Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.2 MB, 207 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018 </b>
<b>THS. LÊ MINH ĐỨC </b>
1
<b>THS. LÊ MINH ĐỨC </b>
3
<b>LỜI NÓI ĐẦU </b>
<i>Điện tử 2 là một môn học cơ sở ngành nằm trong chương trình đào tạo </i>
ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Nội dung của môn học cung cấp cho
người học những kiến thức cơ bản về các linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép, các
mạch khuếch đại ứng dụng, vấn đề ghép tầng khuếch đại, các bộ lọc và nguồn
cung cấp cho mạch điện tử. Kèm theo các chủ đề lý thuyết là các nội dung thực
hành, thí nghiệm tương ứng. Do đó, các nội dung thí nghiệm thực hành có ý
<i>nghĩa rất quan trọng đối với việc học tập môn Điện tử 2. Việc thí nghiệm một </i>
mặt giúp sinh viên kiểm chứng lại những nội dung đã được trình bày trong các
bài giảng lý thuyết, mặt khác giúp sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động,
cấu trúc và ứng dụng thực tế của các mạch điện tử, rèn luyện kỹ năng tính tốn,
đo lường các thông số và lắp ráp mạch… để phục vụ cho những mơn học tiếp
sau và trong q trình làm việc thực tế sau này.
Để nâng cao năng lực thực hành của sinh viên, Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự
4
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn và chỉnh sửa nội dung,
song đây là lần biên soạn đầu tiên nên chắc chắn khơng thể tránh được sai sót,
rất mong nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp và các sinh viên để hoàn
thiện bài giảng trong những lần tái bản sau. Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ mơn
Kỹ thuật điện & Tự động hóa, Khoa Cơ điện & Cơng trình, Trường Đại học
Lâm nghiệp.
5
<b>DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT </b>
ACV (Alternating Current Voltage): Điện áp xoay chiều
AGC (Auto Gain Control): Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại
BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor lưỡng cực
BPF (Band Pass Filter): Bộ lọc thông dải
BW (Band Width): Độ rộng băng thông
CB (Common Base): Cực gốc chung
CC (Common Collector): Cực góp chung
CD (Common Drain): Máng chung
CE (Common Emitter): Cực phát chung
CG (Common Gate): Cổng chung
CMRR (Common Mode Rejection
Ratio):
Tỷ số nén tín hiệu đồng pha
CS (Common Source): Nguồn chung
D (Drain): Cực máng
dB (Decibel): Đơn vị đo hệ số khuếch đại theo thang
lơ ga rít
DCV (Direct Current Voltage): Điện áp một chiều
FET (Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường
G (Gate): Cực cửa, cực cổng
HPF (High Pass Filter) Bộ lọc thông cao
IC (Integrated Circuit): Vi mạch tích hợp
Input: Đầu vào
JFET (Junction FET): Transistor hiệu ứng trường cực cửa
tiếp giáp
<i>LPF (Low Pass Filer): </i> Bộ lọc thông thấp
LVDT (Linear Variable Differential
Transformer):
Bộ biến đổi tuyến tính vi sai
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor
FET):
Transistor hiệu ứng trường cực cửa
cách ly
6
OA, OPA, OP – AMP (Operation
Amplifier):
Bộ khuếch đại thuật toán
OCL AMP (Output Capacitor Less
Amplifier):
Bộ khuếch đại ghép tụ điện
OTL AMP (Output Transformer Less
Amplifier): Bộ khuếch đại ghép biến áp
Output: Đầu ra
RIAA (Recording Industry Association
of American Inc): Hiệp hội Công nghiệp ghi âm Hoa Kỳ
S & H (Sampling & Holding): Lấy và giữ mẫu
S (Source): Cực nguồn
SR (Slew Rate): Tốc độ biến thiên điện áp
Vp (Pinch-Off): Điện áp thắt kênh
7
<b>Bài mở đầu </b>
<b>GIỚI THIỆU HỆ THỐNG </b>
<b>1. Giới thiệu hệ thống </b>
<b>2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm </b>
<b>3. Giới thiệu về phần cứng </b>
8
<b>1. Giới thiệu hệ thống </b>
Nội dung thí nghiệm này là một phần của hệ thống giảng dạy tích hợp dành
cho môn học Điện tử 2, thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử. Các mức
độ (độ khó) và phân phối cho các lĩnh vực được thể hiện trong các bảng hệ
thống số 1, 2, 3 và 4. Nội dung thí nghiệm phục vụ cho các ngành cơ điện tử,
điều khiển tự động và bộ phận kỹ thuật điện của trường cao đẳng, đại học.
Đối với cơ sở dạy nghề, nội dung thí nghiệm này cũng sẵn sàng cho việc
thực hành điện tử của các loại nghề khác như máy vi tính, kỹ thuật điện, phân
phối điện cơng nghiệp, điều khiển thiết bị ngoài các mạch điện tử và tuyến tính
IC thực hành của các loại nghề điện - điện tử và điện tử công nghiệp .
Với bài giảng thí nghiệm này, sinh viên trong các lĩnh vực điện tử có thể thao
tác thuần thục với các mạch cơ bản lắp ráp bởi các thành phần như: điện trở, tụ điện,
cuộn cảm, diode, transistor, IC tuyến tính... và có thể làm các ứng dụng đơn giản.
<i><b>Bảng 1. Các thí nghiệm trong lĩnh vực điện tử </b></i>
<b>Đối tượng </b>
<b>thực hành </b>
<i><b>Mức 1 </b></i> <i><b>Mức 2 </b></i> <i><b>Mức 3 </b></i>
1. Thực hành chung 1. Mạch điện tử 1. Lớp video
2. Điện tử cơ bản 2. Máy vi tính 2. Truyền thơng
3. Điện 3. Nhạc cụ
4. Ứng dụng khác
<b>Bảng 2. Các thí nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật điện </b>
<b>Lĩnh vực kỹ thuật điện </b>
<b>Đối </b>
<b>tượng </b>
<b>thực </b>
<b>hành </b>
<i><b>Mức 1 </b></i> <i><b>Mức 2 </b></i> <i><b>Mức 3 </b></i>
1. Thực hành chung (1), (2) 1. Thực hành điện (1)
1. Thực hành
điện (3): Điện
cao thế và Cơ
2. Điện tử cơ bản
2. Thực hành điện (2)
2. Thực hành
điện (4):
Nguồn điện
9
<b>Bảng 3. Các thí nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa </b>
<b>Lĩnh vực tự động hóa </b>
<b>Đối tượng </b>
<b>thực hành </b>
<i><b>Mức 1 </b></i> <i><b>Mức 2 </b></i> <i><b>Mức 3 </b></i>
1. Điện cơ bản 1. Mạch điện tử (bao
gồm thực hành kỹ
thuật số tuyến tính)
1. Thực hành
điều khiển điện
2. Điện tử cơ bản 2. Cơ khí
3. Thực hành chung 1
2. Thực hành tự động 3. Thực hành
điện công nghiệp
4. Thực hành chung 2
<b>Bảng 4. Các thí nghiệm trong bảo dưỡng thiết bị điện tử </b>
<b>Lĩnh vực tự động hóa </b>
<b>Đối tượng </b>
<b>thực hành </b>
<i><b>Mức 1 </b></i> <i><b>Mức 2 </b></i> <i><b>Mức 3 </b></i>
1. Điện tử cơ bản 1. Điện tử cơ bản
1. Điện tử nâng cao
2. Công nghệ âm thanh
3. Lý thuyết VTR
4. Truyền hình số
<b>2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm </b>
Các nội dung của tài liệu “Hướng dẫn thí nghiệm Kỹ thuật Điện tử - tập 2”
gồm 8 bài thí nghiệm có nội dung bám sát với đề cương môn học Điện tử 2 đã
được phê duyệt. Nội dung của từng bài được thiết kế thống nhất về kết cấu, trình
tự nhằm giúp sinh viên dễ dàng theo dõi nội dung từng bài và thuận tiện khi thực
hành/thí nghiệm.
Các bài thí nghiệm bao gồm:
<b>2.1. Thí nghiệm về các đặc tính của FET (KL - 23004) </b>
2.1.1. Các đặc tính của JFET
2.1.2. Các đặc tính của MOSFET
<b>2.2. Thí nghiệm về các mạch khuếch đại dùng FET (KL - 23004) </b>
2.2.1. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - tự phân cực
2.2.2. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - phân cực cố định
2.2.3. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - tự phân cực
2.2.4. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - phân cực cố định
2.2.5. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng MOSFET - tự phân cực
10
<b>2.3. Thí nghiệm về ghép tầng khuếch đại (KL - 23005, 23006, 23007) </b>
2.3.1. Ghép tầng khuếch đại bằng RC
2.3.2. Ghép tầng khuếch đại trực tiếp
2.3.3. Mạch khuếch đại đẩy - kéo
2.3.4. Mạch khuếch đại OTL
2.3.5. Mạch khuếch đại OCL
2.3.6. Mạch khuếch đại dùng IC
<b>2.4. Thí nghiệm về các đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán OA (KL - 23012) </b>
2.4.1. Mạch khuếch đại vi sai
2.4.2. Đo lường các đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại thuật tốn
a. Trở kháng vào.
b. Trở kháng ra.
c. Băng thông.
d. Tốc độ biến thiên.
e. Điện áp lệch không - đầu vào đảo.
f. Điện áp lệch không - đầu vào khơng đảo.
<b>2.5. Thí nghiệm về các mạch khuếch đại cơ bản dùng OA (KL - 23013) </b>
2.5.1. Mạch khuếch đại đảo
2.5.2. Mạch khuếch đại không đảo
2.5.3. Mạch theo điện áp
2.5.4. Mạch trừ
2.5.5. Mạch cộng
2.5.6. Mạch điện áp không đổi
2.5.7. Mạch dịng điện khơng đổi
2.5.8. Mạch vi phân
2.5.9. Mạch tích phân
<b>2.6. Thí nghiệm về ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán (KL - 23014, </b>
<b>23015) </b>
2.6.1. Mạch khuếch đại lơ ga rít
2.6.2. Mạch tách sóng đỉnh
2.6.3. Mạch chỉnh lưu chính xác
2.6.4. Mạch điều áp
11
<b>2.7. Thí nghiệm về mạch lọc (KL - 23015, 23016) </b>
2.7.1. Mạch lọc thông cao
2.7.2. Mạch lọc thông thấp
2.7.3. Mạch lọc thông dải
2.7.4. Mạch khuếch đại RIAA
2.7.5. Mạch điều khiển âm điệu
2.7.6. Mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp
<b>2.8. Thí nghiệm về mạch tạo dao động (KL - 23008, 23009) </b>
2.8.1. Mạch dao động tần số thấp dùng RC
2.8.2. Mạch dao động cao tần
2.8.3. Mạch dao động dùng thạch anh
<b>3. Giới thiệu về phần cứng </b>
Cơng cụ thí nghiệm này được chia thành hai phần chính sau:
<b>3.1. Bảng Module thí nghiệm </b>
Bao gồm các module KL - 23.001 ~ KL23017.
<b>3.2. Hệ thống chính </b>
Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống chính (bao gồm tất cả các đặc điểm kỹ
thuật của các mục được liệt kê trong hệ thống chính):
A. Nguồn cung cấp điện của hệ thống chính là AC 110V/220VAC 10%,
50/60Hz.
B. 1680 điểm chấm điện được lắp ráp và cố định trên bảng điều khiển của
hệ thống chính. Như vậy, hệ thống chính của cơng cụ thí nghiệm tuyến tính này
có thể được sử dụng độc lập trong các thí nghiệm.
C. 4 bộ module cố định được cố định trên bảng điều khiển của hệ thống
chính. Như vậy, hệ thống chính của cơng cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng
trong thí nghiệm với bảng Module bất cứ lúc nào.
12
- Máy phát chức năng:
1) Dạng sóng đầu ra: hình sin, vng, tam giác;
2) Tần số đầu ra: 10Hz ~ 100KHz, 4 mức điều chỉnh, có thể điều chỉnh
được liên tục;
3) Độ chính xác: ±5% của giá trị thực;
4) Điện trở đầu ra: 50Ω;
5) Điện thế đầu ra:
≥ 18 Vpp (mạch vòng hở);
≥ 9 Vpp ( với tải 50Ω).
- Ampe kế và vôn kế kỹ thuật số:
1) Khoảng điện thế DC: 2V, 200V;
2) Độ chính xác của điện thế DC: ± 0,3% của phần đọc + 1digit;
3) Khoảng dòng điện DC: 200µA, 2000mA;
4) Độ chính xác của dịng DC: ±0,5% của phần đọc + 1digit.
- Ampe kế và vơn kế tương tự:
1) Dịng điện AC: 0~100mA~1A;
2) Điện thế AC: 0~15 V;
3) Dòng DC: 0~100mA~1A;
4) Điện thế DC : 0~20V.
- Loa: một loa 8Ω, 0,25W có mạch driver.
- Biến trở:
1) 1KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);
2) 10KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);
3) 100KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);
4) 1MΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C).
- Các phụ kiện kèm theo hệ thống chính:
1) Dây nối 2mm: 0,65mm, dài 300mm, màu đỏ x 3;
4) Dây nguồn x 1;
5) Màn che bụi x 1.
- Phụ kiện kèm theo module thí nghiệm:
13
3) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu trắng x 5;
4) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu vàng x 5;
5) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu xanh lam x 5;
6) Ghim mạch: 10mm x 10.
<b>3.3. Sử dụng một cách tối ưu </b>
- Đồng hồ vạn năng tương tự chủ yếu được sử dụng để đo lường đặc tính
của chất bán dẫn và giá trị hiệu dụng của ACV, điện áp và dòng điện lớn…
- Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được sử dụng chủ yếu là đo điện áp và
dòng điện nhỏ…
- Sử dụng loa nên chú ý đến các đặc điểm kỹ thuật.
- Các chiết áp: VR1K, VR10K, VR100K, VR1M được cố định trong bảng
hệ thống chính và thường được sử dụng bởi tất cả các module thí nghiệm.
<b>4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm </b>
(1) Cơng cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng để giảng dạy dựa trên
năng lực học tập của sinh viên. Đó là, những sinh viên có năng lực học tập tốt
hơn có thể sử dụng các bài thí nghiệm để làm thực hành áp dụng tiếp. Các sinh
viên có khả năng học tập hạn chế hơn có thể học tập sử dụng công cụ thử
nghiệm (module) là mục tiêu.
(2) Mỗi bài trong tập bài giảng hướng dẫn thí nghiệm này được quy định
với một mục tiêu học tập. Bằng cách hướng dẫn cơ bản, giảng viên có thể yêu
cầu sinh viên nghiên cứu nội dung các bài thí nghiệm trước khi tiến hành. Khi
làm như vậy, sinh viên khơng chỉ có thể hiểu được kết quả thí nghiệm mà cịn
hiểu được lý do tại sao có kết quả đó ở mỗi thí nghiệm. Như vậy, sẽ dễ dàng hơn
cho sinh viên trong quá trình học tập.
(3) Tập bài giảng thí nghiệm này có nhiều dữ liệu tham khảo. Mỗi bài được
thiết kế liên tục, từ cơ bản đến nâng cao. Sinh viên có thể làm mỗi thí nghiệm
theo lịch trình và nội dung cụ thể do giảng viên xác định.
(4) Việc sử dụng bộ thí nghiệm này xem xét việc thực hiện dựa trên
nguyên tắc phân nhóm thí nghiệm với khoảng thời gian có hạn. Để giúp sinh
viên có thể tiếp thu tốt nhất nội dung các bài thí nghiệm trong thời gian giới hạn,
phần lắp ráp (điện tử, cách làm việc) chiếm tỷ lệ nhỏ (nếu cần thiết, giảng viên
có thể yêu cầu sinh viên tìm hiểu trước quy trình lắp ráp).
14
tập (các câu hỏi trắc nghiệm và các bài thực hành). Giảng viên có thể sử dụng
mô phỏng sửa chữa các lỗi để làm đánh giá việc học.
(6) Nội dung của tập bài giảng thí nghiệm này nhấn mạnh cả lý thuyết và
thực hành. Nó chứa nhiều dữ liệu có liên quan và do đó là một cuốn sách rất tốt
(7) Mỗi thí nghiệm trong bài giảng thí nghiệm này mơ tả các bước thí
nghiệm và các mẫu biểu ghi lại kết quả cho mỗi thí nghiệm. Sinh viên phải làm
tất cả để có thể làm quen với tất cả các cơng cụ và hiểu ý nghĩa của từng kết quả.
<b>5. Các trang thiết bị của phịng thí nghiệm </b>
15
<b>Bài 1 </b>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TRANSTISOR TRƯỜNG </b>
<b>(Field Effect Transistor – FET) </b>
<b>1.1. Mục tiêu </b>
<b>1.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>1.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>1.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>1.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>1.6. Ơn tập - vận dụng </b>
16
<b>1.1. Mục tiêu </b>
<i>- Đo được dòng I</i>D<i> bão hòa và điện áp thắt kênh V</i>p của JFET (Junction
Field Effect Transistor).
<i>- Đo được dòng I</i>D<i> bão hòa và điện áp thắt kênh V</i>p của MOSFET (Metal
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
<b>1.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>1.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
- JFET (Junction Field Effect Transistor): Transistor trường cực cửa tiếp giáp.
- MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor):
Transistor trường cực cửa cách ly.
- G (Gate): Cực cửa (cổng); D (Drain): Cực máng; S (Source): Cực nguồn.
<i>- V</i>p<i>, V</i>GS(cutoff): Điện áp khóa kênh, cắt kênh (Pinch-off, cutoff) giữa cực G, S.
<i>- I</i>dss: Cường dộ dòng điện cực D, S bão hòa.
- Quan hệ giữa dòng Id và điện áp thắt kênh:
(1-1)
<i><b>1.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
Transistor là một loại linh kiện điều khiển cường độ dịng điện và nó tạo ra
cường độ dòng điện bao gồm dòng điện tử và dòng lỗ trống. Loại linh kiện này
gọi là transistor lưỡng cực.
Transistor trường (FET) là một loại linh kiện đơn cực, trong đó cường độ
dịng điện của FET kênh n được hình thành bởi dịng điện tử và cường độ dịng
điện của FET kênh p được hình thành bởi dòng lỗ trống (hole flow). FET là linh
FET có thể thực hiện các chức năng giống như transistor lưỡng cực, chỉ
khác về điều kiện phân cực và các đặc trưng. Do đó, khi sử dụng FET cần chú ý
tới các ưu điểm và hạn chế của FET cho phù hợp với mục đích, yêu cầu cụ thể.
<i>a) Các đặc trưng của FET: </i>
- FET có trở kháng vào cao, thường khoảng 100M.
- FET tương đối độc lập với nhiệt độ, trong khi BJT rất nhậy cảm với
nhiệt độ.
17
- Trong quá trình hoạt động ổn định nhiệt của FET là cao hơn so với BJT.
Tuy nhiên, FET cũng có một số hạn chế: So với BJT, tín hiệu đầu ra có
băng tần nhỏ hơn và FET dễ bị hư hỏng hơn do tĩnh điện.
<i>b) Phân loại, ký hiệu FET: được mô tả trong bảng 1.1. </i>
<b>Bảng 1.1. Các loại FET và ký hiệu </b>
<b>Phân loại </b> <b>Ký hiệu </b>
FET
JFET
JFET-n
JFET-p
MOSFET
Kênh đặt sẵn
<b>Kênh đặt sẵn - n </b>
<b>Kênh đặt sẵn - p </b>
Kênh cảm
ứng
Kênh cảm ứng – n
<b>Kênh cảm ứng - p </b>
<i><b>1.2.3. Các họ đặc tuyến của JFET </b></i>
<i>a) Họ đặc tuyến ra: </i>
Đối với FET nói chung và JFET nói riêng, giá trị dịng ID phụ thuộc mạnh
vào giá trị của VDS và VGS. Nếu giữ VGS = const và cho VDS biến đổi theo ta thu
được đặc tuyến ra của JFET là quan hệ của ID và VDS theo biểu thức:
18
Tập hợp các đặc tuyến ra của JFET
tương ứng với các giá trị VGS = const khác
nhau ta thu được họ đặc tuyến ra.
Nếu VGS tăng lên, sự khuếch tán sẽ
được tạo ra ngay lập tức trong các kênh để
có cường độ dịng điện cần thiết tạo ra vùng
cắt kênh. Đường cong tương ứng VGS<b> = -1V </b>
được thể hiện trong hình 1.1.a. Từ kết quả
này ta thấy điện áp cực cổng như một bộ
điều khiển có khả năng làm giảm cường độ
dòng ID. Nếu VGS<b> > 0 (đối với JFET - p), </b>
cường độ dòng ID sẽ tăng từ Idss (hình 1.1.b).
Nếu VGS liên tục tăng, cường độ dịng ID sẽ
tăng tương ứng. Khi VGS đạt đến một giá trị
nhất định, cường độ dòng ID giảm xuống
bằng 0 và độc lập với giá trị của VDS. Điện
áp VGS (điện áp cổng - nguồn) tại thời điểm
<b>này gọi là điện áp thắt (pinch - off voltage), thường được ký hiệu là V</b>p hoặc
VGS(cutoff). Từ hình 1.1 ta thấy Vp<b> < 0 với JFET - n và ngược lại với JFET - p. </b>
<i> b) Họ đặc tuyến truyền đạt: </i>
Trường hợp khác, khi giữ VDS = const và cho VGS biến đổi ta thu được đặc
tuyến truyền đạt của JFET là quan hệ của ID và VGS theo biểu thức:
(1-3)
Ở đường cong đặc tính này, điểm Idss và Vp là quan trọng nhất. Nó cho
phép xác định được dòng điện máng cực đại và điện áp thắt kênh và đây cũng
là hai điểm nằm trên hai trục tọa độ. Hai tham số này có thể tìm được từ cơng
<b>thức (1-1): </b>
<b>Từ cơng thức (1-1) ta có: </b>
<i>a) Đặc tuyến ra của JFET-n </i>
<i>b) Đặc tuyến ra của JFET-p </i>
19
<b>Hình 1.2. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của JFET </b>
Phân cực cho JFET làm việc thường được thiết kế ở giữa của đặc tuyến
truyền đạt. Hình 1.3.a mơ tả mạch đo Id (VGS = 0) và hình 1.3.b mô tả mạch đo
Vp (trong mạch này VGS là một điện áp âm).
<i>a) </i> <i>b) </i>
<b>Hình 1.3. Mạch đo dòng Id (a) và điện áp cắt Vp (b) </b>
<i><b>1.2.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET </b></i>
<i>a) Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh đặt sẵn </i>
<i>a) Đặc tuyến truyền đạt </i> <i>b) Đặc tuyến ra </i>
<b>Hình 1.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET kênh đặt sẵn loại n </b>
20
tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra được biểu diễn ở hình 1.5. Từ hình vẽ thấy
<b>Hình 1.5. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra </b>
<b>của MOSFET kênh đặt sẵn loại p </b>
<i>b) Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng </i>
Đối với MOSFET kênh cảm ứng, không tồn tại kênh dẫn điện ban đầu giữa
cực D và cực S. Khi đưa vào giữa cực G, S một điện trường phù hợp (VGS > 0)
sẽ hình thành dịng các điện tử di chuyển từ cực S về cực D. Do đó hình thành
dịng Id có chiều từ cực D tới cực S. Quan hệ giữa dòng điện Id và điện áp VGS
biểu thị bởi công thức:
Id = K(VGS – VT)
2
(1-4)
Với giá trị K thường là 0,3mA/V2 và khi VGS = 0 thì dịng Id khơng tồn tại.
Đối với MOSFET kênh cảm ứng loại n và loại p, đặc tuyến truyền đạt và
đặc tuyến ra được biểu diễn ở hình 1.6 và hình 1.7.
21
<b>1.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23004.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23004.
- Đồng hồ vạn năng.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>1.3. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>1.3.1. Thí nghiệm về các đặc trưng của JFET </b></i>
<i><b>1.4.1.1. Đo dòng cực máng bão hòa (Idss) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 1.8. Thí nghiệm đo dịng Idss của JFET </b>
<i><b>Bước 1: Gắn và cố định khối KL - 23004 lên bảng mạch KL - 2001; </b></i>
<i>Bước 2: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 1.8a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 1.8b;
<i>Bước 3: Kết nối ampe kế để đo I</i>dss;
22
<i>Bước 4: Kết nối cực G tiếp đất, điều chỉnh V</i>dd trong khoảng từ 3 18VDC,
sau đó quan sát và ghi lại giá trị dòng Id tương ứng với từng giá trị điện áp Vdd.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN1-1. </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 1.9. Thí nghiệm đo dịng Igs của JFET </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 1.9a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 1.9b; </i>
<i>Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng I</i>gs;
<i>Bước 3: </i>
- Kết nối nguồn +5V với Vo, nối cực D, S tiếp đất tương ứng. Sau đó quan
sát và ghi lại giá trị dòng Io;
<b>- Kết nối nguồn -5V với V</b>o, nối cực D, S tiếp đất tương ứng. Sau đó quan
sát và ghi lại giá trị dịng Io;
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN1-2. </b></i>
<i>1.4.1.3. Đo điện áp thắt kênh Vp (Vgs(cutoff)) </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 1.10. Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của JFET </b>
23
<i>Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng I</i>d;
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR</i>4 (VR1M) để dòng Id = 0;
<i>Bước 4: Khi I</i>d = 0, sử dụng vôn kế để đo Vgs(off);
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN1-3. </b></i>
<i><b>1.3.2. Thí nghiệm về các đặc trưng của MOSFET </b></i>
<i>1.4.2.1. Đo dòng cực máng bão hịa (Idss) </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 1.11. Thí nghiệm đo dịng Idss của MOSFET </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 1.11a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 1.11b;
<i>Bước 2: Kết nối ampe kế để đo I</i>dss;
<i>Bước 3: Kết nối cực G tiếp đất, điều chỉnh V</i>dd trong khoảng từ 3
18VDC, sau đó quan sát và ghi lại giá trị dòng Id tương ứng với từng giá trị điện
áp Vdd.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN1-4. </b></i>
<i>1.4.2.2. Đo điện áp thắt kênh Vp (Vgs(cutoff)) </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 1.12a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
1.12b;
<i>Bước 2: Kết nối ampe kế để đo dòng I</i>d;
<i><b>Bước 3: Nối nguồn -12V với V</b></i>gg, nối nguồn +12V với Vdd;
<i>Bước 4: Điều chỉnh VR</i>4 (VR 1M) để dòng Id = 0;
<i>Bước 5: Khi I</i>d = 0, sử dụng vôn kế để đo Vgs (Vp);
24
<i><b>a) Sơ đồ nguyên lý </b></i> <i><b>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </b></i>
<b>Hình 1.12. Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET </b>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN1-5. </b></i>
<b>1.4. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
Sau khi học xong bài này, chúng ta đã khảo sát các đặc tính của FET và có
thể lựa chọn FET thay vì transistor lưỡng cực ở các thiết bị khuếch đại khác
<b>nhau. FET có thể được dùng trong các mạch tiền khuếch đại (Pre - amplifier), </b>
trong mạch tích hợp và chuyển mạch điện tử…
Hai loại FET thường được sử dụng rộng rãi là JFET và MOSFET. Chúng ta
cần nhớ rõ ký hiệu của từng loại trong sơ đồ mạch và phạm vi ứng dụng. Cụ thể,
JFET hay được sử dụng trong các mạch rời rạc còn MOSFET thường được dùng
trong các IC mật độ lớn.
Một lưu ý nữa là không được chạm tay vào các cực của FET trong quá
trình đang sử dụng FET vì hiện tượng tĩnh điện và nên bảo quản FET trong các
hộp thiếc để bảo vệ chúng khỏi sự phá hủy do nhiệt độ.
<b>1.5. Ôn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập cho dưới đây:
<b>Câu 1. Đâu là ký hiệu của JFET kênh n trong các hình vẽ dưới đây? </b>
A. Hình 1 B. Hình 2 C. Hình 3
<b>Câu 2. Đâu là ký hiệu của MOSFET kênh cảm ứng loại n trong các hình vẽ </b>
dưới đây?
25
<b>Câu 3. Tên viết tắt ba cực của FET là: </b>
A. B, C, E B. E, B1, B2 C. G, D, S
<b>Câu 4. Với I</b>dss, tìm phát biểu sai:
A. Là dòng thắt kênh của cực D, S
B. Là dòng cắt khi VGS = 0
C. Là dòng bão hòa cực D - S
<b>Câu 5. Với V</b>p, tìm phát biểu sai:
A. Là điện áp thắt kênh
B. Là phân cực ngược giữa G và S để FET thắt kênh
<b>Bài tập: Tra cứu các thông số kỹ thuật của các loại FET có mã hiệu sau </b>
cho trong bảng sau đây:
<b>Mã </b>
<b>hiệu </b> <b>Ứng dụng </b>
<b>Cấu </b>
<b>tạo </b>
<b>VGD</b>
<b>O</b>
<b>Pd</b>
<b>(mW) </b>
<b>Igss</b>
<b>(max) </b>
<b>Idss (mA) </b> <b>Vp</b> <b>VDS</b>
<b>(MOS) </b>
(min) (max) (min) (max)
2SK15 Tần số thấp
Nhiễu thấp
JFE
T -20 100
-0,1nA 0,45 5 -0,65 -5
2SK19
2SK30
2SK113
3SJ11
<b>1.6. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN1-1. Kết quả đo dịng Idss của JFET </b>
Vdd 3V 4V 5V 7V 9V 12V 15V 18V
Idss
<b>Bảng TN1-2. Kết quả đo dòng Igs tương ứng với điện áp </b>
<b>Vgs > 0 (< 0) của JFET </b>
Vgs Igs
+5V
-5V
<b>Bảng TN1-3. Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của JFET </b>
Id = 0
Vp = VGS(off)
26
<b>Bảng TN1-4. Kết quả đo dòng Idss của MOSFET </b>
VGS = 0
<b>Vdd</b> 3V 4V 5V 7V 9V 12V 15V 18V
<b>Idss</b>
<b>Bảng TN1-5. Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET </b>
Vp
=……….(V)
<b>VGS</b> <b>ID</b>
0V
0mA
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 1 </b>
<i>1. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo Dục. </i>
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Bài tập Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL </i>
27
<b>Bài 2 </b>
<i><b>THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI FET </b></i>
<b>2.1. Mục tiêu </b>
<b>2.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>2.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>2.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>2.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>2.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
28
<b>2.1. Mục tiêu </b>
- Sinh viên phân biệt được các phương pháp phân cực cho FET.
- Lắp ráp các dạng mắc mạch cơ bản cơ bản của FET: nguồn chung (CS),
- Đo lường, tính tốn các thông số cơ bản của mạch khuếch đại dùng FET:
điện áp vào/ra, hệ số khuếch đại, độ lệch pha… Thơng qua đó giúp sinh viên
hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại dùng FET khác nhau.
<b>2.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>2.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
Ba thông số quan trọng nhất của FET được mô tả như sau:
- Hỗ dẫn truyền đạt (gm):
(2-1)
- Điện trở vi phân đầu ra (rd):
(2-2)
- Hệ số khuếch đại điện áp ():
(2-3)
Trong ba công thức trên, id, Vgs và Vds tương ứng là:
id: Cường độ dòng điện cực máng (dòng điện ra) xoay chiều.
Vgs: Điện áp xoay chiều đưa tới cực G và S (tín hiệu nhỏ).
Vds: Điện áp xoay chiều tạo ra trên cực D và S.
<i><b>2.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
<i>2.2.2.1. Các dạng phân cực cho FET </i>
<i>a) Phân cực cố định (được mơ tả ở hình 2.1) </i>
Hình 2.1a mơ tả phân cực cố định cho JFET kênh p, trong đó Vdd cung cấp
Vds và Id, và Vgg cung cấp Vgs. Hình 2.1b biểu diễn đặc tuyến ra và điểm làm
việc tĩnh Q. Từ phương trình của mạch đầu ra Vdd = Id.Rd + Vds, đường tải một
chiều có dạng đường thẳng, ta xác định được 2 điểm nằm trên 2 trục tọa độ:
Khi Id = 0 Vdd = Vds = -20V (điểm A).
