Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 10 - Lưu Đức Trung cung cấp cho học viên các kiến thức về đáp ứng tần số và phản hồi; đáp ứng tần số khuếch đại; khuếch đại điện áp – phản hồi nối tiếp – sơn; khuếch đại điện trở truyền đạt – phản hồi sơn – sơn; khuếch đại dòng – phản hồi sơn – nối tiếp; khuếch đại điện dẫn truyền đạt – phản hồi nối tiếp – nối tiếp;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI 10.1 Đáp ứng tần số khuếch đại 10.2 Khuếch đại điện áp – phản hồi nối tiếp – sơn 10.3 Khuếch đại điện trở truyền đạt – phản hồi sơn – sơn 10.4 Khuếch đại dòng – phản hồi sơn – nối tiếp 10.5 Khuếch đại điện dẫn truyền đạt – phản hồi nối tiếp – nối tiếp BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI 10.1 Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại Hình 10.1.1 đồ thị Bode cho biên độ hệ số khuếch đại điện áp của một khuếch đại lý thuyết. Khơng kể đến các điểm cực và điểm khơng, hàm truyền đạt điện áp Av(s) có thể được viết bằng tỷ số của hai đa thức theo s: Av s N s Ds a a1 s a s a m s m b0 b1 s b2 s bn s n BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ (10.1.1) BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Có thể kết hợp thành hàm FL(s) và các điểm cùng với đáp ứng tần số cao trên vùng trung tần có thể được nhóm thành hàm FH(s). Dùng FL và FL, Av(s) có thể được viết lại là: Av(s) = AmidFL(s)FH(s) (10.1.2) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình 10.1.1 Đồ thị Bode cho hàm truyền đạt khuếch đại tổng quát BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Trong Amid hệ số khuếch đại trung tần trong vùng giữa các tần số cắt trên dưới (ωL ωH tương ứng). Với Amid rõ ràng trong phương trình 10.1.2, FL(s) và FH(s) phải được viết thành hai dạng chuẩn đặc biệt được xác định trong các phương trình 10.1.3 và 10.1.4: FL s s s L Z1 L P1 s s L Z2 L P2 s s L Zk L Pk BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ (10.1.3) BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI FH s s H Z1 s H P1 1 s H Z2 s H P2 s H Zl (10.1.4) s H Pl Ta chọn cách biểu diễn FH(s) để cho biên độ của nó tiến tới 1 ở các tần số thấp hơn tần số cắt trên ωH FH j với H Zi , H Pi với i = 1 … l (10.1.5) Do vậy ở các tần số thấp, hàm truyền đạt A(s) trở thành AL(s) AmidFL(s) (10.1.6) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Ta chọn dạng FL(s) để cho biên độ của nó tiến tới 1 ở các tần số lớn hơn ωL FL j với H Zj , H Pj với j = 1 … k (10.1.7) Do vậy các tần số cao, hàm truyền đạt A(s) có thể được tính xấp xỉ là: AH(s) AmidFH(s) (10.1.8) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Đáp ứng tần số thấp Trong rất nhiều thiết kế, các điểm khơng của FL(s) có thể được đặt các tần số đủ thấp để khơng ảnh hưởng đến tần số cắt dưới ωL. Hơn nữa, một trong các cực tần số thấp trong hình 10.1.1, là ωP2, có thể được thiết kế lớn hơn nhiều các cực khác. Với các điều kiện này, phần tần số thấp của hàm truyền đạt có thể được viết xấp xỉ là FL s s s (10.1.9) P2 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Cực ωP2 được gọi là cực tần số thấp chủ đạo và tần số cắt dưới xấp xỉ là: ωL ωP2 (10.1.10) Đáp ứng tần số cao Trong vùng trên trung tần, Av(s) có thể được biểu diễn bằng cách tính xấp xỉ tần số cao của nó: AH(s) AmidFH(s) (10.1.11) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Rất nhiều điểm không của FH(s) thường tần số vô hạn hay rất cao mà chúng không ảnh hưởng đến giá trị của FH(s) gần ωH. Hơn nữa, nếu một trong các tần số điểm cực chẳng hạn như ωP3 trong hình 10.1.1 nhỏ hơn nhiều so với các điểm khác, thì sẽ tồn tại điểm cực tần số cao chủ đạo trong đáp ứng tần số cao và ta có thể biểu diễn FH(s) bằng cách tính xấp xỉ: FH(s) 1 s (10.1.12) P3 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 10 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Dựa trên các cách nối ở cổng ra và vào, dịng vào i1 và ra i2 tổng thể có thể được viết là: i1 i1A i1F và i2 i2A i2F (10.3.2) Kết hợp các phương trình 10.3.1 và 10.3.2 ta có phương trình hai cổng cho khuếch đại phản hồi sơnsơn tổng thể như sau: i1 i2 y11A y A 21 y11F v1 F 21 y v1 y12A y A 22 y12F v y F 22 v2 (10.3.3) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 23 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Do các tham số tương ứng của cả hai mạch lại xuất hiện cùng nhau trong phương trình 10.3.3, nên ta sẽ định nghĩa một đại lượng gọn hơn: y ijT y ijA y ijF (10.3.3a) i1 T y11 v1 i2 T y 21 v1 T y12 v2 T y 22 v2 (10.3.3b) Điện trở truyền đạt: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 24 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Atr y 21A T G I y11T y 22 A F 21 12 y y (10.3.4) GL Biến đổi lại phương trình 10.3.4 thành dạng chuẩn cho khuếch đại phản hồi ta có: Atr v2 ii GI GI Trong đó A y 21A T y11T y 22 y 21A T y11T y 22 vo ii GL GL GI y12F A A y 21A T T y11 y 22 GL (10.3.5) và BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ y12F (10.3.6) 25 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI 10.4 Khuếch đại dịng phản hồi sơn nối tiếp Các khuếch đại dịng là loại khuếch đại có ích nữa; chúng ta đã gặp