Giáo trình Mạch điện tử I

so sới khi không có hồi tiếp 5.4.2.2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng ra của bộ khuếch đại. Khi có HT âm thì trở kháng ra của bộ KĐ sẽ thay đổi, mức độ thay đổi tùy thuộc vào việc mắc mạch HT ở đầu ra Chú ý: - Để tính trở kháng ra của bộ KĐ thì phải cho Xv = 0 +/ Nếu tín hiệu HT nối tiếp thì Xv = Uv = 0 +/ Nếu tín hiệu HT song song thì Xv = Iv = 0 - Gọi Kh là hệ số truyền đạt của bộ KĐ khi chưa có HT nhưng hở mạch tải. Ký hiệu Kng là hệ số truyền đạt của bộ KĐ khi chưa có HT nhưng ngắn mạch tải Khi có ht thì các hệ số truyền đạt tương ứng là K’h và K’ng - Biểu thức tính trở kháng ra: a/ Hồi tiếp điện áp: - Khi chưa có HT ZR = rr // rrht vì rrht >> rr nên ZR = rr - Khi có HT: Mà = K’h.Xh suy ra Và Kết luận: khi có HT điện áp thì trở kháng ra giảm đi g lần b/ Hồi tiếp dòng điện. Khi chưa có HT: Zr = rr + rvht @ rr vì rr >> rvht - Khi có HT: Kết luận: Khi cố hồi tiếp âm dòng điện thì trở kháng ra tăng g lần. 5.4.3. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến dải động và méo phi tuyến của bộ khuếch đại. Xét một bộ KĐ có hồi tiếp với cấu trúc như hình 5.8 - Khi chưa có HT: tín hiệu đặt vào bộ KĐ (K) là: Xv = Xh. Tức là toàn bộ tín hiệu được đặt vào bộ khuếch đại. - Khi có HT thì tín hiệu đặt vào bộ KĐ là: Xh = Xv – Xht = Xv – Kht.Xr = Xv – K.Kht.Xh Khi có ht thì tín hiệu đặt vào bộ KĐ giảm đi g lần, hay nói cách khác dải động của bộ KĐ tăng lên g lần. Dải động của bộ KĐ là khoảng biến đổi của tín hiệu vào về mặt biên độ để đảm bảo cho bộ KĐ làm việc đúng chỉ tiêu, đúng yêu cầu. Khi dải động cuar bộ KĐ tăng thì méo tín hiệu sẽ giảm. Đây là hai ưu điểm lớn nhất của HT âm, nó cho phép nâng cao độ nhạy và tính ttrung thực của bộ KĐ 5.4.4. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tạp âm của bộ khuếch đại. Giả thiết tạp âm ngoài đưa vào giữa hai tầng của một bộ khuếch đại khi chưa có hồi tiếp âm theo sơ đồ hình 5.10 Theo sơ đồ hình 5.10 ta có Xr tạp âm = Xtạp âm.K2 Khi thực hiện hồi tiếp âm bao cả hai tầng tầng khuếch đại. Xem cấu trúc hình 5.11 Theo hình 5.11 ta có các biểu thức sau: Xh1 = Xth – Xht = Xth – Kht.Xr Xr1 = K1.Xh1 Xh2 = Xr1 + Xtạp âm Chuyển vế ta được: Nhìn vào biểu thức 5.18 ta có thể thấy ngay: Kết luận: - Khi thực hiện hồi tiếp âm thì tạp âm đầu ra giảm 1+K1K2Kkt lần. - Lấy là tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra khi có hồi tiếp âm tăng K lần. - Kết luận trên chỉ đúng khi tạp âm tác động vào giữa tầng khuếch đại còn nếu tạp âm XTA tác động vào trước K1 thì kết luận trên không đúng. 5.4.5. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến đặc tần số và tính động của bộ khuếch đại. 5.4.5.1. Đặc tính tần số và đặc tính động của bộ khuếch đại. */ Đặc tính tần số: Bất kỳ một bộ KĐ nào trong thực tế đều có thể được biểu diễn bằng sơ đồ tương đương sau. Trong sơ đồ tương đương trên gồm hai phần: - Khâu 11-22 là bộ KĐ lý tưởng. Không phụ thuộc vào tần số - (C1, R’1), (C2, Rp) là các thành phần tính đến do ảnh hưởng vào ra của phần tử tích cực gồm Zv, Zr, Cv, Cr. Để tính toán một cách cụ thể ta hãy xét sơ đồ tương đương của một bộ KĐ. Ta có: R1 = (R’1//Rv) Rp = (R2//Rr) Từ hình 5.6 ta tính được hệ số khuếch đại điện áp là: - Theo hình 5.6 ta tính được KU1: Bằng cách biến đổi lapplact ta được: Trong đó Td = R1C1 = gọi là hằng số thời gian của mạch R1C1. - Tính KU2: Ta có: Bằng cách biến đổi lapplact ta thu được: Trong đó: Tt = Rp.Cp = gọi là hằng số thời gian của mạch RpCp. Thay p = jω vào biểu thức ta có đặc tính biên độ tần số của bộ khuếch đại là: Tương tự ta có đặc tính pha tần số của bộ khuếch đại là: Từ các biểu thức của đặc tính biên độ tần số và đặc tính pha tần số ta có đồ thị sau: Xét tại tần số ω = ωd (hay f = fd) ta có: ωd. fd = 1 Xét tại tần số ω = ωt (hay f = ft) ta có: ωt. ft = 1 Nhận xét: - Tại các tần số fd và ft làm hàm truyền đạt giảm lần so với giá trị trung bình và các tần số tương ứng đó gọi là các tần số giới hạn dưới và tần số giới hạn trên của bộ khuếch đại - Độ rộng dải tần làm việc của bộ khuếch đại được tính bởi biểu thức: B = ft – fd. - Đặc tính biên độ tần số và pha tần số j phụ thuộc vào tần số vì do ảnh hưởng của các tụ C1 và Cp gây ra méo tín hiệu (trong trường hợp này gọi là méo tuyến tính), nguyên nhân là do độ khong đồng đều của đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha tần số gây ra. Méo dao đặc tuyến biên độ tần số gây ra gọi là méo tần số và được thể hiện thông qua hệ số méo tần số: , đơn vị M(dB) = 20lgM Méo do đặc tuyến pha tần số gây ra gọi là méo pha. Vì đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha có liên hệ chặt chẽ với nhau. Người ta chứng minh được nếu méo tần số thỏa mãn được yêu cầu thì méo pha cũng thỏa mãn. Nên khi xét méo tuyến tính thì chỉ cần xét méo tần số. * Đặc tính động. Đặc tính động của bộ khuếch đại thể hiện sự méo dạng xung khi đưa vào đầu vào bộ khuếch đại một xung hình chữ nhật thì ở đầu ra không còn dạng xung chữ nhật do hiện tượng xung bị méo dạng. Đặc tính động thể hiện qua ba tham số: - Thời gia xác lập tx. - Độ sụt đỉnh xung DA. - Thời gian trễ: Trễ sườn trước: ttr1. Trễ sườn trước: ttr2. Trong thực tế thì thời gian trễ rất nhỏ nên có thể bỏ qua được. Để xác định tx, DA thì phải tính được hàm quá độ h(p) khi tác động đầu vào là xung 1(t) – xung đirắc. Ta có: Dùng biến đổi lapplact ngược ta có: Do vậy ta tính được thời gian xác lập tx, với điều kiện Td >> Tt. Mặt khác khi xét quá trình xác lập phải xét trong thời gian ngắn (t << Tt), nên từ biểu thức. ta có: Định nghĩa: - Thời gian xác lập tx là khoảng thời gian mà giá trị của hàm h(t) biến đổi từ mức 0,1KU0 đến 0,9 KU0. Theo hình 5.8; tx được tính theo biểu thức: tx = t2 – t1. Trong đó: tại thời điểm t = t1 hàm truyền đạt h(t) = 0,1KU0; tại thời điểm t = t2 hàm truyền đạt h(t) = 0,9KU0. Từ đó tính được tx = t2 – t1 @ 2,2Tt @ 2,2.1/2pft @ 0,35/ft. Như vậy: thời gian xác lập là tỷ lệ nghịch với tần số giới hạn trên của bộ khuếch đại. - Để tính DA: với điều kiện Tt >> Td và phải tính trong thời gian dài, tính trong hầu hết khoảng thời gian tồn tại của xung đầu ra Tt << t << Td. Khi đó: ứng với t = τ (τ – là độ rộng xung đầu ra) Như vậy: độ sụt đỉnh xung tỷ lệ thuận với thời gian dưới của bộ khuếch đại. Nếu bộ khuếch đại là bộ khuếch