Điện áp collector-emitter tĩnh, VCEQ = 5 V. b. Dòng collector tĩnh, ICQ thay đổi không quá 10% khi  thay đổi từ 20 đến 50. 3.13 Xét hệ số khuyếch đại của mạch ở hình P3.12. Hãy xác định trị số của R1 và R2 để mạch cho độ dao động đối xứng lớn nhất ở dòng collector. Giả sử  = 100. -53- Các mạch khuyếch đại bằng transistor hiệu ứng trường 3.24 Đặc tuyến i-v của một MOSFET kiểu nghèo thể hiện ở hình P3.24a, và mạch khuyếch đại bằng MOSFET tương ứng như mạch ở hình P3.24b. Hãy xác định điểm làm việc tĩnh nếu VDD = - 30 V và RD = 500 . 3.25 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24. Hãy xác định điểm làm việc tĩnh nếu VDD = - 15 V và RD = 330 . 3.26 Xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24. Hãy xác định điểm làm việc tĩnh nếu VDD = - 50 V và RD = 1,5 k. -54- 3.27 Hãy xét mạch khuyếch đại như ở hình P3.24. Cho RD = 1 k. Nếu điểm làm việc tĩnh là: IDQ = - 25 mA; VDSQ = - 12,5 V, hãy xác định trị số của VDD . 3.28 Xét mạch khuyếch đại như ở hình P3.24. Cho RD = 2 k. Nếu điểm làm việc tĩnh là IDQ = - 25 mA; VDSQ = - 12,5 V, hãy xác định trị số của VDD . 3.29 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24, có trị số cấu kiện như quy định ở bài tập 3.24. Cho vGS = 1 sin t V. Hãy vẽ dạng sóng điện áp và dòng ra, và tính hệ số khuyếch đại điện áp. 3.30 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24, có trị số cấu kiện như quy định ở bài tập 3.24. Cho vGS = 3 sin t V. Hãy vẽ dạng sóng điện áp và dòng ra, và tính hệ số khuyếch đại điện áp. -55- 3.31 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24, có trị số cấu kiện như quy định ở bài tập 3.25. Cho vGS = 1 sin t V. Hãy vẽ dạng sóng điện áp và dòng ra, và tính hệ số khuyếch đại điện áp. 3.32 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24, có trị số cấu kiện như quy định ở bài tập 3.25. Cho vGS = 3 sin t V. Hãy vẽ dạng sóng điện áp và dòng ra, và tính hệ số khuyếch đại điện áp. 3.33 Hãy xét hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại như ở hình P3.24, có trị số cấu kiện như quy định ở bài tập 3.24. Hãy tính Avo và gm tại điểm làm việc tĩnh. -56- 3.34 Mạch ở hình P3.34, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung bằng MOSFET kiểu nghèo kênh-n. Điểm làm việc-Q và trị số các cấu kiện là: VDSQ = 13,6 V; VGSQ = 1,5 V; RD = 1,0 k; RS = 0,4 k; RL = 3,2 k; RSS = 0,6 k; VDD = 35 V; vi(t) = 2 sin (t) V. a. Xác định đường tải DC b. Xác định đường tải AC. c. Bằng các trị số trên đường tải AC, vẽ đặc tuyến truyền đạt, nghĩa là đặc tuyến dòng máng phụ thuộc vào điện áp cổng-nguồn. d. Sử dụng hàm truyền, vẽ dạng sóng điện áp ra như một hàm số của t với 0 < t < 2. Nhớ rằng: vI = VIQ + vi. e. Hãy xác định hệ số khuyếch đại điện áp có tải của tầng. 3.35 Mạch ở hình P3.34, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung bằng MOSFET kiểu nghèo kênh-n. Cho điểm làm việc-Q và trị số các cấu kiện là: VGSQ = 1,5 V; VDSQ = 13,6 V; IDQ = 15,3 mA; RD = 1,0 k; RS = 0,4 k; RL = 3,2 k; RSS = 0,6 k; VDD = 35 V; vi(t) = 1 sin (t) V. a. Đối với các điều kiện có tải (tính cả các ảnh hưởng của điện trở tải), xác định đường tải AC, vẽ điện áp ra như một hàm số của t, và xác định hệ số khuyếch đại điện áp tín hiệu lớn. Xác định đường tải AC. b. Lặp lại câu a khi không tính ảnh hưởng tải của điện trở tải. -57- 3.37 Một MOSFET kiểu tăng cường kênh-n có các thông số: IDSS = 7 mA; VGSth = 5 V. FET được phân cực để làm việc tại điểm-Q: VGSQ = 7 V; IDQ = 1,120 mA. a. Hãy vẽ ký hiệu của transistor. b. Hãy xác định bằng số các thông số cho mô hinh AC tín hiệu nhỏ đơn giản nhất của transistor. c. Vẽ mô hình AC tín hiệu nhỏ. 3.38 Mạch tương đương AC tín hiệu nhỏ của một mạch có các FET, các tụ chặn DC, các tụ rẽ mạch, các nguồn DC lý tưởng, các thành phần nào dưới đây trong mạch được mô hình hóa ở dãi tần trung bình: a. Các transistor ? b. Các tụ ghép AC và chặn DC ? c. Các tụ rẽ mạch ? d. Điện dụng nội của