Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử III

1 
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
Chủ biên: HÀ THANH SƠN 
-------***--------- 
GIÁO TRÌNH 
KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III 
 ( Lưu hành nội bộ) 
HÀ NỘI 2012 
2 
LỜI NÓI ĐẦU 
Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề 
Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề 
cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng 
thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế. 
Nội dung của giáo trình “KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III” đã được xây 
dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với 
những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ 
sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,. 
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới 
và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu 
để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho 
thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng 
nghề. 
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc 
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp 
ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành. 
Xin trân trọng cảm ơn! 
Tuyên bố bản quyền 
3 
Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu 
giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được tham khảo. 
Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành. 
Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị 
nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền. 
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin giúp 
cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình. 
BÀI 1 : BỘ KHUẾCH ĐẠI 
4 
Giới thiệu: 
 Mạch khuếch đại rất quan trọng trong bất kỳ một thiết bị điện tử nào, nó cho 
phép chúng ta khuếch đại các tín hiệu rất nhỏ đến một mức cần thiết để có thể xử 
lý và tính toán. 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của các mạch khuếch đại. 
 Phân loại và tính toán được các kiểu mạch khuếch đại khác nhau. 
 Kỹ năng: 
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch khuếch đại. 
 Biết phân tích , tính toán mạch khuếch đại đảo và không đảo. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính: 
1. KháiNiệm Chung Về Bộ Khuếch Đại 
1.1 Khái niệm chung 
Mạch khuyếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch 
khuyếch đại âm tần trong máy chơi nhạc, Âmply, khuyếch đại tín hiệu video trong 
Ti vi, LCD hay các mạch khuếch đại tín hiệu vô tuyến trong các bộ thu Radio, thu 
truyền hình v.v  
- Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường được 
gọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số 
khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn. Trong những 
ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âmsao cho 
có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra. 
- Các mạch khuếch đại thuật toán có những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều các 
thiết bị điện tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và khoa học. 
5 
Các mạch khuếch đại thuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất rẻ. Các thiết kế 
hiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép 
mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà không làm hư hỏng. 
1.2 Chức năng của các bộ khuếch đại 
- Chức năng chính của bộ khuếch đại tất nhiên là khả năng khuếch đại, tuy nhiên vì 
cấu tạo đặc biệt, nên chúng có thể tạo ra nhiều chức năng khác nhau từ khuếch đại 
cho tới mạch cộng, trừ, vi tích phân. 
- Trong bài này ta sẽ khảo sát các mạch khuếch đại sử dụng mạch khuếch đại thuật 
toán 
2. Phân Loại 
- Bằng cách ghép nối các thành phần xung quanh một bộ KĐTT, ta có thể thiết lập 
hai mạch khuếch đại cơ bản là khuếch đại đảo và khuếch đại không đảo (khuếch 
đại đệm). 
- Trong bài này, ta khảo sát op-amp ở trạng thái lý tưởng. Sau đây là các đặc tính 
của một op-amp lý tưởng: 
 - Ðộ lợi vòng hở A (open loop gain) bằng vô cực. 
 - Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực. 
 - Tổng trở vào bằng vô cực. 
 - Tổng trở ra bằng 0. 
 - Các hệ số l bằng vô cực. 
 - Khi ngõ vào ở 0 volt, ngõ ra luôn ở 0 volt. 
- Ðương nhiên một op-amp thực tế không thể đạt được các trạng thái lý tưởng như 
trên. 
6 
Hình 0.1Ký hiệu và mạch tương đương của opamp 
- Từ các đặc tính trên ta thấy: 
A = → ∞ nên khi V0 xác định và chưa bảo hòa thì V1 = V2. 
 - Zi →∞ nên không có dòng điện chạy vào op-amp từ các ngõ vào. 
 - Z0 →0Ω nên ngõ ra v0 không bị ảnh hưởng khi mắc tải. 
 - Vì A rất lớn nên phải dùng op-amp với hồi tiếp âm. Với hồi tiếp âm, ta có hai 
dạng mạch khuếch đại căn bản sau: 
2.1 Mạch khuếch đại đảo 
 Mạch khuếch đại đảo là mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện 
áp lớn hơn, nhưng bị đảo chiều so với tín hiệu vào. 
2.1.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch 
Hình 0.2 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo 
7 
2.1.2 Chức năng và nhiệm vụ mạch 
 Chức năng của mạch là khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện áp lớn 
hơn , và đảo chiều cực tính của tín hiệu vào. 
2.1.3 Tính toán thông số mạch 
- Mạch khuếch đại đảo đảo ngược và khuếch đại tín hiệu ngõ vào. Hệ số khuếch 
đại được xác định dựa vào hai điện trở ngoài (điện trở hồi tiếp âm Rf, và điện trở 
vào Rin). 
Hình 0.3Mạch khuếch đại đảo 
+ Zi, Zf có thể có bất cứ dang nào. 
