Vô tuyến điện đại cương - Chương 2: Các thành phần

VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS. Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2 Tài liệu tham khảo [1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999). [2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011). [3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009). [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3 CHƯƠNG 2. CÁC THÀNH PHẦN 1. Điện trở 2. Bộ nguồn 3. Bộ chia 4. Điện trở hồi tiếp 5. Tụ điện 6. Mạch RC 7. Đi ốt 8. Cuộn cảm 9. Mạch điện RL Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4 1. Điện trở  Resistor  Định luật Ohm • Đơn vị đo : ohm () = Volt/ampere (V/A) • Mạch nối tiếp (định luật Kirchhoff)  Độ dẫn điện  Đơn vị đo : siemens (S) • Mạch song song  Công suất tiêu thụ  Tín hiệu hình sine, công suất trung bình : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5 1. Điện trở  Bảng màu trị số của điện trở • Dung sai : màu nhũ vàng = 5%; màu nhũ bạc = 10% • Vạch 1 và 2 là 2 số đầu, vạch 3 là hệ số nhân • Ví dụ : đỏ - tím - nâu – nhũ vàng = 27 × 10 = 270 ()  10% Cam – trắng – vàng – nhũ bạc = ??? Màu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh dương Xanh lam Tím Xám Trắng Trị số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hệ số 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 6 2. Bộ nguồn  Source  Cung cấp công suất cho mạch điện : pin, ắc quy, điện lưới  Độ suy hao điện áp phụ thuộc vào điện trở nội Rs  Mạch tương đương Thevenin  Mạch nối tiếp gồm • nguồn điện áp lý tưởng V0 • điện trở nội Rs  Mạch hở : • không có thành phần ngoài  Mạch tương đương Norton  Mạch song song gồm • nguồn dòng điện lý tưởng Is • vật dẫn Gs  Thuộc loại đoản mạch (còn gọi là mạch chập)  Biểu thức liên hệ : AC DC Gs V + - Is I Rs V0 V + - I Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 7 2. Bộ nguồn  Xét mạch điện Thevenin nối với nguồn điện áp lý tưởng  Định luật Kirchhoff  Mạch điện này thường gặp trong các bộ sạc pin  V : là điện áp của pin  V0 : là điện áp cung cấp từ bộ sạc  Ví dụ : V =12 (volt) • Điện áp sạc khi pin đói : V0 =13.8 V • Điện áp sạc khi pin đầy (mạch hở) : V0 =12.8 V Rs V0 V I Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 8 3. Bộ chia  Dividers  Xét mạch điện có nguồn Thevenin  Điện áp ra  Theo định luật Kirchhoff cho điện áp vào  Suy ra phương trình  Mạch điện này được gọi là bộ chia áp  Xét mạch chia dòng  Dòng điện tải  Theo định luật Kirchhoff  Suy ra hệ thức Rs V0 Rl I Gs V + - Is I Gl Rs V0 Rl I + - V Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 9 4. Điện trở hồi tiếp  Look-Back Resistance  Mục đích: tìm mạch tương đương cho nguồn điện  Xác định các thành phần của mạch tương đương Thevenin • Điện áp mạch hở V0, dòng đoản mạch Is và điện trở nội Rs.  Độ dốc của đồ thị điện áp – dòng điện là không thay đổi  Điện trở hồi tiếp: là điện trở nội khi tắt nguồn. Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 4. Điện trở hồi tiếp  Xét mạch chia điện áp tương đương với mạch Thevenin  Điện trở hồi tiếp  Dòng đoản mạch  Suy ra điện trở hồi tiếp R1 R2 I + - V0 IsV R1 R1 V R2 I + - V0 R1 V R2 I + - V0 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 11 5. Tụ điện  Capacitors  Định luật Gauss của điện trường  Đơn vị đo : Farads (F)  Q : điện tích phụ thuộc vào thời gian  Mạch song song  Mạch nối tiếp V C + - I V C1 + - I1 C2 I2 C3 I3 C1 C2 C3 V1 V2 V3I + - + - + - Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 12 5. Tụ điện  Mạch chia áp điện dung  Điện áp đầu ra  Điện áp đầu vào  Chia vế theo vế hai phương trình, ta có  Điện dung C1 càng lớn thì điện áp ra càng lớn. Vi I + - V C1 C2 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 13 5. Tụ điện  Năng lượng tích trữ trong tụ điện  Xét tụ điện không có điện tích  Tại thời điểm t = 0, bắt đầu nạp điện cho tụ  Công suất tiêu thụ của tụ điện là  Năng lượng tích trữ  Từ biểu thức  Thay vào biểu thức năng lượng, ta thu được  Đổi biến lấy tích phân Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 14 6. Mạch RC  Xét mạch điện  Điện trở nối với tụ điện đã được nạp đầy  Dòng điện • Dấu trừ diễn tả dòng điện đi ra khỏi tụ  Viết lại biểu thức trên dưới dạng phương trình vi phân • Đại lượng RC có thứ nguyên thời gian, ta gọi là hằng số thời gian và ký hiệu • Nghiệm của phương trình vi phân có dạng • Vi là điện áp ban đầu • Thời điểm để điện áp giảm đi một nửa • Nếu đo được t2 thì ta dễ dàng tính được . C R I V - + Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 15 6. Mạch RC  Mạch RC  Mạch RC nối với nguồn điện V0  Áp dụng định luật Kirchhoft • VC và VR : điện áp 2 đầu tụ điện và điện trở  Dòng điện trong mạch  Điện áp V0 là không đổi, lấy đạo hàm 2 vế :  Thay vào phương trình cho dòng điện, suy ra  Nghiệm của phương trình vi phân R C I V0 VR VC + + - - Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 16 7. Đi ốt  Diode  Cho phép dòng điện dễ dàng chạy theo một chiều xác định  Dòng điện qua diode biến thiên không tuyến tính  Khi điện áp , diode cho dòng điện chạy qua  Khi điện áp lớn hơn điện áp ngưỡng : dòng điện tăng nhanh.  V < 0 : không có dòng điện chạy qua  V < điện áp đánh thủng : dòng điện lại tăng vọt lên. làm cho diode bị hỏng.  Diode giống như thiết bị tự chuyển mạch  Khi V và I dương : mạch được mở  Ngược lại : mạch bị đóng  Ký hiệu  Thường bắt đầu bằng chữ “1N”. • Ví dụ : 1N4148  Bắt đầu bằng chữ “2N” : Transistor hay còn gọi là bóng bán dẫn. I + - Anode Cathode Điện áp đánh thủng Điện áp ngưỡng Vùng dẫn Vùng cấm Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 17 7. Đi ốt  Diode  Mạch nắn  Chuyển nguồn điện xoay chiều thành một chiều.  Mạch đơn giản sử dụng 1 diode  Mạch nắn cầu sử dụng 4 diode AC Tải AC Tải Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 18 7. Đi ốt  Diode  Diode Schottki  Có điện áp thuận thấp (0.2 V)  Làm giảm công suất tiêu thụ khi có dòng lớn  Sử dụng để bảo vệ mạch điện khi bị ngược nguồn  Diode Zener  Sử dụng để điều hòa điện (ổn áp)  Làm việc ở vùng ngưỡng điện áp đánh thủng  Bảo vệ các linh kiện bán dẫn như transistor Máy thu phát Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 19 8. Cuộn cảm  Inductor  Ký hiệu : L  Đơn vị đo : H (henries)  Điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của dòng điện  Độ tự cảm (định luật Faraday)  Mạch nối tiếp  Mạch song song V I + -L V1 I + -L1 V2 I + -L2 V3 I + -L3 V I1 + -L1 I2 L2 I3 L3 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 20 8. Cuộn cảm  Năng lượng tích trữ  Công suất tiêu thụ  Khi dòng điện lớn, cuộn cảm bị nóng lên.  Năng lượng tích trữ  Từ công thức  Ta viết lại năng lượng  Đổi biến tích phân, ta có • Năng lượng tích trữ trong cuộn cảm tỷ lệ với bình phương dòng điện • Có thể giải phóng năng lượng lớn trong thời gian ngắn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 21 9. Mạch điện RL  Các mạch điện RL  Xét mạch kín RL  L : giải phóng năng lượng  R : tỏa nhiệt  Dòng điện giảm nhanh theo thời gian  Điện thế V  suy ra phương trình vi phân bậc nhất  Đặt là hằng số thời gian  Nghiệm của phương trình vi phân: V I +- L R Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 22 9. Mạch điện RL  Xét mạch có nguồn dòng điện không đổi  Dòng toàn phần:  Điện thế  Is : không đổi, ta có  suy ra • Dòng điện ban đầu qua cuộn cảm : • Dòng điện ban đầu qua điện trở : • Dòng điện qua cuộn cảm tăng theo hàm e mũ • Dòng điện qua điện trở giảm theo hàm e mũ • Cả 2 dòng điện đều biến thiên với cùng một hằng số thời gian (L/R) V IL +- L R Is IR