Giáo trình Mạch điện tử

Chương 1: Mạch Diode 
Chương 2: Mạch Phân Cực Và Khuếch Đại Tín Hiệu Nhỏ Dùng BJT 
Chương 3: Mạch Phân Cực Và Khuếch Đại Tín Hiệu Nhỏ Dùng FET 
Chương 4: Ảnh hưởng của nội trở nguồn tín hiệu (Rs) và tổng trở tải 
(RL) lên mạch khuếch đại 
Chương 5: Đáp ứng tần số của BJT và FET 
Chương 6: Các dạng liên kết của BJT và FET 
Chương 7: Op-Amp Khuếch đại và ứng dụng 
Chương 8: Mạch khuếch đại hồi tiếp (Feedback Amp) 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất (Power Amp) 
Chương 10: Mạch dao động (Oscillators) 
 mercury@Updatesofts.com 
 Ebooks Team 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 ***** 
1. Fleeman. 
 Electronic Devices, Discrete and intergrated. 
 Printice Hall- International 1988 
2. Boylestad and Nashelsky 
 Electronic devices and Circuitstheory. 
 Printice Hall- International 1988 
3. J.Millman 
 Micro Electronics, Digital and Analog, Circuits and Systems. 
 Mc.Graw Hill Book Company 1979. 
4. Couglin 
 Operational Amplifiers and Linear intergrated circuits. 
 Printice Hall- International 1988 
 5. Trương Văn Tám 
 Giáo trình linh kiện ñiện tử. 
 CHƯƠNG I: MẠCH DIODE 
Trong chương này, chúng ta khảo sát một số mạch ứng dụng căn bản của diode 
bán dẫn (giới hạn ở diode chỉnh lưu và diode zener - Các diode ñặc biệt khác sẽ ñược 
bàn ñến lúc cần thiết). Tùy theo nhu cầu ứng dụng, các mô hình lý tưởng, gần ñúng hay 
thực sẽ ñược ñưa vào trong công việc tính toán mạch. 
Nội dung: 
1.1 ðường thẳng lấy ñiện. 
1.2 Diode trong mạch ñiện một chiều. 
1.3 Diode trong mạch ñiện xoay chiều. 
1.4 Mạch cắt( Clippers). 
1.5 Mạch ghim áp( Clampers). 
1.6 Mạch dùng diode zener. 
1.7 Mạch chỉnh lưu bội áp. 
1.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE): 
Xem mạch hình 1.1a 
Nguồn ñiện một chiều E mắc trong mạch làm cho diode phân cực thuận. Gọi ID là 
dòng ñiện thuận chạy qua diode và VD là hiệu thế 2 ñầu diode, ta có: 
Trong ñó: I0 là dòng ñiện rỉ nghịch 
η=1 khi ID lớn (vài mA trở lên) 
η=1 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Ge 
η=2 Khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Si 
Ngoài ra, từ mạch ñiện ta còn có: 
E - VD - VR = 0 
Tức E = VD + RID (1.2) 
Phương trình này xác ñịnh ñiểm làm việc của diode tức ñiểm ñiều hành Q, ñược 
gọi là phương trình ñường thẳng lấy ñiện. Giao ñiểm của ñường thẳng này với ñặc 
tuyến của diode ID = f(VD) là ñiểm ñiều hành Q. 
1.2. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU 
- Ngược lại khi E < VK, mạch ñược xem như hở, nên: 
 ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E 
1.3. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH CHỈNH LƯU 
1.3.1 Trị trung bình và trị hiệu dụng. 
1.3.2 Mạch chỉnh lưu nữa sóng. 
1.3.3 Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có ñiểm giữa. 
1.3.4 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu Diode. 
1.3.5 Chỉnh lưu với tụ lọc. 
Mạch chỉnh lưu là ứng dụng thông dụng và quan trọng nhất của diode bán dẫn, có 
mục ñích ñổi từ ñiện xoay chiều (mà thường là dạng Sin hoặc vuông) thành ñiện một 
chiều. 
1.3.1. Khái niệm về trị trung bình và trị hiệu dụng 
1.3.1.1. Trị trung bình: Hay còn gọi là trị một chiều 
 Trị trung bình của một sóng tuần hoàn ñược ñịnh nghĩa bằng tổng ñại số 
trong một chu kỳ của diện tích nằm trên trục 0 (dương) và diện tích nằm dưới trục 
0 (âm) chia cho chu kỳ. 
 Một cách tổng quát, tổng ñại số diện tích trong một chu kỳ T của một sóng 
tuần hoàn v(t) ñược tính bằng công thức: 
Một vài ví dụ: 
Dạng sóng Trị trung bình 
1.3.1.2. Trị hiệu dụng: 
Người ta ñịnh nghĩa trị hiệu dụng của một sóng tuần hoàn( thí dụ dòng ñiện) là 
trị số tương ñương của dòng ñiện một chiều IDC mà khi chạy qua một ñiện trở R trong 
một chu kì sẽ có năng lượng tỏa nhiệt bằng nhau. 
Vài thí dụ: 
Dạng sóng Trị trung bình và hiệu dụng 
Hình 1.6 
1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ) 
Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần ñúng của diode trong việc 
phân tích mạch. 
Dạng mạch căn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như 
hình 1.7 
Diode chỉ dẫn ñiện khi bán kỳ dương của vi(t) ñưa vào mạch 
Ta có: 
 - Biên ñộ ñỉnh của vo(t) 
Vdcm = Vm - 0.7V (1.6) 
 - Ðiện thế trung bình ngõ ra: 
- Ðiện thế ñỉnh phân cực nghịch của diode là: 
VRM=Vm (1.8) 
Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bán kỳ âm bằng cách ñổi ñầu diode. 
