THIẾT KẾ BỘ LỌC ÂM SẮC GRAPHIC EQUALIZER

Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2008 NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ LỌC ÂM SẮC GRAPHIC EQUALIZER
GVHD : Đỗ Anh Dũng
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Mục lục
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1- Đặt vấn đề
2- Mục tiêu của đề tài
3- Nhiệm vụ của đề tài
Chương I– Cơ sở lý thuyết
1. Lý thuyết mạch khuếch đại
1.1. Khuếch đại Transistor
1.2. Khuếch đại thuật toán
1.2.1. Khuếch đại vi sai
1.2.2. Tầng khuếch đại đẩy kéo
1.2.3. Mạch khuếch đại thuật toán
2. Lý thuyết mạng bốn cực và ứng dụng
2.1. Khái niệm mạng bốn cực
2.2. Mạch lọc tần số
2.2.1. Khái niệm chung
2.2.2. Điều kiện dải thông mạch lọc
2.2.3. Tính chất mạch lọc loại K
2.3. Mạch lọc tích cực
2.3.1. Khái niệm chung
2.3.2. Mạch lọc thông thấp bậc 2
2.3.3. Mạch lọc thông cao bậc 2
2.3.4. Mạch lọc thông dải và mạch chọn lọc
3. Mạch nguồn cung cấp

3.1. Mạch chỉnh lưu nửa song
3.2. Mạch chỉnh lưu toàn song
3.3. Mạch bội áp
3.4. Mạch nguồn cung cấp sử dụng IC chuyên dụng
4. Phân tích cấu tạo một số IC KĐTT thông dụng
4.1.
4.2.
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Chương II-Tính toán thiết kế mạch
1. Các linh kiện dùng trong mạch lọc
2. Các thông số đặc tính của mạch lọc và thiết kế mạch lọc.
3. Sơ đồ mạch.
Chương III- Kết luận và hướng phát triển đồ án
1. Kết quả thực tế
2. Đánh giá kết quả thực hiện đồ án
3. Hướng phát triển đồ án
Tài liệu tham khảo
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1- Đặt vấn đề
Equalizer (EQ) là một thiết bị rất quan trong trong sản xuất âm nhạc ngày nay.
Mỗi chúng ta hẳn đã từng dùng Equalizer ở một góc độ nào đó. Đơn giản nhất là thiết
bị nghe nhạc mp3 hay các phần mềm nghe nhạc của mình chẳng hạn. Nhưng để hiểu
sâu về Equalizer và biết cách chỉnh để cho phù hợp từng bài hát thì hẳn ít ai trong
chúng ta từng tìm hiểu . Bằng những kiến thức hiểu biết của mình áp dụng trong bài
viết này, chúng tôi chỉ có thể đưa ra một số lý thuyết và mạch Equalizer thực tế ở dạng
nhỏ để có thể khái quát một các cụ thể về cấu tạo, chức năng của Equalizer trong thực
tế .

2- Mục tiêu của đề tài
Mục đích của đề tài là xây dựng một bộ lọc âm sắc Equalizer (EQ) bao gồm :
một bộ lọc âm sắc Graphic Equalizer , một bộ khuếch đại . Khi cho thiết bị Audio
(CD player) kết nối với mạch lọc qua jack hoặc cổng kết nối sẽ được mạch lọc điều
chỉnh thành 5 băng tần khác nhau nằm trong ngưỡng nghe của tai người (Giải tần âm
thanh mà con người có thể cảm nhận từ 20Hz đền 20 KHz ) .Khi đi qua mạch lọc tín
hiệu sẽ được điều chỉnh thành tín hiệu mới mang chất lượng âm thanh tốt nhất cho
người nghe . Một trong các băng tần sau khi được chuyển đổi sẽ được đưa vào mạch
khuếch đại làm tăng biên độ của tín hiệu để đạt tới một điểm đủ để người nghe cảm
nhận được âm thanh qua loa speaker bình thường .
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Sơ đồ khối hệ thống Graphic Equalizer
Và cuối cùng kết quả đạt được của đề tài là có thể làm thành công một mạch lọc
âm sắc Graphic Equalizer 5 bands với công suất phát khoảng 20W .
3- Nhiệm vụ của đề tài
Để thực hiện được đề tài “ Thiết kế bộ lọc âm sắc Equalizer “ này trước hết ta
cần nắm rõ các lý thuyết về mạng bốn cực, mạch khuếch đại , mạch lọc và IC khuếch
đại thuật toán . Từ đó lấy lý thuyết làm nền tảng xây dựng lên sơ đồ mạch thực tế , tính
toán trị số linh kiện theo đúng công thức để tìm giá trị tần số của mạch lọc trong thực
tế và thi công làm mạch , hoàn thiện sản phẩm
Chương I– Cơ sở lý thuyết
1. Lý thuyết mạch khuếch đại
Khuếch đại là quá trình khống chế năng lượng có điều khiển, trong đó năng lượng
nhỏ chứa đựng thông tin điều khiển năng lượng lớn không chứa thông tin, và năng
lượng lớn biến thiên theo năng lượng nhỏ, kết quả ta được một đại lượng điện chứa
thông tin, mà dòng điện hoặc điện áp có trị số lớn hơn nhiều lần so với trước. Trên
thực tế có ba kiểu mạch khuếch đại thông dụng :
5
Thiết bị Audio