một ứng dụng thơng thường nhất của các khuếch đại dịng vịng mở dạng các gương dịng. Bằng cách sử dụng phản hồi, chúng ta có thể tạo ra một khuếch đại dịng mà nó cịn lý tưởng hơn cả gương dịng cơ bản. Phản hồi sơn cổng vào tạo ra điện trở vào rất nhỏ và phản hồi nối tiếp ở cổng ra sẽ tạo điện trở ra rất lớn BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 26 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Các tham số g dùng để phân tích các mạch phản hồi sơnnối tiếp Tuy nhiên, phải cẩn thận đây. Chúng ta sẽ khám phá độ khó khi áp dụng lý thuyết hai cổng sơnnối tiếp vào mạch nhiều tranzitor do chúng khơng thể được vẽ chính xác như các hai cổng Tính hệ số khuếch đại dịng Phân tích mạch khuếch đại dịng phản hồi trong hình 10.4.1. Dựa trên các đường nối các cổng vào và ra, dịng vào tổng thể ii và điện áp ra v2 có thể được viết là: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 27 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI i1 i1A i1F và v v 2A (10.4.1) v 2F Với trường hợp này, mạch khuếch đại phản hồi được biểu diễn bằng các tham số g của nó, giả sử g 21A >> F g 21 và g12F >> g12A ta có: i1 v2 T g11 v1 A 21 g v g12F i2 T 22 g i (10.4.2) Trong đó g ijT g ijA g ijF (10.4.3) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 28 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Thay i1 = ii – v1GI và v2 = – i2RL vào phương trình 10.4.2 ta có: ii GI A 21 g v T g11 v1 g T 22 g12F i2 RL i2 (10.4.4) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 29 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình 10.4.1 Khuếch đại phản hồi sơnnối tiếp BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 30 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hệ số khuếch đại dịng vịng đóng được tính trực tiếp từ phương trình 10.4.4: Ai i2 i1 g 21A g12f g 21A T G I g11T g 22 RL (10.4.5) Biến đổi lại phương trình 10.4.5 thành dạng chuẩn cho khuếch đại phản hồi ta có: GI Ai GI g 21A T T g11 g 22 g 21A T T g11 g 22 RL RL g12F A A BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ (10.4.6) 31 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Trong đó A = GI g 21A T g11T g 22 RL và β = g12F (10.4.7) 10.5 Khuếch đại điện dẫn truyền đạt phản hồi nối tiếp nối tiếp Cách mắc cuối cùng được xét là khuếch đại điện dẫn truyền đạt, nó tạo ra dịng điện ra tỉ lệ với điện áp vào. Do vậy nó cần có điện trở vào cao cũng như điện trở ra cao. Để có được các đặc tính này, phản hồi nối tiếp được sử dụng cả hai cổng vào và ra như trong hình 10.5.1. Với BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 32 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI trường hợp này, các dịng điện cổng vào bằng nhau và các dịng điện cổng ra cũng bằng nhau cho các cổng của mạch khuếch đại và phản hồi; các tham số z là hợp lý để phân tích cách mắc này. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 33 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình 10.5.1 Mạch khuếch đại phản hồi nối tiếpnối tiếp (khuếch đại điện dẫn truyền đạt) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 34 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Phân tích điện dẫn truyền đạt Với mạch trong hình 10.5.1, điện áp tổng thể vào v1 và ra v2 có thể được viết là: v1 v1A v1F và v v 2A (10.5.1) v 2F Và mô tả các tham số z của mạch tổng thể là: v1 T z11 i1 v2 T z 21 i1 T z12 i2 T z 22 i2 (10.5.2) Trong đó z ijT z ijA z ijF (10.5.3) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 35 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI F Dùng v1 = vi – i1RI và v2 = – i2RL và giả sử z 21A >> z 21 và z12F >> z12A , ta sẽ có dạng rút gọn chuẩn: vi RI T z11 i1 T z 21 i1 T z 22 T z12 i2 RL i2 (10.5.4) Hệ số khuếch đại vịng đóng của khuếch đại điện dẫn truyền đạt có thể tìm được từ phương trình 10.5.4: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 36 BÀI 10 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Atc i2 vi RI RI Trong đó A z 21A T z11T z 22 z 21A T z11T z 22 RI RL RL z 21A T T z11 z 22 A A z12F RL và BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ (10.5.5) z12F (10.5.6) 37 ... T 22 g12F i2 RL i2 (10. 4.4) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 29 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình? ?10. 4.1 Khuếch đại phản hồi sơnnối tiếp BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 30 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI... tích cách mắc này. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 33 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình? ?10. 5.1 Mạch khuếch đại phản hồi nối tiếpnối tiếp (khuếch đại? ?điện? ?dẫn truyền đạt) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 34 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI... tham số hai cổng phù hợp để phân tích cấu trúc này BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 11 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI Hình? ?10. 2.1 Khuếch đại phản hồi nối tiếpsơn BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 12 BÀI? ?10? ?ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ PHẢN HỒI