Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 8: Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung (có trắc nghiệm)

I. Mạch khuếch đại

1. Chức năng

Mạch khuếch đại là mạch điện tử phối hợp các linh kiện (tranzito, IC, điện trở, tụ điện…) để làm cho tín hiệu mạnh lên mà vẫn giữ nguyên dạng. Tuỳ yêu cầu, ta khuếch đại về điện áp, về dòng điện hoặc về công suất.

Loại khuếch đại	Đầu vào	Đầu ra	Hệ số
Điện áp	Biên độ điện áp nhỏ	Biên độ điện áp lớn hơn nhiều lần	Ku = Ura/Uvào
Dòng điện	Dòng yếu	Dòng mạnh hơn	Ki = Ira/Ivào
Công suất	Công suất nhỏ	Công suất lớn hơn	Kp = Pra/Pvào

Ví dụ quen thuộc: tín hiệu từ micro chỉ cỡ milivôn, phải qua mạch khuếch đại mới đủ mạnh để kéo loa phát tiếng to.

2. IC khuếch đại thuật toán (OA)

Mạch khuếch đại có thể dùng tranzito rời rạc hoặc dùng IC; bài học chỉ xét mạch dùng IC khuếch đại thuật toán, viết tắt là OA. OA thực chất là bộ khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại rất lớn, gồm hai đầu vào và một đầu ra:

• Đầu vào không đảo (U_VK), kí hiệu dấu “+”: tín hiệu đưa vào đây thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.
• Đầu vào đảo (U_VĐ), kí hiệu dấu “–”: tín hiệu đưa vào đây thì tín hiệu ra ngược dấu với tín hiệu vào.
• Đầu ra (U_ra).

Mẹo nhớ: dấu “+” hay “–” ghi ở đầu vào cho biết tín hiệu ra giữ nguyên hay bị đảo dấu, chứ không phải điện áp ở đó dương hay âm.

3. Mạch khuếch đại điện áp dùng OA (khuếch đại đảo)

Sơ đồ trong bài có các đặc điểm sau:

• Có hồi tiếp âm: điện trở R_ht nối từ đầu ra về đầu vào đảo (–).
• Đầu vào không đảo (+) nối với điểm chung của mạch (nối đất).
• Tín hiệu vào đưa qua điện trở R₁ tới đầu vào đảo (–).

Kết quả: điện áp ra ngược dấu với điện áp vào và được khuếch đại. Hệ số khuếch đại (xét về độ lớn):

K_đ = |U_ra/U_vào| = R_ht/R₁, hay U_ra = –(R_ht/R₁)·U_vào.

Vì K chỉ phụ thuộc R_ht và R₁ nên muốn đổi hệ số khuếch đại ta chỉ cần chỉnh R_ht hoặc R₁ (tăng R_ht hoặc giảm R₁ thì K tăng).

Ví dụ tính (số tự đặt): R₁ = 10 kΩ, R_ht = 100 kΩ, U_vào = 0,2 V. Khi đó K = 100/10 = 10 và U_ra = –10 × 0,2 = –2 V. Nếu giảm R₁ còn 5 kΩ thì K = 20, U_ra = –4 V.

Lưu ý: điện áp ra không thể vượt quá giới hạn của nguồn cấp cho OA; nếu tín hiệu vào quá lớn, đầu ra bị “bão hoà” và méo dạng.

II. Mạch tạo xung

1. Chức năng

Mạch tạo xung là mạch điện tử phối hợp các linh kiện để biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành dao động điện có hình dạng và tần số theo yêu cầu (xung chữ nhật, xung tam giác, xung kim…). Mạch này dùng nhiều trong đồng hồ điện tử, đèn nháy, mạch điều khiển.