transistor ? Có điện dung nội nhỏ giữa các cực cổng và máng và điện dung khác giữa cực cổng và cực nguồn. e. Nguồn cung cấp DC lý tưởng ? -58- 3.39 Các thông số cho dưới đây là các thông số của một transistor, giả sử điểm-Q của transistor, và trị số của các cấu kiện trong mạch ở hình P3.39, là: IDSS = 0,5 mA; VGSth = 1 V; IDQ = 0,5 mA; VGSQ = 2 V; R1 = 10 M; R2 = 10 M; RD = 6 k; RS = 6 k; RL = 3 k; RSS = 50 . a. Hãy xác định mô hình AC cho transistor gồm các giá trị bằng số. b. Vẽ mạch tương đương AC tín hiệu nhỏ. 3.40 Các thông số cho dưới đây là các thông số của một transistor, giả sử điểm-Q của transistor, và trị số của các cấu kiện trong mạch ở hình P3.40, là: IDSS = 0,5 mA; VGSth = 1 V; IDQ = 0,5 mA; VGSQ = 2 V; R1 = 10 M; RD = 6 k; RS = 6 k; RL = 3 k; RSS = 50 . a. Hãy xác định mô hình AC cho transistor gồm các giá trị bằng số. b. Vẽ mạch tương đương AC tín hiệu nhỏ. -59- 3.41 Hãy định nghĩa các thông số điện trở vào, điện trở ra, và hệ số khuyếch đại điện áp không tải của một tầng khuyếch đại. Kể cả các điều kiện cần thiết để xác định mỗi thông số. Sử dụng mạch tương đương tín hiệu nhỏ AC như ở hình P3.41, để xác định các điện áp, dòng điện, v. v. . . được sử dụng trong các định nghĩa và các điều kiện. Vẽ mô hình đơn giản hóa bằng cách sử dụng ba thông số của mạch đó. Khi kể cả nguồn tín hiệu và tải cũng như dẫn xuất biểu thức cho hệ số khuyếch đại toàn bộ. 3.42 Mạch ở hình P3.39, là một tầng khuyếch đại nguồn-chung. Các thông số của transistor, điểm-Q, và trị số của các cấu kiện trong mạch là: IDSS = 1,125 mA; VGSth = 1,5 V; IDQ = 1,125 mA; VGSQ = 3 V; R1 = 1,32 M; R2 = 2,2 M; RD = 4 k; RS = 4 k; RL = 1,3 k; RSS = 700 . a. Hãy xác định tất cả các trị số cấu kiện cho mạch và vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ AC (cho trung tần). b. Viết các biểu thức để xác định trị số của điện trở vào Ri, điện trở ra Ro, và hệ số khuyếch đại không tải Avo. c. Xác định hệ số khuyếch đại điện áp toàn bộ vo/vi (tính cả các ảnh hưởng của tải và điện trở của nguồn tín hiệu) theo dB. -60- 3.43 Mạch ở hình P3.43, là tầng khuyếch đại máng-chung (hay tầng lặp lại nguồn – SF). Các thông số của transistor, điểm-Q, và trị số của các cấu kiện là: k = 1,5 mA/V 2 ; VGSth = 1,5 V; IDQ = 1,125 mA; VGSQ = 3 V; R1 = 1,32 M; R2 = 2,2 M; RS = 4 k; RL = 1,3 k; RSS = 700 ; VDD = 12 V. a. Hãy vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ AC. b. Lập các biểu thức để xác định các trị số của điện trở vào Ri, điện trở ra Ro, và hệ số khuyếch đại điện áp không tải Avo. c. Xác định hệ số khuyếch đại điện áp chung vo/vi (tính cả các ảnh hưởng của tải và điện trở của nguồn tín hiệu) theo dB. -61- Các cổng và chuyển mạch 3.44 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P3.44, có chức năng như một cổng HOẶC [OR] nếu tín hiệu ra được lấy tại vo1. 3.45 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P3.44, có chức năng như một cổng KHÔNG HOẶC [NOR] nếu tín hiệu ra được lấy tại vo2. 3.46 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P3.46, có chức năng như một cổng VÀ [AND] nếu tín hiệu ra được lấy tại vo1. -62- 3.47 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P3.46, có chức năng như một cổng KHÔNG VÀ [NAND] nếu tín hiệu ra được lấy tại vo2. 3.48 Ở hình P3.48, giá trị nhỏ nhất của vin theo mức tín hiệu vào cao là 2 V. Biết rằng transistor Q1 có  thấp nhất bằng 10. Tính khoảng trị số điện trở RB để có thể chắc chắn làm cho transistor Q1 dẫn [ON]. 