+ Tín hiệu đưa vào ngõ vào (-) vi có thể xoay chiều hoặc một chiều. 
- Do Op_amp lý tưởng nên: V1 = V2 = 0V. 
⇨ 
nên độ lợi áp của mạch: 
Nhận xét: 
 - Khi Zf và Zi là điện trở thuần thì v0 và vi sẽ lệch pha 1800 (nên được gọi 
là mạch khuếch đại đảo và ngõ vào ( - ) được gọi là ngõ vào đảo). 
8 
 - Zf đóng vai trò mạch hồi tiếp âm. Zf càng lớn (hồi tiếp âm càng nhỏ) độ 
khuếch đại của mạch càng lớn. 
 - Khi Zf và Zi là điện trở thuần thì op-amp có tính khuếch đại cả điện thế 
một chiều. 
2.1.4 Bài tập tính toán mạch 
- Tính hệ số khuếch đại của mạch sau với Rf=10K,Ri=5K 
Nếu cho một tín hiệu một chiều có đầu vào là 10mV, thì đầu ra sẽ bằng bao nhiêu ? 
2.2 Mạch khuếch đại không đảo 
2.2.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch 
Hình 0.4Mạch khuếch đại không đảo 
2.2.2 Chức năng và nhiệm vụ mạch 
- Chức năng của mạch là khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện áp lớn 
hơn , và cùng chiều so với tín hiệu vào. 
9 
2.2.3 Tính toán thông số mạch 
Hình 0.5Tính toán mạch khuếch đại không đảo 
Ta có: 
Và 
⇨ 
- Suy ra: 
+ Nhận xét: 
 - Zf , Zi có thể có bất kỳ dạng nào. 
 - v0 và vi cũng có thể có bất kỳ dạng nào. 
 - Khi Zf , Zi là điện trở thuần thì ngõ ra v0 sẽ có cùng pha với ngõ vào 
vi (nên mạch được gọi là mạch khuếch đại không đảo và ngõ vào ( + ) được gọi là 
ngõ vào không đảo). 
10 
 - Zf cũng đóng vai trò hồi tiếp âm. Ðể tăng độ khuếch đại AV, ta có thể 
tăng Zf hoặc giảm Zi. 
 - Mạch khuếch đại cả tín hiệu một chiều khi Zf và Zi là điện trở thuần. 
Mạch cũng giữ nguyên tính chất không đảo và có cùng công thức với trường hợp 
của tín hiệu xoay chiều. 
 - Khi Zf =0, ta có: AV=1 ⇨ v0=vi hoặc Zi =∞ ta cũng có AV=1 và 
v0=vi. Lúc này mạch được gọi là mạch “voltage follower” thường được dùng 
làm mạch đệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực thu 
chung ở BJT. 
2.2.4 Bài tập tính toán mạch 
- Tính hệ số khuếch đại của mạch sau với Zf=10K , Zi=5K 
Nếu cho một tín hiệu một chiều có đầu vào là 10mV, thì đầu ra sẽ bằng bao nhiêu ? 
11 
BÀI 2: MẠCH CỘNG 
Giới thiệu: 
 Mạch cộng thường được sử dụng trong các mạch tính toán, xử lý tín hiệu 
analog. 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của mạch cộng. 
 Phân loại và tính toán được các mạch cộng. 
 Kỹ năng: 
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch cộng. 
 Biết phân tích , tính toán mạch cộng đảo và không đảo. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính : 
1. Khái Niệm Chung Về Mạch Cộng 
1.1 Khái niệm chung về mạch cộng 
Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào và ngõ 
ra là các phương trình toán học đơn giản đó là phép toán cộng các tín hiệu. 
1.2 Vai trò và chức năng của mạch cộng 
Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào. 
12 
2. Phân Loại 
2.1 Mạch cộng không đảo 
2.1.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch 
Hình 0.1Mạch cộng không đảo 
2.1.2 Chức năng và nhiệm vụ mạch 
Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu điện áp ngõ ra là tổng các 
tín hiệu điện áp ngõ vào không đảo. 
2.1.3 Tính toán thông số mạch 
Hình 0.2Tính toán mạch cộng không đảo 
13 
Các dòng điện chạy qua điện trở là: = , = , = ... 
Tổng các dòng điện này chạy qua Rf và tạo thành Vo nên ta có: 
⇨ 
Trong đó: ; ;...; 
Nếu: = thì ta có: 
- Tín hiệu ngõ ra bằng tổng điện áp các tín hiệu ngõ vào. Ta chú ý là Vi là một điện 
thế bất kỳ có thể là một chiều hoặc xoay chiều. 
2.1.4 Bài tập tính toán mạch 
- Tìm Vout ?. Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV. 
R1 = R2 = R3 = R = 10kΩ 
14 
2.2 Mạch cộng đảo 
2.2.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch 
Hình 0.3Mạch cộng đảo 
2.2.2 Chức năng và nhiệm vụ mạch 
Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào, và đảo điện áp tín hiệu tổng ở ngõ 
ra. 
2.2.3 Tính toán thông số mạch 
Hình 0.4Tính toán mạch cộng đảo 
Các dòng điện chạy qua các điện trở là: 
 = ; = ;...; = 
Tổng các dòng này chạy qua Rf tạo thành dòng V0 nên ta có: 
15 
⇨ 
Trong đó: ; ;...; 
Nếu: = thì ta có: 
- Tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha. Ta chú ý là Vi 
là một điện thế bất kỳ có thể là một chiều hoặc xoay chiều. 
2.2.4 Bài tập tính toán mạch 
Tìm Vout ?. Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV. 
R1 = R2 = R3 = 10kΩ, Rf = 50kΩ 
16 
BÀI 3: MẠCH TRỪ 
Giới thiệu: 
 Mạch trừ thường được sử dụng trong các mạch tính toán, xử lý tín hiệu 
analog.Mạch trừ có thể xem như một mạch cộng với tín hiệu bị đảo dấu 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của mạch trừ. 
 Phân loại và tính toán được các mạch trừ. 
 Kỹ năng: 
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch trừ. 
 Biết phân tích , tính toán mạch trừ đổi dấu và mạch trừ vi sai. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính : 
1. Khái Niệm Chung 
1.1 Khái niệm chung về mạch trừ 
 Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào 
và ngõ ra là các phương trình toán học đơn giản đó là phép toán trừ các tín hiệu. 
1.2 Vai trò và chức năng của mạch trừ 
Mạch trừ là mạch lấy hiệu điện áp các tín hiệu ở các ngõ vào với nhau. 
17 
2. Sơ đồ mạch điện 
Hình 0.1Mạch trừ bằng phương pháp đổi dấu 
Hình 0.2 Mạch trừ bằng phương pháp vi sai 
2.1 Tác dụng của các linh kiện trong mạch 
Op_amp1, R1 có tác dụng đổi dấu tín hiệu V2 thành -V2. Op_amp2, R2, Rf 
có tác dụng cộng hai tín hiệu V1 và –V2, và đổi dấu kết quả.. 
2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 
Để trừ tín hiệu V1với V2, thì ta đảo V2 thành –V2, sau đó cộng V1 với –V2, 
rồi đổi dấu kết quả. 
2.3 Chức năng và nhiệm vụ của mạch 
Trừ tín hiệu V1 cho V2,và đổi dấu kết quả.. 
2.4 Tính toán thông số mạch 
V2 đầu tiên được đảo rồi cộng với V1. Do đó theo mạch ta có: 
18 
Nếu ta chọn: R1 = R2 = Rf, ta được: 
 - Như vậy tín hiệu ở ngõ ra là hiệu của 2 tín hiệu ngõ vào nhưng đổi dấu. 
Đối với mạch trừ bằng phương pháp vi sai thì ta có: 
Dòng điện vào từ V2 qua Ri sẽ qua Rf nên: 
 - Thay trị số của Vm vào biểu thức trên ta tìm được: 
Nếu Rf = Ri ta có: 
- Như vậy tín hiệu ngõ ra là hiệu của hai tín hiệu ngõ vào. 
Lưu ý: Nếu hệ số Thì mạch trên gọi là mạch khuếch đại vi sai, với hệ 
số khuếch đại là A. 
2.5 Bài tập tính toán mạch 
1) Cho mạch trừ như sau: 
19 
V1 = 20mV, V2 = 10mV, R1 = R2 =10kΩ, Rf = 20kΩ. Tính Vo = ?V. 
2) Cho mạch vi sai như sau: V1 = 20mV, V2 = 10mV 
Ri = Rf = 10kΩ. Tính Vo = ?V. 
20 
BÀI 4: MẠCH TẠO ĐIỆN ÁP RA CÓ CỰC TÍNH THAY ĐỔI 
Giới thiệu: 
 Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi có nhiều ứng dụng trong thực tế, ví 
dụ như tạo điện áp tham khảo cho các bộ lấy mẫu ADC, ngoài ra mạch này có thể 
dùng tạo nguồn áp hoặc nguồn dòng công suất nhỏ 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của mạch tạo điện áp ra. 
 Hiểu được sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động của mạch tạo điện áp 
ra có cực tính thay đổi. 
 Kỹ năng: 
 Có thể tính toán và thiết kế được mạch tạo điện áp ra có cực tính thay 
đổi. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính : 
1. Khái niệm về mạch tạo ra điện áp ra có cực tính thay đổi 
1.1 Khái niệm chung 
Là mạch tạo điện áp DC ra có thể thay đổi liên tục từ +Vcc (dương) sang -
Vss (âm) theo sự thay đổi của điện áp điều chỉnh được trên Vr so với điện áp chuẩn 
U1 vào. 
