Kỹ Thuật Mạch Điện Tử: Hướng Dẫn Toàn Diện

Tài liệu nghiên cứu Mạch khuếch đại mạch điện tử tương tự, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: §µo Thanh To¶n
• Trường học: Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Mạch Điện Tử
• Đề tài: Kỹ Thuật Mạch Điện Tử: Hướng Dẫn Toàn Diện Cho Sinh Viên
• Loại tài liệu: Bài Giảng
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CƠ SỞ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TỬ
• 1.1. Mạch điện tử
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH NGHĨA
• 2.1. Hài tiếp
• 2.2. Các phương trình cơ bản
• 2.3. Phương pháp phân tích mạch có hài tiếp
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA TẦNG KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHÁ
• 3.1. Khái niệm - Transistor
• 3.2. Mạch tầng dòng EC
• 3.3. Mạch tầng dòng CC
• 3.4. Phân tích mạch khuếch đại bằng mạch tương đương
• 3.5. Tính toán các thông số ở chỗ đứng
• 3.6. Transistor Treng - FET
• 3.7. Các phương pháp ghép và tăng giữa Rs các bé khuếch đại

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Mạch Điện Tử Khám Phá Thế Giới Mới

Kỹ thuật mạch điện tử là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ điện tử. Nó bao gồm việc thiết kế, phân tích và ứng dụng các mạch điện tử trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Mạch điện tử có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau như mạch tích hợp, mạch analog và mạch số. Việc hiểu rõ về các loại mạch này giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về ngành học của mình.

1.1. Mạch Điện Tử Là Gì Định Nghĩa Và Phân Loại

Mạch điện tử là tập hợp các linh kiện điện tử được kết nối với nhau để thực hiện một chức năng cụ thể. Các loại mạch điện tử bao gồm mạch tích hợp, mạch analog và mạch số. Mỗi loại mạch có những đặc điểm và ứng dụng riêng, từ việc xử lý tín hiệu đến điều khiển thiết bị.

1.2. Vai Trò Của Kỹ Thuật Mạch Điện Tử Trong Cuộc Sống

Kỹ thuật mạch điện tử đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như viễn thông, y tế, và tự động hóa. Nó giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện tử, từ điện thoại di động đến máy tính và thiết bị y tế.

II. Những Thách Thức Trong Thiết Kế Mạch Điện Tử Giải Quyết Vấn Đề Hiện Tại

Thiết kế mạch điện tử không chỉ đơn thuần là việc kết nối các linh kiện. Nó còn bao gồm việc tối ưu hóa hiệu suất, giảm thiểu chi phí và đảm bảo tính khả thi trong sản xuất. Các thách thức này đòi hỏi sinh viên phải nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết để giải quyết.

2.1. Các Vấn Đề Thường Gặp Trong Thiết Kế Mạch

Trong quá trình thiết kế mạch, các vấn đề như nhiễu tín hiệu, độ ổn định và tiêu thụ năng lượng thường xuất hiện. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của mạch điện tử.

2.2. Giải Pháp Để Tối Ưu Hóa Thiết Kế Mạch

Để tối ưu hóa thiết kế mạch, các kỹ sư thường sử dụng phần mềm mô phỏng và các công cụ thiết kế hiện đại. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế như thiết kế theo mô-đun và sử dụng linh kiện chất lượng cao cũng giúp cải thiện hiệu suất mạch.

III. Phương Pháp Phân Tích Mạch Điện Tử Hướng Dẫn Chi Tiết Cho Sinh Viên

Phân tích mạch điện tử là một kỹ năng quan trọng mà sinh viên cần phải nắm vững. Nó bao gồm việc sử dụng các phương pháp toán học và phần mềm để xác định các thông số của mạch. Việc phân tích chính xác giúp đảm bảo rằng mạch hoạt động như mong đợi.

3.1. Các Phương Pháp Phân Tích Cơ Bản

Các phương pháp phân tích cơ bản bao gồm phân tích dòng điện, phân tích điện áp và phân tích tần số. Những phương pháp này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của mạch điện tử.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Trong Phân Tích Mạch

Phần mềm mô phỏng mạch như SPICE hoặc Multisim là công cụ hữu ích cho việc phân tích mạch. Những phần mềm này cho phép sinh viên mô phỏng và kiểm tra mạch trước khi thực hiện lắp ráp thực tế.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kỹ Thuật Mạch Điện Tử Từ Lý Thuyết Đến Thực Hành

Kỹ thuật mạch điện tử không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Từ việc thiết kế các thiết bị điện tử tiêu dùng đến các hệ thống tự động hóa công nghiệp, kỹ thuật mạch điện tử đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển công nghệ.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Trong ngành công nghiệp, kỹ thuật mạch điện tử được sử dụng để thiết kế các hệ thống điều khiển tự động, giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Các mạch điều khiển này có thể được tìm thấy trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Tế

Kỹ thuật mạch điện tử cũng có ứng dụng quan trọng trong y tế, từ việc thiết kế các thiết bị theo dõi sức khỏe đến các máy móc phẫu thuật. Những thiết bị này giúp cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe và cứu sống nhiều bệnh nhân.

V. Kết Luận Tương Lai Của Kỹ Thuật Mạch Điện Tử

Kỹ thuật mạch điện tử đang phát triển nhanh chóng với sự tiến bộ của công nghệ. Tương lai của ngành này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho sinh viên và các kỹ sư. Việc nắm vững kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực này sẽ giúp sinh viên tự tin hơn trong sự nghiệp của mình.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Trong Kỹ Thuật Mạch

Xu hướng phát triển hiện nay bao gồm việc tích hợp các công nghệ mới như Internet of Things (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) vào thiết kế mạch điện tử. Những công nghệ này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành.

5.2. Cơ Hội Nghề Nghiệp Trong Lĩnh Vực Kỹ Thuật Mạch

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, nhu cầu về kỹ sư mạch điện tử ngày càng tăng. Sinh viên có thể tìm thấy nhiều cơ hội việc làm trong các công ty công nghệ, nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

Nội dung chính

ĐÁNH GIÁ THƯ MỤC HỌC THUẬT: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Bài giảng Kỹ thuật Mạch Điện tử được biên soạn bởi tập thể giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Điện tử thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, gồm Đào Thanh Toản, Phạm Thanh Huyền và Võ Quang Sơn (nghiệm thu và lưu hành nội bộ tháng 5/2005). Tài liệu được xây dựng nhằm phục vụ công tác đào tạo kỹ sư các chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông (KTVT), Kỹ thuật Thông tin (KTTT), Tự động hóa, Trang thiết bị điện và Điều khiển - Tín hiệu Giao thông (ĐKH-THGT).

Về vị trí trong chương trình đào tạo, môn học đóng vai trò là khối kiến thức cơ sở ngành bắt buộc, tiếp nối sau học phần Cấu kiện Điện tử và Lý thuyết Mạch điện. Mục tiêu học tập (learning outcomes) của giáo trình là trang bị cho người học phương pháp phân tích, tính toán chế độ tĩnh (DC) và chế độ động (AC) của các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, mạch khuếch đại công suất, các hệ thống hồi tiếp và mạch chức năng sử dụng bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp).

Cấu trúc giáo trình triển khai theo quy trình phân tích mạch tương tự tuyến tính và phi tuyến. Điểm đặc thù của tài liệu là tập trung chuyên biệt vào xử lý tín hiệu tương tự (Analog), không bao hàm miền tín hiệu số (Digital). Trong đó, hai chỉ tiêu kỹ thuật trung tâm được khảo sát xuyên suốt là biên độ tín hiệu và hệ số khuếch đại. Giáo trình chú trọng phương pháp giải tích mạch thông qua việc thiết lập các mô hình tương đương ma trận tham số $H$, mô hình $\Pi$, và phương pháp điện thế nút (KCL) để giải quyết cả bài toán phân tích thuận lẫn bài toán thiết kế ngược.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ thành 5 chương chuyên đề kế tiếp nhau theo logic phân tích từ cấp độ linh kiện đơn lẻ đến mạch tích hợp:

• Chương 1: Những khái niệm chung và cơ sở phân tích mạch điện tử: Giới thiệu phân loại tín hiệu tương tự và số; nguyên lý gia công tín hiệu; so sánh đặc tính BJT và FET; các sơ đồ phân cực và ổn định điểm làm việc tĩnh $Q$ (hồi tiếp âm DC qua cực $E$/cực $S$, ổn định phi tuyến dùng diode bù nhiệt, điện trở nhiệt $R_t$, và mạch gương dòng điện trong vi mạch IC tương tự).
• Chương 2: Hồi tiếp trong mạch điện tử: Định nghĩa và phân loại 4 dạng hồi tiếp cơ bản (nối tiếp - điện áp, song song - điện áp, nối tiếp - dòng điện, song song - dòng điện); thiết lập hàm truyền đạt toàn phần $K_{tp}$, hệ số khuếch đại vòng $K_v = K \cdot K_{ht}$, độ sâu hồi tiếp $g = 1 \pm K K_{ht}$; phân tích định lượng ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng vào $Z_v$, trở kháng ra $Z_r$, độ lợi điện áp $K_u$, dải thông tần số $B$, độ méo và tạp âm.
• Chương 3: Các sơ đồ cơ bản của tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor: Ứng dụng ma trận tham số hybrid ($h_{11}, h_{12}, h_{21}, h_{22}$) và mạch tương đương để tính toán $Z_v, Z_r, K_i, K_u$ cho 3 cấu hình BJT (Emitter chung - EC, Base chung - BC, Collector chung - CC) và 2 cấu hình FET (Nguồn chung - SC, Máng chung - DC); các phương pháp ghép tầng (ghép RC, ghép biến áp, ghép trực tiếp DC); khảo sát các cấu hình ghép đặc biệt như tầng Darlington, mạch Cascode và tầng khuếch đại vi sai.
• Chương 4: Khuếch đại công suất: Khảo sát tầng khuếch đại công suất lớn cấp cho tải tiêu thụ (loa, cuộn lái tia); phân loại các chế độ công tác A, B, AB, C, D theo góc dẫn $\theta$; tính toán công suất hữu ích $P_u$, công suất nguồn cung cấp $P_{cc}$, công suất tiêu tán trên transistor $P_D$, và hiệu suất $\eta$; cấu trúc mạch đẩy kéo (push-pull) biến áp và mạch đối xứng bù dùng BJT NPN/PNP với nguồn đơn hoặc nguồn kép; phân tích cơ chế méo xuyên tâm (méo qua điểm 0) do điện áp $V_{BE} \approx 0{,}7\text{V}$.
• Chương 5: Khuếch đại thuật toán (Op-Amp): Cấu trúc Op-Amp dựa trên tầng vào vi sai; các tham số thực tế gồm hệ số khuếch đại hiệu $K_d$, hệ số nén tín hiệu đồng pha CMRR ($76\text{dB} - 100\text{dB}$), điện áp lệch không $V_{ro}$, dòng điện lệch không $I_0$; các mạch chức năng tuyến tính và phi tuyến (khuếch đại đảo, không đảo, cộng, trừ, tích phân, vi phân, so sánh, khuếch đại logarit, hàm mũ exp, mạch nhân/chia tương tự); phương pháp phân tích bài toán thuận và quy trình thiết kế bài toán ngược Op-Amp.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố và vận dụng các hệ thống lý thuyết nền tảng:

• Lý thuyết mạng bốn cực: Biểu diễn linh kiện tích cực và mạng hồi tiếp dưới dạng mô hình ma trận truyền đạt tương đương.
• Lý thuyết tuyến tính hóa tín hiệu nhỏ: Tuyến tính hóa linh kiện bán dẫn phi tuyến quanh điểm tĩnh $Q$ để áp dụng các định luật Kirchhoff (KCL, KVL).
• Lý thuyết giải tích điều hòa Fourier: Phân tích phổ tín hiệu dòng điện tuần hoàn trong mạch khuếch đại công suất chế độ C thành các thành phần hài bậc cao phục vụ chọn lọc tần số tải cộng hưởng.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Xác định tham số $h$-parameter; tính toán phân cực DC và các hệ số khuếch đại xoay chiều; áp dụng thuật toán xác định biến phụ $Z = X - Y - 1$ để tính chọn điện trở $R_x, R_y, R_f$ trong thiết kế mạch Op-Amp theo phương trình hàm truyền cho trước.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá định lượng tác động của cấu hình hồi tiếp lên tổng trở và băng thông; phân tích hiện tượng mất cân bằng và độ trôi nhiệt trong mạch vi sai.
• Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Nhận diện hiện tượng méo tín hiệu do điểm tĩnh $Q$ dịch chuyển; áp dụng các biện pháp bù nhiệt, triệt tiêu điện áp lệch không và mở rộng dải tần công tác.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình triển khai phương pháp sư phạm diễn dịch kết hợp quy nạp kỹ thuật: xuất phát từ mô hình vật lý bán dẫn, chuyển sang mô hình mạch tương đương giải tích, sau đó tổng quát hóa thành quy tắc thiết kế hệ thống.

Phương pháp học tập và giảng dạy theo giáo trình tập trung vào các khía cạnh:

• Phương pháp giải tích bài tập mẫu: Giáo trình lồng ghép các bài toán tham số cụ thể nhằm minh họa các bước tính toán. Ví dụ, trong Chương 3, giáo trình đưa ra bài toán tầng EC có $R_1 = 100\text{k}\Omega, R_2 = 27\text{k}\Omega, R_c = 3{,}3\text{k}\Omega, R_e = 1\text{k}\Omega, h_{ie} = 2{,}5\text{k}\Omega, \beta = 100$, từ đó yêu cầu xác định chi tiết tổng trở vào $Z_v \approx 2{,}2\text{k}\Omega$, độ khuếch đại áp riêng của BJT $K_u \approx -112$, và hệ số khuếch đại toàn mạch $K_{tp} = -88$.
• Quy trình hóa giải thuật Op-Amp: Chương 5 xây dựng thuật toán phân tích bài toán thuận qua 3 bước KCL tại nút đảo $N$ và nút không đảo $P$ dựa trên nguyên lý "đất ảo" ($V_N = V_P$), kết hợp bảng tra cứu tham số $Z$ cho bài toán thiết kế ngược.
• Phương pháp tự học và đánh giá: Người học cần tự chứng minh các mô hình toán học còn khuyết được tác giả gợi ý (như dạng nghiệm hàm mũ $U_r = \exp(U_v)$ của mạch exp và mạch nhân/chia tương tự). Việc đánh giá năng lực dựa trên khả năng lập hệ phương trình mạch tương đương, tính toán công suất tiêu tán nhiệt của linh kiện bán dẫn và thiết kế mạch tổ hợp theo chỉ tiêu kỹ thuật đề ra.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Tại thời điểm biên soạn (năm 2005), giáo trình đã tích hợp các xu hướng kỹ thuật mạch tương tự bao gồm:

• Mở rộng kiến thức về mạch tích hợp (IC tương tự): Bên cạnh các mạch linh kiện rời truyền thống, tài liệu cập nhật nguyên lý ổn định điểm làm việc tĩnh trong vi mạch bằng nguồn dòng (thay thế điện trở có trị số lớn khó chế tạo trong bán dẫn vi mô), thể hiện qua công thức điều khiển dòng $I_{C2} = \frac{I_1}{1 + 2/\beta} \approx I_1$ khi $\beta \gg 2$.
• Khảo sát các cấu hình khuếch đại ghép đa tầng nâng cao: Tài liệu phân tích sâu tầng Darlington nhằm đạt hệ số khuếch đại dòng lớn và trở kháng vào cao; cấu hình Cascode (kết hợp CE-CB) nhằm tối ưu trở kháng ra và cải thiện đáp ứng tần số cao; cùng mạch khuếch đại vi sai đối xứng nhằm triệt tiêu trôi dạt nhiệt và tín hiệu đồng pha.
• Gắn kết với ứng dụng chuyên ngành Giao thông và Viễn thông: Phân tích các mạch công suất chế độ C có khung cộng hưởng điều chỉnh dùng cho thiết bị nhân tần và khuếch đại cao tần trong máy thu phát thông tin; phân tích các mạch công suất chế độ B đẩy kéo dùng cho cơ cấu điều khiển phụ tải tín hiệu đường sắt và hệ thống thông tin liên lạc.
• Phương pháp thiết kế ngược Op-Amp hệ thống: Đưa ra quy trình thiết kế mạch đại số tổng quát $V_{out} = \sum X_i V_i - \sum Y_j V_j$ thông qua biến trung gian $Z$, giúp chuẩn hóa việc chọn sơ đồ nguyên lý mà không cần thử sai linh kiện.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

• Sinh viên đại học: Tài liệu được biên soạn làm tài liệu học tập chính cho sinh viên năm thứ hai và năm thứ ba thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thông tin, Tự động hóa, Trang thiết bị điện và Điều khiển - Tín hiệu Giao thông thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải cũng như các trường đại học khối kỹ thuật công nghệ.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức về Lý thuyết Mạch điện (các định luật Kirchhoff, định lý Thevenin, Norton, mạng bốn cực), Cấu kiện Điện tử (nguyên lý chuyển tiếp P-N, đặc tuyến $I-V$ và các cách mắc cơ bản của BJT, JFET, MOSFET), cùng kiến thức Toán kỹ thuật (phép tính vi phân, tích phân và khai triển chuỗi Fourier).
• Giảng viên chuyên ngành: Có thể sử dụng tài liệu làm đề cương chuẩn cho bài giảng lý thuyết, khai thác hệ thống bài tập mẫu để biên soạn ngân hàng đề thi và hướng dẫn bài tập lớn thiết kế mạch điện tử.
• Kỹ sư và người tự học: Cung cấp tài liệu tra cứu các công thức giải tích mạch tương đương tín hiệu nhỏ, phương pháp phối hợp trở kháng và quy chuẩn thiết kế mạch tương tự dùng Op-Amp.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ sinh viên đại học, học viên kỹ thuật các ngành Viễn thông, Tự động hóa, Điện tử, Tín hiệu giao thông và kỹ sư cần tài liệu tra cứu phương pháp giải tích mạch tương tự.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững lý thuyết giải mạch điện (KCL, KVL, mạng 4 cực), đặc tính phân cực của linh kiện bán dẫn (BJT, FET, Diode) từ môn Cấu kiện Điện tử, và các phép tính giải tích vi tích phân cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu khác là gì?

Tài liệu tập trung hoàn toàn vào miền xử lý tín hiệu tương tự, mô hình hóa toán học các sơ đồ bằng ma trận tham số $H$ và ma trận tương đương, đồng thời cung cấp giải thuật chi tiết cho bài toán thiết kế ngược dùng Op-Amp dựa trên tham số phân loại $Z$.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình đạt hiệu quả cao?

Cần thực hiện theo trình tự 3 bước:

1. Phân tích chế độ tĩnh DC để xác định điểm $Q$ và hiện tượng trôi nhiệt.
2. Vẽ mạch tương đương xoay chiều AC tín hiệu nhỏ để lập phương trình giải tích tham số.
3. Tự giải các bài tập mẫu số liệu thực và chứng minh lại các biểu thức của mạch hàm mũ, logarit và mạch vi phân/tích phân.

5. Có tài liệu bổ trợ nào cần sử dụng kèm theo?

Cần sử dụng kết hợp với giáo trình Cấu kiện Điện tử (để tra cứu cấu tạo vật lý và đặc tuyến tĩnh của linh kiện) và các tài liệu hướng dẫn thí nghiệm, phần mềm mô phỏng mạch điện tử (như SPICE/Multisim) để kiểm chứng dạng sóng đầu ra.

---

Kết luận (150 từ)

Bài giảng Kỹ thuật Mạch Điện tử của nhóm tác giả Đào Thanh Toản, Phạm Thanh Huyền, Võ Quang Sơn là tài liệu học thuật thể hiện đầy đủ cấu trúc giải tích mạch tương tự từ cấp độ linh kiện rời BJT/FET đến mạch tích hợp Op-Amp. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính nhất quán trong phương pháp phân tích mô hình tương đương, kỹ thuật khảo sát hồi tiếp và phương pháp chuẩn hóa thiết kế bài toán ngược Op-Amp. Lộ trình học tập đề xuất là tiếp cận tuần tự từ ổn định điểm làm việc tĩnh, phân tích tín hiệu nhỏ, đánh giá hồi tiếp, tính toán công suất tầng cuối và tổng hợp mạch hàm chức năng. Người học nên kết hợp tra cứu datasheet linh kiện thực tế và tài liệu thực hành mạch để hoàn thiện kiến thức chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

§µo Thanh To¶n Ph¹m Thanh HuyÒn Vâ Quang S¬n -----  ----- Vr Vro Bµi gi¶ng Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö Chuyªn ngµnh: KTVT, KTTT, §KH-THGT Hµ néi 5/ 2005 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS Lêi nãi ®Çu: Bµi gi¶ng Kü thuËt M¹ch §iÖn tö ®îc biªn so¹n dùa trªn c¸c gi¸o tr×nh vµ tµi liÖu tham kh¶o míi nhÊt hiÖn nay, ®îc dïng lµm tµi liÖu tham kh¶o cho sinh viªn c¸c ngµnh: Kü thuËt ViÔn th«ng, Kü thuËt Th«ng tin, Tù ®éng ho¸, Trang thiÕt bÞ ®iÖn, TÝn hiÖu Giao th«ng. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, c¸c t¸c gi¶ ®· ®îc c¸c ®ång nghiÖp ®ãng gãp nhiÒu ý kiÕn, mÆc dï cè g¾ng söa ch÷a, bæ sung cho cuèn s¸ch ®îc hoµn chØnh h¬n, song ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, h¹n chÕ. Chóng t«i mong nhËn ®- îc c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña b¹n ®äc! Xin liªn hÖ: [e-mail] https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS Ch¬ng I. Nh÷ng kh¸i niÖm chung vµ c¬ së ph©n tÝch m¹ch ®iÖn tö I.

M¹ch ®iÖn tö: M¹ch ®iÖn tö lµ lo¹i m¹ch cã nhiÖm vô gia c«ng tÝn hiÖu theo nh÷ng thuËt to¸n kh¸c nhau, chóng ®îc ph©n lo¹i theo d¹ng tÝn hiÖu ®îc xö lý. TÝn hiÖu: lµ sè ®o ®iÖn ¸p huÆc dßng ®iÖn cña mét qu¸ tr×nh, sù thay ®æi cña tÝn hiÖu theo thêi gian t¹o ra tin tøc h÷u Ých. TÝn hiÖu ®îc chia lµm 2 lo¹i lµ tÝn hiÖu t¬ng tù Anolog vµ tÝn hiÖu sã Digital. TÝn hiÖu t¬ng tù lµ tÝn hiÖu biÕn thiªn liªn tôc theo thêi gian vµ cã thÓ nhËn mäi gi¸ trÞ trong kho¶ng biÕn thiªn cña nã.

TÝn hiÖu sè: lµ tÝn hiÖu ®· ®îc rêi r¹c ho¸ vÒ mÆt thêi gian vµ lîng tö ho¸ vÒ mÆt biªn ®é, nã ®îc biÓu diÔn bëi tËp hîp xung t¹i nh÷ng ®iÓm ®o rêi r¹c. TÝn hiÖu cã thÓ ®îc khuÕch ®¹i; ®iÒu chÕ; t¸ch sãng; chØnh lu; nhí; ®o ; truyÒn ®¹t; ®iÒu khiÓn; biÕn d¹ng; tÝnh to¸n b»ng c¸c m¹ch ®iÖn tö. §Ó gia c«ng 2 lo¹i tÝn hiÖu sè vµ t¬ng tù dïng 2 lo¹i m¹ch c¬ b¶n: m¹ch t- ¬ng tù vµ m¹ch sè, trong khu«n khæ gi¸o tr×nh nµy chØ xem xÐt c¸c m¹ch t¬ng tù. Víi m¹ch ®iÖn tö t¬ng tù, chØ quan t©m tíi 2 th«ng sè: biªn ®é tÝn hiÖu vµ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu.

Biªn ®é tÝn hiÖu: liªn quan mËt thiÕt ®Õn ®é chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh gia c«ng tÝn hiÖu vµ x¸c ®Þnh møc ®é ¶nh hëng cña nhiÔu ®Õn hÖ thèng. Khi biªn ®é tÝn hiÖu nhá mV, huÆc µV, th× nhiÔu cã thÓ lÊn ¸t tÝn hiÖu, v× vËy khi thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng ®iÖn tö cÇn lu ý n©ng cao biªn ®é tÝn hiÖu ngay ë tÇng ®Çu cña hÖ thèng. KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu lµ chøc n¨ng quan träng nhÊt cña m¹ch t¬ng tù, cã thÓ thùc hiÖn trùc tiÕp huÆc gi¸n tiÕp trong c¸c phÇn tö chøc n¨ng cña hÖ thèng, th«ng thêng trong mét hÖ th«ng l¹i chia thµnh tÇng gia c«ng tÝn hiÖu, tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt. HiÖn nay c¸c m¹ch tæ hîp(IC) t¬ng tù ®îc dïng phæ biÕn, kh«ng nh÷ng ®¶m b¶o c¸c chØ tiªu kü thuËt mµ cßn cã ®é tin cËy cao vµ chi phÝ thÊp, tuy nhiªn chóng ®îc dïng chñ yÕu cho tÝn hiÖu cã ph¹m vi tÇn sè thÊp.

Xu híng ph¸t triÓn cña kü thuËt m¹ch ®iÖn tö t¬ng tù lµ n©ng cao ®é tÝch hîp, vµ kh¶ n¨ng øng dông cña m¹ch. C¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ transistor Xem l¹i ë c¸c gi¸o tr×nh CÊu kiÖn §iÖn tö, nh÷ng néi dung sau: 1- CÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng, 2- Cã 3 c¸ch m¾c c¬ b¶n cña BJT(FET) : EC(SC); CC(DC); BC(GC). 3- C¸c øng dông cña BJT vµ FET, tuú theo viÖc ph©n cùc mµ T sÏ lµm viÖc theo c¸c chÕ ®é sau: + ChÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu: ph©n cùc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i + Lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸: miÒn b·o hoµ vµ miÒn c¾t 4- C¸c s¬ ®å t¬ng ®¬ng cña T 5- §Æc tÝnh tÇn sè cña T 6- S¬ ®å vµ c¸ch tÝnh to¸n cu¶ T khi khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá 7- So s¸nh gi÷a BJT vµ FET, Gîi ý : 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT Fet cã u ®iÓm kÝch thíc vµ ®iÖn ¸p cung cÊp(dÉn ®Õn c«ng suÊt tiªu thô) nhá h¬n vµ ®é tin cËy cao h¬n BJT, nhng Fet l¹i cã nhîc ®iÓm lµ ®iÖn dÉn g nhá vµ nh¹y c¶m víi ®iÖn tÝch tÜnh, v× vËy Fet thêng ®îc tÝch hîp trong m¹ch IC, cßn BJT thêng dïng cho m¹ch rêi. M¹ch cÊp nguån vµ æn ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc 1.