1.3.3. Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có ñiểm giữa 
Mạch cơ bản như hình 1.8a; Dạng sóng ở 2 cuộn thứ cấp như hình 1.8b 
- Ở bán kỳ dương, diode D1 phân cực thuận và dẫn ñiện trong lúc diode D2 phân 
cực nghịch nên xem như hở mạch (hình 1.9) 
- Ở bán kỳ âm, diode D2 phân cực thuận và dẫn ñiện trong lúc diode D1 phân cực 
nghịch nên xem như hở mạch (Hình 1.10) 
Ðể ý là trong 2 trường hợp, IL ñều chạy qua RL theo chiều từ trên xuống và dòng 
ñiện ñều có mặt ở hai bán kỳ. Ðiện thế ñỉnh ở 2 ñầu RL là: 
Vdcm=Vm-0,7V (1.9) 
Và ñiện thế ñỉnh phân cực nghịch ở mỗi diode khi ngưng dẫn là: 
VRM=Vdcm+Vm=2Vm-0,7V (1.10) 
- Dạng sóng thường trực ở 2 ñầu RL ñược diễn tả ở hình 1.11 
 Người ta cũng có thể chỉnh lưu ñể tạo ra ñiện thế âm ở 2 ñầu RL bằng cách 
ñổi cực của 2 diode lại. 
1.3.4. Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode 
Mạch cơ bản 
- Ở bán kỳ dương của nguồn ñiện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn ñiện trong lúc 
D1 và D2 phân cực nghịch xem như hở mạch. Dùng kiểu mẫu ñiện thế ngưỡng, mạch 
ñiện ñược vẽ lại như hình 1.13 
 - Ở bán kỳ âm của nguồn ñiện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn ñiện trong lúc D2, 
D4 phân cực nghịch xem như hở mạch (Hình 1.14) 
Từ các mạch tương ñương trên ta thấy: 
 - Ðiện thế ñỉnh Vdcm ngang qua hai ñầu RL là: 
Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V (1.12) 
 - Ðiện thế ñỉnh phân cực nghịch VRM ở mỗi diode là: 
VRM=Vdcm+VD=Vm-VD 
VRM =Vm-0,7V (1.13) 
 Ðể ý là dòng ñiện trung bình chạy qua mỗi cặp diode khi dẫn ñiện chỉ bằng 
1/2 dòng ñiện trung bình qua tải. 
1.3.5. Chỉnh lưu với tụ lọc 
Ta xem lại mạch chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có ñiểm giữa. Như kết qủa phần 
trên: 
- Ðiện thế ñỉnh ở 2 ñầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V 
- Ðiện thế trung bình ở 2 ñầu RL là: VDC=0,637Vdcm 
Nếu ta thay RL bằng 1 tụ ñiện có ñiện dung C. Trong thời ñiểm từ t=0 ñến t=T/4, 
tụ C sẽ nạp nhanh ñến ñiện thế ñỉnh Vdcm. Nếu dòng rỉ của tụ ñiện không ñáng kể, tụ C 
sẽ không phóng ñiện và ñiện thế 2 ñầu tụ ñược giữ không ñổi là Vdcm. Ðây là trường 
hợp lý tưởng. Thực tế, ñiện thế trung bình thay ñổi từ 0,637Vdcm ñến Vdcm. Thực ra 
nguồn ñiện phải cung cấp cho tải, thí dụ RL mắc song song với tụ C. Ở bán ký dương tụ 
C nạp ñiện ñến trị Vdcm. Khi nguồn ñiện bắt ñầu giảm, tụ C phóng ñiện qua RL cho ñến 
khi gặp bán kỳ kế tiếp tụ C mới nạp ñiện lại ñến Vdcm và chu kỳ này cứ lặp ñi lặp lại. 
Hình 1.16 mô tả chi tiết dạng sóng ở 2 ñầu tụ C (tức RL). Hiệu thế sóng dư ñỉnh ñối 
ñỉnh ñược ký hiệu là Vr(p-p). 
Do ñiện thế ñỉnh tối ña là Vdcm nên ñiện thế trung bình tối thiểu là 
Vdcmin=Vdcm-Vr(p-p) 
* Hệ số sóng dư: (ripple factor) 
Ta xem lại dạng sóng ở 2 ñầu RL. Bằng nguyên lý chồng chất, ta có thể xem như 
ñiện thế 2 ñầu tải bằng tổng của thành phần một chiều VDC với thành phần sóng dư 
xoay chiều có tần số gấp ñôi tần số của nguồn ñiện chỉnh lưu. 
Vì thời gian nạp ñiện thường rất nhỏ so với thời gian phóng ñiện nên dạng của 
thành phần sóng dư có thể xem gần ñúng như dạng tam giác 
Hệ số sóng dư quyết ñịnh chất lượng của mạch chỉnh lưu. 
* Phương trình ñiện thế sóng dư 
 Nếu gọi ic là dòng phóng ñiện của tụ ñiện có ñiện dung C và VC là ñiện thế 2 ñầu 
tụ ñiện thì: 
 Nếu sự thay ñổi ñiện thế 2 ñầu tụ là tuyến tính thì dòng ñiện ic là dòng ñiện một 
chiều. 
 Nếu coi sóng dư có dạng tam giác thì dòng phóng của tụ là hằng số và ký hiệu là 
IDC. Ðó chính là dòng ñiện qua tải 
Với f là tần số của nguồn ñiện chỉnh lưu. 
Nếu gọi fr là tần số sóng dư, ta có 
Như vậy sóng dư tỉ lệ thuận với dòng ñiện trung bình qua tải và tỉ lệ nghịch với 
ñiện dung C. Sóng dư sẽ tăng gấp ñôi khi chỉnh lưu nửa sóng vì lúc ñó f=fr 
1.4. MẠCH CẮT (Clippers) 
 1.4.1 Mạch cắt nối tiếp. 
 1.4.2 Mạch cắt song song. 
Mạch này dùng ñể cắt một phần tín hiệu xoay chiều. Mạch chỉnh lưu nửa sóng là 
một thí dụ ñơn giản về mạch cắt. 
1.4.1. Mạch cắt nối tiếp 
Dạng căn bản như hình 1.20. Hình 1.21 cho thâý ñáp ứng của mạch cắt căn bản 
ñối với các dạng sóng thông dụng khi coi diode là lý tưởng. 
Bây giờ nếu ta mắc thêm một nguồn ñiện thế một chiều V nối tiếp với diode như 
hình 1.22b. Nếu tín hiệu vào vi(t) có dạng hình sin với ñiện thế ñỉnh là Vm thì ngõ ra sẽ 
có dạng như hình vẽ 1.22c với ñiện thế ñỉnh Vm-V tức V0=Vi-V (coi diode lý tưởng) 
1.4.2. Mạch cắt song song 
 * Mạch căn bản có dạng 
Hình 1.24 là ñáp ứng của mạch cắt song song căn bản với các dạng sóng thông 
dụng (diode lý tưởng) 
 * Mạch có phân cực 
 Ta cũng có thể mắc thêm một nguồn ñiện thế 1 chiều V nối tiếp với diode. Dạng 
sóng ngõ ra sẽ tùy thuộc vào cực tính của nguồn ñiện một chiều và diode. 
 Thí dụ: ta xác ñịnh v0 của mạch ñiện hình 1.25 khi vi có dạng tam giác và diode 
xem như lý tưởng 
- Khi diode dẫn ñiện: v0=V=4V 
- Khi vi=V=4V, Diode ñổi trạng thái từ ngưng dẫn sang dẫn ñiện hoặc ngược lại 
- Khi vi<V=4V, diode dẫn ñiện ⇒ vo=V=4V 
- Khi vi>V=4V, diode ngưng dẫn ⇒ Vo= vi 
Hình 1.26 là dạng và biên ñộ của ngõ ra v0 
1.5. MẠCH GHIM ÁP (Mạch kẹp - clampers) 
Ðây là mạch ñổi mức DC (một chiều) của tín hiệu. Mạch phải có một tụ ñiện, một 
diode và một ñiện trở. Nhưng mạch cũng có thể có một nguồn ñiện thế ñộc lập. Trị số 
của ñiện trở R và tụ ñiện C phải ñược lựa chọn sao cho thời hằng τ=RC ñủ lớn ñể hiệu 
thế 2 ñầu tụ giảm không ñáng kể khi tụ phóng ñiện (trong suốt thời gian diode không 
dẫn ñiện). Mạch ghim áp căn bản như hình 1.27 
Dùng kiểu mẫu diode lý tưởng ta thấy: 
- Khi t: 0 → T/2 diode dẫn ñiện,tụ C nạp nhanh ñến trị số V và v0=0V 
- Khi t: T/2 → T, diode ngưng, tụ phóng ñiện qua R. Do τ=RC lớn nên C xả ñiện 
không ñáng kể, (thường người ta chọn T≤10τ). 
Lúc này ta có: v0=-2V 
Ðiểm cần chú ý là trong mạch ghim áp biên ñộ ñỉnh ñối ñỉnh của vi và vo luôn 
bằng nhau. 
Sinh viên thử xác ñịnh v0 của mạch ñiện hình 1.29 
1.6. MẠCH DÙNG DIODE ZENER: 
 1.6.1 Diode zener với ñiện thế ngõ vào vi và tải RL cố ñịnh. 
 1.6.2 Nguồn vi cố ñịnh và RL thay ñổi. 
 1.6.3 Tải RL cố ñịnh, ñiện thế ngõ vào vi thay ñổi. 
Cũng tương tự như diode chỉnh lưu, với diode zener ta cũng dùng kiểu mẫu gần 
ñúng trong việc phân giải mạch: Khi dẫn ñiện diode zener tương ñương với một nguồn 
ñiện thế một chiều vz (ñiện thế zener) và khi ngưng nó tương ñương với một mạch hở. 
1.6.1. Diode zener với ñiện thế ngõ vào vi và tải RL cố ñịnh 
Mạch căn bản dùng diode zener có dạng như hình 1.30 
Khi vi và RL cố ñịnh, sự phân tích mạch có thể theo 2 bước: 
- Xác ñịnh trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏi mạch 
và tính hiệu thế V ở hai ñầu của mạch hở 
Công suất tiêu tán bởi diode zener ñược xác ñịnh bởi 
Pz=Vz.Iz (1.23) 
Công suất này phải nhỏ hơn công suất tối ña PZM=VZIZM của diode zener (IZM: 
dòng ñiện tối ña qua zener mà không làm hỏng) 
Diode zener thường ñược dùng trong các mạch ñiều hòa ñiện thế ñể tạo ñiện thế 
chuẩn. Mạch hình 1.30 là 1 mạch ñiều hòa ñiện thế ñơn giản ñể tạo ra ñiện thế không 
ñổi ở 2 ñầu RL. Khi dùng tạo ñiện thế chuẩn, ñiện thế zener như là một mức chuẩn ñể so 
sánh với một mức ñiện thế khác. Ngoài ra diode zener còn ñược sử dụng rộng rãi trong 
các mạch ñiều khiển, bảo vệ... 