29
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Đặc tuyến ra và điểm làm việc </i>
<i>tĩnh Q </i>
<b>Hình 2.1. Phân cực cố định cho JFET kênh p </b>
Bởi vì Ri là rất lớn nên Ig = 0 và cực S nối đất nên Vs = 0 Vg – Vs = 2V.
Điểm làm việc tĩnh Q (VdsQ, IdQ) có thể xác định bằng giao điểm giữa
đường tải một chiều và đường cong tương ứng với Vgs = 2V hoặc cũng có thể
tính được từ hai phương trình:
VdsQ = Vdd – IdQ.Rd
IdQ = Idss.(1 – VgsQ/Vp)2
<i>b) Phân cực tự động (được mơ tả ở hình 2.2) </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Đặc tuyến ra </i>
<b>Hình 2.2. Phân cực tự động cho JFET kênh n </b>
Sơ đồ phân cực này chỉ dùng một nguồn Vdd, quá trình phân cực cho JFET
được diễn ra khi điện áp tại cực G và cực S thỏa mãn Vgs < 0.
Do Ri rất lớn, Ig = 0, Vrg = Vg = 0, Vs = Is.Rs = Id.Rs:
Vgs = Vg – Vs = 0 – Vs = -Id.Rs.
Từ phương trình của mạch đầu ra Vdd = Id.Rd + Vds + Id.Rs, đường tải một
chiều có dạng đường thẳng, ta xác định được 2 điểm nằm trên 2 trục tọa độ:
Khi Id = 0 Vdd = Vds = 12V (điểm A).
30
Các điểm làm việc tĩnh là giao điểm của đường tải một chiều với đường
cong của Vgs.
<i>c) Phân cực phân chia điện áp </i>
<b>Hình 2.3. Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho JFET kênh n </b>
Hình 2.3 mơ tả mạch phân cực phân chia điện áp của JFET kênh n, trong
đó giá trị Vg 0. Các giá trị Vgs, Id và tọa độ điểm làm việc tĩnh Q được xác định
tương tự như đối với trường hợp tự phân cực:
<b>Hình 2.4. Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho MOSFET </b>
<b>kênh đặt sẵn loại n </b>
Mạch phân cực loại này có thể áp dụng với MOSFET. Hình 2.4 mơ tả mạch
phân cực phân chia điện áp cho MOSFET kênh đặt sẵn loại n. Ta xác định tọa
Theo định lý Thevenin:
31
VdsQ = Vdd – Id.(Rs + Rd)
<i>2.2.2.2. Các cách mắc mạch khuếch đại cơ bản dùng FET </i>
Các sơ đồ khuếch đại dùng FET (phân tích tín hiệu nhỏ) thường được mắc
theo 3 cách:
- Nguồn chung CS (Common Source) CE (transistor lưỡng cực).
- Máng chung CD (Common Drain) CC (transistor lưỡng cực).
- Cổng chung CG (Common Gate) CB (transistor lưỡng cực).
Tuy nhiên với cách mắc thứ 3 (CG) thường ít được sử dụng khi phân tích
tín hiệu nhỏ (về mặt tần số) nên ở đây ta tập trung phân tích hai cách mắc CS
và CD.
<i>a) Bộ khuếch đại CS (hình 2.5) </i>
- Hệ số khuếch đại điện áp:
- Trở kháng ra:
- Tín hiệu đầu ra ngược pha tín hiệu đầu vào (lệch pha 1800).
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ tương đương </i>
<b>Hình 2.5. Bộ khuếch đại CS dùng JFET kênh n </b>
<i>b) Bộ khuếch đại CD (hình 2.6) </i>
<i><b>a) Sơ đồ nguyên lý </b></i> <i><b>b) Sơ đồ tương đương </b></i>
32
- Hệ số khuếch đại điện áp:
- Trở kháng vào rất lớn: Zi =
- Trở kháng ra:
- Tín hiệu đầu ra đồng pha tín hiệu đầu vào.
<b>2.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23004.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23004.
- Đồng hồ vạn năng.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>2.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>2.4.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.7. Thí nghiệm mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) </b>
<i><b>Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23004 lên bảng mạch KL-2001. </b></i>
<i>Bước 2: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 2.7a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 2.7b (R12 = 3.3k, C3 = 22F).
<i>Bước 3: Sử dụng vôn kế (DCV) để đo V</i>GS và VD (sụt áp trên điện trở R12).
Sau đó ghi lại giá trị đo được.
33
<i>Bước 5: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối
đa mà không bị biến dạng. Tại tần số đó, sử dụng máy hiện sóng để đo dạng
sóng ở đầu ra (OUT1). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.
<i>Bước 6: Thay đổi giá trị R</i>12 đến R16 = 6.8k. Sau đó lặp lại các bước (3),
(4), (5). Ghi, vẽ lại kết quả quan sát và đo được.
<i>Bước 7: Nối tiếp R</i>12 đến 3.3k và không kết nối C3. Sau đó lặp lại các
thao tác ở bước (5). Ghi, vẽ lại kết quả quan sát và đo được.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-1.a, b, c. </b></i>
<i><b>2.4.2. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp) </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.8. Thí nghiệm mạch khuếch đại CS dùng JFET </b>
<b>(phân cực chia điện áp) </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.8a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 2.8b </i>
<i>Bước 2: Sử dụng vơn kế (DCV) để đo V</i>G, VS. Từ đó tính VGS = VG – VS.
<i>Bước 3: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT1).
<i>Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối
đa không bị biến dạng. Tại cùng một thời điểm sử dụng máy hiện sóng để đo dạng
sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT1). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.
34
<i><b>2.4.3. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.9. Thí nghiệm mạch khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực) </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.9a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 2.9b </i>
<i>Bước 2: Sử dụng vôn kế (DCV) để đo V</i>G, VS. Từ đó tính VGS = VG – VS.
<i>Bước 3: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra 2 (OUT2).
<i>Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối
đa không bị biến dạng. Tại cùng một thời điểm sử dụng máy hiện sóng để đo dạng
sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT2). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-3.a, b </b></i>
<i><b>2.4.4. Mạch khuếch đại CD dùng JFET (phân cực chia điện áp) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 2.10a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 2.10b.
<i>Bước 2: Sử dụng vơn kế (DCV) để đo V</i>G, VS. Từ đó tính VGS = VG – VS.
<i>Bước 3: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra 2 (OUT2).
35
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.10. Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET </b>
<b>(phân cực chia điện áp) </b>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-4.a, b </b></i>
<i><b>2.4.5. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.11. Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực) </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.11.a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
2.11.b
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).
<i>Bước 3: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và tăng dần dần biên độ để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối
đa không bị biến dạng. Tại cùng một thời điểm sử dụng máy hiện sóng để đo dạng
sóng ở đầu vào (IN) và đầu ra (OUT). Quan sát và ghi lại các kết quả đo được.
36
<i><b>2.4.6. Mạch khuếch đại CS dùng MOSFET (phân cực chia điện áp) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 2.12. Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET </b>
<b>(phân cực chia điện áp) </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 2.12a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 2.12b </i>
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN) và </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).
<i>Bước 3: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
<i>Bước 4: Ngắt kết nối với C</i>7 = 22F, sau đó lặp lại bước 3.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN2-6. </b></i>
<b>2.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
Sau khi học xong bài này, sinh viên nắm vững được một số vấn đề trọng
tâm thông qua tiến hành thí nghiệm:
- Các thơng số: gm, rd, .
- Các cách mắc mạch của FET (CS, CD) và các thông số đặc trưng cho
từng cách mắc đó: hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng vào/ra, quan hệ về pha
giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của mạch.
Khi tiến hành thí nghiệm, giá trị hệ số khuếch đại Av thu được có giá trị
khác với kết quả tính tốn lý thuyết. Ngun nhân của sự sai khác này là:
- Các linh kiện tích cực có tồn tại điện trở trong (dù nhỏ hay lớn).
- Các điện trở có sai số.
37
- FET có trở kháng vào lớn và nhiễu thấp, thường được sử dụng trong các
bộ khuếch đại tín hiệu có tần số thấp và biên độ nhỏ như các thiết bị âm thanh,
khuếch đại MIC…
- JFET có thể có chức năng điện áp – biến trở VVR (Voltage – Variable
Resistor) với điện áp Vds thấp. Ứng dụng cụ thể trong bộ AGC (Auto Gain
Control – Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại) trong máy thu hình.
<b>2.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
Thực hiện việc sửa chữa sau đây đề cập tới kết quả kiểm tra hoạt động của các
mạch thí nghiệm, bao gồm: hiện tượng lỗi, các phần bị lỗi và các bước sửa chữa.
<i><b>2.6.1. Mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều bất thường. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 2.13. </i>
<b>Hình 2.13. Các phần lỗi của mạch khuếch đại CS dùng JFET </b>
<b> (tự phân cực) </b>
<i>Điểm lỗi: S</i>3 (cực D, G của Q5) đóng: Ngắn mạch
<i>Lỗi: S</i>3 đóng. Điện áp VGS dương (phân cực dương). Đối với JFET kênh n,
điện áp phân cực VGS phải có giá trị âm.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>3 (cực D, G: Q5) từ đóng mở.
<i><b>2.6.2. Mạch khuếch đại CD (phân cực cố định) </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều bất thường </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 2.14 </i>
Điểm lỗi: S5 (R10: 22K) mở: Hở mạch.
38
<b>Hình 2.14. Các phần lỗi của mạch khuếch đại CD (phân cực cố định) </b>
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>5 (R10: 22K) từ mở đóng.
<i><b>2.6.3. Mạch khuếch đại dùng MOSFET </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: MOSFET </i>
<i>khơng khuếch đại tín hiệu. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình </i>
2.15.
<i>Điểm lỗi: S</i>4 (cực D, G của Q5)
đóng: ngắn mạch.
<i>Lỗi: S</i>4 đóng. VGS = VDS,
MOSFET không thực hiện chức
năng khuếch đại điện áp.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>3 (cực D, G của Q5) từ đóng
mở.
<b>2.7. Ơn tập – vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập cho dưới đây:
<b>Câu 1. Khi JFET được sử dụng trong bộ khuếch đại tuyến tính, nguồn điện </b>
cung cấp sẽ là?
A. –Vdd B. Điện áp bằng 0 C. Phụ thuộc vào kênh n hay kênh p D. +Vdd
<b>Câu 2. Hệ số khuếch đại điện áp của FET được tính theo cơng thức: </b>
A. <sub>B.</sub> <sub>C. </sub> <sub>D.</sub>
<b>Câu 3. Đối với một JFET, đặc tuyến ra đi qua gốc tọa độ, nếu vùng làm </b>
việc được thiết kế xung quanh gốc tọa độ thì JFET có thể hoạt động như:
A. Bộ chỉnh lưu B. Bộ điều chỉnh điện áp
C. Điện trở điều khiển điện áp VVR D. Tất cả các mô tả trên đều sai
39
<b>Câu 4. Hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại CD thường có giá trị: </b>
A. < 1 B. >> 1 C. D. 0
<b>Câu 5. Trong mạch điện dưới đây, nếu g</b>m = 10mS, = 50 thì trở kháng đầu
ra bằng:
A. 2,k B. 5k
C. 10k D. 20k
<b>Bài tập: Sử dụng một JFET kênh p để thay thế FET trong hình 2.7.a, sau đó </b>
lặp lại thí nghiệm ở mục 2.4.1 (Vdd<b> thay đổi từ +12V sang -12V). Nhận xét về kết </b>
<b>2.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN2-1.a. Kết quả đo điện áp IN, OUT tương ứng với R12 = 3.3k, </b>
<b>C3 = 22F </b>
<b>R12</b> <b>VDS</b> <b>VGS</b> <b>VD</b>
<b>Lệch pha giữa </b>
<b>IN/OUT </b>
3.3k
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>V </b>
<b>t </b>
<b>V </b>
40
<b>Bảng TN2-1.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT tương ứng với R16 = 6.8k, </b>
<b>C3 = 22F </b>
<b>R16</b> <b>VDS</b> <b>VGS</b> <b>VD</b>
<b>Lệch pha giữa </b>
<b>IN/OUT </b>
6.8k
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>Bảng TN2-1.c. Kết quả đo điện áp IN, OUT khi ngắt kết nối C3</b>
<b>C3</b> <b>VDS</b> <b>VGS</b> <b>VD</b>
ipp
opp
v
V
V
A <b>Lệch pha giữa </b>
<b>IN/OUT </b>
Không kết nối
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>V </b>
<b>t </b>
<b>V </b>
<b>t </b>
<b>V </b>
<b>t </b>
<b>V </b>
41
<b>Bảng TN2-2.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch </b>
<b>đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp) </b>
VG = …….…(V) VS = …………(V) VGS = VG – VS =………(V)
<b>Bảng TN2-2.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS dùng </b>
<b>JFET (phân cực chia điện áp) </b>
<b>VDS</b> <b>VGS</b> <b>C3</b> <b>VDS</b> <b>VGS</b>
<b>Không </b>
<b>kết nối </b>
<b>C3 </b>
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>Lệch pha </b>
<b>giữa </b>
<b>IN/OUT </b>
<b>Bảng TN2-3.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch đại </b>
<b>CD dùng JFET (tự phân cực) </b>
VG = …….…(V)
VS =
………(V)
VGS = VG – VS
42
<b>Bảng TN2-3.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CD </b>
<b>dùng JFET (tự phân cực) </b>
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>Lệch pha giữa </b>
<b>IN/OUT </b>
<b>Bảng TN2-4.a. Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của mạch khuếch đại </b>
<b>CD dùng JFET (phân cực chia điện áp) </b>
VG = ……..(V) VS = ………(V) VGS = VG – VS =………..……(V)
<b>Bảng TN2-4.b. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CD </b>
<b>dùng JFET (phân cực chia điện áp) </b>
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
43
<b>Bảng TN2-5. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS </b>
<b>dùng MOSFET (tự phân cực) </b>
<b>C7 </b> <b>Ngắt kết nối C7 </b>
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>Lệch pha giữa IN/OUT </b>
<b>Bảng TN2-6. Kết quả đo điện áp IN, OUT của mạch khuếch đại CS </b>
<b>dùng MOSFET (phân cực chia điện áp) </b>
<b>C7 </b> <b>Ngắt kết nối C7 </b>
<b>IN </b>
<b>OUT </b>
<b>Lệch pha giữa IN/OUT </b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 2 </b>
<i>1. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>2. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL </i>
44
<b>Bài 3 </b>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦNG </b>
<b>3.1. Mục tiêu </b>
<b>3.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>3.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>3.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>3.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>3.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
45
<b>3.1. Mục tiêu </b>
- Sinh viên hiểu được các cách ghép tầng khuếch đại và nguyên lý hoạt
động của các hệ thống khuếch đại.
- Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại ghép biến áp.
- Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại ghép điện dung.
- Ứng dụng của IC âm thanh.
<b>3.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>3.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
- OTL AMP (Output Transformer Less Amplifier): Bộ khuếch đại ghép
biến áp.
- OCL AMP (Output Capacitor Less Amplifier): Bộ khuếch đại ghép tụ điện.
- Đáp tuyến tần số (Frequency Response): khả năng khuếch đại mà một bộ
khuếch đại thực hiện trên các tần số khác nhau. Bộ khuếch đại điển hình thường
có hệ số khuếch đại suy giảm ở tần số cao và tần số thấp.
- Đánh thủng vì nhiệt độ (đánh thủng thác lũ): Khi nhiệt độ gia tăng, các
điện tử chuyển động nhanh hơn dẫn tới cường độ dòng điện sẽ tăng lên. Cứ như
vậy làm nhiệt độ chất bán dẫn tăng lên và cuối cùng dẫn tới đánh thủng linh kiện
bán dẫn (transistor).
- Hiệu suất (): Là tỷ số giữa tín hiệu AC do bộ khuếch đại biến đổi với
nguồn DC cấp cho mạch khuếch đại làm việc.
(3-1)
Một bộ khuếch đại có hiệu suất cao sẽ tiết kiệm nhiều năng lượng.
<i><b>3.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
Có ba cách ghép tầng khuếch đại thường được sử dụng là:
1. Ghép điện dung (tụ điện).
2. Ghép biến áp.
3. Ghép trực tiếp.
<i>3.2.2.1. Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện </i>
<i>a) Các đặc điểm </i>
- Hình 3.1 cho thấy tải của tầng khuếch đại trước là điện trở Rc1 (R3) và tụ
điện Cc (C2) được sử dụng để nối tín hiệu đầu ra của tầng trước tới tầng khuếch
đại kế tiếp.
46
) và cho thành phần tín hiệu AC đi qua. Giá trị của Cc
thường là khoảng 2 ÷ 50F. Khi các thành phần DC bị cô lập, các mạch phân
cực cho từng tầng khuếch đại do đó có thể độc lập với nhau.
<b>Hình 3.1. Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện </b>
<i>b) Ưu điểm </i>
- Cách ghép nối bằng tụ điện là đặc trưng cho mạch đơn giản, chi phí rẻ và
diện tích mạch thu nhỏ. Đây là phương pháp ghép tầng được sử dụng rộng rãi nhất.
- Đáp ứng tần số tương đối bằng phẳng trên toàn dải tần số làm việc.
- Nhiễu thấp hơn so với tín hiệu ghép biến áp.
<i>c) Nhược điểm </i>
- Sự khuếch đại ở phạm vi tần số thấp sẽ bị giới hạn bởi tụ điện ghép nối
(do Xc rất lớn tại tần số thấp) nên tín hiệu sẽ bị suy giảm đáng kể.
- Tiêu thụ nguồn DC lớn nên loại ghép nối này chỉ phù hợp cho khuếch đại
công suất thấp hoặc khuếch đại điện áp.
- Việc phối hợp trở kháng giữa tầng trước với tầng sau khó khăn vì tín hiệu
bị dịch mức và pha.
<i>3.2.2.2. Ghép tầng khuếch đại bằng biến áp </i>
Như được thể hiện ở hình 3.2, biến áp có thể được sử dụng để cơ lập phân
cực DC của hai tầng khuếch đại trong khi biến áp này đồng thời có thể có chức
<i><b>năng ghép nối tín hiệu và dễ dàng phối hợp trở kháng. </b></i>
47
<i>a) Đặc điểm </i>
Các thông số cơ bản đặc trưng cho biến áp được mơ tả ở hình 3.3.
<b>Hình 3.3. Các thơng số cơ bản của máy biến áp </b>
- Tỷ số điện áp sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ với số vòng dây:
(3-2)
Trong đó:
V1, V2: Điện áp cuộn dây sơ cấp, thứ cấp;
N1, N2: Số vòng dây cuộn sơ cấp, thứ cấp.
- Tỷ số dòng điện sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ nghịch với số vòng dây:
(3-3)
Trong đó:
I1, I2: dịng điện áp trong cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.
- Tỷ số trở kháng sơ cấp/thứ cấp tỷ lệ với bình phương tỷ số số vịng dây:
(3-4)
Trong đó:
Z1, Z2: trở kháng của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.
<i>b) Ưu điểm </i>
- Ghép nối bằng biến áp cho phép dễ dàng phối hợp trở kháng giữa các tầng
khuếch đại và điều chỉnh điện áp tăng hoặc giảm.
- Cho công suất và hiệu suất cao.
- Dễ dàng cô lập thành phần DC giữa hai tầng khuếch đại liên tiếp.
<i>c) Nhược điểm </i>
- Kích thước mạch lớn hơn, cồng kềnh hơn so với ghép nối bằng tụ điện.
- Đáp ứng tần số hẹp.
48
<i>3.2.2.3. Ghép nối trực tiếp tầng khuếch đại </i>
Như thể hiện trong hình 3.4, khi ghép trực tiếp các tầng khuếch đại thì đầu
ra của tầng trước sẽ là đầu vào của tầng kế tiếp.
<i>a) Đặc điểm </i>
- Phân cực và chế độ DC của các
tầng khuếch đại không độc lập, có
ảnh hưởng tới nhau.
- Dịng ra của tầng khuếch đại
trước là dòng vào của tầng kế tiếp.
- Điện áp của nguồn cấp ổn định.
<i>b) Ưu điểm </i>
- Tổn hao ghép nối nhỏ.
- Giảm sai khác pha gây ra bởi
điện cảm.
- Đáp tuyến tần số rộng, trong đó có thể từ 0 Hz. Mạch này có thể khuếch
đại tín hiệu một chiều.
<i>c) Nhược điểm </i>
- Do sự phụ thuộc của Ib vào nhiệt độ và sự liên quan giữa các tầng về chế độ
một chiều nên khi nhiệt độ thay đổi sẽ dẫn tới sự mất ổn định của mạch tổng thể.
- Việc lựa chọn chính xác điểm làm việc tĩnh của từng tầng khuếch đại là
khó khăn nên tồn tại nhiễu và tiêu hao nhiều nguồn cung cấp.
<i>3.2.2.4. Hệ thống khuếch đại và độ khuếch đại </i>
<i>a) Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại </i>
<b>Hình 3.5. Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại </b>
Hình 3.5 mơ tả sơ đồ khối hệ thống khuếch đại. Các thành phần của hệ
thống này bao gồm:
- Bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào (Input signal transducer): Biến đổi tín
hiệu vật lý (âm thanh, hình ảnh, ánh sáng…) thành tín hiệu điện.
- Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ (Small-signal amplifier): Cung cấp tín hiệu
cần khuếch đại đầy đủ (dạng, biên độ…).
- Bộ khuếch đại tín hiệu lớn (Large-signal amplifier): Tiếp tục khuếch đại
49
cho đầu ra của bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ để có được tín hiệu có đủ mức theo
u cầu. Thơng thường đây là các bộ khuếch đại công suất.
- Bộ chuyển đổi tín hiệu đầu ra (Output signal transducer): Biến đổi tín hiệu từ
bộ khuếch đại tín hiệu lớn thành tín hiệu phù hợp với trở kháng của thiết bị đầu ra.
<i>b) Độ khuếch đại (hệ số khuếch đại): Là tỷ số giữa tín hiệu đầu ra và tín </i>
hiệu đầu vào tương ứng.
- Hệ số khuếch đại điện áp (Av): là tỷ số giữa điện áp đầu ra với điện áp
đầu vào.
(3-5)
- Hệ số khuếch đại dòng điện (Ai): là tỷ số giữa dòng điện đầu ra với dòng
điện đầu vào.
(3-6)
- Hệ số khuếch đại công suất (Ap): là tỷ số giữa công suất đầu ra/điện áp
đầu vào.
(3-7)
<i>c) Đơn vị decibel (dB) </i>
Decibel được sử dụng để thể hiện sự nhạy cảm của tai đáp ứng với độ to
nhỏ của âm thanh thang đo logarit, và được ký hiệu là db hoặc dB.
- 0dB: Tương ứng với tải 600 có cơng suất tiêu thụ 1mW và điện áp là
0,77V.
Ta có các hệ số khuếch đại cơng suất, điện áp và dịng điện tính theo dB:
(3-8)
(3-9)
(3-10)
- dBm: Là giá trị dB được tính khi trở kháng 600 được sử dụng như tải
tham chiếu và công suất 1mW được sử dụng như mức tham chiếu.
<i>d) Hệ số khuếch đại tổng của hệ thống khuếch đại </i>
50
<i>- Cách 1: Tính theo tỷ số độ lớn của tín hiệu đầu ra/tín hiệu đầu vào: </i>
K = K1.K2… KN (lần) (3-11)
<i>- Cách 2: Tính theo decibel: </i>
K(dB) = K1(dB) + K2(dB)… KN(dB) (dB) (3-12)
- Nếu giá trị hệ số K tính theo dB có giá trị dương nó có ý nghĩa mạch có
chức năng tăng hoặc khuếch đại lên; nếu giá trị này âm nó có ý nghĩa chức năng
của mạch là làm suy giảm tín hiệu về biên độ.
Ví dụ: lg1 = 0; lg2 = 0,3; lg3 = 0,477; lg10 = 1
Av = 0,707 |Av|dB = 20lg(0,707) = -3dB.
<i>3.2.2.5. Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại </i>
- Khi tính tốn hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại, ta thường sử dụng tần
số làm việc của các linh kiện ghép tầng ở
dải tần số trung bình với giả thiết ảnh
hưởng của điện trở tụ điện bằng không. Ở
dải tần số thấp và tần số cao, hệ số khuếch
đại sẽ bị suy giảm. Chẳng hạn, ở tần số
thấp, đối với ghép nối bằng tụ điện sẽ chịu
ảnh hưởng của dung kháng (vì ,
nên khi f , Xc ). Do đó, hệ số khuếch đại
sẽ bị giảm do ảnh hưởng bởi điện dung đầu vào và điện dung phân phối của các
transistor mắc song song với tải. Đáp ứng tần số này được mơ tả ở hình 3.6.
- Nếu hệ số khuếch đại ở dải tần số trung bình có giá trị 1 (tương đương 0
dB), hai điểm (FL, FH) với giá trị 0,707 của Av được gọi là điểm giới hạn.
+ FL: Tần số cắt của tần số thấp.
+ FH: Tần số cắt của tần số cao.
+ BW = FH – FL: Băng thơng.
<i>3.2.2.6. Bộ khuếch đại tín hiệu lớn (khuếch đại công suất) </i>
Tùy thuộc vào vị trí của điểm làm việc tĩnh Q mà các bộ khuếch đại tín
hiệu lớn có các chế độ làm việc A, B, AB hoặc C.
Ngoài ra để tăng cường khả năng khuếch đại, người ta còn thiết kế các
bộ khuếch đại đẩy kéo. Sau đây ta khảo sát các chế độ làm việc cụ thể của
51
tầng khuếch đại công suất các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của mạch ở
từng chế độ.
<i>a) Chế độ A </i>
<b>Hình 3.7. Bộ khuếch đại công suất chế độ A </b>
- Transistor được phân cực và hoạt động trong vùng tuyến tính.
- Điểm làm việc tĩnh Q nằm ở giữa đường tải một chiều.
- Ưu điểm:
Khuếch đại cả hai nửa chu kỳ đối với tín hiệu vào là hình sin.
Méo phi tuyến nhỏ.
- Nhược điểm:
Hiệu suất thấp nhất trong các chế độ (max = 25%).
Dòng tĩnh lớn.
Tiêu thụ điện năng rất lớn trong điều kiện tĩnh (khơng tải).
Khó khăn cho khuếch đại công suất lớn.
- Ứng dụng: Bộ khuếch đại cơng suất nhỏ.
<i>b) Chế độ B </i>
<b>Hình 3.8. Bộ khuếch đại công suất chế độ B </b>
- Điểm làm việc tĩnh Q là điểm chuyển tiếp giữa vùng tắt và vùng
- Ưu điểm:
Loại bỏ được hồn tồn dịng tĩnh.
Hiệu suất cao (max = 78,5%)
52
- Nhược điểm:
+ Phải dùng nhiều linh kiện tích cực (ít nhất là hai transistor) mới cho được
hiệu suất cao.
+ Tồn tại nhiễu giao nhau.
- Ứng dụng: Bộ khuếch đại cho nguồn điện lớn.
<i>c) Chế độ AB </i>
<b>Hình 3.9. Bộ khuếch đại công suất chế độ AB </b>
- Điểm làm việc tĩnh của transistor là điểm giữa chế độ A và chế độ B.
- Ưu điểm:
Có thể làm việc ở chế độ B bằng mạch đẩy kéo (push pull).
Hiệu suất cao hơn chế độ A ( < 70%).
- Nhược điểm:
Tồn tại dòng tĩnh.
Méo phi tuyến tương đối lớn.
- Ứng dụng: Bộ khuếch đại cho công suất lớn.
<i>d) Chế độ C </i>
<b>Hình 3.10. Bộ khuếch đại công suất chế độ C </b>
- Điểm làm việc tĩnh của transistor nằm trong vùng tắt.
- Ưu điểm: Hiệu suất cao nhất.
- Nhược điểm: Méo phi tuyến lớn nhất.
- Ứng dụng: Bộ tạo dao động điều hòa có tải là khung cộng hưởng LC.
<i>e) Các dạng méo tín hiệu </i>
Méo tín hiệu có thể được phân loại thành méo phi tuyến (méo biên độ),
méo tần số và méo pha.
53
vì thế đầu ra khơng chỉ sao lại tín hiệu gốc mà còn tạo ra thành phần hài (tín
hiệu cùng quy luật biến đổi nhưng có tần số là bội số của tần số tín hiệu gốc).
Ví dụ: Tín hiệu gốc có tần số 1KHz có thể tạo ra tín hiệu có tần số 2KHz và
3KHz. Các tín hiệu này được gọi là tín hiệu biệt danh (aliasing) như thể hiện ở
hình 3.11.a, b.
a) Tín hiệu gốc 1KHz b) Tín hiệu biệt danh
<b>Hình 3.11. Hiện tượng biệt danh </b>
<i>- Méo tần số: Gây ra bởi các bộ khuếch đại khác nhau có hệ số khuếch đại </i>
khác nhau tương ứng với tần số khác nhau.
<i>- Méo pha: Gây ra bởi các bộ khuếch đại có góc dịch pha khác nhau tương </i>
ứng với tần số khác nhau.
<i>3.2.2.7. Bộ khuếch đại đẩy kéo (cân bằng) </i>
Nếu cần khuếch đại điện áp hay dòng điện lớn thì ở đầu ra của hệ thống
khuếch đại người ta thường sử dụng mạch khuếch đại đẩy kéo (push pull) hay
còn được gọi là bộ khuếch đại cân bằng.
Bộ khuếch đại cân bằng được phân loại thành bộ khuếch đại cân bằng kép
<b>(dual - end push - pull amplifier) và bộ khuếch đại cân bằng đơn (single - end </b>
<b>push - pull amplifier) tương ứng được mô tả như sau: </b>
<i>a) Bộ khuếch đại cân bằng kép (dual - end push - pull amplifier) </i>
Như thể hiện trên hình 3.12, bộ khuếch đại cân bằng kép bao gồm biến áp
đầu vào, biến áp đầu ra và hai transistor. Chức năng biến áp đầu vào như bộ tách
pha (hình 3.13) để phân chia tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha.
54
transistor được mô tả ở hình 3.15a. Nếu khơng phân cực cho transistor hoặc
dòng phân cực quá nhỏ để Ic = 0, các transistor sẽ hoạt động ở khu vực có độ
cong của đặc tuyến truyền đạt. Nếu không phân cực cho cả Q1 và Q2 của bộ
khuếch đại cân bằng kép thể hiện trong hình 3.12, tổng hợp đặc tuyến truyền đạt
của nó được thể hiện ở hình 3.15b. Khi cấp tín hiệu đầu vào, méo sẽ xuất hiện ở
các giao điểm của nửa chu kỳ dương và âm của dạng sóng đầu ra, méo này gọi
<i>a) Các trạng thái hoạt động trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào </i>
<i>b) Các trạng thái hoạt động trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào </i>
<b>Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cân bằng kép </b>
55
<b>Hình 3.14. Dạng sóng điện áp và dịng điện đầu ra </b>
<b>của bộ khuếch đại cân bằng kép </b>
<i>a) Đặc tuyến </i>
<i>truyền đạt của </i>
<i>transistor </i>
<i>b) Tổng hợp đặc tuyến </i>
<i>truyền đạt để Q1, Q2 </i>
<i>đẩy -kéo </i>
<i>c) Điểm giao nhau của méo được </i>
<i>tạo ra trong Ic tương ứng với Vin</i>
56
<i>a) Tổng hợp đặc </i>
<i>tuyến truyền đạt </i>
<i>của Q1, Q2 </i>
<i>b) Tổng hợp đặc tuyến </i>
<i>truyền đạt để Q1, Q2 </i>
<i>đẩy - kéo </i>
<i>c) Khơng có méo được tạo ra </i>
<i>trong Ic tương ứng với Vin</i>
<b>Hình 3.16. Minh họa bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ AB </b>
- Phân cực cho bộ khuếch đại cân bằng kép:
Hai phương pháp được sử dụng rộng rãi để phân cực cho transistor được thể
hiện ở hình 3.17. Ở hình 3.17a sử dụng giảm điện áp trên hai đầu của R2 là phân
cực cho transistor. Một điện trở với hệ số nhiệt độ âm được kết nối song song với
điện trở R2 để bù nhiệt độ. Nếu nhiệt độ của Q1 và Q2 tăng, Ic sẽ gia tăng cùng với
nhiệt độ, kết quả là các điểm làm việc sẽ dịch chuyển. Tại thời điểm này, giá trị
của nhiệt điện trở giảm nên phân cực thuận của Q1 và Q2 giảm và cường độ dịng
điện tĩnh sẽ khơng tăng lên cùng với nhiệt độ. Mạch hiển thị ở hình 3.17b sử dụng
giảm áp trên các cực của diode là phân cực cho transistor. Bởi vì sự giống nhau
giữa diode và chuyển tiếp PN tạo nên cực BE của transistor Q1, Q2 nên khi nhiệt
độ tăng Vd Vbe Vc và Ic sẽ không tăng được lên. Dòng điện hồi tiếp âm qua
RE sẽ giúp transistor tránh bị đánh thủng do nhiệt độ tăng lên.
