ứng dụng của điện tử công suất, chương 13 docx

Chương 13: ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN TÍN HI ỆU (R S ) VÀ TỔNG TRỞ TẢI (R L ) LÊN M ẠCH KHUẾCH ÐẠI Trong các chương trước, chúng ta ñã phân tích và tính toán các thông số của mạch khuếch ñại dùng BJT và FET khi không có tải và nguồn tín hiệu ñược xem như lý tưởng (không có nội trở). Thực tế, nguồn tín hiệu luôn có nội trở R S và mạch có tải R L . Nội trở R S và tải R L như vậy sẽ làm thay ñổi các thông số của mạch như tổng trở vào, tổng trở ra, ñộ lợi ñiện thế và ñộ lợi dòng ñiện. Nội dung của chương này là khảo sát ảnh hưởng của R S và R L lên các thông số. 4.1 HỆ THỐNG 2 CỔNG (two-port sys t e m s) Người ta thường xem BJT và FET như một hệ thống 2 cổng (hay tứ cực) như hình 4.1 Trong ñó v i , i i , Z i lần lượt là ñiện thế (tín hiệu), dòng ñiện và tổng trở của ngõ vào. v 0 , i 0 , Z 0 là ñiện thế, dòng ñiện và ñiện trở của ngõ ra. A VNL , A INL là ñộ lợi ñiện thế và ñộ lợi dòng ñiện của hệ thống. Toàn bộ các thông số này ñược ñịnh nghĩa khi ngõ ra không mắc tải và không có ñiện trở nguồn R S . Áp dụng ñịnh lý Thevenin ở hai cực của ngõ ra, ta có: Z th =Z 0 =R 0 Nguồn ñiện thế Thevenin E th là ñiện thế mạch hở giữa 2 ñầu ngõ ra, ñó là v 0 . Vậy: Nên E th =A VNL .v i Ta có thể dùng R i =Z i =v i /i i ñể biểu diễn mạch ngõ vào và dùng nguồn Thevenin E th =A VNL .V i và Z 0 =R 0 ñể biểu diễn ngỏ ra của hệ thống 2 cổng. Ðể thử lại mạch tương ñương này, ta thử tìm Z 0 và A VNL . Ðể tìm Z 0 , ta nối tắt ngõ vào tức v i =0v, từ ñó A VNL .v i =0v và tương ñương với mạch nối tắt, do ñó Z 0 =R 0 như ñã ñịnh nghĩa phía trên. Sự vắng mặt của tải sẽ ñưa ñến i 0 =0 và ñiện thế giảm qua R 0 là V R0 =0. Do ñó ở ngõ ra hở chính bằng nguồn A VNL .v i . Thí dụ: Cho mạch phân cực cố ñịnh như hình 4.3. Hãy vẽ mạch tương ñương 2 cổng. Gi ả i: Phân giải mạch này ta tìm ñược: Z i =1.07kΩ; Z 0 =3kΩ; A VNL =-280.11 (xem lại chương 2) Dùng các dữ kiện này ta vẽ lại mạch tương ñương 2 cổng như hình 4.4. Dấu trừ trong nguồn ñiện thế phụ thuộc có nghĩa là nguồn ñiện thế thật sự ngược với nguồn ñiều khiển chỉ ñịnh trên hình vẽ. Nó cũng cho thấy ñộ lệch pha 180 0 giữa ñiện thế ngõ vào và ngõ ra. Trong thí dụ trên, ñiện trở R C =3kΩ ñược ñưa vào ñể xác ñịnh ñộ lợi ñiện thế không tải. Sự phân tích trong chương này sẽ xem các ñiện trở phân cực là thành phần của ñộ lợi không tải, tải R L sẽ ñược nối vào các cực của ngõ ra. 4.2 HIỆU ỨNG CỦA TỔNG TRỞ TẢI R L Phần này, ta xem ảnh hưởng của tổng trở tải R L ñối với kiểu mẩu 2 cổng. (xem hình 4.5) Áp dụng công thức cầu chia ñiện thế ở mạch ngõ ra ta có: Tuy R i thay ñổi tùy theo dạng mạch, nhưng dòng ñiện ngõ vào luôn luôn ñược xác ñịnh bởi: Ðộ lợi dòng ñiện như vậy có thể tìm ñược từ ñộ lợi ñiện thế, tổng trở vào và ñiện trở tải. Ðường thẳng lấy ñiện ñộng: (xoay chiều) ñược xem như nối tắt và tải của mạch ñiện ñược xem là R L và ñiện trở cực thu R C mắc song song với nhau. Tác dụng của ñiện trở tải R L làm cho ñường thẳng lấy ñiện ñộng có dốc ñứng hơn dòng ñiện lấy ñiện tĩnh. Ðiểm chú ý quan trọng là cả 2 ñường thẳng này ñều qua cùng một ñiểm Q. Khi chưa mắc tải R L , nếu ta áp một tín hiệu nhỏ hình sin vào cực nền của transistor , dòng ñiện cực nền của transistor sẽ biến ñộng từ I B1 ñến I B3 nên ñiện thế ngỏ ra V CE cũng biến ñộng như hình vẽ. Nếu ta mắc tải R L vào, vì sự biến ñộng của I B vẫn không thay ñổi nhưng ñộ dốc của ñường thẳng lấy ñiện ñã thay ñổi (ñứng hơn) nên tín hiệu ra V CE nhỏ hơn. 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN R S Bây giờ ta quay lại ngõ vào của hệ thống 2 cổng và khảo sát ảnh hưởng của nội trở của nguồn tín hiệu lên ñộ lợi của mạch khuếch ñại. Hình 4.8 mô tả một nguồn tín hiệu V S có nội trở R S ñược áp vào ngõ vào của hệ thống 2 cổng căn bản. Từ ñịnh nghĩa của Z i và A VNL ta thấy chúng không bị ảnh hưởng bởi nội trở R S nhưng tổng trở ra có thể bị ảnh hưởng bởi R S . Từ hình 4.8, ta thấy tín hiệu v i ñưa vào hệ thống 2 cổng bây giờ là: Như vậy nếu nội trở nguồn R S càng lớn thì ñộ lợi của mạch càng nhỏ (do tín hiệu vào v i nhỏ). Với hệ thống 2 cổng bên trên ta có: . trong chương này sẽ xem các ñiện trở phân cực là thành phần của ñộ lợi không tải, tải R L sẽ ñược nối vào các cực của ngõ ra. 4.2 HIỆU ỨNG CỦA TỔNG TRỞ TẢI R L Phần này, ta xem ảnh hưởng của tổng. Chương 13: ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN TÍN HI ỆU (R S ) VÀ TỔNG TRỞ TẢI (R L ) LÊN M ẠCH KHUẾCH ÐẠI Trong các chương trước, chúng ta ñã phân tích và tính toán các thông số của mạch. dốc của ñường thẳng lấy ñiện ñã thay ñổi ( ứng hơn) nên tín hiệu ra V CE nhỏ hơn. 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN R S Bây giờ ta quay lại ngõ vào của hệ thống 2 cổng và khảo sát ảnh hưởng của nội