1.6.2. Nguồn Vi cố ñịnh và RL thay ñổi 
Khi Vi cố ñịnh, trạng thái ngưng hoặc dẫn của diode zener tùy thuộc vào ñiện trở 
tải RL 
 Do R cố ñịnh, khi Diode zener dẫn ñiện, ñiện thế VR ngang qua ñiện trở R sẽ cố 
ñịnh: VR=Vi - Vz 
 Do ñó dòng IR cũng cố ñịnh: 
Dòng IZ sẽ nhỏ nhất khi IL lớn nhất. Dòng IZ ñược giới hạn bởi IZM do nhà sản 
xuất cho biết, do ñó dòng ñiện nhỏ nhất qua RL là ILmin phải thỏa mãn: 
Cuối cùng khi Vi cố ñịnh, RL phải ñược chọn trong khoảng RLmin và RLmax 
1.6.3. Tải RL cố ñịnh, ñiện thế ngõ vào Vi thay ñổi 
 Xem lại hình 1.30 
Nếu ta giữ RL cố ñịnh, vi phải ñủ lớn thì zener mới dẫn ñiện. Trị số tối thiểu của 
Vi ñể zener có thể dẫn ñiện ñược xác ñịnh bởi: 
1.7. MẠCH CHỈNH LƯU BỘI ÁP 
 1.7.1. Chỉnh lưu tăng ñôi ñiện thế. 
 1.7.2. Mạch chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn. 
1.7.1. Chỉnh lưu tăng ñôi ñiện thế 
Hình 1.31 mô tả một mạch chỉnh lưu tăng ñôi ñiện thế một bán kỳ 
- Ở bán kỳ dương của nguồn ñiện, D1 dẫn và D2 ngưng. Tụ C1 nạp ñiện ñến ñiện 
thế ñỉnh Vm 
 - Ở bán kỳ âm D1 ngưng và D2 dẫn ñiện. Tụ C2 nạp ñiện ñến ñiện thế 
VC2=Vm+VC1=2Vm 
- Bán kỳ dương kế tiếp, D2 ngưng, C2 phóng ñiện qua tải và ñến bán kỳ âm kế tiếp 
C2 lại nạp ñiện 2Vm. Vì thế mạch này gọi là mạch chỉnh lưu tăng ñôi ñiện thế một bán 
kỳ. Ðiện thế ñỉnh nghịch ở 2 ñầu diode là 2Vm. 
 - Ta cũng có thể dùng mạch ghim áp ñể giải thích hoạt ñộng của mạch chỉnh lưu 
tăng ñôi ñiện thế. 
- Ta cũng có thể mắc mạch chỉnh lưu tăng ñôi ñiện thế theo chiều dương 
- Ở bán kỳ dương của nguồn ñiện D1 dẫn, C1 nạp ñiện VC1=Vm trong lúc D2 
ngưng. 
- Ở bán kỳ âm D2 dẫn, C2 nạp ñiện VC2=Vm trong lúc D1 ngưng. 
- Ðiện thế ngõ ra V0=VC1+VC2=2Vm 
1.7.2. Mạch chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn 
Ðầu tiên C1 nạp ñiện ñến VC1=Vm khi D1 dẫn ñiện ở bán kỳ dương. Bán kỳ âm D2 
dẫn ñiện, C2 nạp ñiện ñến VC2=2Vm (tổng ñiện thế ñỉnh của cuộn thứ cấp và tụ C1). Bán 
kỳ dương kế tiếp D2 dẫn, C3 nạp ñiện ñến VC3=2Vm (D1 và D2 dẫn, D2 ngưng nên ñiện 
thế 2Vm của C2 nạp vào C3). Bán kỳ âm kế tiếp D2, D4 dẫn, ñiện thế 2Vm của C3 nạp 
vào C4 ... 
Ðiện thế 2 ñầu C2 là 2Vm 
2 ñầu C1+C= là 3Vm 
2 ñầu C2+C4 là 4Vm 
BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 1 
****** 
Dùng kiểu mẫu ñiện thế ngưỡng ñể giải các bài tập từ 1 ñến 8 
Bài 1: Xác ñịnh VD, VR và ID trong mạch ñiện hình 1.36 
Bài 2: Xác ñịnh VD2 và ID trong mạch ñiện hình 1.37 
Bài 3: Xác ñịnh V0, và ID trong mạch ñiện hình 1.38 
Bài 4: Xác ñịnh I, V1, V2 và V0 trong mạch hình 1.39 
Bài 5: Xác ñịnh V0, V1, ID1 và ID2 trong mạch hình 1.40 
Bài 6: Xác ñịnh V0 trong mạch hình 1.41 
Bài 7: Xác ñịnh I1, I2, ID2 trong mạch hình 1.42 
Bài 8: Xác ñịnh dòng ñiện I trong mạch hình 1.43 
Bài 9: Dùng kiểu mẫu diode lý tưởng, xác ñịnh V0 trong 2 mạch hình 1.44a và 1.44b 
Bài 10: Dùng kiểu mẫu ñiện thế ngưỡng, xác ñịnh v0 trong mạch hình 1.45 
Bài 11: Thiết kế mạch ghip áp có ñặc tính như hình 1.46 và hình 1.47 
Bài 12: Cho mạch ñiện hình 1.48 
 a. Xác ñịnh VL, IL, IZ và IR nếu RL=180 Ω 
b. Xác ñịnh giá trị của RL sao cho diode zener hoạt ñộng không qúa công 
suất 
c. Xác ñịnh giá trị tối thiểu của RL ñể zener có thể hoạt ñộng ñược. 
Bài 13: a. Thiết kế hệ thống mạch có dạng hình 1.49 biết rằng VL=12V khi IL thay 
ñổi từ 0 ñến 200mA. Xác ñịnh RS và VZ 
 b. Xác ñịnh PZM của zener. 
Bài 14: Trong mạch ñiện hình 1.50, xác ñịnh khoảng thay ñổi của vi sao cho VL=8V và 
diode zener hoạt ñộng không qúa công suất. 
Chương II: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN 
HIỆU NHỎ DÙNG BJT 
******* 
Ta biết BJT có thể hoạt ñộng trong 3 vùng: 
- Vùng tác ñộng: (Vùng khuếch ñại hay tuyến tính) 
với nối B-E phân cực thuận 
nối B-C phân cực nghịch 
- Vùng bảo hòa: Nối B-E phân cực thuận 
Nối B-C phân cực thuận 
- Vùng ngưng: Nối B-E phân cực nghịch 
Tùy theo nhiệm vụ mà hoạt ñộng của transistor phải ñược ñặt trong vùng nào. 
