Bài 5 - Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ

[vungtau]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Thí dụ 5-2
Một bộ khuếch đại được cho như hình 5-5 với: A[SUB]v[/SUB] = 10 và A[SUB]i[/SUB] = 10, được lái bởi một nguồn có điện trở nguồn 1000[SUB][/SUB]. Tính độ lợi áp tổng và độ lợi dòng, từ nguồn đến ngõ ra, với:
(1) r[SUB]in[/SUB] = 10k[SUB][/SUB], và (2) r[SUB]in[/SUB] = 100[SUB][/SUB]. (Giả sử rằng ngõ ra hở khi tính độ lợi áp, và nối đất khi tính độ lợi dòng).




Hình 5-5 (Thí dụ 5-2)

Giải

1. r[SUB]in[/SUB] = 10k[SUB][/SUB] (r[SUB]in[/SUB] = 10r[SUB]s[/SUB])

1. r[SUB]in[/SUB] = 100[SUB][/SUB]

Thí dụ này cho thấy khi r[SUB]in[/SUB] = 10r[SUB]s[/SUB], độ lợi áp giảm đi 10% và độ lợi dòng giảm 90%; khi r[SUB]in[/SUB]=0.1r[SUB]s[/SUB], độ lợi áp giảm 90% và độ lợi dòng giảm 10%.


Điện trở tải

Một bộ khuếch đại ac luôn được dùng để cung cấp áp, dòng hoặc/và công suất cho một vài loại tải được nối ở ngõ ra. Tải này có thể là 1 loa, anten, còi, động cơ điện, hoặc bất kỳ các thiết bị hữu ích nào khác. Thông thường, tải là ngõ vào cho một bộ khuếch đại AC khác. Bộ khuếch đại được phân tích bằng cách thay thế tải của nó bằng điện trở tải tương đương (hoặc tổng trở). Khi một điện trở tải R[SUB]L[/SUB] được nối với ngõ ra một bộ khuếch đại, thì cũng có phân áp giữa điện trở ngõ ra bộ khuếch đại và điện trở tải.

[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE]
[TR]
[TD]Hình 5 – 6: Áp ngõ ra của 1 bộ khuếch đại ac chia giữa r[SUB]o[/SUB] và điện trở tải R[SUB]L[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Hình 5-6 cho thấy một mạch tương đương Thevenin ngõ ra của một bộ khuếch đại AC với áp ngõ ra là v[SUB]o[/SUB] có được từ nguồn áp trở nội r[SUB]o[/SUB] mắc nối tiếp. Như đã thấy trên hình, áp trên tải v[SUB]L[/SUB] là:

[SUB][/SUB] (5-10)

Đối với một khuếch đại áp, r[SUB]o[/SUB] nên nhỏ hơn R[SUB]L[/SUB] để có được áp v[SUB]o[/SUB] tối đa trên tải. Bằng cách chuyển đổi ngõ ra bộ khuếch đại thành mạch tương đương Norton, ta có được:
[SUB][/SUB] (5-11)

Khi xét ảnh hưởng của cả r[SUB]s[/SUB] và R[SUB]L[/SUB], độ lợi áp tổng từ nguồn đến tải là:
[SUB][/SUB] (5-12)

Tương tự, độ lợi dòng tổng là:

[SUB][/SUB] (5-13)

với i[SUB]s[/SUB] là dòng nguồn tương đương (Norton), v[SUB]s[/SUB]/r[SUB]s[/SUB].

Nhắc lại rằng thuyết truyền công suất cực đại chỉ rằng công suất cực đại được truyền từ nguồn đến tải khi điện trở nguồn bằng điện trở tải. Vì vậy, công suất cực đại truyền từ nguồn tín hiệu tới bộ khuếch đại khi r[SUB]s[/SUB] = r[SUB]in[/SUB]. Tương tự, công suất cực đại truyền từ bộ khuếch đại ra tải khi R[SUB]L[/SUB] = r[SUB]o[/SUB]. Vì vậy, độ lợi công suất tổng từ nguồn ra tải sẽ cực đại khi r[SUB]s[/SUB] = r[SUB]in[/SUB] và R[SUB]L[/SUB] = r[SUB]o[/SUB]. Bộ khuếch đại phối hợp với nguồn khi r[SUB]s[/SUB] = r[SUB]in[/SUB], và phối hợp với tải của nó khi R[SUB]L[/SUB] = r[SUB]o[/SUB].