§Æt vÊn ®Ò: Trong c¸c tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá, ®iÓm lµm viÖc n»m trong miÒn tÝch cùc cña BJT, trong miÒn th¾t cña FET, ë chÕ ®é tÜnh, trªn c¸c cùc cña T cã c¸c dßng ®iÖn tÜnh Ic(TD); IB(IG) vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu UCE(UDS); UBE(UGS). §iÓm lµm viÖc t¬ng øng víi chÕ ®é nµy lµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q. Khi cã tÝn hiÖu vµo th× ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn thay ®æi xung quanh gi¸ tri tÜnh, ®Ó ®¶m b¶o cho c¸c tÇng lµm viÖc b×nh thêng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau, ngoµi viÖc cung cÊp ®iÖn ¸p thÝch hîp cho c¸c cùc, cßn cÇn ph¶i æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh ®· chän, nÕu kh«ng chÊt l¬ng lµm viÖc cña tÇngbÞ gi¶m sót. S¬ ®å æn ®inh tuyÕn tÝnh: S¬ ®å phæ biÕn lµ s¬ ®å håi tiÕp- mét chiÒu: nh»m biÕn ®æi ®iÖn ¸p m¹ch vµo cña T sao cho cã thÓ h¹n chÕ sù di chuyÓn ®iÓm tÜnh trªn ®Æc tuyÕn ra, g©y nªn bëi c¸c yÕu tè mÊt æn ®Þnh.

S¬ ®å nh sau: VÝ dô h×nh a: Vcc Vcc Rc R1 I1 C1 C1 R1 Ic C2 Ur Uv Q2 C2 Uv Ur Q1 Re R2 h.a Rc Q3 Uv Ur R1 I1 C5 R2 h.c M¹ch cung cÊp vµ æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc b»ng håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p ha. EC; hb:CC; hc: BC 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS Nguyªn t¾c æn ®Þnh: nÕu cã mét nguyªn nh©n mÊt æn ®Þnh nµo ®ã lµm cho dßng mét chiÒu ICEo trªn colector t¨ng th× ®iÖn thÕ UCEo gi¶m, do ®ã dßng ®Þnh thiªn IBo= UCEo/R1 gi¶m theo, lµm ICEo gi¶m xuèng, nghÜa lµ dßng tÜnh ban ®Çu gi÷ nguyªn. Còng cã thÓ dïng s¬ ®å håi tiÕp dßng ®iÖn: Nguyªn t¾c æn ®Þnh nh sau: Vcc Vcc ha Rc R1 C1 C1 R1 C2 Ur Uv C2 Q2 Uv Q1 R2 Ur Re R2 Re Ce Vcc hb R1 Rc Q3 Uv Ur C Re 1k 1uF R2 hc S¬ ®å cung cÊp vµ æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc b»ng håi tiÕp - dßng ®iÖn mét chiÒu. EC; hb: CC; hc: BC Khi IC t¨ng, th× ®iÖn ¸p UEo=Ie.

v× ®iÖn ¸p Ue lÊy trªn bé ph©n ¸p R1 vµ R2 kh«ng ®æi, nªn UBEo=IBR2- UEo gi¶m lµm cho IB gi¶m, do vËy IC kh«ng t¨ng. Tô Ce cã t¸c dông tr¸nh håi tiÕp - xoay chiÒu. S¬ ®å æn ®inh phi tuyÕn : ¸p dông ph¬ng ph¸p bï nhiÖt nhê c¸c phÇn tö cã tham sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é nhø T, D, §iÖn trë nhiÖt, ph¬ng ph¸p nµy thÝch hîp cho m¹ch tæ hîp. - NÕu D vµ T nh h×nh a ®Òu ®îc s¶n xuÊt tõ mét lo¹i b¸n dÉn nh nhau, vµ nhiÖt ®é mÆt ghÐp cña chóng nh nhau, th× ®Æc tÝnh nhiÖt cña ®iÖn ¸p B-E vµ cña ®iÖn ¸p h¹ trªn D lµ nh nhau; h¬n n÷a UBE; UD cã chiÒu ngîc nhau, nªn ¶nh hëng cña nhiÖt ®é ®îc bï hoµn toµn.