Mạch lọc
Equalizer
Mạch
nguồn
Mạch khuếch đại
Loa
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Về phương diện dạng của đại lượng : có khuếch đại dòng và khuếch đại áp.
Về phương diện tần số của nguồn tín hiệu : có khuếch đại hạ tần, trung tần, cao tần
Về thành phần cấu trúc của một bộ khuếch đại : có tiền khuếch đại, tiền công suất,
khuếch đại tầng trung gian , tầng khuếch đại công suất
Ngoài ra, do yêu cầu, các tầng khuếch đại còn được ghép với để thực hiện chức
năng : khuếch đại vi sai, khuếch đại đẩy kéo, khuếch đại Darlington…Trong thực tế
mạch khuyếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuyếch
đại âm tần trong Cassete, Amply, khuyếch đại tín hiệu video , khuếch đại công suất v.v
Trong phần báo cáo này chúng ta sẽ tiến hành tìm hiểu lý thuyết của một số mạch
khuếch đại trong mạng bốn cực như mạch khuếch đạitransistor ,mạch khuếch đại thuật
toán để có thể hiểu một cách cụ thể chức năng nhiệm vụ của từng loại mạch và ứng
dụng của chúng trong thực tế .
1.1. Khuếch đại Transistor
Transistor có hai loại là : npn và pnp . Nguyên lý tác dụng của transistor đã
được nghiện cứu rất nhiều để áp dụng vào thực tế , trong các dụng cụ bán dẫn và được
minh họa bởi đặc tuyến vào , đặc tuyến ra và đặc tuyến truyền đạt và được minh họa
bằng hình sau :
Hình 1.1 Đặc tuyến của npn mắc emitor chung
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Các transistor có thể mắc theo các kiểu bazo chung , emitor chung hoặc
collector chung . Trong ba các mắc thì cách mắc theo kiểu emitor chung được ứng
dụng nhiều nhất trong thực tế .

Ta có thể đưa ra một bảng để tóm tắt tính chất của từng cách mắc transistor cơ bản
theo bảng :
Bảng 1.1 Tính chất từng cách mắc transistor
Trong đó : L : lớn ; B : bé ; TB : trung bình ; RL : rất lớn
: góc lệch pha giữa điện áp ra và điện áp vào
Các tính chất có thể tóm tắt như sau :
- Mạch emitor chung cho hệ số khuếch đại công suất lớn nhất (vì K
i
, K
u
đều lớn)
vì vậy cách mắc emitor chung hay được dùng hơn cả . Trở kháng vào , trở
kháng ra của mạch có giá trị trung bình , vì vậy mạch emito tiện lợi đối với việc
ghép tải và nguồn tín hiệu . Điện trở tải yêu cầu của nó khoảng vài .
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
- Mạch bazo chung và emitor chung có hồi tiếp âm dòng điện qua điện trở R
E
thường được dùng làm nguồn dòng, còn mạch lặp emitor được dùng làm nguồn
áp
Trong báo cáo này chúng ta nghiên cứu về các sơ đồ mắc cơ bản của transistor để
có thể hiểu được một cách cụ thể tác dụng cũng như chức năng của từng loại mạch khi
ứng dụng trong IC khuếch đại, góp phần giúp chúng ta tìm hiểu rõ hơn về mạch
khuếch đại trong thực tế. Khi phân tích các sơ đồ của một tầng khuếch đại thì vấn đề
cơ bản là chọn được cách biểu diễn thích hợp cho các phần tử tích cực. Có nhiều
phương pháp biểu diễn và mắc transistor khác nhau .
1.2. Khuếch đại thuật toán
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 ) .
Hình 1.2. Ký hiệu của khuếch đại thuật toán
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. Hình 1.2 là ký hiệu của
KĐTT :
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Đầu vào (+) gọi là đầu vào không đảo P(positive), đầu vào (-) gọi là đầu vào
đảo N (negative), (VS+) điện áp nguồn dương, (VS-) điện áp nguồn âm và một đầu ra
(VOut).KĐTT ngày nay có thể được chế tạo như một IC hoặc nằm trong một phần
của IC đa chức năng .
Hình 1.3.Sơ đồ khối bên trong khuếch đại thuật toán
1.2.1. Khuếch đại vi sai
Khuếch đại vi sai là khuếch đại mà tín hiệu ra không tỷ lệ với trị tuyệt đối của
tín hiệu vào mà tỷ lệ với hiệu của tín hiệu vào. Khuếch đại vi sai được sử dụng để
khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn dưới nhỏ (tới vài Hz) , gọi là tín hiệu biến thiên
chậm hay tín hiệu một chiều. Ta có thể coi dải thông của nó là 0 ÷ f
C
.Nếu sử dụng
khuếch đại RC để khuếch đại loại tín hiệu này thì các tụ nối tầng phải có trị số rất lớn
nên bất tiện. Khuếch đại vi sai thích hợp cho loại tín hiệu này, ngoài ra nó còn có nhiều
tính chất quí báu mà ta sẽ nói tới sau này. Khuếch đại vi sai là cơ sở để xây dựng

