Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử

2 HọC VIệN Kỹ THuậT QUÂN Sự Bộ MÔN Cơ Sở Kỹ THUậT VÔ TUYếN - KHOA Vô TUYến ĐIệN Tử Pgs . ts tr−ơng văn cập (chủ biên) Ths. Nguyễn Duy chuyên - ts. trần hữu vỵ Ths. Luyện quang minh - ts. nguyễn huy hoàng - ts. Tạ chí hiếu Kỹ thuật mạch điện tử Phần một Hà nội - 2008 3 Mục lục Trang TULời nói đầu UT.......................................................................................................9 TUCh−ơng 1 Những khái niệm chung và các vấn đề cơ sở của mạch điện tử UT ................................................................................................11 TU1.1 Khái niệm về mạch điện tử và nhiệm vụ của nó UT ...............11 TU1.2. Hồi tiếp trong bộ khuếch đạiUT ...................................................12 TU1.2.1. Định nghĩa và phân loạiUT ......................................................................12 TU1.2.2. Ph−ơng trình cơ bản của mạng bốn cực có hồi tiếp.UT ...........................13 TU1.2.3. Ph−ơng pháp phân tích bộ khuếch đại có hồi tiếp UT ..............................14 TU1.3. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuếch đại. UT ................................................................................................18 TU1.3.1. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến độ ổn định của hệ số khuếch đại UT .....18 TU1.3.2. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến trở kháng vào.UT ..................................19 TU1.3.3. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến trở kháng raUT .....................................20 TU1.3.4. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến dải động và méo phi tuyến của bộ khuếch đại.UT....................................................................................................22 TU1.3.5. ảnh h−ởng của hồi tiếp âm đến đặc tính tần số và đặc tính động của bộ khuếch đại.UT...............................................................................................23 TU1.4. ổn định chế độ công tác cho các tầng dùng tranzistor l−ỡng cực.UT.........................................................................29 TU1.4.1. Đặt vấn đềUT ...........................................................................................29 TU1.4.2. Hiện t−ợng trôi điểm làm việcUT ............................................................30 TU1.4.3. Các sơ đồ ổn định tuyến tính.UT .............................................................32 TU1.4.4. Các sơ đồ ổn định phi tuyến UT ...............................................................36 TU1.4.5. ổn định điểm làm việc trong các mạch tổ hợp t−ơng tự.UT....................37 TU1.5. ổn định chế độ công tác cho các tầng dùng tranzistor hiệu ứng tr−ờng.UT ...........................................................39 TU1.5.1. Chế độ tĩnh .UT........................................................................................39 TU1.5.2. Các sơ đồ ổn định điểm làm việc. UT.......................................................39 TUCh−ơng 2 các sơ đồ cơ bản của tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng tranzistorUT.............................................................................42 TU2.1. các tham số cơ bản của bộ khuếch đại.UT .............................43 4 TU2.2. các sơ đồ cơ bản dùng một tranzistor l−ỡng cựcUT ......45 TU2.2.1. Mạch điện các bộ khuếch đại UT .............................................................45 TU2.2.2. Các tham số cơ bản của từng sơ đồ:UT ...................................................47 TU2.2.3. Các công thức đơn giản thông dụngUT ...................................................52 TU2.2.4. Nhận xét chung:UT..................................................................................53 TU2.3. Các sơ đồ bộ khuếch đại dùng tranzistor hiệu ứng tr−ờng (FET)UT ...............................................................................................53 TU2.4. các bộ khuếch đại dùng nhiều tranzistor.UT......................56 TU2.4.1. Sơ đồ Dalington:UT .................................................................................56 TU2.4.2. Sơ đồ tranzistor bùUT ..............................................................................59 TU2.4.3. Sơ đồ KaskodeUT ....................................................................................60 TU2.4.4. Mạch kết hợp FET - tranzistor l−ỡng cực.UT ..........................................61 TU2.5. bộ khuếch đại vi sai.UT ......................................................................62 TU2.5.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc:UT ..............................................................63 TU2.5.2 Các tham số cơ bản của bộ khuếch đại vi sai: UT .....................................65 TU2.5.3. Hiện t−ợng trôi.UT...................................................................................69 TU2.5.4. Một số sơ đồ bộ khuếch đại vi sai. UT .....................................................70 TUCh−ơng 3 Bộ khuếch đại thuật toán và ứng dụngUT ..................75 TU3.1 Những vấn đề chung về bộ khuếch đại thuật toánUT ......75 TU3.1.1 Các tính chất và tham số cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán.UT ..........75 TU3.1.2. Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại thuật toánUT ..................................81 TU3.1.3. ảnh h−ởng của dòng điện tĩnh, của điện áp lệch không, của hiện t−ợng trôi điểm công tác của bộ KĐTT và các biện pháp bù.UT ......................86 TU3.1.4. ổn định công tác của bộ KĐTT và các biện pháp bù tần số.UT .............89 TU3.1.5. Cấu trúc bên trong của bộ khuếch đại thuật toán.UT ..............................97 TU3.2 Các mạch tính toán và điều khiển tuyến tính dùng khuếch đại thuật toánUT .....................................................................103 TU3.2.1 Khái niệmUT ..........................................................................................103 TU3.2.2 Mạch cộng và mạch trừUT .....................................................................104 TU3.2.3 Mạch biến đổi trở khángUT....................................................................109 TU3.2.4 Mạch tích phânUT ..................................................................................123 TU3.2.5 Mạch PI (Propotional - Integrated)UT ........................................................2 TU3.2.6 Mạch vi phânUT .....................................................................................129 TU3.2.7 Mạch PID (Propotional – Integrated - Differential)UT ..........................130 5 TU3.3 Các mạch khuếch đại và tạo hàm phi tuyến dùng khuếch đại thuật toánUT .....................................................................132 TU3.3.1 Khái niệmUT ..........................................................................................132 TU3.3.2 Các mạch khuếch đại và tính toán phi tuyến liên tụcUT ........................133 TU3.3.3 Các mạch phi tuyến không liên tục.UT ..................................................148 TUCh−ơng 4 Khuếch đại chuyên dụng UT .................................................163 TU4.1. Khuếch đại chọn lọcUT ...................................................................163 TU4.1.1. Khái niệm.UT ........................................................................................163 TU4.1.2. Yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của bộ khuếch đại chọn lọc.UT ....163 TU4.1.3. Vấn đề ổn định của bộ khuếch đại.UT ..................................................165 TU4.1.4. Bộ khuếch đại chọn lọc tải cộng h−ởngUT............................................168 TU4.1.5. Bộ khuếch đại chọn lọc đơn điều chuẩn: UT ..........................................170 TU4.1.6. Bộ khuếch đại chọn lọc mắc so le UT ....................................................172 TU4.1.7 Bộ khuếch đại chọn lọc đôi điều chuẩn: UT ...........................................174 TU4.1.8. Bộ khuếch đại chọn lọc tập trung:UT ....................................................177 TU4.2. Bộ khuếch đại dải rộngUT .............................................................177 TU4.2.1. Một số đặc điểm chung.UT....................................................................177 TU4.2.2. Các biện pháp mở rộng dải tần của bộ khuếch đại.UT ..........................178 TU4.2.3. Bộ khuếch đại có tải không cộng h−ởng:UT..........................................180 TU4.3 mạch lọc tích cựcUT ..........................................................................183 TU4.3.1 Khái niệmUT ..........................................................................................183 TU4.3.2 Mạch lọc thông thấp và thông cao bậc haiUT ........................................186 TU4.3.3 Mạch lọc thông thấp và thông cao bậc cao (n > 2)UT............................191 TU4.3.4 Mạch lọc chọn lọc và mạch lọc thông dải. UT ........................................193 TU4.3.5 Mạch nén chọn lọc.UT............................................................................198 TUCh−ơng 5 KHUếCH đạI CôNG SUấTUT........................................................202 TU5.1 NHIệM Vụ, YêU CầU Và PHâN LOạI TầNG KHUếCH đạI CÔNG SUấT (KđCS).UT ...............................................................................................202 TU5.1.1. Nhiệm vụUT ..........................................................................................202 TU5.1.2. Các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật của tầng KĐCSUT .............................202 TU5.1.3. Phân loạiUT ...........................................................................................203 TU5.2. PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH TầNG KĐCS UT .......................................203 TU5.2.1. Chế độ công tác và xác định điểm làm việc cho tầng KĐCSUT ...........203 TU5.2.2. Phân tích điều hòa xung dòng colectoUT ..............................................206 TU5.2.3. Quan hệ năng l−ợng trong mạch