2.4. HỒI TIẾP TRONG TẦNG KHUẾCH ĐẠI
2.4.2. Ảnh hưởng của hồi tiếp đến các tính Chat của BKĐ
- Xét mạch khuếch đại có hồi tiếp điện áp - nối tiếp có sơ đồ như Hình 2.11.
Hình 2.11. Mạch KĐ có hồi tiếp điện áp - nối tiếp Hệ số khuếch đại điện áp của khâu khuếch đại (không có hồi tiếp):
K = Ä (2.28)
ủ y
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp:
K h t = Y p (2.29)
Hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp:
ò = ^ - (2.30)
Từ sơ đồ mạch, ta có: Uy = U v + U ht
= > ^ = U v + i k ủ r ủ r_ ủ r
=> Kh' = 1 -ò .K (2'31)
Biểu thức (2.31) cho thấy hồi tiếp đó làm thay đổi HSKĐ đi (1 - ò.K) lần. Trị số (1 - ò.K) được gọi là độ sõu hồi tiếp. Tớch so ò.K được gọi là hệ số truyền đạt của vũng hồi tiếp.
- Giả thiết mạch khuếch đại làm việc ở dải tần số trung bình và mạch hồi tiếp chỉ chứa cỏc phần từ thuần trở. Khi đú K, ò và do đú cả K ht là những số thực:
(2.32) + Khi 0 < òK < 1 : K và ò cựng dấu, Kht cựng dấu với K, ò tức là, ủ ht cựng pha với ủ v
=> hồi tiếp dương. Khi đó:
K (2.33) K(h;> =
1 - p K
*•<+) K ht > K
có nghĩa là, khi điện áp hồi tiếp Uht cùng pha với điện áp vào U v , điện áp vào khâu khuếch đại U y = U v + Uht được tăng cường do đó điện áp ra tăng lên so với khi không có hồi tiếp, kết quả là hệ số khuếch đại có hồi tiếp dương tăng 1
1 - P K
lần so với khi không có hồi tiếp.
+ Khi pK = 1: Kht —►00. Lúc này BKĐ không còn khả năng khuếch đại tín hiệu ở đầu vào mà trờ thành bộ dao động tự duy trì (U r = const).
+ Khi PK < 0: K và p ngược dấu nhau, Kht cùng dấu với K nên ngược dấu với p, tức là ủ ht ngược pha với ủ v => hồi tiếp âm. Khi đó:
K(-) =ht - K 1 + PK
v-(-)
^ht < K (2.34)
nghĩa là, khi điện áp hồi tiếp Uht ngược pha với điện áp vào U y , điện áp vào khâu khuếch đại U y = U y - Uht bị làm giảm đi, do đó điện áp ra giảm đi so với khi không có hồi tiếp, kết quả là hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm giảm đi (1 + PK) lần so với khi không có hồi tiếp.
2.4.2.2. Ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ số khuếch đại
, , , í d K' ]
- Đe đánh giá độ ổn định HSKĐ của BKĐ, người ta dùng tham số —— gọi là độ mât ổn định của HSKĐ. Đó là độ biến thiên tương đối của HSKĐ do các yếu tố bất ổn trong mạch gây ra [6].
- Trường hợp hồi tiếp âm: Lấy vi phân 2 vế (2.34), ta được:
dK(_) = (1 + pK)dK - p.KdK = dK (1 + PK)2 ~ (1 + pK )2 _ d K ^ 1 (dK^Ị
K(h; > (i+p k) \ k J (2.35)
Như vậy, hồi tiếp âm đã làm giảm độ không ổn định HSKĐ đi (1 + pK) lần so với khi không có hồi tiếp. Độ sâu hồi tiếp âm càng lớn, độ ổn định HSKĐ càng cao. Khi có hồi tiếp õm rất sõu (PK ằ 1 ) thỡ:
K ị^ = —— * !
h 1+PK p (2.36)
Lúc này HSKĐ của mạch hầu như chì phụ thuộc vào hộ số hồi tiếp.
Ý nghĩa vật lý: Vì lý do nào đó, các tham số của khâu khuếch đại thay đôi sẽ làm cho điện áp ra thay đổi, do đó điện áp hồi tiếp thay đổi theo. Do có hồi tiếp âm, tín hiệu hồi tiếp
làm cho điện áp vào khâu khuếch đại thay đổi theo chiều hướng bù lại sự thay đổi điện áp ra nên HSKĐ toàn m ạch ổn đinh,. Ví dụ khi K giảm làm cho ur giảm, do đó Uht giảm Điện áp vào khuếch đại U y = U v - Uht tăng lên, khiến U r tăng trở lại, kết quả là Kị17) ít thay đổi so với khi không có hồi tiếp.
