Hình 2.9. Sơ đồ mạch khuếch đại điện áp hai tầng ghép R-C
Mạch khuếch đại điện áp ghép R-C dùng đèn 3 cực đợc dử dụng rất phổ biến để khuếch đại các điện áp xoay chiều với dải thông tần từ vài héc đén 0,1 MHz và cao hơn. Sơ đồ mạch khuếch đại hai tầng vẽ trên hình 2-9. Tầng thứ nhất có đèn 3 cực Đ1 , thiên áp bằng cặp RK1-CK1. điện áp định thiên là Uo = - Iao.RK1. điện áp này quyết định chế độ làm việc của đèn. Giả sử đa vào lới Đ1
điện áp tín hiệu uv, dạng hình sin. Trong mạch anốt xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng anốt ia. Dòng này tạo ra trên điện trở Ra một điện áp xoay chiều uva = ia.Ra1. điện áp này thông qua tụ CP1 đặt vào lới của đèn D2, cụ thể là
đặt vào điện trở thoát lới R2. Nh vậy, điện áp ra của tầng trớc (D1) là điện áp vào của tầng sau (D2):
ura1 = uv2 = K1.uv
ở đây, K1 - hệ số khuếch đại của tầng 1.
Khi qua dèn Đ2, tín hiệu lại tiếp tụ đợc khuếch đại , và cuối cùng ta nhận đợc điện áp ở tàng hai:
Ura = ura2 = K2.uv2 = K2.K1uv (4-23)
ở đây, K2 – hệ số khuếch đại của tầng hai.
Các điện trở Rc1 và Rc2 đa thiên áp Uca = - Iao.Rk vào các lới đèn và thoát các điện tử vớng voà lới có trị số lớn cỡ 0,1 – 1 MΩ.
Các điện trở anốt Rr1, Rr2 làm nhiệm vụ là điện trở tải của các đnè. Tạo ra các sụt áp Ura của mỗi tầng khuếch đại. Trị số các điện trở này quyết định hệ số khuếch đại của mỗi tầng (xem công thứ 3-28). Đối với mạch dùng đèn 3 cực, điện trở anốt vào khoảng Ra = (2-5)Ri, và đạt trị số vài choc kilôôm.
Tụ điện CP1 gọi là tụ phân tầng hay tụ nối tầng, tụ ghép. Nhiệm vụ của tụ ghép là:
- Ngăn cách thành phần một chiều của điện áp anốt Uao = Ea.Iao.Ra từ đèn Đ1 tới đèn Đ2, để không làm ảnh hởng đến điện áp định thiên Uco của đèn Đ2 (cần chú ý là Uco cỡ vài ba vôn, còn Usocỡ hàng choc tới hàng trăm vôn) . Vì thế, tụ CP1 đợc gọi là tụ phần tầng.
- Dẫn thành phần tín hiệu điện áp ra ura1 (thành phần xoay chiều) từ anốt đèn Đ1 tới lới đèn Đ2 để tiếp tục khuếch đại lên. Vì thế tụ CP1 đợc gọi là tụ nối tầng. Để tín hiệu ít bị tổn thất (sụt áp) trên tụ CP, trị số tụ này cần chọ đủ lớn, để dung kháng ứng với tần số làm việc nhỏ hơn điện trở lới Rc2 từ 10 đến 20 lần. Có thể chọn theo công thức sau:
2 1 1 . 05 , 0 . 1 C R C w = (4-24) Thờng tụ nối tầng có trị số khoảng 0,01 – 0,03àF.
Hình 2.10. Sơ đồ tơng đơng đầy đủ của mạch khuếch đại hình 2.9
Để phân tích sự việc của mạch, tat hay sơ đồ nguyên lý hình 2-9 bởi sơ đồ tơng đơng hình 2-10. Khi đó, mỗi đèn khuếch đại đợc thay bởi nguồn có sức điện động à.uv và điện trở trong R (xem mục b, 3-4, hình 3-22). Khi sử dụng sơ đồ tơng đơng. Qua điện dung CP1, điện áp ra trên Ra1 đợc đặt vào điện trở vào R2 của tầng sau. Ngoài ra, phải kể đến điện dung đầu ra của tầng trớc CaK1, điện dung đầu vào của tầng sau CcK2 và điện dung dây nối tiếp lắp ráp mạch CM.
Trong khoảng tần số trung bình (200-2000Hz), dung kháng của C1 rất nhỏ so với Ra1, Rc2 lại mắc nối tiếp nên có thể bỏ qua. Còn dung kháng của Co
rất lớn(vì Co rất bé) so với Ra1, Rc2 lại mắc song song nên có thể bỏ qua. Do đó ta có sơ đồ tơng đơng đơn giản vẽ trên hình 2-11.
Hình 2-11. Sơ đồ thay thế đơn giản của mạch khuếch đại tần số trung bình Từ sơ đồ đơn giản, điện trở tơng đơng của mạch ngoài:
Hệ số khuếch đại của mạch ở tần số trung bình:
Qua đó ta thấy, ở tần số trung bình, hệ số khuếch đại không thay đổi theo tần số.
ở tần số cao, dung kháng của Co1 nhỏ và mắc nối tiếp Rc2 nên bỏ qua còn dung kháng của tụ Co cũng nhỏ, lại mắc song song với Rc2 nên không thể bỏ qua. Do đó, tín hiệu ra từ Rc1 sẽ rẽ mạch một phần qua Co làm hệ số khuếch đại giảm. Nói khác đi ở tần số cao, hệ số khuếch đại giảm khi tần số tăng.
ở tần số thấp, dung kháng của Co1 và Co đều lớn. Do Co mắc song song
nên bỏ qua, còn Co1 mắc nối tiếp nên không thể bỏ qua. Do đó, điện áp tín
hiệu ra lấy trên Ra1 sẽ phân áp trên CP1 và Rc2. Tần số càng thấp, xcp1 càng lớn, điện áp rơi trên Cp1 càng lớn, điện áp đặt vào Rc2 (tức tín hiệu và tầng hai) càng nhỏ, nên hệ số khuếch đại càng bé. Nói khác đi, ở tần số thấp, hệ số khuếch đại giảm khi tần số giảm.
Mạch khuếch đại điện áp ghép R-C đợc sử dụng rất rộng rãi vì có những u điểm cơ bản nh: độ méo tín hiệu nhỏ, đặc tính tần số bằng phẳng, sơ đồ đơn giản, khối lợng và kích thớc nhỏ, giá thành hạ.
Khuyết điểm của sơ đồ này là sụt áp một chiều trên điện trở anốt Ua0 = Ia0.Ra, có trị số lớn, gây ra tổn hao năng lợng và cần tăng điện áp nguồn Ea để đảm bảo điện áp anốt Ua0 = Ea - Ia0.Ra, có giá trị cần thiết, nguồn Ea để đảm bảo điện áp anốt Ua0 = Ea - Ia0.Ra có giá trị cần thiết.