Phân loại các bộ khuếch đại dựa trên đáp ứng tần số

1.6 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ BỘ KHUẾCH ĐẠI

1.6.5 Phân loại các bộ khuếch đại dựa trên đáp ứng tần số

Các bộ khuếch đại có thể được phân loại dựa trên hình dạng của đường cong đáp ứng biên độ. Hình 1.26 mô tả đường cong đặc tính tần số đặc trưng của một số bộ khuếch đại. Trong Hình 1.26a hệ số khuếch đại giữ không đổi qua một khoảng tần số rộng nhưng giảm mạnh ở tần số cao và tần số thấp. Đây là dạng phổ biến của đáp ứng tần số thấy ở các bộ khuếch đại âm thanh.

Như sẽ thể hiện trong các chương sau, điện dung ký sinh trong các linh kiện (tranzito) khiến cho hệ số khuếch đại giảm mạnh ở tần số cao, cũng giống như Cigây ra trong mạch của Ví dụ 1.5. Nói theo cách khác, sự giảm mạnh của hệ số khuếch đại ở tần số thấp thường bị gây ra bởi tụ điện ghép sử dụng để nối một tầng khuếch đại với tầng còn lại, như mô tả trong Hình 1.27.

Tính chất này thường được sử dụng để đơn giản hóa việc xử lý tín hiệu của các tầng khác nhau.

Giá trị của tụ điện ghép thường được chọn trong một khoảng khá rộng (với tỷ lệ từ một microfara tới vài chục mircrofara) do đó điện kháng (trở kháng) nhỏ ở những tần số mong muốn. Tuy vậy,

ở tần số thấp thích hợp điện kháng của tụ điện ghép sẽ trở nên đủ lớn và do đó không tới được tầng tiếp theo.

Các tụ điện ghép do đó sẽ gây ra mất hệ số khuếch đại ở tần số thấp và khiến cho hệ số khuếch đại bằng không với dòng một chiều. Điều này không hề ngạc nhiên vì từ Hình 1.27 ta thấy rằng tụ điện ghép phối hợp với trở kháng vào của tầng tiếp theo tạo thành mạch STC thông cao.

Đáp ứng tần số của mạch thông cao coi như có dạng của đáp ứng tần số trong Hình 1.26(a) đoạn cuối ở tần số thấp.

Hình 1.26 Đáp ứng tần số của (a) Bộ khuếch đại ghép tụ điện (b) Bộ khuếch đại ghép trực tiếp (c) Bộ khuếch đại công hưởng và bộ khuếch đại thông dải

Hình 1.27 Sử dụng tụ điện để ghép các tầng khuếch đại

Có nhiều ứng dụng trong đó quan trọng là bộ khuếch đại duy trì được hệ số khuếch đại của nó ở tần số thấp gần bằng điện áp một chiều. Hơn nữa, công nghệ mạch tích hợp nguyên khối không cho phép sản xuất những tụ ghép lớn. Do đó các IC khuếch đại thường được thiết kế như khuếch đại ghép trực tiếp hay khuếch đại dc (ngược lại với khuếch đại ghép đôi điện dung hay khuếch đại AC). Hình 1.26(b) mô tả đáp ứng tần số của một bộ khuếch đại dc. Đáp ứng tần số này được xem như đáp ứng của một bộ khuếch đại thông thấp

Trong một số ứng dụng, như trong thiết kế bộ thu của radio và TV, yêu cầu nảy sinh với một bộ khuếch đại là đáp ứng tần số của nó đạt mức cao nhất quanh một tần số không đổi (được gọi là tần số trung tâm) và giảm mạnh ở hai phía của tần số này (như mô tả trong Hình 1.26c).

Các bộ khuếch đại với đáp ứng như thế này được gọi là khuếch đại cộng hưởng, khuếch đại thông dải, hay bộ lọc thông dải. Một bộ khuếch đại cộng hưởng tạo nên trái tim của phần tiền xử

lý hay bộ cộng hưởng trong máy thu thông tin. Bằng việc điều chỉnh tần số trung tâm sao cho cho trùng với tần số của kênh thông tin liên lạc yêu cầu (ví dụ, một đài phát thanh), tín hiệu của các kênh đặc biệt có thể được thu trong khi tín hiệu của các kênh khác bị tắt dần hoặc bị lọc đi.

1.7 Phản hồi trong bộ khuếch đại Định nghĩa

Hồi tiếp (hay còn gọi là phản hồi) là quá trình đưa một phần tín hiệu từ đầu ra quay về đầu vào với mục đích thay đổi các tham số cũng như chế độ làm việc cho bộ khuếch đại. Phản hồi cho phép cải thiện các tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao về chất lượng.

Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại có phản hồi.

Trong đó:

K: hệ số khuếch đại khi chưa có phản hồi.

: hệ số phản hồi;

Uv : tín hiệu vào; Ura : tín hiệu ra;

U : tín hiệu sai lệch; Uph : tín hiệu phản hồi.

+ Phản hồi âm: là phản hồi mà tín hiệu phản hồi ngược pha (ngược dấu) so với tín hiệu vào bộ khuếch đại nên làm yếu tín hiệu vào, giảm hệ số khuếch đại của mạch nhưng các tính chất khác được cải thiện như nâng cao độ ổn định, mở rộng dải thông, giảm độ méo ...

+ Phản hồi dương: là phản hồi mà tín hiệu phản hồi cùng pha (cùng dấu) so với tín hiệu vào, cho nên làm tăng tín hiệu vào, tăng hệ số khuếch đại nhưng lại làm cho mạch làm việc không ổn định có thể gây nên hiện tượng tự kích (tự dao động).

Ngoài ra, phụ thuộc vào loại dòng điện được truyền từ đầu ra trở lại đầu vào bộ khuếch đại ta có các loại phản hồi theo dòng một chiều và phản hồi theo dòng xoay chiều, trong đó phản hồi âm dòng một chiều dùng để ổn định chế độ làm việc cho tranzito khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, còn phản hồi âm dòng xoay chiều để ổn định các tham số cho mạch khuếch đại.

Ảnh hưởng của phản hồi đến hệ số khuếch đại của mạch

Từ sơ đồ khối ta có: U = Uv  Uph  Uv = U  Uph (*) Chia hai vế của (*) cho Ura ta có:

.

r ph r r V

U U U U U

U   

Trong đó: Kph = Ura / Uv : hệ số khuếch đại khi có phản hồi K = Ura / U : hệ số khuếch đại khi chưa có phản hồi.

 = Uph / Ura : hệ số truyền đạt của khâu phản hồi.

 Kph = K / (1 K.). Dấu (-) là hồi tiếp dương, dấu (+) là hồi tiếp âm.

K

 Uv

Uph

 U Ura