- Trường hợp hồi tiếp dương, ta có:
d K Í ) 1 d K A
K¿> ~ ( l - ò K ) \ K , (2.37)
lần so với khi nghĩa là, hồi tiếp dương đã làm tăng độ không ổn định HSKĐ lên
không có hồi tiếp. Trong trường hợp này, BKĐ rất kém ổn định và dễ dẫn đến sư tư kích 2.4.23. Ảnh hưởng đến trở kháng vào và trở kháng ra
a) Trở khảng vào
- Trở kháng vào của khâu khuếch đại là: Z v = ——
, > , TT
- Trờ kháng vào của bộ khuêch đại có hôi tiêp là: Zvht = ——
ly
* Khi cú hồi tiếp õm: U v = Uy +uht = U y + ò U r = U y ( l + òK) Uy(l + òK)
_ > Z vht - = (l + òK )Z v (2.38)
Như vậy, hồi tiếp õm đó làm tăng trở khỏng vào của bộ khuếch đại lờn (1 + òK) lần Kết quả này giúp BKĐ nhận được điện áp vào lớn hơn từ các nguồn tín hiệu có điện trở nội lớn, tức là phối hợp trở kháng tốt ở đầu vào BKĐ [8],
* Khi cú hồi tiếp dương: U v = U y - U ht = Uy - ò U r = Uy(l - ò K ) U y ( l - ò K )
= > Z vht =■ = ( l - ò K ) Z v (2.39)
Do òK < 1 nờn hồi tiếp dương làm giảm đi trở khỏng vào so với khụng cú hồi tiếp.
b) Trở kháng ra
- Khi chưa cú hồi tiếp (Uht = 0). Ngắn mạch nguồn tớn hiệu uv = 0 -ằ Uy = 0. Khi đú:
+ Khi có hồi tiếp âm (Uht Ỷ 0). Ngắn mạch nguồn tín hiệu uv = 0 —►Uy = -Uht
Từ mạch điện ngõ ra:
Hay
urht = Irht zr + KUy = Irht Zr - KUht
Urht Irht-Zr — K.òUrht
z , - U r h t - i
** c 1 + òK (2.40)
hic là, hồi tiếp õm làm giảm điện trờ ra của BKĐ đi (1 + òK) lần so với khi khụng cú hồi tiếp.
Hình 2.12. Trở kháng ra trong mạch KĐ có hồi tiếp + Khi có hồi tiếp dương: U y = Uht
Urht Irht zr + K U y — Irht zr + K Uht
Hay
Urht Irht'Zr + K.òUrht 7 . - U r h , _ zr
* c 1 - ò K (2.41)
Hồi tiếp dương làm tăng điện trở ra lên
U - ò K j lõn so với khụng cú hồi tiếp.
2.4.2.4. Anh hưởng đến méo tần số và độ rộng dải thông
- Trường hợp có hồi tiếp âm: Khi tần số tín hiệu thay đổi, module HSKĐ thay đổi (theo mục ^ ^ ^ vung tan sô trung bình HSKĐ khâu khuêch đại K lớn nên tác dụng hồi tiếp am mạnh, làm cho Kht giảm nhiều. Ở vùng tần số thấp và cao, K nhỏ nên tác dụng hồi tiếp am yêu làm cho Kht giảm ít hơn so với vùng tần số trung bình. Kết quả !à đặc tuyến tần
cua BKĐ được lam cho băng phăng hơn, méo tân số giảm đi và đô rộng giảm thông tăng lên.
Trường hợp hồi tiếp dương: Do có tác động ngược lại nên méo tần số tăng lên và độ rộng giảm thông giảm đi.
Hình 2.13. Tác dụng của hồi tiếp âm đến méo tần số và độ rộng dải thông 2.4.2.S. Anh hưởng đến méo p h i tuyến và dải động
- Giả sử khi chưa có hồi tiếp, ở đầu ra BKĐ, ngoài điện áp ra Ur còn có điện áp ký sinh Uh đại diện cho một thành phàn hài nào đó (do méo phi tuyến của BKĐ gây ra) hoặc một thành phần tạp âm nội bộ nào đó. Đưa hồi tiếp vào mạch, giữ cho điện áp ra Ur không đổi (so với khi chưa có hồi tiếp), ở đầu ra của mạch, ngoài điện áp ra Ur còn có điện áp hài hồi tiếp Uhht[13]
- Khi đó điện áp Uhht là tổng của điện áp hài Uh khi chưa có hồi tiếp và thành phần điện áp hồi tiếp về đầu vào rồi lại qua mạch khuếch đại đến đầu ra AUh. Khi đầu ra đã ở trạng thái xác lập, điện áp hài hồi tiếp Uu,, truyền qua mạch hồi tiếp và mạch khuếch đại cho
AỦh = p . K . ủ hht. Do vậy:
Ù hht= ủ h + A Ủ h = ủ h +p.K.Ùhht
=> ủ h h t = Ĩ ^ K (2.42)
+ Trường hợp hồi tiếp õm (òK < 0):
Uhh' = 1+ò.K (2-43)
nghĩa là, hồi tiếp õm đó làm giảm điện ỏp hài và điện ỏp tạp õm do BKĐ gõy ra đi (1+òK) lần. Vì độ méo hài phụ thuộc vào trị số các thành phần hài, nên khi có hồi tiếp âm độ méo hài cũng giảm đi (1+ òK) lần so với khi khụng cú hồi tiếp:
< 2 ' 4 4 )
+ Trường hợp hồi tiếp dương: Dấu "+" trong biểu thức (2.43) được thay bằng dấu nghĩa là hồi tiếp dương làm tăng mức tạp âm và méo phi tuyến của BKĐ.