1.2 Vai trò và chức năng của mạch 
Mạch này có chức năng tạo ra các điện áp tham khảo chính xác cho các mạch 
lấy mẫu ADC, mạch cần điện áp tham chiếu... Ngoài ra mạch có thể sử dụng làm 
nguồn áp với dòng tải nhỏ. 
21 
2. Sơ đồ mạch điện 
Hình 0.1 Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi 
Mạch tạo diện áp ra có cực tính thay đổi (0 < q < 1) 
2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch 
Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi thực chất là một mạch trừ vi sai, với điện 
áp chân chân + của opamp có thể thay đổi được. 
2.2 Chức năng và nhiệm vụ của mạch 
Mạch có chức năng tạo ra điện áp có thể thay đổi được giá trị và cực tính. Tùy 
vào giá trị biến trở ta có thể chỉnh điện áp đầu ra thay đổi trong một khoảng nhất 
định, thậm chí thay đổi cực tính của điện áp. 
3. Tính toán thông số mạch 
3.1 Chức năng của các linh kiện trong mạch 
Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi thực chất là một mạch trừ vi sai, với điện 
áp chân chân + của opamp có thể thay đổi được. Do đó các linh kiện hoạt động với 
nguyên tắc cùng với mạch trừ vi sai. 
3.2 Tính toán thông số mạch 
Ta có điện áp trên nút N và P lần lượt là: 
 ; 
Suy ra: 
22 
Như vậy khi thay đổi giá trị của biến trở phân áp R2 thì ta có hệ số của Ur 
lúc dương, lúc âm. Khi q = 0,5 thì Ur = 0V. 
4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch 
4.1 Chuẩn bị 
4.1.1 Chuẩn bị linh kiện 
Chuẩn bị các linh kiện sau : 
 2 điện trở 10K. 
 1 biến trở 50K. 
 1 opamp LM358 
 1 Bộ nguồn 5VDC 
4.1.2 Chuẩn bị dụng cụ, testboard 
Chuẩn bị các dụng cụ sau : 
 Mỏ hàn, 
 chì hàn, nhựa thông. 
 Testboard 
 Dây nối 
 Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . 
 Bộ nguồn DC. 
 VOM 
4.2 Lắp ráp mạch 
4.2.1 Lắp ráp mạch trên testboard 
Lắp ráp mạch trên testboard theo sơ đồ nguyên lý sau : 
23 
GND
50K
R1
1
3
2
8
4
U1A
LM358
+5V
2
1
CN2
10k
R3
10k
R2
-5V
+5V
GND
GND
2
3
1
CN1 -5V
4.2.2 Đo ngắn mạch 
Dùng VOM đo giữa hai đầu CN1,CN2 và nguồn +/-5VDC xem có chạm nguồn 
hay không. 
4.3 Cấp nguồn 
4.3 ... Hz – 10Khz, mỗi bước thay đổi 
100Hz. Vẽ đáp ứng tần số của mạch lọc trong khoảng tần số này. 
91 
BÀI 13: MẠCH NÉN CHỌN LỌC 
Giới thiệu 
Mạch nén chọn lọc thường dùng trong các mạch cộng hưởng tần số vô tuyến để 
chọn lọc tần số mong muốn 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của mạch nén chọn lọc. 
 Tính toán và thiết kế được mạch nén chọn lọc. 
 Kỹ năng: 
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch nén chọn lọc 
 Biết thiết kế , tính toán mạch nén chọn lọc. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính : 
1. Khái niệm chung về mạch nén chọn lọc 
1.1 Khái niệm chung 
Mạch nén chọn lọc là mạch lọc thông dải có băng thông B rất hẹp. 
Mạch nén chọn lọc lý tưởng có đáp ứng tần số như sau : 
Mạch nén chọn lọc lý tưởng 
92 
1.2 Vai trò và chức năng của mạch 
Mạch nén chọn lọc thường dùng trong các mạch cộng hưởng tại tần số trung 
tâm trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các mạch tạo dao động... 
2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch nén chọn lọc 
2.1 Nhiệm vụ và vai trò của mạch nén 
Mạch nén chọn lọc chỉ cho đúng một tần số mang muốn đi qua, các tần số khác sẽ 
bị triệt tiệu khi qua mạch này. 
2.2 Sơ đồ mạch điện 
Hình 0.1Sơ đồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép. 
2.3 Chức năng của các linh kiện 
Một mạch nén chon lọc ở hình 13.1 là mạch T kép thụ động, kết hợp với 
mạch khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn để tăng hệ số phẩm chất 
Q.R1 và (k+1)R1 được mắc thêm để bù độ lợi cho mạch nén chọn lọc. 
2.4 Nguyên lý hoạt động của mạch 
Để nén một tần số nào đó, người ta dùng một bộ lọc có hệ số truyền đạt ở 
tần số cộng hưởng bằng không, còn ở tần số thấp và tần số cao thì hệ số truyền đạt 
tăng đến một giá trị không đổi nào đó. Một mạch nén chon lọc chủ động khá phổ 
biến là mạch T kép thụ động, kết hợp với mạch khuếch đại thuật toán. 
93 
2.5 Tính toán thông số mạch 
Ta xem xét mạch lọc T kép thụ động 
Hình 0.2 Mạch lọc T kép thụ động 
Hàm truyền đạt của mạch: 
 Với Ω = ωRC. 
 Biểu thức này tường đương với biểu thức (6), trong đó: 
A=1 ; β = 4; 
 Khi f>fO tức P>j thì KT = KTO=A còn khi, f=fO tức P=j 
thì KT=0. Tương tự với mạch lọc chọn lọc, ta tính được 2 nghiệm Ω1 và Ω2, do 
đó: 
Q=fO/B = 1/ Ω1 - Ω2 = 1/β. (14) 
 Thay (14) vào (6), ta có biểu thức: 
 So sánh với (13), rút ra:Q=1/4. 
 Từ (15), tính được KT: 
94 
 Ta đã tính được hệ số phẩm chất của mạch T kép Q=1/4 Ta có thể tăng Q bằng 
cách mắc mạch T kép vào mạch hồi tiếp của bộ KĐTT để tạo mạch lọc tích cực. 
Hình 0.3Mạch lọc T kép chủ động. 
Hình trên là sơđồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép Tại tần số cao và thấp, 
tính chất truyền đạt của mạch T kép không có gì thay đổi, do đó, điện áp ra: 
Tại tần số cộng hưởng ru = 0, lúc này coi như một đầu của R/2 nối đất, do đó tần 
số cộng hưởng fO vẫn xác định theo biểu thức : 
Hàm truyền đạt phức của mạch điện : 
95 
Do đó, KO= k và: 
Khi k=1 thì Q = 0,6; 
Khi k=2 thì Q = ∞. 
2.6 Bài tập 
1) Tính các giá trị R1,R2,R3,C1,C2,C3 để mạch nén chọn lọc T kép thụ động 
sau có tần số f0=1.5Khz 
2) Tính tần số fo của mạch nén chọn lọc thụ động sau 
96 
BÀI 14: MẠCH VÒNG KHOÁ PHA (PLL) 
Giới thiệu 
Mạch PLL dùng rất nhiều trong các hệ thống vô tuyến hoặc các bộ tạo xung clock 
trong các mạch điện tử 
Mục tiêu : 
Học xong bài này học viên có khả năng: 
 Kiến thức: 
 Nắm được khái niệm của mạch vòng khóa pha. 
 Tính toán và thiết kế được mạch vòng khóa pha. 
 Kỹ năng: 
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch vòng khóa pha 
 Biết thiết kế , tính toán mạch vòng khóa pha. 
 Thái độ: 
 Có ý thức tự giác học tập. 
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. 
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập. 
Nội dung chính. 
1. Sơ đồ khối vòng khóa pha 
 Vòng khóa pha (Phase_locked_loop)PLL là hệ thống vòng kín hồi tiếp, 
trong đó tín hiệu hồi tiếp dùng để khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và 
pha của tín hiệu vào. Tín hiệu vào có thể có thể có dạng tương tự hình sine hoặc 
dạng số. 
Kỹ thuật PLL được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, 
điều chế và giãi điều chế, điều khiển tự động  
97 
Hình 0.1Sơ đồ khối của PLL 
1.1 Nguyên lý hoạt động 
Vòng khóa phahoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào 
và ra là tần số Và các đại lượng này được so sánh với nhau về pha. Vòng điều 
khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín 
hiệu vào ra. 
PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển, đại lượng vào và ra là các 
tần số, chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ 
phát hiện vàđiều chỉnh những sai số nhỏ về tầnn số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra: 
làm cho tần số ω`r của tín hiệu so sánh bám theo tần số ωv của tín hiệu vào, tần số 
tín hiệu so sánh bằng tần số tín hiệu ra(ω`r =ωr), hoặc tỉ lệ với tần số tín hiệu ra 
(ω`r =ωr/N). 
Xét trường hợp tín hiệu vào là sin, mạch tách sóng pha là mạch nhân tương 
tự. 
 Khi không có tín hiệu vào, thì tín hiệu điều chỉnh ud=K. uv.u`r = 0, mạch 
VCO dao động với tần số bằng tần số dao động riêng ω0(tần số dao động tự 
do – chếđộ chờ) 
 Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha sẽ so pha và tần số của tín hiệu vào và 
tín hiệu so sánh, đầu ra bộ tách sóng pha có ud=K. uv u`r (# 0), chứa thành 
phần tổng và hiệu các tần số: ωv ± ω`r, thành phần tổng ωv + ω`r bị loại bỏ 
nhờ mạch lọc thông thấp, chỉ còn thành phần hiệu: ωv - ω`r, sau khi khuếch 
đại được dùng làm tín hiệu điều khiển bộ dao động VCO, tần số VCO thay 
đổi sao cho: tạo được tần số hồi tiếp ω`r có giá trị làm cho (ωv - ω`r) --> 0. 
