Mạch khuếch đại âm tần, hồi tiếp âm, hồi tiếp dương
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (109.19 KB, 5 trang )
Mạch khuếch đại âm tần
1. Mạch khuếch đại âm tần lớp A
Lớp A: Transistor chỉ làm việc trong cả chu kì của tín hiệu ngõ vào phải phân
cực DC cho transistor.
• Ưu điểm:
Méo phi tuyến ít do chọn được đoạn đặc tuyến làm việc của transistor.
• Nhược điểm:
Công suất tín hiệu ra nhỏ do mạch chỉ làm việc với tín hiệu nhỏ.
Hiệu suất bé do phải phân cực DC trước cho transistor gây tiêu tán DC không
mong muốn
2. Mạch khuếch đại âm tần lớp B
Lớp B: Transistor chỉ làm việc trong 1 bán kì của tín hiệu ngõ vào. Với
tín hiệu xoay chiều có 2 bán kì ta phải dùng 2 transistor.
Mạch KĐCS âm tần lớp B transistor ghép đẩy kéo (push –
pull) dùng biến áp.
Mạch KĐCS âm tần lớp AB transistor ghép bổ phụ: mạch OTL,
mạch OCL.
Vấn đề nâng công suất cho mạch KĐCS âm tần.
Mạch khuếch đại âm tần là các mạch hoạt động với các tín hiệu hình sin và không
sin, có dải tần nằm trong khoảng tai người có thể nghe được. Thông thường, tai của
một người có sức khỏe tốt, có thể nghe được các âm thanh từ 20 Hz đến 20 kHz
Giải thích về một số từ ngữ có liên quan đến tín hiệu âm tần:
Sóng âm thanh có nguồn gốc từ những dao động cơ học lan truyền trong không
khí đến tai ta. Người ta có thể ghi nhận lại sóng âm thanh, biến đổi nó thành tín
hiệu điện, hoặc biến đổi ngược lại từ tín hiệu điện thành sóng âm thanh.
Tín hiệu âm tần là các tín hiệu điện được biến đổi từ song âm thanh thành.
Tần số: liên quan đến độ trầm bổng của âm thanh. Âm thanh bổng có tần số cao,
âm thanh trầm có tần số thấp. Biên độ: liên quan đến độ lớn mạnh của âm thanh.
Âm thanh càng lớn biên độ càng cao.
Âm sắc: liên quan đến độ phức tạp của sóng âm. Âm sắc càng phức tạp càng nhiều
họa tần. Có những họa tần làm cho âm thanh nghe mượt mà hơn, nhưng cũng có
những họa tần làm cho âm thanh nghe chói tai hơn.
Cách kết nối giữa các tầng trong mạch khuếch đại âm tần.
Giữa nguồn và đầu vào mạch khuếch đại tín hiệu, giữa đầu ra của mạch khuếch đại
tín hiệu với tải, hoặc giữa đầu ra của mạch khuếch đại này với đầu vào của mạch
khuếch đại khác, thường có sự chênh lệch về điện thế một chiều.
Nếu chúng ta nối chúng với nhau, thì điện thế một chiều của mạch này sẽ ảnh
hưởng đến mạch khác và ngược lại. Điều này làm phá vỡ sự ổn định của các mạch.
Vì vậy chúng ta phải có biện pháp kết nối sao cho:
• Thành phần một chiều của các mạch không ảnh hưởng đến nhau.
• Thành phần xoay chiều thông qua được từ mạch này sang mạch kia.
Có nhiều cách kết nối: kết nối trực tiếp, kết nối bằng biến áp, kết nối bằng tụ điện.
Hiện nay người ta chuộng cách kết nối trực tiếp và cách kết nối bằng tụ điện. Cách
kết nối bằng tụ điện.
Cách kết nối bằng tụ điện đơn giản, dễ thực hiện. Đối với một chiều, tụ điện là vật
cách điện. Đối với thành phần xoay chiều, tụ điện có một trở kháng XC = 1/ 2πfC.
Nếu chọn C đủ lớn thì Xc sẽ đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến mạch. Khi kết nối
bằng tụ điện, người ta có thể tính toán định thiên cho từng transistor riêng lẻ. Sau
đó tính toán kết nối các mạch với nhau sao cho tín hiệu xoay chiều có thể đi thông
suốt. Tụ điện dùng để kết nối các mạch với nhau, thường là tụ hóa, có cực tính. Khi
ráp mạch phải đặt cực tính cho phù hợp. Tụ kết nối còn gọi là tụ liên lạc. Cách kết
nối trực tiếp. Kết nối trực tiếp khó khăn hơn, vì người ta phải tính toán sao cho
giữa các mạch với nhau không có chênh lệch về điện áp DC. Hay chính xác hơn là
phải thiết kế DC cho toàn khối, chứ không thiết kế riêng lẻ từng tầng.
2. Hồi tiếp
Hồi tiếp có hai lọai: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm.
- Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngõ vào và vậy
làm giảm tín hiệu ngõ vào của mạch. Hồi tiếp âm có khuynh hướng duy trì độ ổn
định của hệ số khuếch đại của mạch chống lại sự thay đổi của các thông số
transistor do nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp.
- Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngõ vào và vậy
làm tăng tín hiệu ngõ vào của mạch. Hồi tiếp dương được sử dụng thiết kế trong
các mạch dao động và trong một số ứng dụng khác
Ưu và nhược điểm của hồi tiếp âm
Ưu điểm:
- Ổn định hàm truyền. Sự thay đổi giá trị hàm truyền chủ yếu do sự thay
đổi trong các thông số của transistor sẽ giảm khi có hồi tiếp âm đây chính
là ưu điểm chính của hồi tiếp âm.
