Bài giảng Kỹ thuật cảm biến - Chương 11: Các phần tử khuếch đại

Bài 11 
CÁC PHẦN TỬ KHUẾCH ĐẠI (tt) 
1 
Môn học : PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
1 
Căn cứ vào vị trí đặt điểm làm việc trên đường đặc tuyến khuếch đại và quan hệ dạng tín hiệu đầu vào – đầu ra, bộ khuếch đại có thể làm việc ở một trong các chế độ cơ bản A,B,AB,C,D: 
Chế độ A: khuếch đại cả 2 nửa chu kỳ của tín hiệu xoay chiều vào. 
Chế độ B: chỉ khuyếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào (góc cắt bằng 180 0 ), 
Chế độ AB: khuyếch đại hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào (góc cắt 180 0 - 360 0 ) 
Chế độ C: Chỉ khuếch đại một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào (góc cắt < 180 0 ). 
Chế độ D: Góc cắt bằng 180 0 , biên độ tín hiệu đầu vào lớn, đạt tới mức bão hòa của đặc tuyến khuếch đại, chế độ thường dùng để biến đổi tín hiệu dao động điều hòa thành các tín hiệu xung. 
2 
1.4. Các chế độ làm việc của bộ khuếch đại (BKĐ) 
Liên hệ ngược (phản hồi) trong các bộ khuếch đại là sự truyền tín hiệu từ đầu ra trở lại đầu vào khuếch đại. 
Liên hệ ngược dương: tín hiệu đầu ra bộ khuếch đại tăng lên, 
Liên hệ ngược âm: tín hiệu đầu ra bộ khuếch đại giảm xuống, 
Liên hệ ngược có thể được thực hiện trong cả bộ khuếch đại điện áp và dòng điện 
Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại điện áp khi có liên hệ ngược : 
dấu + tương ứng với phản hồi âm ; 
dấu – tương ứng với phản hồi dương ; 
K - hệ số khuếch đại bộ khuếch đại khi không có phản hồi ; 
K ph - hệ số truyền trong mạch phản hồi . 
3 
1.5. Liên hệ ngược trong các BKĐ 
 Liên hệ ngược theo điện áp;	 Liên hệ ngược Theo dòng điện. 
Ưu điểm của Phản hồi âm : 
làm giảm độ méo phi tuyến , 
nâng cao độ ổn định hệ số khuếch đại , 
làm giảm trở kháng đầu ra và tăng trở kháng đầu vào . 
Nhược điểm của phản hồi âm : 
giảm hệ số khuếch đại . 
Phản hồi dương được sử dụng trong các máy phát để tự kích các dao động điều hòa không bị suy giảm và đảm bảo ổn định tần số của tín hiệu máy phát . 
4 
1.5. Liên hệ ngược trong các BKĐ (tt) 
2.1. Giới thiệu chung về transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor) 
a. Cấu tạo; 
BJT là một linh kiện ba cực được tạo nên từ hai chuyển tiếp P-N 
E: Phát (Emitter): có nồng độ hạt dẫn cao nhất. 
C: Thu (Collector): có nồng độ hạt dẫn thấp hơn. 
B: Nền (Base): hẹp nhất và có nồng độ hạt dẫn thấp nhất. 
5 
2. BKĐ tín hiệu xoay chiều trên transistor lưỡng cực 
b. Các chế độ làm việc của BJT 
Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một chiều thích hợp. 
Có ba chế độ làm việc của tranzito là: 
+ Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược. Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn điện. 
+ Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận. Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn. 
+ Chế độ tích cực (khuếch đại): Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát J E phân cực thuận, và tiếp xúc góp J C phân cực ngược. Ở chế độ này, tranzito sẽ khuếch đại tín hiệu đầu vào. Đây là chế độ thông dụng của tranzito trong các mạch điện tử tương tự. 
