Giáo trình Mô đun Kỹ thuật điện tử - Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

hông chứa mạch hồi tiếp âm): 
Ta có: A0 = Ur / Uv 
Đây là 1 giá trị tương đối lớn đối với mọi IC tuyến tính. 
- Với IC µA 741, giá trị A0 = 200.000 lần. 
- Uv ở đây là giá trị điện áp vi sai đặt gữa 2 cổng vào P và N Uv = UP – 
UN. Tùy theo giá trị điện áp của UP và UN mà giá trị UV có giá trị dương hay âm. 
+ Nếu UP > UN , khi đó UV > 0, điện áp đưa ra Ur > 0 
Mạch 
vào 
Mạch khuếch 
đại điện áp 
Mạch khuếch 
đại công suất 
Uv Ur 
 64
+ Nếu UP < UN , khi đó UV < 0, điện áp đưa ra Ur < 0 
- Như vậy, IC chỉ khuếch đại thành phần điện áp vi sai giữa 2 cổng vào, 
các thành phần cùng dấu không được khuếch đại mà làm bị yếu đi với mức độ 
tương đương. Ta gọi đây là tính chất nén đồng pha của IC tuyến tính. 
1.3.2. Giá trị bão hòa: 
Ta có quan hệ điện áp ra/vào Ur = A0.Uv chỉ thể hiện trong một vùng Uv 
có biên độ rất nhỏ. Khi biên độ Uv tăng, Ur sẽ không tăng theo mà giữ ở 1 trong 
2 giá trị giới hạn dương ở mức cố định là Umax gọi là mức bão hòa dương hay ở 
giới hạn âm ở mức cố định là Umin gọi là mức bão hòa âm. Giá trị Umax, Umin phụ 
thuộc vào giá trị nguồn 1 chiều ± UCC cung cấp cho IC và thường thấp hơn giá 
trị nguồn khoảng vài vôn. 
1.3.3. Sai số: 
Với IC lý tưởng, các dòng điện vào 1 chiều ở các lối vào P và N bằng 0 
do trở kháng vào vô cùng lớn, trên thực tế luôn tồn tại dòng sai số. Giá trị dòng 
sai số I+B hay I
-
B thường từ 10
-7A -:- 10-9A tùy thuộc chất lượng của IC. 
1.3.4. Đặc tuyến tần số của IC: 
 Hệ số truyền đạt A0 phụ thuộc vào tần số công tác, mối quan hệ này được 
biểu thị bằng một đồ thị được gọi là đặc tuyến tần số của IC. Qua đồ thị đặc 
tuyến tần số, ta thấy khi tần số tăng, hệ số khuếch đại A0 giảm đi với tốc độ tiêu 
chuẩn 20dB/decac và đạt tới giá trị 1 ở tần số khuếch đại đơn vị fT = 1 MHz 
Hình 3.2: Đặc tuyến tần số của khuếch đại thuật toán. 
2. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN: 
2.1. Khái quát chung: 
 Danh từ “khuếch đại thuật toán” (OA - Operational Amplifier) thuộc về 
bộ khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai và 
một đầu ra chung. Tên gọi này có quan hệ tới việc ứng dụng đầu tiên của chúng 
chủ yếu để thực hiện các phép toán cộng, trừ, tích phân v.v 
Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán (tồn tại dưới dạng IC khuếch đại 
thuật toán) đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật 
khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực v.v 
 65 
Hình 3.3:Ký hiệu qui ước của khuếch đại thuật toán. 
Kí hiệu quy ước một bộ khuếch đại thuật toán (OA) cho trên hình: 
- Có hai đầu vào là UP (hay Uv+ ; Uvk) gọi là đầu vào không đảo và đầu 
vào thứ hai là UN (hay Uv- ; Uvđ) gọi là đầu vào đảo. 
- Nguồn nuôi cho bộ khuếch đại thuật toán là nguồn nuôi lưỡng cực với 
+UDD và -UCC. Cũng có thể dùng nguồn đơn cực cấp cho KĐTT, khi đó đầu -
UCC được nối với đất (GND). 
- Hiệu của tín hiệu tại hai lối vào này là UD = UP - UN được gọi là điện áp 
vi sai. 
- Mạch có thể hoạt động với một tín hiệu vào là UP hoặc UN. Khi có tín 
hiệu vào tại đầu vào không đảo thì điện áp tín hiệu ra sẽ cùng dấu (cùng pha) 
với tín hiệu vào. Nếu tín hiệu được đưa vào đầu đảo thì điện áp tín hiệu ra sẽ 
ngược dấu (ngược pha) so với tín hiệu vào. Đầu vào đảo thường được dùng để 
thực hiện hồi tiếp âm bên ngoài vào cho OA. 