3.49 Hình P3.49, là mạch với hai bộ đảo bằng transistor được mắc nối tiếp, trong đó R1C = R2C = 10 k và R1B = R2B = 27 k. a. Tính vB, vout, và trạng thái của transistor Q1 khi vin có mức thấp. b. Tính vB, vout, và trạng thái của transistor Q1 khi vin có mức cao. -63- 3.50 Với mạch đảo ở hình P3.50, RB = 5 k; và RC1 = RC2 = 2 k. Xác định các trị số nhỏ nhất của 1 và 2 để đảm bảo rằng Q1 và Q2 bảo hòa khi vin có mức cao. 3.51 Với mạch đảo ở hình P3.50, RB = 4 k; và RC1 = 2,5 k; và 1 = 2 = 4. Hãy chứng tỏ rằng Q1 sẽ bảo hòa khi vin ở mức cao. Xác định điều kiện cho RC2 để đảm bảo cho Q2 cũng bảo hòa. 3.52 Mạch cổng TTL cơ bản là mạch ở hình P3.52. Hãy xác định chức năng logic được thực hiện bằng mạch này. -64- 3.53 Hình P3.53, là sơ đồ mạch cổng NAND TTL ba đầu vào. Giả sử tất cả các điện áp vào đều ở mức cao, hãy xác định vB1; vB2; vB3; vC2; và vout. Ngoài ra, cho biết vùng làm việc của mỗi transistor. 3.54 Hãy chứng tỏ rằng khi hai hay nhiều hơn các đầu ra của mạch lặp lại emitter được nối đến tải chung, như mạch ở hình P3.54, là kết quả của phép toán HOẶC [OR]; tức là, vo = v1 HOẶC v2. 3.55 Với cổng NAND bằng CMOS như mạch ở hình 3.61, hãy nhận dạng trạng thái của mỗi transistor khi: v1 = v2 = 5 V. 3.56 Với cổng NAND bằng CMOS như mạch ở hình 3.61, hãy nhận dạng trạng thái của mỗi transistor khi: v1 = 5 V; v2 = 0 V. 3.57 Vẽ sơ đồ mạch của cổng OR bằng CMOS hai đầu vào. -65- 3.58 Vẽ sơ đồ mạch của cổng AND bằng CMOS hai đầu vào. 3.59 Vẽ sơ đồ mạch của cổng OR bằng TTL hai đầu vào. 3.60 Vẽ sơ đồ mạch của cổng AND bằng TTL hai đầu vào. 3.61 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P10.61, có chức năng như một bộ đảo logic. 3.62 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P10.62, có chức năng như một cổng NOR. -66- 3.63 Hãy chứng tỏ rằng mạch ở hình P10.63, có chức năng như một cổng NAND. Tóm tắt nội dung phần điện tử công suất  Các cấu kiện điện tử công suất có thể sử dụng được với điện áp lên đến vài ngàn volt và dòng điện đạt đến vài trăm amper nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các loại khác nhau của các mạch điện tử công suất và các ứng dụng đã được giải thích trong chương.  Các bộ ổn định điện áp sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp DC để cung cấp điện áp DC ổn định tại đầu ra của bộ nguồn. Phần tử chính của bộ ổn định điện áp là diode Zener.  Các transistor có nhiều ứng dụng trong cả các mạch khuyếch đại và chuyển mạch công suất; BJT, MOSFET, và IGBT được sử dụng thông dụng, đặc biệt là dùng cho chức năng chuyển mạch. Mỗi loại thường có các ưu điểm riêng, chẳng hạn như khả năng chịu dòng lớn hơn, hay đáp ứng nhanh hơn. Công nghệ chế tạo cấu kiện đã được cải thiện vượt bậc, nhất là các MOSFET công suất.  Các diode công suất và các loại thyristor khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong các bộ chỉnh lưu và các mạch chỉnh lưu có điều khiển, cả ở các mạch một pha và nhiều pha. Các bộ chỉnh lưu là bộ phận cần thiết ở các bộ nguồn cung cấp DC; các bộ chỉnh lưu có điều khiển cũng được ứng dụng làm các bộ điều khiển động cơ DC và trong nhiều ứng dụng chuyển đổi điện áp khác nhau.  Các bộ điều khiển động cơ điện dựa trên các cấu kiện điện tử công suất cho phép thực hiện điều khiển động cơ phức tạp. Các bộ điều khiển động cơ DC gồm cả các bộ ổn định có điều khiển và các bộ đóng ngắn [chopper] (các bộ chuyển đổi DC-DC), trong khi các bộ điều khiển động cơ AC gồm các mạch nghịch lưu (chuyển đổi DC-AC). Hiện nay cả hai kiểu mạch điều khiển đều được chế tạo bằng cách sử dụng phổ biến các phần tử chuyển mạch công suất như MOSFET, thyristor, BJT, và IGBT. -67- Các mạch nguồn ổn định và chỉnh lưu 4.1 Hãy xác định dòng tải lớn nhất, ILmax có thể cho phép và thông số công suất của diode Zener, PZ cần thiết dùng cho bộ ổn định bằng Zener như mạch ở hình 4.7, trong đó: VS = 20 V; VZ = 7 V; RB = 47 ; RL = 10 . Số liệu của transistor: TIP31 (bảng 4.2) -68- 4.2 Cho mạch ổn định dòng điện như ở hình P4.2, tìm biểu thức của RS. 4.3 Cho mạch ổn định điện áp kiểu song song [shunt-type] như ở hình P4.3, hãy xác đinh biểu thức cho điện áp ra, Vout. 4.4 Cho mạch như ở hình 4.17, nếu tải LR được thay bằng một tụ điện, hãy vẽ dạng sóng ra và ghi các giá trị. 4.5 Rút ra biểu thức cho vL(t) và gán các trị số cho mạch ở hình 4.17, nếu điện trở thuận của diode là 50 , điện áp phân cực thuận là 0,7 V, còn tải bao gồm điện trở R = 10  và cuộn điện cảm L = 2 H. -69- 4.6 Cho mạch như ở hình P4.6, vAC là sóng sin với biên độ đỉnh là 10-V, R = 2 k, và điện áp dẫn thuận của D là 0,7 V. a. Vẽ dạng sóng của vL(t). b. Tính giá trị trung bình của vL(t). 