2. Mạch tạo xung đa hài tự dao động

Đây là mạch tạo ra các xung hình chữ nhật lặp lại theo chu kì, có hai trạng thái cân bằng không ổn định: mạch tự chuyển qua lại giữa hai trạng thái mà không cần tín hiệu kích từ ngoài.

a) Cấu tạo (tranzito ghép colecto – bazo)

Linh kiện	Vai trò
T1, T2	Hai tầng khuếch đại, làm việc như khoá đóng – mở
R1, R2	Điện trở tải ở colecto
R3, R4	Điện trở định thiên, tạo dòng IB để tranzito mở
C1, C2	Ghép colecto tầng này với bazo tầng kia; quá trình nạp – phóng của chúng quyết định thời gian mở, tắt

b) Nguyên lý làm việc

1. Cấp nguồn: hai tranzito không bao giờ giống hệt nhau nên một tranzito (giả sử T₁) dẫn mạnh hơn và nhanh chóng vào trạng thái dẫn bão hoà, kéo T₂ vào trạng thái tắt.
2. Khi T₁ dẫn, T₂ tắt: tụ C₁ phóng điện qua R₃ và T₁, điện áp ở bazo T₂ tăng dần lên. Đến ngưỡng mở (khoảng 0,6 V với tranzito silic), T₂ bắt đầu dẫn.
3. T₂ dẫn làm điện áp colecto T₂ giảm, qua tụ C₂ kéo bazo T₁ xuống thấp, T₁ chuyển sang tắt. Mạch lật sang trạng thái thứ hai (T₂ dẫn, T₁ tắt).
4. Sau đó C₂ phóng điện qua R₄ và T₂, đến lúc T₁ mở lại. Quá trình lặp đi lặp lại theo chu kì.

Nếu thay R₁, R₂ bằng hai LED thì hai LED nhấp nháy luân phiên: khi LED này sáng thì LED kia tắt.

c) Mạch đối xứng và chu kì xung

Khi T₁, T₂ giống nhau, muốn xung đối xứng (thời gian hai trạng thái bằng nhau) cần đồng thời R₁ = R₂, R₃ = R₄, C₁ = C₂. Chu kì xung xấp xỉ T_x ≈ 0,7(R₃C₁ + R₄C₂), nên với mạch đối xứng T_x ≈ 1,4·R₃C₁. Chu kì chủ yếu do R₃, R₄, C₁, C₂ quyết định.

Ví dụ tính (số tự đặt): R₃ = R₄ = 47 kΩ, C₁ = C₂ = 10 µF. Khi đó T_x ≈ 1,4 × 47 000 × 0,00001 ≈ 0,66 s, tần số f ≈ 1/0,66 ≈ 1,5 Hz: mỗi giây LED nháy khoảng 1,5 lần. Muốn nháy chậm hơn, tăng R hoặc C.

Sơ đồ ôn nhanh

Nội dung	Cần nhớ
Chức năng mạch khuếch đại	Khuếch đại điện áp, dòng điện, công suất
OA	2 đầu vào (+ không đảo, – đảo), 1 đầu ra
Khuếch đại đảo	Hồi tiếp âm Rht; K = Rht/R1; Ura ngược dấu Uvào
Mạch tạo xung	Biến dòng một chiều thành xung có dạng, tần số theo yêu cầu
Đa hài tự dao động	Xung chữ nhật, 2 trạng thái không ổn định, T1, T2 thay nhau dẫn

Lỗi sai thường gặp

• Nhầm đầu vào mà tín hiệu được đưa vào: ở mạch khuếch đại đảo, tín hiệu qua R₁ vào đầu đảo (–), còn đầu (+) nối đất.
• Quên dấu trừ: U_ra ngược dấu U_vào; hệ số K = R_ht/R₁ là độ lớn.
• Nhầm vai trò linh kiện: R₁, R₂ là điện trở tải ở colecto; R₃, R₄ mới là điện trở định thiên.
• Cho rằng chỉ cần R₃ = R₄ là xung đối xứng; thực tế cần cả ba cặp linh kiện bằng nhau.