<i>a) Phân cực nhờ giảm điện áp </i>
<i>trên R2 kết hợp nhiệt điện trở TH </i>
<i>b) Phân cực nhờ giảm điện áp </i>
<i>trên R2 kết hợp diode </i>
57
- Ưu điểm và nhược điểm của bộ khuếch đại cân bằng kép:
Bộ khuếch đại cân bằng kép sử dụng hai máy biến áp, đáp ứng tần số hẹp,
méo lớn, khối lượng và trọng lượng lớn. Tuy nhiên, nguồn cung cấp nhỏ, công
suất đầu ra cao. Bộ khuếch đại cân bằng kép do đó được sử dụng rộng rãi trong
hệ thống truyền thanh công cộng.
<i>b) Bộ khuếch đại cân bằng đơn (Single - end push - pull amplifier) </i>
Như phân tích ở trên, bộ khuếch đại cân bằng kép có đáp ứng tần số hẹp
(do hiện tượng cộng hưởng khung LC nối với sơ cấp biến áp đầu ra). Để khắc
phục hạn chế này, người ta sử dụng bộ khuếch đại cân bằng đơn.
Có hai loại bộ khuếch đại cân bằng đơn. Đó là:
<i>- Bộ khuếch đại OTL (Output Transfomer Less): Đầu ra máy biến áp thấp. </i>
Đây là bộ khuếch đại khơng có máy biến áp đầu ra. Nối giữa đầu ra của mạch
với tải là tụ điện (thường có giá trị điện dung khoảng 1000F).
<i>- Bộ khuếch đại OCL (Output Capacitor Less): Đầu ra tụ điện thấp. Bộ </i>
khuếch đại này khơng có tụ điện kết nối giữa đầu ra với tải mà đầu ra được nối
trực tiếp với tải.
Mạch OTL tương tự mạch OCL nhưng có một số điểm khác sau đây:
- OTL chỉ kết hợp một bộ nguồn cung cấp điện còn OCL kết hợp nguồn
cung cấp dương và âm với biên độ như nhau. Điện áp điểm trung tâm của OTL
là bằng 1/2 Vcc, còn của OCL là 0V.
- Tồn tại điện dung ký sinh ở đầu ra của OTL.
- Ở tầng đầu của bộ OTL thường sử dụng cách mắc CE (Common Emitter).
Tuy nhiên, có bộ khuếch đại khác được mắc trong OCL.
Bởi vì mạch OCL và mạch OTL giống nhau nên ở đây ta xét chi tiết mạch
OTL. Mạch OTL được phân thành hai loại sau đây:
- OTL sử dụng biến áp như bộ tách pha.
- OTL bổ sung đối xứng.
Trong đó, mạch OTL bổ sung đối xứng được sử dụng rộng rãi nhất. Mô tả
chi tiết loại mạch này như sau:
58
Các mạch cơ bản của bộ khuếch đại đối xứng bổ sung của bộ khuếch đại
cân bằng đơn được mơ tả ở hình 3.18.
<i>a) Nửa chu kỳ dương của tín hiệu </i>
<i>đầu vào: Q1 dẫn, Q2 tắt </i>
<i>b) Nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào: </i>
<i>Q1 tắt, Q2 dẫn </i>
<b> Hình 3.18. Mạch OCL cơ bản </b>
Khi khơng có tín hiệu đầu vào, cả
Q1 và Q2 tắt, khơng có dịng điện qua tải.
Trong nửa chu kỳ dương của tín
hiệu đầu vào, Q1 phân cực thuận, dịng
điện có chiều như ở trên hình 3.18a.
Vào thời gian này Q2 tắt.
Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu
đầu vào, Q2 phân cực thuận, dịng điện có chiều như ở trên hình 3.18b. Vào thời
gian này Q1 tắt.
Khi Q1 và Q2 phân cực ngược, nó hoạt động như bộ khuếch đại ở chế độ B
nên sẽ dẫn đến méo biên độ.
Do đầu ra của mạch này kết nối trực tiếp với tải và kết hợp với nguồn điện
cung cấp kép nên đó là một mạch OCL.
Trong mạch điện hình 3.18, nếu ta thay điện trở đầu ra của mạch bởi một tụ
điện có điện dung tương đối lớn và chỉnh sửa giá trị nguồn cung cấp ta thu được
mạch điện cơ bản của OTL được mô tả ở hình 3.19. Để loại bỏ méo biên độ,
mạch điện thực tế của OTL được cho ở hình 3.20.
Hoạt động của mạch điện ở hình 3.20 như sau:
- Khi khơng có tín hiệu đầu vào, giả thiết Q1 và Q2 đối xứng và được phân
cực, cả hai transistor đều có điểm làm việc tĩnh có điện áp bằng 1/2 Vcc (hình
59
<i>a) Điện áp tại từng điểm </i>
<i>khi Vin = 0 </i>
<i>b) Nửa chu kỳ dương tín </i>
<i>hiệu vào: Q1 dẫn, Co nạp </i>
<i>điện </i>
<i>c) Nửa chu kỳ âm tín hiệu </i>
<i>vào: Q2 dẫn, Co phóng điện </i>
<b>Hình 3.20. Phân tích mạch OTL AMP </b>
- Trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, Q1 dẫn với chiều dịng điện
như trong hình 3.20b. Lúc này tụ điện Co nạp điện và ở tải xuất hiện dòng điện
đầu ra ở nửa chu kỳ dương.
- Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào, Q2 dẫn với chiều dịng điện
như trong hình 3.20c. Lúc này tụ điện Co tương đương như một nguồn điện và
phóng điện, ở tải xuất hiện dịng điện đầu ra ở nửa chu kỳ âm.
- Tầng tiền khuếch đại:
Do đầu ra được lấy ra từ cực phát của Q1, Q2 và đặc điểm chức năng của
mạch cực phát là cường độ dòng điện tăng với tốc độ nhanh hơn tốc độ tăng
điện áp nên để đạt được điện áp tăng theo như yêu cầu, một bộ khuếch đại CE
Ngoài ra, để phân cực cho Q1, Q2 làm việc người ta còn sử dụng mạch phân
cực (hình 3.22). Trong đó biến trở được sử dụng để điều chỉnh sự phân cực và
điều khiển cường độ dịng điện tĩnh.
<b>Hình 3.21. Mạch bổ sung tín hiệu </b>
60
- Tầng khuếch đại công suất: Đầu ra nguồn điện lớn (Large - power
output stage):
Bên cạnh sự gia tăng điện áp, cường độ dòng điện cũng sẽ tăng lên kể từ khi
Io lớn hơn sẽ cho kết quả Po lớn hơn bắt nguồn từ phương trình . Đối với
sự gia tăng của cường độ dòng điện của cường độ dịng điện, tầng đầu ra có thể
được thay đổi bằng sơ đồ darlington. Hình 3.23 cho thấy một mạch OTL AMP
hoàn toàn đối xứng, trong đó Q3 (NPN) và Q4 (PNP) là hồn tồn giống nhau.
Dịng điện hồi tiếp âm đi qua điện trở Re giúp ngăn chặn transistor bị đánh thủng
<b>trong suốt chu kỳ tăng của dịng điện - nhiệt độ. (Ví dụ: V</b>be = Vb – Ve = Vb – Ie.Re
= Vb – Ic.Re). Khi nhiệt độ tăng dẫn tới Ic , Vbe sẽ giảm và Ib , Ic . Do đó, nhiệt
độ sẽ không tăng). Điện áp phân cực Vbe1 + Vre2 + Vre4 + Vre5 = 2,4V (lớn nhất)
trên cơ sở Vbe = 0,6V. Mạch phân cực do đó thay đổi như thể hiện ở hình 3.24 có
thể cung cấp chức năng bù nhiệt.
<b>Hình 3.23. Mạch OTL đầy đủ </b> <b>Hình 3.24. Mạch phân cực cho </b>
<b>tầng khuếch đại tín hiệu lớn </b>
- Hồi tiếp một chiều:
61
Trong hình 3.25, điện trở hồi tiếp VR100K (R3) của OTL được kết nối với
các điểm trung gian để hình thành nên hồi tiếp âm một chiều. Nếu điện áp điểm
trung tâm dịch chuyển, trạng thái sẽ được chuyển đến điểm trung bình và sẽ tự
động điều chỉnh để giữ giá trị điện áp 1/2 Vcc. Ví dụ, ở trong hình 3.25, nếu điện
áp điểm giữa tăng, lúc này Vc1 , Vb2 , Vc2 , Vb4 , Ve4 và điện áp điểm
giữa giảm.
- Hồi tiếp âm xoay chiều:
Trong mạch điện ở hình 3.25, C3 và R5 tạo thành mạch hồi tiếp âm xoay
chiều. Do mạch OTL rất dễ tạo dao động vì có hệ số khuếch đại lớn nên mạch
hồi tiếp âm được sử dụng để làm giảm hệ số khuếch đại. Tụ C3 sẽ cô lập các
thành phần DC vượt quá thành phần AC. Như vậy, hồi tiếp âm một chiều sẽ tỷ
lệ với hồi tiếp âm xoay chiều và phụ thuộc vào các giá trị của R6 và R5.
- Công suất đầu ra tối đa:
Điện áp đầu ra tối đa của OTL AMP sẽ không vượt quá Vcc. Do đó:
(3-12)
Thực tế, vì điện áp sụt giảm tồn tại giữa cực C và cực E của transistor nên
công suất ra tối đa sẽ nhỏ hơn so với tính tốn lý thuyết.
<b>3.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23005.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23005.
- Đồng hồ vạn năng.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>3.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>3.4.1. Thí nghiệm về ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i><b>Bước 1: Gắn và cố định khối KL - 23005 lên phần bảng mạch thí nghiệm </b></i>
<b>chính KL-2001. </b>
<i>Bước 2: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 3.26a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 3.26b.
62
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 3.26. Mạch ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện </b>
<i>Bước 4: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị (IN) của mạch điện hình </i>
<i>3.26.b và kết nối máy hiện sóng với đầu ra (OUT1). </i>
<i>Bước 5: Ngắt kết nối C</i>2 (10F). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu
<i>Bước 6: Kết nối lại C</i>2 (10F), sau đó quan sát dạng sóng ở TP4. Giá trị Av1 tăng
hay giảm?
<i>Bước 7: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng tại V</i>out1. Ghi lại kết quả.
<i>Bước 8: Kết nối C</i>3 (47F). Sau đó quan sát dạng sóng tại TP4 và Vout1 nếu
thấy thay đổi. Lặp lại bước 7.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-1. </b></i>
<i><b>3.4.2. Thí nghiệm về bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 3.27. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp </b>
63
<i>Bước 2: Điều chỉnh VR</i>4 (VR 1M) để , sau đó sử dụng đồng
hồ vạn năng (thang đo DCV) đo Vb1e1 và Vb2e2. Ghi lại kết quả đo được.
<i>Bước 3: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối và máy hiện sóng </i>
tương ứng với đầu vào (IN) và đầu ra (OUT1) của mạch điện.
<i>Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và tăng dần dần biên độ các dao động để có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối
đa mà không bị biến dạng.
<i>Bước 5: Dùng máy hiện sóng quan sát và đo giá trị của V</i>b1, TP4 (Vc1) và
Vout1 (Vc2). Ghi lại kết quả đo được.
<i>Bước 6: Kết nối tụ C</i>3 (47F), sau đó lặp lại bước 5.
<i>Bước 7: Ngắt kết nối tụ C</i>3 (47F) và điều chỉnh ngẫu nhiên VR4 (VR
1M), sau đó quan sát sự thay đổi dạng sóng của Vb1, Vc1, Vb2 và Vc2 (Vout1).
<i>Bước 8: Điều chỉnh VR</i>4 ở vị trí giữa và điều chỉnh tần số tín hiệu đầu vào
từ 0Hz ÷ 20KHz, sau đó quan sát dạng sóng ở IN và OUT1. Ghi lại mối liên hệ
giữa Vout và f.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-2a, b. </b></i>
<i><b>3.4.3. Thí nghiệm về mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 3.28. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 3.28a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.28b. </i>
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN), </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT) và kết nối điện trở
tải 8 (tải được gắn sẵn trên bảng mạch và chưa được kết nối).
64
hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao
<i>Bước 4: Điều chỉnh tần số tín hiệu đầu vào từ 0Hz ÷ 20KHz, sau đó quan </i>
sát dạng sóng của Vin và Vout. Ghi lại mối liên hệ giữa Vout và f.
<i>Bước 5: Kết nối đầu ra dây cắm (tai nghe) với tải kiểm tra xem âm thanh có </i>
được tạo ra hay khơng?
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-3a, b </b></i>
<i><b>3.4.4. Thí nghiệm về bộ khuếch đại đẩy kéo (dual - end push - pull amplifier) </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 3.29. Mạch khuếch đại đẩy kéo (dual - end push - pull amplifier) </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 3.29a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 3.29b. Sau đó kết nối nguồn cung cấp +12V (khối A 8/1W) để
kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện.
65
trí A1) đo dịng điện tĩnh. Nếu cường độ dòng điện này >> 20mA, các transistor
Q6 và Q7 sẽ quá nóng. Lúc này nguồn cung cấp sẽ tắt để kiểm tra mạch (VR1
được kết nối).
<i>Bước 3: Sử dụng vôn kế (thang đo DCV) để đo V</i>be và Vce của mỗi transistor
- Vbe > 0,7V: Hở mạch cực B và cực E – trạng thái (1).
- Vbe < 0,2V, Vce = 0V: Ngắn mạch cực C và cực E – trạng thái (2).
- Vbe = 0,6V, Vce = 0,2V: Transistor dẫn bão hòa – trạng thái (3).
<i>Bước 4: Nếu đó là trạng thái (1) hoặc (2), transistor sẽ được thay thế. Nếu </i>
là trạng thái (3), Vbe (Ib) sẽ được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh VR1 (VR
1K) như trong hình 3.29a.
<i>Bước 5: Kết nối ampe kế ở vị trí A1 và điều chỉnh R15 (SVR 20K) để </i>
, sau đó xem chỉ số của ampe kế này.
<i>Bước 6: Điều chỉnh VR</i>1 (VR 1K) để ampe kế A2 chỉ giá trị khoảng
10mA.
<i>Bước 7: Kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu cuối với đầu vào (IN), </i>
kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).
<i> Bước 8: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 500Hz sóng </i>
hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao
động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng. Lưu ý tới số
chỉ của ampe kế A2 không được tăng quá sẽ làm hỏng thiết bị đo.
<i>Bước 9: Sử dụng máy hiện sóng để đo dạng sóng của V</i>b5, Vc5 và Vb6 tương ứng.
<i>Bước 10: Điều chỉnh VR</i>1 (VR1K) tới giá trị 0, sau đó quan sát dạng
sóng Vout.
<i>Bước 11: Kết nối TP8, TP9 với loa và điều chỉnh ngẫu nhiên độ lớn tín </i>
hiệu đầu ra của bộ phát tín hiệu được cấp cho đầu vào của mạch khuếch đại này.
Sau đó quan sát sự thay đổi của độ lớn âm thanh phát ra và sự tỏa nhiệt của Q6,
Q7 khi hoạt động với tín hiệu ở tần số cao và có biên độ lớn.
<i>Bước 12: Tháo bộ phát tín hiệu khỏi mạch điện và dùng ngón tay chạm vào </i>
đầu cuối đầu vào của bộ khuếch đại này, xuất hiện tiếng rú rít ở loa (tiếng ồn
gây ra do chạm tay vào các thiết bị đầu cuối).
66
<i><b>3.4.5. Thí nghiệm về bộ khuếch đại OTL </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<b>Hình 3.30. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OTL </b>
<i><b>Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23006 lên bảng mạch thí nghiệm chính </b></i>
<b>KL-2001. </b>
<i>Bước 2: Gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.30. Sau đó kết nối khối A </i>
8/1W để kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện
<i>Bước 3: Kết nối ampe kế tới đầu cuối đầu vào của nguồn cung cấp để đo </i>
cường độ dòng điện tĩnh.
<i>Bước 4: Từ từ điều chỉnh nguồn điện cung cấp V+ từ 3V tới 18V, sau đó </i>
xem cường độ dòng điện tĩnh. Nếu cường độ dòng điện này vượt quá 20mA,
điều chỉnh R8 (SVR 500) để duy trì giá trị ở xung quanh 20mA. Nếu điều
chỉnh khơng có hiệu lực, trước tiên thực hiện bước 5.
<i>Bước 5: Điều chỉnh VR</i>3 (VR 100K) để điện áp của điểm A (điểm điện áp
trung bình) = (sai số trong khoảng 2%).
<i>Bước 6: Nếu điểm điện áp trung bình khơng thể điều chỉnh được tới </i> và
cường độ dịng điện tĩnh >> 20mA (transistor đã nóng quá nhiệt độ cho phép),
hãy tắt nguồn điện. Sau đó, trước hết thực hiện kiểm tra nguội các transistor (đo
điện trở các cực của mỗi transistor) để đảm bảo transistor bất kỳ đã kín mạch.
<i>Bước 7: Kết nối vôn kế (thang đo DCV) để đo điện áp trung bình, V</i>be, Vce của mỗi
transistor.
67
với đầu vào (IN), kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra (OUT).
Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin và tăng
dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao động có thể
hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng
<i>Bước 9: Sử dụng máy hiện sóng để đo dạng sóng của TP2, TP3, TP4, TP6, TP7 </i>
và TP11.
<i>Bước 10: Điều chỉnh R</i>8 (SVR 500) về mức nhỏ nhất, sau đó quan sát
méo ở dạng sóng của TP11 (OUT).
<i>Bước 11: Điều chỉnh R</i>8 (SVR 500) về mức lớn nhất, sau đó quan sát độ
nóng của Q3 và Q4 tương ứng với tín hiệu đầu vào cấp cho bộ khuếch đại này.
<i>Bước 12: Khi đã điều chỉnh điện áp trung bình và cường độ dịng điện tĩnh </i>
ở giá trị theo như yêu cầu, thay đổi kết nối đến loa 8/20W cho thiết bị đầu cuối
đầu ra và nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu
<i>Bước 13: Tháo bộ phát tín hiệu khỏi mạch điện và dùng ngón tay chạm vào </i>
đầu cuối đầu vào của bộ khuếch đại này, xuất hiện tiếng rú rít ở loa (tiếng ồn
gây ra do chạm tay vào các thiết bị đầu cuối).
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-5. </b></i>
<i><b>3.4.6. Thí nghiệm về bộ khuếch đại OCL </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<b>Hình 3.31. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.31. </i>
68
cường độ dòng điện tĩnh.
<i>Bước 3: Kết nối nguồn điện cung cấp 12V,sau đó điều chỉnh R</i>9 (SVR
100) để cường độ dòng điện tĩnh xấp xỉ 20mA, sau đó đo điện áp tại TP4
(điểm điện áp trung bình) có được trong khoảng 0V 5V trong điều kiện bình
thường. Nếu điện áp trung bình có giá trị vượt quá khoảng giá trị ở trên 1V,
xem lại đầu ra có cường độ dịng điện tĩnh q lớn và transistor q nóng (trong
trường hợp q trình điều chỉnh khơng có tác dụng). Lúc này ngắt nguồn cung
cấp để kiểm tra mạch. Việc kiểm tra mạch được thực hiện theo trình tự:
<i>- Kiểm tra thuần trở: Kiểm tra các cực bất kỳ của mỗi transistor. </i>
<i>- Kiểm tra tĩnh: Kết nối nguồn điện cung cấp, sau đó đo giá trị của V</i>be và
Vce của mỗi transistor, trong đó các giá trị này sẽ được sử dụng để đánh giá tình
<i>Bước 4: Sau khi điểm điện áp trung bình và cường độ dịng điện tĩnh đạt </i>
giá trị như yêu cầu (6V và 20mA), kết nối bộ phát tín hiệu trong thiết bị đầu
cuối với đầu vào (IN), kết nối máy hiện sóng cho thiết bị đầu cuối với đầu ra
(OUT). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin
và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín hiệu để các dao động có
thể hiển thị dạng sóng đầu ra tối đa mà không bị biến dạng.
<i>Bước 5: Sử dụng máy hiện sóng để đo và xem dạng sóng của từng điểm </i>
kiểm tra.
<i>Bước 6: Điều chỉnh R</i>9 (SVR 100) về mức nhỏ nhất, sau đó quan sát méo
ở dạng sóng của TP14.
<i>Bước 7: Điều chỉnh R</i>9 (SVR 100) về mức lớn nhất, sau đó kiểm tra độ
nóng của Q5 và Q6 tương ứng với tín hiệu đầu vào cấp cho bộ khuếch đại này.
<i>Bước 8: Khi đã điều chỉnh điện áp trung bình và cường độ dịng điện tĩnh ở </i>
giá trị theo như yêu cầu, thay đổi kết nối đến loa 8/20W cho thiết bị đầu cuối
đầu ra và nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu
cuối đầu vào, sau đó nghe thử âm thanh.
<i>Bước 9: Tháo bộ phát tín hiệu khỏi mạch điện và dùng ngón tay chạm vào </i>
đầu cuối đầu vào của bộ khuếch đại này, xuất hiện tiếng rú rít ở loa (tiếng ồn
gây ra do chạm tay vào các thiết bị đầu cuối).
69
<i><b>3.4.7. Thí nghiệm về IC khuếch đại âm thanh OTL </b></i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch và gắn các ghim mạch như hình vẽ 3.32. Sau đó kết </i>
nối khối A 8/0,5W (R16) để kết nối điện trở tải với đầu ra OUT của mạch điện.
<i>Bước 2: Kết nối máy phát tín hiệu với VR</i>2, sau đó kết nối VR2 với đầu
cuối INPUT (Bởi vì mức tín hiệu đầu ra bộ khuếch đại IC là rất lớn nên tín hiệu
đầu vào phải có để ở mức thấp hơn). Kết nối máy hiện sóng với đầu cuối đầu
vào (INPUT) và đầu ra (OUTA). Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần
số 1KHz sóng hình sin và tăng dần dần biên độ điện áp đầu ra của máy phát tín
hiệu để các dao động có thể hiển thị dạng sóng đầu ra của IC này tối đa mà
không bị biến dạng.
<i>Bước 3: Thay đổi kết nối đến loa 8/0,5W cho thiết bị đầu cuối đầu ra và </i>
nguồn tín hiệu khác như CD hoặc máy nghe nhạc… đến thiết bị đầu cuối đầu
vào, sau đó nghe thử âm thanh.
<b>Hình 3.32. Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL </b>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN3-7. </b></i>
<b>3.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
Sau khi học xong bài này, sinh viên nắm vững được một số vấn đề trọng
tâm thơng qua tiến hành thí nghiệm:
- Ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện (ghép điện dung).
- Mạch khuếch đại tích hợp (IC AMP).
Khi khảo sát mạch khuếch đại OTL và OCL có hai vấn đề cần chú ý:
- Nhiễu lớn.
70
tới các điểm sau:
- Transistor được sử dụng ở tầng đầu ra của OTL AMP là các cặp transistor
có đặc tính giống nhau và dịng rò nhỏ.
- Lựa chọn nguồn cung cấp với hệ số gợn sóng nhỏ.
- Điện áp trung bình được điều chỉnh với giá trị: đối với OTL;
xấp xỉ 0V đối với OCL.
- Cường độ dòng điện tĩnh được điều chỉnh đúng giá trị.
<b>3.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
Thực hiện việc sửa chữa sau đây đề cập tới kết quả kiểm tra hoạt động của
các mạch thí nghiệm, bao gồm: Hiện tượng lỗi, các phần bị lỗi và các bước sửa chữa.
<i><b>3.6.1. Mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều của Q</i>1 bị lỗi và sự khuếch đại của
tầng đầu bị gián đoạn.
<i>b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 3.33 </i>
<b>Hình 3.33. Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện </b>
<i>- Điểm lỗi: </i>
+ S1 (VR4 1M) mở: Hở mạch;
+ S2 (cực B, E của Q1) đóng: Ngắn mạch.
<i>- Lỗi 1: S</i>1 mở, S2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vb1 = 0V, Ve1 = 0V, Vc = Vcc.
<i>- Lỗi 2: S</i>2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vbe1 = 0V, Vb1 = Ve1 = 0V, Vc = Vcc.
Các lỗi trên không ảnh hưởng tới chế độ phân cực một chiều của Q2.
71
<i><b>3.6.2. Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Phân cực một chiều của Q</i>1, Q2<i> bị lỗi. </i>
<i>b) Các phần lỗi: mơ tả ở hình 3.34 </i>
<b>Hình 3.34. Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp </b>
S1 (VR4) mở: Hở mạch, S2 (cực B, E của Q1) đóng: Ngắn mạch.
<i>Lỗi 1: S</i>1 mở. Các giá trị đo kiểm tra: Vb1 = 0V, Vc1 = Vb2 = Vcc, Vc2
<i>Lỗi 2: S</i>2 đóng. Các giá trị đo kiểm tra: Vbe1 = 0V, Vc1 = Vb2 = Vcc, Vc2
Lỗi ở vòng khuếch đại Q1 sẽ ảnh hưởng đến chế độ phân cực một chiều của Q2.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1 (VR4 1M) từ mở
đóng, S2 (cực B, E của Q1) từ đóng hở mạch.
<i><b>3.6.3. Bộ khuếch đại ghép tầng dùng biến áp </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Khơng khuếch đại được tín hiệu. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 3.35. </i>
<b>Hình 3.35. Các phần lỗi của mạch ghép biến áp </b>
S4 (cực B, E của Q3) đóng: Ngắn mạch.
72
<i><b>3.6.4. Mạch khuếch đại đẩy kéo </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: </i>
- Khuếch đại tín hiệu lỗi.
<b>- Khơng có tín hiệu đầu ra. </b>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 3.36. </i>
<b>Hình 3.36. Các phần lỗi của mạch khuếch đại đẩy - kéo </b>
S3 mở (R15 hở mạch), S8 mở (cuộn sơ cấp của máy biến áp OPT hở mạch).
<i>Lỗi 1: S</i>3 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q5: Vb5 = 0V, Vbe5 = 0V, Vc5 = Vcc
<i>Lỗi 2: S</i>8 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q6: Vbe6 = 0,6V, Vc6 = 0V
Đo các tín hiệu đầu vào, Vb5, Vc5, Vb6 và Vb7<i> đều bình thường. </i>
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>3 và S8 từ mở đóng.
<i><b>3.6.5. Bộ khuếch đại OTL </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Điện áp điểm trung bình khác thường. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 3.37. </i>
73
S4 (CR1) đóng: ngắn mạch, S5 (cực B, E của Q2) đóng: ngắn mạch, S3 (cực
C, E của Q3) mở: hở mạch.
<i>Lỗi 1: S</i>4 đóng. Biên độ điện áp nhiễu rất lớn.
<i>Lỗi 2: S</i>5 đóng. Các giá trị đo kiểm tra Q2: Vbe2 = 0V, Vc2 , điện áp trung
bình tăng.
<i>Lỗi 3: S</i>3 mở. Các giá trị đo kiểm tra Q3: Vc3 = 0V, Vc2 , điện áp trung bình
giảm chậm.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>4, S5 từ đóng mở, S3 từ
mở đóng.
<i><b>3.6.6. Bộ khuếch đại OCL </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: </i>
- Khuếch đại bị lỗi.
- Điện áp trung bình bị lỗi.
- Méo lớn và cường độ dòng điện tĩnh quá nhỏ.
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 3.38. </i>
<b>Hình 3.38. Các phần lỗi của mạch khuếch đại OCL </b>
S1 (CR1: 6,2V) đóng: Ngắn mạch, S3 (cực C, E của Q3) đóng: Ngắn mạch,
S2 (CR2, CR3) đóng: Ngắn mạch.
<i>Lỗi 1: S</i>1 đóng. Đo kiểm tra Q1, Q2: Ve1 = Ve2 = 0V.
<i>Lỗi 2: S</i>3 đóng. Đo kiểm tra Q1, Q2: Ve1 = Ve2 = -Vcc.
74
<b>3.7. Ôn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:
<b>Câu 1. Để có được đáp tuyến tần số tốt nhất, loại ghép nối tầng khuếch đại </b>
nào sau đây được lựa chọn?
A. Ghép trực tiếp B. Ghép điện dung C. Ghép biến áp
<b>Câu 2. Loại ghép nối tầng khuêch đại được sử dụng rộng rãi nhất là: </b>
A. Ghép trực tiếp B. Ghép điện dung C. Ghép biến áp
<b>Câu 3. Một trong những yếu tố không ảnh hưởng tới đáp tuyến tần số thấp </b>
của bộ khuếch đại là:
A. Điện dung giữa các tầng khuếch đại. B. Cách ghép nối transistor
C. Khi tụ điện đóng vai trị như nguồn điện cung cấp.
<b>Câu 4. Đối với một bộ khuếch đại có 3 tầng, nếu hệ số khuếch đại điện áp Av </b>
của từng tầng là 50, 100, 200 thì hệ số khuếch đại tổng của bộ khuếch đại này là:
A. 100dB B. 80dB C. 120dB
<b>Câu 5. Bộ khuếch đại công tác ở chế độ nào sau đây sẽ có méo nhỏ nhất? </b>
A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C D. Chế độ AB
<b>Câu 6. Bộ khuếch đại công tác ở chế độ nào sau đây sẽ có hiệu suất lớn </b>
nhất?
A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C D. Chế độ AB
<b>Câu 7. Tất cả các bộ khuếch đại làm việc ở chế độ? </b>
A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C
<b>Câu 8. Đối với một biến áp có hệ số biến áp là 10:1, nếu một điện trở tải </b>
8 được kết nối ở bên thứ cấp, trở kháng ở bên sơ cấp sẽ là:
A. 8 B. 8K C. 800
<b>Câu 9. Bộ khuếch đại đẩy – kéo làm việc ở chế độ? </b>
A. Chế độ A B. Chế độ B C. Chế độ C
<b>Câu 10. Để loại trừ méo xuyên kênh cho các bộ khuếch đại đẩy – kéo, </b>
chúng sẽ làm việc ở chế độ?
