Mạch khuếch đại âm tần, hồi tiếp âm, hồi tiếp dương

Mạch khuếch đại âm tần lớp A Lớp A: Transistor chỉ làm việc trong cả chu kì của tín hiệu ngõ vào phải phân cực DC cho transistor.. Mạch khuếch đại âm tần lớp B Lớp B: Transistor chỉ làm

Mạch khuếch đại âm tần

1 Mạch khuếch đại âm tần lớp A

Lớp A: Transistor chỉ làm việc trong cả chu kì của tín hiệu ngõ vào phải phân cực DC cho transistor

• Ưu điểm:

Méo phi tuyến ít do chọn được đoạn đặc tuyến làm việc của transistor

• Nhược điểm:

Công suất tín hiệu ra nhỏ do mạch chỉ làm việc với tín hiệu nhỏ

Hiệu suất bé do phải phân cực DC trước cho transistor gây tiêu tán DC không mong muốn

2 Mạch khuếch đại âm tần lớp B

Lớp B: Transistor chỉ làm việc trong 1 bán kì của tín hiệu ngõ vào Với

tín hiệu xoay chiều có 2 bán kì ta phải dùng 2 transistor

 Mạch KĐCS âm tần lớp B transistor ghép đẩy kéo (push –

pull) dùng biến áp

 Mạch KĐCS âm tần lớp AB transistor ghép bổ phụ: mạch OTL,

mạch OCL

 Vấn đề nâng công suất cho mạch KĐCS âm tần

Mạch khuếch đại âm tần là các mạch hoạt động với các tín hiệu hình sin và không sin, có dải tần nằm trong khoảng tai người có thể nghe được Thông thường, tai của một người có sức khỏe tốt, có thể nghe được các âm thanh từ 20 Hz đến 20 kHz

Giải thích về một số từ ngữ có liên quan đến tín hiệu âm tần:

Sóng âm thanh có nguồn gốc từ những dao động cơ học lan truyền trong không

khí đến tai ta Người ta có thể ghi nhận lại sóng âm thanh, biến đổi nó thành tín hiệu điện, hoặc biến đổi ngược lại từ tín hiệu điện thành sóng âm thanh

Tín hiệu âm tần là các tín hiệu điện được biến đổi từ song âm thanh thành.

Tần số: liên quan đến độ trầm bổng của âm thanh Âm thanh bổng có tần số cao,

âm thanh trầm có tần số thấp Biên độ: liên quan đến độ lớn mạnh của âm thanh

Âm thanh càng lớn biên độ càng cao

Âm sắc: liên quan đến độ phức tạp của sóng âm Âm sắc càng phức tạp càng nhiều

họa tần Có những họa tần làm cho âm thanh nghe mượt mà hơn, nhưng cũng có những họa tần làm cho âm thanh nghe chói tai hơn

Cách kết nối giữa các tầng trong mạch khuếch đại âm tần

Giữa nguồn và đầu vào mạch khuếch đại tín hiệu, giữa đầu ra của mạch khuếch đại tín hiệu với tải, hoặc giữa đầu ra của mạch khuếch đại này với đầu vào của mạch khuếch đại khác, thường có sự chênh lệch về điện thế một chiều

Nếu chúng ta nối chúng với nhau, thì điện thế một chiều của mạch này sẽ ảnh hưởng đến mạch khác và ngược lại Điều này làm phá vỡ sự ổn định của các mạch

Vì vậy chúng ta phải có biện pháp kết nối sao cho:

• Thành phần một chiều của các mạch không ảnh hưởng đến nhau

• Thành phần xoay chiều thông qua được từ mạch này sang mạch kia

Có nhiều cách kết nối: kết nối trực tiếp, kết nối bằng biến áp, kết nối bằng tụ điện Hiện nay người ta chuộng cách kết nối trực tiếp và cách kết nối bằng tụ điện Cách kết nối bằng tụ điện

Cách kết nối bằng tụ điện đơn giản, dễ thực hiện Đối với một chiều, tụ điện là vật cách điện Đối với thành phần xoay chiều, tụ điện có một trở kháng XC = 1/ 2πfC Nếu chọn C đủ lớn thì Xc sẽ đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến mạch Khi kết nối bằng tụ điện, người ta có thể tính toán định thiên cho từng transistor riêng lẻ Sau

đó tính toán kết nối các mạch với nhau sao cho tín hiệu xoay chiều có thể đi thông suốt Tụ điện dùng để kết nối các mạch với nhau, thường là tụ hóa, có cực tính Khi ráp mạch phải đặt cực tính cho phù hợp Tụ kết nối còn gọi là tụ liên lạc Cách kết nối trực tiếp Kết nối trực tiếp khó khăn hơn, vì người ta phải tính toán sao cho giữa các mạch với nhau không có chênh lệch về điện áp DC Hay chính xác hơn là phải thiết kế DC cho toàn khối, chứ không thiết kế riêng lẻ từng tầng

2 Hồi tiếp

Hồi tiếp có hai lọai: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm

- Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngõ vào và vậy làm giảm tín hiệu ngõ vào của mạch Hồi tiếp âm có khuynh hướng duy trì độ ổn

định của hệ số khuếch đại của mạch chống lại sự thay đổi của các thông số

transistor do nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp

- Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngõ vào và vậy làm tăng tín hiệu ngõ vào của mạch Hồi tiếp dương được sử dụng thiết kế trong các mạch dao động và trong một số ứng dụng khác

