Chương 1 Giới thiệu Chương 2 Cơ sở lý thuyết - Các tần khuếch đại tín hiệu nhỏ Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 1 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên - Hồi tiếp - Khuếch đại công suất Chương 3 Thiết kế hệ thống Chương 4 Kết quả mô phỏng Chương 5 Kết luận và hướng phát triển Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 2 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC TẦNG KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 2.1 Mạch khuếch đại EC. Vcc R1,R2 : Điện trở phân cực cho BJT. Rc : Điện trở tải cực C của BJT. R1 C2 Ur RC C1 Re : Điện trở ổn định nhiệt.
R2 Rt Rt : Điện trở tải. Rn + Re Ce Rn : Nội trở nguồn tín hiệu. - Un : Nguồn tín hiệu. Sơ đồ mạch EC Ce : Tụ thoát xoay chiều.
C1 : Tụ liên lạc ngõ vào.1 Trở kháng vào của Transistor (rv) và mạch EC (Rv). RV = R1 // R2 // rV Ta có: U1 = ibrb + iere = ib[ rb + (1 + β) re] => rv = rb + (1+ ) re 2.2 Hệ số khuếch đại dòng điện của mạch (Ki). it ib ic it Ki = = iv ic ib ic Ta có: iv.rv Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 3 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ic Ic = β.ib => =β ib ic RC // Rt IT.3 Hệ số khuếch đại điện áp (Ku).Rt Rt Ku = = = Ki Un iv(Rn + Rv) Rn + R v 2.4 Hệ số khuếch đại công suất (Kp).5 Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Zr). Khi hở mạch Rt, , Zr = rce // Rc do rce >> Rc => Zr = RC.6 Quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra.
Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào làm ib tăng -> ic tăng -> UC giảm -> tín hiệu ra giảm. Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu vào làm ib giảm -> ic giảm ->UC tăng -> tín hiệu ra tăng. Vậy, với mạch EC thì tín hiệu vào và tín hiệu ra nghịch pha nhau.2 Mạch khuếch đại BC. C1 C2 Ur Rn Rc R1 R3 + Re 1k Un R2 - Cb Ucc Sơ đồ mạch re rc Ur Rn Rc Rt + Re rb En - B Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 4 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên 2.1 Trở kháng vào của Transistor (rV) và mạch khuếch đại (RV) Rv = Re // rv.
rb Ta có: U1= iere + ibrb=ie(re + ) 1+β rb rv = r e + 1+β 2. Hệ số khuếch đại dòng điện (Ki). Rv RC // Rt Ki = α , Ki < 1 r Rt 2. Hệ số khuếch đại điện áp (Ku).
Rv RC // Rt Ku = α r Rn + R v 2. Hệ số khuếch đại công suất. Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Z r). Khi không có tải Rt thì Zr = rr // Rc ( Rc với >> Rc).
Quan hệ giữa tính hiệu vào và tín hiệu ra. Ở bán kỳ dương của tín hiệu vào làm ie giảm -> ic giảm -> Uc tăng -> tín hiệu ra tăng. Ở bán kỳ âm của tín hiệu vào làm ie tăng -> ic tăng -> Uc giảm -> tín hiệu ra giảm. Vậy, với mạch BC thì tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau.3 Mạch khuếch đại CC.
Vcc R1 C1 C2 Ur Rn R2 + Re Un Rt - iv Sơ đồ mạch CC Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 5 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ib ib rb rc re Rn U1 Ur + R 1//R2 En - Re Rt R v rv Sơ đồ tương đương 2.1 Trở kháng vào của Transistor (rV) và mạch khuếch đại (RV) Rv = R1//R2//rv Ta có: U1= ibrb + iere + it(Re // Rt) U1= ib[rb + (1 + β)(re + Re // Rt)] rv = rb + (1+β)(re + Re // Rt) 2.2 Hệ số khuếch đại dòng điện của mạch (Ki). Rv RC // Rt Ki = (1 + β) rv Rt 2.3 Hệ số khuếch đại điện áp của mạch (Ku). Rv Re // Rt Ku = (1 + β) ,Ku < 1 r Rn + R v 2.4 Hệ số khuếch đại công suất của mạch (Kp). Quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra.
Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu và làm dòng ib tăng -> ie tăng -> Ue tăng -> tín hiệu ra tăng. Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu và làm dòng ib giảm -> ie giảm -> Ue giảm -> tín hiệu ra giảm. Vậy, tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau. Tham số BC EC CC Ki Nhỏ(0.2) Ku Lớn(72) Lớn(-72) Nhỏ(0.99) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 6 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Zin Nhỏ(20.4) Trung bình (986) Lớn(73K) Zout Lớn(1.6K) Nhỏ(32) ZL//Zout 1.46K 31 Mạch EC có Ku, Ki lớn nên Kp lớn, do đó được dùng trong các mạch khuếch đại công suất .Trở kháng vào và trở kháng ra trung bình nên tiện lợi cho việc ghép với tải và nguồn tín hiệu.
