Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Trình độ: Cao đẳng, Nghề: Cơ điện tử) - Trường Cao đẳng Nghề Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu

istor BJT Ta dùng một nguồn UCC là nhiệm vụ phân cực cho cả collector và bazơ như hình 4.14, khi đó dòng IB được xác định như sau: IB = B BECC R UU − = const. IB là một hằng số không đổi, vì vậy ta nói mạch được phân cực bằng dòng IB cố định Hình 4.14 : Mạch phân cực dòng Bazo và đặc tuyến volt-ampe Nhìn vào hình vẽ ta có thể suy ra những biểu thức tính toán thiết kế cho mạch phân cực bằng dòng IB cố định là: UCC = IB.RB + UBE (4.3) Hay UCC  IB.RB. (Vì UBE nhỏ) (4.4) Phương trình đường tải tĩnh là: UCC = IC.RC + UCE  UCE = UCC - IC.RC (4.5) có hệ số góc là âm. Các điểm giới hạn của đường tải một chiều là: + Ở trạng thái hở mạch của BJT dòng IC = 0  UCE(hm) = UC (4.6) + Ở trạng thái ngắn mạch của BJT điện áp UCE = 0  IC(ngm) = C CC R U (4.7) Và ta vẽ được đường tải một chiều như hình 4.14. Để đảm bảo chế độ khuếch đại tốt nhất, người ta thường chọn các giá trị điểm làm việc một chiều có tọa độ ở khoảng giữa đường tải một chiều. Q(UCEQ = 0,5 UCE(hm), ICQ = 0,5 IC(ngm)). 5. Lắp ráp mạch phân cực bằng dòng Bazo dùng transistor BJT 5.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích phương phát đo, kiểm tra BJT + Phân tích đặc điểm của mạch phân cực bằng dòng Bazo dùng transistor BJT 53 + Lắp ráp, khảo sát được mạch phân cực bằng dòng Bazo dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật 5.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, transistor loại npn, pnp 5.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Xác định Transistor - Tính toán phân cực transistor - Đo giá tị điện áp phân cực 5.4 Nội dung thực hành: Lắp mạch theo sơ đồ sau: Cấp nguồn DC vào mạch tiến hành đo kiểm tra, điều chỉnh và khảo sát theo bảng sau: VCC 12V 13V 14V 15V VBE VCE IB IC IE ➢ Nhận xét: Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị các nhóm ghi lại kết quả và nhận xét trong bài thực hành. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 54 BÀI 5: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH PHÂN CỰC BẰNG CẦU PHÂN ÁP DÙNG TRANSISTOR BJT Giới thiệu: Việc thiết kến hay phân tích một mạch khuếch đại đòi hỏi sự hiểu biết về đáp ứng ac và DC. Thực ra việc khuếch đại tín hiệu ac là từ quá trình chuyển đổi năng lượng từ nguồn cung cấp dc,. Do đó việc phân tích hay thiết kế bất kỳ một mạch khuếch đại điện tử đều chứa đựng hai thành phần: thành phần ac và thành phần dc. Các mức hoạt động dc của một transistor được điều khiển bởi một số các thông số bao gồm một dãy các điểm làm việc có thể trên đường đặc tính của transistor. Các đòng điện dc và các mức điện áp dc phải được xác định, một mạch điện phải được thiết lập điểm làm việc mong muốn bằng cách phân cực cho transistor hoạt động Mục tiêu: + Phân tích đặc điểm của mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1 Mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT 1.1 Sơ đồ mạch Hình 5.1 a) Mạch phân cực bằng cầu phân áp và b)đặc tuyến volt-ampe 1.2 Đặc điểm của mạch Xét mạch phân cực như hình 5.1a gồm hai điện trở R1, R2 để tạo điện áp một chiều phân cực cho chân B của Tansistor, giả thiết dòng điện trên các điện trở này chọn đủ lớn hơn dòng bazơ (IR1, IR2 >> IB) ta có: UBB = = const (5.1) 21 21 21 // RR RR RRRB + = CCU RR R 21 2 + 55 UE = UB - UBE, IE = , IC  IE. Điện áp trên cực C là: UC = UCC - IC.RC. Phương trình đường tải tĩnh là: UCE = UCC - IC.(RC + RE). Các điểm mút của đường tải một chiều là: IC(ngm) = , UCE(hm) = UCC. (5.2) Từ đường tải tĩnh hình 5.1b ta cũng xác định được điểm làm việc của mạch là: Q(0,5 UCE(hm), 0,5 IC(ngm)). 2. Lắp ráp mạch cầu phân áp dùng BJT 2.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích phương phát đo, kiểm tra BJT + Phân tích đặc điểm của mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT + Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật 2.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, transistor npn, pnp 2.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Xác định Transistor - Tính toán phân cực transistor - Đo giá tị điện áp phân cực 2.4 Nội dung thực hành: Hình 1 Mắc mạch điện như hình 1. Thực hiện các yêu cầu sau: - Chọn BJT loại C1815, tra hệ số khuếch đại - Tính toán các giá trị điện trở sao cho điểm làm việc tĩnh Q (IC = 1mA, VCE =6V) - Ghi lại các tính toán theo bảng 1 - Sử dụng VOM đo dòng IB, IC, IE, VCE, VC, VB (sau khi chọn các giá trị điện trở) ghi vào bảng 2. E E R U EC CC RR U + 56 Bảng 1: Rb1=.. Rb2=.. IC=.. VBE = Rc=.. IB=.. VCE = Re=.. IE=.. VB = Bảng 2: Thông số IB IC IE VBE VCE VB Kết quả tính toán Kết quả đo Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị các nhóm ghi lại kết quả và nhận xét trong bài thực hành. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 57 BÀI 6: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH KĐ EC DÙNG BJT Giới thiệu: Để nâng cao biên độ tín hiệu nhằm mục đích có thể nghe hoặc đo đạc người ta thường dùng một thiết bị để khuếch đại tín hiệu đó lên. Trong đó mạch khuếc đại EC là một mạch khuếch đại đơn giản nhưng có thể nâng cao biên độ tín hiệu rất nhiều lần, bài này chúng ta khảo sát mạch EC dùng BJT. Mục tiêu: + Phân tích các thông số của mạch KĐ EC dùng transistor BJT + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch KĐ EC dùng transistor BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch mạch KĐ EC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính : 1. Khái niệm mạch khuếch đại Khuếch đại là khi ta đưa một tín hiệu vào mạch nhỏ sẽ lấy ra được một tín hiệu lớn hơn Có ba loại mạch khuếch đại chính là : ✓ Khuếch đại về điện áp : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần. ✓ Mạch khuếch đại về dòng điện Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có cường độ yếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần. ✓ Mạch khuếch đại công xuất : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có công xuất yếu vào , đầu ra ta thu được tín hiệu có công xuất mạnh hơn nhiều lần, thực ra mạch khuếch đại công xuất là kết hợp cả hai mạch khuếch đại điện áp và khuếch đại dòng điện làm một. 2. Mạch KĐ EC dùng transistor BJT 2.1 Mạch dùng BJT mắc kiểu cực phát chung (Common Emitter ≡ CE) Hình 6.1: Mạch khuếch đại EC Các tham số của mạch EC tính gần đúng như sau: + Điện trở vào của tầng: 58 RV=R1// R2 (6.1) + Hệ số khuếch đại dòng điện: 𝐾𝑖 = 𝛽. 𝑅𝑐//𝑅𝑡 𝑅𝑡 (6.2) Như vậy tầng EC có hệ số khuếch đại dòng tương đối lớn, và nếu như RC>> Rt thì nó gần bằng hệ số khuếch đại β của tranzito. + Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐾𝑢 = 𝛽 𝑅𝑐//𝑅𝑡 𝑍𝑖 (6.3) + Hệ số khuếch đại công suất : 𝐾𝑃 = 𝑃𝑟 𝑃𝑉 = 𝐾𝑢. 𝐾𝑖 (6.4) + Điện trở ra của tầng Zo = RC. (6.5) Tầng EC có hệ số khuếch đại điện áp và dòng điện lớn nên thường được sử dụng nhiều. 2.3 Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung. - Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 Vcc - Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp. - Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể. - Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rc tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng=> vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. - Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rc tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng=> vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. 3. Lắp ráp mạch EC dùng BJT 3.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích phương phát đo, kiểm tra BJT + Phân tích các thông số của mạch KĐ EC dùng transistor BJT + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch mạch KĐ EC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật 3.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử 59 - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, transistor npn, pnp 3.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Xác định Transistor - Tính toán phân cực transistor - Đo giá trị điện áp phân cực 3.4 Nội dung thực hành: Hình 1 Mắc mạch điện như hình 1. Thực hiện các yêu cầu sau: - Đo và vẽ dạng sóng ngõ vào ra - Xác định AV , AI Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị ngõ vào, ngõ ra, tính toán các giá trị AV, AI. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 60 BÀI 7: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH KĐ BC DÙNG BJT Giới thiệu: Mạch khuếch đại BC là một trong 3 kiểu mạch phân cực khuếc đại của BJT. Tuy nhiên mạch này rất ít sử dụng trong thực tế. Mục tiêu: + Phân tích các thông số của mạch KĐ BC dùng transistor BJT + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch KĐ BC dùng transistor BJT + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch mạch KĐ BC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. Mạch dùng BJT mắc kiểu cực nền chung (Common Base ≡ CB) 1.1 Sơ đồ mạch Hình 7.1: Mạch khuếch đại BC 1.2 Tác dụng các linh kiện Các phần tử RB1, RB2, RE dùng để xác định chế độ tĩnh IE. Các phần tử còn lại cũng có chức năng giống sơ đồ mạch EC RB1, RB2: hình thành cầu phân áp phân cực cho Transistor RC: điện trở cấp dòng cho cực C RE: điện trở ổn định nhiệt C3: là tụ Cb nối tắt thành phần AC ở cực B xuống mass C1, C2: tụ liên lạc (đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra) 2. Các thông số của mạch Điện trở vào của tầng được xác định chủ yếu bằng điện trở rE vào khoảng 10÷50Ω Hệ số khuếch đại dòng của tầng: 𝐾𝑖 =∝ 𝑅𝑐//𝑅𝑡 𝑅𝑖 (7.1) Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐾𝑖 =∝ 𝑅𝑐//𝑅𝑡 𝑍𝑖 (7.2) 61 Điện trở ra của tầng Zo = RC. 3. Nguyên lý hoạt động của mạch khi có tín hiệu đưa vào Trong kiểu ráp B chung, ta thấy khi tín hiệu vào Vin tăng sẽ làm cho VE tăng lên do đó VBE sẽ giảm xuống, Q chạy yếu làm cho dòng IC giảm xuống, VC tăng lên, tức là Vout tăng lên. Ngược lại khi điện áp tín hiệu vào giảm xuống thì VE giảm làm cho VBE tăng lên, Q chạy mạnh lên do đó VC giảm xuống tức là Vout cũng giảm xuống. Như vậy trong kiểu ráp này tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào 4. Lắp ráp mạch BC dùng BJT 4.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích phương phát đo, kiểm tra BJT +Phân tích các thông số của mạch KĐ BC dùng transistor BJT + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch KĐ BC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật 4.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor 4.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Xác định Transistor - Tính toán phân cực transistor - Đo giá trị điện áp phân cực 4.4 Nội dung thực hành: Mắc mạch điện như hình bên . Thực hiện các yêu cầu sau: - Đo và vẽ dạng sóng ngõ vào ra - Xác định AV , AI 62 Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị ngõ vào, ngõ ra, tính toán các giá trị AV, AI. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 63 BÀI 8: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH KĐ CC DÙNG BJT Giới thiệu: Trong các mạch khuếch đại âm tần tín hiệu ngõ vào người ta thường làm một mạch đệm (Damper), ngõ vào trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn. Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn. các dạng ứng dụng này người ta thường dùng mạch C chung Mục tiêu: + Phân tích các thông số của mạch KĐ CC dùng transistor BJT + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch KĐ CC dùng transistor BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch mạch KĐ CC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. BJT mắc kiểu cực thu chung (Common Collector ≡ CC) Hình 8.1: Mạch khuếch đại CC 2. Nguyên lý hoạt động 2.2 Tác dụng các linh kiện RB1, RB2: hình thành cầu phân áp phân cực cho Transistor RE: điện trở ổn định nhiệt C1, C2: tụ liên lạc (đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra) Tín hiệu được đưc vào cực B và lấy ra ở cực E, cực C là điểm chung của tín hiệu 2.2. Các thông số của mạch - Hệ số khuếch đại dòng điện: Ki Trong cách ráp B chung tín hiệu được đưa vào cực E và lấy ra tại cực C Ta đã biết: IE = IC + IB  IC Do đó: Ki = Iout/Iin = IE/IB > 1 Vậy kiểu ráp B chung có khả năng khuếch đại dòng điện rất lớn - Hệ số khuếch đại điện áp: Kv 64 Ta đã biết: VBE = VB + VE Với: Kv = Vout/Vin = VE/VB <1 Vậy kiểu ráp B chung có khả năng khuếch đại điện áp - Hệ số khuếch đại công suất: Kp Trong kiểu ráp B chung, có khả năng khuếch đại điện áp nhưng không có khả năng khuếch đai dòng điện nên hệ số Kp không lớn 3. Nguyên lý hoạt động của mạch khi có tín hiệu đưa vào Trong kiểu ráp C chung, ta thấy khi tín hiệu vào Vin tăng sẽ làm cho áp phân cực VBE tăng lên do đó Q chạy mạnh làm cho dòng IE tăng, áp VE tăng lên, tức là Vout tăng lên. Ngược lại khi điện áp tín hiệu vào giảm xuống thì VB giảm làm cho VBE giảm xuống, Q chạy yếu đi do đó VE giảm xuống tức là Vout cũng giảm xuống. Như vậy trong kiểu ráp này tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào 4. Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm. Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào. 5. Lắp ráp mạch CC dùng BJT 5.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích phương phát đo, kiểm tra BJT + Phân tích các thông số của mạch KĐ CC dùng transistor BJT + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp, khảo sát được mạch mạch KĐ CC dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật 5.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor 5.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Xác định Transistor - Tính toán phân cực transistor - Đo giá tị điện áp phân cực 5.4 Nội dung thực hành: 65 Hình 1 Mắc mạch điện như hình 1 Thực hiện các yêu cầu sau: - Đo và vẽ dạng sóng ngõ vào ra - Xác định AV , AI Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị ngõ vào, ngõ ra, tính toán các giá trị AV, AI. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 66 BÀI 9: LẮP RÁP MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Giới thiệu Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất đủ lớn để kích thích tải. Công suất ra có thể từ vài trăm mw đến vài trăm watt. Như vậy mạch công suất làm việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thể dùng mạch tương đương tín hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị. Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau: - Khuếch đại công suất loại A: Tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính, nghĩa là tín hiệu ngõ ra thay đổi tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ 360o của tín hiệu ngõ vào (Transistor hoạt động cả hai bán kỳ của tín hiệu ngõ vào). - Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng. Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ - dương hoặc âm - của tín hiệu ngõ vào). - Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại VBE = 0 (vùng ngưng). Chỉ một nửa chu kỳ âm hoặc dương - của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại. - Khuếch đại công suất loại C: Transistor được phân cực trong vùng ngưng để chỉ một phần nhỏ hơn nữa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại. Mạch này thường được dùng khuếch đại công suất ở tần số cao với tải cộng hưởng và trong các ứng dụng đặc biệt. Hình 9.1: Đặc tuyến volt-ampe Mục tiêu: + Phân tích khái niệm về khuếch đại công suất + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại công suất dùng BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp được mạch khuếch đại công suất dùng BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. Mạch khuếch loại công suất loại A Mạch phân cực cố định như hình 9.2 là mô hình của một mạch khuếch đại công suất loại A đơn giản. 67 Hình 9.2:Mạch khuếch đại chế độ A ❖ Khảo sát phân cực: Ta có IB = VCC − 0,7 RB và IC = βIB. ⇒VCE = VCC − IC. RC Dòng IC có giới hạn tối đa là ICsat = 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐶 Do đó khi có tín hiệu vào, để dòng IC có thể biến đổi lớn nhất và tốt nhất điểm tĩnh Q phải được phân cực sao cho ICQ = 𝑉𝐶𝐶 2𝑅𝐶 nghĩa là VCEQ = 𝑉𝐶𝐶 2 đây là điểm phân cực để mạch cho hiệu suất lớn nhất Hình 9.3:Đường tải DCLL ❖ Khảo sát xoay chiều: Khi đưa tín hiệu vi vào ngõ vào (hình 9.2), dòng IC và điện thế VCE (tín hiệu ra) sẽ thay đổi quanh điểm điều hành Q. Với tín hiệu ngõ vào nhỏ 68 Hình 9.4: Đường tải ac vì dòng điện cực nền thay đổi rất ít nên dòng điện IC và điện thế VCE ở ngõ ra cũng thay đổi ít quanh điểm điều hành. Khi tín hiệu ngõ vào lớn, ngõ ra sẽ thay đổi rất lớn quanh điểm tĩnh điều hành. Dòng IC sẽ thay đổi quanh giới hạn 0mA và VCC/RC. Ðiện thế VCE thay đổi giữa hai giới hạn 0v và nguồn VCC Hình 9.4: Đường tải ac ❖ Khảo sát công suất: - Công suất cung cấp được định nghĩa: Pi(dc) = VCC . ICQ (9.1) - Công suất ngõ ra lấy trên tải, trong trường hợp này là RC, được định nghĩa: P0(ac) = VCE(rms) . IC(rms) P0(ac) = RC . (IC(rms))2 𝑃0(𝑎𝑐) = 𝑉𝐶𝐸(𝑟𝑚𝑠) 2 𝑅𝐶 (9.2) * Nếu tính theo điện thế đỉnh và dòng điện đỉnh: 𝑃0(𝑎𝑐) = 𝐼𝐶(𝑟𝑚𝑠) 2 . 