Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử part 16 docx

106 Hình 2.76: Dạng tồng quát đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại ghép điện dung Đố i v ớ i t ụ Cp (h.2.75) thì h ằ ng s ố th ờ i gian τ = C PL (R n + R v1 ) trong đ ó R v1 là đ i ệ n tr ở vào c ủ a t ầ ng đầ u tiên. T ươ ng t ự nh ư v ậ y, ta xác đị nh đượ c h ằ ng s ố th ờ i gian cho nh ữ ng t ụ khác trong s ơ đồ . T ầ n s ố th ấ p nh ấ t c ủ a d ả i thông s ẽ đượ c ch ọ n làm s ố li ệ u ban đầ u khi tính b ộ khu ế ch đạ i ở mi ề n t ầ n th ấ p. H ệ s ố méo t ầ n s ố ứ ng v ớ i t ầ n s ố th ấ p nh ấ t c ủ a d ả i thông có giá tr ị tùy thu ộ c vào nhi ệ m v ụ c ủ a b ộ khu ế ch đạ i, ví d ụ đố i v ớ i b ộ khu ế ch đạ i âm thanh th ườ ng ch ọ n b ằ ng 2 . Nh ư trên đ ã gi ả thi ế t ở mi ề n t ầ n s ố trung bình, các t ụ đ i ệ n không gây ả nh h ưở ng gì và s ự d ị ch pha c ủ a tín hi ệ u đầ u ra b ộ khu ế ch đạ i đố i v ớ i tín hi ệ u đầ u vào s ẽ là nπ, ở đ áy n là s ố t ầ ng khu ế ch đạ i làm đả o pha tín hi ệ u. T ấ t nhiên ch ỉ có t ầ ng EC ( hay SC ), còn t ầ ng BC và CC (hay GC và DC) không làm đ ào pha tín hi ệ u. 107 Ở mi ề n t ầ n th ấ p vì trong m ạ ch có t ụ đ i ệ n nên đ òng đ i ệ n nhanh pha so v ớ i đ i ệ n áp. Nh ư v ậ y s ự d ị ch pha c ủ a đ i ệ n áp ra b ộ khu ế ch đạ i so v ớ i đ i ệ n áp vào ở mi ề n t ầ n th ấ p có đặ c tính v ượ t tr ướ c. Góc d ị ch pha c ủ a b ộ khu ế ch đạ i b ằ ng t ố ng góc d ị ch pha c ủ a m ỗ i t ụ , và góc đị ch pha c ủ a m ỗ i t ụ là tt t ω 1 arctg τ ϕ = (2-186) Đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố và pha t ầ n s ố c ủ a b ộ khu ế ch đạ i ở mi ề n t ầ n th ấ p v ẽ trên hình 2.77. Đườ ng nét li ề n là đặ c tuy ế n khi xét đế n ả nh h ưở ng c ủ a m ộ t t ụ còn đườ ng cong nét đứ t trên hình 2.77 là đặ c tuy ế n khi xét đế n ả nh h ưở ng c ủ a t ấ t c ả các t ụ trong b ộ khu ế ch đạ i. Hình 2.77: Ảnh hưởng của tụ nối tầng đến đặc tuyến a) Biên độ - tần số b) Pha – tần số Đặ c đ i ể m công tác c ủ a b ộ khu ế ch đạ i ở mi ề n t ầ n cao là s ự ph ụ thu ộ c h ệ s ố β c ủ a tranzito vào t ầ n s ố và s ự t ồ n t ạ i đ i ệ n dung m ặ t ghép colect ơ C C (E) ( đố i v ớ i t ầ ng EC) nh ữ ng nhân t ố này ả nh h ưở ng đế n đặ c tuy ế n t ầ n s ố c ủ a b ộ khu ế ch đạ i ở mi ề n t ầ n cao. Ở mi ề n t ầ n cao, s ự gi ả m mô đ un h ệ s ố là c ủ a tranzito c ũ ng nh ư tác d ụ ng m ắ c r ẽ c ủ a đ i ệ n dung C C (E) s ẽ làm gi ả m h ệ s ố khu ế ch đạ i. Xét v ề m ứ c độ gi ả m h ệ s ố β ng ườ i ta đư a ra khái ni ệ m v ề t ầ n s ố gi ớ i h ạ n f β t ứ c là t ạ i đ ó h ệ s ố β b ị gi ả m 2 l ầ n so v ớ i giá tr ị β o ở t ầ n s ố trung bình. H ệ s ố méo ở t ầ n cao ( ) 2 CC ω 1M τ += (2-187) ở đ ây : τ C ác là h ằ ng s ố th ờ i gian t ươ ng đươ ng c ủ a t ầ ng ở mi ề n t ầ n cao. Góc d ị ch pha do m ộ t t ầ ng khu ế ch đạ i gây ra là cc arctg ω τϕ −= (2-188) K U0 f f φ t π /2 π /4 √ 2 a) b) 108 Đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố và pha t ầ n s ố ở mi ề n t ầ n cao v ẽ trên hình 2.78. T ừ đồ th ị ta th ấ y khi t ầ n s ố t ă ng thl h ệ s ố méo t ầ n s ố t ă ng và h ệ s ố khu ế ch đạ i gi ả m. Đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố và pha t ầ n s ố ở mi ề n t ầ n cao c ủ a m ộ t t ầ ng khu ế ch đạ i bi ể u th ị b ằ ng đườ ng nét li ề n trên hình 2.78, còn c ủ a c ả b ộ khu ế ch đạ i thì đượ c bi ể u th ị b ằ ng đườ ng nét đứ t v ớ i h ệ s ố méo t ầ n s ố ở t ầ n cao b ằ ng tách h ệ s ố méo c ủ a m ỗ i t ầ ng : M c = M c1 . M c2 …M cn (2-189) Hình 2.78: Ảnh hưởng tính chất tần số của tranzito đến đặc tuyến a) Biên độ - tần số; b) Pha – tần số Còn góc d ị ch pha c ũ ng b ằ ng t ầ ng góc d ị ch pha c ủ a m ỗ i t ầ ng cnc2c1c ϕϕϕϕ +++= (2-190) Tính toán b ộ khu ế ch đạ i ở mi ề n t ầ n cao ph ả i đả m b ả o t ầ n s ố biên trên c ủ a d ả i thông b ộ khu ế ch đạ i (h.2.76a). V ớ i m ộ t d ả i thông cho tr ướ c, v ề nguyên t ắ c không b ắ t bu ộ c ph ả i l ấ y hai h ệ s ố méo ở t ầ n s ố biên d ướ i và biên trên b ằ ng nhau. Tính toán d ẫ n t ớ i vi ệ c ch ọ n lo ạ i tranzito theo t ầ n s ố f β và xác đị nh β τ để đả m b ả o h ệ s ố méo c ầ n thi ế t c ủ a t ầ ng. Méo biên độ và pha c ủ a b ộ khu ế ch đạ i là lo ạ i méo tuy ế n tính vì nó không làm thay đổ i d ạ ng c ủ a tín hi ệ u hình sin đượ c khu ế ch đạ i. Khi tín hi ệ u c ầ n khu ế ch đạ i có d ạ ng ph ứ c t ạ p đặ c tr ư ng b ằ ng ph ổ các thành ph ầ n đ i ề u hòa thì méo biên độ và pha c ủ a b ộ khu ế ch đạ i là do s ự phá v ỡ t ươ ng quan t ỉ l ệ gi ữ a các thành ph ầ n đ i ề u hòa v ề biên độ và pha c ủ a đ i ệ n áp ra và vào. D ướ i đ ây ta kh ả o sát đặ c tuy ế n biên độ c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Đặ c tuy ế n biên độ ph ả n ánh s ự