4.7 Một mạch nạp ắc-quy của ô-tô như ở hình P4.7. Hãy giải thích hoạt động của mạch, và vẽ dạng sóng điện áp ra (L1 và L2 tương ứng với các điện cảm của các cuộn dây của máy phát điện AC. 4.9 Cho mạch như ở hình P4.9, là một hệ thống điều khiển tốc độ cho động cơ DC. Giả sử rằng, các thyristor được kích dẫn ở góc dẫn  = 60 nên lúc đó dòng động cơ là 20 A và không gợn. Nguồn cung cấp là 110 VAC (rms). a. Vẽ dạng sóng điện áp ra, vO. b. Tính công suất tiêu thụ bởi động cơ. c. Xác định mức volt-ampere được phát ra từ nguồn cung cấp. -70- 4.10 Mạch chỉnh lưu có điều khiển một pha toàn kỳ được sử dụng để điều khiển tốc độ của một động cơ DC. Mạch tương tự như mạch như ở hình 4.2, ngoại trừ việc thay thế tải điện trở bằng một động cơ DC. Động cơ làm việc với mức áp 110 V và tiêu thụ mức công suất 4 kW. Nguồn AC là 80 V, 60 Hz. Giả sử rằng, điện cảm của động cơ là rất lớn (tức là: dòng của động cơ là không gợn), và động cơ ổn định ở 0,055 V/vòng/phút. Nếu động cơ chạy ở mức 1000 vòng/phút tại mức dòng định mức: a. Xác định góc kích dẫn của bộ chuyển đổi. b. Xác định giá trị hiệu dụng (Vrms) của dòng điện nguồn cung cấp. -71- 4.11 Cho mạch điều khiển độ sáng của đèn như ở hình 4.27. Xác định: (1) điện áp tải hiệu dụng như một hàm của góc dẫn và (2) công suất cung cấp cho tải điện trở tại góc dẫn bằng 0; 30; 60; 90; 120; 150; và 180; và vẽ biều đồ công suất tải theo góc dẫn, .. Trong đó, VAK on = 0 V; RL = 240 . Dòng cổng xung , iG(t), được định thời như ở hình 4.28. -72- 4.12 Trong mạch thể hiện ở hình P4.12, nếu: VL = 10 V; Vr = 10% = 1 V; IL = 650 mA; vline = 170 cos(t);  = 2513 rad/s Và nếu các diode được chế tạo từ silicon, hãy xác định góc dẫn của các diode. 4.13 Cho góc dẫn của các diode silicon trong mạch ở hình P4.13, là:  = 23 s1 s2( ) ( ) 8cos( ) Vv t v t t  ;  = 377 rad/s; RL = 20 k; C = 0,5 µF. Hãy xác định giá trị hiệu dụng của điện áp gợn. -73- 4.14 Các diode trong mạch nguồn cung cấp DC toàn kỳ ở hình P4.12, là silicon. Nếu: IL = 85 mA; VL = 5,3 V; Vr = 0,6 V;  = 377 rad/s; vline = 156 cos (t) V; C = 1023 µF;  = góc dẫn = 23,90. Hãy xác định giá trị dòng điện trung bình và đỉnh chảy qua mỗi diode. 4.15 Các diode trong mạch nguồn cung cấp DC toàn kỳ ở hình P4.13, là silicon. Nếu: IL = 600 mA; VL = 50 V; Vr = 8% = 4 V; vline = 170 cos (t) V. Hãy xác định trị số của góc dẫn của các diode và trị số dòng điện trung bình và đỉnh chảy qua mỗi diode. Dạng sóng điện áp trên tải như thể hiện ở hình P4.15. -74- Khuyếch đại thuật toán Các mạch khuyếch đại lý tưởng 5.1 Mạch thể hiện ở hình P5.1, có một nguồn tín hiệu, hai tầng khuyếch đại, và tải. Hãy xác định hệ số khuyếch đại công suất G theo dB, trong đó: RS = 0,6 k; RL = 0,6 k; Ri1 = 3 k; Ri2 = 3 k; Ro1 = 2 k; Ro2 = 2 k; AVO1 = 100; Gm2 = 350 mS. 5.3 Mạch thể hiện ở hình P5.3, có một nguồn tín hiệu, hai tầng khuyếch đại, và tải. Hãy xác định hệ số khuyếch đại công suất G = Po / Pi theo dB, trong đó: o i P G P  ; 2 1 1 i i i V P R  ; RS = 0,7 k; RL = 16 ; Ri1 = 1,1 k; Ri2 = 19 k; Ro1 = 2,9 k; Ro2 = 22 ; AVO1 = 65; Gm2 = 130 mS. -75- 5.4 Trong mạch ở hình P5.4, RS = 0,3 k; RL = 2 k; Ri1 = Ri2 = 7,7 k; Ro1 = Ro2 = 1,3 k; AVO1 = AVO2 = 17; 1 149,9o i V V  . Hãy xác định: a. Hệ số khuyếch đại công suất theo dB. b. Hệ số khuyếch đại điện áp toàn bộ vo / vS. 5.5 Giá trị điện áp và các dòng điện thể hiện ở hình P5.5, thường vào khoảng gần đúng bao nhiêu để có mô hình mạch khuyếch đại thuật toán lý tưởng ?. 