Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin Chương 3 CHƯƠNG 3 MẠCH DAO ĐỘNG 1.Điều kiện dao động VIN & AV VOUT & β Hình 3.1. Hồi tiếp trong mạch dao động & Hệ số khuếch đại: A V = A V ∠ϕ A & Hệ số khuếch đại mạch hồi tiếp β = β ∠ϕ β & A vf & AV && 1 − βA V Điều kiện dao động : && βA V = 1 AVf = ∞ = Vout ⇒ Vin = 0 (không cần tín hiệu vào) Vin Tóm lại: để mạch dao động ⎧ AV β = 1 ⎨ ⎩ϕ A + ϕ B = k 2π Nếu hồi tiếp bằng thuần trở R => ϕ B = 0 Nếu hồi tiếp bằng BJT, biến áp : ϕ B = 180 0 2.Bộ dao động LC dùng BJT C Z3 B Z1 E i(t) Z2 Hình 3.2 Dao động LC Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 1 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin Với Z1 = R1 + jX1 ≈ jX 1 Z2 = R2 + jX2 ≈ jX 2 Z3 = R3 + jX3 ≈ jX 3 • • Chương 3 Tại tần số dao động : X1 + X2 + X3 = 0 Nếu khuếch đại E chung : VOUT VIN Hình 3.3. Dạng tín hiệu vào, ra cho mạch EC & V & A V = CE = − A V & V BE & i( t ).Z1 X & V β = BE = − =− 1 & i( t ).Z 2 X2 VCE AV β = AV ⎛ − X1 ⎞ X1 = AV ⎜ ⎟ ⎜X +X ⎟ X2 3 ⎠ ⎝ 1 Vậy X1 , X2 cùng dấu X3 ngược dấu với X1 , X2 • Khuếch đại B chung : VIN VOUT Hình 3.4. Dạng tín hiệu vào, ra cho mạch BC & V & A V = BC = A V & V BE & i(k ).Z1 X X1 & V β = BE = − =− 1 = & i(k ).Z 3 X 3 X1 + X 2 VBC X1 , X2 cùng dấu X3 khác dấu • Kết luận : X1 , X2 cùng dấu X3 khác dấu 1 => Mạch dao động Hartley ωC Nếu Z1 = j ωL1 ; Z2= j ωL2 ; Z3 = - j Nếu Z1 = − j 1 1 ; Z2 = − j ; Z3 = jωL =>Mạch dao động Colpits ωC1 ωC 2 Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 2 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin 3. Mạch dao động 3 điểm điện cảm ( Hartley ) 3.1. Dao động Hartley loại EC VCC Chương 3 Rb2 Cb L1 Rb1 C Re Ce L2 Hình 3.5. sơ đồ mạch dao động 3 điểm Hartley • Chế độ DC : Chọn VCC ≤ 0,5VCEmax ICQ = 5 – 10 mA VE = ( 0,25 – 0,3 )VCC RE = RB = Chọn : XCB < VE I CQ 1 h fe RE 10 1 ( RB // hie ) 10 ⎛R ⎞⎤ // ⎜ B + hib ⎟⎥ ⎜h ⎟⎥ ⎝ fe ⎠⎦ ⎡ XCE < ⎢ RE ⎢ ⎣ XCC < • 1 RCE 10 Chế độ AC : AV = − h fe hie RCE RCE = Rtd1 // Rtd2 Rtd1 : điện trở phản ánh của Rtd Rtd2 : điện trở phản ánh của ( RBB // hie ) Ta có: Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 3 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin Rtd 1 ⎛ L1 =⎜ Rtd ⎜ L1 + L2 ⎝ 2 Chương 3 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 ⎞ ⎛ n1 ⎟ =⎜ ⎟ ⎜n +n 2 ⎠ ⎝ 1 2 2 ⎛n ⎞ Rtd 2 ⎛ L1 ⎞ =⎜ ⎟ =⎜ 1 ⎟ ⎜L ⎟ ⎜n ⎟ Rtd ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2⎠ β =− X2 L n =− 2 =− 2 X1 L1 n1 Kiểm tra lại nếu AV. β > 1 : Mạch dao động BÀI TẬP Bài 1: Thiết kế mạch dao động Hartley với VCC = 12 V ; f0 = 1 MHz ; C = 100 pF ; Q = 80 ; hfe =100 ; n2 / n1 = 1 / 50 Bài 2 : Thiết kế mạch dao động Hartley với : f = 2 MHz ; Q = 100 ; C = 10 pF BJT có fT = 350 MHz ; hfe = 50 ; Cb’c = 1 pF ; Cb’e = 100 pF ; PCmax = 2 W ; VCEmax = 40V ; Cc’e = 5 pF ; ICQ = 5 mA ; VE = 0,25VCC 3.2.Dao động Hartley loại BC Cc VOUT Ce Re Cb Rb1 Rb2 L1 C L2 VCC Hình 3.6. sơ đồ mạch dao động BC 3 điểm Hartley β= VBE L2 = VBC L1 + L2 R CB R td // R td1 = h ib h ib AV = Với Rtd1 là điện trở phản ánh của Re//hie BÀI TẬP. Lặp lại bài 2 với mạch BC : f0 = 1 MHz Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 4 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin 4. Dao động 3 điểm Colpits 4.1.Mạch EC Lch VCC Rb2 Cb Rb1 Ce C1 E Re C2 B C Chương 3 L Hình 3.7. sơ đồ mạch dao động 3 điểm Colpits • • Chế độ DC : tương tự Hartley Chế độ AC : β= VBE C =− 1 VCE C2 AV = − h fe hie RCE RCE = Rtd1 // Rtd2 Rtd1 : điện trở phản ánh của Rtd về CE Rtd2 : điện trở phản ánh của ( RBB // hie ) về CE R * td 1 Rtd ⎛ C1C 2 ⎜ C + C2 =⎜ 1 ⎜ C1 ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ = ⎛ C2 ⎜ ⎜C +C ⎟ 2 ⎝ 1 ⎟ ⎠ 2 2 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 ⎛C ⎞ Rtd 2 =⎜ 2 ⎟ * ( RBB // hie ) ⎜ C1 ⎟ ⎝ ⎠ Nếu AV β > 1 ⇒ Mạch dao động BÀI TẬP. Thiết kế mạch dao động Colpits với f0 = 5 Mhz ; Q = 100 ; L = 1 µH ; BJT có fT = 3,5 GHz ; VBE = 0,7 ; hfe = 100 Cb’c = 2 pF ; Cb’e = 80 pF ; VCEmax = 40 V ; ICmax = 1 A Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 5 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin 4.2. Mạch BC Cc C C1 E C2 B Chương 3 VOUT L Re Cb Rb1 Rb2 VCC Hình 3.8. Sơ đồ BC dao động 3 điểm Colpits VBE VBC h fb hib C1C 2 C ntC 2 C1 + C 2 C1 = 1 = = C2 C2 C1 + C 2 RCB = RCB hib β= AV = Với RCB = Rtd1 // Rtd Rtd 1 C2 = C1C 2 hie // RE C1 + C 2 5. Mạch dao động 3 điểm Clapp 5.1. Mach EC Lch VCC Rb2 Cb Rb1 Ce C1 E Re C2 B C L C0 Hình 3.9. sơ đồ mạch dao động 3 điểm Clapp Rtd = Qω 0 L = Q ω 0 Ctd Chọn C0 Ctd ≈ C 0 => ω 0 = 1 Chương 3 LC 0 Thường chọn C1 = 1000C0 β= VBE C = − 1 = −n VCE C2 AV = − h fe hie RCE RCE = Rtd1 // Rtd2 Với Rtd1 : điện trở phản ánh của Rtd Rtd2 : điện trở phản ánh của ( RBB // hie ) Rtd 1 ⎛ C td =⎜ Rtd ⎜ C1 ⎝ ⎞ ⎛C ⎟ ≈⎜ 0 ⎟ ⎜C ⎠ ⎝ 1 2 2 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 ⎛C ⎞ Rtd 2 1 =⎜ 2 ⎟ = 2 ⎜C ⎟ RBB // hie ⎝ 1 ⎠ n AV β ≥ 1 => Mạch dao động BÀI TẬP. Thiết kế mạch dao động Clapp biết : f0 = 1 MHz ; L = 10 µH ; Q = 100 BJT có : VCEmax = 20 V ; fT = 350 MHz ; hfe = 100 Cb’e = 200 pF ; Cb’c = 10 pF ; Cc’e = 50 pF Lặp lại nếu