A. Chế độ A B. Chế độ AB C. Chế độ B
<b>Câu 11. Bộ khuếch đại làm việc ở khu vực phi tuyến sẽ tạo ra: </b>
A. Méo tần số B. Méo biên độ C. Méo pha
<b>Câu 12. Điện áp trung bình của bộ khuếch đại OCL là: </b>
75
<b>Câu 13. Bộ khuếch đại OTL: </b>
A. Không kết hợp với biến áp đầu ra B. Không kết hợp với tụ điện đầu ra
C. Kết hợp nguồn điện cung cấp kép
<b>Câu 14. R</b>14 và C2 ở hình 3.30 được gọi là:
A. Mạch ghép nối đảo ngược B. Mạch chia điện áp C. Mạch điện tích
<b>Câu 15. Tụ C</b>4 ở hình 3.30 được gọi là:
A. Tụ lọc B. Tụ phân dịng C. Tụ có trở kháng tăng
<b>3.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN3-1. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép </b>
<b>tầng bằng tụ điện </b>
<b>Ngắt kết nối C3</b> <b>Kết nối C3</b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b> <b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
* Kết quả tính tốn hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại ghép tầng bằng tụ
điện (trường hợp ngắt kết nối tụ C3 ) dựa vào số liệu trong bảng TN3-1:
76
<b>Bảng TN3-2.a. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép </b>
<b>tầng trực tiếp </b>
<b>Ngắt kết nối C3</b> <b>Kết nối C3</b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b> <b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
* Kết quả tính tốn hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại ghép tầng trực
tiếp (trường hợp ngắt kết nối tụ C3 ) dựa vào số liệu trong bảng TN3-2a:
77
<b>Bảng TN3-2.b. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp </b>
Avo: hệ số khuếch đại Av khi Vo cực đại
<b>Bảng TN3-3a. Kết quả đo điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép </b>
<b>tầng dùng biến áp </b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
<i><b>* Cơng suất đầu ra lớn nhất: </b></i>
<b>Bảng TN3-3b. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp </b>
78
<b>Bảng TN3-4a. Kết quả đo tĩnh của transistor Q5, Q6</b>
<b>Dòng tĩnh (A2) </b> <b>Vbe5</b> <b>Vce5</b> <b>Vbe6</b>
<b>Bảng TN3-4b. Kết quả đo các điện áp xoay chiều của mạch đẩy – kéo </b>
79
<b>Bảng TN3-5. Kết quả thí nghiệm của mạch OTL </b>
<i><b>Dạng sóng </b></i> <i><b>V</b><b>a</b></i> <i><b>I</b><b>cc</b></i> <i><b>P</b><b>o</b></i>
<i><b>V</b><b>in</b></i>
<i><b>V</b><b>out</b></i>
<i><b>* Cơng suất đầu ra: </b></i>
<b>Bảng TN3-6. Kết quả thí nghiệm của mạch OCL </b>
<i><b>Dạng sóng </b></i> <i><b>V</b><b>a</b></i> <i><b>I</b><b>cc</b></i> <i><b>P</b><b>o</b></i>
<i><b>V</b><b>in</b></i>
<i><b>V</b><b>out</b></i>
* Xem dạng sóng của mỗi điểm kiểm tra và Vbe, Vce của mỗi transistor, sau
đó ghi lại các giá trị sau đây:
- Điện áp trung bình (Va).
- Cường độ dịng điện tĩnh (Icc).
- Vin.
- Dạng sóng của Vout.
80
<b>Bảng TN3-7. Kết quả thí nghiệm của mạch IC âm thanh OTL </b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 3 </b>
<i>1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học </i>
kỹ thuật.
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo Dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL. </i>
81
<b>Bài 4 </b>
<i><b>THÍ NGHIỆM VỀ ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN </b></i>
<b>(OPERATION AMPLIFIER – OP AMP) </b>
<b>4.1. Mục tiêu </b>
<b>4.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>4.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>4.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>4.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>4.6. Ôn tập - vận dụng </b>
82
<b>4.1. Mục tiêu </b>
- Sinh viên nhận biết và phân loại được các đặc tính cơ bản của bộ khuếch
đại thuật toán (Operation Amplifier – OP AMP): OP AMP lý tưởng, trở kháng
vào/ra (Zin/Zout), hệ số khuếch đại điện áp (Av)…
- Phương pháp điều chỉnh điện áp lệch khơng (Offset) của OP AMP.
<b>4.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>4.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
- Trong điều kiện lý tưởng khi Vi của OP AMP là 0V thì Vo sẽ bằng 0V.
Tuy nhiên, do sự mất cân bằng ở mạch bên trong của OP AMP nên Vo thường
lệch đi 0V ( 0). Trạng thái lệch này thể hiện bởi một điện áp lệch (offset - Vos)
Tỷ số nén tín hiệu đồng pha (Common Mode Rejection Ratio - CMRR):
thường được ký hiệu là CMRR hoặc và được tính theo cơng thức:
(4-1)
Giá trị này nên đạt mức lớn nhất có thể.
<i><b>4.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
<i>4.2.2.1. Mạch khuếch đại vi sai </i>
Mạch tương đương bên trong của một OP AMP thực tế (A) được thể hiện
ở hình 4.1, ở đó cấu trúc mạch giống với mạch OCL AMP với cấu trúc khuếch
đại khác trong tầng vào.
<b>Hình 4.1. Cấu trúc bên trong của A741 </b>
<i>a) Cấu trúc của mạch khuếch đại vi sai: </i>
83
thiện của IC khuếch đại vi sai được mô tả ở hình 4.2b và ký hiệu của mạch cho ở
hình 4.2c. Tín hiệu ra của khuếch đại vi sai là cường độ được khuếch đại của sự
chênh lệch tín hiệu giữa hai tín hiệu vào. Nói cách khác, tín hiệu ra tỷ lệ thuận
với chênh lệch giữa hai tín hiệu vào: Vo = Av.(Vi1 – Vi2).
<i>a) Mạch nguyên lý </i> <i>b) Cấu trúc bên trong </i> <i>c) Ký hiệu </i>
<b>Hình 4.2. Mạch khuếch đại vi sai </b>
<i>b) Phân loại bộ khuếch đại vi sai: dựa theo số lượng đầu vào/đầu ra </i>
- Một đầu vào, một đầu ra.
- Một đầu vào, hai đầu ra.
- Hai đầu vào, một đầu ra.
- Hai đầu vào, hai đầu ra.
Sau đây ta phân tích chi tiết các sơ đồ của bộ khuếch đại vi sai.
- Một đầu vào, một đầu ra:
Đầu ra Vo1:
<i>a) </i> <i>b) </i>
<b>Hình 4.3. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo1) </b>
84
Đầu ra Vo2:
Như trên hình 4.4c, khi tín hiệu Vi1 cấp cho Q1, tín hiệu ra cũng có thể lấy
ra từ cực phát (cực E) của Q1, thêm đầu ra Vo1 lấy từ cực góp. Theo như đặc tính
của mạch mắc CC, tín hiệu ra từ cực phát cùng pha và gần như bằng biên độ với
tín hiệu vào (Av 1). Tín hiệu lấy ra ở cực phát của Q1 vì thế cùng pha và gần
như cùng biên độ với Vi1.
<i>a) </i> <i>b) </i> <i>c) </i>
<b>Hình 4.4. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo2) </b>
Vì các cực phát của Q1 và Q2 được kết nối với nhau, cực phát của Q2 nối
với đất cũng thể hiện tín hiệu giống cực phát của Q1 với biên độ xấp xỉ bằng Vi1
với pha giống nhau.
Tín hiệu cực phát của Q2 thể hiện giữa cực phát với đất, trong khi nguồn
của Q2 nối trực tiếp với đất. Tín hiệu này được đưa vào ảo giữa cực phát và cực
nguồn, có thể xem như tín hiệu vào của Q2. Tín hiệu đưa tới nguồn của Q1
ngược pha với Vi1. Nói cách khác, tín hiệu đưa vào nguồn của Q2 ngược pha
nhưng cùng biên độ với Vi1.
Tín hiệu đưa vào nguồn của Q2, ngược pha nhưng cùng biên độ với Vi1,
được khuếch đại bởi Q2 và sau đó tín hiệu ra Vo2 sẽ được chuyển đi từ cực
góp. Vì tín hiệu nguồn của Q2 ngược pha với Vi1 và cũng vì Vo2 ngược pha
với tín hiệu nguồn này nên Vo2 cùng pha với Vi1 (mô tả ở hình 4.4b). Nếu
điện áp nhận cho cả Q1 và Q2 là Av, Vo2 = Vo1 nhưng ngược pha vì biên độ
của tín hiệu nguồn Q2 bằng với tín hiệu vào Vi1 đưa vào nguồn Q1, được thể
hiện bởi Vo2 = Av.Vi1.
85
<i>a) </i> <i>b) </i>
<b>Hình 4.5. Tín hiệu ra OP AMP với kết nối 1 đầu vào </b>
Nếu tín hiệu vào được đưa vào một trong các đầu vào của bộ khuếch đại vi
sai với kết nối một đầu vào thì những tín hiệu khuếch đại với cùng biên độ và
ngược pha sẽ nhận từ Vo1 và Vo2.
- Một đầu vào, hai đầu ra:
<b>Hình 4.6. Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 2 đầu ra </b>
Từ hình 4.6, ta có điện áp đầu ra được xác định theo công thức:
Vo = Vo1 – Vo2 = 2Vo1 = -2Av.Vi1 (hoặc 2Av.Vi2) (4-2)
- Hai đầu vào, một đầu ra:
<b>Hình 4.7. Bộ khuếch đại vi sai 2 đầu vào, 1 đầu ra </b>
Xét hình 4.7:
Vo1 = -Av.Vi1 + Av.Vi2 = -Av.(Vi1 – Vi2) (4-3)
Vo2 = Av.Vi1 + (-Av.Vi2) = Av.(Vi1 – Vi2) (4-4)
Điện áp hiệu đầu vào:
Vd = Vi1 – Vi2 = Vi1 – (-Vi1) = 2Vi1 (hoặc Vd = -2Vi1)
Từ phương trình (4-3), (4-4) ta suy ra:
Nếu Vi1 = Vi2 (cùng pha), Vo1 = Vo2 = 0 (hình 4.8).
86
<b>Hình 4.8. Dạng sóng của Vo1, Vo2 </b>
<b>khi Vi1 = Vi2 (cùng pha) </b>
<b>Hình 4.9. Dạng sóng của Vo1, </b>
<b>Vo2 khi Vi1 = -Vi2 (ngược pha) </b>
- Hai đầu vào, hai đầu ra:
Như ở hình 4.8 và hình 4.9:
Vo = Vo1 – Vo2 = -Av.(Vi1 – Vi2) – Av.(Vi1 – Vi2)
Vo = -2Av.(Vi1 – Vi2) = -2Av.Vd
Nếu:
+ Vi1 = Vi2 Vo = 0
+ Vi1 = -Vi2 Vo = -2Av.(2Vi1) = -4Av.Vi1
<i>c) Các tham số đặc trưng của bộ khuếch đại vi sai </i>
- Ac<b>: độ lợi tín hiệu đồng pha hay hệ số khuếch đại đối với tín hiệu đồng pha. </b>
- Ad<b>: độ lợi tín hiệu vi sai; nghĩa là hệ số khuếch đại đối với tín hiệu vi sai. </b>
- Vc: Tín hiệu đồng pha (tín hiệu cùng loại).
- Vd<b>: Tín hiệu vi sai pha (tín hiệu khác loại). </b>
- Vo <b>= A</b>d.Vd + Ac.Vc
Giá trị của Ac ở một bộ khuếch đại vi sai lý tưởng phải nhỏ nhất có thể và
giá trị của Vo phải tỷ lệ thuận với Ad.
<i>d) Tỷ số nén tín hiệu đồng pha (CMRR) </i>
CMRR dùng để chỉ khả năng khuếch đại của một bộ khuếch đại vi sai
(hoặc một OP AMP) để nén nhiễu. Giá trị CMRR càng lớn, tương đương với giá
trị Ac càng nhỏ, thể hiện khả năng nén nhiễu tốt hơn.
Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại vi sai xác định theo CMRR:
87
Tín hiệu đồng pha do vậy được nén. Vì nhiễu thường tồn tại đồng thời ở
Vi1 và Vi2 như tín hiệu đồng pha, khuếch đại vi sai với giá trị CMRR lớn hơn sẽ
sở hữu khả năng nén nhiễu tốt hơn.
<i>4.2.2.2. Đặc tính cơ bản của OP AMP </i>
<i>a) OP AMP là gì? </i>
- OP AMP là một IC gọi là mạch khuếch đại thuật toán, cũng được gọi tắt
là OPA.
- OPA là khuếch đại bao gồm một đầu vào đảo (-), một đầu vào không đảo
(+) và một đầu ra.
<b>Hình 4.10. Ký hiệu của OP AMP </b>
<b>Hình 4.11. Nguồn cung cấp cho OP AMP </b>
Ký hiệu của OP AMP được cho ở hình 4.10.
- OPA thường tích hợp hai nguồn điện với biên độ giống nhau và phân cực
khác nhau, thường là 3V ÷ 24V, trong đó 12V được sử dụng rộng rãi nhất.
Mạch tương đương bên trong của OP AMP được thể hiện ở hình 4.11, rất
giống OCL AMP. Nếu Vi = 0V, Vo sẽ bằng 0V. Nguồn điện đơn cũng có thể
được tích hợp trong OP AMP và tại thời điểm này Vo sẽ bằng 1/2 Vcc thay vì 0V
nếu Vi được đưa vào.
<i>b) Các đặc tính của OP AMP lý tưởng: </i>
- Hệ số khuếch đại rất lớn: Av = .
- Trở kháng vào lớn: Zi = .
- Trở kháng ra nhỏ: Zo = 0.
- Băng thông rộng: BW = .
- Nếu Vi = 0, Vo = 0.
- Các đặc tính khơng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
88
- Trở kháng vào (Zi):
<i><b>a) </b></i> <i><b>b) </b></i>
<b>Hình 4.12. Trở kháng đầu vào của OP AMP </b>
Giá trị lý tưởng của điện trở vào của bản thân OP AMP là , giá trị thực tế
cũng rất lớn. Tuy nhiên, sau khi các mạch khác nhau được kết nối, Zi sẽ bao
gồm cả các phần bên ngoài (R1 và Rf), thể hiện trong hình 4.12a. Zi biểu diễn
như trong hình 4.12b được tính tốn như điện trở tải (nếu )
- Trở kháng ra (Zo):
<i>a) </i> <i>b) </i>
<b>Hình 4.13. Trở kháng đầu ra của OP AMP </b>
Phương pháp tính Zo ở hình 4.13a giống như tính Zi. Theo như hình 4.13b,
Theo hình 4.13a, trước tiên ta điều chỉnh VR 1K để Vo’ = 1/2 Vcc, sau đó đo
giá trị của RL (VR1Kab + 22), đó chính là Zo. Nếu khơng thể điều chỉnh Vo’ =
1/2 Vcc, ta có thể sử dụng cơng thức phân áp để tính tốn Zo. Sau đó
điều chỉnh RL = để có thể đo Vo.
- Tốc độ biến thiên (Slew Rate – SR): 0,8Vpp/tr
89
<b>Hình 4.14. Mơ tả SR </b> <b>Hình 4.15. Mạch đo SR </b>
Mạch đo SR thể hiện ở hình 4.15, tr và Vpp có thể được tính tốn từ dạng
sóng của Vo. Khi đó SR có thể được tính tốn từ phương trình SR = 0,8Vpp/tr. Ở
đây, 0,8Vpp thể hiện biên độ thay đổi của điện áp trong suốt quá trình tăng và tr
thể hiện thời gian tăng.
- Băng thông (Band Width – BW):
Băng thông của một OPA lý tưởng sẽ lên tới , nhưng đó khơng phải là giá
trị thật sự. Giá trị của BW ở các tài liệu kỹ thuật thông thường là trên vài MHz.
Thực tế, nếu giá trị băng thơng q thấp, nó sẽ không phù hợp khi mạch làm
việc ở tần số cao.
- Điện áp bù không (Offset Voltage level zero adjustment):
Với một OPA lý tưởng, Vo sẽ bằng 0V nếu Vi = 0, nhưng trong thực tế thì
Vo thường 0V khi Vi = 0.
Nếu OPA được sử dụng trong mạch điều khiển, khi hoạt động sẽ bị ảnh
hưởng nếu Vo 0 khi Vi = 0. Để khắc phục, cần phải điều chỉnh Vo = 0V khi Vi
= 0V trên mạch thực tế. Điều chỉnh điện áp offset có thể dùng các phương pháp
sau đây:
<i> Bù “khơng” ở phía đầu vào khuếch đại đảo: </i>
<b>Hình 4.16. Bù “khơng” cho OP AMP ở đầu vào đảo </b>
Khi Vi = 0V, điều chỉnh VR 1K để Vo = 0V.
90
<i>+ Bù “khơng” ở phía đầu vào khuếch đại khơng đảo: </i>
<b>Hình 4.17. Bù “khơng” cho OP AMP ở đầu vào khơng đảo </b>
Vì nên R2 phải nhỏ hơn rất nhiều so với R1 để
Vì , khi Vi = 0V (nối đất), sự điều chỉnh VR 1K và VR 100K
có thể làm thay đổi giá trị Vo.
<i> Bù không ở mạch theo điện áp: </i>
<b>Hình 4.18. Bù “khơng” ở mạch theo điện áp </b>
Vì , khi Vi = 0V (nối đất), sự điều chỉnh VR 100K có thể làm
thay đổi giá trị Vo.
<i> Bù không ở bên trong OPA: </i>
<b>Hình 4.19. Bù “khơng” ở bên trong OPA </b>
Mạch ở hình 4.19 có thể thực hiện việc bù điện áp offset khi chế tạo IC
rỗng, sau đó giá trị Vo được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh trạng thái cân
bằng của tầng vi sai bên trong IC.
<b>4.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23012.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23012.
- Đồng hồ vạn năng.
- Nguồn cung cấp một chiều.
91
<b>4.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>4.4.1. Thí nghiệm về mạch vi sai dùng transistor lưỡng cực </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim </i>
mạch theo như sơ đồ hình 4.20.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và </i>
máy hiện sóng với đầu vào của mạch, kết
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR</i>1 để điện trở tại
các điểm B và C là lớn nhất (VIN1 = VIN2).
<i>Bước 4: Điều chỉnh đầu ra của máy </i>
phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình
sin và tăng dần dần biên độ để các dao
động có thể hiển thị dạng sóng ở đầu ra
tối đa mà không bị biến dạng. Đo điện áp
tại IN1, IN2, OUT1 và OUT2 tương ứng và ghi lại dạng sóng tại các điểm đo này.
<i>Bước 5: Điều chỉnh VR</i>1 để điện trở tại các điểm B và C là nhỏ nhất (0) và
VIN2 = 0V.
<i>Bước 6: Lặp lại bước 4. </i>
<i>Bước 7: Điều chỉnh VR</i>1 để điện trở tại các điểm B và C là 500 và VIN2 =
1/2 VIN1.
<i>Bước 8: Lặp lại bước 4. </i>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN4-1. </b></i>
<i><b>4.4.2. Thí nghiệm về các đặc tính cơ bản của OP AMP </b></i>
<i>4.4.2.1. Thí nghiệm về trở kháng vào Zi</i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 4.21a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
4.21b.
<i>Bước 2: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin và điều chỉnh biên độ tín hiệu ra tới mức nhỏ nhất.
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR 100K (VR</i>3) tới giá trị nhỏ nhất (tại đó điểm B và
điểm C được kết nối).
<i>Bước 4: Điều chỉnh biên độ của đầu ra (OUT) lớn nhất mà không bị biến dạng. </i>
<i>Bước 5: Xem và ghi lại dạng sóng ở đầu vào IN1. </i>
92
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 4.21. Thí nghiệm về trở kháng vào (Zi) của OP AMP </b>
<i>Bước 6: Điều chỉnh VR</i>3 tới khi tín hiệu ở đầu vào (IN1) bằng một nửa
dạng sóng ở bước 4.
<i>Bước 7: Tắt nguồn điện cung cấp. </i>
<i>Bước 8: Sử dụng đồng hồ vạn năng (thang ) để đo giá trị điện trở giữa B </i>
và C của VR 100K. Giá trị đo được chính là trở kháng vào (Zi) của OP AMP.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN4-2. </b></i>
<i>4.4.2.2. Thí nghiệm về trở kháng ra Zo</i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 4.22a và gắn các ghim mạch như hình vẽ 4.22b. </i>
<i>Bước 4: Điều chỉnh biên độ của đầu ra (OUT) lớn nhất mà không bị biến dạng. </i>
<i>Bước 5: Ghi lại giá trị V</i>pp của Vout.
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
93
<i>Bước 6: Kết nối SW1, sau đó xem sự biến đổi dạng sóng của V</i>out.
<i>Bước 7: Điều chỉnh VR 1K (VR</i>1) tới khi tín hiệu ở đầu ra Vout có giá trị
bằng một nửa của nó ở bước 5.
<i>Bước 8: Tắt nguồn điện cung cấp. </i>
<i>Bước 9: Sử dụng đồng hồ vạn năng (thang ) để đo giá trị điện trở của đầu </i>
ra nối với đất. Giá trị đo được chính là trở kháng ra (Zo) của OP AMP.
<i>Bước 10: Điều chỉnh bộ phát tín hiệu tới một tần số khác: 100Hz, 10KHz </i>
và 50KHz, sau đó lặp lại bước 2 đến bước 9. Kiểm tra xem trở kháng ra có thay
đổi theo tần số khơng?
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN4-3. </b></i>
<i>4.4.2.3. Thí nghiệm về tốc độ biến thiên SR: </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 4.23. Thí nghiệm về tốc độ biến thiên (SR) của OP AMP </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 4.23a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 4.23b.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào IN1, sau đó điều chỉnh đầu ra </i>
của bộ phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng vng.
<i>Bước 3: Kết nối đầu ra OUT với máy hiện sóng. </i>
<i>Bước 4: Điều chỉnh tần số của tín hiệu vào cho tới khi có thể đo được dạng </i>
sóng của tín hiệu ra bằng máy hiện sóng. Xem và ghi lại giá trị của Vpp và tr.
94
<i>4.4.2.4. Thí nghiệm về băng thơng </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 4.24. Thí nghiệm về băng thông (BW) của OP AMP </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 4.24a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 4.24b. Đưa tới đầu vào IN2 sóng hình sin, tần số 1KHz.
<i>Bước 2: Tăng điện áp vào từ 50mV</i>pp đến 200mVpp (theo số liệu như trong
bảng TN4-5.a), sau đó quan sát dạng sóng ra và ghi lại giá trị đo được.
<i>Bước 3: Tăng dần dần điện áp vào cho tới khi dạng sóng ra lớn nhất được </i>
<i>Bước 4: Điều chỉnh điện áp vào tới giá trị 100mV</i>pp.
<i>Bước 5: Thay đổi tần số từ 50Hz đến 30KHz theo số liệu trong bảng </i>
TN4-5.b, sau đó đo điện áp ra tương ứng.
<i>Bước 6: Vẽ biểu đồ đường cong của tỷ số công suất so với tần số trên hệ </i>
tọa độ với trục tung thể hiện dB và trục hoành thể hiện tần số, sau đó đánh dấu
điểm -3dB.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN4-5a, b, c. </b></i>
<i><b>4.4.3. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại đảo </b></i>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 4.25a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 4.25b.
<i>Bước 2: Kết nối đầu vào đảo (IN3) của OP AMP với đất. </i>
<i>Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng hoặc đồng hồ vạn năng (thang DCV) để đo </i>
điện áp ở đầu ra (OUT).
95
- Điều chỉnh VR2 (VR 1K) lên tới giá trị lớn nhất.
- Điều chỉnh VR3 (VR 100K) để Vout = 0V.
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 4.25. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ </b>
<b>khuếch đại đảo </b>
<i><b>4.4.4. Thí nghiệm điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại không đảo </b></i>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 4.26a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 4.26b.
<i>Bước 2: Kết nối đầu vào không đảo (IN2) của OP AMP với đất. </i>
<i>Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng hoặc đồng hồ vạn năng (thang DCV) để đo </i>
điện áp ở đầu ra (OUT).
<i>Bước 4: Quan sát xem điện áp ở đầu ra (OUT) có bằng 0 hay khơng? Nếu </i>
khơng hãy thực hiện:
- Điều chỉnh VR2 (VR 1K) lên tới giá trị lớn nhất.
- Điều chỉnh VR3 (VR 100K) để Vout = 0V.
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
96
<b>4.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
Các tham số kỹ thuật của OPA bao gồm:
- Điện áp lệch không (offset) đầu vào (mV).
- Điện áp trôi vì nhiệt độ trung bình (V/oC).
- Dịng điện lệch khơng (offset) đầu vào (nA).
- Dịng điện trơi vì nhiệt độ trung bình (nA/oC).
- Dịng điện phân cực đầu vào.
- Tỷ số khử nguồn điện ((V/V).
- Dịng điện ngắn mạch đầu ra (mA).
- Cơng suất tiêu tán (mW).
- Trở kháng vào (M).
- Băng thông (MHz).
- Tốc độ biến thiên SR (V/s).
- Tỷ số nén đồng pha CMRR (dB).
- Trở kháng ra (M).
Trong bài thí nghiệm này chỉ khảo sát một số tham số sử dụng rộng rãi nhất
của OP AMP. Đó là:
<i>- Trở kháng vào (Zi): Có giá trị tương đối lớn. Khi OPA được dùng để </i>
khuếch đại với sơ đồ đảo, trở kháng của toàn mạch sẽ giảm do hiệu ứng của hồi
tiếp âm. Nếu yêu cầu trở kháng vào cao có thể sử dụng OPA với sơ đồ không
đảo hoặc mạch theo điện áp.
<i>- Trở kháng ra (Zo): Thơng thường có giá trị vài . Nếu giá trị điện trở tải </i>
nhỏ, công suất của OPA dễ bão hịa và dạng sóng sẽ bị cắt. Nếu phương pháp
phân áp được sử dụng để đo Zo, điện trở với giá trị lớn hơn sẽ được kết nối để
ngăn không cho điện áp ra (Vo) bị biến dạng. Phương pháp phân áp:
Khi RL = , Vo’ = Vo.
Khi RL , ta có:
Trong đó: Vo’ có thể đo bằng vơn kế, giá trị RL đã biết và giá trị Vo đã biết.
Zo từ đó có thể tính được.
97
<i>- Đo điện áp offset: Sự điều chỉnh điện áp của đầu vào để giữ hoặc cân </i>
bằng mức DC của OPA ở đầu ra là 0V trong trạng thái tĩnh. Vì điện áp offset ra
thơng thường khoảng 1V (nếu cung cấp 10mV ở đầu vào). Giả sử dùng sơ đồ
khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại 100 thì offset đầu ra có thể bằng 0V. Tuy
nhiên việc điều chỉnh giá trị này rất khó khăn vì tỷ số khuếch đại khơng tải của
OPA là rất lớn (). Do vậy, giá trị +Vcc và –Vcc được sử dụng làm đầu ra thay vì
0V đầu ra.
<b>4.6. Ôn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:
<b>Câu 1. Tầng đầu của OPA thường được mắc theo sơ đồ nào sau đây? </b>
A. Khuếch đại đẩy-kéo B. Khuếch đại vi sai C. Khuếch đại CB
<b>Câu 2. Z</b>i của OPA lý tưởng bằng:
A. B. 1M C. 0
<b>Câu 3. Z</b>o của OPA lý tưởng bằng:
A. B. 1M C. 0
<b>Câu 4. Băng thông của OPA, đúng trong khoảng nào dưới đây: </b>
A. 0 ÷ vài MHz B. Chỉ vài KHz C. đáp ứng tần số thấp rất hẹp
<b>Câu 5. Với một OPA lý tưởng, khi V</b>i = 0:
A. Vo = +Vcc B. Vo = 1V C. Vo = 0V
<b>Bài tập: hãy ghi lại các tham số kỹ thuật của các IC OP AMP cho ở bảng </b>
dưới đây:
<b>Số hiệu </b> <b>Công suất nguồn cung cấp </b>
<b>(giới hạn) </b> <b>Zi</b> <b>Zo</b> <b>BW CMRR Av SR </b>
98
<b>4.7. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN4-1. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai </b>
<i><b>V</b><b>IN1</b><b> = V</b><b>IN2</b></i> <i><b>V</b><b>IN2</b><b> = 0 </b></i>
<i><b>V</b><b>IN1</b></i>
<i><b>V</b><b>IN2</b></i>
<i><b>V</b><b>OUT1</b></i>
<i><b>V</b><b>OUT2</b></i>
<i><b>V</b><b>OUT</b></i>
<b>Bảng TN4-2. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng vào của OP AMP </b>
99
<b>Bảng TN4-3. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP </b>
<i><b>f </b></i> <i><b>Z</b><b>o</b></i>
1KHz
100Hz
10KHz
50KHz
<b>Bảng TN4-4. Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP </b>
<b>Bảng TN4-5a. Điện áp ra và hệ số khuếch đại tương ứng </b>
<b>với điện áp vào tăng </b>
<b>Vi</b>
<b>(Vpp) </b>
<b>Vo</b>
<b>(Vpp) </b>
50mV
<b>Bảng TN4-5b. Điện áp ra tương ứng với tần số thay đổi </b>
<b>f </b>
<b>(Hz) </b> <b>Vo</b> <b>Av</b> <b>Av(dB) </b>
<b>f </b>
<b>(Hz) </b> <b>Vo</b> <b>Av</b> <b>Av(dB) </b>
50 5000
200 10000
500 12000
1000 15000
100
<b>Bảng TN4-5c. Biểu đồ tỷ số công suất so với tần số </b>
Avo: Hệ số khuếch đại Av khi Vo cực đại
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 4 </b>
<i>1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học </i>
kỹ thuật.
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo Dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL. </i>
101
<b>Bài 5 </b>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠ BẢN CỦA OP AMP </b>
<b>5.1. Mục tiêu </b>
<b>5.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>5.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>5.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>5.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>5.6. Sửa chữa lỗi mơ phỏng </b>
102
<b>5.1. Mục tiêu </b>
Lắp ráp và đo được các đại lượng điện áp vào/ra, so sánh độ lệch pha giữa
<b>5.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>5.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
- Nối đất ảo (ngắn mạch ảo):
Ngắn mạch bình thường có nghĩa là điện áp xuất hiện ở 2 cực bằng nhau và
dòng điện chạy qua 2 cực là lớn nhất. Tuy vậy, dù V(-) và V(+) của đầu vào “-”
và “+” của OPA bằng nhau, khơng có dịng điện thực sự nào chạy qua “+” và
“-”. Hiện tượng trên được gọi là ngắn mạch ảo hay còn được gọi là nối đất ảo vì
cực “+” thường hay được nối với đất trong sơ đồ khuếch đại đảo.
Hiện tượng này gây ra bởi Zi = và Av = của OPA. Vì Zi = , khơng có
dịng điện nào chạy trong đầu vào. Vì Av = , một điện áp đáng kể sẽ có ở đầu
ra nếu một điện áp Vi nhỏ được đưa vào. Vì Vi rất nhỏ, V(-) và (V+) vì thế gần
bằng nhau.
<b> - Hệ số khuếch đại không tải: Có giá trị rất lớn, giá trị lý tưởng của nó đạt . </b>
- Hệ số khuếch đại khi có tải:
Sơ đồ không tải của OPA không phù hợp khi sử dụng để khuếch đại tín
hiệu. Vì hệ số khuếch đại khi không tải quá lớn sẽ dễ dẫn đến đầu ra của bộ
khuếch đại bị bão hòa. Nếu OPA được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, cần thiết
phải đưa vào một khâu hồi tiếp âm để kiểm soát độ lớn của hệ số khuếch đại
<i><b>5.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
Có nhiều mạch khuếch đại có thể tạo thành từ OP AMP. Ở đây ta xét một
số mạch khuếch đại cơ bản của OP AMP:
- Mạch khuếch đại đảo;
- Mạch khuếch đại không đảo.
Một số mạch ứng dụng được phát triển dựa trên cơ sở của 2 mạch trên đây.
