Kỹ thuật điện tử - Khuếch đại tiếp âm và dao động sin - Nguyễn Ngọc Mai Khanh

Hồi tiếp là công cụ vô cùng hữu ích trong rất nhiều ứng dụng, đặc biệt trong hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển bao gồm tất cả các mạch điện ở đó ngõ ra được sử dụng để điều khiển hoặc hiệu chỉnh ngõ vào, từ đó lại cung cấp 1 ngõ ra như mong muốn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật điện tử - Khuếch đại tiếp âm và dao động sin - Nguyễn Ngọc Mai KhanhNgười soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Chương 7: KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP ÂM VÀ DAO ĐỘNG SINCó hai dạng mạch hồi tiếp. Thứ nhất là hồi tiếp âm: một phần hay toàn bộ tín hiệu ngõ ra(điện áp hoặc dòng điện) được đưa về trở lại ngõ vào để có thể được trừ bởi tín hiệu ngõvào. Theo cách này, tín hiệu ngõ vào đến bộ khuếch đại đầu tiên được giảm xuống, nhưvậy tín hiệu ngõ ra được giảm xuống cho phù hợp. Khuếch đại hồi tiếp âm được đặc điểmlà có hệ số khuếch đại thấp hơn bộ khuếch đại tương tự không có hồi tiếp.Dạng thứ hai là hồi tiếp dương: một phần hay toàn bộ tín hiệu ngõ ra được đưa đến ngõvào để cộng thêm vào nó. Hồi tiếp dương thì không có ai muốn trong khuếch đại cả bởivì nó thường gây ra khuyếch đại không an toàn và dao động. Tuy nhiên tính chất nàyđược sử dùng nhiều trong mạch dao động. Trong chương này chúng ta chỉ đề cập đếnkhuếch đại hồi tiếp âm.7.1 Những khái niệm tổng quát về hồi tiếpHồi tiếp là công cụ vô cùng hữu ích trong rất nhiều ứng dụng, đặc biệt trong hệ thốngđiều khiển. Hệ thống điều khiển bao gồm tất cả các mạch điện ở đó ngõ ra được sử dụngđể điều khiển hoặc hiệu chỉnh ngõ vào, từ đó lại cung cấp 1 ngõ ra như mong muốn. Sửdụng khác của hồi tiếp là “cảm nhận” ngõ ra, sau đó so sánh nó với những tín hiệu khác,và cuối cùng là điều khiển ngõ vào (và như ngõ ra) cho phù hợp với sự khác nhau giữatín hiệu ngõ vào và tín hiệu tham chiếu. Đặc biệt hồi tiếp âm trong sự khuyếch đại có thểđược sử dụng để: 1. Ổn định hệ số khuếch đại (điện áp hay dòng điện). Hình 7.1 : Sơ đồ khối mạch khuếch đại hồi tiếp 2. Đạt được phép tuyến tính. 3. Làm rộng băng thông. Trang 7.1Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử 4. Giảm hoặc tăng trở kháng ngõ vào. 5. Giảm hoặc tăng trở kháng ngõ ra. 6. Giảm nhiễu trong bộ khuếch đại. 7. Làm giảm các hiệu ứng nhiệt.Để ổn định hệ số khuếch đại, nghĩa là chúng ta muốn làm hệ số khuếch đại ít phụ thuộcvào những thông số đặc biệt của thiết bị. Sự tuyến tính thì rất quan trọng cho bộ khuếchđại, nhưng sự cải tiến tính tuyến tính (làm méo ít) này lại càng quan trọng hơn trongkhuếch đại công suất. Nhiễu ( tín hiệu điện giả được tạo ra không có khuếch đại ) đặc biệtphiền toái trong khuếch đại khi mức tín hiệu hết sức nhỏ. Trong những trường hợp này,hồi tiếp âm có thể được sử dụng làm giảm nhiễu trong bộ khuyếch đại.Chúng ta sẽ phân loại kiểu của hồi tiếp theo hoạt động của hồi tiếp độ lợi. Hai kiểu đó làmạch hồi tiếp dòng và mạch hồi tiếp áp, chúng được phân biệt bởi sự suy giảm độ lợi.Hai kiểu hồi tiếp khác, giới hạn mạch Shunt và mạch hồi tiếp liên tục, cũng sẽ được xét.Sơ đồ khối mạch khuếch đại hồi tiếp cơ bản như ở hình 7.1, với đường tín hiệu trên hìnhvẽ. Tín hiệu ở bất kì điểm nào trong hình 7.1 cũng có thể là một điện áp hoặc dòng điện,phụ thuộc vào dạng mong muốn.7.2 KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP ÁPXem hình 7.1, chúng ta thấy rằng khi toàn bộ tín hiệu là điện áp, mạch điện là một bộkhuếch đại hồi tiếp áp. Dạng chung của khuếch đại hồi tiếp áp được thể hiện ở hình 7.2.Hồi tiếp âm được thiết lập bằng cách lấy một phần của điện áp ngõ ra đưa về trừ cho điệnáp ngõ vào.7.2.1 Độ lợi ápTrong hình 7.2, điện áp ngõ ra xuất hiện qua cả tải bên ngoài và hệ thống hồi tiếp. Hệthống hồi tiếp điện áp ngược được định nghĩa: Vf βv = (7.1 ) VoKhuếch đại độ lợi áp mạch hở Av được định nghĩa. V Av = o (7.2) V1Điện áp tổng ở ngõ vào đều bằng 0 được chỉ rõ hình 7.2. Chúng ta tìm được: Vs = V1 + V f (7.3)Độ lợi dòng hở của khuếch đại hồi tiếp Avf được cho bởi Vo V Vo V1 Avf = o = = (7.4) Vs V1 + V f Vf 1+ V1 Trang 7.2Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 7.2 : Sơ đồ khối mạch khuếch đại hồi tiếp ápTừ biểu thức (7.1) chúng ta thấy rằng Vf = β vVo . Cũng chú ý rằng Av = Vo/V1, chúng tatìm được Av Avf = (7.5) 1 + β v AvChúng ta định nghĩa hồi tiếp âm cho ( 1 + β v Av ) là lớn hơn 1 và hồi tiếp dương cho ( 1 + β v Av ) là nhỏ hơn 1.Thông thường thì | Av | thì lớn hơn nhiều so với 1, đến mức chúng ta có thể xem gần đúng 1 Avf ≅ (7.6) βv7.2.2 Điện trở ngõ vàoĐiện trở ngõ vào cho khuếch đại hồi tiếp được định nghĩa là tỉ số giữa Vs với I1.Lấy Vf từ biểu thức (7.1) thế vào biểu thức (7.3), ta được Vs = V1 + β vVo = V1 (1 + β v Av ) (7.7)Chúng ta có thể thay V1 = RiI1. Như thế V Rif = s = Ri (1 + β v Av ) (7.8) I1Khi điện áp hồi tiếp âm được sử dụng, điện trở ngõ vào được tăng lên.7.2.3 Điện trở ngõ ra.Giả sử rằng dòng được lấy ra từ mạng hồi tiếp như trong hình 7.2 thì rất nhỏ không đángkể, chúng ta có thế viết Vo = AvV1 – IoRo (7.9) Trang 7.3Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH ...