78 • N ế u P n ằ m ở kho ả ng gi ữ a hai đ i ể m M và N, trong đ ó M và N là nh ữ ng giao đ i ể m c ủ a đườ ng th ẳ ng t ả i v ớ i các đườ ng đặ c tuy ế n ra t ĩ nh ứ ng v ớ i các ch ế độ t ớ i h ạ n c ủ a tranzito U BEmax (hay I Bmax ) và U BE = 0 (hay I B = 0) trên hình 2.59, ta nói t ầ ng khu ế ch đạ i làm vi ệ c ở ch ế độ A. Ch ế độ này có hai đặ c đ i ể m c ơ b ả n là: vùng làm vi ệ c gây ra méo γ nh ỏ nh ấ t và hi ệ u qu ả bi ế n đổ i n ă ng l ượ ng c ủ a t ầ ng khu ế ch đạ i là th ấ p nh ấ t. Hình 2.59: Đặc tuyến ra động (đường tải xoay chiều) của tầng khuếch đại (EC) và cách xác định điểm làm việc tĩnh P Khi P d ị ch d ầ n v ề phía đ i ể m N, t ầ ng khu ế ch đạ i s ẽ chuy ể n d ầ n sang ch ế độ AB và lúc P trùng v ớ i N, ta nói t ầ ng khu ế ch đạ i làm vi ệ c ở ch ế độ B. Đặ c đ i ể m ch ủ y ế u c ủ a ch ế độ B là có độ méo l ớ n (do m ộ t ph ầ n tín hi ệ u ở m ạ ch ra b ị c ắ t lúc ở m ạ ch vào dòng I B ≈ 0) và hi ệ u su ấ t bi ế n đổ i n ă ng l ượ ng c ủ a t ầ ng t ươ ng đố i cao (vì dòng t ĩ nh nh ỏ ). khi P n ằ m ngoài N và lân c ậ n d ướ i M, ta nói t ầ ng khu ế ch đạ i làm vi ệ c ở ch ế độ khóa v ớ i hai tr ạ ng thái t ớ i h ạ n phân bi ệ t c ủ a tranzito: m ở bão hòa (lúc P n ằ m g ầ n M) hay khóa dòng (lúc P n ằ m d ướ i N). Ch ế độ này th ườ ng s ử d ụ ng ở các m ạ ch xung d - Hồi tiếp trong các tầng khuếch đại H ồ i ti ế p là th ự c hi ệ n vi ệ c truy ề n tín hi ệ u t ừ đầ u ra v ề đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i. Th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p trong b ộ khu ế ch đạ i s ẽ c ả i thi ệ n h ầ u h ế t các ch ỉ tiêu ch ấ t l ượ ng c ủ a nó và làm cho b ộ khu ế ch đạ i có m ộ t s ố tính ch ấ t đặ c bi ệ t. D ướ i đ ây ta s ẽ phân tích nh ữ ng quy lu ậ t chung th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p trong b ộ khu ế ch đạ i. Đ i ề u này c ũ ng đặ c bi ệ t c ầ n thi ế t khi thi ế t k ế b ộ khu ế ch đạ i b ằ ng IC tuy ế n tính. Hình 2.60 là s ơ đồ c ấ u trúc b ộ khu ế ch đạ i có h ồ i ti ế p. M ạ ch h ồ i ti ế p có h ệ s ố truy ề n đạ t β, ch ỉ rõ m ố i quan h ệ gi ữ a tham s ố ( đ i ệ n áp, dòng đ i ệ n) c ủ a tín hi ệ u ra I B =0 µ A I B0 I Bmax E CC / Rc//Rt E CC U CE V I C mA N • M • P • U C0 I C0 79 m ạ ch đ ó v ớ i tham s ố ( đ i ệ n áp, dòng đ i ệ n) l ố i vào c ủ a nó (trong tr ườ ng h ợ p hình 2.61 chính là l ố i ra c ủ a b ộ khu ế ch đạ i). Hình 2.60: Sơ đồ khi bộ khuếch đại có hồi tiếp H ệ s ố khu ế ch đạ i K và h ệ s