6 
2.1. Giới thiệu chung về transistor lưỡng cực (tt) 
c. Nguyên tắc làm việc của BJT ở chế độ khuếch đại: 
Khi có dòng IB có dòng dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB : 
I C = β.I B 
I E = I C +I B = β.I B + I B = I B ( β +1) 
I C , I B , I E : dòng điện chạy qua cực C, B, E 
β là hệ số khuyếch đại tĩnh của Transistor ( β =100-1000) 
7 
2.1. Giới thiệu chung về transistor lưỡng cực (tt) 
d. Các phương pháp ráp (mắc) BJT: 3 cách 
- Cực thu chung C (CC) 
- Cực nền chung B (BC) 
- Cực phát chung E (EC) 
8 
2.1. Giới thiệu chung về transistor lưỡng cực (tt) 
Mắc theo sơ đồ E chung 
Tác dụng của các linh kiện: 
R 1 ,R 2 : Điện trở phân cực, 
R C : Điện trở tải cực C, 
R e : Điện trở ổn định nhiệt, 
dùng để ổn định điểm làm việc của 
transistor khi có sự thay đổi nhiệt độ 
R H : Điện trở tải, 
E C : nguồn một chiều cung cấp 
để phân cực cho Transistor, 
U vào : nguồn vào xoay chiều, 
C 1 : tụ điện ở ngõ vào, ngăn dòng một chiều về U vào , 
C 2 : tụ điện ở ngõ ra, ngăn dòng một chiều về phía tải, 
C e : Tụ điện để nối tắt thành phần xoay chiều ở cực E (có điện dung đủ lớn để loại trừ điện trở R e đối với dòng xoay chiều). 
9 
2.2. Sơ đồ chức năng BKĐ tín hiệu trên BJT 
Điện áp xoay chiều ở đầu ra có biên độ được khuếch đại, song ngược pha với điện áp đầu vào 
10 
2.3. Nguyên tắc hoạt động của BKĐ tín hiệu trên BJT 
Hệ số khuếch đại dòng điện: 
Hệ số khuếch đại điện áp: 
r b – điện trở cực B 
r e – điện trở cực E 
Hệ số khuếch đại công suất: 
( Hệ số KĐCS rất lớn khoảng (2,5-5).10 3 
11 
2.4. Hệ số khuếch đại 
3.1. Giới thiệu chung: 
K/n: 	 Khuếch đại thuật toán (KĐTT) còn gọi là OPAMP (Operational Amplifier), là 1 bộ khuếch đại DC có hệ số khuếch đại A v rất cao và thường được chế tạo dưới dạng tích hợp (IC: integrated Circuit). 
Các BKĐ thuật toán được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện – điện tử 
Ưu điểm : 
- Thực hiện được các phép biến đổi toán học đối với tín hiệu : cộng , trừ , tích phân , vi phân , so sánh , đảo pha , đảo cực tính ; 
- Hệ số khuếch đại rất lớn , méo phi tuyến nhỏ , dải thông rộng ; 
- Trở kháng đầu vào lớn , đầu ra nhỏ ; 
- Ổn định với nhiệt độ ; 
- Bù trừ sự trôi không khi khuếch đại dòng một chiều ; 
- Nguồn nuôi có thể thay đổi trong một phạm vi rộng . 
Cấu tạo chung : hai đầu vào : đầu vào đảo và không đảo ; một đầu ra . 
 Để nâng cao chất lượng và độ ổn định làm việc có thể có thêm các đầu vào khác để mắc thêm điện trở bù nhiệt , mạch bù trôi không 
12 
3. Các bộ khuếch đại thuật toán 
Sơ đồ khuếch đại không đảo 
U ra cùng pha với U vao 
13 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học 
b. Sơ đồ khuếch đại đảo 
U ra ngược pha với U vao 
14 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
c. Sơ đồ lấy tổng đảo 
U ra ngược pha với tổng của các tín hiệu đầu vào: U vao1 U vao N 
15 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
d. Sơ đồ khuếch đại lặp lại 
16 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
e. Sơ đồ trừ và khuếch đại hai tín hiệu đầu vào 
17 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
f. Sơ đồ tích phân tín hiệu đầu vào: 
18 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
g. Sơ đồ vi phân tín hiệu đầu vào: 
19 
3.2. Các bộ KĐTT thực hiện biến đổi toán học (tt) 
HẾT BÀI 11 
20 
Môn học : PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức