CHƯƠNG I NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ HỌC CHƢƠNG 1 NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ HỌC 1 1 Tín hiệu 1 2 Phổ tần của tín hiệu 1 3 Tín hiệu số và tương tự 1 4 Khuếch đại tín hiệu 1 5 Mô hình mạch khuếch đại 1 6 Đáp ứng tần của mạ.
CHƢƠNG NHẬP MƠN ĐIỆN TỬ HỌC 1.1 Tín hiệu 1.2 Phổ tần tín hiệu 1.3 Tín hiệu số tương tự 1.4 Khuếch đại tín hiệu 1.5 Mơ hình mạch khuếch đại 1.6 Đáp ứng tần mạch khuếch đại 1.7 Phản hồi khuếch đại 1.1 TÍN HIỆU Tín hiệu chứa đựng thơng tin vật việc khác giới vật chất Có nhiều ví dụ tín hiệu như: Thơng tin thời tiết, chứa đựng tín hiệu thể nhiệt độ, áp suất, tốc độ gió,…Giọng nói chương trình radio đọc tin thời vào mirco tín hiệu âm Nó chứa đựng thông tin vấn đề giới Để kiểm tra tình trạng lị phản ứng hạt nhân, người ta sử dụng công cụ để đo đạc vô số thông số liên quan, công cụ cung cấp loại tín hiệu Để thu thông tin cần thiết từ tập hợp tín hiệu ta phải xử lý tín hiệu theo cách thức định Q trình xử lý thơng tin thực cách thuận tiện hệ thống điện tử Tuy nhiên, để thực điều này, trước tiên tín hiệu cần xử lý phải chuyển đổi sang dạng tín hiệu điện, dịng điện hay điện áp Q trình thực thiết bị gọi chuyển đổi (cảm biến, sensor) Trong thực tế tồn nhiều chuyển đổi, chuyển đổi phù hợp với vô số dạng khác tín hiệu vật lý Ví dụ như, sóng âm sinh người chuyển đổi sang tín hiệu điện việc sử dụng micro, dựa vào chuyển đổi áp suất Do mục tiêu nghiên cứu chuyển đổi, nên ta giả thiết tín hiệu mong muốn chuyển dạng tín hiệu điện biểu diễn thơng qua hai dạng tương đương mơ tả Hình 1.1 Trong Hình 1.1(a) tín hiệu miêu tả thơng qua nguồn điện áp vs (t ) có nội trở nguồn Rs Với cách miêu tả khác Hình 1.1(b) tín hiệu thể thơng qua nguồn dịng điện is (t ) có nội trở nguồn Rs Mặc dù hai cách miêu tả tương đương, dạng Hình 1.1(a) (được biết đến dạng Thevenin) sử dụng nhiều Rs có giá trị thấp Cịn dạng Hình 1.1(b) (dạng Norton) lại sử dụng nhiều Rs có giá trị cao Phần sau chương lý giải rõ điều đề cập dạng khác khuếch đại Chú ý với hai mô tả Hình 1.1 tương đương, thơng số chúng phải thỏa mãn phương trình: vs (t ) Rsis (t ) Từ phần thảo luận trên, ta thấy tín hiệu đại lượng biến đổi theo thời gian miêu tả thơng qua đồ thị Hình 1.2 Trong thực tế nội dung thông tin nằm thay đổi độ lớn tín hiệu theo thời gian - tức thơng tin chứa đựng “đường gợn sóng” dạng tín hiệu Nhìn chung, dạng sóng khó mơ tả tốn học Nói theo cách khác, không dễ dàng để miêu tả cô đọng dạng sóng Hình 1.2 Hiển nhiên, việc mơ tả dạng tín hiệu có tầm quan trọng lớn mục đích thiết kế mạch xử lý tín hiệu thích hợp nhằm thực chức mong muốn tín hiệu cho trước Hình 1.1 Hai cách khác thể nguồn tín hiệu (a) Dạng Thevenin (b) Dạng Norton Hình 1.2 Tín hiệu điện áp 1.2 PHỔ TẦN SỐ CỦA TÍN HIỆU Một phương