ph ụ thu ộ c gi ữ a biên độ đ i ệ n áp ra U m và s ự thay đổ i biên độ đ i ệ n áp vào E m . D ạ ng đ i ể n hình c ủ a đặ c tuy ế n biên độ v ẽ trên hình 2.79 (v ẽ v ớ i tín hi ệ u vào là hình sin ở t ầ n s ố trung bình). Đặ c tuy ế n này cho bi ế t gi ớ i h ạ n có th ể thay đổ i tín hi ệ u ra và vào c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. K U f f φ c - π /2 - π /4 a) b) 109 Ph ầ n đầ u c ủ a đồ th ị ta th ấ y quan h ệ đ i ệ n áp ra và vào là t ỉ l ệ thu ậ n. Đặ c tuy ế n biên độ không đ i qua g ố c t ọ a độ vì ở đầ u ra có đ i ệ n áp nhi ễ u và ồ n c ủ a b ả n thân b ộ khu ế ch đạ i. Đ o ạ n đầ u tiên c ủ a đặ c tuy ế n không dùng vì ở đ ây tín hi ệ u có ích r ấ t khó phân bi ệ t v ớ i đ i ệ n áp nhi ễ u và ồ n b ả n thân c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. D ự a vào tr ị s ố U min /K o ng ườ i ta đ ánh giá m ứ c đ i ệ n áp tín hi ệ u vào t ố i thi ể u ( độ nh ạ y) c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Khi đ ã đạ t đượ c giá tr ị tín hi ệ u vào E m nào đ ó, ứ ng v ớ i đ i ể m g ầ n đỉ nh, thì s ự ph ụ thu ộ c t ỉ l ệ gi ữ a đ i ệ n áp ra và vào b ị phá v ỡ . Nguyên nhân là s ự h ạ n ch ế đ i ệ n áp c ự c đạ i c ủ a m ộ t ho ặ c c ả hai n ử a chu kì tín hi ệ u vào ở m ộ t m ứ c không đổ i. S ự h ạ n ch ế này th ườ ng ở t ầ ng cu ố i b ộ khu ế ch đạ i làm vi ệ c v ớ i tín hi ệ u vào l ớ n nh ấ t. Mu ố n có biên độ đ i ệ n áp ra l ớ n nh ấ t thì ph ả i ch ọ n đ i ể m làm vi ệ c t ĩ nh c ủ a t ầ ng ra ở gi ữ a đườ ng t ả i xoay chi ề u. Hình 2.79: Đặc tuyến biên độ của bộ khuếch đại T ỷ s ố gi ữ a biên độ đ i ệ n áp ra cho phép c ự c đạ i và c ự c ti ể u g ọ i là d ả i độ ng c ủ a b ộ khu ế ch đạ i, và đượ c kí hi ệ u là : D = U max /U min Khi tín hi ệ u vào là hình sin thì tín hi ệ u ở đầ u ra b ộ khu ế ch đạ i không th ể coi là hình sin thu ầ n túy. Do tính không đườ ng th ẳ ng c ủ a đặ c tuy ế n V - A vào và ra c ủ a tranzito s ẽ làm méo d ạ ng đ i ệ n áp ra, g ọ i là méo không đườ ng th ẳ ng, (xem 2.3.1). b - Ghép tầng bàng bi ế n áp (1) Ở ph ầ n trên ta đ ã trình bày b ộ khu ế ch đạ i ghép t ầ ng b ằ ng đ i ệ n dung m ộ t cách chi ti ế t và đ ó là tr ườ ng h ợ p chung nh ấ t đượ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi nh ấ t. Ở ph ầ n này chúng ta ch ỉ nêu lên nh ữ ng đặ c đ i ể m khác bi ệ t c ủ a t ầ ng ghép bi ế n áp so v ớ i