Cụ thể là các mạch:
- Mạch theo điện áp;
- Mạch trừ;
- Mạch cộng;
- Mạch hạn chế;
103
- Mạch dịng điện khơng đổi;
- Mạch vi phân;
- Mạch tích phân.
<i>5.2.2.1. Mạch khuếch đại đảo </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Mạch tương đương </i>
<b>Hình 5.1. Mạch khuếch đại đảo dùng OP AMP </b>
Mạch khuếch đại đảo được cho ở hình 5.1a và mạch tương đương ở hình
5.1b. Theo định nghĩa về nối đất ảo ta có thể hiểu rằng khơng có dòng điện nào
(5-1)
Vo ngược pha với Vi.
Mạch này rất ổn định vì hệ số khuếch đại của nó hồn tồn được quyết định
bởi mạch hồi tiếp và độc lập với đặc tính của OPA. Ví dụ: với sơ đồ ở hình 5.1,
R1 = 10K, Rf = 100K, Vi = 0,5V, Vo = ?
Giải:
Av = -Rf/R1 = -100K/10K = -10
Vo = Vi.Av = 0,5V.(-10) = -5V
<i>5.2.2.2. Mạch khuếch đại không đảo </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Mạch tương đương </i>
<b>Hình 5.2. Mạch khuếch đại không đảo dùng OP AMP </b>
104
(5-2)
Vo đồng pha với Vi.
Ví dụ: Với sơ đồ ở hình 5.2, R1 = 1K, Rf = 10K, Vi = 1V, Vo = ?
Giải:
Vo = Vi.(1 + Rf/R1) = 1V.(1 + 10K/1K) = 11V
Điện áp nguồn sử dụng ở mạch này phải cao hơn 11V, nếu không điện áp
ra tối đa sẽ bằng điện áp nguồn.
<i>5.2.2.3. Mạch theo điện áp </i>
Mạch theo điện áp (hình 5.3) là ứng dụng của
khuếch đại khơng đảo. Vì .
Mạch này hoạt động như một bộ khuếch đại.
Tuy vậy, vì Zi = và Zo rất nhỏ, mạch theo
điện áp này chỉ dùng để đối chiếu trở kháng.
<i>5.2.2.4. Mạch trừ </i>
<i>a) </i> <i>b) </i> <i>c) </i>
<b>Hình 5.4. Mạch trừ dùng OP AMP </b>
Theo như hình 5.4a, mạch trừ tích hợp 2 đầu vào đảo và không đảo tương
ứng. Theo nguyên lý chồng chất, ta phân tích mạch này như sau:
Khi V1 được đưa vào đầu vào đảo, V2 nối đất (hình 5.4b), mạch có chức năng
tương đương mạch khuếch đại đảo, điện áp ra được xác định theo công thức (5-3):
(5-3)
Khi V2 được đưa vào đầu vào không đảo, V1 nối đất (hình 5.4c), mạch có
chức năng tương đương mạch khuếch đại không đảo, điện áp ra được xác định
theo công thức (5-4):
(5-4)
Trong trường hợp tổng quát, điện áp ra của mạch trừ bằng:
105
Nếu R1 = R3, R2 = R4:
(5-5)
<i>5.2.2.5. Mạch cộng </i>
<i>a) </i> <i>b) </i> <i>c) </i>
<b>Hình 5.5. Mạch cộng dùng OP AMP </b>
Theo như hình 5.5a, mạch cộng tích hợp 2 đầu vào đảo tương ứng (trường
hợp mở rộng có thể có nhiều hơn hai đầu vào). Theo nguyên lý chồng chất, ta
phân tích mạch này như sau:
Khi V1 được đưa vào đầu vào đảo, V2 nối đất (hình 5.5b). Vì V(-) cùng điện
thế với V(+) nên khơng có dòng điện chạy qua và mạch có chức năng tương
đương mạch khuếch đại đảo, điện áp ra được xác định theo công thức (5-6):
(5-6)
Khi V2 được đưa vào đầu vào đảo, V1 nối đất (hình 5.5c). Mạch hoạt động
tương tự trường hợp bên trên, điện áp ra được xác định theo công thức (5-7):
(5-7)
Trong trường hợp tổng quát, điện áp ra của mạch cộng bằng:
Nếu R1 = R2:
(5-8)
Nếu Rf = R1:
Vo = -(V1 + V2) (5-9)
106
<i>5.2.2.6. Mạch hạn chế </i>
<i>a) Dùng 2 điốt </i> <i>b) Dùng 1 điốt </i>
<b>Hình 5.6. Mạch hạn chế dùng OP AMP </b>
Hai mạch hạn chế khác nhau được thể hiện tương ứng ở hình 5.6a, b. Ta
xét nguyên lý hoạt động của từng mạch như sau.
Giả sử ở mạch hạn chế hình 5.6a:
Vo’ > (Vf1 + Vzd2) Vo = Vf1 + Vzd2
(Vf1 + Vzd2) > Vo’ > -(Vf2 + 6,2V) Vo = Vo’
Vo’ < -(Vf2 + 6,2V) Vo = -(Vf1 + Vzd1)
Nếu sóng sin được đưa vào đầu vào, dạng sóng ra sẽ gần như sóng vng.
Điện trở R2 được sử dụng để hạn chế dòng điện.
Giả sử ở mạch hạn chế hình 5.6b:
Nếu Vo > Vzd: Zd dẫn để Vo được duy trì và Vo = Vzd.
Nếu –Vf < Vo < Vzd: Vo = const.
Nếu Vo < -Vf: Vo = -0,6V
<i>5.2.2.7. Mạch điện áp không đổi </i>
Mạch điện áp khơng đổi ở hình 5.7a thực chất là sự kết hợp của mạch ở
hình 5.7b và mạch khuếch đại không đảo.
Một số đặc điểm của mạch điện này:
, độ lớn có thể được quyết định bởi .
Mạch thực hiện chức năng phối hợp trở kháng.
Dòng điện đầu ra lớn.
<i>a) </i> <i>b) </i>
107
<i>5.2.2.8. Mạch dịng điện khơng đổi </i>
<b>Hình 5.8. Mạch dịng điện khơng đổi </b>
Mạch dịng điện khơng đổi ở hình 5.8 bao gồm 3 phần chính:
Một nguồn điện áp tham chiếu: bao gồm R1, Zd và VR 10K.
Một OPA hoạt động như một mạch theo điện áp.
Một mạch dòng điện ra bao gồm R2, một transistor và Re, trong đó dịng
điện chạy qua RL được cung cấp bởi transistor và sự kiểm soát Ic của mạch này
được tiến hành thơng qua việc kiểm sốt độ lớn của Ib. Với Vref duy trì không
đổi trong mạch, Ic cũng sẽ không đổi ngay cả khi RL thay đổi và khi transistor
hoạt động trong vùng khuếch đại tuyến tính (Ic = Ib) thì giá trị của Ic sẽ chỉ phụ
thuộc vào Ib và độc lập với độ lớn của R1.
<i>5.2.2.9. Mạch vi phân </i>
<i>a) Mạch cơ bản </i> <i>b) Mạch thực tế </i>
<b>Hình 5.9. Mạch vi phân dùng OP AMP </b>
Mạch vi phân trong hình 5.9a về cơ bản là ứng dụng của mạch vi phân RC.
Dòng Ic trong mạch này có thể được tính như sau:
Nếu Vi là sóng vng, Vo sẽ là dãy xung.
Nếu Vi là sóng tam giác, Vo sẽ là sóng vng.
108
<i>5.2.2.10. Mạch tích phân </i>
<i>a) Mạch cơ bản </i> <i>b) Mạch thực tế </i>
<b>Hình 5.10. Mạch tích phân dùng OP AMP </b>
Mạch tích phân trong hình 5.10a về cơ bản là ứng dụng của mạch tích phân
RC. Dịng Ic trong mạch này có thể được tính như sau:
Hình 5.10b mơ tả mạch tích phân thực tế. R2 trong mạch này được sử dụng
để tránh cho OP AMP bão hòa đầu ra và làm giảm trở kháng đầu vào do Xc quá
lớn ở tần số thấp
<b>5.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23013.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23013.
- Đồng hồ vạn năng.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>5.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>5.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại đảo </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 5.11a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
5.11b.
109
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.11. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (khơng offset) </b>
<i>Bước 3: Ghi lại dạng sóng ở IN1 (V</i>in1) và OUT (Vout).
<i>Bước 4: Ngắt kết nối đầu ra của bộ phát tín hiệu với mạch điện bằng việc </i>
gỡ bỏ đoạn ghim mạch, sau đó nối đầu vào với đất. Sử dụng thang DCV của
đồng hồ vạn năng (hoặc máy hiện sóng) để đo điện áp DC tại đầu ra, sau đó ghi
lại giá trị đo được.
<i>Bước 5: Quan sát hình 5.12a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
5.12b. Trong đó mạch khuếch đại đảo có offset được kết nối.
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.12. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (có offset) </b>
110
<i>Bước 7: Điều chỉnh ngẫu nhiên VR</i>3 (VR 100K), sau đó quan sát xem dạng
sóng ở đầu ra có thay đổi hay khơng?
<i>Bước 8: Ngắt kết nối đầu ra của bộ phát tín hiệu với mạch điện bằng việc </i>
gỡ bỏ đoạn ghim mạch, sau đó nối đầu vào với đất. Sử dụng thang DCV của
đồng hồ vạn năng (hoặc máy hiện sóng) để đo điện áp DC tại đầu ra, sau đó ghi
lại giá trị đo được. Nếu điện áp DC không bằng 0V, hãy điều chỉnh VR3 (VR
100K) để điện áp này bằng 0V.
<i>Bước 9: Lặp lại bước 2 và bước 3. </i>
<i>Bước 10: So sánh điện áp DC đầu ra và dạng sóng ra của các mạch có </i>
offset và khơng có offset.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN5-1. </b></i>
<i><b>5.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại khơng đảo </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 5.13a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào (IN2), sau đó điều chỉnh đầu </i>
ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin.
<i>Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó tăng dần biên </i>
độ đầu ra của bộ phát tín hiệu để dạng sóng lớn nhất có thể hiển thị trên máy
hiện sóng mà khơng bị biến dạng. Ghi lại các dạng sóng của Vin2 và Vout<i>. </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.13. Thí nghiệm mạch khuếch đại khơng đảo </b>
111
<i><b>5.4.3. Thí nghiệm mạch theo điện áp </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.14. Thí nghiệm mạch theo điện áp </b>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 5.14a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
5.14b.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào (IN2), sau đó điều chỉnh đầu </i>
ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin.
<i>Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó tăng dần biên </i>
độ đầu ra của bộ phát tín hiệu để dạng sóng lớn nhất có thể hiển thị trên máy
<i>Bước 4: Điều chỉnh ngẫu nhiên biên độ đầu ra của bộ phát tín hiệu. Sau đó </i>
quan sát xem Vout có ln giống Vin khơng.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN5-3 </b></i>
<i><b>5.4.4. Thí nghiệm về mạch trừ </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.15a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.15b.
<i>Bước 2: Điều chỉnh tương ứng 2 VR 500 (R</i>1 và R10) để điện áp ở V1 và V2
là giá trị được thể hiện trong bảng dưới đây (Đo trực tiếp tại chân của R10 để tìm
điện áp V2).
<b>V1</b> 1V 2V 3V 4V
112
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.15. Thí nghiệm về mạch trừ </b>
<i>Bước 3: Với từng cặp giá trị của V</i>1, V2 tương ứng, sử dụng đồng hồ vạn
năng hoặc máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo điện áp tại đầu ra (OUT). Sau
đó ghi lại kết quả đo được ở bảng TN5-4. Giá trị Vout lý thuyết được tính theo
cơng thức (5-10):
(5-10)
Với giá trị của R12 = 10K, R4 = 4,7K
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN5-4. </b></i>
<i><b>5.4.5. Thí nghiệm về mạch cộng </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.16a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.16b.
<i>Bước 2: Điều chỉnh tương ứng VR 500 (R</i>1) và VR3 (100K) để điện áp
ở V1 và V2 là giá trị được thể hiện trong bảng dưới đây.
<b>V1</b> +3V +3V +3V
<b>V2</b> +3V +2V -1V
113
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.16. Thí nghiệm về mạch cộng </b>
<i>Bước 4: Tính giá trị V</i>out lý thuyết theo cơng thức (5-11):
(5-11)
Với giá trị của R12 = 10K, R3 = 10K
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN5-5. </b></i>
<i><b>a) Quy trình thí nghiệm: </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
114
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.18. Thí nghiệm mạch giới hạn (2) </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.17a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.17b. Kết nối với nguồn điện áp 12V, sau đó ngắt kết nối CR3
và CR4.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và máy hiện sóng với đầu vào đảo (IN3), </i>
sau đó điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin và
từ từ tăng dần biên độ đầu ra của nó để Vout của mạch lớn hơn 14Vpp.
<i>Bước 3: Kết nối CR</i>3 và CR4 (Zd: 6,2V x 2), sau đó quan sát sự biến đổi
điện áp ở đầu ra. Ghi lại giá trị Vin, Vout.
<i>Bước 4: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.18a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.18b.
<i>Bước 5: Điều chỉnh đầu ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình </i>
sin. Sau đó từ từ tăng biên độ của tín hiệu vào và quan sát sự biến đổi của Vout.
115
<i><b>5.4.7. Thí nghiệm mạch điện áp không đổi </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.19. Thí nghiệm mạch điện áp không đổi </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.19a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.19b. Đưa điện áp 6,2V vào đầu vào Vin4.
116
<i><b>5.4.8. Thí nghiệm mạch dịng điện khơng đổi </b></i>
<i><b>a) Quy trình thí nghiệm: </b></i>
<i>a) Sơ đồ ngun lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.20. Thí nghiệm mạch dịng điện khơng đổi </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.20a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.20b. Kết nối RL 1K (R27) với nguồn +12V.
<i>Bước 2: Điều chỉnh điện áp tham chiếu (V</i>ref) tới giá trị 1V. Sau đó kết nối
ampe kế để đo giá trị dòng IL. Tiếp theo, dùng vôn kế đo điện áp ở đầu ra của
117
<i><b>5.4.9. Thí nghiệm mạch vi phân </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.21. Thí nghiệm mạch vi phân </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.21a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.21b.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào của mạch (IN2), sau đó điều </i>
chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu tới giá trị 1Vpp sóng tam giác với tần số
. Băng thông BW tra cứu ở chỉ dẫn kỹ thuật và giá trị R1 = R20 + R21 =
20K + 1K = 21K, C1 = 0,1F.
<i>Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo điện áp V</i>out.
118
biến dạng, sau đó kiểm tra giá trị của R1 tại vị trí này.
<i>Bước 5: Ghi lại dạng sóng của V</i>in2 và Vout.
<i>Bước 6: Thay đổi tần số của V</i>in2, sau đó lặp lại bước 4 và 5.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN5-8. </b></i>
<i><b>5.4.10. Thí nghiệm mạch tích phân </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 5.22. Thí nghiệm mạch tích phân </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 5.22a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 5.22b.
119
. Với giá trị R2 = R19 = 1M, C2 = 0,1F.
<i>Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó điều chỉnh độ </i>
lớn của VR2 để Vout có dạng sóng tam giác tuyến tính.
<i>Bước 4: Quan sát dạng sóng của V</i>in1 và Vout , sau đó ghi lại giá trị.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN5-9. </b></i>
<b>5.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
Nội dung bài thí nghiệm này đã giới thiệu hoạt động của mạch khuếch đại
cơ bản nhất của OPA là khuếch đại đảo và khuếch đại không đảo. Các mạch ứng
dụng đơn giản được xây dựng từ cơ sở của 2 mạch này. Đó là:
- Mạch theo điện áp.
- Mạch cộng.
- Mạch giới hạn.
- Mạch điện áp không đổi.
- Mạch vi phân.
- Mạch tích phân.
Dưới đây ta sẽ thảo luận kết quả thí nghiệm của từng mạch được mô tả
trong bài như sau:
<i><b>5.5.1. Mạch khuếch đại đảo (độ lệch pha giữa V</b><b>in</b><b> và V</b><b>out</b><b> là 180</b><b>0</b><b>) </b></i>
<i>a) </i> <i>b) </i>
<b>Hình 5.22. Biến dạng sóng do khơng có điện áp offset </b>
Hình 5.11a cho thấy mạch khuếch đại đảo mà khơng có sự điều chỉnh điện
áp offset. Nếu Vi = 0, Vo 0. Nếu tín hiệu đưa vào đầu vào, dạng sóng ra sẽ bị
biến dạng, thể hiện trong hình 5.23a, b.
120
<b>Hình 5.24. Mắc thêm điện trở R cân bằng dòng đầu vào OPA </b>
Ngay cả khi điện áp offset không được thêm vào, điện trở R thông thường
được mắc với đầu vào khơng đảo của mạch khuếch đại đảo (hình 5.24) để cân
bằng Ib của tầng vào.
Mạch khuếch đại đảo được xây dựng từ một OPA có các đặc điểm:
- Tín hiệu ra đảo pha so với tín hiệu vào.
- Trở kháng đầu vào là rất nhỏ và hầu như không đổi.
- Mức độ của nối đất ảo không đổi và độc lập với độ lớn của tín hiệu đầu vào.
- Vì Zi nhỏ, tỷ số S/N lớn.
<i><b>5.5.2. Mạch khuếch đại không đảo (độ lệch pha giữa V</b><b>in</b><b> và V</b><b>out</b><b> là 0</b><b>0</b><b>) </b></i>
Mạch khuếch đại không đảo được xây
dựng từ một OPA có các đặc điểm:
- Tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào.
- Trở kháng vào lớn.
- Một mạch phân áp có thể được dùng ở
đầu ra của mạch khuếch đại không đảo để
tăng Zi, như mơ tả ở hình 5.25.
- Đầu ra của mạch khuếch đại khơng đảo
có thể sử dụng cho mục địch khác.
- Vì bộ khuếch đại này được sử dụng làm
việc với các điện áp đầu vào nên phạm vi hoạt
động của tín hiệu đầu vào bị thu hẹp.
Để duy trì Zi cao hơn, các mạch hiển thị
trong hình 5.13a sẽ được thay thế bằng các mạch hiển thị ở hình 5.26 trong đó
các chức năng của phân cực DC như cân bằng đầu vào vẫn không thay đổi, và
Vi so với DC có thể được xem như ngắn mạch.
<i><b>5.5.3. Mạch theo điện áp </b></i>
Mạch theo điện áp có thể được dùng như các bộ khuếch đại không đảo với
hệ số khuếch đại bằng 1. Trở kháng đầu vào của mạch này là rất cao, đó cũng là
<b>Hình 5.25. Mắc thêm mạch </b>
<b>phân áp điện trở để tăng Zi</b>
121
một trong những đặc điểm của bộ khuếch đại không đảo. Nếu IC A471 được
sử dụng để xây dựng mạch theo điện áp, Zi có thể có giá trị 200M và điện
dung đầu vào sẽ xấp xỉ bằng 1pF, trở kháng đầu ra sẽ nhỏ hơn nhiều so với 1
(có thể coi gần bằng 0) và băng thông sẽ xấp xỉ bằng 1MHz. Kể từ khi trở kháng
đầu ra có giá trị nhỏ hơn nhiều so với 1, mạch này sẽ hỏng nếu một điện trở tải
rất nhỏ được kết nối. Đặc biệt là khi đầu vào lớn được áp dụng, ảnh hưởng của
tốc độ biến thiên sẽ rất đáng kể vì OPA sẽ dễ dàng hoạt động trong trạng thái
đầu ra bão hòa.
<i><b>5.5.4. Mạch trừ </b></i>
Các bộ trừ đồng thời có những đặc điểm của mạch khuếch đại đảo và mạch
khuếch đại khơng đảo. Cấu trúc mạch với hiệu các tín hiệu đầu vào sẽ góp phần
nâng cao giá trị của hệ số nén tín hiệu đồng pha (CMRR). Các bộ trừ do đó
thường xuyên được sử dụng trong các cảm biến và khuếch đại cho tín hiệu cảm
biến (tín hiệu yếu).
<i><b>5.5.5. Mạch cộng </b></i>
Bộ cộng thực sự là biến thể khác của các bộ khuếch đại đảo. Nếu các tín
hiệu DC được đưa tới đầu vào, giá trị kết quả tại đầu ra sẽ gần với giá trị lý
thuyết. Nếu các tín hiệu AC (đặc biệt là sóng vng) được đưa tới đầu vào, biên
độ đỉnh sẽ thường được tạo ra tại điểm cộng do sự giới hạn của tốc độ biến
thiên, sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị cộng.
Các bộ cộng được sử dụng rộng rãi trong các bộ cộng tương tự tốc độ cao,
hoặc bộ trộn xung.
<i><b>5.5.6. Mạch hạn chế </b></i>
Mạch hạn chế bao gồm một bộ
khuếch đại đảo kết hợp với các đặc
tính điện áp không đổi của Zd mà có
thể hạn chế biên độ đầu ra. Khi dạng
sóng đầu ra này đã bị bóp méo, mạch
này chỉ có thể được sử dụng điều kiện
như vậy với một mức điện áp phù
hợp, thay vì dạng sóng đầy đủ, là cần thiết. Nếu cả hai dạng sóng khơng bị bóp
méo và biên độ hạn chế được yêu cầu, mạch cho ở hình 5.27 có thể được sử
dụng để tham khảo.
122
Vo cao sẽ tương ứng với đèn sáng hơn, khi đó quang trở nhỏ. Av của OPA
sẽ giảm cho phù hợp và biên độ của Vo do đó sẽ bị hạn chế.
<i><b>5.5.7. Mạch điện áp khơng đổi </b></i>
Từ mạch hiển thị trong hình 5.19a, khi điện áp
đầu ra của sẽ bị hạn chế bởi công suất điện áp cung
cấp của OPA, giá trị điện áp quy định có thể cao
hơn so với điện áp cung cấp. So sánh với các mạch
điều chỉnh điện áp cơ bản thể hiện trong hình 5.28,
chức năng của Zd trong các mạch hiển thị trong
hình 5.19a là khơng rõ ràng nếu một điện trở tải thấp được kết nối.
<i><b>5.5.8. Mạch dòng điện khơng đổi </b></i>
Như trong mạch của hình 5.20a, độ lớn của Ic sẽ được xác định bởi Ib (Ic =
.Ib). Do đó, Ic sẽ khơng thay đổi nếu Ib vẫn khơng đổi, trong đó hàm ý sự độc
lập giữa các giá trị của Ic và Rc. Nếu các transistor trong mạch này hoạt động
trong vùng bão hòa, giá trị của Ic sẽ được thay đổi với giá trị của Rc xuất phát từ
phương trình . Do đó, các transistor được phân cực hoạt động trong
khu vực khuếch đại tuyến tính.
<i><b>5.5.9. Mạch vi phân </b></i>
Mạch vi phân đầy đủ mơ tả ở hình 5.29b.
a) b)
<b>Hình 5.29. Mạch vi phân đầy đủ </b>
Như thể hiện trong hình 5.29b, C1 và R1 được sử dụng để cải thiện sự bất
ổn hoặc dao động trong mạch hiển thị ở hình 5.29a, trong đó C1 << C và R1 <<
- C1<b>: C</b>1 có thể được làm việc ở một tần số khác biệt tối đa trên đó Xc1 sẽ
đột ngột giảm khi ở tần số cao và cũng sẽ làm giảm tiếng ồn.
- R1<b>: R</b>1 được sử dụng để hạn chế tăng tần số cao nhằm ngăn chặn các mạch
đầu ra bão hòa, sinh ra dao động, mà sẽ dẫn đến việc giảm dòng điện đầu vào.
Việc lựa chọn R1 và C1 phải phù hợp với các quy tắc: R1C = RC1.
123
<i><b>5.5.10. Mạch tích phân </b></i>
Chức năng mạch tích phân giống như một bộ lọc thông thấp. Tần số đầu
của mạch tích phân tương ứng với , và hoạt động của mạch tích phân
sẽ bị bị ngắt ở tần số lớn hơn . Các tần số của tín hiệu đầu vào của mạch
tích hợp do đó sẽ được giới hạn giữa f1 và f2
<b>5.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
<i><b>5.6.1. Mạch giới hạn biên độ </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi </i>
- Đầu ra xuất hiện sóng vng
- Biên độ nửa chu kỳ dương quá nhỏ
<i>b) Các phần lỗi: mơ tả ở hình 5.30. </i>
<b>Hình 5.30. Các phần lỗi của mạch giới hạn </b>
S1 (R23 1K) mở: hở mạch, S2 (CR4) đóng: ngắn mạch.
<i>Lỗi 1: S</i>1 mở. OPA là bộ so sánh.
Lỗi 2: S2 đóng. Nửa chu kỳ dương có biên độ = 0,6V.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1 từ mở đóng, S2 từ đóng
mở.
<i><b>5.6.2. Mạch điện áp không đổi </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: V</i>o = +Vcc
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 5.30. </i>
S1 (R23 1K) mở: hở mạch.
124
<b>5.7. Ôn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:
<b>Câu 1. Hệ số khuếch đại điện áp A</b>v của bộ khuếch đại đảo bằng?
A. B. C.
<b>Câu 2. Trở kháng vào (Z</b>i) của bộ khuếch đại đảo bằng:
A. B. R1//Rf C. 0
<b>Câu 3. Trong mạch điện như hình vẽ dưới đây, chức năng của phần mạch </b>
gồm VR3, R6 và R7 là:
A. Điều chỉnh điện áp offset
B. Điều chỉnh hệ số khuếch đại
<b>C. Giảm nhiễu </b>
<b>Câu 4. Hệ số khuếch đại điện áp A</b>v của bộ khuếch đại không đảo bằng?
A B. 1 C.
<b>Câu 5. Hệ số khuếch đại điện áp A</b>v của mạch theo điện áp có giá trị bằng 1
xuất phát từ biểu thức:
A. B. C.
<b>Câu 6. Đối với mạch theo điện áp, phát biểu nào dưới đây là SAI? </b>
A. Trở kháng vào của mạch theo điện áp rất lớn.
B. Mạch theo điện áp là một ứng dụng của mạch khuếch đại không đảo.
C. Hệ số khuếch đại điện áp Av > 1
<b>Câu 7. Mạch trừ điện áp như hình vẽ dưới đây. Nếu R</b>1 = R3 và R2 = R4 thì
:
125
<b>Câu 8. Đối với mạch theo điện áp, phát biểu nào dưới đây là SAI? </b>
A.
B. Giá trị của CMRR có thể tăng lên.
C. Chức năng khuếch đại không tồn tại.
<b>Câu 9. Với mạch cộng, nếu R</b>1 = R2 = Rf thì:
A. Vo = -(V1 + V2) B. Vo = V1 + V2 C. Vo = V1 - V2
<b>Câu 10. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tín hiệu hình sin </b>
1Vpp tới đầu vào của mạch thì dạng điện áp ở đầu ra Vo sẽ là:
A. Vuông
B. Tam giác
C. Răng cưa
<b>Câu 11. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tín hiệu hình sin </b>
tới đầu vào của mạch thì điện áp đỉnh-đỉnh lớn nhất ở đầu ra Voppmax sẽ là:
A. 6,8Vopp B. 24Vopp C. 12Vopp
<b>Câu 12. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, chức năng của OPA trong </b>
mạch là:
A. Mạch cắt B. Tránh hiệu ứng tải C. Giới hạn dòng điện
<b>Câu 13. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, chức năng của OPA trong </b>
mạch là:
126
<b>Câu 14. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, transistor được phân cực </b>
hoạt động ở:
A. Vùng cắt
B. Vùng bão hòa
<b>C. Vùng khuếch đại tuyến tính </b>
<b>Câu 15. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, điện trở R</b>1 = R20 + R21 có
chức năng:
A. Giới hạn hệ số khuếch đại ở tần số cao
B. Chia điện áp
<b>C. Dịch pha </b>
<b>Câu 16. Nếu đưa tới đầu vào của mạch vi phân tín hiệu có dạng sóng tam </b>
giác thì ở đầu ra tín hiệu có dạng:
A. Sóng sin B. Sóng vng C. Sóng tam giác
<b>Câu 17. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu điều chỉnh giá trị điện </b>
trở R1 = R20 + R21 tăng lên thì điện áp ra Vo sẽ có:
B. Giữ nguyên biên độ
<b>C. Biên độ tăng lên </b>
<b>Câu 18. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, nếu đưa tới đầu vào của </b>
mạch tín hiệu có dạng sóng sin thì ở đầu ra tín hiệu có dạng:
A. Sóng tam giác
127
<b>Câu 19. Giả sử đưa tới đầu vào mạch tích phân tín hiệu sóng vng. Nếu ở </b>
đầu ra u cầu sóng tam giác với độ tuyến tính cao thì các tín hiệu đầu vào:
A. Điều chỉnh đến tần số thấp hơn
B. Điều chỉnh đến tần số cao hơn
C. Độc lập với tần số
<b>Câu 20. Với mạch điện cho ở hình vẽ dưới đây, điện trở R</b>18 có chức năng:
A. Tránh cho đầu ra của OPA bão hòa
trong dải tần số thấp
B. Hạn chế dòng điện
<b>C. Chia điện áp </b>
<b>5.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN5-1. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo </b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
<b>Vout</b>
<b>(DCV) </b>
<b>Khơng </b>
<b>offset </b>
<b>VIN</b>
<b>VOU</b>
<b>T</b>
<b>Có </b>
<b>offset </b>
<b>VIN</b>
128
<b>Bảng TN5-2. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại khơng đảo </b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
<b>VIN</b>
<b>VOU</b>
<b>Bảng TN5-3. Kết quả thí nghiệm mạch theo điện áp </b>
<b>Dạng sóng </b> <b>Vpp</b>
<b>VIN</b>
<b>VOU</b>
<b>T</b>
<b>Bảng TN5-4. Kết quả thí nghiệm mạch trừ </b>
<b>V1</b> <b>V2</b> <b>Vout (thực tế đo) </b> <b>Vout (lý thuyết) </b>
1V 2V
2V 2V
3V 1V
129
<b>Bảng TN5-5. Kết quả thí nghiệm mạch cộng </b>
<b>V1</b> <b>V2</b> <b>Vout (thực tế đo) </b> <b>Vout (lý thuyết) </b>
+3V +3V
+3V +2V
+3V -3V
<b>Bảng TN5-6. Kết quả thí nghiệm mạch giới hạn </b>
<b>CR3, CR4 không kết nối </b> <b>CR3, CR4 kết nối </b>
<b>VIN</b>
<b>VOUT</b>
<b>Bảng TN5-7. Kết quả thí nghiệm mạch dịng điện khơng đổi </b>
<b>RL</b> <b>VTP5</b> <b>IL</b>
2,2K (R26)
1K (R27)
150 (R28)
130
<b>Bảng TN5-8. Kết quả thí nghiệm mạch vi phân </b>
<b>Dạng sóng </b>
<b>VIN2</b>
<b>VOUT</b>
<b>Bảng TN5-9. Kết quả thí nghiệm mạch tích phân </b>
<b>Dạng sóng </b>
<b>VIN1</b>
<b>VOUT</b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 5 </b>
<i>1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học </i>
kỹ thuật.
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo Dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL </i>
131
<b>Bài 6 </b>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ ỨNG DỤNG CỦA OP AMP </b>
<b>6.1. Mục tiêu </b>
<b>6.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>6.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>6.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>6.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>6.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
132
<b>6.1. Mục tiêu </b>
- Lắp ráp một số mạch ứng dụng đơn giản của mạch khuếch đại sử dụng
OPA: khuếch đại logarit, mạch tách sóng đỉnh, mạch so sánh...
- Đo lường và tính tốn các đại lượng: điện áp vào/ra, hệ số khuếch đại điện áp.
<b>6.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>6.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
<i> - Mạch khuếch đại lô ga rít: </i>
Mạch khuếch đại mà ở đó điện
áp ra tỷ lệ theo hàm lơ ga rít với điện
áp vào gọi là mạch lơ ga rít. Trên hình
6.1 mơ tả mối quan hệ giữa điện áp ra
với điện áp vào của mạch lơ ga rít.
<i><b>- Mạch khuếch đại nhạc cụ: </b></i>
Một mạch khuếch đại vi sai cải tiến mơ tả ở hình 6.1 gọi là mạch khuếch
đại nhạc cụ. Mạch khuếch đại này được sử dụng rộng rãi vì thuận lợi trong việc
điều chỉnh hệ số khuếch đại, cải thiện giá trị CMRR và nâng cao khả năng
giảm nhiễu.
<i><b>6.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
Dựa trên cơ sở các mạch khuếch đại cơ bản của OP AMP như khuếch đại
đảo, khuếch đại khơng đảo… có thể xây dựng nhiều mạch ứng dụng khác nhau.
Mô tả cụ thể như sau:
<i>6.2.2.1. Mạch khuếch đại lơ ga rít </i>
<i>a) Mạch khuếch đại lơ ga rít thuận </i> <i>b) Mạch khuếch đại lơ ga rít đảo </i>
<b>Hình 6.2. Mạch khuếch đại lơ ga rít </b>
Mạch khuếch đại lơ ga rít được xây dựng trên cơ sở tận dụng đặc tính lơ ga
rít của điốt khi được phân cực thuận. Nói cách khác, quan hệ hàm lơ ga rít giữa
điện áp thuận và dòng điện thuận. Mạch khuếch đại lơ ga rít bao gồm hai loại
<b>Hình 6.1. Quan hệ Vout/Vin của </b>
133
mạch là khuếch đại lơ ga rít thuận và khuếch đại lơ ga rít đảo (việc phân biệt hai
loại mạch trên dựa vào chiều của điốt mắc trong mạch). Sơ đồ mạch được thể
hiện ở hình 6.2.
Ta có quan hệ giữa điện áp vào và điện áp ra của mạch lơ ga rít:
(6-1)
Trong đó: K là hằng số và cơ số của hàm lô ga rít là 10.
<i>6.2.2.2. Mạch tách sóng đỉnh </i>
<i>a) </i> <i>b) </i> <i>c) </i>
<b>Hình 6.3. Mạch tách sóng đỉnh </b>
Cấu trúc cơ bản của mạch tách sóng đỉnh thể hiện ở hình 6.3a, ở đó mạch
bao gồm 2 phần sau:
- Một mạch nạp đỉnh;
- Một mạch đệm với trở kháng vào cao và trở kháng ra nhỏ.
Nếu Vi > VC: Tụ C sẽ được nạp tới giá trị VC = Vi.
Nếu Vi < VC: Điốt D phân cực ngược và VC sẽ duy trì khơng đổi.
Vì trở kháng vào của mạch đệm rất lớn, VC sẽ không phóng điện trong
khoảng thời gian ngừng nạp. Đỉnh của tín hiệu vào từ đó có thể được giữ và
chuyển đi qua mạch đệm như mơ tả ở hình 6.3b.
Hình 6.3c mơ tả một mạch tách sóng đỉnh thực tế. Trong đó, OP AMP sẽ so
sánh sự khác nhau giữa Vi và Vo. Nếu Vi > Vo, đầu ra của OP AMP sẽ khiến điốt
D dẫn. Tụ C2 khi đó sẽ được nạp tới VC2 = Vi, tại điểm đó D tắt và VC2 từ đó sẽ
giữ được giá trị đỉnh.
FET và R3 cấu thành mạch theo nguồn ở đó Vo = VC2. Vì mạch này đặc
trưng bởi trở kháng vào rất lớn, VC2 từ đó có thể được giữ.
<i>6.2.2.3. Mạch chỉnh lưu chính xác </i>
134
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Dạng sóng Vi/Vout của mạch </i>
<b>Hình 6.4. Mạch chỉnh lưu chính xác </b>
Trong nửa chu kỳ dương của Vi, ở đầu ra có điện áp âm, D1 tắt và D2 dẫn
. Trong nửa chu kỳ âm của Vi, ở đầu ra có điện áp dương, D1 dẫn và
D2 tắt Vo = 0,6V. Dạng sóng của Vo tương ứng với Vi được chỉ ra ở hình 6.4b.
<i>6.2.2.4. Mạch điều áp </i>
Vo = VR1 + 5V, giá trị của VR1 có thể
thu được từ mạch phân áp của R2 và
R3. Với VR1 = Va và biến trở R3, giá
trị của Vo là có thể điều chỉnh được.
<b>Hình 6.5. Mạch điều áp </b>
Hình 6.5 mơ tả một mạch điều áp với điện áp ra có thể điều chỉnh từ 7 ÷
15V với điện áp vào 18V. Mạch này bao gồm 2 phần chính:
- Mạch theo điện áp dùng OP AMP.
- Điện áp ra được điều chỉnh 5V dùng IC 7805, được kết nối giữa đầu ra
(OUT) với đất.
<i>6.2.2.5. Mạch lấy và giữ mẫu </i>
Hình 6.6 thể hiện mạch lấy và giữ mẫu (S
&H: Sampling and Holding), ở đó cơng tắc điện
được sử dụng trong mạch để kiểm sốt mẫu tín
hiệu (điện áp). Như trong hình, một trong bốn
soát sự hoạt động của mẫu. Nếu chân 13 của IC CD4066 ở mức cao, chân 1 và 2
sẽ dẫn điện và Vi sẽ giữ ở C2 và được chuyển đi qua mạch theo điện áp. Nếu
chân 13 của CD4066 ở mức thấp, chân 1 và 2 sẽ hở mạch và VC2 sẽ duy trì
khơng đổi dẫn đến Vo = VC2.
135
<i>6.2.2.6. Mạch khuếch đại nhạc cụ </i>
<b>Hình 6.7. Mạch khuếch đại nhạc cụ </b> <b>Hình 6.8. Mạch khuếch đại vi sai </b>
<b>cơ bản </b>
Hình 6.7 thể hiện một mạch khuếch đại vi sai cải tiến, cũng được gọi là
mạch khuếch đại nhạc cụ. Điện áp ra của mạch được xác định theo công thức:
(6-2)
Mạch khuếch đại vi sai cơ bản thể hiện trong hình 6.8. Khi điều chỉnh hệ số
khuếch đại cần phải điều chỉnh đồng thời giữa R1 và R2 hay R3 và R4, đó là
nhược điểm lớn nhất của mạch này. Mặt khác, theo hình 6.7, Av có thể thay đổi
đơn giản bằng việc điều chỉnh R4.
<b>6.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23014.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23014.
- Vôn kế số.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>6.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>6.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại lơ ga rít </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
136
<i>Bước 2: Kết nối vôn kế số với đầu vào TP3, sau đó điều chỉnh VR 1K </i>
(VR1) và quan sát điện áp vào thấp Vi được đưa vào.
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 6.9. Thí nghiệm mạch khuếch đại lơ ga rít </b>
<i>Bước 3: Cung cấp các điện áp V</i>i khác nhau theo bảng dưới đây, sau đó đo
các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng TN6-1.a.
<b>Vi</b>
0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5
0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7
<i>Bước 4: Theo các giá trị ở bảng TN6-1a, vẽ đồ thị V</i>o tương ứng với Vi, sau
đó xem xem có tồn tại quan hệ lơ ga rít khơng?
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-1a, b </b></i>
<i><b>6.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại lơ ga rít đảo </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 6.10a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
6.10b.
<i>Bước 2: Kết nối vôn kế số với đầu vào TP2, sau đó điều chỉnh VR 1K </i>
(VR1) và quan sát giá trị điện áp vôn kế (Vi) đo được.
137
các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng TN6-2a.
<b>Vi 0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7 </b>
<i>Bước 4: Theo các giá trị ở bảng TN6-2a, vẽ đồ thị V</i>o (TP8) tương ứng với
Vi (TP2), sau đó xem xem có tồn tại quan hệ lơ ga rít không?
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 6.10. Thí nghiệm mạch khuếch đại lơ ga rít đảo </b>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-2a, b </b></i>
<i><b>6.4.3. Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 6.11a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
6.11b. Kết nối đầu OUT1 tới U1 (chân 2) để tạo một đường hồi tiếp âm.
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào (IN2), sau đó điều chỉnh đầu </i>
ra của máy phát tín hiệu tới tần số 1KHz sóng hình sin với biên độ 1Vpp.
138
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 6.11. Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (1) </b>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
139
<i>Bước 4: Điều chỉnh dần dần biên độ đầu ra của bộ phát tín hiệu tới các giá trị </i>
như trong bảng dưới đây. Sau đó quan sát xem Vo tương ứng và ghi lại vào bảng
TN6-3a.
<b>Vi</b> 1Vpp 2Vpp 3Vpp 4Vpp 5Vpp 7Vpp 6Vpp 3Vpp
<i>Bước 5: Quan sát mạch ở hình 6.12a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
6.12b.
<i>Bước 6: Lặp lại bước 2, 3 và 4. Sau đó đo điện áp V</i>i (IN2) và Vo (OUT1).
Ghi lại kết quả đo được vào bảng TN6-3b
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-3a, b </b></i>
<i><b>6.4.4. Thí nghiệm về mạch chỉnh lưu chính xác </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 6.13. Thí nghiệm về mạch chỉnh lưu chính xác </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 6.13a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 6.13b.
140
<i>Bước 3: Thay đổi độ lớn của R</i>f (VR2) để giá trị đỉnh của Vout bằng với Vin,
sau đó ghi lại các giá trị của Vi (IN1) và Vo (TP5) vào bảng TN6-4.
<i>Bước 4: Kết nối tụ điện C</i>5 song song với Rf, sau đó dùng vơn kế để đo giá trị
của Vo.
<i>Bước 5: Thay đổi tần số của V</i>i, sau đó quan sát sự biến thiên của Vo (TP5).
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-4. </b></i>
<i><b>6.4.5. Thí nghiệm về mạch điều áp </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<b>Hình 6.14. Thí nghiệm về mạch điều áp </b>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở hình 6.14. </i>
<i>Bước 2: Cung cấp điện áp +18V vào cực vào IN </i>
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR</i>2 (VR 10K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở
đầu ra OUT. Ghi lại giá trị điện áp ra lớn nhất (Vomax), nhỏ nhất (Vomin).
<i>Bước 4: Sử dụng máy hiện sóng (thang đo DCV) để đo điện áp tại các điểm </i>
TP3, TP4 và TP2 một cách đồng thời, sau đó điều chỉnh VR2 (VR 10K). Quan
sát giá trị điện áp tại TP3, TP4 và TP2, sau đó ghi lại.
<i>Bước 5: Quan sát xem điện áp giữa đầu ra OUT và điểm G (TP2) của IC </i>
7805 có khơng đổi khơng? Nếu có, giá trị điện áp đó bao nhiêu V?
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: ghi trong bảng TN6-5. </b></i>
<i><b>6.4.6. Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở hình 6.15. </i>
<i>Bước 2: Điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu ngồi tới 60Hz/12V</i>pp sóng
vng, sau đó đưa sóng vng này vào chân 13 của khối U4 (IC CD4066) như
tín hiệu mẫu.
141
máy hiện sóng để quan sát dạng sóng ra và vẽ đồ thị dạng sóng này.
<i>Bước 4: Quan sát và tìm ra mối quan hệ giữa hai dạng sóng trên. </i>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-6. </b></i>
<b>Hình 6.15. Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu </b>
<i><b>6.4.7. Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ </b></i>
<i><b>a) Quy trình thí nghiệm </b></i>
<b>Hình 6.16. Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ </b>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở hình 6.16. </i>
<i>Bước 2: Cung cấp các tín hiệu vào cùng pha V</i>in1, Vin2 tương ứng. Kết nối
bộ phát tín hiệu với IN1, sau đó điều chỉnh Vin1 tới 1KHz/1Vpp sóng sin.
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR 1K (VR</i>1) để Vin2 (điểm B nối đất) = Vin1, sau đó
quan sát giá trị của Vi = Vin1 – Vin2 và Vout. Ghi lại các giá trị quan sát được.
142
<i>Bước 5: Điều chỉnh VR 1K (VR</i>1) để Vin2 = 0, sau đó quan sát giá trị của Vi
= Vin1 – Vin2 và Vout. Ghi lại các giá trị quan sát được.
<i>Bước 6: Cung cấp các tín hiệu vào khác pha V</i>in1, Vin2 tương ứng (Vin1 và
Vin2 phải được cung cấp bởi các bộ phát tín hiệu khác nhau). Ví dụ, Vin1 có thể
được cung cấp bởi bộ phát tín hiệu KL-2001, trong khi Vin2 có thể được cung
cấp bởi bộ phát tín hiệu khác).
<i>Bước 7: Lặp lại bước 3, 4, 5. Điều chỉnh V</i>in2 bởi bộ phát tín hiệu.
<i>Bước 8: Tính tốn giá trị A</i>v từ các phương trình sau:
- Giá trị lý thuyết của Av:
- Giá trị thực của Av:
Vi thể hiện điện áp giữa IN1 và IN2.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN6-7. </b></i>
<i><b>6.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b></i>
Các mạch thí nghiệm được thảo luận trong phần này, dù là các ứng dụng
của OPA trong mạch khuếch đại, phần lớn phải phù hợp với những đặc tính của
các linh kiện khác (như điốt, tụ điện…) ảnh hưởng tới các chức năng của mạch.
Đặc tính của các linh kiện từ đó ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm:
<i><b>6.5.1. Mạch khuếch đại lơ ga rít và khuếch đại lơ ga rít đảo </b></i>
Mạch khuếch đại lơ ga rít được thực hiện nhờ việc lợi dụng quan hệ lơ ga
rít giữa điện áp ra (Vo) và dịng điện trong điều kiện dòng điện phân cực thuận
nhỏ. Tuy vậy, đôi khi các lỗi được phát hiện trong các thí nghiệm do tác động
của dịng rị rỉ của điốt và nhiệt độ. Kết quả thí nghiệm của mạch lơ ga rít đảo,
giống như mạch khuếch đại lơ ga rít sẽ bị ảnh hưởng bởi đặc tính của điốt.
<i><b>6.5.2. Mạch tách sóng đỉnh, mạch lấy và giữ mẫu </b></i>
Mục tiêu của mạch tách sóng đỉnh là giữ xung vào với khoảng thời gian tồn
tại ngắn trong khoảng thời gian tương đối dài.
143
Cấu trúc mạch của mạch lấy và giữ mẫu cơ bản giống với mạch tách sóng
đỉnh, chỉ khác ở điểm sau: Một công tắc điện được thêm vào mạch lấy và giữ
mẫu để thực hiện quá trình lấy mẫu. Trong quá trình biến đổi A/D, mạch lấy và
giữ mẫu thường được sử dụng ở tầng khuếch đại đầu vào.
<i><b>6.5.3. Mạch chỉnh lưu chính xác </b></i>
Tín hiệu vào của mạch chỉnh lưu
chính xác có thể nhỏ hơn hoặc bằng 1Vpp.
Hơn nữa, đầu ra với điện áp cao hơn có thể
nhận được bằng việc điều chỉnh hệ số
khuếch đại đảo. Mạch chỉnh lưu nửa sóng
có thể cải tiến thành mạch chỉnh lưu tồn
sóng chính xác nếu mắc thêm vào ở đầu ra
của mạch chỉnh lưu nửa sóng một tầng khuếch đại đảo, như thể hiện ở hình 16.7.
<i><b>6.5.4. Mạch điều áp </b></i>
Nếu yêu cầu điện áp đầu ra của mạch Vo lên tới 20V, điện áp đưa vào Vin
sẽ lớn hơn 22V. Mặt khác, vì rất khó cho mạch theo điện áp điều chỉnh đầu ra
xuống 0V, đầu ra nhỏ nhất do đó được đặt ở giá trị 7V là tổng của 5V (đầu ra từ
IC 7805) và 2V (đầu ra từ mạch theo điện áp). Với sự hạn chế của điện áp nguồn
của OPA (A741), giá trị của Vin không được lớn hơn 30V.
<i><b>6.5.5. Mạch khuếch đại nhạc cụ </b></i>
Nếu pha của các tín hiệu tương ứng Vs1 và Vs2 được cung cấp vào mạch là
khác nhau, các tín hiệu thể hiện ở máy hiện sóng sẽ thay đổi do sự khác pha này.
Sự điều chỉnh biến trở VR 1K sẽ dẫn đến biến đổi rất nhỏ (hầu như
không nhận thấy) của dạng sóng, vì 100K >> 1K. Tuy nhiên, sự thay đổi nhẹ
của VR 1K có thể thay đổi giá trị CMRR, tăng khả năng giảm nhiễu của mạch
khuếch đại.
<i><b>6.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b></i>
<i><b>6.6.1. Mạch tách sóng đỉnh </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Khơng nhận thấy điện áp đỉnh. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 6.18. </i>
144
<b>Hình 6.18. Các phần lỗi của mạch tách sóng đỉnh </b>
S1 (C4) mở: Hở mạch.
<i>Lỗi: S</i>1 mở. Không nhận biết được điện áp đỉnh.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1 từ mở đóng.
<i><b>6.6.2. Mạch điều áp </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi </i>
- Điều chỉnh VR 10K khơng có tác dụng, Vo = 0V.
- Điều chỉnh VR 10K khơng có tác dụng, Vo = +5V.
<i>b) Các phần lỗi: mơ tả ở hình 6.19 </i>
<b>Hình 6.19. Các phần lỗi của mạch điều áp </b>
145
<i>- Lỗi 1: S</i>4 mở. Đo điện áp chân 2 của U2 8705 Vg = 0V. Điều chỉnh VR
10K khơng có tác dụng.
<i>- Lỗi 2: S</i>3 mở. Điện áp cửa vào không đảo của OPA V+ = 0V, Vg = 0V,
Vout = +5V. Điều chỉnh VR 10K khơng có tác dụng.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>4, S3 từ mở đóng.
<i><b>6.6.3. Mạch lấy và giữ mẫu </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Điện áp đầu ra V</i>o<i> = 0V. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 6.20. </i>
<b>Hình 6.20. Các phần lỗi của mạch lấy và giữ mẫu </b>
S2 (C9) đóng: Ngắn mạch.
<i>Lỗi: S</i>2 đóng. Điện áp cửa vào không đảo của OPA V+ = 0V, Vout = 0V.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>2 từ đóng mở.
<i><b>6.6.4. Mạch khuếch đại nhạc cụ </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Khuếch đại ít hoặc hầu như khơng khuếch đại tín hiệu. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 6.21. </i>
- S5 (R6: 10K) mở: Hở mạch.
- S6 (R7: 100K) mở: Hở mạch.
- S8 (LM324 chân 6 INV tiếp xúc kém).
Mô tả các lỗi:
- Lỗi 1: S5 mở. Điện áp Vo nhỏ.
146
<b>Hình 6.21. Các phần lỗi của mạch khuếch đại nhạc cụ </b>
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>5, S6, S8<b> từ mở đóng. </b>
<b>6.7. Ơn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:
<b>Câu 1. Đặc tính lơ ga rít của phần dưới phân cực thuận của linh kiện nào </b>
dưới đây được lợi dụng để xây dựng mạch khuếch đại lơ ga rít?
A. UJT B. Transistor C. SCR
<b>Câu 2. OP AMP tích hợp trong mạch tách sóng đỉnh có chức năng như: </b>
A. Mạch theo điện áp B. Mạch khuếch đại C. Máy so mẫu
<b>Câu 3. Mạch lấy và giữ mẫu là ứng dụng của: </b>
A. Mạch tách sóng đỉnh B. Máy so mẫu C. Mạch điều áp
<b>Câu 4. Đối với mạch chỉnh lưu chính xác, mơ tả nào dưới đây là đúng? </b>
A. Đầu ra của mạch chỉnh lưu chính xác là DC được ổn định hóa.
B. Mạch chỉnh lưu chính xác chỉ có thể được thực hiện như một mạch
chỉnh lưu nửa sóng chính xác.
C. Mạch chỉnh lưu chính xác có thể được thực hiện như mạch chỉnh lưu cho
<b>Câu 5. Mạch khuếch đại nhạc cụ là ứng dụng của: </b>
A. Máy so mẫu B. Mạch tích phân C. Mạch khuếch đại vi sai
<b>Câu 6. OP AMP tích hợp trong mạch điều áp có chức năng như: </b>
147
<b>Bài tập: </b>
<i><b>BT1: Thay thế điốt bằng transistor, sau đó lặp lại thí nghiệm của mạch </b></i>
khuếch đại lơ ga rít và lơ ga rít đảo mô tả ở phần 6.4.1 và 6.4.2.
<i>Gợi ý: Tham khảo các hình 6.9, 6.10 và 6.17. </i>
<i><b>BT2: Cho mạch điện như hình vẽ 6.22, đưa vào sóng sin 100Hz tới đầu vào </b></i>
Vi và xung 500Hz tới đầu vào Vp. Sau đó quan sát dạng sóng ở Vo và mô tả chức
năng của A1, A2 và Q.
<b>Hình 6.22 </b>
<i><b>BT3: Hãy thiết kế một mạch chỉnh lưu tồn sóng chính xác, ở đó sóng sin </b></i>
1Vpp/1KHz được đưa tới đầu vào và yêu cầu ở đầu ra có điện áp 2Vpp/2KHz dao
động với đầu vào đảo.
Linh kiện cần thiết:
- Điốt: 2 chiếc.
- Điện trở: 5 chiếc.
<i>Gợi ý: Tham khảo hình 6.17. </i>
<b>6.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN6-1a. Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lơ ga rít </b>
<b>Vi</b> 0,06 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 1 1,5 3 4 5 6 7
148
<b>Bảng TN6-1b. Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lô ga rít </b>
<b>Bảng TN6-2a. Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lơ ga rít đảo </b>
<b>Vi</b>
-0,06
-0,26
-0,28 -0,3
-0,32
-0,34
-0,36
-0,38
-0,4
-0,42
-0,44 -0,46
<b>Vo</b>
149
<b>Bảng TN6-3a. Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (có hồi tiếp âm) </b>
<b>Vi</b> 1Vpp 2Vpp 3Vpp 4Vpp 5Vpp 7Vpp 6Vpp 3Vpp
<b>Vo</b>
<b>(DCV) </b>
<b>Bảng TN6-3b. Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh </b>
<b> (khơng có hồi tiếp âm) </b>
<b>Vi</b> 1Vpp 2Vpp 3Vpp 4Vpp 5Vpp 7Vpp 6Vpp 3Vpp
<b>Vo</b>
<b>(DCV) </b>
<b>Bảng TN6-4. Kết quả thí nghiệm mạch chỉnh lưu chính xác </b>
<b>Vpp</b> <b>Kết nối C5 // Rf</b> <b>f </b> <b>f </b>
<b>Vi</b>
<b>Vo</b>
<b>Bảng TN6-5. Kết quả thí nghiệm mạch điều áp </b>
<b>Vomax = ____________ (V) </b> <b>Vomin = _____________ (V) </b>
<b>TP3 (OUT) </b> <b>7V </b> <b>9V </b> <b>11V </b> <b>15V </b>
<b>TP4 </b>
<b>TP2 (G) </b>
150
<b>Bảng TN6-7. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ </b>
<b>VR1</b>
<b>K </b> <b> </b> <b> </b> <b> </b>
<b>Vin</b>
<b>Vout</b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 6 </b>
<i>1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học </i>
Kỹ thuật.
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL. </i>
151
<i><b>Bài 7 </b></i>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH LỌC </b>
<b>7.1. Mục tiêu </b>
<b>7.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>7.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>7.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>7.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>7.6. Sửa chữa lỗi mơ phỏng </b>
152
<b>7.1. Mục tiêu </b>
- Ứng dụng OPA trong khuếch đại âm thanh.
- Ứng dụng OPA trong điều khiển âm điệu.
- Ứng dụng OPA trong mạch lọc tích cực.
<b>7.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>7.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
- Bộ lọc (Filter):
Bộ lọc có nghĩa là thiết bị có thể lọc một số tín hiệu. Thiết bị này có ứng
dụng trong thông thấp, thông cao, thông dải (với một phổ tần số cụ thể mà trong
đó các tín hiệu có thể đi qua), hay chắn dải (với một phổ tần số cụ thể trong đó
tín hiệu bị chặn).
- Tần số cắt:
<i>fL: tần số cắt thấp (dưới); fH: tần số cắt cao (trên) </i>
<b>Hình 7.1. Tần số cắt của bộ lọc </b>
Tần số mà tại đó điện áp đầu ra sẽ giảm xuống 0,707 của điện áp đầu vào
được gọi là tần số cắt, như thể hiện trong hình 7.1. Ta tính hệ số khuếch đại điện
áp và hệ số khuếch đại công suất tại tần số này:
Vì hệ số khuếch đại công suất Ap = 0,5 khi Av = 0,707, điểm tần số cắt
cũng được gọi là điểm nửa công suất.
<i>* RIAA (Recording Industry Association of American Inc): </i>
153
Trong quá trình ghi âm ở tần số thấp sẽ được giảm tốc độ và ở tần số cao sẽ
được nâng lên, nhưng trong quá trình phát lại sẽ có tốc độ ngược lại (quay nhanh
ở tần số thấp và quay chậm ở tần số cao). Đây được gọi là việc cân bằng RIAA,
tức là tăng tiếng bass và giảm tiếng treble khi đọc đĩa than để bù đắp lượng tiếng
bass bị giảm và lượng tiếng treble tăng lên trong quá trình biên tập âm thanh khi
làm đĩa, nhờ đó mà âm thanh được giữ cân bằng.
<b>Hình 7.2. Đặc tính phát lại RIAA </b> <b>Hình 7.3. Đặc tính ghi RIAA </b>
- Bộ lọc thụ động:
Các bộ lọc mà được xây dựng bởi các thiết bị thụ động như R, C và L được
gọi là bộ lọc thụ động.
- Bộ lọc tích cực:
Các bộ lọc bao gồm các bộ lọc thụ động và OPA được gọi là bộ lọc tích cực.
Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu tần số thấp có thể đi qua.
- Bộ lọc thơng cao (High Pass Filter - HPF):
Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu tần số cao có thể đi qua.
- Bộ lọc thông dải (Band Pass Filter – BPF):
Các bộ lọc mà chỉ có tín hiệu trong phổ tần số cụ thể có thể đi qua.
<i><b>7.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
Nội dung của phần này được ứng dụng trong âm thanh và video, truyền
thông và thiết bị đo đạc. Từ các mạch thông cao, thông thấp, thông dải, bộ
khuếch đại RIAA và điều khiển âm điệu, độc giả thực hiện việc nghiên cứu tổng
thể từ các mạch cơ bản để thiết kế các mạch ứng dụng liên quan.
154
<i>7.2.2.1. Bộ lọc thông cao </i>
Một bộ lọc thông cao được thể hiện trong hình 7.4, trong đó Vo được lấy từ
hai cực của R và được xác định theo công thức (7-1):
(7-1)
Từ phương trình (7-1) chúng ta có thể hiểu rằng
Xc nhỏ hơn sẽ cho Vo cao hơn. Từ và f cao
hơn sẽ dẫn đến Xc nhỏ hơn, điện áp Vo cao hơn có thể
thu được trong dải tần số cao.
Hình 7.5a mô tả một bộ khuếch đại thông cao kết
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Đặc tuyến biên độ tần số </i>
<b>Hình 7.5. Mạch lọc thông cao </b>
Tần số cắt của bộ lọc thông cao fH có thể được tính tốn từ phương trình:
(7-2)
Như thể hiện trong hình 7.5.a, mạch theo điện áp với Av = 1 được xây dựng
bởi OP AMP và R3, cung cấp một tải trở kháng cao cho mạng bộ lọc thông cao. (C,
R2) và (C, R1) tạo thành hai khâu của mạch lọc thông cao.
<i><b>7.2.2.2. Bộ lọc thông thấp </b></i>
Một bộ lọc thông thấp được thể hiện trong
hình 7.6, trong đó Vo được lấy từ hai cực của C và
được xác định theo công thức (7-3):
<b>Hình 7.4. Bộ lọc </b>
<b>thơng cao </b>
155
(7-3)
Từ phương trình (7-2) chúng ta có thể hiểu rằng Xc lớn hơn ở Vo cao hơn.
Từ và f thấp hơn sẽ dẫn đến Xc lớn hơn, điện áp Vo cao hơn có thể thu
Hình 7.7a mô tả một bộ khuếch đại thông thấp kết hợp OP AMP. Đường
cong đặc trưng của Av tương ứng với BW cho mạch tổng quát được hiển thị
trong hình 7.7b.
<i>a)Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b)Đặc tuyến biên độ tần số </i>
<b>Hình 7.7. Mạch lọc thông thấp </b>
Tần số cắt của bộ lọc thơng thấp fL có thể được tính tốn từ phương trình:
(7-4)
Như thể hiện trong hình 7.7a, mạch theo điện áp với Av = 1 được xây dựng
bởi OP AMP và R1, cung cấp một tải trở kháng cao cho mạng bộ lọc thông thấp.
(R, C2) và (R, C1) tạo thành hai khâu của mạch lọc thông thấp.
<i><b>7.2.2.3. Bộ lọc thông dải </b></i>
Như thể hiện trong hình 7.8, sau khi
tín hiệu đầu vào đã chảy qua các mạch
thông cao và mạch thơng thấp, tín hiệu tần
số thấp và tín hiệu tần số cao sẽ được suy
yếu tương ứng, trong khi chỉ có các tín
hiệu trong dải tần số trung bình (một phổ
tần số cụ thể) sẽ bị chặn lại và triệt tiêu.
<b>Hình 7.8. Cấu trúc và đặc tuyến </b>
<b>biên độ - tần số của mạch lọc </b>
156
Hình 7.9 cho thấy sơ đồ khối bộ
khuếch đại thông dải.
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch HF
và LF tương ứng Av1 = -Zf1/Z1, Av2 = -Zf2/Z2.
Sơ đồ tương đương của các khối
khuếch đại Z1, Z2 được mơ tả ở hình 7.10.
<b>Hình 7.10. Cấu trúc khối khuếch đại Z1, Z2</b>
Hình 7.11 mơ tả mạch khuếch đại thông dải thực tế tương ứng với sơ đồ
khối ở hình 7.9, từ hình vẽ ta có Zf1 = 2M và Zf2 = XC14.
<b>Hình 7.11. Mạch khuếch đại thơng dải thực tế </b>
C9 và R22 lần lượt đóng vai trị như các điện trở phản hồi cho các mạch
thông cao và mạch thông thấp, một số thông tin phản hồi này sẽ dẫn đến sự thay
đổi rõ nét của sự suy giảm để cải thiện các đặc tính của bộ lọc.
<i>7.2.2.4. Bộ khuếch đại RIAA </i>
Bộ khuếch đại RIAA, cũng được
gọi là RIAA equalizer, được sử dụng
để cung cấp tỷ lệ khuếch đại khác nhau
cho các tín hiệu với tần số tương ứng
khác nhau. Khái niệm này được sử
dụng rộng rãi trong các thiết bị Hi-Fi
để nâng cao hiệu ứng âm thanh.
<b>Hình 7.9. Sơ đồ khối mạch lọc </b>
<b>thông dải </b>
157
RIAA equalizer cơ bản là hợp nhất bởi mạng có độ suy giảm RC, trong đó
các mạch RC sẽ dẫn đến các tín hiệu khác nhau suy yếu tương ứng với các tần
số khác nhau.
Đường cong đặc trưng phát lại
RIAA thể hiện trong hình 7.12 có thể
được thực hiện bởi hai mạch kết hợp
như hình 7.13a, b.
fp1, fp2 và fz tương ứng được
đánh dấu trong hình 7.12 và được xác
định theo các cơng thức:
(7-5)
(7-6)
(7-7)
Hình 7.14a thể hiện mạch khuếch đại RIAA. Theo nguyên tắc mạch khuếch
đại không đảo dùng OP AMP, một bộ khuếch đại RIAA cung cấp tỷ lệ khuếch
đại khác nhau cho các tín hiệu với tần số tương ứng khác nhau có thể được thực
hiện kết hợp với mạng RC, trong đó các công thức (7-5), (7-6) và (7-7) được áp
dụng thành:
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Đặc trưng đường cong RIAA </i>
<b>Hình 7.14. Mạch khuếch đại RIAA </b>
Đặc trưng đường cong RIAA được thể hiện trong hình 7.14b.
