Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Mạch chức năng trong kỹ thuật viễn thông

Tr ường Đ ại H ọc Công Ngh ệ 
Thông Tin
KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG

BÀI GIẢNG 
NHẬP MÔN ĐI
Ệ
N T
Ử
 
THÁNG 9/2012
1


Chương 2:
Mạch chức năng trong
kỹ thuật viễn thông
1.
2.
3.
4.

Các mạch chứa phần tử phi tuyến
Mạch nhân tương tự
Mạch điện tử logarit
Mạch tạo dao động

2


1. Các mạch chứa phần tử phi tuyến

 Mạch điện tử có chứa các phần tử phi tuyến (có trị số 

thay đổi theo thời gian) như: nhiệt điện trở thermistor, 
điện trở phi tuyến varistor, điốt điện tử, điốt bán dẫn

 Điện trở phi tuyến:

 Điện dung phi tuyến:

 Cuộn dây phi tuyến:
3


c tớnh mch phi tuyn
ctuynVụnưAmpelngphituyn.
Không thể

áp dụng nguyên lý xếp chồng
cho mạch phi tuyến.

Hệ

phương trình đặc trưng cho mạch
điện phi tuyến là một hệ phương trình vi
phân phi tuyến, tức là hệ có hệ số phụ
thuộc vào biến số.

Mạch điện phi tuyến có khả năng làm giàu

phổ của tín hiệu, totns.

4


Các phương pháp giải 
các bài toán về mạch phi tuyến
1.

Phương pháp đồ thị

2.

Phương pháp số 

5


Các phương pháp giải 
ềị m
ch phi 
1.các bài toán v
Phương pháp đồ th
: từạ
 các đ
ặc tuyến của 
các phân t
tuy
ến ử ta vẽ đặc tuyến chung của mạch sau 
đó xác định điểm làm việc của mạch theo các 
điều kiện của bài toán.

          Mạch ghép các phần tử song song             Mạch ghép các phần tử nối 
tiếp
6

.Nhược điểm: tính chính xác không cao, giải bằng 


2.

Phương pháp số: đưa bài toán về dạng 
đại số và giải phương trình đại số

a)

Phương pháp lặp cơ bản
◦ Cơ sở toán học: xét phương trình g(x) = 0 (1)
◦ Ta đưa phương trình về dạng x = f(x) (2) sao 

cho f(x) là hàm có tập xác định là R

◦ Chọn x0 là một nghiệm gần đúng của (1)
◦ Ta có x1 = f(x0); x2 = f(x1); x3 = f(x2),…, xn+1 

= f(xn)

◦ Ta lặp đi lặp lại đến khi xn+1 = xn = x (*) thì x 

là nghiệm của (1)

◦ Chứng minh: dễ dàng thấy rằng khi xảy ra điề7u 


b)

Phương pháp lặp Newton

Cơ sở toán học: xét phương trình g(x) = 0.
Chọn nghiệm ban đầu tương đối gần đúng là x0

Ta có: nghiệm gần đúng bậc 1 là:

Nghiệm gần đúng bậc n là:

Phép lặp càng lớn thì hiệu xn+1 – xn càng nhỏ, do 

8
đó biểu thức tổng quát của đạo hàm càng đúng cho 


Một số bài toán về mạch phi tuyến:
Bài 1:

Cho VA > VB, với A1 và A2 là 2 ampe kế lí tưởng lần lượt 
chỉ IA1 = 30mA và IA2 = 5mA. R1 = 1 kΏ ;R2 = 2 kΏ ; R3 = 3 
kΏ; R4 = 4kΏ.  X là một phần tử phi tuyến. Tính UAB và 
công xuất trên X ?
a/ Nếu X là một varistor có đặc trưng vôn – ampe là i = ku2  .  
K đo bằng mA/V2
b/ Nếu X là một đèn điện tử đóng – mở. Nếu VD > VB thì đèn 

cho dòng chạy qua với I5 < 5mA không đổi và từ D đến B còn 
nếu ngược lại thì không có dòng điện qua X.
9


Giải:
a/ Phương trình điện thế nút sau:

10


Nếu: u4=20

Nếu: u4=­20

Tuy nhiên khi u5 > 0 mà i5 < 0 thì vô lý đối với varistor
Vậy ta có kết quả sau:
UAB = 55V và Px = 108.33W
11


b/ Giả sử VD>VB:

Vậy VD ≤ VB và khi đó thì UAB < 0 loại vì VA > VB
Do đó điều kiện đề bài không phù hợp với thực tế.