Như vậy, phân cực transistor là ñưa các ñiện thế một chiều vào các cực của transistor 
như thế nào ñể transistor hoạt ñộng trong vùng mong muốn. Dĩ nhiên người ta còn phải 
thực ... ng mạch cơ bản hình 10.8a, ta chú ý: 
 - Nếu ñộ lợi vòng hở Av < 3 mạch không dao ñộng 
 - Nếu ñộ lợi vòng hở Av >> 3 thì tín hiệu dao ñộng nhận ñược bị 
biến dạng (ñỉnh dương và ñỉnh âm của hình sin bị cắt). 
 - Cách tốt nhất là khi khởi ñộng, mạch tạo Av > 3 (ñể dễ dao ñộng) 
xong giảm dần xuống gần bằng 3 ñể có thể giảm thiểu tối ña việc biến dạng. 
Người ta có nhiều cách, hình 10.9 là một ví dụ dùng diode hoạt ñộng trong vùng 
phi tuyến ñể thay ñổi ñộ lợi ñiện thế của mạch. 
 - Khi biên ñộ của tín hiệu ra còn nhỏ, D1, D2 không dẫn ñiện và 
không ảnh hưởng ñến mạch. Ðộ lợi ñiện thế của mạch lúc này là: 
 - Ðộ lợi này ñủ ñể mạch dao ñộng. Khi ñiện thế ñỉnh của tín hiệu 
ngang qua R4 khoảng 0.5 volt thì các diode sẽ bắt ñầu dẫn ñiện. D1 dẫn khi ngõ ra 
dương và D2 dẫn khi ngõ ra âm. Khi dẫn mạnh nhất, ñiện thế ngang diode xấp xỉ 
0.7 volt. Ðể ý là hai diode chỉ dẫn ñiện ở phần ñỉnh của tín hiệu ra và nó hoạt ñộng 
như một ñiện trở thay ñổi nối tiếp với R5 và song song với R4 làm giảm ñộ lợi của 
mạch, sao cho ñộ lợi lúc này xuống gần bằng 3 và có tác dụng làm giảm thiểu sự 
biến dạng. Việc phân giải hoạt ñộng của diode trong vùng phi tuyến tương ñối 
phức tạp, thực tế người ta mắc thêm một ñiện trở R5 (như hình vẽ) ñể ñiều chỉnh 
ñộ lợi của mạch sao cho ñộ biến dạng ñạt ñược ở mức thấp nhất. 
 - Ngoài ra cũng nên ñể ý là ñộ biến dạng sẽ càng nhỏ khi biên ñộ tín 
hiệu ở ngõ ra càng thấp. Thực tế, ñể lấy tín hiệu ra của mạch dao ñộng người ta có 
thể mắc thêm một mạch không ñảo song song với R1C1 như hình vẽ thay vì mắc 
nối tiếp ở ngõ ra của mạch dao ñộng. Do tổng trở vào lớn, mạch này gần như 
không ảnh hưởng ñến hệ thống hồi tiếp nhưng tín hiệu lấy ra có ñộ biến dạng ñược 
giảm thiểu ñáng kể do tác ñộng lọc của R1C1. 
 - Một phương pháp khác ñể giảm biến dạng và tăng ñộ ổn ñịnh biên ñộ tín 
hiệu dao ñộng, người ta sử dụng JFET trong mạch hồi tiếp âm như một ñiện trở thay ñổi. 
Lúc này JFET ñược phân cực trong vùng ñiện trở (ohmic region-vùng ID chưa bảo hòa) 
và tác ñộng như một ñiện trở thay ñổi theo ñiện thế (VVR-voltage variable resistor). 
 - Ta xem mạch hình 10.10 
 - D1, D2 ñược dùng như mạch chỉnh lưu một bán kỳ (âm); C3 là tụ 
lọc. Mạch này tạo ñiện thế âm phân cực cho JFET. 
 - Khi cấp ñiện, mạch bắt ñầu dao ñộng, biên ñộ tín hiêu ra khi chưa 
ñủ làm cho D1 và D2 dẫn ñiện thì VGS = 0 tức JFET dẫn mạnh nhất và rds nhỏ nhất 
và ñộ lợi ñiện thế của op-amp ñạt giá trị tối ña. 
 - Sự dao ñộng tiếp tục, khi ñiện thế ñỉnh ngõ ra âm ñạt trị số xấp xỉ -
(Vz + 0.7v) thì D1 và D2 sẽ dẫn ñiện và VGS bắt ñầu âm. 
 - Sự gia tăng của tín hiệu ñiện thế ñỉnh ngõ ra sẽ làm cho VGS càng 
âm tức rds tăng. Khi rds tăng, ñộ lợi Av của mạch giảm ñể cuối cùng ñạt ñược ñộ lợi 
vòng bằng ñơn vị khi mạch hoạt ñộng ổn ñịnh. 
 - Thực tế, ñể mạch hoạt ñộng ở ñiều kiện tốt nhất, người ta dùng 
biến trở R4 ñể có thể chỉnh ñạt ñộ biến dạng thấp nhất. 
 Vấn ñề ñiều chỉnh tần số: 
 - Trong mạch dao ñộng cầu Wien, tần số và hệ số hồi tiếp ñược xác 
ñịnh bằng công thức: 
 - Như vậy ñể thay ñổi tần số dao ñộng, ta có thể thay ñổi một trong 
các thành phần trên. Tuy nhiên, ñể ý là khi có hệ số hồi tiếp β cùng thay ñổi theo 
và ñộ lợi vòng cũng thay ñổi, ñiều này có thể làm cho mạch mất dao ñộng hoặc tín 
hiệu dao ñộng bị biến dạng. 
 - Ðể khắc phục ñiều này, người ta thường thay ñổi R1, R2 hoặc C1, 
C2 cùng lúc (dùng biến trở ñôi hoặc tụ xoay ñôi) ñể không làm thay ñổi hệ sốβ. 
Hình 10.11 mô tả việc ñiều chỉnh này. 
