ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI NGUYỄN ANH DŨNG (Chủ biên) NGUYỄN THANH HÀ - TRẦN VĂN NAM GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Nghề: Điện tử công nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên và tài liệu cho giáo viên khi giảng dạy, Khoa Điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội đã chỉnh sửa, biên soạn cuốn giáo trình “ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Điện tử công nghiệp. Đây là mô đun trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng. Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: “Điện tử tương tự” dùng cho sinh viên các Trường Đại học kỹ thuật, Cao đẳng, Thiết kế và xây dựng mạch điện quanh ta - Tăng Văn Mùi, Trần Duy Nam - NXB khoa học kỹ thuật, 110 mạch ứng dụng của op-amp - R. MARSTON, Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 và nhiều tài liệu khác.
Mặc dù nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để giáo trình hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng 09 năm 2018 Chủ biên: Nguyễn Anh Dũng 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. 2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN.
3 Bài 1 Khuếch đại thuật toán. Cấu trúc của họ IC khuếch đại thuật toán thông dụng. 7 Bài 2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán. Mạch khuếch đại đảo.
Mạch khuếch đại không đảo. Mạch khuếch đại vi sai. 21 Bài 3 Mạch dao động .Mạch dao động sin. Mạch dao động không sin.
48 Bài 4 Mạch nguồn. Mạch nguồn dùng IC ổn áp. Các mạch ứng dụng. 67 Bài 5 Các vi mạch tương tự thông dụng.
Vi Mạch định thời. Vi mạch công suất âm tần. Vi mạch ghi – phát âm tần. 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
113 2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điện tử tương tự Mã mô đun: 11 Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (LT: 20 giờ; TH: 36 giờ; KT: 4 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun - Vị trí: Môn học được bố trí dạy sau khi học xong các môn cơ bản như linh kiện điện tử, đo lường điện tử. - Tính chất Là môn học bắt buộc. Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: Trình bày được nguyên lý hoạt động, công dụng của các mạch điện dùng vi mạch tương tự.
Giải thích được các sơ đồ ứng dụng vi mạch tương tự trong thực tế - Về kỹ năng: Phân tích được các nguyên nhân hư hỏng trên mạch ứng dụng dùng vi mạch tương tự. Kiểm tra, thay thế được các linh kiện hư hỏng trên các mạch điện tử dùng vi mạch tương tự. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình sản xuất.
Nội dung mô đun: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian 3 STT Thời gian ( giờ) Thực Kiểm tra * Tên chương,mục Tổng Lý hành (LT hoặc số thuyết Bài tập TH) 1 Khuếch đại thuật toán 2 2 Khái niệm Cấu trúc chung của họ IC khuếch đại thuật toán thông dụng 2 Ứng dụng của khuếch đại thuật 20 6 13 1 toán Mạch khuếch đại đảo 0,5 1 Mạch khuếch đại không đảo 0,5 1 Mạch cộng 0,5 2 Mạch trừ 0,5 1 Mạch nhân 0,5 1 Mạch chia 0,5 1 Mạch khuếch đại vi sai 0,5 2 Mạch vi phân 1 2 Mạch tích phân 0,5 2 Mạch logarit 1 2 3 Mạch dao động 10 4 5 1 Mạch dao động sin 1 1 Dao động không sin 1 2 Các mạch tạo sóng đặc biệt 2 2 4 Mạch nguồn 10 3 6 1 Mạch nguồn dùng IC ổn áp 1 3 Các mạch ứng dụng 2 3 5 Các vi mạch tương tự thông 18 5 12 1 dụng Vi mạch định thời 1 3 Vi mạch công suất âm tần 2 3 Vi mạch tạo hàm 1 3 Vi mạch ghi - phát âm tần 1 3 Cộng 60 20 36 4 4 Bài 1 Khuếch đại thuật toán Mục tiêu - Trình bày được nguyên lý cấu tạo, các đặc tính cơ bản của khuếch đại thuật toán - Nhận dạng được các loại IC khuếch đại thuật toán thông dụng trong thực tế - Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập 1.1a là ký hiệu của KĐTT : Khuếch đại thuật toán (KĐTT) ngày nay được sản xuất dưới dạng các IC tương tự (analog). Có từ "thuật toán" vì lần đầu tiên chế tạo ra chúng người ta sử dụng chúng trong các máy điện toán. Do sự ra đời của khuếch đại thuật toán mà các mạch tổ hợp analog đã chiếm một vai trò quan trọng trong kỹ thuật mạch điện tử.
Trước đây chưa có khuếch đại thuật toán thì đã tồn tại vô số các mạch chức năng khác nhau. Ngày nay, nhờ sự ra đời của khuếch đại thuật toán số lượng đó đã giảm xuống một cách đáng kể vì có thể dùng khuếch đại thuật toán để thực hiện các chức năng khác nhau nhờ mạch hồi tiếp ngoài thích hợp. Trong nhiều trường hợp dùng khuếch đại thuật toán có thể tạo hàm đơn giản hơn, chính xác hơn và giá thành rẻ hơn các mạch khuếch đại rời rạc (được lắp bằng các linh kiện rời ). Ta hiểu khuếch đại thuật toán như một bộ khuếch đại lý tưởng : có hệ số khuếch đại điện áp vô cùng lớn K → ∞, dải tần số làm việc từ 0→ ∞, trở kháng vào cực lớn Zv → ∞, trở kháng ra cực nhỏ Zr → 0, có hai đầu vào và một đầu ra.