 Ưu và nhược điểm của hồi tiếp âm

 Ưu điểm:

- Ổn định hàm truyền Sự thay đổi giá trị hàm truyền chủ yếu do sự thay đổi trong các thông số của transistor sẽ giảm khi có hồi tiếp âm đây chính

là ưu điểm chính của hồi tiếp âm

- Mở rộng băng thông

- Giảm nhiễu Hồi tiếp âm làm tăng tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu

- Giảm méo Khi transistor làm việc không tuyến tính, méo sẽ xuất hiện trong tín hiệu ngỏ ra, đặc biệt tại những mạch có biên độ tín hiệu ngỏ ra lớn Hồi tiếp âm sẽ làm transistor họat động tuyến tính hơn

- Cải thiện tổng trở vào và ra

 Nhược điểm

- Giảm độ lợi

- Có thể mạch không ổn định (sinh ra dao động) tại tần số cao

3 Tác dụng của mạch hồi tiếp âm đối với dải tần làm việc của mạch khuếch đại

A Định nghĩa mạch hồi tiếp

Nếu một phần

β < 1 của tín hiệu tại ngõ ra

V0 cuả một mạch khuếch

đại được đưa trở lại ngõ vào, ta bảo mạch khuếch đại được hồi tiếp

Khối β lấy một phần β < 1 của tín hiệu ngõ ra được gọi à khối hồi tiếp Đường lấy tín hiệu bằng βV0 đường hồi tiếp Điện áp βV0 gọi là tín hiệu hồi tiếp Nếu tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào tang cường tín hiệu vào thì ta có mạch hồi tiếp dương, trong trường hợp nghịch pha thì ta có mạch hồi tiếp âm, β gọi là tỷ số hồi tiếp

Mạch hồi tiếp gây nhiều tác dụng đối với mạch khuếch đại, nó làm thay đổi tổng trở vào, tổng trở ra, đáp ứng tần số của mạch khuếch đại, đặc biệt là làm thay đổi đặc tính động của mạch khuếch đại dẫn đến hiện tượng mất ổn định khiến chúng ta không thể khống chế nếu không phân tích được hiện tượng

B Tình trạnh mất ổn định của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm:

Mạch hồi tiếp âm có thể tạo ra tình trạng mất ổn đinh là do hiện tượng lệch pha giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào khi mạch khuếch đại có nhiều tầng ghép liên tiếp nhau Số tầng có thể gây hiện tượng lệch pha là ba, vì một tầng có thể gây lệch pha 90o, ba tầng gây lệch pha được 270o Như vậy, khi góc lệch pha đạt trị số

180o thì mạch hồi tiếp âm sẽ biến thành hồi tiếp dương Nếu có them điều kiện cân bằng biên độ thì hiện tượng dao động sẽ xảy ra Điều kiện lệch pha có thể gặp trong hai trường hợp:

Trường hợp f<<f1 ở tần số thật thấp tín hiệu ra có thể sớm pha 180o thì mạch hồi tiếp âm sẽ biến thành hồi tiếp dương Nếu có thêm điều kiện cân bằng biện độ

sẽ có hiện tượng dao động ở tần số thaáp gọi là “motor boating” do tiếng loa kêu như tiếng máy tàu nổ bịch bịch Hiện tượng này không gây tác dụng hư máy và rất dễ phát hiện

Trường hợp f>>fn ở tần số thật cao, ngoài phạm vi âm tần, tín hiệu ra có thể trễ pha so với tín hiệu vào nếu có điều kiện cân bằng biên độ, hiện tượng dao động ở tần số cao hoặc siêu âm có thể xảy ra hư hại cho mạch khuếch đại do rất khó phát hiện sớm

Phân tích trường hợp tần số cao

Hàm truyền đạt của mạch khuếch đại có hồi tiếp bằng:

Nếu khối hồi tiếp có thể gây lệch pha, T(jw) là hàm truyền vòng hở

Khi nghiên cứu mạch dao động có đường hồi tiếp dương, ta được điều kiện để mạch động là:

T(jw)=β(jw).Av(jw)=1

Do vậy, để tránh hiện tượng dao động ở mạch khuếch đại, ta phải tránh điều kiện trên tức là phải chọn hàm truyền vòng hở sao cho:

T(jw)=β(jw).Av(jw) ≠ 1

Sau đây (H.V-13) là giản đồ Nuquist ( biển đồ tọa độ cực) đặc trưng cho quan hệ giữa hệ số khuếch đại vòng hở β(w)Av(w) = T(w) với góc lệch pha gây ra bởi mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp âm

H.V-13a là giản đồ T(jw)=β(jw)Av(jw) của mạch khuếch đại một tần có đường hồi tiếp

âm, gốc lệch pha φ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào không vượt quá 90o Mạch không bao giờ

có tình trạng mất ổm định H.V-13b liên quan đến mạch khuếch đại có hai tầng ghép liên tiếp không gây lệch pha quá

180o, vậy không thể có tình trạng mất ổn định nếu khối hồi tiếp không gây lệch pha

H.V-13c

biên độ không đạt vì

β(wc)Av(wc)>1

khuếch đại vòng hở

β(wc)Av(wc)>1

phải dự trừ sao cho dải tần làm cho việc vẫn còn trong phạm vi yêu cầu