5.6 Giá trị các cấu kiện và các thông số thể hiện ở hình P5.5, thường vào khoảng gần đúng bao nhiêu để có mô hình mạch khuyếch đại thuật toán lý tưởng ? Các mạch bằng op-amp 5.7 Tính v1 trong mạch ở hình P5.7a, và P5.7b. Chú ý bộ lặp điện áp sẽ giử v1 trong mạch P5.7b bằng mức vg / 2, khi đầu ra của “tải” điện trở 3 k như ở mạch hình P5.7a. -76- 5.8 Hãy xác định biểu thức hệ số khuyếch đại toàn bộ AV = vo / vi cho mạch ở hình P5.8. Giả sử op-amp là lý tưởng. 5.9 Tính dòng i trong mạch ở hình P5.9. 5.10 Chứng minh rằng mạch ở hình P5.10, là một bộ tổng không đảo. 5.11 Hãy xác định biểu thức cho hệ số khuyếch đại chung AV = vo/vi của mạch ở hình P5.11. Tính độ điện dẫn G = ii / vi xét từ nguồn điện áp, vi. Giả sử op-amp là lý tưởng. -77- 5.12 Hãy xác định biểu thức cho hệ số khuyếch đại chung AV = vo/vi của mạch ở hình P5.12. Tính độ điện dẫn G = ii / vi xét từ nguồn điện áp, vi. Giả sử op-amp là lý tưởng. 5.13 Trong mạch ở hình P5.13, mạch ở điều kiện tới hạn với hệ số khuyếch đại giữ trong phạm vi 2% của giá trị thông dụng là 16. Tính giá trị điện trở, RS để có thể đạt hệ số khuyếch đại yêu cầu, và giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của RS là bao nhiêu có thể có trạng thái trên. Để đảm bảo an toàn theo yêu cầu này thì điện trở tiêu chuẩn 5% thích hợp là bao nhiêu ? (xem bảng trị số điện trở tiêu chuẩn). 5.14 Một bộ khuyếch đại đảo sử dụng hai điện trở sai số 10%: RF = 33 k, và RS = 1,2 k. a. Hệ số khuyếch đại thông thường của mạch khuyếch đại là bao nhiêu ? b. Giá trị lớn nhất của VA là bao nhiêu ? c. Giá trị nhỏ nhất của VA là bao nhiêu ? -78- 5.15 Mạch ở hình P5.15, sẽ loại bỏ thành phần DC của tín hiệu vào, v1(t) = 10 + 10 -3 sint V, RF = 10 k, và Vpin = 20 V. a. Tính RS để không có điện áp DC xuất hiện tại đầu ra. b. vout(t), với giá trị RS ở phần (a) là bao nhiêu ? 5.16 Hình P5.16, là mạch khuyếch đại thực tế đơn giản sử dụng op-amp 741. Số thứ tự chân như đã ghi trên hình. Cho điện trở vào là R = 2 M, hệ số khuyếch đại vòng hở K = 200000 và điện trở ra Ro = 75 . Tính giá trị gần đúng của hệ số khuyếch đại AV = vo / vi. 5.17 Hãy sử dụng mạch khuyếch đại tổng đảo để nhận được tổng trọng số của bốn nguồn tín hiệu khác nhau như sau: out 1 2 3 4 1 sin 5sin 2sin 16sin 4 v t t t t              Cho RF = 10 k, và xác định các điện trở vào, RS cần thiết. -79- 5.18 Mạch khuyếch đại ở hình P5.18, có một nguồn tín hiệu, tải và một tầng khuyếch đại với: RS = 11 k; RF = 7 k; R1 = 1 k; RL = 16 ; sử dụng op-amp Motorola MC1741C có: ri = 2 M; hệ số khuyếch đại vòng hở bằng 200 000; ro = 25 . Theo phân tích xấp xĩ thứ nhất, các thông số của op-amp đã cho ở trên có thể được bỏ qua và op-amp được sửa đổi như một cấu kiện lý tưởng. Ở bài tập này, kể cả các ảnh hưởng ở thông số của op-amp lên điện trở vào của mạch khuyếch đại. a. Suy luận biểu thức cho điện trở vào vi / ii kể cả các ảnh hưởng của op-amp. b. Hãy xác định trị số của điện trở vào khi bao gồm cả các ảnh hưởng của op-amp. c. Hãy xác định trị số của điện trở vào khi giả thiết op-amp là lý tưởng. 5.19 Mạch khuyếch đại ở hình P5.19, nếu: R1 = 50 k; R2 = 1,8 k; RF = 220 k; vS = 10 -2 + 7 x 10 -6 cos(t) V, hãy xác định: a. Biểu thức cho điện áp ra. b. Trị số của điện áp ra. -80- 5.20 Nếu trong mạch ở hình P5.20, có: vS = 17 x 10 -3 + 3 x 10 -3 cos(t) V, RS = 50 ; RL = 200 ; hãy xác định điện áp ra. 5.21 Trong mạch ở hình P5.21, có: vS1 = 2,9 x 10 -3 cos(t) V, vS2 = 3,1 x 10 -3 cos(t) V, R1 = 1 k; R2 = 3 k; R3 = 13 k; R4 = 11 k; hãy xác định điện áp ra. 5.22 Trong mạch ở hình P5.21, có: vS1 = 13 mV, vS2 = 19 mV, R1 = 1 k; R2 = 13 k; R3 = 80 k; R4 = 68 k; hãy xác định điện áp ra. 5.23 Trong mạch ở hình P5.23, nếu: vS1 = vS2 = 7 mV; RF = 2,2 k; R1 = 850 ; R2 = 1,5 k; và op-amp MC1741C có các thông số như sau: ri = 2 M; hệ số khuyếch đại vòng hở bằng 200 000; ro = 25 . Hãy xác định: a. Điện áp ra. b. Hệ số khuyếch đại điện áp theo hai tín hiệu vào. -81- 5.24 Trong mạch ở hình P5.21, hai nguồn điện áp là cảm biến nhiệt có đáp ứng: vS1 = kT1; vS2 = kT2; trong đó: k = 23 mV/C; R1 = 11 k; R2 = 21 k; R3 = 33 k; R4 = 56 k; T1 = 35C và T2 = 