khuếch đại thuật toán nên ta xét lý thuyết loại khuếch đại này.
Bộ khuếch đại vi sai là một bộ khuếch đại tín hiệu một chiều đối xứng, có hai
đầu vào và hai đầu ra. Trong bộ khuếch đại vi sai điều đáng chú ý là nếu các điện áp
vào và hai đầu ra. Trong bộ khếch đại vi sai điều đáng chú ý là nếu các điện áp vào U
đ
= U
v1
– U
v2
được khuếch đại lên K
uđ
lần thì các điện áp vào có trị số bằng nhau chỉ
được khuếch đại lên K
cm
lần, với K
cm
<< K
ud
. Điện áp vào được chia làm hai thành
phần: thành phần điện áp đồng pha, ký hiệu là chính là trị trung bình đại số của hai
điện áp vào:
= (1)
và thành phần điện áp hiệu
= - (2)
Vì giả thiết mạch hoàn toàn đối xứng nên điện thế emito (điểm P trong bảng 1)
luôn luôn không đổi. Do đó các sơ đồ trong bảng 1 có thể coi như sơ đồ emito chung
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
hoặc colecto chung có điện áp vào trên mỗi tranzistor là . Để tính hệ số khuếch đại K
u

,
K
i
và trở kháng vào Z
v
, trở kháng ra Z
r
có thể áo dụng các biểu thức của sơ đồ emito
chung đã biết.
+ Hệ số khuếch đại hiệu
K
ud
= =
với giả thiết U
cm
= 0 ở tần số thấp cũng như ở tần số cao K
ud
đều có trị số giống như
của mạch emito chung. Trường hợp cần lấy tín hiệu trên một đầu ra so với đất, ta có
hệ số khuếch đại đối với một đầu ra:
K
ud1
= K
ud2
= = =
bằng một nửa hệ số khuếch đại hiệu khi lấy điện áp ra đối xứng.
Khi ở đầu vào chỉ có điện áp không đồng pha tức = 0 thì U
cm
= = , thì mạch
làm việc ở chế độ khuếch đại tín hiệu đồng pha. Lức này cả hai tranzistor đều được

điều khiển bởi một điện áp có biên độ và pha như nhau. Do mạch đối xứng, nên dòng
điện trên các cực tương ứng của hai tranzistor bằng nhau. Do đó ta có sơ đồ tương
đương hình 1.4a. Vì điện thế emito cuartranzistor bằng nhau nên không có dòng chạy
trong dây dẫn nối hai emito với nhau, do đó trong sơ đồ tương đương không vẽ dây nối
đó. Tách sơ đồ tương đương thành hai nửa đối xứng, mỗi nửa tương ứng với một mạch
emito chung có điện trở emito là 2R
E
hoặc một mạch source chung có điện trở nguồn
là 2R
s
và có hồi tiếp âm dòng điện
Hình 1.4. Sơ đồ tương đương của bộ khuếch đại vi sai
a) Đối với điện áp đồng pha
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
b) Đối với điện áp vào hiệu
Hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha K
cm
có thể suy ra từ biểu thức đã có đối với sơ
đồ emito chung và source chung có hồi tiếp âm dòng điện. Điện trở hồi tiếp 2R
E
hoặc
2R
S
càng lớn thì K
cm
càng nhỏ. Nếu các điện trở này không đổi trong quá trình làm
việc, nghĩa là trên đầu ra điện áp hầu như không đổi, do đó K
cm
tiến tới bằng không.