- Để đơn giản, trên sơ đồ người ta thường ký hiệu KĐTT với 2 đầu vào và 
1 đầu ra cho tín hiệu. 
- Đặc điểm của KĐTT là có hệ số khuếch đại vi sai AD rất lớn (thường AD 
≈ 105 -:- 106) và điện trở vào vi sai rất lớn, thường từ 10MΩ -:- 100MΩ với loại 
dùng transistor BJT, với loại MOSFET thì nó vào khoảng 1012 Ω -:- 1013 Ω . 
- Điện trở ra có trị số nhỏ, vào khoảng 100Ω -:- 1kΩ. 
- Dòng chảy vào các lối vào đầu vào vi sai P và N rất nhỏ có thể coi = 0. 
Hình 3.4: Đặc tuến truyền đạt của IC khuếch đại thuật toán. 
- Đường đặc tính truyền đạt của KĐTT được biểu thị trên hình vẽ với hai 
vùng làm việc rõ ràng: 
+ Vùng tuyến tính: ứng với giá trị của UD rất nhỏ và khi đó: Ura = AD.UD 
+ Vùng bão hòa ứng với UD có trị số khoảng từ vài chục µA trở lên. Lúc 
đó, Ura ở vùng bão hòa và có giá trị không đổi: 
Ura = ± Ubh ; ±Ubh = UCC - (2-:-3)V 
 66
- Một số kiểu IC KĐTT cho ở hình vẽ dưới. 
Hình 3.5: Một số kiểu IC khuếch đại thuật toán. 
2.2. Khuếch đại không đảo: 
- Mạch điện: 
Hình 3.6: Khuếch đại đảo dùng IC KĐTT. 
- Bộ khuếch đại đảo cho trên hình có thực hiện hồi tiếp âm song song điện 
áp ra qua Rht. Đầu vào không đảo được nối với điểm chung của sơ đồ (nối đất). 
Tín hiệu vào qua R1 đặt vào đầu đảo của OA. Nếu coi OA là lý tưởng thì điện 
trở vào của nó vô cùng lớn Rv → ∞, và dòng vào OA vô cùng bé I0 = 0, khi đó 
tại nút N có phương trình nút dòng điện: Iv ≈ Iht. Từ đó ta có : 
- Khi K→∞, điện áp đầu vào U0 = Ur/K → 0 , do vậy: Uv / R1 = -Ur / Uht 
- Do đó hệ số khuếch đại điện áp Kđ của bộ khuếch đại đảo có hồi tiếp âm 
song song được xác định bằng tham số của các phần tử thụ động trong sơ đồ : 
Kđ = Ur/ = - Rht / R1 
Nếu chọn Rht = R1, thì Kđ = -1, sơ đồ có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp 
(đảotín hiệu). Nếu R1 = 0 thì từ phương trình Iv ≈ Iht ta có 
Iv = - Ura / Rht hay Ura = -Iv.Rht 
tức là điện áp ra tỉ lệ với dòng điện vào (bộ biến đổi dòng thành áp). 
 Vì U0 → 0 nên Rv = R1, khi K → ∞ thì Rr = 0. 
2.3. Khuếch đại đảo: 
 - Mạch điện: (Hình 3.7) 
 67 
Hình 3.7: Khuếch đại không đảo dùng IC KĐTT. 
 - Bộ khuếch đại không đảo gồm có mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu 
đảo, còn tín hiệu đặt tới đầu vào không đảo của OA. 
 - Vì điện áp giữa các đầu vào OA bằng 0 (U0 = 0) nên quan hệ giữa Uv và 
Ur xác định bởi: 
- Lưu ý khi đến vị trí giữa lối vào và lối ra tức là thay thế Ura bằng Uvào 
và ngược lại trong sơ đồ (hình 3.7a), ta có bộ suy giảm điện áp: 
 - Khi Rht = 0 và R1 = ∞ thì ta có sơ đồ bộ lặp lại điện áp (hình 3.7b) với Kk 
= 1. Điện trở vào của bộ khuếch đại không đảo bằng điện trở vào OA theo đầu 
vào đảo và khá lớn, điện trở ra Rr → 0. 
2.4. Một số ứng dụng cơ bản: 
2.4.1. Mạch cộng đảo: 
Hình 3.8: Mạch cộng đảo. 