100C, hãy xác định: a. Điện áp ra. b. Các điều kiện cần để có điện áp ra chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hai nhiệt độ. 5.25 Trong một mạch khuyếch đại chênh lệch, nếu: Av1 = - 20; Av2 = + 22. Viết biểu thức cho mạch và suy ra cách xác định trị số của các hệ số khuyếch đại kiểu chung và kiểu sai lệch. 5.26 Nếu trong mạch ở hình P5.21, vS1 = 1,3 V, vS2 = 1,9 V, R1 = R2 = 5 k; R3 = R4 = 10 k; RL = 1,8 k. Hãy xác định: a. Điện áp ra. b. Thành phần kiểu chung của điện áp ra. c. Thành phần kiểu vi sai của điện áp ra. -82- 5.27 Hai nguồn điện áp trong mạch ở hình P5.21, là các cảm biến áp suất trong đó P là áp suất tính theo kPa: vS1,2 = A + BP1,2; A = 0,3 V; B = 0,7 V/psi; R1 = R2 = 5 k; R3 = R4 = 10 k; RL = 1,8 k. Nếu P1 = 6 kPa và P2 = 5 kPa, hãy xác định, bằng cách sử dụng sự chồng chập, đó là phần của điện áp do: a. Điện áp vào kiểu chung. b. Điện áp vào kiểu vi sai. 5.28 Một biến trở tuyến tính (điện trở có thể thay đổi được trị số) Rp được dùng để làm cảm biến và cho điện áp tín hiệu vy tỷ lệ với vị trí y là dòng điện trên máy vẽ đồ thị x-y. Tín hiệu chuẩn vR được cung cấp bởi việc điều khiển mềm máy vẽ đồ thị. Độ chênh lệch giữa các điện áp trên cần phải được khuyếch đại và cung cấp cho động cơ. Động cơ chạy và làm thay đổi vị trí của bút vẽ và vị trí của “điểm” cho đến khi điện áp tín hiệu bằng với điện áp chuẩn (chỉ thị bút vẽ là ở vị trí yêu cầu) và điện áp động cơ = 0. Để hoạt động chính xác thì điện áp của động cơ cần phải bằng 10 lần điện áp chênh lệch giữa tín hiệu và điện áp chuẩn. Để quay đúng chiều, điện áp động cơ cần phải âm so với điện áp tín hiệu đối với các cực tính như hình vẽ. Một yêu cầu bổ sung là iP = 0 để tránh quá tải bộ vẽ và gây sai lệch điện áp tín hiệu. a. Hãy thiết kế mạch op-amp để có thể đạt được các thông số đã cho. Vẽ lại mạch thể hiện ở hình P5.28, bằng cách thay khối hộp (vẽ trong đường đứt nét) bằng mạch thiết kế. Cần phải đảm bảo điện áp tín hiệu và điện áp ra được kết nối trong mạch thiết kế. b. Hãy xác định giá trị của mỗi cấu kiện trong mạch thiết kế. Op-amp là 741. -83- 5.29 Trong mạch ở hình P5.21, vS1 = 13 mV, vS2 = 19 mV, R1 = 1 k; R2 = 13 k; R3 = 80 k; R4 = 68 k. Hãy xác định điện áp ra. 5.30 Mạch ở hình P5.30, là bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện đơn giản. Hãy chứng tỏ rằng dòng điện Iout chảy qua diode phát quang [LED] và do đó độ sáng của LED là tỷ lệ với điện áp nguồn VS với điều kiện là VS > 0. 5.31 Mạch ở hình P5.31, là bộ chuyển đổi dòng điện thành điện áp đơn giản. Hãy chứng tỏ rằng dòng điện Vout là tỷ lệ với dòng được tạo ra bởi tế bào quang điện [cadmium sulfide cell] Cds. Thêm nửa, hãy chứng tỏ rằng transimpedance của mạch là Vout / IS bằng - R. -84- 5.32 Trong một số ứng dụng xử lý tín hiệu, một mạch ghim được sử dụng để duy trì tín hiệu ra tại một mức nào đó ngay cả khi tín hiệu vào liên tục tăng. Một trong những mạch như vậy thể hiện ở hình P5.32. Hãy xác định quan hệ giữa vo và vi và vẽ dạng sóng của nó. 5.33 Mạch ở hình P5.33, dùng để ổn định điện áp, mà điện áp ra của mạch có thể điều chỉnh. Giả thiết op-amp và diode zener lý tưởng và diode Zener sẽ duy trì điện áp trên đầu cực của diode khi có iZ  0,1IZ. a. Tìm biểu thức cho vo theo VZ. b. Nếu RS, R1, VZ, và IZ là đã biết, hãy xác định khoảng VS mà trong đó mạch có thể ổn định. 5.34 Mạch Voltmeter bằng op-amp như ở hình P5.34, cần để do điện áp vào lớn nhất là E = 20 mV. Dòng vào của op-amp là IB = 0,2 µA, và mạch đồng hồ có độ lệch đầy thang là Im = 100 µA và rm = 10 k. Hãy xác định các giá trị thích hợp cho R3 và R4. -85- Các mạch lọc, mạch tích phân, và mạch vi phân 5.35 Mạch ở hình P5.35, là một mạch lọc tích cực có: C = 1 µF; R = 10 k; RL = 1 k. Hãy xác định: a. Hệ số khuyếch đại (theo dB) trong dãi thông. b. Tần số cắt. c. Bộ lọc này là bộ lọc thông thấp hay thông cao ? 5.36 Mạch op-amp ở hình P5.36, được sử dụng như một mạch lọc có: C = 0,82 µF; RL = 16 ; R1 = 9,1 k; R2 = 7,5 k. Hãy xác định: a. Bộ lọc này là bộ lọc thông thấp hay thông cao ? b. Hệ số khuyếch đại Vo / VS, theo dB trong dãi thông, tức là tại dãi tần được thông qua bởi bộ lọc. c. Tần số cắt. 5.37 Mạch op-amp ở hình P5.36, được sử dụng như một mạch lọc có: C = 82 pF; RL = 16 ; R1 = 10 k; R2 = 130 k. Hãy xác định: a. Bộ lọc này là bộ lọc thông thấp hay thông cao ? b. Hệ số khuyếch đại Vo / VS, theo dB trong dãi thông, tức là tại tần số khởi đầu được thông qua bởi bộ lọc. c. Tần số cắt. -86- 5.38 Mạch ở hình P5.38, là một mạch lọc tích cực có: R1 = 5 k; R2 = 68 k; C = 8 pF; RL = 22 k. Hãy xác định dãi tần số cắt và biên độ của hàm truyền điện áp tại các tần số rất thấp và rất cao. 5.39 Mạch ở hình P5.39, là một mạch lọc tích cực có: R1 = 1 k; R2 = 5 k; R3 = 80 k; C = 5 nF. Hãy xác định: a. Biểu thức của hàm truyền điện áp dưới dạng chuẩn: ( ) ( ) ( ) o v i j H j j     V V b. Dãi tần số cắt c. Hệ số khuyếch đại dãi thông d. Giản đồ Bode. 5.40 Mạch op-amp ở hình P5.40, được sử dụng làm mạch lọc có: R1 = 9,1 k; R2 = 7,5 k; C = 0,82 µF; RL = 16 . Hãy xác định: a. Mạch là lọc thông thấp hay thông cao b. Biểu thức dạng chuẩn cho hàm truyền điện áp. c. Hệ số khuyếch đại theo dB trong dãi thông, tức là tại dãi tần truyền qua bởi bộ lọc, và tần số cắt. -87- 5.41 Mạch op-amp ở hình P5.40, là mạch lọc thông thấp có: R1 = 220 ; R2 = 68 k; C = 0,47 nF; RL = 16 . Hãy xác định: a. Biểu thức dạng chuẩn cho hàm truyền điện áp. b. Hệ số khuyếch đại theo dB trong dãi thông, tức là tại dãi tần truyền qua bởi bộ lọc, và tần số cắt. 5.42 Mạch ở hình P5.42, là mạch lọc thông dãi có: R1 = R2 = 1 k; C1 = C2 = 1 µF. Hãy xác định: a. Hệ số khuyếch đại dãi thông. b. Tần số cộng hưởng. c. Tần số cắt. c. Hệ số phẩm chất Q của mạch. d. Giản đồ Bode. 5.43 Mạch op-amp ở hình P5.43, là mạch lọc thông thấp có: R1 = 220 ; R2 = 68 k; C = 0,47 nF; RL = 16 . Hãy xác định: a. Biểu thức dạng chuẩn cho hàm truyền điện áp. b. Hệ số khuyếch đại theo dB trong dãi thông, tức là tại dãi tần truyền qua bởi bộ lọc, và tần số cắt. -88- 5.44 Mạch ở hình P5.44, là mạch lọc thông dãi. Nếu: R1 = 220 ; R2 = 10 k; C1 = 2,2 µF; C2 = 1 nF. Hãy xác định hệ số khuyếch đại dãi thông. 5.45 Hãy tính đáp ứng tần số của mạch ở hình P5.45. 5.46 Mạch khuyếch đại đảo như ở hình P5.46, có thể được sử dụng như mạch lọc thông thấp. a. Tìm đáp ứng tần số của mạch. b. Nếu: R1 = R2 = 100 k; C = 0,1 µF; tính độ suy giảm theo dB tại  = 1000 rad/s. c. Tính hệ số khuyếch đại và pha tại  = 2500 rad/s. d. Xác định khoảng tần số mà trên đó độ suy giảm thấp hơn 1 dB. 5.47 Tìm biểu thức cho hệ số khuyếch đại của mạch như ở hình P5.47. -89- 5.48 Cho mạch như ở hình P5.48, hãy vẽ đáp ứng biên độ của V2 / V1, bằng chỉ thị dãi tần nữa công suất. Giả sử op-amp là lý tưởng. 5.49 Hãy sử dụng khái niệm trở kháng để tìm nghiệm cho trở kháng vào ZS = VS / IS của mạch như ở hình P5.49. Chứng tỏ rằng, trở kháng vào này có dạng tương đương của một điện cảm ZL = jL. Hãy xác định độ tự cảm giả định dưới dạng của R1, R2, R3, R4, và C. 5.50 Mạch ở hình P5.50a, sẽ cho điện áp ra hoặc là tích phân hoặc là vi phân của điện áp nguồn tín hiệu thể hiện ở hình P5.50b được nhân với hệ số khuyếch đại nào đó. Nếu: C = 1 µF; R = 10 k; RL = 1 k, hãy xác định biểu thức cho và vẽ dạng điện áp ra như một hàm số của thời gian. -90- 5.51 Mạch ở hình P5.51a, sẽ cho điện áp ra hoặc là tích phân hoặc là vi phân của điện áp nguồn tín hiệu thể hiện ở hình P5.51b được nhân với hệ số khuyếch đại nào đó. Hãy xác định: a. Biểu thức cho điện áp ra. b. Giá trị của điện áp ra tại t = 5; 7,5; 12,5; 15; và 20 ms và vẽ điện áp ra như hàm của thời gian nếu: C = 1 µF; R = 10 k; RL = 1 k. 5.52 Mạch ở hình P5.52, là một mạch tích phân. Tụ điện ban đầu chưa được nạp, và điện áp nguồn tín hiệu là: vin(t) = 10 x 10 -3 + sin (2000t) V. a. Tại thời điểm t = 0, chuyển mạch, S1 là được đóng. Chuyển mạch