Tóm lại sự khác nhau cơ bản giữa chế độ khuếch đại tín hiệu và chế độ khuếch đại
tín hiệu đồng pha là ở chỗ: ở chế độ khuếch đại tín hiệu, R
E
và R
S
không có tác dụng
hồi tiếp âm; ngược lại ở chế độ khuếch đại tín hiệu đồng pha chúng có tác dụng hồi
tiếp âm lớn làm cho hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha giảm.
Bảng 1.2. Các tham số mạch khuếch đại vi sai
Nếu thì
;
Bỏ qua C
de
hoặc C
gs
Trong các bộ khuếch đại tín hiệu xoay chiêu, người ta không quan tâm đến hiện
tượng trôi, vì qua phần tử gép điện dung, trôi không được đưa đến đầu ra. Trôi chỉ làm
11
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
thay đổi hệ số khuếch đại của mạch. Ảnh hường này có thể khắc phục được bằng hồi
tiếp âm.
Ngược lại,trong các bộ khuếch đại tín hiệu một chiều, trôi cũng được khuêch
đại và đưa đến đầu ra như tín hiệu Vì vậy trong trường hợp này phải tìm cách giảm
trôi. Trong thực tế không thể tác động trực tiếp vào tranzistor để giảm trôi được, nên
người ta dùng bộ khuếch đại vi sai. Bộ khuếch đại vi sai khuếch đại hai điện áp đặt ở
đầu vào, do đó điện áp ra của nó chỉ chịu ảnh hưởng của hiệu các điện áp trôi của
tranzistor. Do đó bộ khuếch đại vi sai có mức trôi rất thấp. Trường hợp mạch hoàn
toàn đối xứng thì trôi được khử hoàn toàn. Để phát huy ưu điểm đó của mạch, người ta
không những dùng bộ khuếch đại vi sai để khuếch đại hiệu hai điện áp mà còn để
khuếch đại một điện áp. Điện áp đó được đưa đến một đầu vào, đầu vào thứ 2 được nối

đất.
1.2.2. Tầng khuếch đại đẩy kéo
Để tăng công suất, hiệu suất và giảm méo phi tuyến, người ta dùng tầng
khuếch đại đẩy kéo. Tầng khuếch đại đẩy kéo là tầng gồm có hai phần tử tích cực mắc
chung tải. Để biểu diễn và phân loại các sơ đồ đẩy kéo, có thể dùng sơ đồ như trên
hình 1.5.
Hình 1.5. Tầng khuếch đại đẩy kéo
a) đẩy kéo song song ; b) đẩy kéo nối tiếp
Trong sơ đồ đẩy kéo song song, các phần tử tích cực được mắc trong các
nhanh bên trái của cầu. Trong các nhánh phải của cầu là điện trở tải, có điểm giữa nối
với nguồn cung cấp mắc trong nhánh chéo của cầu. Ngược lại, trong sơ đồ đẩy kéo
nối tiếp, nguồn cung cấp có điểm giữa nối với tải, tải nằm trong nhánh chéo của cầu.
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Tóm lại sơ đồ đẩy kéo song song có các phần tử tích cực đấu song song về mặt một
chiều và sơ đồ đẩy kéo nối tiếp có các phần tử tích cực đấu nối tiếp về mặt một chiều.
Ngoài ra, trong các sơ đồ trên còn có thể dùng hai phần tử tích cực cùng loại hoặc
khác loại, do đó có bốn loại sơ đồ đẩy kéo như được chỉ ra trong bảng 1.3 và hình 1.6
Bảng 1.3
Hình 1.6. Sơ đồ đẩy kéo song song và nối tiếp
Điện trở R
t
trong các sơ đồ song song chỉ có ý nghĩa, nếu hai nửa cầu của nó
được liên hệ với nhau nhờ cảm ứng hoặc nhờ sự biến đổi năng lượng sao cho toàn bộ
công suất được đưa hết ra một tải chung để tiêu thụ .Vì vậy trong các sơ đồ song song
thường dùng mạch ghép biến áp với tải tiêu thụ. Trong đó , cuộn sơ cấp biến áp có
điểm giữa nối với nguồn cungcaaps, còn cuộn thứ cấp ghép với tải.
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Một số đặc điểm cơ bản