- Sơ đồ hình vẽ có dạng là bộ khuếch đại đảo với các nhánh song song ở 
đầu vào bằng số lượng tín hiệu cần cộng. 
- Coi các điện trở là bằng nhau : Rht = R1 = R2 =  = Rn < Rv 
 68
- Biểu thức điện áp đầu ra: 
+ Ta có: Rht = R1 = R2 =  = Rn < Rv 
+ Khi IV = 0 thì Iht = I1 + I2 + ... + In 
+ Hay ta có: 
- Công thức trên phản ánh sự tham gia giống nhau của các số hạng trong 
tổng. 
Tổng quát: 
2.4.2. Mạch cộng không đảo: 
Hình 3.9: Mạch cộng không đảo. 
- Sơ đồ nguyên lý của mạch cộng không đảo vẽ trên hình. Khi U0 = 0, 
điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và bằng: 
- Khi dòng vào đầu không đảo bằng không (Rv = 0 ), ta có: 
- Chọn các tham số của sơ đồ thích hợp sẽ có thừa số đầu tiên của vế phải 
công thức bằng 1 
 69 
3. IC SỐ VÀ CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN: 
3.1. Tổng quan về IC số: 
3.1.1. Khái quát chung: 
- IC số là các vi mạch tổ hợp làm việc với tín hiệu số (Digital), tức là tín 
hiệu vào và ra trên IC số là các tín hiệu xung số của điện áp, dòng điện. 
- IC số được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện số, thiết bị số đảm 
nhận những chức năng từ đơn giản đến phức tạp trong quá trình xử lý tín hiệu 
số, trong quá trình điều khiển, quá trình đo lường, thu thập thông tin v.v... 
- Cũng như IC tương tự, IC số tồn tại với nhiều kiểu dáng, nhiều kích 
thước, nhiều chất liệu vỏ bên ngoài. 
Hình 3.10: Hình dạng và qui cách đóng vỏ của một số IC số. 
3.1.2. Những đặc trưng kỹ thuật cơ bản của IC số: 
a. IC số họ TTL: Họ TTL là họ có cấu trúc bên trong là các transitor lưỡng cực 
(BJT). 
* Nguồn nuôi: 
- Vcc = + 5V 
- GND: điện thế nối đất, nối với cực âm của nguồn điện (có điện áp 0V) 
* Mức điện áp: 
Là mức điện áp qui định cho tín hiệu số nhị phân tương ứng với 2 mức 
logic là ‘logic 0 ’ và ‘logic 1’. Để mạch số làm việc được bình thường người ta 
 70
cần phải định ra tiêu chuẩn về điện áp cho 2 mức logic trên và phân biệt trong cả 
2 trường hợp tín hiệu vào và tín hiệu ra 
- Điện áp vào ở trạng thái thấp (VIL ): VIL = Vmax = 0,8V 
- Điện áp vào ở trạng thái cao (VIH ): VIH =Vmin = 2.7V 
- Điện áp ra ở trạng thái thấp (VOL ): VOL =Vmax = 0.5V 
- Điện áp ra ở trạng thái cao (VOH ): VOH =Vmin = 3.4V 
* Thời gian trễ trung bình (tpd): 
Là khoảng thời gian chênh lệch giữa thời điểm xuất hiện tín hiệu ở đầu ra 
so với thời điểm tín hiệu đưa vào tại đầu vào (không phân biệt sự chuyển mức 
logic) 
* Công suất tiêu tán (Pd): 
Là công suất tổn hao trên các phần tử bên trong IC. 
* Tải vào, tải ra (Fan in, Fan out): 
Đánh giá khả năng lối vào, lối ra của IC có thể nối được tối đa là bao 
nhiêu các đường vào, đường ra trên cơ sở vẫn đảm bảo IC làm việc được bình 
thường. 
* Nhiệt độ môi trường làm việc: 
Là khoảng nhiệt độ cho phép của môi trường xung quanh IC mà vẫn đảm 
bảo IC làm việc được bình thường. 
* Mã số qui định ghi trên IC: 
Mã số trên IC thường được chia làm 5 nhóm mã: 
1- Biểu thị hãng(công ty) sản xuất: 
 Ví dụ: SN : C.ty Texas 
 MC: C.ty Môtorola 
 HD: C.ty Hitachi 
 CT: Các C.ty Trung quốc 
2- Biểu thị phạm vi nhiệt độ: 
 Ví dụ: 74: 0 -:- +700C 
 54: -55-:- 1250C 
3- Biểu thị hệ: 
 Ví dụ: Không ghi: Hệ tiêu chuẩn 
H: Hệ tốc độ cao 
S: Hệ Schottky 
AS: Hệ Schottky tiên tiến. 