pháp mơ tả đặc tính tín hiệu hiệu quả, với hàm thời gian nào, theo phổ tần số Cách mơ tả tín hiệu đạt thơng qua cơng cụ tốn học chuỗi Furie biến đổi Furie Ở đây, ta không cần quan tâm chi tiết đến biến đổi mà cần hiểu chúng cho ta phương pháp mô tả tín hiệu điện áp dịng điện is (t ) vs (t ) tín hiệu tập hợp tín hiệu hình sin có tần số biên độ khác Điều làm cho sóng hình sin trở thành tín hiệu quan trọng phân tích, thiết kế kiểm tra mạch điện tử Chính vậy, trước tiên, ta tìm hiểu qua tính chất đường hình sin Hình 1.3 trình bày dạng tín hiệu điện áp hình sin va (t ) = Va sin t va (t ) (1.1) Hình 1.3 Tín hiệu điện áp hình sin với biên độ Va , chu kỳ T, tần số f = T Hz Trong Hình 1.3, Va biểu thị giá trị cực đại hay biên độ, có đơn vị volt biểu thị tần số góc có đơn vị radian giây = f rad/s Tần số f tính hertz, f = 1/T Hz T chu kỳ tính giây Tín hiệu hình sin hồn tồn đặc trưng tham số là: giá trị cực đại Va , tần số góc , góc pha so với thời gian tham chiếu Trong trường hợp mơ tả Hình 1.3, thời điểm ban đầu chọn cho góc pha ban đầu Ta biểu diễn biên độ sóng sin theo giá trị hiệu dụng (bằng giá trị giá trị cực đại chia cho Va / 2 ) Do giá trị hiệu dụng đường hình sin va (t ) Hình 1.3 Ví dụ, ta nói nguồn cung cấp lưới điện sinh hoạt 220V, ta hiểu có dạng sóng hình sin có giá trị điện áp cực đại 220 V Trong việc thể tín hiệu tổng đường hình sin, tín hiệu hàm thời gian có chu kỳ, chuỗi Furie dùng để thực nhiệm vụ Mặt khác, trường hợp tổng qt, tín hiệu mà dạng sóng hàm theo thời gian ta sử dụng biến đổi Furie Chuỗi Furie cho phép biểu diễn hàm tuần hoàn theo thời gian cho trước dạng tổng vô hạn sóng hình sin có tần số (cùng tần số với hàm tuần hồn) sóng hài Ví dụ, tín hiệu xung vng đối xứng Hình 1.4 mơ tả sau: v(t ) = 4V ( sin 0t + sin 30t + sin 50t +…) Trong V biên độ xung vuông 0 = 2 / T (1.2) (T chu kỳ xung vuông) tần số Chú ý biên độ sóng hài bậc cao giảm dần, nên chuỗi vơ hạn loại bỏ, chuỗi lược bỏ làm cho dạng tín hiệu cịn gần giống với xung vng Hình 1.4 Tín hiệu xung vng tuần hồn đối xứng có biên độ V Hình 1.5 Phổ tần số xung vng tuần hồn Hình 1.4 Những thành phần hình sin chuỗi Phương trình 1.2 tạo thành phổ tần số tín hiệu xung vng Phổ biểu diễn đồ thị Hình 1.5, trục hồnh thể cho tần số góc ω có đơn vị rad/s Biến đổi Furie áp dụng trường hợp tổng quát cho hàm khơng tuần hồn theo thời gian (VD tín hiệu mơ tả Hình 1.2) kết phổ tần số tín hiệu giống hàm liên tục theo tần số (thể Hình 1.6) Điều khơng giống trường hợp tín hiệu tuần hồn mà phổ tần bao gồm tần số gián đoạn (ở 0 sóng hài nó) Nói chung phổ tín hiệu khơng tuần hồn bao gồm tất tần số Tuy nhiên, thành phần cần thiết phổ tín hiệu thực tế giới hạn đoạn tương đối ngắn trục tần số (đây nhật xét có lợi q trình xử lý tín hiệu này) Ví dụ, phổ âm nghe