ố truy ề n đạ t c ủ a m ạ ch h ồ i ti ế p nói chung là nh ữ ng s ố ph ứ c. • K = kexpjϕ K • β = βexpjϕ β Ngh ĩ a là ph ả i chú ý đế n kh ả n ă ng di pha ở mi ề n t ầ n cao và t ầ n th ấ p do t ồ n t ạ i các ph ầ n t ử đ i ệ n kháng trong m ạ ch khu ế ch đạ i c ũ ng nh ư trong m ạ ch h ồ i ti ế p n ế u b ộ khu ế ch đạ i làm vi ệ c ở t ầ n s ố trung bình, còn trong m ạ ch h ồ i ti ế p không có thành ph ầ n đ i ệ n kháng, thì h ệ s ố K và β là nh ữ ng s ố th ự c. N ế u đ i ệ n áp ra c ủ a b ộ khu ế ch đạ i là tham s ố th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p thì ta có h ồ i ti ế p đ i ệ n áp, n ế u là dòng đ i ệ n m ạ ch ra thì ta có h ồ i ti ế p dòng đ i ệ n. Có th ể h ồ i ti ế p h ỗ n h ợ p c ả dòng đ i ệ n và đ i ệ n áp. Khi đ i ệ n áp đư a v ề h ồ i ti ế p n ố i ti ế p v ớ i ngu ồ n tín hi ệ u vào thì ta có h ồ i ti ế p n ố i ti ế p. Khi đ i ệ n áp h ồ i ti ế p đặ t t ớ i đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i song song v ớ i đ i ệ n áp ngu ồ n tín hi ệ u thì có h ồ i ti ế p song song. Hai đặ c đ i ể m trên xác đị nh m ộ t lo ạ i m ạ ch h ồ i ti ế p c ụ th ể : h ồ i ti ế p đ i ệ n áp n ố i ti ế p ho ặ c song song, h ồ i ti ế p dòng đ i ệ n n ố i ti ế p ho ặ c song song, h ồ i ti ế p h ỗ n h ợ p n ố i ti ế p ho ặ c song song. Hình 2.61 minh h ọ a m ộ t s ố thí d ụ v ề nh ữ ng m ạ ch h ồ i ti ế p ph ổ bi ế n nh ấ t trong khu ế ch đạ i. N ế u khi h ồ i ti ế p n ố i ti ế p ả nh h ưở ng đế n tr ị s ố đ i ệ n áp vào b ả n thân b ộ khu ế ch đạ i U y , thì khi h ồ i ti ế p song song s ẽ ả nh h ưở ng đế n tr ị s ố dòng đ i ệ n vào b ộ khu ế ch đạ i. Tác d ụ ng c ủ a h ồ i ti ế p có th ể làm t ă ng khi ϕ K + ϕ β = 2nπ ho ặ c gi ả m khi ϕ K + ϕ β = (2n+1)π v ớ i n là s ố nguyên d ươ ng, tín hi ệ u t ổ ng h ợ p ở đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i và t ươ ng ứ ng đượ c g ọ i là h ồ i ti ế p d ươ ng và h ồ i ti ế p âm. H ồ i ti ế p âm cho phép c ả i thi ệ n m ộ t s ố ch ỉ tiêu c ủ a b ộ khu ế ch đạ i, vì th ế nó đượ c dùng r ấ t r ộ ng rãi. Để đ ánh giá ả nh h ưở ng c ủ a h ồ i ti ế p đế n các ch ỉ tiêu c ủ a b ộ khu ế ch đạ i ta hãy xét thí d ụ h ồ i ti ế p đ i ệ n áp n ố i ti ế p (h. 2.61a). H ệ s ố khu ế ch đạ i khi có h ồ i ti ế p • K • β 80 • K ht = r • U / v • U (2-109) y • U = v • U + ht • U Chia c ả hai v ế c ủ a (2-109) cho r • U ta có: • r • ht • r • v • r • y U U + U U = U U hay • • ht • β + K 1 = K 1 (2-110) ở đ ây: • r • ht • U U =β là h ệ s ố truy