𝑅𝐶 = ( 𝐼𝐶(𝑝) √2 ) 2 . 𝑅𝐶 = 𝐼𝐶(𝑝) 2 2 𝑅𝐶 (9.3) 69 Hoặc P0(ac) = VCE(rms) . IC(rms) = VCE(p) √2 . IC(p) √2 = VCE(p).IC(p) 2 (9.4) * Nếu tính theo điện thế và dòng điện đỉnh đối đỉnh: P0(ac) = VCE(p−p) 2 . IC(p−p) 2 2 = VCE(p−p).IC(p−p) 8 = IC(p−p) 2 8 𝑅𝐶 (9.5) ❖ Hiệu suất: Hiệu suất của mạch khuếch đại công suất được định nghĩa: 𝜂 = 𝑃0(𝑎𝑐) 𝑃𝑖(𝑑𝑐) . 100% (9.6) ❖ Hiệu suất tối đa: Trong mạch khuếc đại công suất loại A, VCE có thể thay đổi tối đa: VCE(p-p) max = VCC Dòng IC thay đổi tối đa: IC(p-p) max = VCC/RC (9.7) Công suất ra tối đa: P0(ac)max = VCC 𝑅𝐶 .VCC 8 = VCC 2 8𝑅𝐶 (9.8) Công suất cung cấp tối đa: Pi(dc)max = VCC. ICmax = VCC 2 2𝑅𝐶 (9.9) Hiệu suất tối đa của mạch: 𝜂 = 𝑃0(𝑎𝑐)𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑖(𝑑𝑐)𝑚𝑎𝑥 . 100% = VCC 2 /8𝑅𝐶 VCC 2 /2𝑅𝐶 . 100% = 25% (9.10) 2. Mạch khuếch loại công suất loại B Trong mạch khuếch đại công suất loại B, người ta phân cực với VB =0V nên bình thường transistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào. Do phân cực như thế nên transistor chỉ dẫn điện được ở một bán kỳ của tín hiệu (bán kỳ dương hay âm tùy thuộc vào transistor NPN hay PNP). Do đó muốn nhận được cả chu kỳ của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phải dùng 2 transistor, mỗi transistor dẫn điện ở một nữa chu kỳ của tín hiệu. Mạch này gọi là mạch công suất đẩy kéo (push-pull) Hình 9.5: Sơ đồ mạch khuếch đại loại B Công suất cung cấp: (công suất vào) Ta có: Pi(dc) = VCC . IDC Trong đó IDC là dòng điện trung bình cung cấp cho mạch. Do dòng tải có đủ cả hai bán kỳ nên nếu gọi IP là dòng đỉnh qua tải ta có: IDC = 2 π I(p) (9.11) Và Pi(dc) = VCC. [ 2 𝜋 𝐼(𝑝)] (9.12) 70 Hình 9.6: Các dạng mạch khuếch đại loại B Công suất ra: Công suất ra lấy trên tải RL có thể được tính: P0(ac) = VL(rms) 2 𝑅𝐿 (9.13) Tính theo điện áp đỉnh – đỉnh P0(ac) = VL(p−p) 2 8𝑅𝐿 (9.14) Tính theo điện áp đỉnh P0(ac) = VL 2 2𝑅𝐿 (9.15) Hiệu suất: 𝜂% = 𝑃0(𝑎𝑐) 𝑃𝑖(𝑑𝑐) . 100% = VL(p) 2 /2𝑅𝐿 𝑉𝐶𝐶.( 2 𝜋 ).𝐼(𝑝) . 100% = 𝜋 4 𝑉𝐿(𝑝) 𝑉𝐶𝐶 100% (4.16) Với 𝐼(𝑝) = 𝑉𝐿(𝑝) 𝑅𝐿 Vì trị tối đa của VL(p) là VCC nên hiệu suất tối đa là 𝜂%𝑚𝑎𝑥 = 𝜋 4 100% = 78.54% (9.17) Công suất tiêu tán trong transistor công suất: Tiêu tán trong 2 transistor: P2Q = Pi(dc) - Po(ac) (9.18) Vậy công suất tiêu tán trong mỗi transistor công suất: PQ = P2Q/2 (9.19) Công suất ra tối đa ngõ ra: P0(ac)max = VCC 2 2𝑅𝐿 (9.20) Công suất ra tối đa ngõ vào: 71 Pi(dc)max = 𝑉𝐶𝐶 . 𝐼(𝑑𝑐)𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝐶𝐶 . 2 𝜋 . 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐿 = 2VCC 2 𝜋𝑅𝐿 (9.21) Hiệu suất tối đa của mạch khuếch đại loại B là: 𝜂%𝑚𝑎𝑥 = 𝑃0(𝑎𝑐)𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑖(𝑑𝑐)𝑚𝑎𝑥 . 100% = VCC 2 /2𝑅𝐿 2VCC 2 /𝜋𝑅𝐿 . 100% = 𝜋 4 . 100% = 78.54% (9.22) 3. IC công suất Các IC công suất thường được chế tạo bên trong có cấu trúc gần tương tự như mạch trên. Với những IC công suất lớn, tầng cuối có thể là các cặp darlington-cặp hồi tiếp. Ngoài ra để nâng cao chất lượng, người ta còn chế tạo thêm một số mạch có chức năng đặc biệt như bảo vệ nối tắt ngõ ra, bổ chính tần số ... Thí dụ ta xem Ic công suất LA4440 (bên trong có 2 mạch công suất với công suất ra tối đa là 6W/kênh) có sơ đồ chân như sau: Cấu tạo bên trong Hình 9.7: Hình dáng và cấu tạo IC LA4440 Mạch sau đây cho thấy cách ráp thành mạch công suất 19 watt với các linh kiện bên ngoài khi ghép thành 1 kênh. 72 Hình 9.8: Mạch Khuếch đại công suất dùng IC LA4440 C1 (C2) · Tụ phản hồi: Tần số cắt thấp phụ thuộc vào tụ điện này. Nếu giá trị điện dung cao, bị thời gian trễ. C3 (C4) Tụ điện Bootstrap: Nếu giá trị điện dung giảm, đầu ra ở tần số thấp sẽ giảm. C5 (C6) · Tụ điện ngăn dao động. C7 (C8) · Tụ điện đầu ra: Tần số cắt thấp phụ thuộc vào tụ điện này C9 · Được sử dụng cho bộ lọc gợn. R1 (R2) · Bộ lọc điện trở để ngăn dao động R3 (R4) · Điện trở để tạo tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại đảo R5 · Điện trở để điều chỉnh thời gian bắt đầu trong Điều chỉnh mức tăng điện áp tại Bộ khuếch đại cầu C10 · Tụ điện để ngăn dao động trong điều chỉnh tăng điện áp tại bộ khuếch đại cầu C11 · Tụ điện nguồn. R6 (R7) · Được sử dụng ở chế độ khuếch đại cầu để tăng tốc độ xả và đảm bảo độ ổn định 4. Lắp ráp mạch khuếch đại công suất dùng BJT 4.1 Mục tiêu: + Phân tích khái niệm về khuếch đại công suất + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại công suất dùng BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp được mạch khuếch đại công suất dùng BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp 4.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor, IC 4.