<i>7.2.2.5. Bộ điều khiển âm điệu </i>
Đóng vai trò là các khối quan trọng trong các bộ khuếch đại, mạch điều
khiển âm là thiết bị cần thiết trong lĩnh vực Hi-Fi. Đối tượng đầu tiên để cài đặt
<i>a) </i> <i>b) </i>
158
các điều khiển âm là khả năng thích ứng với giai điệu yêu thích cá nhân. Các đối
tượng tiếp theo của kiểm soát giai điệu là để cân bằng hoặc bù cho thiếu hụt gây
ra bằng cách ghi hoặc phát lại. Các đối tượng khác là cải tiến hiệu ứng âm thanh
trong phòng, cho giai điệu có thể thay đổi trong một dải tần số rộng như vậy mà
các bộ khuếch đại có thể được điều chỉnh để tái tạo âm nhạc chất lượng cao của
các phong cách khác nhau. Mặc dù các bộ khuếch đại thịnh hành thương mại
được bán theo mơ hình khác nhau, các điều khiển âm không rời khỏi phạm vi của
hai loại: Loại RC suy giảm và loại RC
hồi tiếp âm (Negative FeedBack - NFB).
Các mạch được hiển thị trong hình
7.15a, đó là loại RC NFB. Mạch này là
một áp dụng cơ bản của khuếch đại đảo:
Kết nối các thiết bị kiểm soát giai điệu
cho các mạch hồi tiếp âm và kiểm soát
lượng thông tin hồi tiếp âm bằng cách
kiểm soát tần số của thiết bị điều khiển.
Hình 7.15b cho thấy một bộ khuếch
đại nghịch đảo với Av = -Rf/R1, trong đó
Av sẽ được giảm nếu các biến trở được
quay sang phải để giảm Rf.
Như thể hiện trong hình 7.15c, hai
tụ C1 với chức năng chọn lọc tần số được
kết nối với R2. XC1 = 1/(2fC1) là rất nhỏ
trong phạm vi tần số cao, R2 sẽ được gần
như đã làm ngắn mạch, và khơng có
khuếch đại sẽ được lấy từ Av = -R1/R1 =
-1. Mặt khác, trong phạm vi tần số thấp,
nơi XC1 là rất lớn, một mạch điều khiển
cơ sở có thể được thực hiện bằng cách
điều chỉnh vị trí của biến trở R2 để thay
<i>a) Mạch điều khiển âm loại </i>
<i>NFB đầy đủ </i>
<i>b) Mạch khuếch đại đảo </i>
<i>c) Mạch lựa chọn tần số </i>
<i>d) Mạch điều khiển âm treble </i>
159
đổi tỉ số khuếch đại trong dải tần số thấp, trong đó các mức tần số thấp có thể
được nâng lên bằng cách xoay R2 sang bên trái, và có thể được giảm bằng cách
điều chỉnh R2 về bên phải.
Hình 7.15d cho thấy một mạch điều khiển treble không hoạt động trong dải
tần số thấp do XC3 rất lớn. Mặt khác, trong phạm vi tần số cao, nơi XC3 là rất
nhỏ, mạch điều khiển treble này sẽ hoạt động để kiểm soát độ to của âm treble
bằng cách điều chỉnh R4 để thay đổi Av (Av = -Rf / R1). Như thể hiện trong hình
7.15.a, R5 được tích hợp để tránh xuyên âm qua giữa tần số cao và tín hiệu tần
số thấp.
<i>7.2.2.6. Mạch khuếch đại đảo với nguồn cung cấp đơn </i>
Các mạch của bộ khuếch đại
nghịch đảo với nguồn cung cấp
năng lượng duy nhất được thể hiện
trong hình 7.16. Vì chỉ có một
nguồn cung cấp điện (+ 12V) được
cung cấp trong mạch này, đầu ra
xuất hiện điện áp một chiều DC,
thay vì bằng không Vôn, được đặt ở
giá trị điều khiển bởi mạch phân áp
bao gồm R2 và R3, mà thường được thiết kế ở Vo = 1/2Vcc như OTL AMP.
Trong mạch này:
Av = -Rf / Z1
Zi = R1 - jXC1
C1 là tụ khớp nối đảo.
<b>7.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23015.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23015.
- Đồng hồ vạn năng.
- Vôn kế số.
- Nguồn cung cấp một chiều.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>7.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>7.4.1. Thí nghiệm về mạch khuếch đại thơng cao </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 7.17a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 7.17b. </i>
<i>Bước 2: Kết nối bộ phát tín hiệu và máy hiện sóng với đầu vào (IN2), sau đó </i>
160
điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu tới 5Vpp sóng sin và điều chỉnh tần số từ 10Hz
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 7.17. Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng cao </b>
<i>Bước 3: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra V</i>o tương ứng với tần số
của điện áp vào cho ở bảng dưới đây và ghi lại các giá trị đo được vào bảng
TN7-1a.
Đơn vị: Hz
<b>f(Vi) </b>
10 50 100 200 400 600 800 1K
2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K
<i>Bước 4: Vẽ đường cong tương ứng giữa hệ số khuếch đại và tần số (đáp </i>
ứng tần số) trong bảng TN7-1b.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN7-1a, b </b></i>
<i><b>7.4.2. Thí nghiệm về mạch khuếch đại thơng thấp </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 7.18a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
7.18b.
161
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 7.18. Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng thấp (I) </b>
<i>Bước 3: Cấp các điện áp V</i>i với các tần số khác nhau theo bảng dưới đây,
sau đó sử dụng máy hiện sóng đo các giá trị Vo tương ứng và ghi lại vào bảng
TN7-2a.
Đơn vị: Hz
<b>f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K </b>
<i>Bước 4: Vẽ đường cong tương ứng giữa hệ số khuếch đại và tần số (đáp </i>
ứng tần số) trong bảng TN7-2b.
<i>Bước 5: Quan sát hình 7.19a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
7.19b.
<i>Bước 6: Lặp lại từ bước 2 đến bước 4. </i>
162
<b>Hình 7.19. Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng thấp (II) </b>
<i><b>7.4.3. Thí nghiệm khuếch đại thơng dải </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát mạch ở hình 7.20a và gắn các ghim mạch như hình vẽ </i>
7.20b.
<i>Bước 2: Kết nối chân 3 của khối U</i>2 với đất.
<i>Bước 3: Đưa tới đầu vào IN2 tín hiệu 5V</i>pp sóng sin.
<i>Bước 4: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào từ 10Hz tới 10KHz, sau đó </i>
quan sát các điện áp ra Vo1 (OUT1) và Vo2 (OUT2).
<i>Bước 5: Ghi các giá trị của V</i>o1 và Vo2 tương ứng với dải tần số 10Hz ÷
10KHz, sau đó tính giá trị hệ số khuếch đại điện áp Av2 = Vo2/Vi.
<i>Bước 6: Vẽ đường cong tương ứng giữa hệ số khuếch đại và tần số (đáp </i>
ứng tần số) của Av2 trong bảng TN7-3.
163
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i>
<i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 7.20. Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng dải </b>
<i><b>7.4.4. Thí nghiệm về mạch khuếch đại RIAA </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
164
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 7.21a và gắn các ghim mạch theo </i>
<i>Bước 2: Cấp tín hiệu 1V</i>pp sóng sin tới đầu vào IN1.
<i>Bước 3: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào từ 10Hz tới 10KHz, sau đó </i>
quan sát giá trị tương ứng của điện áp ra Vo và ghi lại giá trị tại các tần số 10Hz,
1KHz, 2KHz, 3KHz và 4KHz.
<i>Bước 4: Tính giá trị của hệ số khuếch đại điện áp A</i>v = Vo/Vi (trong dải tần
số 10Hz ÷ 10KHz). Và tìm giá trị Avo là giá trị của Av khi điện áp đầu ra Vo lớn
nhất.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN7-4. </b></i>
<i><b>7.4.5. Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm: </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở hình 7.22. </i>
<i>Bước 2: Cấp tín hiệu 1KHz/1V</i>pp sóng vng tới đầu vào IN.
<i>Bước 3: Điều chỉnh VR</i>3 (VR 100K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở
đầu ra Vo (OUT). Ghi lại các giá trị điện áp ra này.
<i>Bước 4: Điều chỉnh R</i>12 (VR 100K), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở
đầu ra Vo (OUT). Ghi lại các giá trị điện áp ra này.
<b>Hình 7.22. Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu </b>
<i>Bước 5: Quan sát mối quan hệ giữa sự biến đổi dạng sóng và mức độ của </i>
âm sắc (treble) và âm trầm (bass).
165
<i>Bước 7: Cấp tín hiệu 5KHz/1V</i>pp sóng sin tới đầu vào IN, sau đó điều chỉnh
tương ứng biến trở VR3 (bass) và R12 (treble) và quan sát xem sự điều chỉnh biến
trở nào cho hiệu ứng tốt hơn.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN7-5a, b. </b></i>
<i><b>7.4.6. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp </b></i>
<i><b>a) Quy trình thí nghiệm </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 7.23. Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp </b>
<i>Bước 1: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở hình 7.23a và gắn các ghim mạch theo </i>
như sơ đồ hình 7.23b.
<i>Bước 2: Cấp tín hiệu 0V tới đầu vào IN1, sau đó đo điện áp ra một chiều </i>
Vo1 (TP6).
<i>Bước 3: Cấp tín hiệu 1KHz/0,5V</i>pp tới đầu vào IN1, sau đó đo dạng sóng tại
đầu ra Vo (OUT).
<i>Bước 4: Tăng biên độ của điện áp đầu vào V</i>i, sau đó quan sát giá trị Vpp
của Vo tại đó Vo đạt giá trị lớn nhất mà không bị biến dạng.
<i>Bước 5: Giá trị điện áp đầu ra lớn nhất bởi: </i>
- Mức ra một chiều (DC).
- Độ lớn của nguồn cung cấp.
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN7-6. </b></i>
<b>7.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
166
động. Một số bộ lọc thụ động đơn giản được thể hiện trong hình 7.24, đó là
mạch đầu ra tần số thấp và mạch đầu ra tần số cao tương ứng.
<i>a) Bộ lọc thông thấp </i> <i>b) Bộ lọc thơng cao </i>
<b>Hình 7.24. Một số bộ lọc thụ động cơ bản </b>
Các bộ lọc thông cao, thông thấp và thơng dải với cải thiện hiệu suất có thể
được xây dựng bằng cách kết hợp các mạch hình 7.24 kết hợp với OP AMP.
Những mạch này được gọi là bộ lọc tích cực. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA và
mạch kiểm soát giai điệu là những ứng dụng của bộ lọc thông cao và thông thấp.
Các bộ lọc gốm được sử dụng trong các thiết bị âm thanh & video là bộ lọc với tần
số cộng hưởng cụ thể như 455KHz, đó cũng là việc áp dụng các bộ lọc tích cực.
Nhìn chung, chất lượng của các bộ lọc hoạt động phụ thuộc nhiều vào sự ổn
định của RC so với những đặc điểm của OPA. Trong số các RC, điện trở sẽ tạo ra
ít vấn đề hơn, trong khi đó sự ổn định của tụ điện là quan tâm nhiều hơn. Người ta
thường sử dụng tụ điện tantali với điện dung nhỏ và tụ điện Miller với điện dung
lớn. Khi sử dụng tụ điện, cần đặc biệt lưu ý các đặc điểm nhiệt độ và dòng rò của
tụ điện.
<b>7.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
<i><b>7.6.1. Mạch lọc thông cao </b></i>
167
<i>a) Hiện tượng lỗi: Dạng sóng đầu ra khơng phải dạng sóng sin. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 7.25. </i>
S3 (R17: 22K) mở: Hở mạch.
<i>Lỗi: S</i>3 mở. Điện áp đầu ra của mạch có dạng sóng vng.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>3 từ mở đóng.
<i><b>7.6.2. Mạch lọc thông thấp </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Dạng sóng đầu ra khơng phải dạng sóng sin. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 7.25. </i>
- Tương tự lỗi ở phần mạch lọc thông cao.
<i>c) Các bước sửa chữa: Sửa lỗi tương tự như sửa lỗi ở phần mạch lọc </i>
thông cao.
<i><b>7.6.3. Mạch lọc thông dải </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi </i>
- Phần mạch lọc thông cao lỗi.
- Phần mạch lọc thông thấp lỗi.
<i>b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 7.25. </i>
S1 (C9) mở: Hở mạch, S2 (R22: 270K) mở: Hở mạch, S4 (C14) đóng:
Ngắn mạch.
<i>- Lỗi 1: S</i>1 mở. Bộ khuếch đại thông cao không hoạt động.
<i>- Lỗi 2: S</i>2 mở. Bộ khuếch đại thông thấp không hoạt động.
<i>- Lỗi 3: S</i>4 đóng. Đầu vào cuối của bộ lọc thơng thấp nối đất.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1, S2 từ mở đóng, S4 từ đóng
mở.
<i><b>7.6.4. Mạch điều khiển âm điệu </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Điều chỉnh âm trầm (bass) và âm sắc (treble) khơng có </i>
tác dụng.
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 7.26. </i>
- S3 (VR3: 100K) mở: Hở mạch.
- S4 (R11: 3,3K) mở: Hở mạch.
Mô tả các lỗi:
168
<b>Hình 7.26. Các phần lỗi của mạch điều khiển âm điệu </b>
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>3, S4 từ mở đóng.
<i><b>7.6.5. Mạch khuếch đại đảo dùng một nguồn cung cấp </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Điện áp phân cực một chiều (DC) bất thường. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mô tả ở hình 7.27. </i>
S1 (R4: 47K) mở: Hở mạch.
S2 (R5: 47K) mở: Hở mạch.
Mô tả các lỗi:
<i>- Lỗi 1: S</i>1 mở. Điện áp ra một chiều (VoDC) lệch thấp.
<i>- Lỗi 2: S</i>2 mở. Điện áp ra một chiều (VoDC) lệch cao.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1, S2 từ mở đóng.
169
<b>7.7. Ơn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm và hoàn thành các bài tập cho dưới đây:
<b>Câu hỏi trắc nghiệm: </b>
<b>Câu 1. Mạch điện cho ở hình CH1 là: </b>
A. Bộ lọc thơng cao
B. Bộ lọc thơng thấp
<b>C. Bộ lọc thơng dải </b>
<b>Hình CH1 </b>
<b>Câu 2. Mạch vi phân cho ở hình CH2 có thể sử dụng như: </b>
A. Bộ lọc thơng cao
B. Bộ lọc thông thấp
<b>C. Bộ lọc thông dải </b>
<b>Hình CH2 </b>
<b>Câu 3. Mạch lọc tích cực là ứng dụng của: </b>
A. Mạch vi phân và tích phân B. Mạch chỉnh lưu C. Mạch dao động
<b>Câu 4. Tỷ số giữa điện áp tại tần số cắt (cịn gọi là điểm nửa cơng suất) và </b>
điện áp lớn nhất có giá trị là:
A. 0,707 B. 0,5 C. 0,636
<b>Câu 5. Tần số cắt của mạch lọc thơng thấp được tính bằng cơng thức: </b>
A. B. C.
<b>Câu 6. Mức điện áp một chiều ở đầu ra của mạch khuếch đại đảo một </b>
nguồn cung cấp có giá trị:
A. B. C. 0V
<b>Câu 7. Mức điện áp một chiều ở đầu ra của mạch khuếch đại đảo một nguồn </b>
cung cấp:
A. Có thể điều chỉnh nhờ phân cực
B. Không thể điều chỉnh
C. Là giá trị điện áp cố định
<b>Câu 8. Mạch lọc tích cực là ứng dụng của: </b>
170
<b>Câu 9. Đối với mạch điều chỉnh âm sắc RIAA, phát biểu nào dưới đây là SAI: </b>
A. Tỷ số khuếch đại khác nhau tương ứng với các dải tần số khác nhau.
B. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA là ứng dụng của mạch vi phân và mạch
tích phân.
C. Mạch điều chỉnh âm sắc RIAA là mạch lọc thông dải
<b>Câu 10. Độ dốc của mạch lọc thông cao và thông thấp từ: </b>
A. Mạch lọc chặn dải.
B. Mạch lọc thông dải.
C. Mạch cộng hưởng.
<b>Bài tập: </b>
<i><b>BT1: Hình BT1 mơ tả mạch lọc thông dải với hệ số phẩm chất Q = 100. </b></i>
Các thông số của mạch +Vcc = 12V, -Vee = -12V, A1 = A2 = A3 = A4 = LF356,
tần số trung bình fo = 1/(2RC).
Hãy lắp ráp mạch nàyvà thực hiện thí nghiệm sau theo các bước:
<b>Hình BT1 </b>
<i>Bước 1: Đưa tín hiệu 5V</i>pp sóng sin với dải tần số 20Hz ÷ 20KHz tới đầu
<i>Bước 3: Mô tả chức năng của các khối A</i>1, A2, A3 và A4 trong mạch này.
<i>Bước 4: Tính băng thơng của mạch theo cơng thức: BW = f</i>H - fL
<i><b>BT2: Hình BT2 mơ tả mạch lọc chắn </b></i>
dải. Các thông số của mạch +Vcc = 12V, -Vee
= -12V, C1 = C2 = C3 = 0,0002F.
Hãy lắp ráp mạch này và thực hiện thí
nghiệm sau theo các bước:
<i>Bước 1: Đưa tín hiệu 1KHz/3V</i>pp sóng
171
<i>Bước 2: Điều chỉnh VR 50K để điện áp đầu ra V</i>o = 0,3Vpp.
<i>Bước 3: Điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu vào theo các giá trị như trong </i>
bảng TN7-7. Sau đó đo giá trị của Vi, Vo và tính giá trị của Av và Av(dB), trong
đó Av(dB) = 20logAv.
<b>7.7. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN7-1a. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao </b>
Vi = 5Vpp
Đơn vị: Hz
<b>f(Vi) 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K </b>
<b>Vopp</b>
<b>Av</b>
<b>Bảng TN7-1b. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông cao </b>
Avo<b>: Giá trị A</b>v khi Vo<b> đạt giá trị lớn nhất. </b>
fH<b>: Tần số thấp nhất tại đó A</b>v<b> suy giảm tới giá trị -3dB. </b>
<b>Bảng TN7-2a. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thơng thấp </b>
Đơn vị: Hz
<b>f(Vi) </b> 10 50 100 200 400 600 800 1K 2K 3K 4K 6K 8K 10K 12K 15K
<b>Vopp(C7) </b>
<b>Av(C7) </b>
<b>Vopp(C5) </b>
172
<b>Bảng TN7-2b. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông thấp </b>
Avo<b>: Giá trị A</b>v khi Vo<b> đạt giá trị lớn nhất </b>
fH<b>: Tần số thấp nhất tại đó A</b>v<b> suy giảm tới giá trị -3dB </b>
<b>Bảng TN7-3. Đáp ứng tần số mạch khuếch đại thông dải </b>
Avo2<b>: Giá trị A</b>v2 khi Vo2<b> đạt giá trị lớn nhất </b>
fH<b>: Tần số thấp nhất tại đó A</b>v<b> suy giảm tới giá trị -3dB </b>
173
<b>Bảng TN7-5a. Kết quả điều chỉnh VR3 (bass) mạch điều chỉnh âm điệu </b>
<b>V</b>
<b>R3</b>
<b>Vặn về bên trái </b> <b>Vặn về bên phải </b>
<b>V</b>
<b>in</b>
<b>V</b>
<b>out</b>
<b>Bảng TN7-5b. Kết quả điều chỉnh R12 (treble) </b>
<b>mạch điều chỉnh âm điệu </b>
<b>R</b>
<b>12</b>
<b>Vặn về bên trái </b> <b>Vặn về bên phải </b>
<b>V</b>
<b>in</b>
<b>V</b>
<b>out</b>
<b>Bảng TN7-6. Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo </b>
<b>với một nguồn cung cấp </b>
Vi = 0V Vopp = _______(V)
Vi = 0,5Vpp Vopp = _______(V)
174
<b>Bảng TN7-7. Kết quả thí nghiệm mạch lọc chắn dải (BT2) </b>
<b>f </b> <b>Vi</b> <b>Vo</b> <b>Av</b>
<b>Av</b>
<b>(dB) </b> <b>f </b> <b>Vi</b> <b>Vo</b> <b>Av</b>
<b>Av</b>
<b>(dB) </b>
50Hz 750
100 800
150 850
200 900
250 950
300 1K
350 1,2K
400 1,4K
450 1,6K
500 2K
550 3K
600 5K
700 10KHz
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 7 </b>
<i>1. Phạm Minh Hà (2008). Kỹ thuật mạch điện tử (tái bản). Nxb Khoa học </i>
Kỹ thuật.
<i>2. Đỗ Xuân Thụ (2008). Kỹ thuật điện tử. Nxb Giáo dục. </i>
<i>3. K&H MFG CO, LTD (2015). Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm điện tử </i>
<i>KL-200: quyển I, II. </i>
<i>4. K&H MFG CO, LTD (2015). LINEAR CIRCUIT LAB KL-200 (I), (II): </i>
<i>MODULE EXPERIMENT MANUAL. </i>
175
<b>Bài 8 </b>
<b>THÍ NGHIỆM VỀ MẠCH TẠO DAO ĐỘNG </b>
<b>8.1. Mục tiêu </b>
<b>8.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<b>8.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
<b>8.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<b>8.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<b>8.6. Sửa chữa lỗi mơ phỏng </b>
176
<b>8.1. Mục tiêu </b>
- Mối quan hệ giữa hồi tiếp dương và dao động.
- Phân tích được nguyên tắc của dao động dịch pha RC.
- Phân tích được nguyên tắc của dao động cầu Wien.
- Phân tích được nguyên tắc của dao động cao tần.
<b>8.2. Tóm tắt lý thuyết </b>
<i><b>8.2.1. Một số thuật ngữ </b></i>
<i>- </i><i>: Hệ số phản hồi. </i>
<i>- OSC: Các chữ viết tắt của dao động. </i>
<i>- Cộng hưởng nối tiếp: </i>
Đối với các mạch hiển thị trong hình 8.1,
hiện tượng trong đó XL = XC được gọi là cộng
hưởng. Khi cộng hưởng nối tiếp trở kháng Z sẽ
có giá trị nhỏ nhất. Trở kháng Z của mạch khi
cộng hưởng và tần số cộng hưởng riêng của
mạch được tính theo cơng thức (8-1), (8-2):
(8-1)
(8-2)
Khi cộng hưởng nối tiếp mạch sẽ là thuần điện trở.
Đối với các mạch hiển thị trong hình
8.2, hiện tượng trong đó XL = XC được gọi là
cộng hưởng. Khi cộng hưởng song song trở
kháng Z sẽ có giá trị lớn nhất. Trở kháng Z
của mạch khi cộng hưởng và tần số cộng
hưởng riêng của mạch được tính theo cơng
thức (8-3), (8-4):
(8-3)
(8-4)
<i><b>Khi cộng hưởng song song mạch sẽ là thuần điện trở. </b></i>
<b>Hình 8.1. Mạch cộng hưởng </b>
<b>nối tiếp </b>
177
<i><b>8.2.2. Nguyên lý cơ bản </b></i>
<i>8.2.2.1. Bộ dao động </i>
<i>a) Khái niệm mạch dao động </i>
Các mạch mà có thể chuyển đổi năng lượng điện cung cấp một chiều (DC)
thành năng lượng điện xoay chiều (AC) có tần số cụ thể mà khơng có tín hiệu
cung cấp từ bên ngồi (mạch tự dao động).
<i>b) Mối quan hệ giữa hồi tiếp dương và dao động </i>
Avf của mạch hồi tiếp bằng . Nếu mạch phản hồi được thiết kế sao cho
1 + .A = 0 (-.A = 1), mức tăng tổng thể của mạch Avf sẽ tiếp cận đến và dao
động sẽ được tạo ra trong mạch này do sự bất ổn.
Mặc dù ban đầu cho rằng các tín hiệu từ bên ngoài đưa vào Vi = 0. Tuy
nhiên, Vi sẽ không thể bằng 0 do nhiễu vốn có. Vi này sẽ làm xuất hiện Vo =
Av.Vi qua bộ khuếch đại, và sẽ dẫn đến .Av = 1 sau khi có hồi tiếp. Nếu pha của
-.A.Vi là giống như Vi, tín hiệu đầu vào sẽ được tăng cường, và dao động sẽ
được tạo ra bởi chính nó. Nếu nó là cần thiết để làm cho -.A. Vi có cùng một
pha như Vi, . Nói cách khác, tổng dịch pha của bộ khuếch đại và
mạch hồi tiếp được tính bằng 00 hoặc 3600. Hồi tiếp có thể nâng cao Vi được gọi
là hồi tiếp dương.
<i>c) Điều kiện dao động </i>
- Trong mạch phải có khối hồi tiếp dương.
- Các bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại thỏa mãn -.A 1.
<i>d) Phân loại: Các mạch dao động có thể được phân thành hai loại sau đây: </i>
<i>- Dao động sin, có thể được phân chia thành: </i>
<i>+ Dao động tần số thấp: Những dao động kết hợp mạng hồi tiếp RC. Ví </i>
dụ: dao động dịch pha dùng RC, cầu dao động Wien...
<i>+ Dao động cao tần: Những dao động cũng kết hợp mạng hồi tiếp LC. Ví </i>
dụ: mạch dao động Hartley, mạch dao động Colpitts, dao động thạch anh...
<i>- Dao động không sin: </i>
<i>+ Dao động sóng vng. Ví dụ: dao động đa hài... </i>
<i>+ Dao động xung. Ví dụ: dao động liên tục... </i>
178
<i>8.2.2.2. Mô tả dao động sin </i>
<i>a) Dao động dịch pha dùng RC </i>
- Mỗi khâu RC sẽ tạo ra dịch pha 600, ba khâu RC sẽ dẫn đến sự dịch
pha 1800. Dịch pha 1800 của khối hồi tiếp này, tạo ra bởi mạch hồi tiếp dương
được mô tả ở trên, cùng với 1800 của khối khuếch đại được tạo ra bởi các bộ
khuếch đại sẽ dẫn đến dịch pha 3600 tương ứng với một chu kỳ của một tín
hiệu đầu vào. Nếu độ lớn của tích số .A đạt được là đủ, dao động sẽ được
tạo ra và duy trì.
- Dao động dịch pha RC - transistor:
- Hình 8.3a cho thấy một
khâu dao động RC trễ pha.
Hình 8.3b cho thấy mối quan
hệ giữa I, Vi và Vf trong một
mạch RC đơn. Hình 8.4 cho
thấy một mạch gồm 3 khâu
dịch pha RC, trong đó độ lệch
pha giữa Vf và Vo sẽ là 1800
nếu . Tần số của dao
động hình sin bởi mạch của
hình 8.3a sẽ được , trong
đó R = 4,7K và C = 0,01F.
Bởi vì = Vf/Vo = -1/29 cho mạch dịch pha RC hình 8.4 với tần số hoạt động
của Fo, các dao động có thể được duy trì nếu khối khuếch đại có hệ số khuếch
đại tối thiểu bằng 29 để đáp ứng -.A = 1.
<b>Hình 8.5. Dao động dịch pha RC - Transistor </b>
<i>a) Khâu dao động RC </i>
<i>trễ pha </i>
<i>b) Quan hệ giữa I, </i>
<i>Vi, Vf</i>
<b>Hình 8.3. Mạch dao động dịch pha RC đơn </b>
179
- Hình 8.5 cho thấy khâu dao động dịch pha RC đầu tiên, trong đó
. Các khâu dao động dịch pha RC đơn được hiển thị trong hình 8.6a;
và hình 8.6b cho thấy mối quan hệ giữa Vi và I.
<i>a) Sơ đồ mạch </i> <i>b) Quan hệ giữa Vi và Vf</i>
<b>Hình 8.6. Mạch dao động dùng một khâu RC </b>
<i>b) Cầu dao động Wien </i>
<b>Hình 8.7. Sơ đồ nguyên lý của cầu dao động Wien </b>
- Sơ đồ mạch được hiển thị trong hình 8.7, trong đó hai mạch hồi tiếp tồn
tại: (C1, R1) và (R2, C2) là các mạch hồi tiếp dương; và (R3, R4) là mạch hồi tiếp
- Nếu lượng hồi tiếp dương lớn hơn số lượng hồi tiếp âm trong mạch, dao
động sẽ được tạo ra trong mạch này với dao động tần số = . Vì R1 =
R2 và C1 = C2, nên .
- Thay đổi lượng hồi tiếp âm thông qua điều chỉnh R3, sẽ dẫn đến sự dao
động của mạch này.
<i>c) Mạch dao động Hartley </i>
180
+ Mạch hồi tiếp: Mạch này được tạo thành bằng cách kết nối L1 và L2 nối
tiếp, sau đó kết nối song song với tụ C .
+ Điểm nối đất của mạch hồi tiếp: Điểm này nằm ở giữa L1 và L2, và được
kết nối với đất thông qua tụ điện Cc2 (nối đất AC).
+ Điện áp hồi tiếp được lấy từ hai đầu của L1.
<b>+ Khối khuếch đại có thể được mắc kiểu CE. </b>
<i><b>- Tần số dao động: </b></i>
Tần số dao động của mạch dao động Hartley
cũng chính là tần số cộng hưởng của khung dao
động gồm L1, L2 và C. Tần số này được xác định
theo công thức (8-5):
(8-5)
Trong đó M là độ hỗ cảm của L1 và L2.
<i>- Các loại mạch dao động Hartley: </i>
+ Mạch dao động Hartley song song: trong đó
thành phần DC sẽ không đi qua các mạch lưu trữ năng lượng gồm các cuộn cảm
và tụ điện.
+ Mạch dao động Hartley nối tiếp: Trong đó thành phần DC sẽ chảy qua
mạch lưu trữ năng lượng gồm các cuộn cảm và tụ điện, như thể hiện trong
hình 8.8.
<i>d) Mạch dao động Colpitts </i>
<i>- Mạch nguyên lý được hiển thị trong hình 8.9: </i>
Mạch hồi tiếp được kết hợp bởi các khung dao
động LC , trong đó C = C1 được kết nối nối tiếp với
C2, giữa C1 và C2 được kết nối với đất và tín hiệu
hồi tiếp Vc1 được đưa trở về đầu vào.
<i>- Tần số dao động: </i>
Tần số dao động của mạch dao động Colpitts
cũng chính là tần số cộng hưởng của khung dao
động gồm C1, C2 và L. Tần số này được xác định
theo cơng thức (8-6):
(8-6)
<b>Hình 8.8. Sơ đồ ngun </b>
<b>lý của mạch dao động </b>
<b>Hartley </b>
<b>Hình 8.9. Sơ đồ nguyên </b>
<b>lý của mạch dao động </b>
181
<i>- Khối nắn tần số cao tần (RFC: Radio Frequency Choke): Thường được kết </i>
nối nối tiếp trong các nguồn cung cấp để loại bỏ tín hiệu RF được tạo ra khi mạch
dao động phản hồi về nguồn cung cấp điện DC. XL = 2fL, f tăng XL<i> tăng. </i>
<i>- Khối khuếch đại có thể được mắc kiểu CE. </i>
<i>e) Mạch dao động dùng thạch anh </i>
Có thể ứng dụng và hiệu ứng áp điện và hệ số phẩm chất Q cao của tinh
thể thạch anh để tạo ra mạch dao động tín hiệu dao động tần số cao với độ ổn
định cao.
