Mạch khuếch đại đa tầng

[huongttt]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Mạch khuếch đại đa tầng


6.1 Các quan hệ độ lợi trong mạch khuếch đại đa tầng


Trong nhiều ứng dụng, một mạch khuếch đại đơn không thể cho tất cả mọi độ lợi theo yêu cầu của từng loại tải riêng biệt. Ví dụ, một hệ thống loa là một tải “nặng” trong hệ thống khuếch đại âm thanh, nhiều tầng khuếch đại được đặt ra nhằm nâng mức tín hiệu gốc từ microphone hoặc đầu đọc băng từ lên đến mức hiệu quả để có thể cho ra công suất đủ lớn tại loa. Ta đã biết đến các mạch tiền khuếch đại, mạch khuếch đại công suất và mạch khuyếch đại ngõ ra, các mạch khuyếch đại này đều là các mạch khuếch đại có cấu tạo nhiều tầng trong một hệ thống. Thật ra bản thân mỗi bộ phận này có thể bao gồm nhiều tầng khuếch đại bán dẫn riêng. Các mạch khuếch đại tạo ra độ lợi áp, dòng hay công suất thông qua việc sử dụng từ hai tầng trở lên gọi là mạch khuếch đại đa tầng.
Khi ngõ ra của một tầng khuếch đại được nối với ngõ vào của một tầng khuếch đại khác thì gọi là ghép Cascade



Hình 6.1: Hai tầng khuếch đại ghép cascade

Tổng độ lợi áp của hệ thống được tính như sau: Xem ngõ vào tầng 1 là 10 mV rms và độ lợi áp của mỗi tầng là A[SUB]1[/SUB]=A[SUB]2[/SUB]=20, ngõ ra tầng 1 là A[SUB]1[/SUB]v[SUB]i1[/SUB]=20(10 mV rms)= 200 mV rms. Như vậy ngõ vào tầng 2 là 200 mV rms. Tương tự ngõ ra tầng 2 là A[SUB]2[/SUB]v[SUB]i2[/SUB]=4 V rms. Độ lợi tổng sẽ là:

[SUB][/SUB]

chú ý là [SUB][/SUB]

Hình 6-2 là một hệ thống gồm n tầng ghép Cascade. Ngõ ra của mỗi tầng chính là ngõ vào của tầng kế tiếp ( v[SUB]o1[/SUB] = v[SUB]i2[/SUB], v[SUB]o2[/SUB] = v[SUB]i3[/SUB],…). Ta sẽ bắt đầu từ việc biểu diễn độ lợi áp tổng v[SUB]o,n[/SUB]/v[SUB]i1[/SUB] theo từng độ lợi tầng A[SUB]1[/SUB], A[SUB]2 [/SUB],…, A[SUB]n[/SUB]. Xem độ lợi mỗi tầng như là giá trị độ lợi áp giữa ngõ vào và ngõ ra của tầng đó khi các tầng được ghép với nhau.


Hình 6.2: n tầng khuếch đại được ghép cascade. Áp ngõ ra của mỗi tầng là ngõ vào của tầng kế tiếp



Theo định nghĩa:
[SUB][/SUB] (6-1)
[SUB][/SUB] (6-2)

thay v[SUB]o1[/SUB] từ (6-1) vào (6-2):
[SUB][/SUB] (6-3)
Tương tự:
[SUB][/SUB]
từ (6-3):
[SUB][/SUB]
Theo cách này ta tìm được:
[SUB][/SUB]
Từ đó:
[SUB][/SUB] (6-4)
Phương trình 6-4 cho thấy tổng độ lợi áp của n tầng cascade là tích độ lợi từng tầng (không phải tổng). Tổng quát, bất kỳ một hay nhiều tầng có độ lợi âm thì tầng đó gây ra một sự đảo pha 180[SUP]o[/SUP]. Theo phương trình 6-4, mạch khuếch đại cascade sẽ có ngõ ra ở tầng cuối cùng không cùng pha với ngõ vào ở tầng thứ nhất nếu số tầng đảo pha là số lẻ, và cùng pha nếu là số chẵn (hoặc bằng 0).
Để tìm độ lợi áp tổng của hệ thống ghép Cascade theo Decibel, ta bỏ qua dấu đại số của độ lợi mỗi tầng và tính như sau:

[SUB][/SUB] (6-5)

Phương trình 6-5 cho thấy độ lợi áp tổng theo dB là tổng các độ lợi từng phần biểu diễn theo dB. Tương tự ta có thể dễ dàng tìm được độ lợi dòng, độ lợi công suất tổng theo độ lợi các tầng.
Kết quả của phương trình 6-4 không tính đến ảnh hưởng của điện trở nguồn và điện trở tải lên độ lợi áp tổng. Điện trở nguồn r[SUB]s[/SUB] tạo ra phân áp ở đầu vào của tầng thứ nhất, và điện trở tải tạo ra phân áp giữa điện trở tải và tổng trở ra của tầng cuối cùng.
Trong trường hợp này, độ lợi áp tổng giữa tải và nguồn tín hiệu trở thành:
[SUB][/SUB] (6-6)
Với r[SUB]i1 [/SUB]là điện trở ngõ vào tầng đầu tiên và r[SUB]o,n[/SUB] là điện trở ngõ ra tầng cuối.