12


Bài 2:

Cho mạch điện như hình vẽ, với R1=1k; 
R2=2k; R3=3k;R4=4k.
Q là một đèn quang điện có anôt nối với 
điểm C, catôt nối với điểm D. Nếu điện thế 
anôt cao hơn điện thế catôt thì đèn mở i0 = 
10 mA đi qua, ngược lại thì đèn đóng, không 
có dòng đi qua. Hiệu điện thế đặt giữa A,B 
là UAB = 100 V.
1. a. Đèn Q đóng hay mở ?
    b. Tính hiệu điện thế giữa 2 cực của 

13


Giải:
1) a) Giả sử bóng đèn đóng, khi đó mạch 
điện cho điện trở tương đương là R = 2,4 kΏ
Khi đó UCB = 75 V và UDB = 33,3 V => VC 
> VB nên đèn mở. Vậy đèn điện tử mở.
b) Đèn mở. Ta xét mạch ACB có:
       i1R1 + i3R3 =UAB 
hay i1 + 3(i1 – 10) = 100 
hay i1 = 32,5mA, i3 = 22,5 mA
Tương tự với mạch ADB. Ta cũng được:
       i4 = 13,3mA và i2 = 23,3 mA, 

14


b) Tương tự như câu 1 ta có:

Dòng qua Diode là i1 – i3 = 7 mA và UCD = 27,2 V 
>20V

15


Bài 3:
Trong mạch cầu  hình có các điện trở R1= 2 Ώ; 
R2=4 Ώ; R3= 1 Ώ; X là một varistor có i=kU2.
a. Vẽ đường đặc tuyến Vôn­Ampe U= f(i) của 
varistor.  Gọi            là điện trở tức thời của 
varistor. Có thể nói gì về điện trở này khi i biến 
thiên từ 0 đến +∞.
b. Biết k= 0,25 (A/V2). Người ta điều chỉnh hiệu 
điện thế U0= UAD để cầu cân bằng. Tính công 
suất điện P tiêu thụ trên varistor ? Tính các dòng 
i1, i2 qua 2 nhánh và hiện điện thế U ?
16


Giải:
a/ Ta có i=kU2                     ,                          
Khi i biến thiên từ 0→+∞ thì R biến thiên từ +∞ →0.
b/ Khi cầu cân bằng thì ta có:

Từ đó rút ra được i1 = 0.5A và i2 = 1A và P = 2W
17

2.

Mạch nhân tương tự

a)

Mạch khuếch đại thuật toán:

b)

Các mạch khuếch đại thuật toán:
◦ Mạch cộng
◦ Mạch vi phân
◦ Mạch tích phân
◦ Mạch nhân tương tự

18


Mạch khuếch đại thuật toán:

Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồm ba phần:
1.

Khuếch đại vi sai: Dùng khuếch đại tín hiệu vào, có đặc điểm là
khuếch đại nhiễu thấp, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.

3.

Khuếch đại điện áp: Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao,

thường đầu ra đơn cực.

5.

Khuếch đại đầu ra: Dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải
dòng lớn, trở kháng ra thấp, có các mạch chống ngắn mạch và
hạn chế dòng điện.
19


Mạch khuếch đại vi sai (mạch 
trừ)

•Tổng trở vi sai Zin (giữa 2 chân đầu vào) = R1 + R2
•Hệ số khuếch đại vi sai:  Nếu R1 = R2 và Rf = Rg,  
                       Vout = A(V2 − V1) và 
                          A = Rf / R1
20


Mạch khuếch đại đảo
Theo sơ đồ mạch ta có: vo = ­A vi­  
Theo định luật Kirchhoff  dòng ở ngõ vào đảo: i1= if + i­
Tuy nhiên, khuếch đại lý tưởng có trở kháng ngõ vào  , i­ = 0. Vậy: i1= if 

  (vin – vi­)/ R1 = (vi­ ­ vo)/Rf  hay vin/R1 – vi­/R1 = vi­/Rf  ­ 
vo/Rf    
Nếu (lý tưởng) |A| =    thì –vo/A = 0. Và do đó , vi­ = 0  thì:                       
                     vin/R1 = ­vo/Rf  hay v0/ vin=Rf/R1  
(v0/ vin :độ lợi vòng kín, đạt khoảng 10; trong khi A: độ lợi vòng hở đạt 106 )

                                                                                          

21


Ví dụ:
Cho mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng như hình vẽ, hãy 
tính:
1. Giá trị hiệu dụng (rms) của vo với v­in = 1.5Vrms
2. Giá trị hiệu dụng của dòng điện qua điện trở 25kΩ khi 
vin=1.5Vrms, và
3. Điện áp ngõ ra khi vin = ­0.6V dc

22


Giải:
1.

Từ phương trình : (rms: root mean square)

   Vậy: 
3.

Do           (đất ảo), nên dòng qua điện trở 25k   
    là:

                                  

23


Mạch khuếch đại không đảo
vi­/R1 = (vo – vi­ )/ Rf    
Cho A=  , vo/A tiến về 0, ta có:
Do       =                                                 
 

Bộ khuếch đại đảo và không đảo được sử dụng trong ứng dụng nhân đi24
ện 


Mạch khuếch đại theo áp
Với Rf = 0 và R1 = 

, vì vậy, độ lợi vòng kín là 
vo/vin = 1 + Rf/R1 = 1. Đây là trường hợp đặc 
biệt của mạch khuếch đại không đảo, mạch 
không khuếch đại áp, chỉ khuếch đại dòng: với 
v0 = vin 

25