đại một chiều thì không có độ sụt đỉnh xung. 5.4.5.2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến đặc tính tần số và động của bộ khuếch đại * Đặc tính tần số: Khi có hồi tiếp thì hàm truyền đạt của bộ khuếch đại có dạng: Lần lượt xét biểu thức 5.30 ứng với từng trường hợp: tần số thấp và tần số cao - Xét phạm vi tần số thấp (f << ft hay ωTt << 1). Bỏ qua pTt trong biểu thức 5.30 ta sẽ có biểu thức gần đúng: Với: - : gọi là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại lý tưởng khi có hồi tiếp. -: là hằng số thời gian mới của mạch R1, C1. - : là tần số giới hạn dưới khi có hồi tiếp âm. - : là độ sâu hồi tiếp. Kết luận: Khi có hồi tiếp âm thì tần số giới hạn dưới của bộ khuếch đại giảm đi g lần. - Xét phạm vi tần số cao (f >> fd hay ωTd >> 1). Coi 1 + p.Td @ p.Td. Từ biểu thức 5.30 ta có: Với: - : là hằng số thời gian mới của mạch. - : là tần số giới hạn trên của mạch. Kết luận: Khi có hồi tiếp âm thì dải tần số của bộ khuếch đại tăng g lần. Tuy nhiên hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại giảm đi g lần. Từ đồ thị Bode hình 5.17 ta có: Giả thiết ft >> fd nên B’ >> B. Trong đó: - B’: là dải tần của bộ khuếch đại có hồi tiếp (B’ = f’t – f’d) - B: là dải tần của bộ khuếch đại hông có hồi tiếp (B = ft – fd) Kết luận chung: Từ biểu thức 5.33 ta thấy tích giữa hệ số truyền đạt và dải tần là không đổi. Vì vậy muốn mở rộng dải tần thì phải chấp nhận giảm hệ số khuếch đại và ngược lại. * Đặc tính động. - Thời gia xác lập tx tỷ lệ nghịch với tần số ft. - Độ sụt đỉnh xung DA tỷ lệ thuận với tần số fd. Vì vậy khi có hồi tiếp âm thì tx và DA giảm vì vậy chất lượng của bộ khuếch đại sẽ tốt hơn Chú ý: chú ý tới tham số méo tín hiệu. Nếu khâu hồi tiếp là thuần trở thì méo tín hiệu không thay đổi, còn nếu khâu hồi tiếp phụ thuộc vào tần số thì khi tính toán thích hợp độ méo sẽ iamr xuống. Bài tập cuối chương Chương VI: CÁC DẠNG LIÊN KẾT CỦA BJT VÀ FET Ở các chương trước, chúng ta đã khảo sát các mạch khuếch đại riêng lẻ dùng BJT và FET. Thực tế, một thiết bị điện tử luôn là sự nối kết của các mạch căn bản để đạt đến mục tiêu nào đó. Trong chương này chúng ta sẽ khảo sát các dạng ghép nối thông dụng thường gặp trong mạch điện tử. 6.1. Liên kết trực tiếp. Ðây là sự liên kết thông dụng nhất của các tầng khuếch đại, mục đích là tăng độ khuếch đại áp. Về căn bản, một liên kết liên tiếp là đầu ra của tầng này được đưa vào đầu vào của tầng kế tiếp. Hình 6.1 mô tả một cách tổng quát dạng liên kết này với các hệ thống 2 cổng. Trong đó Av1, Av2, ... là độ khuếch đại điện áp của mỗi tầng khi có tải. Nghĩa là Av1 được xác định với tổng trở vào Zi2 như là tải của tầng Av1. Với Av2, Av1 được xem như là nguồn tín hiệu. Ðộ khuếch đại điện áp tổng cộng như vậy được xác định bởi: AvT = Av1. Av2 . .... . Avn (6.1) Ðộ khuếch đại dòng áp được xác định bởi: Tổng trở vào: Zi = Zi1 Tổng trở ra : Z0 = Z0n 6.1.1. Liên kết bằng tụ điện. Hình 6.2 mô tả một liên kết liên tiếp giữa hai tầng khuếch đại dùng JFET. - Tổng trở vào của tầng thứ 2: Zi2 = RG2 - Ðộ khuếch đại điện áp của toàn mạch: AvT = Av1.Av2 với Av1 = -gm1(RD1 //Zi2) = -gm1(RD1 //RG2) thường RG2 >>RD1 Þ Av1 ¹ -gm1RD1 (6.3) và Av2 = -gm2RD2 nên AvT = Av1.Av2 AvT = gm1gm2RD1RD2 (6.4) - Tổng trở vào của hệ thống: Zi = Zi1 = RG1 - Tổng trở ra của hệ thống: Z0 = Z02 = RD2 Về mặt phân cực, do 2 mạch nối với nhau bằng tụ điện nên việc phân tích giống như sự phân tích ở mỗi tầng riêng lẻ. Hình 6.3 là mạch cascade dùng BJT. Cũng như ở FET, mục đích của mạch này là để gia tăng độ khuếch đại điện áp. - Ðộ khuếch đại điện áp của hệ thống: - Tổng trở vào của toàn mạch: Zi = Zi1= R1 //R2 //b1re1 (6.7) - Tổng trở ra của toàn mạch: Z0 = Z02 = RC2 (6.8) Hình 6.4 là mạch kết hợp giữa FET và BJT. Mạch này, ngoài mục đích gia tăng độ khuếch đại điện áp còn được tổng trở vào lớn. AvT = Av1. Av2 Với Av1 = -gm(RD //Zi2) (6.9) Trong đó Zi2 = R1 //R2 //bre Zi = RG (rất lớn) Z0 = RC 6.1.2. Liên kết trực tiếp. Ðây cũng là một dạng liên kết liên tiếp khá phổ biến trong các mạch khuếch đại nhất là trong kỹ thuật chế tạo vi mạch. Hình 6.5 mô tả một mạch khuếch đại hai tầng liên kết trực tiếp dùng BJT.            Ta thấy mạch liên kết trực tiếp có các lợi điểm: - Tránh được ảnh hưởng của các tụ liên kết ở tần số thấp, do đó tần số giảm 3dB ở cận dưới có thể xuống rất thấp. - Tránh được sự cồng kềnh cho mạch. - Ðiện áp tĩnh ra của tầng đầu cung cấp điện áp tĩnh cho tầng sau. Tuy thế, mạch cũng vấp phải một vài khuyết điểm nhỏ: - Sự trôi điểm làm việc tĩnh của tầng thứ nhất sẽ ảnh hưởng đến việc phân cực của tầng thứ hai. - Nguồn điện áp phân cực thường có trị số lớn nếu ta dùng cùng một loại BJT, vấn đề chính của loại liên kết trực tiếp là ổn định sự phân cực. Cách tính phân cực thường được áp dụng trên toàn bộ mạch mà không thể tính riêng từng tầng. Thí dụ như ở hình 6.5 ta có: Phân cực: Thông số mạch khuếch đại: Mạch phân cực như trên tuy đơn giản nhưng ít được dùng do không ổn định (sự trôi điểm làm việc của Q1 ảnh hưởng đến phân cực của Q2), do đó trong các mạch liên kết trực tiếp người ta thường dùng kỹ thuật hồi tiếp một chiều như hình 6.6 Mạch tương đương Thevenin đầu vào được vẽ ở hình 6.7. Ta có: Thường ta chọn số hạng đầu lớn để VE2 ổn định, từ đó VCE1, IC1, IC2 cũng ổn định. Ðể thấy rõ sự ổn định này ta để ý: Dòng điện này độc lập đối với b2 và có thể xem như độc lập đối với b1 nếu ta chọn: thay đổi theo nhiệt độ và dòng IC2, nhưng ảnh hưởng này sẽ được giảm thiểu nếu ta chọn Về thông số của mạch khuếch đại cách tính cũng như mạch trước. Liên kết trực tiếp dùng FET: Ở MOSFET loại giầu (E-MOSFET), do cực cửa G cách điện hẳn với cực nguồn S và cực máng D nên rất thuận tiện trong việc ghép trực tiếp. Cách tính phân cực giống như một tầng riêng lẻ. VGS1 =VDS1 = VGS2 AvT = (gmRD)2 Tầng khuếch đại cực nguồn chung và máng chung cũng thuận tiện trong cách ghép trực tiếp. Ðiện thế VGS của Q2 tùy thuộc vào RD, RS1 và RS2. Trong 2 cách ghép trên, FET chỉ hoạt động tốt khi 2 FET hoàn toàn giống hệt nhau. Thực tế, khi 2 FET không đồng nhất, sự trôi điểm làm việc của tầng trước được tầng sau khuếch đại khiến cho tầng cuối cùng hoạt động trong vùng không thuận lợi. Ðể khắc phục người ta cũng dùng kỹ thuật hồi tiếp để ổn định phân cực như hình 