- Dải động của BKĐ: Khi chưa có hồi tiếp âm, toàn bộ tín hiệu từ nguồn tín hiệu đưa .đến đầu vào mạch khuếch đại nên Uy = Uy. Khi có hồi tiếp âm, chỉ có một phần tín hiệu
được đặt vào mạch khuếch đại:
Uy = Uy - Uh, = Uy - pUr = Uy - PKUy
=> u y = - ^ -
y 1 + pK
nghĩa là, với một mức tín hiệu (từ nguồn tín hiệu) lớn vượt quá dải động của mạch khuếch đại không có hồi tiếp âm sẽ gây méo phi tuyến, nhưng khi có hồi tiếp âm chỉ có 1/(1+PK) mức tín hiệu ấy đưa vào khâu khuếch đại nên không vượt quá dải động và không gây méo phi tuyến. Nói cách khác, dải động của BKĐ có hồi tiếp âm được mở rộng [11]. Lập luận này một lần nữa khẳng định tính đúng đắn của biểu thức (2.44).
2.4.2.Ó. Anh hưởng của hồi tiếp đến tạp nhiễu
(2.45)
Hình 2.15. Dải động của BKĐ có hồi Giả sử tạp nhiễu do nguồn bên ngoài tác động vào giữa hai tầng của BKĐ. Trường hợp hồi tiếp âm, từ sơ đồ khối hình 2.16, ta có:
[(U y -p U r)K1+ U la]K2 = Ur
=> u r = y ^ u v+
l + pK ,K2 l + p K ,K2 13 (2.46)
Trong (2.46), số hạng thứ nhất là tín hiệu ra có ích Urth, còn số hạng thứ hai là tạp âm được khuếch đại Urta. Rõ ràng khi không có hồi tiếp âm (P = 0), tạp âm ở đầu ra là K 2Uta, còn khi có hồi tiếp âm tạp âm giảm đi (1 + PK]K2) làn so với khi không có hồi tiếp âm [11],
* Kết luận
u ta
Hình 2.16. Anh hưởng của hôi tiêp âm đến tạp nhiễu
- Hồi tiếp âm điện áp - nối tiếp làm cho HSKĐ giảm, độ ổn định HSKĐ tăng, trở kháng vào tăng, trở kháng ra giảm, độ rộng dải thông tăng, méo tần số và méo phi tuyến giảm, dải động tăng... được dùng để cải thiện chất lượng BKĐ.
- Hồi tiếp dương điện áp - nối tiếp làm cho hầu hết các chỉ tiêu trên thay đổi theo chiều hướng xấu đi nên cần có biện pháp ngăn chặn hồi tiếp ký sinh. Tuy nhiên với khả năng gây tự kích, hồi tiếp dương là cơ sở 'cua các mạch dao động.
Khảo sát các kiểu mạch hồi tiếp khác, người ta tìm ra những quy luật chung ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các chỉ tiêu chất lượng của BKĐ như sau:
- Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu ở đầu vào của BKĐ (Uy hoặc ly) do đó làm giảm HSKĐ điện áp (đối với hồi tiếp nối tiếp) hoặc HSKĐ dòng điện (đối với hồi tiếp song song); làm tăng độ ổn định HSKĐ của BKĐ, do đó ổn định điện áp ra (đối với hồi tiếp nối tiếp) hoặc dòng điện ra (đối với hồi tiếp song song).
- Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào (1 + pK) lần, hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào (1+ pK) lân.
- Hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra (1+ PK) lần, hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra (1+ PK) lân.
- Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm méo tần số và méo phi tuyến tăng dải động giảm tạp âm và nhiêu [9], [6].
* Một số mạch khuếch đại có hồi tiếp:
Hình 2.17. M ột số mạch khuếch đại có hồi tiếp