Thực tế người ta chế tạo ra KĐTT có các tham số gần được lý tưởng. 5 KĐTT ngày nay có thể được chế tạo như một IC hoặc nằm trong một phần của IC đa chức năng. Tên gọi, khuếch đại thuật toán“ trước đây dùng để chỉ một loại mạch điện được sử dụng trong máy tính tương tự, nhiệm vụ mạch này nhằm thực hiện các phép tính như: Cộng, trừ, vi phân, tích phân .Khuếch đại thuật toán được viết tắt là OPs hoặc op-amp. Hiện nay, người ta sản xuất khuếch đại thuật toán dựa trên kỹ thuật mạch đơn tinh thể và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật tương tự.
Điện áp một chiều cung cấp cho khuếch đại thuật toán là điện áp đối xứng ± VS, thông thường trong sơ đồ mạch không vẽ các chân cung cấp điện áp này. Tuy nhiên, trong các ứng dụng khuếch đại tín hiệu xoay chiều có thể sử dụng nguồn cấp điện đơn cực như + VS hoặc – VS so với masse. Khuếch đại thuật toán có hai ngõ vào ký hiệu là +Vin còn được gọi là ngõ vào không đảo hoặc ngõ vào P (positive) và ngõ vào -Vin còn gọi là ngõ vào đảo hoặc ngõ vào N(negative) như ở hình 1. Tín hiệu ở ngõ vào không đảo cùng pha với tín hiệu ra và tín hiệu ở ngõ vào đảo thì ngược pha với tín hiệu ngõ ra Điện áp một chiều cung cấp cho khuếch đại thuật toán là điện áp đối xứng ± UB, thông thường trong sơ đồ mạch không vẽ các chân cung cấp điện áp này.
Tuy nhiên, trong các ứng dụng khuếch đại tín hiệu xoay chiều có thể sử dụng nguồn cấp điện đơncực như + UB hoặc – UB so với masse. Khuếch đại thuật toán có hai ngõ vào ký hiệu là E+ còn được gọi là ngõ vào không đảo hoặc ngõ vào P (positive) và ngõ vào E- còn gọi là ngõ vào đảo hoặc ngõ vào N(negative) như ở hình 1. Tín hiệu ở ngõ vào không đảo cùng pha với tín hiệu ra và tín hiệu ở ngõ vào đảo thì ngược pha với tín hiệu ngõ ra Đặc tính của opamp Ký hiệu ngõ ra là A, thông thường một vi mạch khuếch đại thuật toán có tối thiểu 5 chân ra đó là: 2 chân tín hiệu vào, một chân tín hiệu ra và 2 chân cấp điện một chiều, trong bảng dưới đây trình bày đặc tính của một khuếch đại thuật toán lý tưởng so sánh với khuếch đại thuật toán thực tế. Hiện nay hệ số khuếch đại mạch hở V0 và điện trở ngõ vào re của khuếch đại thuật toán thực tế cũng rất gần với các giá trị lý tưởng.
Cấu trúc của họ IC khuếch đại thuật toán thông dụng. Cấu trúc mạch điện Khuếch đại gồm nhiều tầng khuếch đại ghép trực tiếp với nhau và được chế tạo dưới dạng một vi mạch, các tầng này được chia thành 3 khối cơ bản như sau: Khối ngõ vào. Khối khuếch đại điện áp. Khối ngõ ra.
Cấu trúcchung của họ IC khuếch đại thuật toán 7 Số lượng transistor, điện trở trong các loại khuếch đại thuật toán khác nhau thường không giống nhau. Trong thực tế sử dụng chỉ cần quan tâm đến khối vào và khối ra của khuếch đại thuật toán.2 trình bày cấu tạo của vi mach μA709 Khối vào là một khuếch đại vi sai BJT gồm hai transistor ráp theo kiểu khuếch đại cực phát chung, hai transistor này có thể dùng loại transistor trường nhằm tăng điện trở ngõ vào re của mạch, để hạn chế mức điện áp vào vi sai giữa E+ và E- không quá lớn, ở một vài loại khuếch đại thuật toán có đặt các diode song song ngược chiều nhau ở hai ngõ vào này. Tiếp theo khối vào là khối khuếch đại điện áp cũng gồm một hoặc nhiều tầng khuếch đại vi sai tùy theo từng loại khuếch đại thuật toán, tín hiệu ra của khối này sẽ điều khiển khối khuếch đại công suất ở ngõ ra. Cấu tạo khối ra có thể là một mạch khuếch đại đơn với cực thu để hở (open collector), nhưng thông dụng nhất là một mạch khuếch đại dãy-kéo (push pull) tải cực phát nhằm mục đích giảm điện trở ngõ ra và nâng cao biên độ điện áp ra.3 trình bày hai dạng cấu tạo ngõ ra của khuếch đại thuật toán.
Ngõ ra đẩy kéo b. Ngõ ra cực thu để hở Hình 1.3 Cấu tạo hai mạch ngõ ra Đối với loại ngõ ra khuếch đại đẩy kéo, điện trở ra ra vào khoảng từ 30 Ω đến 100 Ω và dòng tải lớn nhất tùy theo từng loại mạch có thể từ 10 mA đến 25 mA còn dòng tải củaloại cực thu để hở khoảng 70 mA. Hiện nay, các vi mạch 8 khuếch đại thuật toán đều được chế tạo với ngõ ra có khả năng tự bảo vệ ngắn mạch. Sơ đồ mạch điện của IC khuếch đại thuật toán 741 Hình 1.