tiếng nói âm nhạc kéo dài khoảng 20Hz tới khoảng 20kHz- khoảng tần số gọi dải âm Ở ta nên lưu ý số nhạc cụ phát âm có tần số cao 20kHz, tai người khơng có khả nghe âm tần số lớn nhiều 20 kHz Một ví dụ khác, tín hiệu video tương tự có phổ tần nằm khoảng 0MHz tới 4.5MHz Như vậy, tín hiệu biểu diễn theo cách mà dạng sóng biến đổi theo thời gian, tín hiệu điện áp va (t ) mơ tả Hình 1.2 theo phổ tần số nó, Hình 1.6 Hai cách biểu diễn khác gọi hai cách biểu diễn tín hiệu miền thời gian miền tần số Biểu diễn miền tần số va (t ) biểu thị ký hiệu Va ( ) Hình 1.6 Phổ tần tín hiệu Hình 1.2 1.3 TÍN HIỆU TƢƠNG TỰ VÀ TÍN HIỆU SỐ Tín hiệu điện áp mơ tả Hình 1.2 gọi tín hiệu tương tự Tên gọi xuất phát từ thực tế tín hiệu gần tương tự với tín hiệu vật lý mà biểu diễn Độ lớn tín hiệu tương tự nhận giá trị thời điểm Tức là, biên độ thời gian tín hiệu tương tự biến đổi liên tục khoảng làm việc Phần lớn tín hiệu giới xung quanh tín hiệu tương tự Các mạch điện tử để xử lý tín hiệu gọi mạch tương tự Mơn học nghiên nghiên cứu nhiều mạch tương tự với chức khác Một số tín hiệu cịn biểu diễn thơng qua dãy số Trong đó, số biểu diễn độ lớn tín hiệu thời điểm định Tín hiệu gọi tín hiệu số Hình 1.7(a) cho thấy làm để biểu diễn tín hiệu theo cách Tức là, làm mà tín hiệu chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số Ở đường cong biểu diễn tín hiệu điện áp, giống Hình 1.2 Ở khoảng thời gian trục thời gian ta đánh dấu thời điểm t0 , t1, t2 ,…Tại thời điểm ta đo độ lớn tín hiệu, q trình gọi trình lấy mẫu Hình 1.7(b) cho thấy cách biểu diễn tín hiệu Hình 1.7a theo mẫu Tín hiệu Hình 1.7(b) xác định thời điểm lấy mẫu Nó khơng cịn hàm liên tục theo thời gian nữa, mà tín hiệu rời rạc theo thời gian Tuy nhiên, độ lớn mẫu lấy giá trị khoảng liên tục nên tín hiệu Hình 1.7(b) cịn tín hiệu tương tự Nếu biểu diễn xấp xỉ độ lớn mẫu tín hiệu Hình 1.7(b) số ta số dạng nhóm chữ số (tùy thuộc vào việc dụng hệ số để biểu diễn) Như biên tín hiệu khơng cịn liên tục Nói hơn, lượng tử hóa, rời rạc hóa hay số hóa Tín hiệu số minh họa dãy số thể độ lớn mẫu tín hiệu liên tục Việc lựa chọn các hệ số để biểu diễn mẫu tín hiệu tác động tới dạng tín hiệu số sinh ảnh hưởng lớn đến độ phức tạp mạch số cần thiết để xử lý tín hiệu Hình 1.7 (a) Lấy mẫu tín hiệu tương tự liên tục (b) Tín hiệu rời rạc sau lấy mẫu Ta thấy hệ thống số nhị phân đem lại tín hiệu mạch số đơn giản Trong hệ thống nhị phân, bit số nhận hai giá trị có thể, Tương ứng, tín hiệu số hệ thống nhị phân cần hai mức điện áp gán mức thấp mức cao Trong số mạch điện tử nghiên cứu mơn học này, mức điện áp 0V 5V Hình 1.8 thể biến đổi theo thời gian mạch số Có thể quan sát thấy dạng sóng hình chuỗi xung với 0V thể cho tín hiệu hay mức logic 0, +5V thể cho mức logic Hình 1.8 Sự biến đổi tín hiệu số nhị phân theo thời gian Nếu ta sử dụng N bit nhị phân để biểu diễn mẫu tín hiệu tương tự, giá trị mẫu số hóa thể sau: D b0 20 b1 21 b2 22 bN 12 N 1 (1.3) Trong dãy b0 , b1, bN 1 gồm N bit bit có giá trị Ở bit b0 bít có trọng số thấp (LSB) bit bN 1 bit có trọng số cao (MSB) Theo quy ước, số nhị phân viết bN 1bN b0 Ta thấy cách biểu diễn lượng tử hóa mẫu tương tự thành N mức Nhận thấy số lượng bit lớn (tức N lớn), từ số D xấp xỉ độ lớn mẫu tương tự Nói cách khác, số lượng bit tăng làm giảm sai số lượng tử hóa làm tăng độ phân giải chuyển đổi tương tự - số Tuy nhiên, mạch chuyển đổi thường phải phức tạp dẫn đến tốn chế tạo mạch Mục đích khơng phải để tìm hiểu sâu chủ đề mà đơn muốn thấy chất tín hiệu tương tự số Tuy vậy, hội để giới thiệu modul mạch quan trọng cho hệ thống điện tử đại: Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D ADC) thể dạng sơ đồ khối Hình 1.9 Bộ chuyển đổi ADC nhận đầu vào mẫu tín hiệu tương tự cung cấp cho mẫu đầu vào biểu diễn số N-bit tương ứng N chân đầu (theo Phương trình 1.3) Do đó, điện áp đầu vào 6.51V, chân đầu (chân thứ i), điện áp mức thấp (0V) mức cao (5V) tùy theo việc chân bi tương ứng gán hay Chúng ta nghiên cứu ADC mạch đối ngẫu biến đổi số - tương tự (D/A DAC) nội dung môn học Kỹ thuật điện tử số Khi tín hiệu dạng số, tín hiệu xử lý mạch số Tất nhiên mạch số xử lý tín hiệu khơng có nguồn gốc tương tự, ví dụ tín hiệu biểu diễn lệnh khác máy tính số Do mạch số xử lý với tín hiệu nhị phân, nên thiết kế chúng đơn giản mạch tương tự Hơn nữa, thực tế, hệ thống số thiết kế sử dụng số dạng tương đối khác khối mạch số Các mạch số thực tế thường cần số lượng lớn (hàng trăm ngàn chí hàng triệu) khối Do thiết kế mạch số đặt thách thức người thiết kế mang đến thực tin cậy kinh tế cần có thay đổi lớn hàm xử lý tín hiệu Đặc biệt số biến đổi tín hiệu khơng thể thực với mạch tương tự Hiện tại, ngày nhiều hàm xử lý tín hiệu thực theo dạng số Có nhiều ví dụ hệ thống xử lý số xung quanh ta: Từ đồng hồ số máy tính tới hệ thống âm số và, gần TV số Hơn nữa, tới thời điểm tại, số hệ thống tương tự lâu đời hệ thống truyền thông điện thoại số hóa tồn Và ta khơng nên quên ứng dụng quan trọng tất hệ thống số, máy tính số Các khối hệ thống số mạch logic mạch nhớ Ta nghiên cứu chi tiết hai khối môn học Kỹ thuật điện tử số Hình 1.9 Sơ đồ khối biến đổi tương tự - số (ADC) Một ý cuối cùng: Mặc dù việc xử lý số tín hiệu phổ biến, tồn nhiều hàm xử lý tín hiệu mà thực tốt mạch tương tự Hơn nữa, nhiều hệ thống điện tử bao gồm phần tương tự phần số Do kỹ sư điện tử giỏi phải thành thạo thiết kế mạch tương tự mạch số, thiết kế tín hiệu hỗn hợp mạch tổ hợp mà gần hay nhắc đến 1.4 CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI Trong phần này, giới thiệu hàm xử lý tín hiệu sử dụng hầu hết hệ thống điện tử gọi khuếch đại tín hiệu Trước tiên, ta nghiên cứu khuếch đại khối mạch xây dựng sẵn Tức là, xem xét đặc tính ngồi để dành việc thảo luận vấn đề thiết kế mạch điện bên chương sau 1.4.1 Khuếch đại tín hiệu Từ quan điểm lý thuyết, xử lý tín hiệu đơn giản khuếch đại tín hiệu Yêu cầu khuếch đại sinh biến đổi cung cấp tín hiệu cho tương đối “yếu”, tức khoảng microvolt (V ) hay milivolt (mV) với lượng nhỏ Những tín hiệu nhỏ để xử lý cách tin cậy, việc xử lý dễ dàng nhiều biên độ tín hiệu tạo lớn Khối chức thực nhiệm vụ gọi khuếch đại tín hiệu Trước tiên, ta xem xét cần thiết mức độ tuyến tính khuếch đại Khi khuếch đại tín hiệu, phải thật cẩn thận cho thơng tin tín hiệu khơng bị thay đổi khơng sinh thơng tin Do cung cấp tín hiệu Hình 1.2 cho khuếch đại, ta mong muốn tín hiệu đầu khuếch đại trở thành y hệt đầu vào, tất nhiên loại trừ việc có biên độ lớn Nói theo cách khác, dao động dạng sóng đầu phải đồng với dạng sóng đầu vào Bất kỳ thay đổi dạng sóng coi méo dạng tất nhiên không mong muốn Một khuếch đại bảo đảm chi tiết dạng sóng tín hiệu đặc trưng quan hệ: vo (t ) Avi (t ) Trong vi v0 theo (1.4) thứ tự tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu A số thể cho khả khuếch đại, gọi hệ số khuếch đại Khi phương trình (1.4) quan hệ tuyến tính, khuếch đại mà mơ tả khuếch đại tuyến tính Có thể dễ dàng nhận thấy quan hệ vo vi chứa đựng bậc cao vi , dạng sóng vo khơng cịn đồng với vi Do khuếch đại thể méo dạng phi tuyến Các khuếch đại thảo luận trước chủ yếu dùng để hoạt động với tín hiệu vào nhỏ Mục tiêu chúng làm cho biên độ tín hiệu lớn gọi khuếch đại điện áp Bộ tiền khuếch đại hệ thống dàn âm gia đình ví dụ khuếch đại điện áp Tuy nhiên, thường khơng làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu Đặc biệt hơn, thực số định dạng lên phổ tần số tín hiệu đầu vào Tuy nhiên, chủ đề nằm ngồi cần thời điểm thảo luận kỹ lưỡng mơn học Xử lý tín hiệu số Tiếp theo, đề cập đến dạng khác khuếch đại, khuếch đại cơng suất Bộ khuếch đại cơng suất cung cấp hệ số khuếch đại điện áp khiêm tốn hệ số khuếch đại dòng đáng kể Do thường với tiền khuếch đại dù tiêu thụ lượng từ nguồn tín hiệu đầu vào, sinh giá trị cơng suất lớn tới tải Ta thấy ví dụ cụ thể khuếch đại công suất hệ thống dàn âm gia đình, mục đích để cung cấp đủ công suất để dàn loa công suất hoạt động –dàn loa tải khuếch đại Ở ta nên ý dàn loa công suất chuyển đổi đầu hệ thống âm Nó chuyển đổi tín hiệu điện đầu hệ thống thành tín hiệu âm Đánh giá thêm cần thiết tính tuyến tính thu thơng qua việc dựa hoạt động khuếch đại cơng suất Một khuếch đại cơng suất tuyến tính sinh đoạn nhạc nhẹ lẫn đoạn nhạc lớn lại mà không bị méo dạng 1.4.2 Ký hiệu mạch khuếch đại Bộ khuếch đại tín hiệu hiển nhiên mạng hai cửa (cổng vào cổng ra) Chức thể cách rõ ràng thông qua ký hiệu mạch Hình 1.10(a) Ký hiệu phân biệt rõ cổng vào mơ tả hướng truyền tín hiệu Do đó, sơ đồ sau khơng cịn cần thiết để đánh dấu hai cổng “vào”, “ra” Nói chung ta biểu diễn khuếch đại thành mạng bốn cực gồm hai tiếp điểm vào tách biệt với hai tiếp điểm Một tính thường thấy minh họa Hình 1.10(b), tiếp điểm chung tồn cổng vào khuếch đại Tiếp điểm chung sử dụng điểm tham chiếu gọi điểm đất mạch Trong Av hệ số góc đoạn gần tuyến tính đường cong truyền đạt, nghĩa là: Av dvo dvI atQ Theo cách ta có khuếch đại tuyến tính Tất nhiên, tồn giới hạn: Tín hiệu đầu vào phải giữ tương đối đủ nhỏ Việc tăng độ lớn tín hiệu vào khiến cho q trình làm việc trở nên khơng cịn bị hạn chế đoạn gần tuyến tính đường cong truyền đạt Điều dẫn đến dạng sóng tín hiệu đầu bị méo dạng Sự méo dạng phi tuyến khơng mong muốn: Tín hiệu đầu chứa đựng thông tin sai lệch thêm vào, khơng thuộc đầu vào Ta sử dụng phương pháp phân cực phép lấy xấp xỉ tín hiệu nhỏ ghép với cách thường xuyên thiết kế khuếch đại sử dụng tranzito Hình 1.14 (a) Đặc tính truyền đạt khuếch đại thể tính phi tuyến đáng kể (b) Để đạt q trình hoạt động tuyến tính khuếch đại phân cực biên độ tín hiệu giữ mức nhỏ Bộ khuếch đại hoạt động nguồn cung cấp chiều, VDD Khi khuếch đại phân cực cách thích hợp tín hiệu đầu vào giữ tương đối nhỏ, trình hoạt động giả thiết tuyến tính Nhờ ta ứng dụng phép phân tích mạch tuyến tính để phân tích q trình gia cơng lên tín hiệu mạch khuếch đại Đây chủ đề phần 1.5 1.6 1.4.9 Quy tắc ký hiệu Để thuận tiện cho việc thảo luận, ta nhắc lại thuật ngữ sử dụng phía thuật ngữ sử dụng xuyên suốt giảng Các đại lượng tức thời ký hiệu chữ in thường với số viết hoa, ví dụ iA (t ), vC (t ) Các đại lượng chiều ký hiệu ký hiệu chữ in hoa với số viết hoa, ví dụ I A ,VC Điện áp nguồn (một chiều) ký hiệu chữ in hoa V với số dòng hai chữ in hoa, ví dụ như, VDD Một ký hiệu tương tự sử dụng cho dòng điện chiều đưa từ nguồn cung cấp, ví dụ I DD Cuối cùng, đại lượng tín hiệu biến thiên theo thời gian ký hiệu ký hiệu chữ in thường với số viết thường, ví dụ, ia (t ), vc (t ) Nếu tín hiệu sóng sin, biên độ ký hiệu chữ in hoa với số in thường, ví dụ như, I a ,Vc Ký hiệu minh họa Hình 1.16 Hình 1.16 Quy ước ký hiệu sử dụng 1.5 MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN BỘ KHUẾCH ĐẠI Phần quan trọng nội dung môn học thiết kế mạch khuếch đại sử dụng nhiều loại tranzito khác Những mạch biến đổi cách phức tạp từ mạch sử dụng tranzito tới mạch với 20 tranzito nhiều Để áp dụng mạch khuếch đại thu khối xây dựng sẵn hệ thống, phải đặc tính hóa, mơ hình hóa trạng thái đầu cực Trong phần này, ta nghiên cứu mơ hình khuếch đại đơn giản hiệu Những mơ hình áp dụng mà không cần quan tâm đến mức độ phức tạp mạch điện bên khuếch đại Giá trị thơng số