98 
Nếu tần số ωv và ω`r lệch nhau quá lớn làm cho tần sốtổng và hiệu nằm 
ngoài dải thông của mạch lọc, thì sẽ không có tín hiệu điều khiển VCO, VCO dao 
động với tần số ω0, khi ω`r tiến dần đến ωv sao cho thành phần hiệu rơi vào dải 
thông của bộ lọc, VCO bắt đầu nhận tín hiệu điều khiển, khi đó ta gọi PLL làm 
việc trong “dải bắt” tín hiệu, vậy “dải bắt” là dải PLL thiết lập chếđộđồng bộ. “Dải 
giữ” là dải PLL có thể giữđược chếđộđồng bộ khi thay đổi tần số tín hiệu vào(phụ 
thuộc biên độđiện áp điều khiển ud và khả năng biến đổi tần số của VCO). 
Trong dải giữ PLL là một mạch điều khiển tuyến tính, theo các giả thiết trên 
và chọn hệ số chia tần N=1, ta có: 
- Như bộ lọc thông thấp, tín hiệu đưa đến VCO còn: 
- Trong đó Kd; ⎢G⎢là hệ số và module truyền đạt của mạch lọc thông thấp 
Tại xung quanh điểm làm việc tĩnh, tần số VCO tỉ lệ với giá trị trung bình 
Của ud, do vậy có thể viết 
và dãy bắt chính là: 2 . 
99 
 - Khi ωv là hằng số thì PLL đã chuyển sang quá trình giữ, hiệu pha giữa 2 
tín hiệu u’r và uv không đổi (ωv = ω`r), từ phương trình trên => 
 là giá trị một chiều. 
 - Do vậy tần số thay đổi một lượng: 
2∆ωGmax chính là dải giữ của PLL. 
1.2 Chức năng nhiệm vụ của từng khối 
Bộ tách sóng pha 
Tạo ra tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha của 2 tín hiệu vào, tín hiệu vào 
thường là hình sin hoặc xung vuông, cho nên có 2 loại chính là tách sóng 
pha tuyến tính(tín hiệu vào là sin), tách sóng pha số(tín hiệu vào là xung 
vuông). 
Bộ tách sóng pha tuyến tính: là mạch nhân tương tự, tín hiệu ra tỉ lệ 
với biên độ tín hiệu vào. 
Bộ tách sóng pha sẽ: thực hiện bởi các mạch số, thuộc loại mạch tổ hợp. 
Bộ lọc thông thấp 
Thực hiện các chức năng: 
Cho qua tín hiệu tần số thấp ωv - ω`r, nén tần số cao ωv + ω`r 
Đảm bảo cho vong khoá pha PLL bắt nhanh và bám được tín hiệu vào 
khi tần số thay đổi, nghĩa là nã phải có tốc độđáp ứng thoả mãn. 
100 
Dải thông của bộ lọc phải đủ lớn đểđảm bảo dải bắt cần thiết. Thông 
thường trong PLL dùng bộ lọc thông thấp bậc nhất, vì có tính ổn định cao hơn 
bộ lọc bậc cao, và dùng lọc tích cực để tăng độ khuếch đại cho hệ thống. 
Bộ dao động có tần số điều khiển được 
 Yêu cầu chung là quan hệ giữa điện áp điều khiển và tần số dãy xung 
phải tuyến tính, ngoài ra còn phải cóđộổn định cao,dải biến đổi của tần số 
lớn, dễđiều chỉnh, và dễ chế tạo thành vi mạch. 
 Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch tạo dao động, mà tần số dao 
động của nó biến thiên được trong phạm vi: (±10% ÷ ±50%), xung quanh 
giá trị dao động tự do ω0. 
 Trong phạm vi tần số : 1Mhz - 100 Mhz, thường dùng các bộ dao 
động tạo xung chữ nhật; trong phạm vi tần số : 1Mhz - 50 Mhz, thường 
dùng các bộ daođộng đa hài (tích thoát, mạch đa hài ghép Emitter...). 
Các bộ dao động được điều khiển bởi dòng điện (CCO), ưu việt hơn các bộ 
dao động bởi điện áp (VCO), vì có phạm vi tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt 
rộng hơn. 
2. Các tính chất của PLL tuyến tính 
2.1 VCO 
Khi không có tín hiệu Vi ở ngõ vào, thì điện áp ngõ ra Vdc(t) = 0V, bộ dao 
động VCO hoạt động ở tần số fn được cài đặt bởi điện trở và tụ điện ngoài. Khi có 
tín hiệu vào Vi, bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với tín 
hiệu ra của VCO. Ngõ ra của bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch Vd(t) , Chỉ sự sai 
biệt về pha và tần số của hai tín hiệu. Điện áp áp sai lệch Vd(t) được lọc lấy thành 
phần biến đổi chậm Vdc(t) Nhờ bộ lọc thông thấp LPF, Khuếch đại để thành tín 
hiệu Vdk(t) đưa đến ngõ vào của VCO, để điều khiển tần số VCO bám theo tần số 
tín hiệu vào. Đến khi tần số focủa VCO bằng tần số fi của tín hiệu vào, ta nói bộ 
VCO đã bắt kịp tín hiệu vào. Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa hai tín hiệu này chỉ còn 
lại sự sai lệch về pha mà thôi. Bộ tách sóng pha tiếp tục so sánh pha giữa hai tín 
hiệu để điều khiển VCO hoạt động sao cho sự sai lệch pha giữa chúng giảm đến 
mức nhỏ nhất. 
101 
Dải bắt BC (Capture range). Ký hiệu BC = f2 f1 là dãi tần số tín hiệu vào 
thay đổi nhưng PLL vẫn đạt được sự khóa pha, Nghĩa là bộ VCO vẫn bắt kịp tín 
hiệu vào. Như vậy để PLL hoạt động được thì tần số của Vi phải nằm trong BC. 
 BC phụ thuộc vào băng thông LPF. Để PLL đạt đươc sự khóa pha thì độ sai 
lệch tần số (fifn) phải nằm trong băng thông LPF. Nếu nó nằm ngoài băng thông 
thì PLL sẽ không đạt đươc khóa pha vì biên độ điện áp sau LPF giảm nhanh. 
Hình sau là mạch VCO thực hiện bằng Mạch khuếch đại thuật toán 
Hình 0.2 Mạch VCO 
2.2 Tính chất PLL 
102 
 Giả sử mạch PLL đã đạt đươc chế độ khóa pha, VCO đã đồng bộ với tín 
hiệu vào. Bây giờ ta thay đổi tần số tín hiệu vào theo hướng lớn hơn tần số VCO 
thì VCO sẽ bám theo. Tuy nhiên khi tăng đến một giá trị nào đó thì VCO sẽ không 
bám theo được nữa và quay về tần số tự nhiên ban đầu của nó. Tương tự khi giảm 
tần số tín hiệu vào nhỏ hơn tần số VCO, thì giảm đến một giá trị nào đó thì nó 
cũng không thể bám theo được và cũng trở về tần số tự nhiên của nó. 
Dải giá trị tần số từ thấp đến cao nói trên gọi là dải khóa: 
Dải khóa BL (Lock range): ký hiệu BL = fmax -fmin là dài tần số mà PLL đồng 
nhất được tần số fo vàfi . Các tần số fmax, fmin tần số cực đại cực tiểu mà PLL 
thự hiện được khóa pha. Dải khóa phụ thuộc vào hàm truyền đạt (độ lợi) của bộ 
tách sóng pha, khuếch đại VCO. Nó không phụ thuộc vào đáp tuyến bộ lọc LPF vì 
khi PLL khóa pha thì fi -fo = 0. 
 Khi PLL chưa khóa pha: fi ≠fo. Khi PLL khóa pha: fi =fo. Ở chế độ khóa 
pha, dao động fo của VCO bam đồng bộ theo fi trong dải tần số khóa BL rộng hơn 
dải tần số bắt BC. 
 Ví dụ: VCO của một bộ khóa pha PLL có tần số tự nhiên là 12MHz. Khi tần số 
tín hiệu vào tăng lên từ 0Hz thì vòng PLL khóa tại giá trị 10MHz. Sau đó tiếp tục 
tăng lên thì nó mât khóa pha tại 16MHz. 
1) Hãy tìm dải bắt và dải khóa. 
2) Ta lặp lại các bước trên nhưng bắt đầu với tần số tín hiệu vào có giá trị rất cao sau 
đó giảm dần. Hãy tính các thành phần mà PLL thực hiện khóa pha và mất khóa 
pha. 
1) Dải bắt BC = f2 f1 = 2(12 - 10) = 4MHz. 
Dải khóa BC = fmax fmin = 2(16 – 12) = 8MHz. 
2) Đáp ứng của PLL có tính đối xứng, nghĩa là tần số tự nhiên nằm tại trung tâm của 
dải hkoa1 và dải bắt. Do đó khi giảm tần số tín hiệu đến 14MHz thì PLL sẽ thức 
hiện khóa pha. Tiếp tục giảm tần số tín hiệu vào đến giá trị 8MHz thì PLL bắt đầu 
mất khóa pha. 
103 
3. Ứng dụng của PLL 
PLL đóng vai tròquan trọng trong kỹ thuật truyền số liệu, kỹ thuật vô tuyến 
điện, kỹthuậtt đo lường điện tử....nóđược dùng nhằm biến đổi tần số, sau đây là các 
ứng dụng cụ thể: 
3.1 Tách sóng tín hiệu điều tần 
Khi chọn tần số dao động tự do ωo = ωt(tần số tải tần), thì ud chính là tín hiệu 
cần tách sóng. 
