Bài giảng Điện tử tương tự - Chương 2( GV. Lê Xuân Thành)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
Giảng viên: Lê Xuân Thành
Điện thoại/E-mail: 01655.111.888/
Bộ môn: Lý thuyết mạch-Khoa Kỹ thuật điện tử 1
Biên soạn: Học kỳ I năm học 2009-2010
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 2
NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1. Mạch khuếch đại bán dẫn

Chương 2. Mạch khuếch đại thuật toán

Chương 3. Mạch tạo dao động điều hòa

Chương 4. Mạch xung

Chương 5. Mạch biến đổi tần số

Chương 6. Mạch chuyển đổi A/D và D/A

Chương 7. Mạch cung cấp nguồn
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 3
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 4
Chương 2. Mạch khuếch đại thuật toán

1. Các tính chất chung của BKĐTT

2. Mạch khuếch đại vi sai

3. Mạch khuếch đại dùng BKĐTT

4. Các phương pháp chống trôi và bù điểm không

5. Mạch cộng

6. Mạch trừ

7. Mạch vi phân, mạch tích phân

8. Mạch tạo hàm logarit và luỹ thừa

9. Mạch nhân tương tự

10. Mạch lọc tích cực

BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 5
1. CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA BKĐTT
I
r
I
t
T
U
0
U
đ
I
đ
U
ra
-E
C
+E
C
Đ
Hình 2-1: Bộ khuếch đại thuật toán
U
t
+
-

đầu vào
thuận
đầu vào
đảo
U
V
0
-
E
C
U
ra
E
C
-
E
C
Hình 2-2: Đặc tuyến truyền đạt của bộ
khuếch đại thuật toán
K
0
K
f
f
0
a) Đặc tuyến biên độ
b) Đặc tuyến pha
0
45
o

90
o
180
o
360
o
Hình 2-3: Đặc tuyến biên độ và đặc tuyến
pha của bộ khuếch đại thuật toán
U
R
=K
0
.U
0
=K
0
(U
t
-U
đ
)
Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng:

Trở kháng vào: Z
V
= ∞

Trở kháng ra: Z
ra
= 0


Hệ số khuếch đại: K
0
= ∞ (10
4
÷10
6
)

Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầng ghép trực tiếp với nhau: Tầng vào là
tầng khuếch đại vi sai, tiếp theo là tầng khuyếch đại trung gian (có thể là tầng đệm
hay khuếch đại vi sai hai), đến tầng dịch mức và tầng khuếch đại ra.
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 6
2. MẠCH KHẾCH ĐẠI VI SAI
Hình 2-4: Tầng khuếch đại vi sai
a) Mạch nguyên lý; b) Sơ đồ đơn giản hoá
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 7
2. MẠCH KHẾCH ĐẠI VI SAI

Tín hiệu vào tầng vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt U

V1
và U
V2
hoặc từ một
nguồn.

Điện áp một chiều cung cấp cho tầng vi sai là hai nguồn E
C1
và E
C2
có thể
khác nhau hay bằng nhau về trị số. Vì hai nguồn nối tiếp nhau nên điện áp
cung cấp tổng là E
C
= E
C1
+ E
C2
.
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 8
3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI
3.1. Mạch khuếch đại đảo

Nếu coi IC có trở kháng vào vô
cùng lớn tức Z

V
→ ∞ thì dòng
vào IC vô cùng bé I
0
= 0, khi đó
tại nút N có phương trình dòng
điện: I
V
≈ I
ht

ht
ra0
1
0V
R
UU
R
UU
−
=
−
0
K
U
U
ra
0
→=
ht

ra
1
V
R
U
R
U
−=
1
ht
R
K
R
= −
Z
ra
= 0
Z
V
= R
1
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 9
3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI
2. Mạch khuếch đại thuận


Khi IC làm việc trong miền tuyến
tính thì coi như: U
0
= 0V.

Vậy ta có:
Z
ra
= 0
Z
V
=
∞
ht1
1
raV
RR
R
.UU
+
=
1
1 1
1
ra ht ht
V
U R R R
K
U R R
+

= = = +
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 10
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG

Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán để
khuếch đại tín hiệu một chiều có trị số
nhỏ thì các sai số chủ yếu do dòng điện
tĩnh, điện áp lệch không và hiện tượng
trôi gây ra.