Điểm đất của các mạch song song là đầu âm của nguồn một chiều, điểm đất
của các mạch nối tiếp là điểm giữa của nguồn một chiều
Các mạch đẩy kéo cùng hai tranzistor cùng loại được kích thích bởi các tín
hiệu ngược pha. Để tại tín hiệu này có thể dùng tầng khuếch đại đảo pha hoặc dùng
biến áp mà cuộn thứ cấp của nó có điểm giữa nối đất về mặt xoay chiều. Các mạch đẩy
kéo dùng hai tranzistor khác loại được kích thích bởi các tín hiệu đồng pha. Vì vậy có
thể dùng cùng một tín hiệu để kích thích cho cả hai tranzistor
Các tầng đẩy kéo có thể làm việc ở chế độ A, AB hoặc B, nhưng thông thường
người ta hay dùng chế độ AB hoặc B. Ở chế độ B, điểm làm việc được chọn sao cho
dòng điện ra ở chế độ tĩnh U
ro
bằng điện áp nguồn cung cấp. Mỗi tranzistor chỉ khuếch
đại một nửa dương hoặc một nửa âm tín hiệu vào. Hai nửa tín hiệu ra sẽ được tổng hợp
lại thành tín hiệu hoàn chỉnh trên điện trở tải.
Tuy nhiên, ở chế độ B phải lưu ý đến méo tín hiệu sinh ra khi điểm làm việc
chuyển tiếp từ tranzistor này sang tranzistor khác, vì trong tranzistor chỉ có dòng emito
khi điện áp bazo –emito lớn hơn 0,5V (tranzistor silic). Do đó khi điện áp bazo – emito
có giá trị nhỏ thì nó được khuếch đại rất ít hoặc hoàn toàn không được khuếch đại.
Méo sinh ra trong quá trình đó càng lớn khi điện áp vào càng nhỏ. Méo này khắc phục
được bằng cách tăng trị số dòng ra tại điểm tĩnh I
ro
và cho tầng ra làm việc ở chế độ
AB
1.2.3. Mạch khuếch đại thuật toán
Mạch khuếch đại thuật toán là một trong những phần tử điển hình của bốn cực
không tương hỗ, tích cực, nó đóng vai trò quan trọng trong ứng dụng thực tế. Có thể
nói mạch khuếch đại thuật toán ngày nay đã trở thành phần tử cơ bản thay thế cho
transistor trước đây. Mạch khuếch đại thuật toán là tên gọi cho các mạch khuyếch đại
được nối trực tiếp với nhau có hệ số khuếch đại cao, trở kháng vào lớn, trở kháng ra
nhỏ và với các mạch phản hồi khác nhau. Ta sẽ xét các bộ khuếch đại sau để tìm hiểu

chức năng của từng loại mạch KĐTT. Ta xét các bộ KĐTT cơ bản bên trong cá IC
khuếch đại thuật toán
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
- Các sơ đồ khuếch đại thuật toán dạng đơn giản.
Hình 1.7. Sơ đồ khuếch đại vi sai đơn giản
Quan sát hình 1.7 đưa ra hai dạng sơ đồ đơn giản của bộ khuếch đại thuật toán.
Trên hình 6a, T
1
, T
2
là tầng vào khuếch đại vi sai đối với nguồn dòng T
3
. Để trở kháng
vào r
d
lớn và dòng tĩnh nhỏ, tầng này phải làm việc với dòng colecto nhỏ. Tuy nhiên
cũng không dùng dòng colecto quá nhỏ làm cho hệ số khuếch đại dòng điện giảm và
làm tăng ảnh hương của tạp âm đối cới bộ khuếch đại, thường chọn I
c
trong phạm vi
10µA đến 1mA. Vì chỉ cần một đầu ra, nên có thể bỏ bớt một điện trở R
c
trên colecto
T
1
, điều này không ảnh hưởng đến công tác các mạch, vì dòng colecto hầu như không
phụ thuộc vào U
CE
. Tuy nhiên, tổn hao trên 2 tranzistor sẽ khác nhau làm cho nhiệt độ

của chúng khác nhau gây ra trôi lớn. T
4
là mạch biến đổi trở kháng để có trở kháng ra
nhỏ. Để T
2
không bão hapf, phải chọn điện thế coleto đủ lớn (U
cc
). Trong sơ đồ này
dùng điot Zener để dịch mức. Điện áp Zener của điot là U
cc
-0,6V. Vì điện áp colecto
T
2
nằm trong phạm vi (0÷U
cc
), nên điện áp ra thay đổi trong phạm vi (- U
cc
÷ U
cc
).
- Bộ khuếch đại thuật toán có hai tầng khuếch đại điện áp
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Hình 1.8. Bộ khuếch đại vi sai có hai tầng khuếch đại điện áp
Tầng vào khuếch đại vi sai giống tầng vào trên hình 1.7a. Tầng thứ 2 là tầng
khuếch đại emito chung (T
4
). Chịn điện thế tĩnh trên colecto T
4
sao cho điện áp ra tĩnh