mơ hình xác định phân tích mạch khuếch đại hay biểu diễn qua đại lượng đo đầu cực khuếch đại 1.5.1 Bộ khuếch đại điện áp Hình 1.17(a) mơ tả mơ hình mạch điện cho khuếch đại điện áp Mơ hình bao gồm điện áp vào, nguồn điện áp điều khiển có hệ số khuếch đại Avo , trở kháng vào RI nguyên nhân khiến cho khuếch đại sinh dòng vào từ nguồn tín hiệu, trở kháng Ro nguyên nhân dẫn đến thay đổi điện áp khuếch đại trình bày trước để cung cấp dịng cho tải Hình 1.17 (a) Mơ hình mạch điện cho khuếch đại điện áp (b) Bộ khuếch đại điện áp với nguồn tín hiệu đầu vào tải Để cho rõ ràng, ta thể Hình 1.17(b) mơ hình khuếch đại cung cấp nguồn tín hiệu điện đầu khác khơng vs có Ro dẫn trở kháng Rs kết nối đầu tải trở kháng đến phần Avovi xuất RL Trở kháng đầu Sử dụng luật phân áp ta thu vo Avovi RL RL Ro Do hệ số khuếch đại tính Av vo RL Avo vi RL Ro (1.12) Theo phương trình 1.12, để khơng làm tổn hao hệ số khuếch đại mắc đầu khuếch đại với tải, trở kháng Ro nên nhỏ nhiều so với RL Nói cách khác, với RL định cho trước, ta phải thiết kế khuếch đại cho Ro nhỏ nhiều RL Hơn nữa, có ứng dụng mà RL biến đổi phạm vi định Để giữ điện áp ổn định, khuếch đại thiết kế với Ro nhỏ nhiều so với giá trị nhỏ khuếch đại điện áp lý tưởng khuếch đại có RL , Av Avo Do Avo vo có Ro thể gần RL Một Phương trình (1.12) mô tả cho hệ số khuếch đại điện áp khuếch đại không tải, hay hệ số khuếch đại điện áp hở mạch Cần ý việc xác định hệ số khuếch đại điện áp khuếch đại, cần phải xác định giá trị trở kháng tải hệ số khuếch đại đo đạc tính tốn Nếu trở kháng tải không định rõ, ta thường giả thiết hệ số khuếch đại cho trước hệ số khuếch đại hở mạch Avo Trở kháng vào xác định Ri gây tác động phân áp khác lên đầu vào, với kết phần tín hiệu nguồn vs thực đưa tới điện cực vào khuếch đại; : vi vs Ri Ri Rs (1.13) Theo phương trình 1.13, để khơng làm tổn hao đáng kể tín hiệu vào nối nguồn tín hiệu với đầu vào khuếch đại, khuếch đại phải thiết kế để có trở kháng vào Ri lớn nhiều so với trở kháng nguồn tín hiệu, Ri Rs Hơn nữa, có nhiều ứng dụng trở kháng nguồn biến đổi phạm vi định Để tối thiểu hóa ảnh hưởng biến đổi lên giá trị tín hiệu xuất đầu vào khuếch đại, trình thiết kế khuếch đại phải đảm bảo Ri phải lớn nhiều so với giá trị lớn tưởng khuếch đại có Ri Rs Một khuếch đại điện áp lý Trong trường hợp lý tưởng hệ số khuếch đại dòng khuếch đại cơng suất có giá trị vơ Hệ số khuếch đại điện áp tổng ( vo / vs ) tìm kết hợp Phương trình (1.12) (1.13), vo Ri RL Avo vs Ri Rs RL Ro Trong số trường hợp, điều cần quan tâm hệ số khuếch đại điện áp mà hệ số khuếch đại cơng suất đáng kể Ví dụ, tín hiệu từ nguồn có điện áp đáng kể trở kháng nguồn lại có giá trị lớn nhiều so với trở kháng tải Khi kết nối trực tiếp nguồn với tải dẫn đến suy giảm đáng kể lượng tín hiệu Trong