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại công suất dùng BJT 73 - Đo dòng điện ngõ vào, ra - Tính công suất 4.4 Nội dung thực hành: Bài thực hành 1: lắp mạch khuếch đại công suất sau Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo các giá trị ngõ vào, ngõ ra, tính toán các giá trị AV, AI. - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 74 BÀI 10: LẮP RÁP MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI LƯỠNG ỔN DÙNG BJT Giới thiệu: Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch căn bản của ngành điện tử. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu. Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn - relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông (sawtooth, triangular, square) Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp được mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. Mạch dao động đa hài dùng BJT 1.1 Khái niệm mạch dao động Hệ thống mạch điện tử có thể tạo ra dao động ở nhiều dạng khác nhau như: Dao động hình sin (dao động điều hòa), tạo xung chữ nhật, tạo xung tam giác. Trong bài này chỉ xét đến mạch tạo dao động xung, các mạch tạo dao động xung được ứng dụng khá phổ biến trong hệ thống điều khiển, thông tin số và trong hầu hết các hệ thống điện tử số. Trong kỹ thuật xung, để tạo các dao động không sin, người ta thường dùng các bộ dao động tích thoát. Các dao động tích thoát là các dao động rời rạc, bởi vì hàm của dòng điện hoặc điện áp theo thời gian có phần gián đoạn. Về mặt vật lý, trong các bộ dao động sin, ngoài các linh kiện điện tử còn có hai phần tử phản kháng L và C để tạo dao động. Trong khi dao động, xảy ra quá trình trao đổi năng lượng một cách lần lượt giữa năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây và năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện. Sau mỗi chu kỳ dao động, năng lượng tích lũy trong các phần tử phản kháng bị tiêu hao bởi phần tử điện trở tổn hao của mạch dao động, thực tế lượng tiêu hao này rất nhỏ. Ngược lại trong các bộ dao động tích thoát chỉ chứa một phần tử tích lũy năng lượng, mà thường gặp nhất là tụ điện. Các bộ dao động tích thoát thường được sử dụng để tạo các xung vuông có độ rỗng khác nhau và có thể làm việc ở các chế độ sau : chế độ tự dao động, kích thích từ ngoài. Dao động đa hài là một loại dạng mạch dao động tích thoát, nó là mạch tạo xung vuông cơ bản nhất các dạng đa hài thường gặp trong kỹ thuật xung. 1.2 Sơ đồ mạch 75 Hình 10.1: Sơ đồ mạch dao động đa hài 1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch đa hài Giai đoạn 1 Hình 10.2: Mô tả dòng điện chạy trong mạch Khi mới cấp nguồn, thì tất cả các bản tụ của C1 lẫn C2 đều được nạp điện, một trong 2 transistor Q1 hoặc Q2 hoạt động trước (vì trên thực tế dù 2 transistor cùng một loại nhưng không hề giống nhau hoàn toàn, sẽ có con transistor này nhạy hơn con kia). Ta giả sử Q1 nhạy hơn nên hoạt động trước, đồng nghĩa Q1 có Vbe lớn hơn hoặc bằng 0.6V (do điện áp tại cực B của Q1 tăng từ 0 đến 0.6V, trước khi điện áp ở đây bằng 0.6V thì cực âm tụ C1 vẫn đang được nạp), dòng điện có thể đi từ cực C xuống cực E và xuống mass nên led D2 sáng, đầu cực dương tụ C2 không được nạp điện do dòng điện chỉ đi xuống mass. Cùng lúc đó vì Q2 không dẫn (không hoạt động) nên led D1 không sáng, cực dương tụ C1 sẽ được nạp điện, nhưng sẽ không nạp được bao nhiêu vì dòng điện lúc này chủ yếu chạy về mass, cực âm tụ C2 lẫn âm tụ C1 cũng vậy, không nạp được bao nhiêu. Khi Q1 hoạt động thì cực B cũng được coi như đang nối với cực E xuống mass nên dòng điện ở chân B được đi qua chân E xuống mass, đồng nghĩa điện áp tại B giảm từ 0.6 V về 0V (cực âm tụ C1 xả điện). Khi điện áp tại chân B xả hết thì Q1 ngưng dẫn, đèn led D2 tắt, tới Giai đoạn 2. Giai đoạn 2. 76 Hình 10.3: Mô tả dòng điện chạy trong mạch Q1 ngưng dẫn, cực âm C2 được nạp điện áp thông qua dòng điện đi qua điện trở R1, khi giá trị được nạp đạt 0.6V thì Q2 dẫn (do VBE >= 0.6V), cực C của Q2 nối thông với cực E xuống mass, đèn led D1 sáng, cực dương tụ C1 xả điện, cực dương tụ C2 được nạp điện vì Q1 không dẫn. Nguyên lý tương tự như giai đoạn 1, cực âm tụ C2 xả điện áp xuống mass do cực B của Q2 nối thông với cực E, khi điện áp xả hết từ 0.6V về 0V thì Q2 ngưng dẫn, led D1 tắt, sau đó cực âm tụ C1 lại được nạp điện làm điện áp tại cực B của Q1 tăng dần lên 0.6V, điện áp này bằng 0.6V thì Q1 lại dẫn. Các quá trình này lặp đi lặp lại luân phiên sẽ tạo ra một mạch đa hài với dạng sóng điện áp tại cực C của 2 transistor biểu diễn như hình dưới: Hình 10.4: Sơ đồ mạch dao động đa hài và dạng xung ngõ ra 2. Lắp ráp mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT 2.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa 2.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử 77 - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor, IC 2.