 L: Hệ công suất tiêu hao thấp 
 LS: Hệ Schottky công suất tiêu hao thấp 
 ALS: Hệ Schottky công suất tiêu hao thấp tiên tiến 
1 2 3 4 5 
 71 
4- Biểu thi chức năng: 
 Ví dụ: 00 IC 4 cổng NAND 2 đầu vào 
 02 IC 4 cổng NOR 2 đầu vào 
5- Biểu thị qui cách đóng vỏ và vật liệu 
 Ví dụ: J: 2 hàng vuông góc vỏ gốm 
 N: 2 hàng vuông góc vỏ plastic (nhựa) 
 W: Kiểu dẹt vỏ gốm 
 T: Kiểu dẹt vỏ kim loại 
b/ IC số họ CMOS: 
Họ CMOS là họ có cấu trúc bên trong là các transitor trường MOSFET 
(PMOS và NMOS). 
* Các loại hình của IC số họ CMOS: 
- IC CMOS loại tiêu chuẩn: Gồm 2 hệ tiêu biểu 
+ Hệ 4000B (Tiêu biểu là hệ CD 4000 của công ty RCA – công ty vô 
tuyến điện Mỹ) 
+ Hệ 4500B (Tiêu biểu là hệ MC14500 của hãng Môtorola) 
- IC CMOS loại tốc độ cao: 
+ Hệ 40H 
- IC CMOS loại tốc độ cao mới: 
+ Hệ 74HC4000 (cấu trúc chân giống như CD 4000 của RCA) 
+ Hệ 74HC4500 (cấu trúc chân giống như MC14500 của Motorola) 
+ Hệ 74HCxxx (cấu trúc chân giống như họ TTL 74) 
+ Hệ 74ACxxx 
Họ 
Các 
Tham số 
4000B 
4500B 
40H 
74HC 
74AC 
Điện áp làm 
việc 
(3-:-18)V (3-:-15)V (2-:-8)V (2-:-6)V (2-:-5,5)V 
Nhiệt độ làm 
việc 
(-40-:-
+85)oC 
(-40-:-
+85)oC 
(-40-:-
+85)oC 
(-40-:-
+85)oC 
(-40-:-
+85)oC 
Mức 
điện áp 
logic với 
nguồn 
nuôi 
+5V 
VIL 1,5Vmax 1,5Vmax 1Vmax 1Vmax 1,35Vmax 
VIH 3,5Vmin 3,5Vmin 4Vmin 3,5Vmin 3,15Vmin 
VOL 0,05Vmax 0,05Vmax 0,05Vmax 0.1Vmax 0,1Vmax 
VOH 4,95Vmin 4,95Vmin 4,95Vmin 4,9Vmin 4,9Vmin 
Bảng 3.1: Bảng các thông số cơ bản của IC số họ CMOS 
 72
3.2. Các cổng logic cơ bản: 
3.2.1. Cổng NOT: 
a. Khái miệm: Là mạch thực hiện chức năng của phép phủ định logic 
Hình 3.11: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng NOT 
b. Ký hiệu: 
c. Hoạt động: 
Nếu đầu vào của mạch có tín hiệu (logic1) thì ở đầu ra không có tín 
hiệu (logic0) và ngược lại. 
d. Bảng chân lý: 
3.2.2. Cổng OR: 
a. Khái miệm: 
Là mạch thực hiện chức năng phép cộng logic Y = x1 + x2 
Hình 3.12: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng OR 
b. Ký hiệu: 
c. Hoạt động: 
 Nếu một trong hai đầu vào hoặc cả hai có tín hiệu (logic1) thì lối ra sẽ 
có tín hiệu. Còn nếu cả hai đầu vào không có tín hiệu thì lối ra sẽ không có 
tín hiệu (logic0). 
d. Bảng chân lý: 
3.2.3. Cổng AND: 
a. Khái miệm: 
 Là mạch thực hiện chức năng phép nhân logic Y = x1.x2 
 73 
Hình 3.13: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng AND 
b. Ký hiệu: 
c. Hoạt động: 
 Nếu hai đầu vào cùng có tín hiệu (logic1) thì lối ra sẽ có tín hiệu. Còn 
nếu một trong hai đầu vào hoặc cả hai không có tín hiệu (logic0) thì lối ra sẽ 
không có tín hiệu. 