<i>- Hiệu ứng áp điện của thạch anh: </i>
+ Nếu một điện áp được áp vào hai mặt của tinh thể thạch anh, một áp lực
cơ học sẽ được gây ra trong tinh thể này để tạo ra rung động.
+ Do các rung động của tinh thể được lan truyền, điện áp AC sẽ được tạo
ra trên bề mặt. Các tần số của điện áp AC sẽ được xác định bởi tần số của tinh
thể này.
<i>- Các đặc điểm dao động của tinh thể thạch anh: </i>
Nếu một điện áp được áp dụng trong tinh thể, sự rung động sẽ được tạo ra
để tạo ra một điện áp AC. Bởi vì sự dao động của tinh thể sẽ tiêu thụ năng lượng
do ma sát nội bộ, dao động này sẽ làm suy yếu và dừng cuối cùng. Tuy nhiên,
nếu năng lượng được bổ sung đầy đủ, sự dao động của các tinh thể có thể được
duy trì.
<i><b>- Ký hiệu, mạch tương đương và đường cong đặc trưng của tinh thể thạch anh: </b></i>
<i>a) Ký hiệu </i> <i>b) Sơ đồ tương đương </i>
<i>c) Đường cong đặc tính tần số </i>
<i>f1: Tần số cộng hưởng nối tiếp </i>
<i>f2: Tần số cộng hưởng song song </i>
<b>Hình 8.10. Mô tả tinh thể thạch anh </b>
182
các bộ tạo dao động với cộng hưởng nối tiếp hoặc cộng hưởng song song. Hình
8.10b cho thấy sự dao động thạch anh với cộng hưởng song song.
<b>8.3. Thiết bị, vật tư thí nghiệm </b>
- Bộ thí nghiệm KL - 2001.
- Module thí nghiệm KL - 23008, KL - 23009.
- Các linh kiện và mạch được gắn trên module KL - 23008, KL - 23009.
- Đồng hồ vạn năng.
- Máy phát tín hiệu.
- Máy hiện sóng.
- Các jack và dây nối đi kèm bộ thí nghiệm.
<b>8.4. Nội dung thí nghiệm </b>
<i><b>8.4.1. Thí nghiệm về mạch dao động RC </b></i>
<i>8.4.1.1. Dao động dịch pha RC </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.11. </i>
<i>Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng trên đầu ra, sau đó điều </i>
chỉnh VR2 (VR 10K) để đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin và ghi lại các giá
trị đo được vào bảng TN8-1.
<i>Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của V</i>b, Vc và Vd
tương ứng. Quan sát pha của chúng và ghi lại các giá trị đo được vào bảng
TN8-1.
<b>Hình 8.11. Thí nghiệm mạch dao động dịch pha RC </b>
183
<i>8.4.1.2. Cầu dao động Wien </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.12. </i>
<i>Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng trên đầu ra, sau đó điều </i>
chỉnh VR2 (VR 10K) để đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin và ghi lại các giá
trị đo được vào bảng TN8-2.
<i>Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của V</i>TP1, VTP2 và
VTP3 tương ứng. Quan sát pha của chúng và ghi lại các giá trị đo được vào bảng
TN8-2.
<b>Hình 8.12. Thí nghiệm mạch cầu dao động Wien </b>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN8-2. </b></i>
<i><b>8.4.2. Thí nghiệm về mạch dao động cao tần </b></i>
<i>8.4.2.1. Mạch dao động Hartley </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình 8.13. Kết nối tụ C</i>17
(1000pF).
<i>Bước 2: Kết nối nguồn cung cấp, sau đó điều chỉnh điện áp trong khoảng </i>
3V ÷ 18V (nên điều chỉnh trước tiên từ giá trị 18V).
184
ứng, sau đó điều chỉnh VR2 (10K) để ở đầu ra xuất hiện dạng sóng hình sin.
<i>Bước 4: Kết nối tụ C</i>18 (50pF).
<i>Bước 5: Lặp lại bước 3. </i>
<i>Bước 6: Giảm từ từ điện áp </i>
nguồn cung cấp, sau đó quan sát giá
trị điện áp nguồn cho tới khi ngừng
dao động.
<i>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong </i>
<b>bảng TN8-3. </b>
<i>8.4.2.2. Mạch dao động Colpitts </i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 8.14a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
8.14b.
<i>Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của mạch dao động này. </i>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN8-4. </b></i>
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 8.14. Thí nghiệm mạch dao động Colpitts </b>
<i><b>8.4.3. Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh </b></i>
<i>a) Quy trình thí nghiệm </i>
<i>Bước 1: Quan sát hình 8.15a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ hình </i>
8.15b.
<i>Bước 2: Sử dụng máy hiện sóng đo dạng sóng đầu ra của mạch dao động này. </i>
<i><b>b) Kết quả thí nghiệm: Ghi trong bảng TN8-5. </b></i>
185
<i>a) Sơ đồ nguyên lý </i> <i>b) Sơ đồ gắn ghim mạch </i>
<b>Hình 8.15. Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh </b>
<b>8.5. Thảo luận về kết quả thí nghiệm </b>
<i><b>8.5.1. Dao động hình sin </b></i>
Các mạch tạo dao động hình sin được phân chia thành dao động tần số thấp
và dao động cao tần.
<i>a) Dao động tần số thấp </i>
Dao động tần số thấp thường sử dụng RC tạo thành mạch hồi tiếp dương.
Bởi vì lượng hồi tiếp dương phải thỏa mãn điều kiện là -.A = 1 (: hệ số hồi
tiếp), nên nếu hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khơng đủ lớn là ngun nhân
chính cho việc không tự dao động của một mạch với lắp ráp chính xác. Ngồi
việc thiết kế không đầy đủ của mạch, hệ số khuếch đại của bản thân transistor
cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến dao động. Cụ thể, nếu các transistor
ban đầu là để được thay thế trong sửa chữa, giá trị của transistor mới được
trùng với transistor cũ. Để làm cho -.A đúng bằng 1, điều chỉnh cho các hệ
số hồi tiếp () phải cẩn thận, nếu khơng một dao động sóng vng có thể
được tạo ra.
<i>b) Dao động cao tần </i>
186
<i><b>8.5.2. Các ứng dụng </b></i>
<i>a) Biến đổi tuyến tính vi sai </i>
Vo = V1 - V2
Nếu vị trí của lõi sắt được thay đổi, V1
và V2 sẽ được thay đổi cho phù hợp, và Vo
cũng sẽ được thay đổi.
Nếu muốn cung cấp một tín hiệu hình
sin 100 Hz như các tín hiệu đầu vào của
một bộ biến đổi tuyến tính vi sai LVDT (Linear Variable Differential
Transformer), bạn sẽ xem xét để sử dụng cầu dao động Wien hoặc dao động
dịch pha RC là tín hiệu đầu vào này?
<i>b) Phát và truyền tín hiệu </i>
Máy thu thanh phải sử dụng dao động cục bộ để tạo ra các tín hiệu tần số
cao. Mặt khác, máy phát vô tuyến cũng yêu cầu các bộ dao động để tạo ra các
tín hiệu tần số cao như sóng mang cao tần. Trong các ứng dụng như mạch này
có thể được thực hiện bằng cách kết hợp các dao động tần số cao nói trên như
mạch dao động Hartley và mạch dao động Colpitts.
<i>c) Đồng hồ định thời </i>
Dao động thạch anh, có tính năng cho tần số ổn định của nó, là thành phần
quan trọng của máy tính, đồng hồ thạch anh.
<b>8.6. Sửa chữa lỗi mô phỏng </b>
<i><b>8.6.1. Mạch dao động hình sin tần số thấp - dịch pha RC </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Mạch không dao động. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 8.17. </i>
<b>Hình 8.17. Các phần lỗi của mạch dao động dịch pha RC </b>
187
S1 (C3: 0,03F) đóng: Ngắn mạch, S2 (Q1: C1815) cực B, E đóng: Ngắn mạch.
<i>- Lỗi 1: S</i>1 đóng. Khơng có điện áp hồi tiếp và khơng có dao động.
<i>- Lỗi 2: S</i>2 đóng. Điện áp Vbe = 0V, khơng có dao động.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1, S2 từ đóng mở.
<i><b>8.6.2. Mạch dao động cầu Wien </b></i>
<i>a) Hiện tượng lỗi: Mạch không dao động. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 8.18. </i>
<b>Hình 8.18. Các phần lỗi của mạch dao động cầu Wien </b>
S3 (Q1: C1815) cực C, E đóng: Ngắn mạch. S2 (R14: 33K) mở: Hở mạch.
<i>- Lỗi 1: S</i>3 đóng. Vce2 = 0V.
<i>- Lỗi 2: S</i>4 mở. Điện áp Vb3 = 0V, Vbe3 = 0V.
<i>c) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái S</i>2 từ đóng mở, S4 từ mở đóng.
<i>a) Hiện tượng lỗi: Mạch không dao động. </i>
<i>b) Các phần lỗi: Mơ tả ở hình 8.19. </i>
188
S1 (Q) cực B, E đóng: ngắn mạch.
<i>Lỗi: S</i>1 đóng. Vbe = 0V, Vo = +Vcc.
<i>d) Các bước sửa chữa: Chuyển trạng thái của S</i>1 đóng mở.
<b>8.7. Ơn tập - vận dụng </b>
Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu
hỏi trắc nghiệm cho dưới đây:
<b>Câu 1. Mạch dao động tần số cao có khâu hồi tiếp là mạch: </b>
A. RC B. LC C. RL
<b>Câu 2. Điều kiện nào dưới đây cần có để mạch tự dao động: </b>
A. Hồi tiếp dương
B. Hồi tiếp âm
C. Cả 2 điều kiện A, B
<b>Câu 3. Thành phần trong công thức dao động -.A = 1 biểu thị: </b>
A. Hệ số khuếch đại dòng điện
C. Hệ số khuếch đại điện áp
<b>Câu 4. Hiệu ứng nào được sử dụng bởi các tinh thể thạch anh để tạo ra </b>
dao động?
A. Hiệu ứng bề mặt
B. Hiệu ứng áp điện
C. Hiệu ứng điện áp
<b>Câu 5. Ngoài mạch hồi tiếp dương, các dao động hình sin điển hình cũng </b>
bao gồm:
A. Mạch khuếch đại
B. Mạch chỉnh lưu
C. Mạch lọc
<b>Câu 6. Nếu nó là cần thiết để sửa chữa các dao động, mạch hồi tiếp dương </b>
có thể được loại bỏ đầu tiên, sau đó chúng ta có thể tập trung vào các mạch
khuếch đại để sửa chữa. Tại thời điểm này các điện áp trên mỗi cực của các
transistor là (nguồn điện DC được kết nối đầy đủ):
A. DCV
B. ACV
189
<b>8.8. Các biểu ghi kết quả thí nghiệm </b>
<b>Bảng TN8-1. Kết quả đo điện áp Vb, Vc và Vd của </b>
<b> mạch dao động dịch pha RC </b>
<i>(Các kết quả thí nghiệm phải được ghi vào bảng, </i>
<i><b>sau đó so sánh pha giữa mỗi điện áp) </b></i>
<b>Dạng sóng </b> <b>Pha </b>
Vmsint + 0
0
= 2f
Vmsint + 1
1<i> =___________ </i>
Vmsint + 2
2 =___________
Vmsint + 3
3 =___________
<b>Bảng TN8-2. Kết quả đo điện áp các đầu ra mạch cầu dao động Wien </b>
<i>(Các kết quả thí nghiệm phải được ghi vào bảng, </i>
<i>sau đó so sánh pha giữa mỗi điện áp) </i>
<b>Dạng sóng </b> <b>Pha </b>
Vmsint + 0
0
= 2f
Vmsint + 1
1<i> =___________ </i>
Vmsint + 2
2 =___________
190
<b>Bảng TN8-3. Kết quả thí nghiệm mạch dao động Hartley </b>
<b>CE</b>
<b>Vcc = 12V </b>
<i><b>1000pF </b></i> <i><b>50pF </b></i>
<b>TP1</b>
Vpp = ___________
f = _____________
Vpp = ___________
<i><b>f = _____________ </b></i>
<b>TP2</b>
Vpp = ___________
<i><b>f = _____________ </b></i>
Vpp = ___________
<i><b>f = _____________ </b></i>
<b>Bảng TN8-4. Kết quả thí nghiệm mạch dao động Colpitts </b>
Voutpp = ___________(V)
<i><b>Tần số dao động đo được </b></i> <i><b>Tần số dao động lý thuyết </b></i>
fđo = ___________(Hz) flý thuyết = ___________(Hz)
<b>Bảng TN8-5. Kết quả thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh </b>
191
<b>ĐÁP ÁN CÂU HỎI ÔN TẬP </b>
<b>Bài 1: </b>
1A 2B 3C 4A 5C
<b>Bài 2: </b>
1C 2C 3C 4A 5B
<b>Bài 3: </b>
1A 2B 3A 4C 5A
6C 7A 8C 9B 10B
11B 12A 13A 14A 15C
<b>Bài 4: </b>
1B 2A 3C 4A 5C
<b>Bài 5: </b>
1C 2B 3A 4C 5A
6C 7A 8C 9A 10A
11A 12B 13B 14C 15A
16B 17C 18A 19B 20A
<b>Bài 6: </b>
1B 2A 3A 4C 5C 6B
<b>Bài 7: </b>
1B 2A 3A 4A 5A
6B 7A 8C 9C 10C
<b>Bài 8: </b>
192
<b>DANH MỤC HÌNH VẼ </b>
Hình 1.1. Đặc tuyến ra của JFET-n, JFET-p ... 18
Hình 1.2. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của JFET ... 19
Hình 1.3. Mạch đo dòng Id (a) và điện áp cắt Vp (b) ... 19
Hình 1.4. Các họ đặc tuyến của MOSFET kênh đặt sẵn loại n ... 19
Hình 1.5. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh đặt sẵn loại p .. 20
Hình 1.6: Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng
loại n ... 20
Hình 1.7: Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng
loại p ... 21
Hình 1.8: Thí nghiệm đo dịng Idss của JFET ... 21
Hình 1.9: Thí nghiệm đo dịng Igs của JFET ... 22
Hình 1.10: Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của JFET ... 22
Hình 1.11: Thí nghiệm đo dịng Idss của MOSFET ... 23
Hình 1.12: Thí nghiệm đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET ... 24
Hình 2.1: Phân cực cố định cho JFET kênh p ... 29
Hình 2.2: Phân cực tự động cho JFET kênh n ... 29
Hình 2.3: Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho JFET kênh n ... 30
Hình 2.4: Sơ đồ phân cực phân chia điện áp cho MOSFET kênh đặt sẵn loại n 30
Hình 2.5: Bộ khuếch đại CS dùng JFET kênh n ... 31
Hình 2.6: Bộ khuếch đại CD dùng JFET kênh n ... 31
Hình 2.7: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) ... 32
Hình 2.8: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng JFET (phân cực chia điện áp) ... 33
Hình 2.9: Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET (tự phân cực) ... 34
Hình 2.10: Thí nghiệm bộ khuếch đại CD dùng JFET (phân cực chia điện áp) . 35
Hình 2.11: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (tự phân cực) ... 35
Hình 2.12: Thí nghiệm bộ khuếch đại CS dùng MOSFET (phân cực chia điện áp) ... 36
Hình 2.13: Các phần lỗi của mạch khuếch đại CS dùng JFET (tự phân cực) ... 37
Hình 2.14: Các phần lỗi của mạch khuếch đại CD (phân cực cố định) ... 38
Hình 2.15: Các phần lỗi của mạch khuếch đại dùng MOSFET ... 38
Hình 3.1: Ghép tầng khuếch đại bằng tụ điện ... 46
Hình 3.2: Ghép tầng khuếch đại bằng biến áp ... 46
Hình 3.3: Các thơng số cơ bản của máy biến áp ... 47
193
Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống khuếch đại ... 48
Hình 3.6: Đáp ứng tần số của hệ thống khuếch đại ... 50
Hình 3.7: Bộ khuếch đại cơng suất chế độ A ... 51
Hình 3.8: Bộ khuếch đại cơng suất chế độ B ... 51
Hình 3.9: Bộ khuếch đại công suất chế độ AB ... 52
Hình 3.10: Bộ khuếch đại cơng suất chế độ C ... 52
Hình 3.11: Hiện tượng biệt danh ... 53
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cân bằng kép ... 54
Hình 3.13: Biến áp đầu vào của bộ khuếch đại cân bằng kép ... 54
Hình 3.14: Dạng sóng điện áp, dịng điện đầu ra của bộ khuếch đại cân bằng kép 55
Hình 3.15: Méo trong bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ B ... 55
Hình 3.16: Minh họa bộ khuếch đại cân bằng kép, chế độ AB ... 56
Hình 3.17: Phân cực cho bộ khuếch đại cân bằng kép ... 56
Hình 3.18: Mạch OCL cơ bản ... 58
Hình 3.19: Mạch OTL cơ bản ... 58
Hình 3.20: Phân tích mạch OTL AMP ... 59
Hình 3.21: Mạch bổ sung tín hiệu đối xứng... 59
Hình 3.22: Các dạng mạch phân cực ... 59
Hình 3.23: Mạch OTL đầy đủ ... 60
Hình 3.24: Mạch phân cực cho tầng khuếch đại tín hiệu lớn ... 60
Hình 3.25: Các thành phần hồi tiếp của mạch OTL AMP ... 60
Hình 3.26: Mạch ghép tầng khuếch đại dùng tụ điện ... 62
Hình 3.27: Bộ khuếch đại ghép tầng trực tiếp ... 62
Hình 3.28: Mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp ... 63
Hình 3.29: Mạch khuếch đại đẩy kéo... 64
Hình 3.30: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OTL ... 66
Hình 3.31: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL ... 67
Hình 3.32: Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm bộ khuếch đại OCL ... 69
Hình 3.33: Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng dùng tụ điện ... 70
Hình 3.34: Các phần lỗi của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp ... 71
Hình 3.35: Các phần lỗi của mạch ghép biến áp ... 71
Hình 3.36: Các phần lỗi của mạch khuếch đại đẩy - kéo ... 72
Hình 3.37: Các phần lỗi của mạch khuếch đại OTL ... 72
194
Hình 4.1: Cấu trúc bên trong của A741 ... 82
Hình 4.2: Mạch khuếch đại vi sai ... 83
Hình 4.3: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo1) ... 83
Hình 4.4: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 1 đầu ra (Vo2) ... 84
Hình 4.5: Tín hiệu ra OP AMP với kết nối 1 đầu vào... 85
Hình 4.6: Bộ khuếch đại vi sai 1 đầu vào, 2 đầu ra ... 85
Hình 4.7: Bộ khuếch đại vi sai 2 đầu vào, 1 đầu ra ... 85
Hình 4.8: Dạng sóng của Vo1, Vo2khi Vi1 = Vi2 (cùng pha) ... 86
Hình 4.9: Dạng sóng của Vo1, Vo2 khi Vi1 = -Vi2 (ngược pha) ... 86
Hình 4.10: Ký hiệu của OP AMP ... 87
Hình 4.11: Nguồn cung cấp cho OP AMP ... 87
Hình 4.12: Trở kháng đầu vào của OP AMP ... 88
Hình 4.13: Trở kháng đầu ra của OP AMP ... 88
Hình 4.14: Mơ tả SR ... 89
Hình 4.15: Mạch đo SR ... 89
Hình 4.16: Bù “khơng” cho OP AMP ở đầu vào đảo ... 89
Hình 4.17: Bù “khơng” cho OP AMP ở đầu vào khơng đảo ... 90
Hình 4.18: Bù “khơng” ở mạch theo điện áp ... 90
Hình 4.19: Bù “khơng” ở bên trong OPA ... 90
Hình 4.20: Thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai ... 91
Hình 4.21: Thí nghiệm về trở kháng vào (Zi) của OP AMP ... 92
Hình 4.22: Thí nghiệm về trở kháng ra (Zo) của OP AMP ... 92
Hình 4.23: Thí nghiệm về tốc độ biến thiên (SR) của OP AMP ... 93
Hình 4.24: Thí nghiệm về băng thơng (BW) của OP AMP ... 94
Hình 4.25: Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại đảo ... 95
Hình 4.26: Điều chỉnh điện áp offset bằng sơ đồ khuếch đại khơng đảo ... 95
Hình 5.1: Mạch khuếch đại đảo dùng OP AMP ... 103
Hình 5.2: Mạch khuếch đại không đảo dùng OP AMP ... 103
Hình 5.3: Mạch theo điện áp ... 104
Hình 5.4: Mạch trừ dùng OP AMP ... 104
Hình 5.5: Mạch cộng dùng OP AMP ... 105
Hình 5.6: Mạch hạn chế dùng OP AMP ... 106
Hình 5.7: Mạch điện áp không đổi dùng OP AMP ... 106
195
Hình 5.9: Mạch vi phân dùng OP AMP ... 107
Hình 5.10: Mạch tích phân dùng OP AMP ... 108
Hình 5.11: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (khơng offset) ... 109
Hình 5.12: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo (có offset) ... 109
Hình 5.13: Thí nghiệm mạch khuếch đại khơng đảo ... 110
Hình 5.14: Thí nghiệm mạch theo điện áp ... 111
Hình 5.15: Thí nghiệm về mạch trừ ... 112
Hình 5.16: Thí nghiệm về mạch cộng ... 113
Hình 5.17: Thí nghiệm mạch giới hạn ... 113
Hình 5.18: Thí nghiệm mạch giới hạn ... 114
Hình 5.19: Thí nghiệm mạch điện áp khơng đổi... 115
Hình 5.20: Thí nghiệm mạch dịng điện khơng đổi ... 116
Hình 5.21: Thí nghiệm mạch vi phân... 117
Hình 5.22: Thí nghiệm mạch tích phân ... 118
Hình 5.22: Biến dạng sóng do khơng có điện áp offset ... 119
Hình 5.23: Mắc thêm điện trở R cân bằng dòng đầu vào OPA ... 120
Hình 5.24: Mắc thêm mạch phân áp điện trở để tăng Zi ... 120
Hình 5.25: Mạch khuếch đại khơng đảo cải tiến ... 120
Hình 5.26: Mạch hạn chế dùng kết hợp quang trở ... 121
Hình 5.28: Mạch vi phân đầy đủ ... 122
Hình 5.29: Các phần lỗi của mạch giới hạn ... 123
Hình 6.1: Quan hệ Vout/Vin của mạch lơ ga rít ... 132
Hình 6.2: Mạch khuếch đại lơ ga rít ... 132
Hình 6.3: Mạch tách sóng đỉnh ... 133
Hình 6.4: Mạch chỉnh lưu chính xác ... 134
Hình 6.5: Mạch điều áp ... 134
Hình 6.6: Mạch lấy và giữ mẫu ... 134
Hình 6.7: Mạch khuếch đại nhạc cụ ... 135
Hình 6.8: Mạch khuếch đại vi sai cơ bản ... 135
Hình 6.9: Thí nghiệm mạch khuếch đại lơ ga rít ... 136
Hình 6.10: Thí nghiệm mạch khuếch đại lơ ga rít đảo ... 137
Hình 6.11: Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (1) ... 138
Hình 6.12: Thí nghiệm mạch tách sóng đỉnh (2) ... 138
196
Hình 6.14: Thí nghiệm về mạch điều áp ... 140
Hình 6.15: Thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu ... 141
Hình 6.16: Thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ ... 141
Hình 6.17: Mạch chỉnh lưu tồn sóng ... 143
Hình 6.18: Các phần lỗi của mạch tách sóng đỉnh ... 144
Hình 6.19: Các phần lỗi của mạch điều áp ... 144
Hình 6.20: Các phần lỗi của mạch lấy và giữ mẫu ... 145
Hình 6.21: Các phần lỗi của mạch khuếch đại nhạc cụ ... 146
Hình 6.22 ... 147
Hình 7.1: Tần số cắt của bộ lọc ... 152
Hình 7.2: Đặc tính phát lại RIAA... 153
Hình 7.3: Đặc tính ghi RIAA ... 153
Hình 7.4: Bộ lọc thơng cao ... 154
Hình 7.5: Mạch lọc thơng cao ... 154
Hình 7.6: Bộ lọc thơng thấp ... 154
Hình 7.7: Mạch lọc thơng thấp ... 155
Hình 7.8: Cấu trúc và đặc tuyến biên độ - tần số của mạch lọc thơng dải ... 155
Hình 7.9: Sơ đồ khối mạch lọc thơng dải ... 156
Hình 7.10: Cấu trúc khối khuếch đại Z1, Z2 ... 156
Hình 7.11: Mạch khuếch đại thơng dải thực tế ... 156
Hình 7.12: Đường cong đặc trưng phát lại RIAA ... 156
Hình 7.13: Mạch điện thực hiện RIAA ... 157
Hình 7.14: Mạch khuếch đại RIAA ... 157
Hình 7.15: Mạch điều khiển âm điệu ... 158
Hình 7.16: Mạch khuếch đại một nguồn cung cấp ... 159
Hình 7.17: Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng cao ... 160
Hình 7.18: Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng thấp (I) ... 161
Hình 7.19: Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng thấp (II) ... 162
Hình 7.20: Thí nghiệm mạch khuếch đại thơng dải ... 163
Hình 7.21: Thí nghiệm về mạch khuếch đại RIAA ... 163
Hình 7.22: Thí nghiệm về mạch điều khiển âm điệu ... 164
Hình 7.23: Thí nghiệm mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp ... 165
Hình 7.24: Một số bộ lọc thụ động cơ bản ... 166
197
Hình 7.26: Các phần lỗi của mạch điều khiển âm điệu ... 168
Hình 7.27: Các phần lỗi của mạch khuếch đại đảo một nguồn cung cấp ... 168
Hình 8.1: Mạch cộng hưởng nối tiếp ... 176
Hình 8.2: Mạch cộng hưởng song song ... 176
Hình 8.3: Mạch dao động dịch pha RC đơn ... 178
Hình 8.4: Mạch dao động 3 khâu dịch pha RC ... 178
Hình 8.5: Dao động dịch pha RC - Transistor ... 178
Hình 8.6: Mạch dao động dùng một khâu RC ... 179
Hình 8.7: Sơ đồ nguyên lý của cầu dao động Wien ... 179
Hình 8.8: Sơ đồ nguyên lý của mạch dao động Hartley ... 180
Hình 8.9: Sơ đồ nguyên lý của mạch dao động Colpitts ... 180
Hình 8.10: Mơ tả tinh thể thạch anh ... 181
Hình 8.11: Thí nghiệm mạch dao động dịch pha RC ... 182
Hình 8.12: Thí nghiệm mạch cầu dao động Wien ... 183
Hình 8.13: Thí nghiệm mạch dao động Hartley... 184
Hình 8.14: Thí nghiệm mạch dao động Colpitts ... 184
Hình 8.15: Thí nghiệm mạch dao động dùng thạch anh ... 185
Hình 8.16: Mơ tả bộ biến đổi tuyến tính vi sai ... 186
Hình 8.17: Các phần lỗi của mạch dao động dịch pha RC ... 186
Hình 8.18: Các phần lỗi của mạch dao động cầu Wien ... 187
198
<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>
Bảng 1: Các thí nghiệm trong lĩnh vực điện tử ... 8
Bảng 2: Các thí nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật điện ... 8
Bảng 3: Các thí nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa ... 9
Bảng 4: Các thí nghiệm trong bảo dưỡng thiết bị điện tử ... 9
Bảng 1-1: Các loại FET và ký hiệu ... 17
Bảng TN1-1: Kết quả đo dòng Idss của JFET ... 25
Bảng TN1-2: Kết quả đo dòng Igs tương ứng với điện áp Vgs > 0 (< 0) của JFET ... 25
Bảng TN1-3: Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của JFET ... 25
Bảng TN1-4: Kết quả đo dòng Idss của MOSFET ... 26
Bảng TN1-5: Kết quả đo điện áp thắt kênh Vp của MOSFET ... 26
Bảng TN2-1.a: Kết quả đo VIN, VOUT tương ứng với R12 = 3.3k, C3 = 22F .. 39
Bảng TN2-1.b: Kết quả đo VIN, VOUT tương ứng với R16 = 6.8k, C3 = 22F .. 40
Bảng TN2-1.c: Kết quả đo điện áp IN, OUT khi ngắt kết nối C3 ... 40
Bảng TN2-2.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CS
dùng JFET (phân cực chia điện áp) ... 41
Bảng TN2-2.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng JFET
(phân cực chia điện áp) ... 41
Bảng TN2-3.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CD
dùng JFET (tự phân cực) ... 41
Bảng TN2-3.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CD dùng JFET
(tự phân cực) ... 42
Bảng TN2-4.a: Kết quả đo các điện áp VG, Vs và VGS của bộ khuếch đại CD
dùng JFET (phân cực chia điện áp) ... 42
Bảng TN2-4.b: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CD dùng JFET
(phân cực chia điện áp) ... 42
Bảng TN2-5: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng MOSFET
(tự phân cực) ... 43
Bảng TN2-6: Kết quả đo điện áp IN, OUT của bộ khuếch đại CS dùng MOSFET
(phân cực chia điện áp) ... 43
Bảng TN3-1: Điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép tầng bằng tụ điện ... 75
Bảng TN3-2.a: Điện áp IN/OUT của mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp ... 76
199
Bảng TN3-3.b: Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép tầng dùng biến áp .. 77
Bảng TN3-4.a: Kết quả đo tĩnh của transistor Q5, Q6 ... 78
Bảng TN3-4.b: Kết quả đo các điện áp xoay chiều của mạch đẩy – kéo ... 78
Bảng TN3-5: Kết quả thí nghiệm của mạch OTL ... 79
Bảng TN3-6: Kết quả thí nghiệm của mạch OCL ... 79
Bảng TN3-7: Kết quả thí nghiệm của mạch IC âm thanh OTL ... 80
Bảng TN4-1: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại vi sai ... 98
Bảng TN4-2: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng vào của OP AMP ... 98
Bảng TN4-3: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP ... 99
Bảng TN4-4: Kết quả thí nghiệm đo trở kháng ra của OP AMP ... 99
Bảng TN4-5.a: Điện áp ra và hệ số khuếch đại tương ứng với điện áp vào tăng 99
Bảng TN4-5.b: Điện áp ra tương ứng với tần số thay đổi ... 99
Bảng TN4-5.c: Biểu đồ tỷ số công suất so với tần số ... 100
Bảng TN5-1: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo ... 127
Bảng TN5-2: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo ... 128
Bảng TN5-3: Kết quả thí nghiệm mạch theo điện áp ... 128
Bảng TN5-4: Kết quả thí nghiệm mạch trừ ... 128
Bảng TN5-5: Kết quả thí nghiệm mạch cộng ... 129
Bảng TN5-6: Kết quả thí nghiệm mạch giới hạn ... 129
Bảng TN5-7: Kết quả thí nghiệm mạch dịng điện khơng đổi ... 129
Bảng TN5-8: Kết quả thí nghiệm mạch vi phân ... 129
Bảng TN5-9: Kết quả thí nghiệm mạch tích phân ... 130
Bảng TN6-1.a: Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lơ ga rít ... 147
Bảng TN6-1.b: Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lơ ga rít ... 148
Bảng TN6-2a: Kết quả đo điện áp đầu ra mạch khuếch đại lô ga rít đảo ... 148
Bảng TN6-2.b: Đồ thị quan hệ Vo/Vi mạch khuếch đại lơ ga rít đảo ... 148
Bảng TN6-3a: Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (có hồi tiếp âm) ... 149
Bảng TN6-3b: Kết quả đo Vout của mạch tách sóng đỉnh (khơng có hồi tiếp âm) .. 149
Bảng TN6-4: Kết quả thí nghiệm mạch chỉnh lưu chính xác ... 149
Bảng TN6-5: Kết quả thí nghiệm mạch điều áp ... 149
Bảng TN6-6: Kết quả thí nghiệm mạch lấy và giữ mẫu ... 149
Bảng TN6-7: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại nhạc cụ ... 150
Bảng TN7-1.a: Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại thông cao ... 171