bằng không. Dòng colecto tĩnh của T
4
được xác định bởi R
4
. Điện trở R
C
được chọn
sao cho U
BET4
≈ 0,6V. Nhược điểm của sơ đồ là hạ áp trên R
C
quá bé, làm cho hệ số
khuếch đại điện áp của T
2
bé (khoảng 5 lần). Vì tầng vào có hệ số khuếch đại điện áp
nhỏ, nên trôi do nó sinh ra ít ảnh hưởng đến trôi của toàn mạch, trôi của toàn mạch chủ
yếu do T
4
quyết định. R
K
C
K
là khâu bù tần số.
- Bộ khuếch đại thuật toán dùng mạch điện có dòng đối xứng (gương dòng điện)
Hình 1.9. Bộ khuếch đại thuật toán dùng mạch có gương dòng điện
Để giảm trôi do T
4
(hình 1.8) gây ra, mắc thêm một khâu mạch để bù trôi điện
áp bazo – emito của T
4

. Điot D trên hình 1.9 làm nhiệm vụ đó, nhờ đó hạ áp trên hai
điện trở R
C
như nhau, do đó dòng colecto của T
4
bằng dòng colecto của T
2
. Mạch này
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
vì vậy còn được gọi là gương dòng điện. Nó cũng có tác dụng dịch mức như T
4
trong
hình 1.8, nhưng nhờ có bù trôi, nên mức dịch đạt được khá chính xác.
- Bộ khuếch đại thuật toán dùng khuếch đại vi sai bù
Hình 1.10. Bộ khuếch đại dùng mạch khuếch đại vi sai bù
Sơ đồ này giống sơ đồ trên hình 1.8, T
4
được thay đổi bởi bộ khuếch đại vi sai
gồm T
4
, T
5
. Nhờ đó mạch có thêm một số ưu điểm: có thể tăng hạ áp trên R
C
để có hệ
số khuếch đại điện áp của tầng vào lớn hơn. Do có nguồn dòng T
3
, nên ở đầu ra bộ
khuếch đại vào không có điện áp đồng pha, vì thế không cần mắc thêm nguồn dòng ở

vị trí của R
4
. Do kết cấu của bộ khuếch đại vào nên điện thế emito U
E
của T
4
, T
5
có giá
trị xác định. Điện thế này càng lớn khi R
C
càng nhỏ và do đó hệ số khuếch đại điện áp
càng nhỏ
Một số điểm cần chú ý khi chọn dùng bộ khuếch đại thuật toán
Khi chọn bộ khuếch đại thuật toán để dùng cho một số trường hợp ta cần chú ý tới các
điểm sau đây :
- Mức tín hiệu vào , dải tần công tác , trở kháng ra , trở kháng vào , mức chính
xác của quá trình gia công tín hiệu, tốc độ đáp ứng và các điều kiện môi trường
- Phải đặc biệt cần chú ý tới các tính chất nguồn tín hiệu. Các bộ khuếch đại thuật
toán có tầng vào dùng transistor lưỡng cực được dùng với nguồn tín hiệu có trở kháng
trong bé () , vì trôi điện áp lệch không ở các tầng vào loại này nhỏ. Ngược lại , các bộ
khuếch đại thuật toán có dùng transistor trường thường được dùng với nguồn tín hiệu
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
có trở kháng trong lớn, vì tầng loại này có dòng tĩnh nhỏ và trôi dòng lệch không cũng
nhỏ.
2. Lý thuyết mạng bốn cực và ứng dụng
2.1. Khái niệm mạng bốn cực
Mạng bốn cực, còn gọi là mạng hai cửa là một hệ thống mạch có bốn đầu ra
tương ứng với hai cửa ( thông thường được phối ghép với nguồn tín hiệu và tải ) diễn