6.10. Giả sử điện áp cực máng của Q1 lớn hơn bình thường, lượng sai biệt này sẽ được khuếch đại bởi Q2 và Q3 và do đó điện áp tại cực cửa của Q1 lớn hơn. Ðiều này làm cho Q1 dẫn điện mạnh hơn, kéo điện áp ở cực máng giảm xuống. Tuy nhiên, RG cũng tạo ra một vấn đề mới. Nếu gọi AvT là độ khuếch đại điện áp của toàn mạch thì: v0 = -|AvT|.vi Nên điện áp ngang qua RG là: vi - v0 = vi + |AvT|vi = vi( 1+ |AvT|) Ðể khắc phục, người ta chia RG ra làm 2 nửa và dùng một tụ nối tắt tín hiệu xuống mass. 6.2. Liên kết chồng. Trong sự liên kết này, một transistor ghép chồng lên một transistor khác. Hình 6.12 mô tả mạch liên kết ghép chồng với một tầng cực emitter chung ghép chồng lên một tầng cực base chung. Sự liên kết này phải được thiết kế sao cho tầng cực emitter chung có tổng trở ra (tổng trở vào của tầng cực basi chung) khá lớn và độ khuếch đại điện áp thấp cung cấp cho tầng cực basi chung để bảo đảm điện dung Miller ở đầu vào thấp nhất nên loại liên kết này hoạt động tốt ở tần số cao. Trong mạch trên, với cách phân tích phân cực như các chương trước ta tìm được: VB1 = 4,9 V VB2 = 10,8 V IC1 # IC2 = 3,8 mA 6.3. Liên kết Darlington. Ðây là một dạng liên kết rất thông dụng giữa 2 transistor (BJT hoặc FET) như hình 6.13 và tương đương như hình 6.14. Sự liên kết giữa 2 transistor như vậy tương đương với một transistor duy nhất có độ khuếch đại dòng điện là bD = b1. b2 Nếu hai transistor đồng nhất: b1 = b2 = b thì bD = b2 Transistor Darlington: Vì dạng liên kết này rất thông dụng và thích hợp cho việc nâng công suất nên ngày nay người ta thường chế tạo các liên kết này dưới dạng một transistor duy nhất gọi là transistor darlington. chung nên cũng có tổng trở vào lớn, tổng trở ra nhỏ và độ khuếch đại điện áp xấp xỉ 1. 6.4. Liên kết cặp hồi tiếp. Liên kết này cũng gồm có 2 transistor và cũng có dạng gần giống như liên kết Darlington nhưng gồm có 1 transistor pnp và một transistor npn. Cũng giống như liên kết Darlington, cặp hồi tiếp sẽ cho một độ khuếch đại dòng điện rất lớn (bằng tích độ khuếch đại dòng điện của 2 transistor). Mạch thực tế có dạng như hình 6.17 - Tính phân cực: Từ đó suy ra được IC1, IB2, IC2 - Thông số xoay chiều: Mạch tương đương xoay chiều 6.5. Mạch CMOS. Một dạng mạch rất thông dụng trong mạch số là dùng 2 E-MOSFET kênh N và kênh P liên kết với nhau như hình 6.19 được gọi là CMOS (complementaryMOSFET). Trước khi đi vào khảo sát hoạt động của CMOS, ta cần nhớ lại hoạt động của E-MOSFET. Ðặc tuyến truyền đạt của E-MOSFET kênh n và kênh p như hình 6.20 và 6.21. - Ở E-MOSFET kênh n, khi điện áp 0 V áp vào cửa nguồn, E-MOSFET kênh n không hoạt động (ID = 0), Khi VGS >VGS(th) thì E-MOSFET kênh N mới hoạt động. - Ở E-MOSFET kênh P, Khi VGS = 0 thì E-MOSFET kênh p cũng không hoạt động và chỉ hoạt động khi VGS < VGS(th). Phân tích mạch CMOS Ta xem mạch CMOS điều khiển khi Vi = 0 V hay khi Vi= +5 V - Khi Vi = 0 V được đưa vào cực cửa của CMOS . Với Q1 (NMOS) VGS = 0 W Þ Q1 không hoạt động . Với Q2 (PMOS) VGS = -5 V Þ Q2 bảo hòa. Kết quả là V0 = 5 V - Khi Vi = +5 V đưa vào . Với Q1 (NMOS) VGS = 5 V Þ Q1 bão hòa . Với Q2 (PMOS) VGS = 0 V Þ Q2 không hoạt động Kết quả là V0 = 0 V 6.6. Mạch nguồn dòng điện. Nguồn dòng điện là một bộ phận cấp dòng điện mắc song song với điện trở R gọi là nội trở của nguồn. Một nguồn dòng điện lý tưởng khi R = ¥ ( và sẽ cung cấp một dòng điện là hằng số). Một nguồn dòng điện trong thực tế có thể được tạo bởi FET, BJT hoặc tổ hợp của 2 loại linh kiện này. Mạch có thể sử dụng linh kiện rời hoặc IC. 6.6.1. Nguồn dòng điện dùng JFET. Dạng đơn giản như hình 6.24 6.6.2. Dùng BJT như nguồn dòng điện. Mạch cơ bản như hình 6.25 6.6.3. Nguồn dòng điện dùng BJT và zener. 6.7. Mạch khuếch đại visai. 6.7.1. Dạng mạch căn bản. Một mạch khuếch đại visai căn bản ở trạng thái cân bằng có dạng như hình 6.27 - Có 2 phương pháp lấy tín hiệu ra: . Phương pháp đầu ra visai: Tín hiệu được lấy ra giữa 2 cực collector. . Phương pháp đầu ra đơn cực: Tín hiệu được lấy giữa một cực collector và mass. - Mạch được phân cực bằng 2 nguồn điện áp đối xứng (âm, dương) để có các điện áp ở cực basi bằng 0 volt. Người ta phân biệt 3 trường hợp: a/ Khi tín hiệu vào v1 = v2 (cùng biên độ và cùng pha) Do mạch đối xứng, tín hiệu ở đầu ra va = vb Như vậy: va = AC . v1 vb = AC . v2 Trong đó AC là hệ số khuếch đại của một transistor và được gọi là độ khuếch đại cho tín hiệu chung (common mode gain). Do v1 = v2 nên va = vb. Vậy tín hiệu đầu ra visai va - vb =0. b/ Khi tín hiệu vào có dạng visai: Lúc này v1 = -v2 (cùng biên độ nhưng ngược pha). Lúc đó: va = -vb. Do v1 = -v2 nên khi Q1 chạy mạnh thì Q2 chạy yếu và ngược lại nên va ¹ vb. Người ta định nghĩa: va - vb = AVS(v1 - v2) AVS được gọi là độ khuếch cho tín hiệu visai (differential mode gain). Như vậy ta thấy với đầu ra visai, mạch chỉ khuếch đại tín hiệu vào visai (khác nhau ở hai đầu vào) mà không khuếch đại tín hiệu vào chung (thành phần giống nhau). c/ Trường hợp tín hiệu vào bất kỳ: Người ta định nghĩa: - Thành phần chung của v1 và v2 là: - Thành phần visai của v1 và v2 là: vVS = v1 - v2 Thành phần chung được khuếch đại bởi AC (đầu ra đơn cực) còn thành phần visai được khuếch đại bởi AVS. Thông thường |AVS| >>|AC|. 6.7.2. Mạch phân cực. Phương trình này xác định điểm làm việc trên đường tải tĩnh. Khi mạch tuần hoàn đối xứng, điện áp 2 chân B bằng 0V nên: 6.7.3. Khảo sát thông số. Ta thử tìm AC, AVS, tổng trở vào chung ZC, tổng trở vào visai ZVS. a/ Mạch chỉ có tín hiệu chung: Tức v1 = v2 và va = vb Do mạch hoàn toàn đối xứng, ta chỉ cần khảo sát nửa mạch, nên chú ý vì có 2 dòng emitter ie chạy qua nên phải tăng gấp đôi RE. Phân tích như các phần trước ta tìm được: b/ Mạch chỉ có tín hiệu visai: Tức v1 = -v2 và va = -vb Như vậy dòng điện tín hiệu luôn luôn ngược chiều trong 2 transistor và do đó không qua RE nên ta có thể bỏ RE khi tính AVS và ZVS. Người ta thường để ý đến tổng trở giữa 2 đầu vào cho tín hiệu visai hơn là giữa một đầu vào với mass. Giá trị này gọi là Z’VS. Khi có RB thì ZVS = Z’VS //2RB Hệ thức này chứng tỏ giữa 2 đầu vào chỉ có một dòng điện duy nhất chạy qua. Từ đó người ta định nghĩa: c/ Mạch có tín hiệu tổng hợp: Với v1, v2 bất kỳ ta có cả thành phần chung vC và thành phần visai AVS. - Nếu lấy tín hiệu giữa