Mạch điện tử là nền tảng của công nghệ hiện đại, từ các thiết bị điện tử cá nhân đến hệ thống công nghiệp phức tạp. Việc hiểu và áp dụng các nguyên lý cơ bản của mạch điện tử là quan trọng trong việc phát triển và sửa chữa các thiết bị điện tử.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào các khái niệm cơ bản của mạch điện tử, bao gồm mạch khuếch đại, kiểu mắc của Transistor, mạch kiểu ghép tầng, phương pháp kiểm tra tầng khuếch đại, mạch chỉnh lưu điện xoay chiều, mạch lọc và chỉnh lưu bội áp, mạch ổn áp cố định và tuyến tính, cũng như mạch tạo dao động. Mỗi phần sẽ trình bày các khái niệm cơ bản, các ứng dụng thực tế và cách thức hoạt động của từng loại mạch điện tử.
Mạch khuếch đại là một mạch điện tử được sử dụng để tăng cường hoặc phóng đại tín hiệu đầu vào. Nó có thể làm tăng điện áp, dòng điện hoặc công suất của tín hiệu. Mạch khuếch đại bao gồm một hoặc nhiều thiết bị khuếch đại như transistor, op-amp, v.v. Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử như khuếch đại âm thanh, khuếch đại tín hiệu cảm biến, khuếch đại tín hiệu vô tuyến.
Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại:
Chế độ khuếch đại điện áp: Mạch khuếch đại gia tăng điện áp của tín hiệu đầu vào, nhưng không thay đổi dòng điện.
Chế độ khuếch đại dòng điện: Mạch khuếch đại gia tăng dòng điện của tín hiệu đầu vào, nhưng không thay đổi điện áp.
Chế độ khuếch đại công suất: Mạch khuếch đại gia tăng cả điện áp và dòng điện, do đó tăng công suất của tín hiệu đầu vào.
Chế độ khuếch đại dòng một chiều (DC): Mạch khuếch đại có thể khuếch đại tín hiệu không thay đổi với thời gian (tín hiệu DC).
Chế độ khuếch đại tín hiệu thay đổi (AC): Mạch khuếch đại có thể khuếch đại tín hiệu thay đổi theo thời gian (tín hiệu AC).
Đây là một cấu hình mạch trong đó điện cực collector của transistor được kết nối chung với các điện cực khác.
Tín hiệu đầu vào được đưa vào điện cực base, tín hiệu đầu ra lấy từ điện cực emitter.
Đặc điểm chính là có tỷ lệ khuếch đại điện áp nhỏ hơn 1 (A_v < 1), nhưng có tỷ lệ khuếch đại dòng lớn hơn 1 (A_i > 1).
Ứng dụng phổ biến là trong các mạch khuếch đại công suất, mạch phát sóng radio, v.v.
Đây là một cấu hình mạch trong đó điện cực base của transistor được kết nối chung với các điện cực khác.
Tín hiệu đầu vào được đưa vào điện cực emitter, tín hiệu đầu ra lấy từ điện cực collector.
Đặc điểm chính là có tỷ lệ khuếch đại điện áp lớn hơn 1 (A_v > 1), nhưng có tỷ lệ khuếch đại dòng nhỏ hơn 1 (A_i < 1).
Ứng dụng phổ biến là trong các mạch khuếch đại tần số cao, khuếch đại RF, v.v.
Đây là cách ghép tầng sử dụng một tụ điện để ghép nối giữa các tầng khuếch đại.
Tụ điện cho phép tín hiệu xoay chiều (AC) được truyền từ tầng này sang tầng khác, nhưng chặn thành phần một chiều (DC) giữa các tầng.
Ưu điểm: Đơn giản, ít linh kiện, ít nhiễu.
Nhược điểm: Băng thông bị hạn chế do giá trị tụ điện.
Sử dụng một biến áp để ghép nối các tầng khuếch đại.
Biến áp cho phép tách đường một chiều (DC) giữa các tầng, đồng thời điều chỉnh mức tín hiệu.
Ưu điểm: Băng thông rộng hơn, có thể điều chỉnh mức tín hiệu.
Nhược điểm: Phức tạp hơn, cồng kềnh hơn do có biến áp.