tả như hình 2.1, trong đó:
Hình 2.1 .Mô hình mạng bốn cực
U
1
, I
1
: điện áp và dòng điện tại cửa 1
U
2
, I
2
: điện áp và dòng điện tại cửa 2
2.2. Mạch lọc tần số
2.2.1. Khái niệm chung
Mọi mạch có chứa các phần tử điện kháng sao cho trở kháng của nó phụ thuộc
vào tần số đều có thể coi như có tính chất chọn lọc đối với tần số. Một cách định tính
có thể định nghĩa mạch lọc tần số là những mạch cho những dao động có tần số nằm
trong một hay một số khoảng nhất định (gọi là dải thông) đi qua và chặn các dao động
có tần số nằm trong những khoảng còn lại (gọi là dải chắn). Về mặt kết cấu, mạch lọc
tần số lý tưởng là một bốn cực có suy giảm đặc tính thoả mãn:
Hay nói một cách khác, hệ số truyền đạt điện áp của mạch lọc tần số thoả mãn:
==
Đặc tính tần số |K()| của mạch lọc lý tưởng biểu thị trong hình sau :
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Với mạch lọc thụ động, tính chất chọn lọc lý tưởng chỉ được thực hiện khi các
phần tử xây dựng nên mạch là thuần kháng, đồng thời tải phối hợp trong dải thông là
thuần trở. Chúng ta sẽ xét các mạch lọc mà sơ đồ của nó có dạng hình cái thang như
hình 2.2, kết cấu này giúp cho mạch lọc làm việc ổn định do đó nó được sử dụng rất
rộng rãi trong thực tế.

Hình 2.2
Để phân tích một mạch lọc phức tạp, thường dùng phương pháp cắt thành
những đoạn nhỏ đơn giản theo các sơ đồ hình T hoặc hình π, hình Γ thuận hoặc hình Γ
ngược (hình 2.3) kết nối với nhau theo kiểu dây chuyền.
Hình 2.3
Các sơ đồ hình T và hình π thường được sử dụng để nghiên cứu về mặt lý
thuyết mạch lọc. Các thông số đặc tính của hai loại sơ đồ này được tính theo các công
thức:
th
2.2.2. Điều kiện dải thông của mạch lọc tần số
Với kết cấu các phần tử tạo thành Z
a
, Z
b
đã cho, cần xác định điều kiện về dải
thông (hay dải chắn) của mạch lọc. Trong dải thông ta phải có:
(1)
Để thỏa mãn Z
a
Z
b
=k
2
thì đơn giản nhất là chọn Za và Za là Za các điện kháng
thuần khác tính nhau sao cho tỉ số là 1 số Zb thực . Lúc đó công thức sẽ thỏa mãn với
điều kiện :
(2)
Để tìm hiểu rõ hơn về mạch lọc ta xét 1 số dạng mạch lọc thực tế sau ;
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng

- Mạch lọc thông thấp

Áp dụng điều kiện (2) ta có :
(3)
Công thức (3) chỉ rõ chỉ có tần số dương , thấp hơn mới thỏa mãn điều kiện dải
thông , nghĩa là mọi dao động của tần số nhỏ hơn thì đi qua được mạch lọc Mạch lọc
có tính chất như vậy thì được gọi là mạch lọc thông thấp. Tần số các định trong (3) là
giới hạn giữa dải thông và dải chắn gọi là tần số cắt của mạch lọc. Do tính chất đặc
biệt của tần số 0 , người ta còn coi lọc thông thấp là loại mạch lọc có tần số cắt xác
định bởi (3) và dải thông có chứa tần số gốc
Về mặt vật lý , nếu chú ý đến tính chất của phần tử điện cảm là chống lại sự biến
thiên nhanh của dòng điện qua nó , và phần tử điện dung là dễ dàng dẫn các dòng điện
biến thiên nhanh , sẽ thấy các dao động có tần số thấp dễ đàng đi từ cửa ra vào đến cửa
ra của mạch lọc, còn các dao động tần số cao sẽ bị chặn lại. Do đó đây là mạch lọc
thông thấp
- Mạch lọc thông cao
Áp dụng điều kiện (2) ta có :
(4)
Công thức (4) chỉ rõ , các dao động có tần số hữu hạn và lớn hơn thỏa mãn điều
kiện dải thông , nghĩa là đi qua mạch lọc . Mạch lọc có tính chất như vậy gọi là mạch
lọc thông cao . Tần số là giới hạn dải thông và dải chắn gọi là tần số cắt của mạch lọc
Về mặt vật lý , cũng như những nhận xét về tính chất của phần tử điện cảm và
điện dung như trên sẽ thấy rằng các dao động có tần số cao có thể đi từ cửa vào đến
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
cửa ra của mạch lọc còn các dao động tần số thấp sẽ bị chặn lại . Do đó đây gọi là
mạch lọc thông cao
- Mạch lọc thông dải
(5)
Sơ đồ mạch lọc như dưới :