hai cực thì thành phần chung không ảnh hưởng, tức là: va - vb = AVS( v1 - v2 ) - Nếu lấy tín hiệu từ một trong hai cực collector xuống mass: Dấu (-) biểu thị hai thành phần visai ở hai cực collector luôn trái dấu nhau. d/ Hệ số truất thải tín hiệu chung λ1: ( l càng lớn thì thành phần chung ít ảnh hưởng đến đầu ra) e/ Phương pháp tăng l1(nguồn dòng điện) Muốn tăng l1 phải giảm AC và tăng AVS. Như vậy phải dùng RE lớn. Tuy nhiên điều này làm cho VCC và VEE cũng phải lớn. Phương pháp tốt nhất là dùng nguồn dòng điện. Nguồn dòng điện thay cho RE phải có 2 đặc tính: - Cấp 1 dòng điện không đổi. - Cho 1 tổng trở ZS nhìn từ cực collector của Q3 lớn để thay RE. 6.7.4. Trạng thái mất cân bằng. Khi mạch mất cân bằng thì không còn duy trì được sự đối xứng. Hậu quả trầm trọng nhất là thành phần chung có thể tạo ra tín hiệu visai ở đầu ra. * Một số nguyên nhân chính: - Các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện ... không thật sự bằng nhau và đồng chất. - Các linh kiện tác động như diode, transistor.. không hoàn toàn giống nhau. * Biện pháp ổn định: - Lựa chọn thật kỹ linh kiện. - Giữ dòng điện phân cực nhỏ để sai số về điện trở tạo ra điện thế visai nhỏ. - Thiết kế R1 có trị số thật lớn. - Thêm biến trở R’E để cân bằng dòng điện phân cực. - Chế tạo theo phương pháp vi mạch. Bài tập cuối chương. Chương VII: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI CHUYÊN DỤNG 7.1. Bộ khuếch đại chọn lọc. 7.1.1. Khái niệm chung. - Công dụng: bộ khuếch đại chọn lọc có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trong một dải tần nhất định và nén tín hiệu ở ngoài dải tần đó. - Đặc điểm, ứng dụng: Trong bộ khuếch đại chọn lọc, điện trở tải được tahy thế bởi một mạch cộng hưởng LC hoặc một mạch lọc. Đặc điểm: tại tần số cộng hưởng của mạch dao động thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại chỉ phụ thuộc vào điện trở cộng hưởng tương đương của mạch dao động mà không phụ thuộc vào các thành phần điện kháng. Vì vậy ảnh hưởng của điện dung ký sinh (thí dụ: Cv, Cr của transistor), của điện cảm tạp tán (thí dụ: dây nối) đối với hệ số khuếch đại có thể bỏ qua. Tuy nhiên các thành phần ký sinh này được mắc một phần hoặc mắc toàn bộ vào mạch dao động. Vì thế có thể làm tần số cộng hưởng biến đổi chút ít nên bộ khuếch đại cao tần cố thể làm việc được ở dải tần số cao. Phạm vi ứng dụng: dùng trong các tầng khuếch đại cao tần của máy phát hoặc máy thu vô tuyến điện hoặc tầng khuếcch đại trung tần của máy thu hoặc tầng trung gian của máy thu vô tuyến điện. - Phân loại: +/ Phân loại theo vị trí của mạch lọc. */ Bộ khuếch đại chọn lọc có tải phân bố. Trong cấu trúc hình 7.1 mạch lọc xen kẽ giữa các bộ khuếch đại. Cấu trúc này được sử dụng nhiều trong thực tế. */ Bộ khuếch đại chọn lọc có tải tập trung. Các bộ khuếch đại chọn lọc có tải tập trung được sử dụng trong các bộ khuếch đại trung tần trong máy thu vô tuyến. +/ Phân loại theo biên độ tín hiệu. */ Bộ khuếch đại chọn lọc tín hiệu nhỏ: chế độ hoạt động của các bộ khuếch đại chọn lọc loại này thường làm việc ở chế độ A. Thường được sử dụng trong các tầng khuếch đại trung tần hoặc cao tần của máy thu hoặc dùng ở các tầng khuếch đại trung gian của máy phát. */ Bộ khuếch đại chọn lọc tín hiệu lớn: thường hoạt động ở chế độ AB, B hoặc C. Thường dùng trong các bộ khuếch đại cao tần của máy phát. 7.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng chính của bộ khuếch đại chọn lọc. - Hệ số khuếch đại: phải đủ lớn. Tuy nhiên như đã xét ở chương V về tầm qua trọng của hồi tiếp, song việc ảnh hưởng của hồi tiếp từ đầu ra về đầu vào bộ khuếch đại thông qua điện dung giữa các cực của phần tử khuếch đại. Đặc biệt trong bộ khuếch đại chọn lọc trở kháng tải rất lớn, do đó hệ số khuếch đại của mạch đòi hỏi phải rất lớn làm tăng điện áp hồi tiếp về đầu vào có thể dẫn đến hiện tượng tự kích của mạch. Biết rằng, hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp được xác định theo biểu thức (5.1), theo đó nếu. Thì mạch có hồi tiếp dương. Từ điều kiện (7.1) ta suy ra điều kiện tự kích của mạch: Như vậy hệ số khuếch đại của mạch càng lớn thì mạch càng kém ổn định Từ điều kiện 7.2 người ta chứng minh được rằng: giới hạn của hệ số khuếch đại để đảm bảo ổn định có thể xác định theo điều kiện (7.3) Trong đó: Ks – là hệ số khuếch đại ổn định (hệ số khuếch đại cho phép) S – hỗ dẫn của phần tử tích cực. ω – Tần số công tác. C12 – Điện dung hồi tiếp từ đầu ra về đầu vào. Để mạch làm việc ổn định thì hệ số khuếch đại K của nó phải luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng hệ số khuếch đại ổn định Ks, và tần số càng cao thì càng khó đạt được hệ số khuếch đại lớn nếu cần đảm bảo ổn định. - Dải tần công tác: phải khuếch đại toàn bộ dải tần của tín hiệu đầu vào từ fs = (fmin ¸ fmax). - Dải thông của bộ khuếch đại: là phạm vi tần số mà ở ngoài phạm vi đó hệ số khuếch đại giảm đi lần Trên hình 7.3, dải thông của bộ khuếch đại là D nó đặc trưng cho khả năng truyền qua của tín hiệu có ích. - Độ chọn lọc: độ chọn lọc của bộ khuếch đại là đặc trưng cho khả năng chọn lọc tín hiệu có ích và nén các thành phần tín hiệu không mong muốn. Đánh giá độ chọn lạc người ta thường dùng khái niệm hệ số chữ nhật Hệ số chữ nhật là tỷ số giữa dải tần cuar bộ khuếch đại ứng với hệ số khuếch đại ở mức (trong đó y = 0,01; 0,1). Xem hình 7.4. Từ hình 7.4 ta thấy: N luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1. Khi N tiến dần tới 1 thì khả năng chọn lọc tín hiệu có ích càng tốt, đặc biệt khi N = 1 tương ứng với trường hợp mạch cộng hưởng chữ nhật. Trong các biểu thức (7.4) và (7.5) thì biểu thức (7.4) dùng cho các bộ khuếch đại chất lượng cao còn biểu thức (7.5) dùng cho các bộ khuếch đại trung bình. - Hiệu quả khuếch đại: Hiệu quả khuếch đại của bộ khuếch đại được đánh giá bằng biểu thức: Trong đó: K01 là hệ số khuếch đại của một tầng Ý nghĩa: Hiệ quả khuếch đại chỉ phụ thuộc vào phần tử khuếch đại (transistor hoặc đèn điện tử)i chứ không phụ thuộc vào các yếu tố khác. Nói cách khác với phần tử tích cực đã chọn thì hiệu quả khuếch đại là một hằng số. Hiệu quả khuếch đại đặc trưng cho khả năng khuếch đại của bộ khuếch đại thực tế gần hay không gần với giá trị lớn nhất cho phép của nó. - Độ ổn định công tác của bộ khuếch đại chọ