ề n đạ t c ủ a m ạ ch h ồ i ti ế p. T ừ (2-110) ta tìm đượ c •• • ht • βK-1 K =K (2-111) Để đơ n gi ả n vi ệ c phân tích ta đư a vào tr ị s ố th ự c K và K β -1 K =K ht • (2-112) Theo (2-112) khi 1> Kβ > 0 thì h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i có h ồ i ti ế p K ht l ớ n h ơ n h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ả n thân b ộ khu ế ch đạ i K. Đ ó chính là h ồ i ti ế p d ươ ng, U ht đư a t ớ i đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i cùng pha v ớ i đ i ệ n áp vào U v t ứ c là U y = U v + U ht . Đ i ệ n áp ra c ủ a b ộ khu ế ch đạ i khi có h ồ i ti ế p đươ ng là U r = K(U v + U ht) ) > K U v và do đ ó K ht > K Tr ườ ng h ợ p Kβ ≥ 1 (khi h ồ i ti ế p d ươ ng) đặ c tr ư ng cho đ i ề u ki ệ n t ự kích c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Lúc này ở đầ u ra b ộ khu ế ch đạ i xu ấ t hi ệ n m ộ t ph ổ t ầ n s ố không ph ụ thu ộ c vào tín hi ệ u đầ u vào. V ớ i tr ị s ố ph ứ c K và b ấ t đẳ ng th ứ c | Kβ | ≥ 1 t ươ ng ứ ng v ớ i đ i ề u ki ệ n t ự kích ở m ộ t t ầ n s ố c ố đị nh và tín hi ệ u ở đầ u ra g ầ n v ớ i d ạ ng hình sin. B ộ khu ế ch đạ i trong tr ườ ng h ợ p này làm vi ệ c nh ư m ộ t m ạ ch t ạ o dao độ ng hình sin (xem ph ầ n 2.5). Khi Kβ < 0 thì K ht = K / (1+ Kβ) < K (2-113) Đ ó là h ồ i ti ế p âm (U ht ng ượ c pha v ớ i U v ) và U y = U v - U ht , ngh ĩ a là h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i có h ồ i ti ế p âm K ht nh ỏ h ơ n h ệ s ố khu ế ch đạ i khi không h ồ i ti ế p. 81 Để đ ánh giá độ ổ n đị nh h ệ s ố khu ế ch đạ i khi có h ồ i ti ế p, th ự c hi ệ n vi phân bi ể u th ứ c (2-113) có: ( ) ( ) ( ) 22 ht βK+1 dK = Kβ+1 Kβ.dK-Kβ+1dK =dK (2-114) Hình 261: Một số mạch hồi tiếp thông dụng a) Hồi tiếp nối tiếp điện áp, b) Hồi tiếp dòng diện, c) Hồi tiếp song song điện áp Bi ế n đổ i (2-114) và chú ý đế n (2-113) ta nh ậ n đượ c bi ể u th ứ c đặ c tr ư ng cho s ự thay đổ i t ươ ng ứ ng c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i. • K • β a) • K • β b) • K • β c) 82 βK+1 K/dK = K dK ht kt (2-115) T ừ (2-115) ta th ấ y s ự thay đổ i t ươ ng đố i h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i khi có h ồ i ti ế p âm nh ỏ h ơ n (1 + Kβ) l ầ n so v ớ i khi không h ồ i ti ế p. Độ ổ n đị nh h ệ s ố khu ế ch đạ i s ẽ t ă ng khi t ă ng độ sâu h ồ i ti ế p, ví d ụ , gi ả thi ế t s ự thay đổ i t ươ ng đố i c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i dK/K = 20% và 1 + Kβ = 100 thì s ự thay