Để thỏa mãn điều kiện thì ta cần có :
Nghĩa là các nhánh của Z
a
, Z
b
có tần số cộng hưởng .Áp dụng điều kiện (2) ta sẽ có :
Đặt và xét giới hạn dưới ta sẽ có :
Từ những điều trên ta rút ra dải thông của mạch lọc nằm trong khoảng
Với
Như vậy , mạch lọc thông dải là mạch lọc có 2 tần số cắt là xác định bởi dải
thông không chứa tần số 0 và . Chú ý rằng giữa các tần số cắt và tần số cộng hưởng
của các nhánh của mạch lọc thông dải có các quan hệ rất thuận lợi cho việc tính toán là
: nghĩa là tần số cộng hưởng của các nhánh là trung bình nhân của các tần số cắt
Về mặt vật lý , có thể quy mạch lọc thông dải trên các đoạn tần số khác nhau về
tương đương với các mạch lọc thông thấp và thông cao . Cụ thể ở các tần số và nhánh
Z
a
mang tính chất một điện cảm , còn nhánh Z
b
mang tính chất điện dung , mạch lọc
thông dải tương đương mạch lọc thông thấp . Ngược lại thì mạch mang tính chất mạch
lọc thông cao sao cho dải thông nằm trên thang tần số quy định.
- Mạch lọc chắn dải
(6)
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Sơ đồ mạch :
Để thỏa mãn điều kiện ta cần có nghĩa là nhánh Z
a
, Z

b
có cùng tần số cộng
hưởng . Lúc đó áp dụng điều kiện (2) sẽ có :
Đặt và xét giới hạn dưới ta sẽ có :
Với x>0 sẽ rút ra bất phương trình
Bất phương trình thứ nhất sẽ thỏa mãn với x nằm ở khoảng ngoài các
nghiệm.Nếu bỏ đi nghiệm âm sẽ có :
(7a)
Bất phương trình thứ hai sẽ thỏa mãn với x nằm trong khoảng các nghiệm . Nếu
bỏ đi các nghiệm âm sẽ có :
(7b)
Kết hợp (7a) và (7b) và đặt sẽ có :
Với
Trở lại với tần số , dải thông của mạch lọc sẽ được xác định như sau :
Với
Còn các dải chắn nằm trong khoảng .Nếu xét các giới hạn trên của mạch lọc
chắn dải thì ta có : . Lọc chắn dải là loại mạch lọc có hai tần số cắt xác định bởi và
dải thông có chứa hai tần số 0 và . Chú ý rằng giữa các tần số cắt và tần số cộng
hưởng của các nhánh của mạch lọc cũng có quan hệ sau đây :
2.2.3. Tính chất của mạch lọc loại K
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
Ta sẽ xét trở kháng đặc tính và truyền đạt đặc tính của từng loại mạch lọc.
- Đối với mạch lọc thông thấp
Xét trở kháng đặc tính của mắt lọc hình T
-Trong dải chắn mang tính điện cảm.
-Trong dải thông mang tính điện trở và được tính theo công thức:
Sự phụ thuộc của Z
d
(T) theo tần số được biểu thị trong hình dưới :

Xét trở kháng đặc tính của mắt lọc hình π
Trong dải chắn mang tính điện dung.
Trong dải thông mang tính điện trở và được tính theo công thức:
Sự phụ thuộc của theo tần số được biểu thị trong hình dưới :
Bây giờ ta xét sang truyền đạt đặc tính:
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
-Trong dải thông suy giảm đặc tính a =0, khi đó:
-Trong dải chắn điện áp trên cửa ra giảm nhỏ một cách đáng kể sao cho lúc đó
không cần để ý tới sự dịch pha giữa nó với điện áp vào. Người ta quy ước là b giữ
nguyên giá trị của nó tại sao cho sang dải chắn tgb =0 và thg = tha. Khi đó:
- Đ ố i v ớ i m ạ ch l ọ c thông cao
Xét trở kháng đặc tính của mắt lọc hình T
-Trong dải chắn mang tính điện dung.
-Trong dải thông mang tính điện trở và được tính theo công thức:
Sự phụ thuộc của Z
d
(T) theo tần số được biểu thị trong dưới :
Xét trở kháng đặc tính của mắt lọc hình π
24
Đồ án tốt nghiệp GVHD : Đỗ Anh Dũng
-Trong dải chắn mang tính điện cảm.
-Trong dải thông mang tính điện trở và được tính theo công thức:
Sự phụ thuộc của theo tần số được biểu thị trong hình dưới :
Bây giờ ta xét sang truyền đạt đặc tính:
-Trong dải thông suy giảm đặc tính a =0, khi đó:
-Trong dải chắn người ta cũng quy ước b giữ nguyên giá trị của nó tại
c
sao cho
sang dải chắn tgb =0 và thg = tha. Khi đó:

Hình dưới biểu diễn sự phụ thuộc của a và b theo tần số trong các dải
khác nhau.
25