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài dùng BJT, 555 5.2.4 Nội dung thực hành: - Bài thực hành 1: Lắp mạch dao động đa hài theo sơ đồ hình 10.5, vẽ dạng sóng ngõ ra Hình 10.5 Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo vẽ dạng sóng ngõ ra - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 78 BÀI 11: LẮP RÁP MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN DÙNG IC 555 Giới thiệu: Ngày nay mạch số dần dần phát triển và thay thế cho các mạch tương tự. tuy nhiên để một mạch số hoạt động được thì một bộ phận không thể thiếu đó là các mạch xung clock (CK). Có nhiều cách để tạo nên một xung CK. Bài này chúng ta tạo xung CK bằng IC 555 Mục tiêu: + Phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động của IC 555 + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp được mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. Mạch dao động dùng IC 555 Mạch dao động đơn ổn (MMV) thường được gọi là mạch dao động 1 xung, là một mạch tạo xung với chu kỳ xung ảnh hưởng bởi thành phần R-C trong mạch, được kết nối ở bên ngoài IC 555. Trong mạch dao động này, có một trạng thái ngõ ra ổn định trong khi những trạng thái khác thì bất ổn định. Việc tự kích hoạt ngõ ra chuyển từ trạng thái bất ổn thành ổn định nhờ vào hoạt động tích trữ năng lượng của tụ điện C được kết nối ở bên ngoài đến một mức tham chiếu. Thời gian dự trữ năng lượng quyết định độ rộng xung. Sự chuyển đổi của ngõ ra từ trạng thái ổn định sang trạng thái bất ổn xảy ra nhờ sự tác động của các thành phần mạch điện kết nối từ bên ngoài 1.1 Cấu tạo IC 555 ❖ Sơ đồ chân Hình 11.1 : Hình dáng và sơ đồ chân IC 555 79 - Chân 1: nối 0V - Chân 2: chân đầu vào kích - Chân 3: chân xuất tín hiệu ra - Chân 4: chân reset - Chân 5: điện áp điều khiển - Chân 6: chân ngưỡng - Chân 7: chân xả điện - Chân 8: chân nối nguồn dương từ 3-15V 1.2 Sơ đồ mạch dao động Hình 11.2: Sơ đồ mạch khuếch đại dùng IC 555 ❖ Giải thích các linh kiện trong mạch Chân số 1 nối mass. Ngõ vào trigger input được gắn với chân thứ 2, trong điều kiện không hoạt động của đầu ra thì đầu vào vẫn giữ điện thế đưa vào ở mức Vcc. Để có sự chuyển đổi từ trạng thái ổn định sang bất ổn định, xung tích cực cạnh xuống (xung này độ rộng hẹp hơn độ rộng mong muốn của dạng sóng ngõ ra) với biên độ lớn hơn 2Vcc/3 phải được đưa vào chân 2. Chân 3 là chân ngõ ra (output). Chân 4 nối với Vcc để tránh việc mạch tự động reset ngoài ý muốn. Chân 5 nối xuống mass qua 1 tụ 0.01 uF để tránh tiếng ồn. Chân 6 (threshold) là chân điện áp ngưỡng được nới thẳng với chân 7. Trở RA kết nối giữa chân 6 và 8. Tại chân 7 một tụ xả được kết nối với chân 8, đảm bảo nguồn cấp Vcc 1.3 Nguyên lý hoạt động mạch dao động Giả sử lúc đầu khi ngõ ra chân 3 ở mức thấp, mạch đang trong trạng thái ổn định, khi 1 xung cạnh xuống được đưa vào chân 2 thì ngõ vào trigger input nhận một mức điện áp nhỏ hơn Vcc/3, ngõ ra bộ so sánh suất ra mức điện áp cao reset ngõ ra Q’ con flip flop RS về 0, thế nên transistor sẽ ngắt và đồng thời ngõ ra tại chân 3 ở mức cao. Quá trình này chuyển mạch về trạng thái bất ổn (vì có sự thay đổi dạng sóng). Vì transistor đã được ngắt nên tụ bắt đầu nạp (nhìn sơ đồ) trong một quãng thời hằng đúng bằng RAC. Khi áp của tụ vượt ngưỡng 2Vcc/3, ngõ ra bộ so sánh suất ra mức điện áp cao set ngõ ra Q’ con flip flop RS lên 1, thế nên transistor sẽ dẫn và đồng thời ngõ ra tại chân 3 ở mức thấp, tụ ngưng nạp và bắt đầu xả, ngõ ra lại chuyển về trạng thái ổn định. Toàn bộ quá trình này lặp lại khi ta tiếp tục đưa 1 xung cạnh xuống vào chân 2 80 2. Lắp ráp mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 2.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động của IC 555 + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp được mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp 2.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor, IC 2.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài dùng BJT, 555 11.2.4 Nội dung thực hành: Bài thực hành 1: Lắp mạch dao động đa hài theo sơ đồ, vẽ dạng sóng ngõ ra Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo vẽ dạng sóng ngõ ra - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 81 BÀI 12: LẮP RÁP MẠCH ỔN ÁP NỐI TIẾP CÓ HỒI TIẾP ĐIỀU CHỈNH ĐƯỢC ĐIỆN ÁP NGÕ RA DÙNG 2 BJT Giới thiệu: Bài này sẽ giới thiệu hoạt động của một nguồn DC để cung cấp cho các mạch điện tử. để tạo ra một nguồn DC ổn định cho các mạch điện tử, một bộ nguồn DC cơ bản gồm các khối sau: Hình 12.1: Sơ đồ khối bộ nguồn DC - Biến áp: hạ điện áp từ lưới điện nguồn 220V/50Hz xuống còn điện áp cần thiết cho điện áp DC được chuyển đổi tương ứng ở ngõ ra - Mạch chỉnh lưu: chỉnh lưu từ điện áp ac sang điện áp DC - Mạch lọc: loại bỏ điện áp ac - Mạch ổn áp: cố định điện áp DC ở ngõ ra Mục tiêu: + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT + Tính toán được các thông số của mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT Nội dung chính: 1. Mạch ổn áp dùng linh kiện rời Mạch ổn áp dùng linh kiện rời được chia làm 2 loại cơ bản là mạch ổn áp song song và mạch ổn áp nối tiếp 1.1 Mạch ổn áp song song ❖ Sơ đồ khối: Hình 12.2: Sơ đồ khối mạch ổn áp song song 82 - Khối lấy mẫu(sampling circuit): lấy điện áp hồi tiếp ở ngõ ra và tỷ lệ với điện áp ngõ ra đưa trở về để làm tín hiệu so sánh - Khối chuẩn (reference voltage): tạo một điện áp chuẩn - Khối so sánh(comparator circuit): so sánh điện áp mẫu và điện áp chuẩn(được tạo ra từ khối mẫu và khối chuẩn) để phát hiện sự thay đổi điện áp trên tải từ đó tạo ra tín hiệu điều khiển đưa đến khối điều khiển. - Khối điều khiển(control element): điều khiển dòng điện qua tải ❖ Nguyên tắc hoạt động: - Khi điện áp ra tăng, thì mạch so sánh nhận tín hiệu hồi tiếp từ mẫu và so sánh với điện áp chuẩn, lúc đó nó cung cấp tín hiệu điều khiển đến phần tử điều khiển để điều khiển điện áp ra giảm trở lại, duy trị điện áp ổn định ở ngỏ ra. - Khi điện áp ra giảm, thì mạch so sánh nhận tín hiệu hồi tiếp từ mẫu và so sánh với điện áp chuẩn, lúc đó nó cung cấp tín hiệu điều khiển đến phần tử điều khiển để điều khiển điện áp ra tăng trở lại, duy trì điện áp ổn định ở ngỏ ra. ❖ Mạch ổn áp song song dùng một transistor Hình 12.3: Sơ đồ mạch ổn áp song song dùng một transistor - Nguyên tắc họat động: Bất cứ một sự thay đổi điện áp nào trên RL sẽ đáp ứng ảnh hưởng đến điện áp VBE khi đó BEZL VVV += (12.1) Giả sử điện áp trên tải giảm(VL), khi đó khả năng dẫn điện của transistor giảm (VBE) làm IB do đó IC làm dòng ra tải tăng (IL) và đồng thời VL đến giá trị ổn định. Tương tự khi áp trên tải tăng. ❖ Mạch ổn áp song song dùng hai transistor Hình 12.4: Mạch ổn áp song song dùng hai transistor. 