Để giữ cho điện áp lệch không nhỏ,
trong mạch khuếch đại đảo, cửa thuận
không đấu trực tiếp xuống đất mà đấu
qua điện trở R
C
.
ht1
ht1
C
RR
R.R
R
+
=
BÀI GIẢNG MÔN

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 11
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG

Nếu nguồn tín hiệu có trở
kháng lớn (R
1
//R
ht
lớn) thì
điện áp sai số ở đầu ra
chủ yếu do trôi dòng lệch
không đầu vào sinh ra.
Ngược lại nếu nguồn tín
hiệu có trở kháng nhỏ (R
1

nhỏ) thì sai số đầu ra chủ
yếu do điện áp lệch không
đầu vào sinh ra. Do đó khi
cần khuếch đại dòng một
chiều nhỏ thì chọn R
1
//R
ht

nhỏ, nếu cần khuếch đại

điện áp một chiều nhỏ thì
chọn R
1
lớn.
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 12
5. MẠCH CỘNG
5.1. Mạch cộng đảo
1 2

ht n
I I I I= + + +
1 2
1 2
1 2
1 2
1
( . . . )
.( )
.
ht ht ht
ra n
n
n
ht
n

n
i i
i
R R R
U U U U
R R R
U
U U
R
R R R
U
α
=
= - + + +
= - + + +
= -
å
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 13
5. MẠCH CỘNG
5.2. Mạch cộng thuận
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1

Trang 14
6. MẠCH TRỪ
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 15
7. MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN
7.1. Mạch vi phân
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 16
7. MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN
7.2. Mạch tích phân
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 17
8. MẠCH TẠO HÀM LOGARIT VÀ LŨY THỪA
8.1. Mạch tạo hàm lôgarit
ak
t
U
.(exp 1) .exp

nU
ak
D S S
t
U
I I I
mU
= − ≈
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 18
8. MẠCH TẠO HÀM LOGARIT VÀ LŨY THỪA
8.2. Mạch tạo hàm lũy thừa
ak
t
U
.(exp 1) .exp
nU
ak
D S S
t
U
I I I
mU
= − ≈
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 19
9. MẠCH NHÂN TƯƠNG TỰ
Z = exp(lnX + lnY) = exp(lnXY) = XY
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 20
10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC

Tần số giới hạn ω
C
là tần số tại hàm truyền đạt giảm đi 3 dB so với tần số ở
trung tâm.

Bậc của bộ lọc xác định độ dốc của đặc tuyến biên độ tần số ngoài giải tần.
Bậc của bộ lọc được tính bằng số tụ trong mạch lọc.

Loại bộ lọc xác định
dạng đặc tuyến biên độ
tần số xung quanh tần
số cắt và trong khu vực
thông của mạch lọc: bộ
lọc Bessel, bộ lọc
Butteewroth và bộ lọc
Tschcbyscheff.

BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 21
10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC

Để tính toán các linh kiện của bộ lọc ta dựa vào loại mạch lọc, bậc của bộ lọc n và
các hệ số a
i
, b
i
(i là số thứ tự các mắt lọc), f
ci
/ f
c
và hệ số phẩm chất Q
i
của mắt lọc
thứ i được tra theo bảng:
0 0
( )
2 3 2
1 2 3
1 . . . . (1 . . )
d d
d p
n
n i i

K K
K
C p C p C p C p a p b p
= =
+ + + + + + +
Õ
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 22
10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC
10.1. Mạch lọc tích cực bậc một
10.1.1. Mạch lọc thông thấp bậc một
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 23
10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC
10.1. Mạch lọc tích cực bậc một
10.1.2. Mạch lọc thông cao bậc một
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 24

10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC
10.2. Mạch lọc tích cực bậc hai
10.2.1. Mạch lọc thông thấp bậc hai
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN THÀNH
BỘ MÔN: LÝ THUYẾT MẠCH - KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
Trang 25
10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC
10.2. Mạch lọc tích cực bậc hai
10.2.1. Mạch lọc thông thấp bậc hai