Bài 6 - Mạch khuếch đại đa tầng

[vat_99]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Phân áp tại các nút trong hệ thống ta có:
[SUB][/SUB]
Kết hợp lại ta có:
[SUB][/SUB] (6-7)
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Kết hợp các mối quan hệ này, ta có:
[SUB][/SUB]

Phương trình 6-7 cho thấy độ lợi áp tổng của mạch khuếch đại đa tầng là phép nhân độ lợi hở mạch với tỷ số phân áp tính vào tải của mỗi tầng. Chú ý rằng tỷ số phân áp tính cho tải giữa các cặp tầng khuếch đại. Nói cách khác, không được tính hiệu ứng tải hai lần: một lần xem điện trở vào như là tải của tầng trước đó và lần thứ hai lại xem điện trở ra của tầng trước đó là điện trở nguồn của tầng tiếp theo.

Ví dụ 6-2:

Độ lợi áp hở mạch của mạch khuếch đại 3 tầng và các giá trị điện trở vào, ra được cho trong bảng 6-1. Nếu 3 tầng ghép Cascade và tầng thứ nhất có nguồn tín hiệu 10mV rms, điện trở nguồn là 12k, tính điện áp qua tải 12Ω ghép vào ngõ ra của tầng thứ 3.

[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Tầng khuếch đại
[/TD]
[TD]Độ lợi áp không tải
(dB)
[/TD]
[TD]Điện trở ngõ vào
(k[SUB][/SUB])
[/TD]
[TD]Điện trở ngõ ra
(k[SUB][/SUB])
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1
2
3
[/TD]
[TD]24
20
12
[/TD]
[TD]10
20
1.5
[/TD]
[TD]4.7
1.5
0.02
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Bảng 6.1: (Thí dụ 6 – 2)

Giải:
[SUB][/SUB]
Tương tự:
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Từ phương trình 6-7:
[SUB][/SUB]

Do vậy:

[SUB][/SUB]




Đáp ứng tần số của các tầng ghép Cascade

Tần số cắt thấp của một tầng khuếch đại đơn chịu ảnh hưởng của không nhiều hơn 3 điểm gãy tần số khác nhau, có giá trị dựa trên các thành phần RC thay đổi trong mạch. Nếu các điểm gãy tần số có giá trị không gần nhau ta có thể xem như tần số cắt thấp thực tế trong mạch xấp xỉ bằng với điểm gãy tần số lớn nhất. Tương tự, xem tần số cắt trên xấp xỉ với điểm gãy tần số nhỏ nhất ảnh hưởng tới đáp ứng tần số trong mạch. Áp dụng tương tự với các tầng khuếch đại Cascade. Nếu tần số cắt thấp của các tầng riêng lẻ không gần nhau thì tần số cắt thấp chung của cả mạch bằng tần số cắt thấp lớn nhất của các tầng. Nếu tần số cắt cao của các tầng riêng lẻ không gần nhau thì tần số cắt cao chung của cả mạch bằng tần số cắt cao nhỏ nhất của các tầng.

Trong thực tế, một mạch khuếch đại đa tầng có thể có một vài điểm gãy tần số thấp bằng nhau, tương tự đối với tần số cao. Trong trường hợp này, tính tần số cắt thấp và cắt cao của một mạch khuếch đai đa tầng là một vấn đề phức tạp. Tần số cắt phải được xác định bằng thực nghiệm thông qua một chương trình máy tính tính toán đáp ứng tần số chung.

Trong các trường hợp đặc biệt khi tất cả các tầng có tần số cắt thấp, cắt cao xác định, thì tần số cắt chung là
[SUB][/SUB] (6-8)
[SUB][/SUB] (6-9)

Trong đó:
ƒ[SUB]1(overall)[/SUB]= Tần số cắt thấp chung của mạch đa tầng
ƒ[SUB]2(overall)[/SUB]= Tần số cắt cao chung của mạch đa tầng
n = Số tầng có tần số cắt thấp và/hay cao xác đinh
ƒ[SUB]1[/SUB] =Tần số cắt thấp của mỗi tầng
ƒ[SUB]2[/SUB] = Tần số cắt cao của mỗi tầng

Bảng 6-2 là giá trị của ƒ[SUB]1(overall)[/SUB] và ƒ[SUB]2(overall)[/SUB] theo ƒ[SUB]1[/SUB] và ƒ[SUB]2[/SUB], với n có giá trị từ 1 đến 5. Chú ý rằng số tầng khuếch đại càng nhiều, tần số cắt thấp càng lớn và tần số cắt cao càng nhỏ. Nói cách khác, các tầng khuếch đại ghép Cascade có đáp ứng tần số xác định làm giảm băng thông chung của cả mạch. Khi n tầng có đáp ứng tần số xác định ghép Cascade, thì đáp ứng tần số chung của cả mạch sẽ giảm tiệm cận với đường dốc 20n dB/decade (6n dB/octave) tại tần số nằm ngoài khoảng băng thông giữa. Các điểm tần số gãy trong mọi trường hợp đều bằng với tần số cắt của một tầng đơn.


[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Số tầng
[/TD]
[TD]f[SUB]1(tổng)[/SUB]
[/TD]
[TD]f[SUB]2(tổng)[/SUB]
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1
2
3
4
5

[/TD]
[TD]f[SUB]1[/SUB]
1.55 f[SUB]1[/SUB]
1.96 f[SUB]1[/SUB]
2.30 f[SUB]1[/SUB]
2.59 f[SUB]1[/SUB]
[/TD]
[TD]f[SUB]2[/SUB]
0.64 f[SUB]2[/SUB]
0.51 f[SUB]2[/SUB]
0.43 f[SUB]2[/SUB]
0.39 f[SUB]2[/SUB]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Bảng 6 – 2: Tần số cắt thấp và cắt cao của một bộ khuếch đại n tầng, mỗi tầng có tần số cắt thấp f[SUB]1[/SUB] và tần số cắt cao f[SUB]2[/SUB]

Ví dụ 6-3:

Một mạch khuếch đại âm thanh 4 tầng có tần số cắt thấp chung và tần số cắt cao chung là 20Hz và 20kHz. Tính tần số cắt cao và tần số cắt thấp của mỗi tầng.

Giải:

Từ bảng 6-2, với n=4, 2.3f[SUB]1[/SUB]=20 và 0.43f[SUB]2[/SUB]=20.103. Do đó, f[SUB]1[/SUB]= 20/2.3=8.7Hz, và f[SUB]2[/SUB]=20.103/0.43=46.5kHz. Như vậy, mỗi tầng phải có băng thông xấp xỉ 46kHz mới đạt được băng thông chung vào khoảng 20kHz