83 Mạch hình 12.4 là mạch ổn áp song song được cải tiến từ mạch hình 12.3. diode zener cung cấp điện áp chuẩn, R1 là khâu hồi tiếp từ điện áp ngỏ ra để lấy điện áp mẫu. Khi điện áp ngỏ ra thay đổi, điện áp trên R1 thay đổi làm dòng IC1 thay đổi theo duy trì điện áp trên tải không đổi, transistor Q2 cung cấp dòng cực base cho transistor Q1 lớn hơn mạch hình 12.3, vì vậy độ ổn định ra tải lớn hơn so với mạch trên. Điện áp ngỏ ra của mạch này là: 12 BEBEZL VVVV ++= (12.2) 1.2 Mạch ổn áp nối tiếp Hình 12.5: Sơ đồ mạch ổn áp nối tiếp Chức năng các khối và nguyên lý hoạt động của mạch tương tự hình 6.5, chỉ khác ở đây phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải vì vậy để duy tri điện áp ra ổn định phần tử điều khiển điều khiển điện áp trên nó. ❖ Mạch ổn áp nối tiếp đơn giản Hình 12.6: Sơ đồ mạch ổn áp nối tiếp dùng một transistor Chức năng của các linh kiện trong mạch ổn áp nối tiếp đơn giản của hình 12.6 : - Transistor Q1 đóng vai trò là phần tử điều khiển. - Didode zener cung cấp điện áp chuẩn. - Điện trở R đóng vai trò phân cực và hạn dòng cho diode zener. Nguyên tắc hoạt động của mạch: - Nếu điện áp ra giảm, thì điện áp phân cực VBE của Q1 tăng, làm Q1 dẫn mạch dẫn đến điện áp trên tải tăng, duy trì điện áp tải ổn định. - Ngược lại, nếu điện áp ra tăng, thì điện áp phân cực VBE của Q1 giảm, làm Q1 dẫn yếu, dẫn đến điện áp trên tải giảm, duy trì điện áp tải ổn định. Điện áp ổn áp ra tải của mạch: BEZO VVV −= (12.3) ❖ Mạch ổn áp nối tiếp dùng hai transistor 84 Hình 12.7 : Mạch ổn áp nối tiếp. Mạch hình 12.7 là mạch ổn áp nối tiếp được cải tiến từ mạch hình 12.6. trong đó: - Điện trở R3 và R4 đóng vai trò là mạch lấy mẫu. - Diode zener cung cấp điện áp chuẩn. - Q2 đóng vai trò là phần tử so sánh, điều khiển dòng cực base của Q1. - Q1 là phần tử điều khiển. Nguyên tắc hoạt động: Nếu điện áp ra tải tăng, điện áp lấy mẫu trên R1 và R2 tăng, làm điện áp VBE của Q2 tăng (do điện áp VZ cố định), Q2 dẫn mạnh làm dòng cực base của Q1 giảm, Q1 dẫn yếu, dòng ra tải giảm, làm điện áp trên tải giảm, duy trì đệin áp ra ổn định. Ngược lại nếu áp tăng thì quá trình ngược lại. Điện áp ổn áp ngỏ ra của mạch là: )( 2 21 BEZo VV R RR V + + = (12.4) Để có thể thay đổi điện áp ngỏ ra của mạch ổn áp bằng cách mắc thêm biến trở R4. Hình 12.8 : Mạch ổn áp nối tiếp cải tiến 2. Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener. Điốt Zener (Zener diode) còn gọi là điốt ổn áp, là một loại Điốt bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng. Điện áp này còn gọi là điện áp Zener hay thác lở (avalanche). Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi. Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì điốt Zener sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện. 85 Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA). Hình 12.9 : Mạch ổn áp Zener Nguyên tắc hoạt động: Một điện áp đầu vào có thể biến đổi được mắc với một diode zener thông qua điện trở R. Trong đó chân Katot của diode zener được mắc với dương nguồn. Chân Anot của diode zener được mắc với âm nguồn. Nguyên tắc ổn áp hoạt động của diode rất đơn giản. Khi mắc ngược như vậy nếu điện áp đầu vào lớn hơn điện áp ổn áp VZ của diode zener thì sẽ có một dòng điện ngược IZ chạy qua diode zener, khi điện áp đầu vào tiếp tục tăng thì dòng điện ngược này cũng tăng theo cùng, tuy nhiên thì điện áp giữa hai đầu diode zener lại ổn định bằng điện áp VZ. Chính vì lý do đó nó được gọi là diode ổn áp. 3. lắp ráp mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT 3.1 Mục tiêu: + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT + Tính toán được các thông số của mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch ổn áp nối tiếp có hồi tiếp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng 2 BJT 3.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode zener, biến áp, transistor, IC 3.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp dùng transistor 3.4 Nội dung thực hành: 86 Yêu cầu sinh viên: - Lắp mạch điện như sơ đồ - Đo giá trị điện áp ngõ ra khi thay đổi giá trị ngõ vào với: RS = 4.7kΩ R3 = 10kΩ R1 = R2 = 2.2 kΩ RL = 1kΩ Q1, Q2 là Transistor C1815 Vin 0 3 5 9 12 15 18 20 24 V0 Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo điện áp ngõ ra - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 87 BÀI 13: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ỔN ÁP LẤY RA 2 MỨC ĐIỆN ÁP ĐỐI XỨNG SỬ DỤNG IC 7805, 7905 Giới thiệu: IC ổn áp thường được sử dụng rộng rãi trong các mạch ổn áp. Các IC ổn áp này thường được chế tạo gồm mạch tạo điện áp chuẩn, mạch khuếch đại so sánh, phần tử điều khiển và mạch bảo vệ quá tải được tích hợp trên một chip đơn, mặc dù cấu trúc bên trong có vài điểm khác biệt so với các mạch ổn áp dùng linh kiện rời nhưng về nguyên tắc họat động thì cũng tương tự như nhau. Phân lọai IC ổn áp được chia thành hai lọai IC ổn áp âm và IC ổn áp dương. Những IC ổn áp