t ầ ng ghép đ i ệ n dung. H ơ n n ữ a v ấ n đề ghép bi ế n áp còn đượ c đề c ậ p t ớ i ở ph ầ n khu ế ch đạ i công su ấ t. Hình 2.80a là s ơ đồ b ộ khu ế ch đạ i ghép bi ế n áp (linh ki ệ n ghép t ầ ng là bi ế n áp). Cu ộ n s ơ c ấ p c ủ a nó (W 1 ) đượ c m ắ c vào baz ơ tranzito T 2 qua t ụ C p2 . Ghép t ầ ng b ằ ng bi ế n áp không nh ữ ng cách li các t ầ ng v ề dòng m ộ t chi ề u, mà còn làm t ă ng h ệ s ố khu ế ch đạ i chung v ề đ i ệ n áp (dòng đ i ệ n) tùy thu ộ c vào bi ế n áp t ă ng (hay gi ả m) áp. Do đ i ệ n tr ở m ộ t chi ề u c ủ a cu ộ n s ơ c ấ p bi ế n áp nh ỏ , h ạ áp 1 chi ề u trên nó nh ỏ , ngh ĩ a là h ầ u nh ư toàn b ộ đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p đượ c đư a t ớ i colect ơ c ủ a tranzito. Đ i ề u đ ó cho phép dùng ngu ồ n đ i ệ n áp th ấ p, ngoài ra t ầ ng ghép bi ế n áp d ễ dàng th ự c hi ệ n ph ố i h ợ p tr ở kháng và thay đố i c ự c tính c ủ a đ i ệ n áp tín hi ệ u trên các cu ộ n dây. Tuy nhiên nó có nh ượ c đ i ể m là đặ c tuy ế n t ầ n s ố không b ằ ng ph ẳ ng trong d ả i t ầ n. Trong ch ế độ ph ố i h ợ p tr ở kháng gi ữ a các t ầ ng thì t ả i xoay chi ề u c ủ a t ầ ng đượ c tính theo: 110 R ’ t = R r1 (2-191) có tính thu ầ n tr ở trong khi đ ó c ả m kháng c ủ a cu ộ n s ơ c ấ p ở t ầ n s ố tín hi ệ u là ωL 1 >>R ’ t ( ở đ ây L 1 là đ i ệ n c ả m cu ộ n s ơ c ấ p). Méo t ầ n s ố trong b ộ khu ế ch đạ i ghép bi ế n áp và do cu ộ n dây bi ế n áp các t ụ C p1 C p2 , C E , C CE gây ra. S ơ đồ t ươ ng đươ ng c ủ a b ộ khu ế ch đạ i v ẽ trên hình 2.80b ả nh h ưở ng t ầ ng đầ u b ộ khu ế ch đạ i đượ c th ể hi ệ n trong s ơ đồ t ươ ng đươ ng b ằ ng đ i ệ n dung C CE . Còn t ầ ng hai đượ c th ể hi ệ n b ằ ng R t ’ đ ó là t ả i ph ả n ánh t ừ th ứ c ấ p v ề s ơ c ấ p. Hình 2.80c v ẽ đặ c tuy ế n t ầ n s ố c ủ a b ộ khu ế ch đạ i ghép bi ế n áp. Ở mi ề n t ầ n s ố trung bình h ệ s ố khu ế ch đạ i th ự c t ế không ph ụ thu ộ c vào t ầ n s ố vì tr ở kháng c ủ a đ i ệ n c ả m dò nh ỏ nên không ả nh h ưở ng đế n vi ệ c truy ề n tín hi ệ u ra t ả i. Ngoài ra dung kháng C CE , C 2 c ũ ng nh ư c ả m kháng L 1 đủ l ớ n, tác d ụ ng m ắ c r ẽ c ủ a chúng đố i v ớ i m ạ ch ra c ủ a t ầ ng đầ u và t ả i không đ áng k ể , vì v ậ y có th ể không tính đế n chúng. Hình 2.80: Tầng khuếch đại ghép biến áp Sơ đồ nguyên lí, sơ đồ tương đương và đặc tuyến tần số V ớ i nh ữ ng