f0 = 5 MHz 6. Mạch dao động dịch pha RC VCC Rb2 C R C R C Rb1 B Rc C Re Hình 3.10. sơ đồ mạch dao động dịch pha RC • RE ≠ 0 => AV = − RC h ie + RE h fe h fe hie RC • RE = 0 => AV = − => A(v) = Trang 7 h fe hie RC Ths. Nguyễn Trọng Hải Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin => ϕ A = 180 0 ⎛ ⎜ VB VB VD VE ⎜ R = = β= 1 VC VD VE VC ⎜ ⎜R+ jω C ⎝ ⎞ ⎟ 1 ⎟ = 2 ⎟ 1 − 5a − ja (6 − a 2 ) ⎟ ⎠ 3 Chương 3 Với a = => β = 1 ωRC R = RBB // ( hie + hfe.RE ) 1 (1 − 5a ) + a 2 (6 − a 2 ) 2 2 2 a (6 − a 2 ) ϕ β = arctg 1 − 5a 2 Điều kiện dao động : AV β ≥ 1 ϕ A + ϕ β = k 2π Với k = 1 => ϕ β = 180 0 a2 = 6 => 1 = 6 ⇒ ω0 = ω 0 RC 1 6 RC β = 1 / 29 Có : AV β ≥ 1 ⇒ AV ≥ 29 BÀI TẬP. Thiết kế mạch dao động dịch pha R , C với f0 = 1 KHz ; R = 1 K BJT có thông số giống bài tập trước 7. Mạch dao động cầu Wien Rf RI VOUT R2 C2 R1 C1 Hình 3.11. Sơ đồ dao động cầu Wien AV = 1 + Rf RI => AV = 1 + Rf RI Trang 8 Ths. Nguyễn Trọng Hải Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin Chương 3 ϕA = 0 β= V+ = Vout 1 ⎛ R C 1 ⎞ ⎟ 1 + 1 + 2 + j ⎜ ωR1C 2 − ⎜ R2 C1 ωR2 C1 ⎟ ⎝ ⎠ 1 2 2 => β = ⎛ R C ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎟ ⎜1 + 1 + 2 ⎟ + ⎜ ωR1C 2 − ⎜ R ⎟ ⎜ ωR2 C1 ⎟ C1 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 1 ωR2 C1 ϕ β = −arctg R C 1+ 1 + 2 R2 C1 ωR1C 2 − Nếu C1 = C2 = C R1 = R2 = R => β = 1 1 9 + ( − a2 ) a ϕβ = − a − 1/ a 3 với a = 1 ωRC Điều kiện dao động : ϕ A + ϕ B = 0 ⇒ ϕ β = 0 a2 = 1 => ω = 1 RC β = 1/ 3 Ta có : AV β ≥ 1 ⇒ AV ≥ 3 BÀI TẬP. Thiết kế mạch dao động cầu Wien với f0 = 1 KHz ; R1 = R2 = R ; C1 = C2 = C 8. Dao động thạch anh 8.1. Sơ đồ tương đương của thạch anh Lq Cp Cq rq Hình 3.12. Sơ đồ tương đương của thạch anh Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 9 Tóm tắt bài giảng Điện Tử Thông Tin Với : Lq = LTA : lớn (mH) Cq = CTA = 0,01 – 0,1 pF rq ≈ 1Ω ; trong tính toán rq = 0 Cp = 10 -100 pF Chương 3 • Trở kháng tương đương của thạch anh ⎛ ⎞ ⎜ jωL q + 1 ⎟ 1 ⎜ jωC q ⎟ jωC p ω 2 Lq C q − 1 ⎝ ⎠ Zq = = j = jX q 1 1 ω (C p + C q ) − ω 3 Lq C p C q + jωLq + jωC q jωC p • Xét : ω 2 Lq C q − 1 = 0 => ω q = 1 Lq C q tần số cộng hưởng riêng của thạch anh * Xét ω[C p + C q − ω 2 Lq C q C p ] = 0 ωp = C p + Cq Lq C q C p = Lq C q 1 Cp C p + Cq = ωq 1 + Cq Cp Vì Cq ω p ≈ ω q (1 + jXq Cq 2C p ) Xq>0 Ltd ωq Xq ϕ β = arctg Để mạch dao động : AV β > 1 ; ϕ A + ϕ B = k .2π => ϕ β = 0 ⇒ a 2 = 1 ⇒ ω 0 = => β = 2 3 1 tần số dao động RC Từ AV β > 1 => AV > 3 / 2 BÀI TẬP. Thiết kế mạch dao động cầu T với f0 = 10 KHz Ths. Nguyễn Trọng Hải Trang 12