colectoUT ..........................................208 TU5.2.4. Đặc tuyến tải của tầng KĐCSUT ...........................................................210 6 TU5.3. TầNG KĐCS TầN Số THấP DảI RộNGUT ...........................................212 TU5.3.1. Tầng KĐCS đơnUT................................................................................212 TU5.3.2. Tầng KĐCS mắc đẩy kéoUT..................................................................214 TU5.4. TầNG KĐCS CAO TầN DảI RộNGUT ...................................................218 TU5.4.1. Sơ đồ khối tổng quát của tầng KĐCS cao tần dải rộngUT.....................218 TU5.4.2. Một số đặc điểm của tầng KĐCS cao tần dải rộngUT ...........................219 TU5.5. TầNG KĐCS TảI CộNG HƯởNG.UT ......................................................221 TU5.5.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc.UT ............................................................221 TU5.5.2. Quan hệ năng l−ợng trong tầng KĐCSUT .............................................222 TUCh−ơng 6 Các bộ tạo dao độngUT ..........................................................226 TU6.1 các vấn đề chung về tạo dao độngUT ....................................226 TU6.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại.UT........................................................226 TU6.1.2 Điều kiện tạo dao động và đặc điểm của mạch tạo dao động.UT...........227 TU6.1.3 ổn định biên độ và tần số dao động.UT ..................................................231 TU6.2 Bộ tạo dao động RC.UT......................................................................232 TU6.2.1 Đặc điểm chung của các bộ tạo dao động RCUT ...................................232 TU6.2.2 Bộ tạo dao động dùng mạch di pha trong khâu hồi tiếp. UT ...................232 TU6.2.3 Bộ tạo dao động dùng mạch lọc T và T- kép trong khâu hồi tiếp.UT.....234 TU6.2.4 Bộ tạo dao động dùng mạch cầu Viên trong khâu hồi tiếp. UT...............236 TU6.3 Bộ tạo dao động LCUT .......................................................................238 TU6.3.1 Các loại mạch tạo dao động LCUT.........................................................238 TU6.3.2 Vấn đề ổn định biên độ trong các bộ tạo dao động LC.UT ....................241 TU6.3.3 Vấn đề ổn định tần số trong các bộ dao động LC:UT ............................242 TU6.4. Bộ tạo dao động thạch anhUT...................................................246 TU6.4.1 Tính chất vật lý của và sơ đồ t−ơng đ−ơng của thạch anh.UT ...............246 TU6.4.2 Những tác động ảnh h−ởng tới độ ổn định tần số của bộ dao động thạch anh và biện pháp khắc phục.UT .............................................................250 TU6.4.3 Mạch điện bộ tạo dao động thạch anhUT ...............................................251 TU6.5 Tạo dao động bằng ph−ơng pháp tổ hợp tần số.UT ...........255 TU6.5.1 Đặt vấn đề.UT .........................................................................................255 TU6.5.2 Tổ hợp tần số bằng ph−ơng pháp kết hợp. UT .........................................255 TU6.5.3 Tổ hợp tần số theo ph−ơng pháp tự động điều chỉnh tần số.UT .............260 TU6.5.4 Tự động điều chỉnh theo tần số (TĐT).UT .............................................261 TU6.5.5. Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF)UT.......................................266 TU6.5.6 Tạo mạng tần số ổn định bằng vòng khoá pha PLL. UT .........................277 TUCh−ơng 7 Điều chế dao động cao tầnUT ............................................278 7 TU7.1. Khái niệm chung: UT............................................................................278 TU7.2. Điều chế biên độUT .............................................................................278 TU7.2.1. Khái niệm về điều chế biên độUT .........................................................278 TU7.2.2. Điều chế l−ới một và điều chế bazơ (cực gốc ) UT...............................283 TU7.2.3. Điều chế Anôt và điều chế colectơ (cực góp)UT ..................................285 TU7.2.4. Điều chế biên độ sử dụng mạch nhân t−ơng tựUT.................................288 TU7.2.5. Điều biên cân bằng.UT ..........................................................................289 TU7.3. Điều chế tần số UT .............................................................................291 TU7.3.1. Khái niệm cơ bản.UT.............................................................................291 TU7.3.2. Biện pháp kỹ thuật thực hiện điều chế tần số.UT ..................................293 TU7.4. Điều chế đơn biênUT...........................................................................298 TU7.4.1. Bản chất của điều chế đơn biênUT ........................................................299 TU7.4.2. Những đặc điểm chủ yếu của thông tin đơn biênUT .............................301 TU7.4.3. Các ph−ơng pháp truyền tin tức khi điều chế đơn biên. UT ...................302 TU7.4.4. Các ph−ơng pháp tạo tín hiệu đơn biên.UT ..........................................303 TUCh−ơng 8 tách sóng tín hiệu vô tuyến UT .........................................310 TU8.1. Khái niệm chung UT.............................................................................310 TU8.2. Tách sóng biên độ (TSBĐ)UT ...........................................................310 TU8.2.1. Các chỉ tiêu chất l−ợng của TSBĐ:UT ...................................................311 TU8.2.2. Phân tích chế độ của bộ tách sóng dùng điôt.UT ..................................312 TU8.2.3. Tách sóng đồng bộUT............................................................................321 TU8.2.4. Hiện t−ợng phách và hiện t−ợng chèn ép tín hiệu trong bộ tách sóng điều biên.UT ....................................................................................................322 TU8.3. Tách sóng tín hiệu xung.UT ..........................................................324 TU8.3.1. Tách sóng xung vô tuyến. UT .................................................................324 TU8.3.2. Tách sóng xung thị tần (Tách sóng đỉnh).UT ........................................326 TU8.4. tách sóng phaUT .................................................................................327 TU8.4.1. Công dụng, nguyên lý tách sóng pha. UT...............................................327 TU8.4.2. Các dạng sơ đồ tách sóng pha. UT..........................................................328 TU8.5. Bộ tách sóng tần số UT ....................................................................330 TU8.5.1. Công dụng, nguyên lý tách sóng tần số UT ............................................330 TU8.5.2. Các dạng sơ đồ bộ tách sóng tần số.UT .................................................330 TUCh−ơng 9 Trộn tầnUT......................................................................................338 TU9.1. Lý thuyết chung về trộn tầnUT ................................................338 TU9.1.1. Định nghĩa: UT .......................................................................................338 8 TU9.1.2. Nguyên lý trộn tầnUT ............................................................................338 TU9.1.3. Phân loạiUT ...........................................................................................339 TU9.1.4. ứng dụngUT...........................................................................................340 TU9.2. Hệ ph−ơng trình đặc tr−ng và các tham số cơ bản.UT .340 TU9.3. Mạch trộn tần.UT ...............................................................................344 TU9.3.1. Mạch trộn tần dùng điôt.UT ..................................................................344 TU9.3.2. Mạch trộn tần dùng phần tử khuếch đạiUT ...........................................347 TU9.4. Nhiễu trong mạch trộn tần.UT...................................................355 TU9.5. Trộn tần ở siêu cao tầnUT.............................................................357 TU9.5.1. Trộn tần trên đèn tháp 3 cực.UT ............................................................357 TU9.5.2. Bộ trộn tần dùng đèn tháp 2 cực.UT ......................................................358 TU9.5.3. Bộ trộn tần dùng điôt bán dẫn.UT..........................................................361 TU9.5.4. Chọn chế độ công tác cho bộ biến tần dùng điôt bán dẫn.UT ...............367 TU9.5.5. Sơ đồ cấu trúc của bộ trộn tần dùng điôt bán dẫn.UT............................369 TU9.5.6. Bộ trộn tần cân bằng dùng điôt bán dẫnUT ...........................................374 TUCh−ơng 10 Mạch cung cấp nguồn UT ......................................................379 TU10.1. Khái niệmUT ..........................................................................................379 TU10.2. Biến áp nguồn và chỉnh l−uUT ...................................................380 TU10.2.1. Mạch chỉnh l−u nửa sóng.UT...............................................................382 TU10.2.2. Mạch chỉnh l−u toàn sóng.UT..............................................................385 TU10.2.3. Tải của bộ chỉnh l−u.UT ......................................................................388 TU10.2.4. Mạch bội áp. UT ...................................................................................390 TU10.2.5. Khâu lọc trong các bộ chỉnh l−u.UT....................................................390 TU10.3. ổn áp UT ...................................................................................................393 TU10.3.1. Mạch ổn áp dùng điôt Zener. UT..........................................................393 TU10.3.2. Mạch ổn áp dùng điôt Zener với mạch lặp emito ở đầu ra.UT ............395 TU10.3.3. Mạch ổn áp có hồi tiếp. UT ..................................................................397 TU10.3.4. ổn áp xung.UT ....................................................................................404 TU10.4 Chỉnh l−u đảo.UT ...............................................................................