đổ i t ươ ng đố i h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i có h ồ i ti ế p là dK ht /K ht = 0,2%. Tính ch ấ t này đặ c bi ệ t quý giá trong đ i ề u ki ệ n h ệ s ố khu ế ch đạ i thay đổ i do s ự thay đổ i c ủ a tham s ố theo nhi ệ t độ (nh ấ t là đố i v ớ i tranzito) và s ự hóa già c ủ a chúng. N ế u h ệ s ố khu ế ch đạ i K l ớ n và h ồ i ti ế p âm sâu thì th ự c t ế có th ể lo ạ i tr ừ s ự ph ụ thu ộ c c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i vào s ự thay đổ i các tham s ố trong b ộ khu ế ch đạ i. Khi đ ó trong m ẫ u s ố c ủ a (2-113) có th ể b ỏ qua 1 và h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a nó do h ệ s ố truy ề n đạ t c ủ a m ạ ch h ồ i ti ế p quy ế t đị nh: K ht ≈ 1/β (2-116a) ngh ĩ a là th ự c t ế không ph ụ thu ộ c vào K và m ọ i s ự thay đổ i c ủ a nó. Ví d ụ , K = I0 4 và β = 10 -2 thì K ht ≈ 100 Ý ngh ĩ a v ậ t lí c ủ a vi ệ c t ă ng độ ổ n đ inh c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i có h ồ i ti ế p âm là ở ch ỗ khi thay đổ i h ệ s ố khu ế ch đạ i K thì đ i ệ n áp h ồ i ti ế p s ẽ b ị thay đổ i d ẫ n đế n thay đổ i đ i ệ n áp U y (h.2.61a) theo h ướ ng bù l ạ i s ự thay đổ i đ i ệ n áp ra b ộ khu ế ch đạ i. (Gi ả s ử khi gi ả m K do s ự thay đổ i tham s ố b ộ khu ế ch đạ i s ẽ làm cho U ht gi ả m và U r gi ả m (h.2.61a), đ i ệ n áp U y = U v - U ht t ă ng, d ẫ n đế n t ă ng U r chính là ng ă n c ả n s ự gi ả m c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i K). T ă ng độ ổ n đị nh c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i b ằ ng h ồ i ti ế p âm đượ c dùng r ộ ng rãi để c ả i thi ệ n đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố (h.2.62) c ủ a b ộ khu ế ch đạ i nhi ề u t ầ ng ghép đ i ệ n dung vì ở mi ề n t ầ n s ố th ấ p và cao h ệ s ố khu ế ch đạ i b ị gi ả m. Tác d ụ ng c ủ a h ồ i ti ế p âm ở mi ề n t ầ n s ố k ể trên s ẽ y ế u vì h ệ s ố khu ế ch đạ i K nh ỏ và s ẽ d ẫ n đế n t ă ng h ệ s ố khu ế ch đạ i ở biên d ả i t ầ n và m ở r ộ ng d ả i thông c ủ a b ộ khu ế ch đạ i (h.2.62). H ồ i ti ế p âm c ũ ng làm gi ả m méo không đườ ng th ẳ ng c ủ a tín hi ệ u ra và gi ả m nhi ễ u trong b ộ khu ế ch đạ i. Hình 2.62: Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến đặc tuyến biên độ - tần số D ướ i đ ây ta s ẽ kh ả o sát ả nh h ưở ng c ủ a h ồ i ti ế p âm đế n đ i ệ n tr ở vào b ộ khu ế ch đạ i R v = U v / I v Hình 2.61a th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p âm n ố i ti ế p