- Mở rộng băng thông.
- Giảm nhiễu. Hồi tiếp âm làm tăng tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu.
- Giảm méo. Khi transistor làm việc không tuyến tính, méo sẽ xuất hiện
trong tín hiệu ngỏ ra, đặc biệt tại những mạch có biên độ tín hiệu ngỏ ra
lớn. Hồi tiếp âm sẽ làm transistor họat động tuyến tính hơn.
- Cải thiện tổng trở vào và ra.
Nhược điểm
- Giảm độ lợi.
- Có thể mạch không ổn định (sinh ra dao động) tại tần số cao.
3. Tác dụng của mạch hồi tiếp âm đối với dải tần làm việc của mạch khuếch
đại
A. Định nghĩa mạch hồi tiếp
Nếu một phần
β < 1 của tín
hiệu tại ngõ ra
V0 cuả một
mạch khuếch
đại được đưa trở lại ngõ vào, ta bảo mạch khuếch đại
được hồi tiếp
Khối β lấy một phần β < 1 của tín hiệu ngõ ra được gọi à khối hồi tiếp.
Đường lấy tín hiệu bằng βV0 đường hồi tiếp. Điện áp βV0 gọi là tín hiệu hồi tiếp.
Nếu tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào tang cường tín hiệu vào thì ta có
mạch hồi tiếp dương, trong trường hợp nghịch pha thì ta có mạch hồi tiếp âm, β
gọi là tỷ số hồi tiếp.
Mạch hồi tiếp gây nhiều tác dụng đối với mạch khuếch đại, nó làm thay đổi
tổng trở vào, tổng trở ra, đáp ứng tần số của mạch khuếch đại, đặc biệt là làm
thay đổi đặc tính động của mạch khuếch đại dẫn đến hiện tượng mất ổn định
khiến chúng ta không thể khống chế nếu không phân tích được hiện tượng.
B. Tình trạnh mất ổn định của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm:
Mạch hồi tiếp âm có thể tạo ra tình trạng mất ổn đinh là do hiện tượng lệch
pha giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào khi mạch khuếch đại có nhiều tầng ghép liên
tiếp nhau. Số tầng có thể gây hiện tượng lệch pha là ba, vì một tầng có thể gây
lệch pha 90o, ba tầng gây lệch pha được 270o. Như vậy, khi góc lệch pha đạt trị số
180o thì mạch hồi tiếp âm sẽ biến thành hồi tiếp dương. Nếu có them điều kiện
cân bằng biên độ thì hiện tượng dao động sẽ xảy ra. Điều kiện lệch pha có thể
gặp trong hai trường hợp:
Trường hợp f<
sẽ có hiện tượng dao động ở tần số thaáp gọi là “motor boating” do tiếng loa kêu
như tiếng máy tàu nổ bịch bịch. Hiện tượng này không gây tác dụng hư máy và
rất dễ phát hiện.
Trường hợp f>>fn ở tần số thật cao, ngoài phạm vi âm tần, tín hiệu ra có thể
trễ pha so với tín hiệu vào nếu có điều kiện cân bằng biên độ, hiện tượng dao
động ở tần số cao hoặc siêu âm có thể xảy ra hư hại cho mạch khuếch đại do rất
khó phát hiện sớm.
Phân tích trường hợp tần số cao.
Hàm truyền đạt của mạch khuếch đại có hồi tiếp bằng:
Nếu khối hồi tiếp có thể gây lệch pha, T(jw) là hàm truyền vòng hở.
Khi nghiên cứu mạch dao động có đường hồi tiếp dương, ta được điều kiện để
mạch động là:
T(jw)=β(jw).Av(jw)=1.
Do vậy, để tránh hiện tượng dao động ở mạch khuếch đại, ta phải tránh điều kiện
trên tức là phải chọn hàm truyền vòng hở sao cho:
T(jw)=β(jw).Av(jw) ≠ 1.
Sau đây (H.V-13) là giản đồ Nuquist ( biển đồ tọa độ cực) đặc trưng cho quan hệ
giữa hệ số khuếch đại vòng hở β(w)Av(w) = T(w) với góc lệch pha gây ra bởi
mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp âm.
H.V-13a là giản đồ T(jw)=β(jw)Av(jw) của
mạch khuếch đại một tần có đường hồi tiếp
âm, gốc lệch pha φ giữa tín hiệu ra và tín hiệu
vào không vượt quá 90o. Mạch không bao giờ
có tình trạng mất ổm định
H.V-13b liên quan đến mạch khuếch đại có hai
tầng ghép liên tiếp không gây lệch pha quá
180o, vậy không thể có tình trạng mất ổn định
nếu khối hồi tiếp không gây lệch pha.
liên quan đến ba tầng khuếch
gây lệch pha đến 270o nhưng khi
w=wc, góc lệch pha đạt 180o thỏa
cân bằng pha nhưng vẫn không
trạng mất ổn định do điều kiện
biên độ không đạt vì
β(wc)Av(wc)>1
H.V-13d cũng liên quan đến ba
đại với mạch hồi tiếp âm có thể
vì khi ở tần số w=wc góc lệch
đường hồi tiếp trở thành dương,
khuếch đại vòng hở
β(wc)Av(wc)>1
H.V-13c
đại có thể
đến tần số
điều kiện
có tình
cân bằng
tầng khuếch
mất ổn định
pha 180o
hệ số
H.V-13e cũng liên quan đến
mạch H.V13d nhưng vẫn ổn định vì hàm
truyền vòng
hở T(jw) đã được cải thiện bằng
cách cắt này
phải dự trừ sao cho dải tần làm cho việc vẫn còn trong phạm vi yêu cầu
