Bài 18. Giới thiệu về điện tử tương tự

Điện tử tương tự là lĩnh vực điện tử nghiên cứu và xử lý các tín hiệu tương tự (analog).

Đặc điểm:

• Tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian
• Có thể nhận mọi giá trị trong một khoảng xác định
• Biểu diễn trực tiếp các đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, âm thanh...)

Ví dụ: Tín hiệu âm thanh từ micro, tín hiệu hình ảnh từ camera analog.

Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến đổi liên tục theo thời gian.

Phân loại tín hiệu tương tự:

• Tín hiệu điện áp: Giá trị điện áp thay đổi liên tục (ví dụ: 0-5V, -12V đến +12V)
• Tín hiệu dòng điện: Dòng điện thay đổi liên tục (ví dụ: 4-20mA trong công nghiệp)
• Tín hiệu xoay chiều: Tín hiệu hình sin, hình vuông, tam giác

So sánh với tín hiệu số:

• Tín hiệu tương tự: liên tục, vô hạn giá trị
• Tín hiệu số: rời rạc, hữu hạn giá trị (thường là 0 và 1)

Mạch khuếch đại là mạch điện tử làm tăng biên độ của tín hiệu đầu vào.

Nguyên lý:

• Sử dụng linh kiện tích cực (transistor, op-amp)
• Nguồn cung cấp năng lượng DC
• Tín hiệu đầu vào yếu → đầu ra mạnh hơn cùng dạng

Thông số cơ bản:

• Hệ số khuếch đại: $A = V_{out}/V_{in}$
• Băng thông: Dải tần số hoạt động
• Độ méo: Sai số dạng tín hiệu

Ứng dụng: Amplifier âm thanh, tiền khuếch đại micro, khuếch đại tín hiệu cảm biến.

Mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu dao động hình sin hoặc không sin từ nguồn DC.

Nguyên lý:

• Sử dụng hồi tiếp dương để duy trì dao động
• Kết hợp các phần tử LC, RC hoặc thạch anh để xác định tần số

Các loại mạch dao động:

• Dao động hình sin: Tạo tín hiệu sin thuần túy
• Dao động đa hài: Tạo xung vuông
• Dao động thạch anh: Tần số rất ổn định

Ứng dụng: Tạo sóng mang trong radio, tạo xung nhịp cho vi điều khiển, tạo tín hiệu âm tần.

Mạch lọc là mạch cho phép một dải tần số đi qua và ngăn chặn các tần số khác.

Các loại mạch lọc cơ bản:

• Mạch lọc thông thấp: Cho tần số thấp đi qua, chặn tần số cao
• Mạch lọc thông cao: Cho tần số cao đi qua, chặn tần số thấp
• Mạch lọc thông dải: Cho một dải tần số đi qua
• Mạch lọc chặn dải: Chặn một dải tần số

Phần tử cơ bản:

• Tụ điện (C): Dung kháng $Z_C = 1/(2\pi fC)$
• Cuộn cảm (L): Cảm kháng $Z_L = 2\pi fL$
• Điện trở (R)

Ứng dụng: Lọc nhiễu nguồn, lọc âm thanh (equalizer), lọc tín hiệu trong viễn thông.

Các ứng dụng phổ biến:

• Âm thanh: Micro, loa, amplifier, mixer âm thanh
• Viễn thông: Radio AM/FM, truyền hình analog, điện thoại cố định
• Cảm biến: Đo nhiệt độ (LM35), đo ánh sáng (quang trở), đo áp suất
• Y tế: ECG (điện tâm đồ), EEG (điện não đồ), máy siêu âm
• Tự động hóa: Bộ điều khiển PID analog, mạch điều khiển tốc độ động cơ

Ngày nay, điện tử tương tự vẫn đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và độ chính xác tại chỗ.