gi ả thuy ế t nh ư trên, ta có th ể chia s ơ đồ t ươ ng đươ ng c ủ a m ạ ch ghép t ầ ng thành ba s ơ đồ ứ ng v ớ i ba kho ả ng t ầ n s ố trung bình, t ầ n s ố th ấ p và t ầ n s ố cao (h.2.81). Theo s ơ đồ hình 2.81a thì ở t ầ n s ố trung bình t ổ ng tr ở t ả i R T = R ’ t + r 1 + r 2 (2-192) Ở mi ề n t ầ n s ố th ấ p c ả m kháng c ủ a L 1 b ị gi ả m s ẽ gây tác d ụ ng m ắ c r ẽ đ áng k ể v ớ i R ’ t và làm cho h ệ s ố khu ế ch đạ i gi ả m. Ngoài ra dung kháng c ủ a C CE và C ’ 2 l ớ n h ơ n và c ả m kháng c ủ a L s1 và L ’ s2 nh ỏ h ơ n so v ớ i tr ị s ố t ươ ng ứ ng c ủ a chúng ở mi ề n t ầ n |K| f K 0 ∆ f 111 s ố trung bình. Cho nên s ơ đồ t ươ ng đươ ng c ủ a m ạ ch ghép có d ạ ng nh ư hình 2.81b. V ớ i m ộ t M t và ω t cho tr ướ c, ta có th ể tìm đượ c đ i ệ n c ả m L 1 t ố i thi ề u theo       −≥ 1M ω /RL 2 tt01 (2-193) ở đ ây : R 0 = [(R r1 + r 1 )(r' 2 + R' t )/(R r1 + r 1 + r' 2 + R' t )] Hình 2.81 : Sơ đồ tương đương của tầng khuếch đại ghép biến áp a) t ầ n số trung bình; b) tần thấp ; c) tần cao. Ở mi ề n t ầ n cao đ i ệ n c ả m dò t ă ng, nên đ i ệ n áp tín hi ệ u đư a ra t ả i R' t b ị gi ả m. Ngoài ra t ầ n cao s ẽ làm gi ả m đ áng k ể dung kháng c ủ a C CE và C' 2 do đ ó làm gi ả m đ i ệ n áp xoay chi ề u trên eolect ơ T 1 và R' t và h ệ s ố khu ế ch đạ i gi ả m. Ở mi ề n t ầ n cao s ơ đồ t ươ ng đươ ng c ủ a b ộ khu ế ch đạ i v ẽ trên hình 2.81c. V ớ i m ộ t M c và ω c đ ã cho, thì đ i ệ n c ả m dò t ổ ng xác đị nh theo. 1M. ω RrrR L 2 c c ' t ' 21r1 s − +++ ≤ (2-194) C ầ n chú ý r ằ ng trong t ầ ng khu ế ch đạ i ghép bi ế n áp có R ’ t l ớ n thì ở m ộ t t ầ n s ố nào đ ó ở mi ề n t ầ n cao có th ể xu ấ t hi ệ n c ộ ng h ưở ng ( đườ ng 2 hình 2.80c) do m ạ ch L S C' 2 quy ế t đị nh, làm đặ c tuy ế n v ồ ng lên. 2.3.5. Khuếch đại công suất T ầ ng khu ế ch đạ i công su ấ t là t ầ ng cu ố i cùng m ắ c v ớ i t ả i ngoài và để nh ậ n đượ c công su ấ t t ố i ư u theo yêu c ầ u trên t ả i c ầ n ph ả i đặ c bi ệ t chú ý đế n ch ỉ tiêu n ă ng l ượ ng. T ầ ng khu ế ch đạ i công su ấ t có th ể dùng tranzito l ưỡ ng c ự c ho ặ c IC khu ế ch đạ i công su ấ t. Theo cách m ắ c t ả i, ng ườ i ta chia thành t ầ ng khu ế ch đạ i có bi ế n áp ra và t ầ ng khu ế ch đạ i không bi ế n áp ra. Ba ch ế độ làm vi ệ c th ườ ng dùng trong t ầ ng khu ế ch đạ i công su ấ t là: ch ế độ A, ch ế độ B và ch ế độ AB (xem 2.3.1). Hình 2.82 dùng để minh h ọ a đặ c đ i ể m c ủ a các ch ế độ b ằ ng ví d ụ trên đặ c tuy ế n ra c ủ a tranzito theo s ơ đồ EC. Ch ế độ A đượ c dùng trong t ầ ng khu ế ch đạ i công su ấ t đơ n, đả m b ả o tín hi ệ u ra méo ít nh ấ t nh ư ng hi ệ u su ấ t nh ỏ nh ấ t kho ả ng 20%, và công su ấ t ở t ả i không v ượ t quá vài W Trong ch ế độ B đ i ể m làm vi ệ c t ĩ nh ch ọ n ở đ i ể m mút ph ả i đườ ng tài m ộ t chi ề u. Ch ế độ t ĩ nh t ươ ng ứ ng v ớ i đ i ệ n áp U BE = 0. Khi có tín hi ệ u vào, dòng colect ơ ch ỉ xu ấ t hi ệ n ứ ng v ớ i n ử a chu kì, còn n ử a chu kì sau tranzito ở ch ế độ khóa. Khi đ ó hi ệ u su ấ t n ă ng 112 l ượ ng c ủ a t ầ ng ra cao (60 ÷ 70%) và có kh ả n ă ng cho 1 công su ấ t ra t ả i l ớ n, tuy nhiên méo γ v ớ i ch ế độ này l ớ n c ầ n kh ắ c ph ụ c b ằ ng cách m ắ c tranzito thích h ợ p. Ch ế độ AB là trung gian gi ữ a ch ế độ A và B đạ t đượ c b ằ ng cách đị ch chuy ể n đ i ế m t ĩ nh lên phía trên đ i ể m B (h.2.82). Méo không đườ ng th ả ng s ẽ gi ả m khác nhi ễ u so v ớ i ch ế độ B. Hình 2. 82: Vị trí điểm làm việc tĩnh trên đặc tuyến ra trong chế độ A, B, AB a- Tầng khuếch đại công suất có biến áp ra làm việc ở chế độ A (h.2.83) Dòng đ i ệ n ở m ạ ch ra khá l ớ n vì th ế ph ả i l ư u ý khi ch ọ n đ i ệ n tr ở R E . Đ i ệ n tr ở R E th ườ ng không v ượ t quá vài ch ụ c Ω nên khó kh ă n trong vi ệ c ch ọ n C E để kh ử h ồ i ti ế p âm dòng xoay chi ề u. Ta s ẽ kh ả o sát t ầ ng khu ế ch đạ i khi R E = 0. Ph ươ ng pháp đồ th ị gi ả i tích đượ c dùng để tính toán t ầ ng khu ế ch đạ i công su ấ t. S ố li ệ u ban đầ u để tính toán là công su ấ t ra P t và đ i ệ n tr ở t ả i R t . Hình 2.83: Tầng công suất làm việc ở chế độ A ghép biến áp I B = 0 I B0 I Bmax E C U CE V I C mA P A • • • I C P AB P B . ) 2 CC ω 1M τ += ( 2-1 87) ở đ ây : τ C ác là h ằ ng s ố th ờ i gian t ươ ng đươ ng c ủ a t ầ ng ở mi ề n t ầ n cao. Góc d ị ch pha do m ộ t t ầ ng khu ế ch đạ i gây ra là cc arctg ω τϕ −= ( 2-1 88). m ỗ i t ầ ng : M c = M c1 . M c2 …M cn ( 2-1 89) Hình 2.78: Ảnh hưởng tính chất tần số của tranzito đến đặc tuyến a) Biên độ - tần số; b) Pha – tần số Còn góc d ị ch. h ạ n có th ể thay đổ i tín hi ệ u ra và vào c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. K U f f φ c - π /2 - π /4 a) b) 109 Ph ầ n đầ u c ủ a đồ th ị ta th ấ y quan h ệ đ i ệ n áp ra và