lấy khoảng thời gian bao lâu trước khi xuất hiện tín hiệu tại đầu ra nếu RS = 10 k và CF = 0,008 µF ? b. Tại các thời điểm nào sự tích phân tín hiệu vào DC làm cho op- amp bảo hòa hoàn toàn ? -91- 5.53 Một mạch tích phân thực tế như ở hình 5.21 Lưu ý rằng, điện trở mắc song song với tụ hồi tiếp sẽ tạo ra đường xã điện DC cho tụ. Thông thường, hằng số thời gian RFCF đã được chọn là đủ lớn đẻ không gây trở ngại cho sự tích phân. a. Nếu RS = 10 k; RF = 2 M; CF = 0,008 µF, và vS(t) = 10 V + sin (2000t) V, hãy xác định vout bằng cách sử dụng phân tích pha. b. Lặp lại câu (a) nếu RF = 200 k, và nếu RF = 20 k. c. Hãy so sánh các hằng số thời gian RFCF với chu kỳ của dạng sóng cho ở các câu (a) và (b). Có thể phát biểu gì về hằng số thời gian và khả năng của mạch đối với việc tích phân ? 5.54 Mạch ở hình 5.26, là một mạch vi phân thực tế. Giả thiết op-amp lý tưởng với vin(t) = 10 x 10 -3 + sin (2000t) V; CS = 100 µF; CF = 0,008 µF; RF = 2 M, và RS = 10 k, a. Hãy xác định đáp ứng tần số, Vo / VS(). b. Sử dụng sự chồng chập để tính điện áp ra thực tế (nhớ rằng DC = 0 Hz). -92- 5.55 Hãy suy luận phương trình vi phân tương ứng với mạch mô phỏng máy tính tương tự ở hình P5.55. 5.56 Hãy xây dựng máy tính tương tự mô phỏng tương ứng với phương trình vi phân sau đây: 2 2 x 100 10x 5 ( ) d x d f t dt dt     Các giới hạn của op-amp 5.58 Xét mạch khuyếch đại vi phân. Yêu cầu tín hiệu ra kiểu chung thấp hơn 1% tín hiệu ra kiểu vi sai. Hãy tính tỷ số loại bỏ nhiễu kiểu chung theo dB nhỏ nhất (CMRR) để đáp ứng yêu cầu này nếu hệ số khuyếch đại kiểu vi sai Adm = 1000. Cho: 1 sin(2000 ) 0,1sin(120 ) Vv t t   2 sin(2000 180 ) 0,1sin(120 ) Vv t t    1 2 dm 1 2 cm( ) 2 o v v v A v v A          -93- 5.60 Xét mạch khuyếch đại đảo có hệ số khuyếch đại vòng hở 105. Với việc tham khảo phương trình. out (OL) (OL) 1 1 1 / / S F S V F S V v v R R A R R A           a. Nếu RS = 10 k và RF = 1 M, tính hệ số khuyếch đại vòng kín AV(CL). b. Lặp lại câu (a) nếu RS = 10 k và RF = 10 M. c. Lặp lại câu (a) nếu RS = 10 k và RF = 100 M. d. Sử dụng các trị số điện trở ở cấu (c), hãy tính AV(CL) nếu AV(OL)  . 5.61 a. Nếu op-amp ở mạch hình P5.61, có hệ số khuyếch đại vòng hở là 45 x 10 5 , tính hệ số khuyếch đại vòng kín với RF = RS = 7,5 k. b. Lặp lại câu (a) nếu RF =5 (RS) = 37,5 . 5.62 Cho độ rộng băng tần hệ số khuyếch đại đơn vị của op-amp lý tưởng bằng 5,0 MHz, tính hệ số khuyếch đại điện áp tại tần số f = 500 kHz. -94- 5.65 Nếu trong mạch ở hình P5.65: 2 3,5 0,007cos( ) V Sv t  Av1= -1,3; Av2 = 10;  = 4 krad/s. Hãy xác định: a. Các tín hiệu vào kiểu chung và vi sai b. Các hệ số khuyếch đại kiểu chung và vi sai c. Các thành phần kiểu chung và kiểu vi sai của điện áp ra. d. Tỷ số loại bỏ nhiểu kiểu chung. 5.66 Nếu trong mạch ở hình P5.65: 2 3,5 0,01cos( ) V Sv t  Avc= 10 dB; Avd = 20 dB;  = 4 x 10 3 rad/s. Hãy xác định: a. Các điện áp vào kiểu chung và vi sai b. Các hệ số khuyếch đại điện áp cho vS1 và vS2. c. Các thành phần kiểu chung và kiểu vi sai của điện áp ra. d. Tỷ số loại bỏ nhiểu kiểu chung (CMRR) theo dB. 1 2,8 0,01cos( ) VSv t  1 3,5 0,01cos( ) VSv t  -95- 5.67 Nếu trong mạch ở hình P5.67, hai nguồn điện áp là cảm biến nhiệt độ với T = nhiệt độ (Kelvin) và: vS1 = kT1 ; vS2 = kT2, trong đó: k = 120 µV/K; R1 = R3 = R4 = 5 k; R2 = 3 k; RL = 600 . Nếu: T1 = 310 K; T2 = 335 K. Hãy xác định: a. Các hệ số khuyếch đại điện áp theo hai điện áp vào. b. Điện áp vào kiểu chung và kiểu vi sai c. Các hệ số khuyếch đại kiểu chung và kiểu vi sai d. Thành phần kiểu chung và thành phần kiểu vi sai của điện áp ra. e. Tỷ số loại nhiễu đồng pha (CMRR) theo dB. 5.68 Trong mạch khuyếch đại chênh lệch ở hình P5.67: vS1 = 13 mV ; vS2 = 9 mV; vo = voc + vod; voc = 33 mV (điện áp ra kiểu chung); vod = 18 V (điện áp ra kiểu vi sai). Hãy xác định: a. Hệ số khuyếch đại kiểu chung. b. Hệ số khuyếch đại kiểu vi sai. c. Tỷ số loại nhiễu đồng pha theo dB. -96-