d. Bảng chân lý: 
3.2.4. Cổng NOR: 
a. Khái miệm: Là mạch thực hiện chức năng của phép tính logic 
Hình 3.14: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng NOR 
b. Ký hiệu: 
c. Hoạt động: 
 Nếu hai đầu vào cùng không có tín hiệu (logic0) thì lối ra sẽ có tín 
hiệu. Còn nếu một trong hai đầu vào hoặc cả hai có tín hiệu (logic1) thì lối 
ra sẽ không có tín hiệu. 
d. Bảng chân lý: 
3.2.5 Cổng NAN:. 
a. Khái miệm: Là mạch thực hiện chức năng của phép tính logic 
Hình 3.15: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng NAND 
b. Ký hiệu: 
 74
c. Hoạt động: 
 Nếu một trong hai đầu vào hoặc cả hai không có tín hiệu (logic0) thì 
lối ra sẽ có tín hiệu. Còn nếu cả hai đầu vào có tín hiệu (logic1) thì lối ra sẽ 
không có tín hiệu. 
d. Bảng chân lý: 
3.2.6. Cổng EX – OR: 
a. Khái miệm: Là mạch thực hiện chức năng của phép tính logic 
Hình 3.16: Ký hiệu, bảng chân lý, cấu trúc IC cổng EX-OR 
b. Ký hiệu: 
c. Hoạt động: 
 Nếu hai đầu vào có cùng trạng thái tín hiệu thì đầu ra sẽ không có tín 
hiệu (logic0). Còn nếu như hai đầu vào khác trạng thái tín hiệu thì đầu ra sẽ 
có tín hiệu (logic1). 
d. Bảng chân lý: 
4. THỰC HÀNH, BÀI TẬP: 
4.1. Thực hành nhận biết một số IC tuyến tính thông dụng trong thực tế về hình 
dáng, qui cách đóng vỏ, số lượng và cách bố trí chân của chúng. 
4.2. Thực hành nhận biết một số IC khuếch đại thuật toán (OA) thông dụng 
trong thực tế về hình dáng, qui cách đóng vỏ, số lượng và và cách bố trí chân 
của các chủng loại. 
4.3. Thực hành nhận biết một số IC số chứa đựng mạch cổng logic thông dụng 
trong thực tế về hình dáng, qui cách đóng vỏ, mã số ghi trên thân IC. 
5. CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP: 
5.1. Ký hiệu, chức năng của các đầu vào ra, đặc điểm hoạt động của khuếch đại 
thuật toán về tín hiệu vào/ra, hệ số khuếch đại, đặc tuyến truyền đạt. 
5.2. Mạch cơ bản của khuếch đại thuật toán ở chế độ không đảo. Viết biểu thức 
tính hệ số khuếch đại và biện luận về giá trị của các điện trở mắc ngoài. 
5.3. Mạch cơ bản của khuếch đại thuật toán ở chế độ đảo. Viết biểu thức tính hệ 
số khuếch đại và biện luận về giá trị của các điện trở mắc ngoài. 
5.4. Vẽ ký hiệu, viết biểu thức logic của các cổng logic cơ bản tương ứng với 
từng ký hiệu. 
5.5. Xây dựng được các bảng chân lý của từng cổng logic cơ bản, trên cơ sở đó 
giải thích sự hoạt động của chúng. 
 75 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Dương Minh Trí – Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn – NXB Sở giáo dục thành 
phố Hồ Chí Minh – 1989. 
[2] Đại học Thanh hoa Bắc Kinh – Cơ sở kỹ thuật điện tử số (bản dịch của Vũ 
Đức Thọ) - NXB giáo dục – 1998. 
[3] Đỗ Xuân Thụ - Kỹ thuật điện tử - NXB Đại học và giáo dục chuyên nghiệp 
– 1990. 
[4] H.Schreiber – Kỹ thuật điện tử qua sơ đồ (bản dịch của Lê Văn Doanh) – 
NXB Khoa học và kỹ thuật – 1997. 
[5] Lương Ngọc Hải – Giáo trình kỹ thuạt xung số - NXB Giáo dục – 2005. 
[6] Nguyễn Viết Nguyên - Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng – NXB 
Giáo dục – 2002. 
[7] R.H.Warring – Linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (bản dịch của 
Đoàn Thanh Huệ) – NXB Thống kê – 1996. 
[8] Võ Thạch Sơn – Linh kiện bán dẫn và vi điện tử - NXB Khoa học và kỹ 
thuật – 2001.