Mạch CC có trở kháng vào lớn nên thường dùng để lăm mạch phối hợp trở kháng. Mạch BC và EC có hồi tiếp âm qua điện trở Re nên thường được dùng làm nguồn dòng, còn mạch CC thường được dùng làm nguồn áp. Ở tần số cao thì mạch BC có nhiều ưu điểm hơn so với mạch EC và CC.2 HỒI TIẾP Hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của mạng 4 cực tích cực đưa trở về đầu vào thông qua một mạng 4 cực gọi là mạng hồi tiếp. Người ta chia hồi tiếp thành hai loại là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương.
Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật mạch tương tự. Cho phép thay đổi tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao chất lượng của bộ khuếch đại. Hồi tiếp có hai loại: + Hồi tiếp âm có tín hiệu hồi tiếp ngược pha tín hiệu vào nên làm giảm tín hiệu vào.Hồi tiếp âm một chiều được dùng để ổn định chế độ công tác, hồi tiếp âm xoay chiều dùng để ổn định các tham số của bộ khuếch đại. + Hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào nên làm mạnh tín hiệu vào.
Hồi tiếp dương thường làm cho khuếch đại mất ổn định nên thường được sử dụng để tạo dao động. Phân loại mạch hồi tiếp: • Hồi tiếp nối tiếp điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu và tỉ lệ điện áp đầu ra. • Hồi tiếp song song điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa vào đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ điện áp ra. • Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra.
Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 7 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên • Hồi tiếp song song dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào song song nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra.1 Hồi tiếp âm.1 Các phương trình cơ bản của mang 4 cực có hồi tiếp âm. Kn Xv Xh Xr Xn K (-) Xht Kht Sơ đồ khối toàn phần của bộ khuếch đại có hồi tiếp. Ta có các quan hệ sau: Xr = K.Xh (1) Xv= Kn.Xn (2) Xh = Xv - Xht (3) Xht= Kht.Xr (4) Từ (1),(2),(3) và (4) => Hàm truyền đạt toàn phần: Xr Ktp = = K’.Kn Xn Độ sâu hồi tiếp: g = 1 + K. Nếu |g| > 1 thì |K’| < |K| => hồi tiếp âm.
Nếu |g| < 1 thì |K’| > |K| => hồi tiếp dương 2.2 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuếch đại. Ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại. Ta có: K’ < K Iv Iv1 rh rh Uh Uh + rrht U - rrht K ht KhtXr hồi tiếp nối tiêp hồi tiếp song song Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 8 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Vậy, hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn khi không có hồi tiếp âm. Ảnh hưởng đến trở kháng vào.
Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp. Sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào phương pháp mắc mạch hồi tiếp về đầu vào (nối tiếp hay song song), không phụ thuộc phương pháp lấy tín hiệu ở đầu ra để đưa vào mạch hồi tiếp. Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp. Khi không có hồi tiếp (Kht.Xr=0): Uv Uh + U' Zv = = = rh + rrht Iv Ir Khi có hồi tiếp: Uv Uh(1 + K.rh + rrht Iv Iv Nếu rrht << rh => Z’v = g.
Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm song song Khi không có hồi tiếp: 1 1 1 Y’v = = + Zv rh rrht Khi có hồi tiếp: 1 Iv KhtXr + Ih + I' g 1 Y’v = = = = + Z' Uv Uv rh rrht Nếu reht >> rh thì Z’v= Zv /g Vậy: hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp lên g lần và hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào g lần. Ảnh hưởng đến trở kháng ra. Ira R R r U ra r Ura t + KngXh KhXh - rht rvh t hồi tiếp âm điện áp hồi tiếp âm dòng điện Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 9 ĐAMH1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Sự thay đổi trở kháng ra khi có hồi tiếp không phụ thuộc vào phương pháp lấy tín hiệu về mà phụ thuộc vào phương pháp nối đầu ra bộ khuếch đại vào mạch hồi tiếp. Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp.
Khi không có hồi tiếp: Zra = rr // rvht ( rr (vì rr<< rvht) ) Kh Xh Kh Xv Khi có hồi tiếp: Ing = = rr rr Urh rr rr rr Z’r = = = = ,rr << rvht Irng 1 + KhKht g1 g Zr Z’r = g bb. Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm dòng điện. Khi không có hồi tiếp: Zra = rr + rvht ( rr , rr >> rvht ) Khi có hồi tiếp: K h Xv Irng = Kng.Xv = 1 + KngKht Urh = Kng.Xh rr = Kng.Xv rr Ura Z’ra = = rr(1 + KngKht) = gngrr Ing Z’ra = g.Zra Vậy, hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra g lần, còn hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra g lần. Ảnh hưởng đến nhiễu và tạp âm.
Khi có tín hiệu đặt ở đầu vào bộ khuếch đại thì ở đầu ra ngoài tín hiệu được khuếch đại còn có tín hiệu nhiễu và tạp âm (do mạch sinh ra). Xh Xta K1 K2 Xr XV Xht Kht [(Xv - Xht)K1 + Xta].K2 = Xr K1K2Xv – K1K2Xht – K2Xta = Xr Thay Xht =Kht.