Trong mạch khuếch đại chế độ C, T sẽ đợc phân cực trong miền ngắt. Với tín hiệu vào hình sin, tín hiệu ra sẽ là các xung với độ rộng nhỏ hơn 1/2 chu kỳ nh hình dới đây. Méo trong trờng hợp này là rất lớn. Hoạt động của mạch khuếch đại chế độ C không tuyến tính. Mạch khuếch đại lớp C thờng sử dụng kết hợp với tải cộng hởng
và chủ yếu để khuếch đại công suất tần số cao.
Hoạt động
Khi tín hiệu sin v(t) = VM*sin (wt) , đợc đa tới đầu vào mạch khuếch đại, dòng i(t) qua tải RL sẽ khác 0 trong khoảng thời gian dẫn T = t2 - t1 tơng
ứng với góc dẫn
φ = φ2 - φ1 với φ = ω*T.
Trong mạch khuếch đại chế độ A góc: φ <1800 và phụ thuộc vào chế độ phân áp của Transistor.
Mạch khuếch đại này không tiêu hao công suất trong chế độ tĩnh (vì ICQ= 0) trong khi công suất tiêu hao tại chế độ động phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu vào v(t) và góc dẫn. Vì lý do đó, hiệu suất của mạch chế độ C là hàm của góc dẫn. Khi giảm góc dẫn φ này, hiệu suất tăng và có thể đạt tới 100%. Thực tế không thể giảm góc dẫn nhiều vì công suất tổng sẽ giảm theo.
Các xung của dòng i(t) là một hàm tuần hoàn, chu kỳ của hàm bằng với chu kỳ tín hiệu vào. Sử dụng chuỗi Furier, dòng tải có thể đợc biểu diễn bởi tổng của các sóng sin:
i(t) = ICQ +i1*sin(wt) +i2*sin(2wt) +…
Nếu sử dụng tải là một mạch cộng hởng điều chỉnh đợc tần số thì mạch khuếch đại này có thể ứng dụng làm bộ nhân tần. Tuy nhiên, do biên độ của các hài bậc cao là nhỏ nên ứng dụng khuếch đại chủ yếu tại tần số cơ bản f=w/2π.
Một bộ khuếch đại chế độ C hoạt động tại tần số cao, nhng chỉ dùng để khuếch đại 1 tần số, nó không thể dùng cho các ứng dụng khuếch đại đòi hỏi tuyến tính.
Chơng 5. Khuếch đại thuật toán
Khuếch đại thuật toán (KĐTT) là một thuật ngữ đợc đa ra để chỉ một bộ khuếch đại đặc biệt có thể có nhiều cấu hình hoạt động khác nhau bằng cách ghép nối thích hợp các thành phần bên ngoài. Các bộ KĐTT đợc ứng dụng đầu tiên trong các máy tính tơng tự với các phép tính số học đơn giản nh cộng, trừ, nhân, chia, vi phân và tích phân. Khả năng này là kết quả của sự kết hợp giữa hệ số khuếch đại lớn và hồi tiếp âm.
Cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử từ cấu tạo bằng những bóng chân không nặng nề, sau đến các BJT rời rạc, tới nay các bộ KĐTT đều ở dạng tích hợp. Việc này làm cho các bộ KĐTT trở nên gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lợng, làm việc ổn định và đợc ứng dụng rất rộng rãi.
Chơng này sẽ giới thiệu cơ bản về KĐTT cũng nh các kỹ thuật phân tích các mạch KĐTT thông dụng nhất.
I. cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier)
Một bộ KĐTT sẽ có hai đầu vào mà thực chất chính là 2 đầu vào của một bộ khuếch đại vi sai, tầng đầu của bộ KĐTT. Bộ KĐTT chỉ có một đầu ra duy nhất, hai đầu vào cấp nguồn và các chân bù điện áp, bù tần số … (thông thờng bộ KĐTT là IC có 8 chân). Hình dới đây là ký hiệu và sơ đồ đơn
giản minh hoạ cấu trúc bên trong của bộ KĐTT.
Điện áp đầu ra Vr tỷ lệ với hiệu số của điện thế giữa hai đầu vào, và cho bởi: Vr = Kd.(Vb - Va). Đầu vào Đầu vào Đầu ra 38
với Kd là hệ số khuếch đại áp, thờng rất lớn cỡ 1 000 000 lần. Nh vậy bộ KĐTT khuếch đại hiệu điện áp giữa hai đầu vào.
Nếu Vb = 0 thì Vr = -Kd.Va nên Vr ngợc pha với tín hiệu vào. Vì vậy, ngời ta gọi a là đầu vào đảo và ký hiệu bởi dấu (-) hay chữ N (negative)
Nếu Va = 0 thì Vr = Kd.Vb nên Vr đồng pha với tín hiệu vào. Vì vậy, ngời ta gọi b là đầu vào không đảo và ký hiệu bởi dấu (+) hay chữ P (positive)
Một KĐTT lý tởng có:
Trở kháng vào là vô cùng, Zv ≈ ∞
Trở kháng ra bằng không, Zr = 0
Hệ số khuếch đại Kd ≈ ∞
Đáp ứng tần số là nh nhau ở mọi tần số
Tuy nhiên trên thực tế các tham số chính của một KĐTT là:
Điện áp lệch không là điện áp đa tới đầu vào để tạo điện áp 0 tại đầu ra. Điều này có nghĩa, khi không có điện áp tại đầu vào, đầu ra vẫn có một điện áp khác 0.
Trở kháng vào rất lớn cỡ từ hàng trăm KΩ tới hàng MΩ
Trở kháng ra rất nhỏ cỡ từ hàng Ω tới vài chục Ω
Hệ số khuếch đại Kd từ vài trăm tới hàng triệu lần.
Đáp ứng tần số có giới hạn