- S¬ ®å h×nh B còng lµm viÖc theo nguyªn t¾c ®ã, khi m¾c nèi tiÕp R2 víi D ph©n cùc thuËn, th× R1, R2, D t¹o thµnh m¹ch ph©n ¸p ®a ®iÖn ¸p vµo B, nÕu chän R2<<R1 th× UB hÇu nh kh«ng phô thuéc nguån Vcc. - S¬ ®å h×nh c: dïng ®iÖn trë cã hÖ sè nhiÖt - ®Ó bï, khi nhiÖt ®é t¨ng th× R T gi¶m, do ®ã ®iÖn ¸p UE t¨ng lµm IC gi¶m sao cho cã thÓ bï l¹i sù t¨ng cña IC theo nhiÖt ®é C¸c m¹ch lo¹i nµy cã u ®iÓm cã tæn hao phô kh«ng ®¸ng kÓ, kh«ng g©y ¶nh hëng ®Õn ¸p ra.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT Vcc Vcc Vcc Rc Rc1 Rt Rc (-) C2 C4 R1 C1 Ur R1 C1 C3 Ur R1 Uv Q3 C2 Ur Uv Q2 Uv Q1 R2 R2 Re1 R2 Re Re R3 -Vcc D2 D1 ha. S¬ ®å bï UBE hb. S¬ ®å bï UBE vµ nguån cÊp H×nh c.

S¬ ®å bï ®iÖn trë nhiÖt c. æn ®Þnh trong m¹ch tæ hîp t¬ng tù Dïng c¸c nguån ®iÖn ®Ó æn ®Þnh v× nguån dßng dÔ chÕ t¹o díi d¹ng tæ hîp, trªn s¬ ®å díi ®©y, gi¶ thiÕt IC kh«ng phô thuéc UCE vµ Q1, Q2 cã tham sè hoµn toµn gièng nhau vµ ë cïng mét nhiÖt ®é, do ®ã: IC1=IC2 vµ IB1=IB2= IC1/BN Theo s¬ ®å h×nh a: I1=IC1+ 2IB2 = IC2+ 2IC2/BN Tõ ®ã suy ra: IC2= I1/(1+2/BN)≈ I1 khi BN>>2 Tõ ®©y ta thÊy cã thÓ dïng I1 ®Ó ®iÒu khiÓn trÞ sè cña IC2. §Ó I1 æn ®Þnh, ®¬n gi¶n nhÊt lµ nèi A víi Vcc qua R. Ucc Ucc Ucc Ucc R A Q1 Q2 Q1 Q2 Trong c¸c m¹ch tæ hîp, tr¸nh chÕ t¹o c¸c ®iÖn trë cã trÞ sè l¬n, do vËy khã cã dßng I1 nhá, v× vËy ®Ó ®¹t ®îc I1 nhá thêng dïng s¬ ®å bªn ph¶i.

víi FET VÊn ®Ò æn ®Þnh nhiÖt cña FET lµ lµm cho ®iÓm lµm viÖc kh«ng phô thuéc vµo ®é t¹p t¸n tham sè cña FET, kh«ng phô thuéc nhiÖt ®é, thêi gian, vµ c¸c biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p nguån cung cÊp, còng gièng BJT biÖn ph¸p æn ®Þnh nhiÖt cña FET còng dïng nguyªn t¾c håi tiÕp - dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. vÝ dô: C¸c lo¹i s¬ ®å håi tiÕp - dßng ®iÖn th«ng qua RS cã d¹ng nh h×nh sau: NÕu coi IG=0, ta cã U'G=IDRS + UGS; biÓu thøc nµy cho biÕt d¹ng cña ®êng ®iÖn trë Rs víi ®é dèc: UDD RD Ur 8 Q1 RG IS + RS Vs1 - CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DTT_PTH_VQS tgα=-(dID/dUGS) U'G ph¶i chän sao cho dßng m¸ng ID kh«ng ®æi khi thay FET, chän U'G chÝnh lµ chän RG , ®iÖn trë æn ®Þnh.com https://fb.com/tailieudientucntt BomonKTDT-§HGTVT ch¬ng 2. §Þnh nghÜa: Håi tiÕp lµ ghÐp mét phÇn tÝn hiÖu ra(®iÖn ¸p huÆc dßng ®iÖn) cña m¹ng 4 cùc tÝch cùc(phÇn tö khuÕch ®¹i- Transistor huÆc K§TT) vÒ ®Çu vµo th«ng qua mét m¹ng 4 cùc, m¹ng 4 cùc nµy gäi lµ m¹ng håi tiÕp. XV K XR +(-) Xh Xht Kht XV: tÝn hiÖu vµo XR: tÝn hiÖu ra Xht: tÝn hiÖu håi tiÕp K: HÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch KhuÕch ®¹i Kht: HÖ sè khuÕch ®¹i m¹ch håi tiÕp H×nh.

S¬ ®å khèi bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp Håi tiÕp ®ãng vai trß quan träng trong kü thuËt m¹ch ®iÖn tö t¬ng tù, nã cho phÐp c¶i thiÖn c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i nh: trë kh¸ng vµo, trë kh¸ng ra, b¨ng th«ng,.