này thường được chế tạo chịu được dòng tải từ hàng trăm mili ampe đến hàng chục ampe đáp ứng cho tải có công suất từ miliwatts đến hàng chục watts. Hình 13.1: Sơ đồ mạch của mạch ổn áp dùng IC ổn áp 3 chân. Mục tiêu: + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu lấy ra 2 mức điện áp đối xứng + Tính toán được các thông số của mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch chỉnh lưu cầu lấy ra 2 mức điện áp đối xứng theo đúng yêu cầu kỹ thuật Nội dung chính: 1. IC ổn áp dương 1.1 IC ổn áp dương có điện áp ra cố định: Một họ IC thông dụng thường được sử dụng cho những tải có yêu cầu điện áp cung cấp cố định là họ IC ổn áp 78xx, họ IC này cung cấp điện áp cố định từ 5V đến 24V, hai số sau tiếp đầu ngữ 78 là chỉ ra điện áp cố định ở ngỏ ra của IC. 88 1.2 Các thông số chính của IC ổn áp dương: - Điện áp giới hạn ngỏ vào. - Điện áp tối thiểu của ngỏ vào. - Công suất giới hạn tiêu tán. - Điện áp ngỏ ra. - Độ ổn định điện áp ngỏ ra. - Dòng ngỏ ra ngắn mạch. - Dòng ngỏ ra cực đại. Để IC hoạt động ổn áp (hay điện áp ra đúng yêu cầu) thì điện áp ngỏ vào phải lớn hơn hay bằng điện áp tối thiểu ngỏ vào của IC. Ví dụ: hình 9.25 chỉ ra sự kết nối của IC 7812. Hình 13.3: Mạch ổn áp dùng IC ổn áp 7812 Để điện áp ra được 12 V thì điện áp Vi phải: VVV i 406.14  2. IC ổn áp âm IC thông dụng thường được sử dụng cho những tải có yêu cầu điện áp âm cung cấp cố định là họ IC ổn áp 79xx, họ IC này cung cấp điện áp cố định từ 5V đến 24V, hai số sau tiếp đầu ngữ 78 là chỉ ra điện áp cố định ở ngỏ ra của IC. IC ổn áp Điện áp ổn áp ngỏ ra 7805 5V 7806 6V 7808 8V 7810 10V 7812 12V 7815 15V 7818 18V 7824 24V Hình 13.2: Sơ đồ chân của họ IC 78XX 89 Những họ IC 79xx: L7905 IC ổn áp -5V L7906 IC ổn áp -6V L7908 IC ổn áp -8V L7909 IC ổn áp -9V L7912 IC ổn áp -12V L7915 IC ổn áp -15V L7918 IC ổn áp -18V L7924 IC ổn áp -24V Sơ đồ mạch dùng IC79XX Hình 13.5: Sơ đồ mạch dùng IC79XX 3. lắp ráp, khảo sát mạch ổn áp lấy ra 2 mức điện áp đối xứng sử dụng IC 7805, 7905 3.1 Mục tiêu: + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu lấy ra 2 mức điện áp đối xứng + Tính toán được các thông số của mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch chỉnh lưu cầu lấy ra 2 mức điện áp đối xứng theo đúng yêu cầu kỹ thuật + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp 3.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, transistor, IC 7805,7905, 3.3 Chuẩn bị lý thuyết: Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn ổn áp dùng IC78xx, 79xx, 3.4 Nội dung thực hành: Hình 13.4: Sơ đồ chân của họ IC 79XX 90 Yêu cầu sinh viên: - Lắp mạch điện như sơ đồ - Đo giá trị điện áp ngõ ra Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đo điện áp ngõ ra theo yêu cầu - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh. 91 BÀI 14: LẮP RÁP MẠCH ỔN ÁP ĐIỀU CHỈNH ĐƯỢC ĐIỆN ÁP NGÕ RA DÙNG IC LM317 Giới thiệu: Ngày nay chúng ta cần nguồn DC rất nhiều trong đời sống như sạc acquy, sạc điện thoại, dùng cho đèn led.. tuy nhiên mỗi thiết bị sử dụng các ngưỡng điện áp khác nhau. Vì vậy cần một bộ nguồn có thể thay đổi điện áp tùy theo thiết bị cho phù hợp. bài này chúng ta sẽ lắp mạch ổn áp có điện áp ngõ ra điều chỉnh được. Mục tiêu: + Phân tích cấu trúc IC ổn áp LM 317 + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng IC LM317 + Nhận Phân tíchcác lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng IC LM317 + Có ý thức về an toàn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp ráp Nội dung chính: 1. IC ổn áp dương có điện áp ra điều chỉnh được IC thông dụng thường được sử dụng là IC LM317, điện áp ngỏ ra của IC này có thể điều chỉnh được trong giới hạn từ 1.2V đến 37V. ❖ Thông số của LM317 • Điện áp đầu vào Vi<=40V • Nhiệt độ vận hành t = 0-125 độ • Điện áp điều chỉnh từ: 1,5-37V • Công suất tiêu thụ lớn nhất là 20w Hình 14.1 chỉ ra cách kết nối dùng IC LM317. Hình 14.2: mạch ổn áp sử dụng IC LM317 Điện áp ra: 92 2 1 2 )1( RI R R VV adjrefO ++= (14.1) Trong đó đối với LM317 thì: Vref = 1.25V và Iadj = 100µA 2. IC ổn áp âm có điện áp ra điều chỉnh được IC thông dụng thường được sử dụng là IC LM337, điện áp ngỏ ra của IC này có thể điều chỉnh được trong giới hạn từ - 1.25V đến - 37V ❖ Thông số của LM337 Iout (Max) (A) 0.1A Vin (Max) (V) -4.2V Vin (Min) (V) -40V Vout (Max) (V) -1.2V Vout (Min) (V) -37V Hình 14.3: chỉ ra cách kết nối dùng IC LM337. Điện áp ngõ ra 𝑽𝒐𝒖𝒕 = −𝟏. 𝟐𝟓 (𝟏 + 𝑹𝟐 𝑹𝟏 ) 𝑽 (14.2) 3. Lắp ráp mạch ổn áp điều chỉnh được dùng LM317 3.1 Mục tiêu: + Phân tích cấu trúc IC ổn áp LM 317 + Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng IC LM317 + Nhận Phân tích các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa + Lắp ráp và khảo sát được mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng IC LM317 3.2 Dụng cụ thực hành: - Bộ thực hành điện tử - Bộ nguồn, testboard, dây cắm, VOM, ossilocope - Các linh kiện điện trở, diode, biến áp, IC LM317 3.3 Chuẩn bị lý thuyết: 93 Yêu cầu chuẩn bị các câu hỏi lý thuyết sau: - Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn ổn áp dùng transistor - Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn ổn áp dùng LM317 3.4 Nội dung thực hành: Mạch ổn áp điều chỉnh được Yêu cầu sinh viên: - Lắp mạch điện như sơ đồ - Đo giá trị điện áp ngõ ra Yêu cầu đánh giá: - Lắp mạch theo yêu cầu - Sau khi thực hiện cấp nguồn, tiến hành đođiện áp ngõ ra - Nhận xét kết quả thực hiện của học sinh.