Các tầng khuếch đại được ghép nối trực tiếp với nhau, không sử dụng tụ điện hay biến áp.
Tín hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) được truyền trực tiếp từ tầng này sang tầng khác.
Ưu điểm: Băng thông rộng, ít linh kiện.
Nhược điểm: Yêu cầu điều kiện về điện áp đầu vào/đầu ra giữa các tầng.
Để kiểm tra một tầng khuếch đại, có thể sử dụng các phương pháp sau:
Đo các điện áp DC tại các điện cực của transistor (Vbe, Vce, Vcc).
So sánh với giá trị thiết kế để xác định xem transistor có được phân cực đúng không.
Nếu các giá trị điện áp không đúng, có thể do lỗi linh kiện hoặc sai thiết kế mạch.
Đo dòng DC chảy qua các điện cực của transistor (Ic, Ie).
So sánh với giá trị thiết kế để xác định xem transistor có được phân cực đúng không.
Nếu các giá trị dòng không đúng, có thể do lỗi linh kiện hoặc sai thiết kế mạch.
Cho tín hiệu đầu vào có biên độ và tần số xác định.
Đo tín hiệu đầu ra, so sánh với đầu vào để kiểm tra tần số đáp ứng của tầng khuếch đại.
Nếu tần số đáp ứng không đúng, có thể do lỗi linh kiện hoặc sai thiết kế mạch.
Về vấn đề phân cực sai ở chế độ khuếch đại A, một số nguyên nhân và cách khắc phục có thể như sau:
Sai giá trị điện trở phân cực: Kiểm tra và điều chỉnh lại giá trị các điện trở phân cực.
Sai điện áp nguồn cấp: Kiểm tra và điều chỉnh lại giá trị điện áp nguồn.
Sai loại transistor: Thay thế transistor bằng loại chính xác hơn.
Sai thiết kế mạch: Rà soát lại sơ đồ mạch và điều chỉnh các thông số.
Việc kiểm tra và khắc phục phân cực sai là cần thiết để đảm bảo tầng khuếch đại hoạt động ổn định và hiệu quả.
Chỉ sử dụng nửa chu kỳ của nguồn xoay chiều để tạo ra dòng một chiều.
Thường sử dụng 1 diode để chỉnh lưu.
Ưu điểm: Đơn giản, ít linh kiện.
Nhược điểm: Hiệu suất và độ lặp sóng thấp.
Sử dụng cả hai nửa chu kỳ của nguồn xoay chiều để tạo ra dòng một chiều.
Thường sử dụng 2 hoặc 4 diode để chỉnh lưu.
Ưu điểm: Hiệu suất và độ lặp sóng tốt hơn mạch bán chu kỳ.
Nhược điểm: Phức tạp hơn, cần nhiều linh kiện.
Vai trò: Làm giảm độ lặp sóng (ripple) của tín hiệu một chiều sau chỉnh lưu.
Hoạt động: Tụ điện sẽ tích lũy điện năng trong nửa chu kỳ dương và phóng điện năng ra trong nửa chu kỳ âm, làm giảm độ lặp sóng.
Còn được gọi là mạch chỉnh lưu cầu.
Sử dụng 4 diode để chỉnh lưu cả 2 nửa chu kỳ.
Ưu điểm: Hiệu suất và độ lặp sóng tốt hơn so với mạch chỉnh lưu bán chu kỳ.
Dùng để duy trì điện áp đầu ra ổn định khi có sự thay đổi tải.
Có 2 loại chính:
a) Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener:
Hoạt động dựa trên đặc tính của Diode Zener.
Ưu điểm: Đơn giản, ổn định.
b) Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp:
Sử dụng Transistor hoặc IC ổn áp để điều chỉnh.
Ưu điểm: Độ ổn định cao hơn.
Mạch dao động là mạch điện tử có khả năng tự tạo ra một tín hiệu điện xoay chiều theo một tần số nhất định.
Tạo ra tín hiệu điện xoay chiều có dạng sóng sine.
Các cấu trúc phổ biến: Mạch dao động Colpitts, mạch dao động Hartley, mạch dao động RC.
Ưu điểm: Tín hiệu có dạng sóng sine, tương đối ổn định về tần số.