trường hợp này, cần có khuếch đại với trở kháng vào cao (lớn nhiều so với trở kháng nguồn) trở kháng thấp (nhỏ nhiều so với trở kháng tải) với hệ số khuếch đại điện áp vừa phải (thậm chí hệ số khuếch đại điện áp một) Bộ khuếch đại xem khuếch đại đệm Chúng ta thường xuyên bắt gặp khuếch đại đệm môn học 1.5.2 Bộ khuếch đại ghép tầng Để đáp ứng đặc điểm kỹ thuật khuếch đại cho trước, nảy sinh yêu cầu phải thiết kế khuếch đại gồm hai hay nhiều tầng Các tầng thường không đồng với Đúng hơn, tầng thiết kế để đáp ứng mục đích đặc biệt Ví dụ, tầng thường bắt buộc phải có trở kháng vào lớn, tầng cuối thiết kế để có trở kháng nhỏ (xem sách tập) 1.5.3 Những dạng khuếch đại khác Trong sơ đồ thiết kế hệ thống điện tử, tín hiệu mong muốn dù có đầu vào hệ thống, tầng trung gian hay đầu điện áp hay dịng điện Ví dụ, số chuyển đổi có trở kháng lớn mơ hình hóa cách thích hợp nguồn dòng điện Tương tự, thực tế có ứng dụng dịng đầu quan tâm nhiều điện áp đầu Do đó, khuếch đại điện áp phổ biến khuếch đại xem xét bên bốn dạng khuếch đại thực Ba dạng lại khuếch đại dòng, khuếch đại chuyển đổi điện áp khuếch đại chuyển đổi dịng điện Bảng 1.1 mơ tả bốn dạng khuếch đại, mơ hình mạch điện chúng, dẫn giải thông số khuếch đại giá trị lý tưởng trở kháng đầu vào đầu chúng 1.5.4 Mối quan hệ mơ hình bốn khuếch đại Mặc dù với khuếch đại cho trước có dạng bốn mơ hình Bảng 1.1 đặc biệt thích hợp nhất, dạng bốn dạng sử dụng để mơ hình hóa khuếch đại Trong thực tế, mối quan hệ đơn giản xuất phát từ liên hệ thơng số nhiều mơ hình Ví dụ, hệ số khuếch đại hở mạch Avo liên hệ với hệ số khuếch đại dòng ngắn mạch Ais sau: Điện áp đầu hở mạch sinh mô hình khuếch đại điện áp Bảng 1.1 Avovi Mơ hình khuếch đại dịng điện bảng sinh điện áp hở mạch Aisii Ro Cân hai giá trị ý ii vi / Ri cho ta: R Avo Ais o Ri Loại Mạch mẫu Thông số khuếch đại R0 Khuếch i0 mạch đầu Ri vi Avovi Đặc tính lý tưởng Hệ số khuếch đại điện áp hở đại điện áp (1.14) vo Avo vo vi (V/V) Ri R0 io 0 Hệ số khuếch đại Khuếch đại dòng điện ii Ri dòng điện ngắn mạch đầu i0 Avoii R0 vo Ais io ii (A/A) vo 0 Ri R0 ... hệ v? ?i hệ số khuếch đ? ?i dòng ngắn mạch Ais sau: ? ?i? ??n áp đầu hở mạch sinh mơ hình khuếch đ? ?i ? ?i? ??n áp Bảng 1.1 Avovi Mơ hình khuếch đ? ?i dịng ? ?i? ??n bảng sinh ? ?i? ??n áp hở mạch Aisii Ro Cân hai giá... để n? ?i v? ?i nguồn chiều Để khuếch đ? ?i hoạt động, đầu n? ?i V+ ph? ?i n? ?i v? ?i cực dương nguồn chiều ? ?i? ??n áp V1 cực âm n? ?i v? ?i ? ?i? ??m đất mạch Ngo? ?i ra, đầu cực V ph? ?i n? ?i v? ?i cực âm nguồn chiều ? ?i? ??n... Theo đó, ? ?i? ??m làm việc đặt tên Q ? ?i? ??n áp chiều tương ứng đầu VO ? ?i? ??m Q biết đến ? ?i? ??m ổn định, ? ?i? ??m phân cực chiều hay đơn giản ? ?i? ??m làm việc Tín hiệu biến đ? ?i theo th? ?i gian khuếch đ? ?i, vi (t )