 - Tuy nhiên, hai biến trở rất khó ñồng nhất và thay ñổi giống hệt 
nhau nên β khó giữ vững. Một cách khác ñể ñiều chỉnh tần số dao ñộng là dùng kỹ 
thuật hồi tiếp âm và chỉ thay ñổi một thành phần mạch và không làm thay ñổi ñộ 
lợi vòng dù β và Av ñều thay ñổi. Mạch ñiện như hình 10.12 
 - Tần số dao ñộng của mạch vẫn ñược xác ñịnh bởi: 
 Vậy khi R1 tăng thì f0 giảm, β tăng. Ngược lại khi R1 giảm thì f0 tăng 
và β giảm. Mạch A2 ñưa vào trong hệ thống hồi tiếp dùng ñể giữ vững ñộ lợi vòng 
luôn bằng ñơn vị khi ta ñiều chỉnh tần số (tức thay ñổi R1). Thật vậy, ta thử tính ñộ 
lợi vòng hở Av của mạch 
 Toàn bộ mạch dao ñộng cầu Wien có ñiều chỉnh tần số và biên ñộ dùng 
tham khảo ñược vẽ ở hình 10.14 
10.2 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ CAO: 
10.2.1 Mạch cộng hưởng. 
10.2.2 Tổng quát về dao ñộng LC. 
10.2.3 Dao ñộng Colpitts. 
10.2.4 Dao ñộng Clapp. 
10.2.5 Dao ñộng Hartley. 
 Dao ñộng dịch pha không dùng ñược ở tần số cao do lúc ñó tụ ñiện phải có 
ñiện dung rất nhỏ. Ðể tạo sóng tần số cao người ta thường ñưa vào hệ thống hồi 
tiếp các mạch cộng hưởng LC (song song hoặc nối tiếp). 
 10.2.1 Mạch cộng hưởng (resonant circuit): 
 a. Cộng hưởng nối tiếp (series resonant circuit): 
 - Gồm có một tụ ñiện và một cuộn cảm mắc nối tiếp. 
 - Cảm kháng của cuộn dây là jXL = 2πfL 
 - Thực tế, cuộn cảm L luôn có nội trở R nên tổng trở thực của mạch 
là: Z = R + jXL - jXC. 
 - Tại tần số cộng hưởng f0 thì XL = XC nên Z0 = R 
 - Vậy tại tần số cộng hưởng tổng trở của mạch có trị số cực tiểu. 
 - Khi tần số f < f0 tổng trở có tính dung kháng. 
 - Khi tần số f > f0 tổng trở có tính cảm kháng. 
 b. Cộng hưởng song song (parallel resonant ci rcuit) 
 Tổng trở của mạch: 
10.2.2 Tổng quát về dao ñộng LC: 
 -Dạng tổng quát như hình 10.17a và mạch hồi tiếp như hình 10.17b 
 - Giả sử Ri rất lớn ñối với Z2 (thường ñược thỏa vì Z2 rất nhỏ) 
 Ðể tính hệ số hồi tiếp ta dùng hình 10.17b 
 Ðể xác ñịnh Av (ñộ lợi của mạch khuếch ñại căn bản ta dùng mạch 
10.17c 
10.2.3 Mạch dao ñộng Colpitts: 
 Ta xem mạch dùng JFET 
 So sánh với mạch tổng quát: 
 Z1= C1; Z2 = C2; Z3 = L1; C3: tụ liên lạc ngỏ vào làm cách ly ñiện thế 
phân cực. 
 L2: cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không 
ñáng kể nhưng có cảm kháng rất lớn ở tần số dao ñộng, dùng cách ly tín hiệu dao 
ñộng với nguồn cấp ñiện. 
 Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0 
 Kết quả trên cho thấy mạch khuếch ñại phải là mạch ñảo và ñộ lợi 
vòng hở phải có trị tuyệt ñối lớn hơn C2 /C1. 
 Av(oc) là ñộ lợi không tải: Av(oc) = -gm(rd //XL2) 
 Do XL2 rất lớn tại tần số cộng hưởng, nên: Av(oc) ≈ -gmrd 
 Một mạch dùng BJT 
 10.2.4 Dao ñộng Clapp (clapp oscillator): 
 Dao ñộng clapp thật ra là một dạng thay ñổi của mạch dao ñộng 
colpitts. Cuộn cảm trong mạch dao ñộng colpitts ñổi thành mạch LC nối tiếp. Tại 
tần số cộng hưởng, tổng trở của mạch này có tính cảm kháng. 
 Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0 
 Ðể ý là do mạch L1C3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao ñộng nên 
C3 phải có trị số nhỏ, thường là nhỏ nhất trong C1, C2, C3 và f0 gần như chỉ tùy 
thuộc vào L1C3 mắc nối tiếp. 
 Người ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 10.21 
 Tần số dao ñộng cũng ñược tính bằng công thức trên nhưng chú ý do 
dùng mạch cực thu chung (Av, 1) nên hệ số β phải có trị tuyệt ñối lớn hơn 1. 
 10.2.5 Dao ñộng Hartley (hartley oscillators) 
 Cũng giống như dao ñộng colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ 
hoán ñổi nhau. 
 Z1 = L1; Z2 = L2; Z3 = C1 
 Hai cuộn cảm L1 và L2 mắc nối tiếp nên ñiện cảm của toàn mạch là 
L = L1 + L2 + 2M với M là hổ cảm. 
 Từ ñiều kiện: Z1 + Z2 + Z3 = 0 tại tần số cộng hưởng với 
 Z1+Z2=Zl=jω0L 
 Ta cũng có thể dùng mạch cực thu chung như hình 10.23 
10.3 DAO ÐỘNG THẠCH ANH (crystal oscillators) 
10.3.1 Thạch anh. 
10.3.2 Dao ñộng thạch anh. 
 10.3.1 Thạch anh 
 Tinh thể thạch anh (quaRtz crytal) là loại ñá trong mờ trong thiên 
nhiên, chính là dioxyt silicium (SiO2). 
 Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao ñộng là một lát mỏng ñược cắt ra 
từ tinh thể. Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có ñặc tính khác nhau. Lát thạch anh có 
diện tích từ nhỏ hơn 1cm2 ñến vài cm2 ñược mài rất mỏng, phẳng (vài mm) và 2 mặt thật 
song song với nhau. Hai mặt này ñược mạ kim loại và nối chân ra ngoài ñể dễ sử dụng. 
 Ðặc tính của tinh thể thạch anh là tính áp ñiện (piezoelectric effect) 
theo ñó khi ta áp một lực vào 2 mặt của lát thạch anh (nén hoặc kéo dãn) thì sẽ 
xuất hiện một ñiện thế xoay chiều giữa 2 mặt. Ngược lại dưới tác dụng của một 
ñiện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không ñổi và như vậy tạo ra 
một ñiện thế xoay chiều có tần số không ñổi. Tần số rung ñộng của lát thạch anh 
tùy thuộc vào kích thước của nó ñặc biệt là ñộ dày mặt cắt. Khi nhiệt ñộ thay ñổi, 
tần số rung ñộng của thạch anh cũng thay ñổi theo nhưng vẫn có ñộ ổn ñịnh tốt 
hơn rất nhiều so với các mạch dao ñộng không dùng thạch anh (tần số dao ñộng 
gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà không lệ thuộc mạch ngoài). 
 Mạch tương ñương của thạch anh như hình 10.25 
 Tinh thể thạch anh cộng hưởng ở hai tần số khác nhau: 
 Ta có thể dùng thạch anh ñể thay thế mạch nối tiếp LC, mạch sẽ dao ñộng 
ở tần số fS. Còn nếu thay thế mạch song song LC, mạch sẽ dao ñộng ở tần số fp 
(hoặc fop). Do thạch anh có ñiện cảm LS lớn, ñiện dung nối tiếp rất nhỏ nên thạch 
anh sẽ quyết ñịnh tần số dao ñộng của mạch; linh kiện bên ngoài không làm thay 
ñổi nhiều tần số dao ñộng (dưới 1/1000). Thường người ta chế tạo các thạch anh 
có tần số dao ñộng từ 100khz trở lên, tần số càng thấp càng khó chế tạo. 
 10.3.2 Dao ñộng thạch anh: 
 Dao ñộng dùng thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là 
mạch dao ñộng Pierce (Pierce crystal oscillator). Dạng tổng quát như sau: 
 Ta thấy dạng mạch giống như mạch dao ñộng clapp nhưng thay cuộn 
dây và tụ ñiện nối tiếp bằng thạch anh. Dao ñộng Pierce là loại dao ñộng thông 
dụng nhất của thạch anh. 
 Hình 10.29 là loại mạch dao ñộng Pierce dùng rất ít linh kiện. Thạch 
anh nằm trên ñường hồi tiếp từ cực thoát về cực cổng. 
 Trong ñó C1 = CdS; C2 = CgS tụ liên cực của FET. 
 Do C1 và C2 rất nhỏ nên tần số dao ñộng của mạch: 
 và thạch anh ñược dùng như mạch cộng hưởng song song. 
 Thực tế người ta mắc thêm một tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) như 
hình 10.29 và có tác ñộng giảm biến dạng của tín hiệu dao ñộng. 
 Ta có thể dùng mạch hình 10.30 với C1 và C2 mắc bên ngoài. 
 Trường hợp này ta thấy thạch anh ñược dùng như một mạch cộng 
hưởng nối tiếp 
10.4 DAO ÐỘNG KHÔNG SIN 
10.4.1 Dao ñộng tích thoát dùng OP-AMP. 
10.4.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với 
mạch dao ñộng ña hài. 
10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích 
phân. 
10.4.4 Tạo sóng tam giác ñơn cực. 
10.4.5 Tạo sóng răng cưa. 
 10.4.1 Dao ñộng tích thoát dùng OP-AMP (op-amp relaxation 
oscillator) 
 Ðây là mạch tạo ra sóng vuông còn gọi là mạch dao ñộng ña hài phi 
ổn (astable mutivibrator). Hình 10.31 mô tả dạng mạch căn bản dùng op-amp 
 Ta thấy dạng mạch giống như mạch so sánh ñảo có hồi tiếp dương với 
ñiện thế so sánh vi ñược thay bằng tụ C. 
 Ðiện thế thềm trên VUTP=β.(+VSAT)>0 
 Ðiện thế thềm dưới VLTP=β.(-VSAT)<0 
 Giả sử khi mở ñiện v0 = +VSAT, tụ C nạp ñiện, ñiện thế hai ñầu tụ 
tăng dần, khi VC (ñiện thế ngõ vào -) lớn hơn vf = VUTP (ñiện thế ngõ vào +) ngõ ra 
ñổi trạng thái thành -VSAT và vf bây giờ là: vf = VLTP = β.(-VSAT). Tụ C bắt ñầu 
phóng ñiện qua R1, khi VC = 0 tụ C nạp ñiện thế âm ñến trị số VLTP thì mạch lại 
ñổi trạng thái (v0 thành +VSAT). Hiện tượng trên cứ tiếp tục tạo ra ở ngõ ra một 
dạng sóng vuông với ñỉnh dương là +VSAT và ñỉnh âm là -VSAT. Thời gian nạp 
ñiện và phóng ñiện của tụ C là chu kỳ của mạch dao ñộng. 
 Do tụ C nạp ñiện và phóng ñiện ñều qua ñiện trở R1 nên thời gian 
nạp ñiện bằng thời gian phóng ñiện. 
 Khi C nạp ñiện, ñiện thê 2 ñầu tụ là: 
 Thực tế |+VSAT| có thể khác |-VSAT| nên ñể ñược sóng vuông ñối xứng, có 
thể sử dụng mạch như hình 10.33 
 Trong các mạch hình trên ở ngõ ra ta ñược sóng vuông ñều (t1 = t2). 
