huong dan thiet ke phan khuech dai

CHƯƠNG 2: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ KHUẾCH ĐẠI XOAY CHIỀU $1 KHÁI NIỆM CHUNG Định nghĩa Khuếch đại tín hiệu q trình biến đổi tín hiệu đầu vào có cơng suất nhỏ thành tín hiệu có công suất lớn K x(t) K y(t) X(jω) K(ω)ejϕ Y(jω) f Như khái niệm khuếch đại hiểu theo nghĩa lượng Sự phân biệt thể khác biệt kĩ thuật tương tự kĩ thuật số Trong kĩ thuật số, quan tâm đến vấn đề biến đổi tín hiệu, độc lập với cơng suất tín hiệu Theo hình 2.1, ta có quan hệ tín hiệu y(t) với tín hiệu vào x(t): y (t ) = K x(t ) (2.1) Yêu cầu khuếch đại tốt là: - Công suất tín hiệu lớn cơng suất tín hiệu vào - Khơng gây méo tín hiệu - Phổ tín hiệu khơng chồng chéo Nếu ta coi tín hiệu xoay chiều tín hiệu điều hòa, thay biến đổi miền thời gian, ta biến đổi miền tần số, đó: Y ( jω) = K (ω)eiϕ (ω) X ( jω) (2.2) Nếu đặt X ( jω ) = X (ω )e jϕ x (ω ) (2.3) jϕ (ω ) Y ( jω ) = Y (ω )e y ta biểu diễn quan hệ tín hiệu vào-ra: Y ( jω ) Y (ω ) j (ϕ y (ω ) −ϕ x (ω ) ) K ( jω ) = K (ω )eiϕ (ω ) = = e (2.4) X ( jω ) X (ω ) Như vậy, cách tổng quát, khuếch đại mang tính chất hàm truyền phức miền tần số Nó bao gồm thành phần modul góc lệch pha Để bắt đầu khái niệm đơn giản khuếch đại, ta tạm thời bỏ qua ảnh hưởng góc pha, coi khuếch đại đơn khâu tỉ lệ Khi ta quan tâm đến thành phần modul mạch khuếch đại Như vậy: y = K x (2.5) Mô hình tốn học khuếch đại Mơ hình tốn học(mathematical modeling) kĩ thuật mơ tả tốn học đối tượng vật lí(physical modeling) dạng phương trình giải tích Việc xây dựng mơ hình tốn học tiến hành theo nguyên tắc mô tả vật lí Mỗi thiết bị ln có qn tính, thể dạng số thời gian quán tính, nên khuếch đại thực gồm khâu quán tính nối tiếp khâu khuếch đại lí tưởng Xét ví dụ mạch điện hình 2.2 Hình 2.2 Mơ hình mạch R-C uv = Ri + idt c∫ (2.6) uc = ∫ idt c Giả sử ban đầu tụ C không nạp điện, chuyển qua biến đổi Laplace biến đổi Furier ta có:      I ( jω ) U v (s) =  R + U v ( jω ) =  R +  I ( s ) s→ = jω sC  jωC    (2.7) 1 U c (s) = I ( s ) → U c ( jω ) = I ( jω ) s = jω sC jωC Như quan hệ vào mạch điện này: U ( jω ) W ( jω ) = c = (2.8) U v ( jω ) ( jωT + 1) với T = RC: số thời gian quán tính Khi ghép nối thêm một khâu khuếch đại lí tưởng, mạch khuếch đại thực tế có qn tính có dạng: U ( jω ) K K ( jω ) = c = (2.9) U v ( jω ) jωT + Đây dạng mơ hình đơn giản sử dụng để tính tốn mạch điều khiển, đo lường Những dạng mạch phức tạp trình bày tính tốn cụ thể sau Đặc tính tần số khuếch đại Đặc tính tần số dùng để mơ tả quan hệ modul góc pha khuếch đại tần số biến thiên Đối với khuếch đại (2.9), đặc tính tần số biên-pha có dạng: K KωT K ( jω ) = −j = P (ω ) + jQ (ω ) (2.10) 2 1+ ω T + ω 2T Nếu ta biểu diễn quan hệ thành phần thực ảo (2.10) dạng: K2  K K2 (2.11) P (ω ) + Q (ω ) − KP (ω ) + =  P (ω ) −  + Q (ω ) =  2 Q(ω) ω=∞ L(ω) K/2 K(jω) K ω=0 P(ω) -20dB/dec logω log(1/T) ϕ(ω) -π/4 logω log(1/T) -π/2 Hình 2.3: Các đặc tính tần số khuếch đại thực tế Đây phương trình mơ tả đường tròn tâm (K/2;0) bán kính K/2, hình 2.3a Đặc tính tần thể hệ tọa độ ω hệ logω Những vấn đề đặc tính trình bày sâu lý thuyết điều khiển tự động Nhìn vào đặc tính ta thấy tần số tăng đến vô cùng, biên độ hệ số khuếch đại giảm zero góc pha tiến đến -90 Điều thể khâu khuếch đại qn tính thực tế khơng làm độ ổn định tín hiệu Đặc tính L( ω) hình 2.3b đường tiệm cận với độ sai lệch tần số gãy 3dB $2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI E-C Nguyên lý mạch khuếch đại Trong hình 2.3, R1, R2 hai điện trở phân cực, Rc điện trở tải cực góp, Re điện trở định thiên, Rn điện trở nguồn tín hiệu, C1, C2 hai tụ nối tầng để độc lập dòng phân cực với tín hiệu xoay chiều CE tụ xoay chiều để tránh phản hồi âm dòng điện tín hiệu, R t tải xoay chiều Tín hiệu xoay chiều từ nguồn e(t) đưa vào cực gốc BJT, làm thay đổi dòng I b nên dòng Ic thay đổi theo, dẫn đến điện áp chân C BJT thay đổi theo tín hiệu e(t) Phần điện áp xoay chiều chân C đưa qua tụ C2 để tải Rt 1.1 Bài toán thuận: * Nguyên tắc chung phân cực transitor: Muốn transitor làm việc phần tử tích cực tham số transitor phải thoả mãn điều kiện tích hợp Những tham số transitor mục trước biết, phụ thuộc nhiều vào điện áp phân cực chuyển tiếp colectơ emitơ Nói cách khác giá trị tham số phụ thuộc vào điểm công tác transitor Một cách tổng quát, dù transitor mắc mạch theo kiểu nào, muốn làm việc chế độ khuếch đại cần có điều kiện sau: - Chuyển tiếp emitơ – bazơ phân cực thuận - Chuyển tiếp colectơ – bazơ phân cực ngược - Điện áp tín hiệu đặt lên tiếp giáp B-E phải đủ lớn để thắng tiếp xúc, để tạo dòng điện đầu vào Ta minh họa điều mạch khuếch đại kiểu EC Hình 1.54: Sơ đồ phân cực kiểu áp cho khuếch đại EC Trong hình 1.45, e(t)