Hình 0.3Mạch giải điều chế FM dùng PLL 
3.2 Điều chế tín hiệu số FSK 
Dùng MODEM để truyển tín hiệu số trên đường điện thoại(tương tự), có thể 
dùng phương pháp khoá dich tần FSK, hai bít 1, và 0 được khoá theo 2 tần số khác 
nhau, ví dụ 950hz=0;1050hz=1, PLL được cấu tạo sao cho tần số dao động tự do 
ωo nằm giữa 2 tần sốđiều chế, để ωo bám theo một trong 2 tần số, điện áp ra tỉ lệ 
với tần số vào. 
Ví dụ với bít 1(1050hz), điện áp Ud lớn, bit 0(950hz), tín hiệu Ud nhỏ≅0. 
Như vậy Ud biểu diễn tín hiệu nhị phân, hay PLL điều chế tín hiệu nhị phân, tín 
hiệu này có thể truyền trên đường tương tự. 
3.3 Tổng hợp tần số 
3.3.1 Nguyên lý hoạt động 
Mạch tổng hợp tần số: cấu tạo và nguyên tắc giống mạch nhân tần chỉ khác 
Tần số chuẩn trước khi đưa vào bộ tách sóng pha được chia tầnn với hệ số chia 
M, khi đó fc=fv/M, Như vậy tần số ra được xác định : 
104 
khi chương trình hoá sự thay đổi các tham số N và M có thể nhận được chuỗi tần 
sốcó giá trị khác nhau từ tần số ban đầu fv 
Hình 0.4Mạch tổng hợp tần số dùng PLL 
3.3.2 Sơ đồ mạch 
Hình 0.5Mạch nhân tần số dùng PLL 
Đồng bộ tần số: dùng để đồng bộ tần số ra với một tần số vào: 
Hình 0.6Mạch đồng bộ tần số dùng PLL 
3.3.3 Tính toán các thông số 
Chúng ta sẽ thực hiện một mạch VCO dạng VFC (Voltage to Frequency 
Convertor) sử dụng IC chuyên dụng VFC32 của hãng Texas Instruments. 
105 
Hình 0.7 Mạch chuyển đổi điện áp thành tần số VFC 
Mạch được mắc như hình 14.7. Trong đó R1 sẽ set tầm của tí hiệu đầu vào theo 
công thức 
 R1=Vfs/0.25mA 
Để có Vfs10V thì R1=10/0.25=40Kohm 
Tầm tần số đầu ra được xác định bởi tụ C1 theo bảng sau 
Hình 0.8 bảng chọn C1,C2 theo tần số đầu ra 
106 
Để có tần số đầu ra trong khoảng từ 0-10Khz với điện áp đầu vào từ 0-10Khz thì ta 
chọn C1= 3.3nF. 
Đầu ra của bộ tạo dao động là dạng cực thu hở, nên ta cần phải gắn thêm một điện 
trở kéo lên nguồn. 
4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch 
4.1 Chuẩn bị 
4.1.1 Chuẩn bị linh kiện 
Chuẩn bị các linh kiện sau : 
 2 Tụ 104. 
 1 tụ 10nF,1 tụ 3.3nF 
 1 điện trở 40K,1 điện trở 4k7 
 1 IC VFC32 
 1 Bộ nguồn +/-15VDC 
4.1.2 Chuẩn bị dụng cụ, testboard 
Chuẩn bị các dụng cụ sau : 
 Mỏ hàn, 
 chì hàn, nhựa thông. 
 Testboard 
 Dây nối 
 Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . 
 Bộ nguồn DC. 
 Máy phát hàm. 
 VOM 
4.2 Lắp ráp mạch 
4.2.1 Lắp ráp mạch trên testboard 
Lắp ráp mạch trên testboard theo sơ đồ nguyên lý sau : 
107 
4.2.2 Đo ngắn mạch 
Dùng VOM đo giữa hai đầu CN1,CN2 và nguồn +/-15VDC xem có 
chạm nguồn hay không. 
4.3 Cấp nguồn 
4.3.1 Chỉnh nguồn, áp phù hợp. 
Chỉnh bộ nguồn +/-15VDC cung cấp cho mạch. 
4.3.2 Cấp tín hiệu cho mạch 
Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu điện áp DC từ 0-10V cho mạch 
thông qua CN1. 
4.4 Đo đạc và cân chỉnh 
4.4.1 Đo đạc tín hiệu 
Chỉnh tín hiệu ngõ vào là 5VDC. Quan sát và đo tín hiệu trên CN2. 
4.4.2 Cân chỉnh thông số theo yêu cầu 
Thay đổi điện áp ngõ vào từ 0-10V. Vẽ dạng sóng ngõ ra trên CN2.