Trắc nghiệm có đáp án và giải thích

1. Hệ số khuếch đại điện áp được tính bằng: tỉ số U_ra/U_vào (ra chia vào). Đáp án đúng là phương án có công thức này.
2. Phát biểu đúng về khuếch đại? Cả khuếch đại điện áp, dòng điện, công suất đều nhận tín hiệu yếu và cho tín hiệu mạnh hơn nhiều lần → chọn “cả 3 đáp án đều đúng”.
3. Để điều chỉnh hệ số khuếch đại của mạch OA, ta chỉnh: R_ht hoặc R₁, vì K = R_ht/R₁.
4. Thay R₁, R₂ bằng hai LED trong mạch đa hài: hai LED nhấp nháy luân phiên, vì T₁, T₂ thay nhau dẫn.
5. Điều kiện để xung đa hài đối xứng: R₁ = R₂, R₃ = R₄, C₁ = C₂.
6. Chức năng mạch khuếch đại: khuếch đại tín hiệu về điện áp, dòng điện và công suất (cả 3).
7. Mạch khuếch đại có thể dùng: tranzito hoặc IC.
8. Kí hiệu trên IC khuếch đại thuật toán: đầu vào đảo ghi “–”, đầu vào không đảo ghi “+”. Lưu ý: nếu đề có cả phương án “đầu đảo ghi –” và “đầu không đảo ghi +” thì cả hai đều đúng, còn phương án “đầu không đảo ghi –” là sai; khi làm bài hãy chọn phương án đúng mà đề không kèm phương án sai, và đừng chọn “cả 3” vì có một phương án sai.
9. Đầu vào không đảo (+) nghĩa là: tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.

Bài luyện tập (tự đặt)

Bài 1. Mạch khuếch đại đảo dùng OA có R₁ = 2 kΩ, R_ht = 18 kΩ. Tính K và U_ra khi U_vào = +0,3 V.

Đáp án: K = 18/2 = 9; U_ra = –9 × 0,3 = –2,7 V.

Bài 2. Muốn hệ số khuếch đại của mạch trên tăng gấp đôi mà giữ nguyên R_ht thì phải đổi R₁ thành bao nhiêu?

Đáp án: K mới = 18 nên R₁ = 18/18 = 1 kΩ (giảm một nửa).

Bài 3. Mạch đa hài đối xứng có R₃ = R₄ = 100 kΩ, C₁ = C₂ = 4,7 µF. Tính chu kì xung gần đúng.

Đáp án: T_x ≈ 1,4 × 100 000 × 0,0000047 ≈ 0,66 s.

Học tiếp

• Giải Công nghệ 12 Bài 8: Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung
• 10 câu trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 8 có đáp án
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 9: Thiết kế mạch điện tử đơn giản

Câu hỏi thường gặp

Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại điện áp dùng OA tính thế nào?

Với mạch khuếch đại đảo có hồi tiếp âm, K = R_ht/R_1 (độ lớn), điện áp ra ngược dấu điện áp vào: U_ra = –(R_ht/R_1)·U_vào.

Đầu vào đảo và không đảo của OA khác nhau thế nào?

Đầu vào đảo kí hiệu “–”, tín hiệu ra ngược dấu tín hiệu vào. Đầu vào không đảo kí hiệu “+”, tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.

Mạch đa hài tự dao động tạo ra xung dạng gì?

Tạo xung hình chữ nhật lặp lại theo chu kì. Mạch có hai trạng thái cân bằng không ổn định nên hai tranzito tự thay nhau dẫn, tắt mà không cần tín hiệu kích bên ngoài.

Khi nào mạch đa hài cho xung đối xứng?

Khi hai tranzito giống nhau và R1 = R2, R3 = R4, C1 = C2. Khi đó chu kì xung xấp xỉ 1,4·R3·C1.

Bài học liên quan

• Trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 9 có đáp án: Thiết kế mạch điện tử đơn giản
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 20: Máy thu hình + 10 câu trắc nghiệm
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 9: Thiết kế mạch điện tử đơn giản (kèm 10 câu trắc nghiệm)
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 14: Mạch điều khiển tín hiệu + 10 câu trắc nghiệm
• Công nghệ 12 Bài 15: Lý thuyết và 10 trắc nghiệm động cơ xoay chiều 1 pha
• 10 câu trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 13 có đáp án: Mạch điện tử điều khiển