Mục đích phân cực

Trong hầu hết các bộ khuếch đại transitor đơn, áp ngõ ra phải luôn dương hoặc luôn âm. Trong trường hợp đó, dạng sóng ngõ ra không thể là dạng AC thuần túy được, vì theo định nghĩa, sóng AC thay đổi giữa dương và âm. Mục đích việc phân cực trong bộ khuếch đại transitor là thiết lập mức DC ngõ ra ở giữa tầm có thể có của áp ngõ ra để một dạng sóng AC xuất hiện trên nó. Hình 5-7 minh họa điều này. Ngõ vào AC làm cho áp ngõ ra thay đổi trên dưới mức áp phân cực, nhưng các giá trị tức thời của ngõ ra luôn luôn dương (trong ví dụ này). Nói cách khác, dạng sóng ngõ ra là:

[SUB][/SUB] (5-14)

với V[SUB]B[/SUB] là áp phân cực, hoặc là thành phần DC, của ngõ ra, và A là giá trị đỉnh của tín hiệu sin, thành phần AC. Như đã biết, tầm giá trị này từ V[SUB]B [/SUB]– A đến V[SUB]B[/SUB] + A.



Hình 5-7: Mục đích phân cực là cung cấp mức dc mà tại đó sự biến thiên ac có thể xuất hiện

Dễ thấy rằng giá trị V[SUB]B[/SUB] và A phải bảo đảm sao cho V[SUB]B[/SUB] + A không lớn hơn giá trị cực đại (dương) của áp ngõ ra và V[SUB]B[/SUB] – A không nhỏ hơn giá trị nhỏ nhất giá trị nhỏ nhất (dương) của áp ngõ ra. Nếu 2 điều kiện trên không thỏa, thì áp ngõ ra sẽ bị cắt (xén). Hình 5 – 8 minh họa xén âm và xén dương do V[SUB]B[/SUB] quá lớn hoặc quá nhỏ, và A lại quá lớn. Với xén do biên độ A quá lớn, hình 5 – 8(c), người ta gọi bộ khuếch đại bị lái quá mức (overdriven).


[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE]
[TR]
[TD]Hình 5 – 8: Tín hiệu bị xén là do mức dc không thích hợp và do quá biên độ

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Nhiệm vụ bộ khuếch đại là tạo ra dạng sóng là 1 dạng khuếch đại sóng ngõ vào. Vì vậy, xén tín hiệu cần tránh, còn gọi là làm méo tín hiệu, và xén là một thí dụ của xén biên độ. Trong bộ khuếch đại transitor, áp min và max của ngõ ra là áp bão hòa (saturation) và áp cắt (cutoff). Vì vậy, giá trị min ngõ ra có thể là 1 áp bão hòa vài chục Volt, và giá trị max ngõ ra có thể là áp cắt (cutoff) bằng áp cung cấp.

Tụ ghép

Trong nhiều ứng dụng khuếch đại, nguồn hoặc tải, hoặc cả hai, không thể bị ảnh hưởng bởi áp DC hoặc không cho phép có dòng DC. Ví dụ, loa được thiết kế để chỉ đáp ứng với các dao động AC và hoạt động không tốt nếu có dòng DC. Để ngăn chặn dòng DC ở áp ngõ ra bộ khuếch đại đi vào tải, người ta sẽ ghép một tụ nối tiếp với tải. Tương tự, đế chặn dòng DC từ bộ khuếch đại vào nguồn tín hiệu, hoặc ngược lại, một tụ được ghép nối tiếp với nguồn. Các kết nối tụ như trên được minh họa ở hình 5-9. Người ta gọi đây là tụ ghép (coupling capacitor), hoặc tụ chặn (blocking capacitor), bởi vì chúng chặn dòng DC. Các tụ này phải đủ lớn tổng trở thật nhỏ đối với tín hiệu AC.




Hình 5-9: Sử dụng các tụ ghép để chặn dòng DC giữa bộ khuếch đại và nguồn tín hiệu và giữa bộ khuếch đại và tải