Muốn t1 ≠ t2 ta có thể thế R2 bằng mạch 
 10.4.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với mạch dao ñộng ña 
hài: 
 Dạng tín hiệu ra của mạch dao ñộng tích thoát có thể thay ñổi nếu ta 
thay ñổi các thành phần của hệ thống hồi tiếp âm. 
 a. Tạo sóng tam giác: 
 Một cầu chỉnh lưu và JFET ñược ñưa vào hệ thống hồi tiếp âm như 
hình 10.35. Ðể ý là ñiện thế tại cực thoát D của JFET luôn dương hơn cực nguồn S 
(bất chấp trạng thái của ngỏ ra V0). JFET như vậy hoạt ñộng như một nguồn dòng 
ñiện và trị số của nguồn này tùy thuộc JFET và R1 khi VDS lớn hơn 3v. Thí dụ với 
JFET 2N4221, ta có: 
 - Giả sử v0 = +VSAT thì D1, D2 dẫn. Dòng ñiện qua D1, JFET, D2 nạp 
vào tụ C từ trị 
số
 - Khi vC = VUTP, v0 ñổi trạng thái thành -VSAT; D3, D4 dẫn, tụ C 
phóng ñiện cho ñến hết và nạp ñiện thế âm ñến VLTP trong thời gian tn. Sau ñó 
hiện tượng lại tiếp tục. 
 Nếu 4 diode ñồng nhất thì ta có thời gian nạp ñiện bằng thời gian 
phóng ñiện, tức tp = tn, và chu kỳ dao ñộng T = tp + t= = 2tp 
 Như vậy ở ngõ ra ta có sóng vuông và ở ngõ vào trừ ta có sóng tam 
giác. 
 b. Thay ñổi ñộ dốc của sóng tam giác 
 Ðể thay ñổi ñộ dốc của sóng tam giác ta phải thay ñổi tp và tn (nếu tp 
≠ tn ta có sóng tam giác không ñều). Muốn vậy ta tạo dòng nạp và dòng phóng 
khác nhau. 
 Gọi dòng phóng là In và dòng nạp là Ip, ta có: 
 Mạch minh họa như hình 10.37 
 c. Tạo sóng răng cưa: 
 Ðể tạo sóng răng cưa ta tìm cách giảm thật nhỏ thời gian phóng ñiện. 
Có thể dùng mạch như hình 10.38 
 - Thời gian C phóng ñiện qua Dn rất nhỏ (vài chục micro giây). 
 - Chu kỳ dao ñộng T = tp + tn ≠ tp 
 10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích phân: 
 Ta xem mạch tích phân sau ñây: 
 Giả sử ở thời ñiểm t = 0, SW ở vị trí 1 (Ei = 15v) dòng ñiện qua R là: 
 . 
 Dòng ñiện này sẽ nạp vào tụ C ñể tạo ra v0 (giảm dần) 
 Giả sử khi v0 = VLTP ta chuyển SW sang vị trí 2, tụ C sẽ phóng ñiện 
và nạp theo chiều ngược lại ñể tạo ra v0 (dương dần). 
 Khi v0 = VUTP ta chuyển SW sang vị trí 1. Mạch tiếp tục hoạt ñộng 
như trước. 
 Ðể tự ñộng bộ giao hoán và tạo dòng hằng cho tụ ñiện của mạch tích 
phân, người ta có thể dùng một mạch so sánh và mạch tích phân ghép với nhau; 
xong lấy ngõ ra của mạch tích phân làm ñiện thế ñiều khiển cho mạch so sánh. 
Toàn bộ mạch có dạng như hình 10.41 
 Ðể phân giải mạch ta chú ý là khi ngõ ra của mạch so sánh bảo hòa 
dương (+VSAT) thì v0 = VZ + 0.7v = V0 > 0. Còn khi bảo hòa âm v0= -(VZ+0.7v) = 
-V0 < 0. 
 Ðiện thế ñỉnh - ñỉnh của tam giác: 
 Chú ý là nếu VR = 0 thì Vmax = -Vmin 
 Xác ñịnh tần sô: 
+ Khi VS ≠ 0 
 Khi v0 = -V0 (ñường tiến) thì ta có: 
 10.4.4 Tạo sóng tam giác ñơn cực: 
 Ta xem lại mạch tạo sóng tam giác khi VR = 0 
 Và khi VS = 0 → tp = tn 
 Ðể tạo sóng tam giác ñơn cực (giả sử dương) ta mắc thêm một diode nối 
tiếp với R1 như hình 10.43a 
 Khi v0 = -V0: diode D dẫn 
 Khi v0 = +V0: diode D ngưng 
 Muốn tạo sóng tam giác ñơn cực âm ta chỉ cần ñổi chiều của diode 
D. Tần số dao ñộng không thay ñổi. 
 10.4.5 Tạo sóng răng cưa: 
 Như phần trước, ñể tạo sóng răng cưa, ta giảm nhỏ T2. Muốn vậy, ta 
tạo ñiều kiện cho tụ C của mạch tích phân phóng ñiện nhanh. Ta có thể dùng mạch 
như hình 10.44. Do Ei âm, khi mở ñiện tụ C nạp tạo v(t) dương (tích phân ñảo) 
tăng dần từ 0v. Lúc này do Vref > 0 và lớn hơn v(t) nên v0 ở trạng thái -VSAT ( 
diode D và transistor Q ngưng không ảnh hưởng ñến mạch tích phân. Tín hiệu 
răng cưa tăng dần, khi Vc = Vref mạch so sánh ñổi trạng thái và v0 thành +VSAT làm 
cho D và Q dẫn bảo hòa. Tụ C phóng nhanh qua Q kéo v(t) xuống 0v. Mạch so 
sánh lại ñổi trạng thái...