K f ∆ f ∆ f ht 83 U v = U y + U ht M ặ t khác ta có U ht = U y . Vì v ậ y R vht = (1 + Kβ) U y /I v = R v (1 + Kβ) Nh ư v ậ y, th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p âm n ố i ti ế p làm t ă ng đ i ệ n tr ở vào c ủ a b ộ khu ế ch đạ i lên (1 + Kβ) l ầ n. Đ i ề u này r ấ t c ầ n thi ế t khi b ộ khu ế ch đạ i nh ậ n tín hi ệ u t ừ b ộ c ả m bi ế n có đ i ệ n tr ở trong l ớ n ho ặ c b ộ khu ế ch đạ i dùng tranzito l ưỡ ng c ự c. T ươ ng t ự , đ i ệ n tr ở ra b ộ khu ế ch đạ i là : R rht = R r / (1 + Kβ) (2-116b) ngh ĩ a là gi ả m đ i (1 + Kβ) l ầ n. Đ i ề u này đả m b ả o đ i ệ n áp ra b ộ khu ế ch đạ i ít ph ụ thu ộ c vào s ự thay đổ i đ i ệ n tr ở t ả i R t . T ừ nh ữ ng ph ầ n tích trên, có th ể rút ra nh ữ ng quy lu ậ t chung ả nh h ưở ng c ủ a h ồ i ti ế p âm đế n ch ỉ tiêu b ộ khu ế ch đạ i là: M ọ i lo ạ i h ồ i ti ế p âm đề u làm gi ả m tín hi ệ u trên đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i (U y hay I y ) và do đ ó làm gi ả m h ệ s ố khu ế ch đạ i làm t ă ng độ ổ n đị nh c ủ a h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Hình 2.63: Sơ đồ các mạch hồi liếp âm a) Hồi tiếp dòng điện trên R E ; b) Hồi tiếp điện áp nhờ thêm khâu RC Ngoài ra, h ồ i ti ế p âm n ố i ti ế p (h.2.61a, b) làm t ă ng đ i ệ n tr ở vào. 84 • H ồ i ti ế p đ i ệ n áp n ố i ti ế p (h.2.61a) làm ổ n đị nh đ i ệ n áp ra, gi ả m đ i ệ n tr ở ra R rht . Còn h ồ i ti ế p dòng đ i ệ n n ố i ti ế p (h.2.61b) làm ổ n đị nh đ òng đ i ệ n ra Iàm t ă ng đ i ệ n tr ở ra R rht • H ồ i ti ế p âm song song (h.2.61c) làm t ă ng dòng đ i ệ n vào và làm gi ả m đ i ệ n tr ở vào c ũ ng nh ư đ i ệ n tr ở ra R rht . C ầ n nói thêm là h ồ i ti ế p d ươ ng th ườ ng không dùng trong b ộ khu ế ch đạ i nh ư ng nó có th ể xu ấ t hi ệ n ngoài ý mu ố n do ghép v ề đ i ệ n ở bên trong hay bên ngoài g ọ i là h ồ i ti ế p kí sinh qua ngu ồ n cung c ấ p chung, qua đ i ệ n c ả m ho ặ c đ i ệ n dung kí sinh gi ữ a m ạ ch ra và vào c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. H ồ i ti ế p kí sinh làm thay đổ i đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố c ủ a b ộ khu ế ch đạ i do đ ó làm t ă ng h ệ s ố khu ế ch đạ i ở các đ o ạ n riêng bi ệ t c ủ a d ả i t ầ n ho ặ c th ậ m chí có th ể làm cho b ộ khu ế ch đạ i b ị t ự kích, ngh ĩ a là xu ấ t hi ệ n dao độ ng ở m ộ t t ầ n s ố xác đị nh. Để lo ạ i b ỏ hi ệ n t ượ ng trên có th ể dùng các b ộ l ọ c thoát (m ạ ch R t , C 1 ) dùng dây d ẫ n b ọ c kim, và b ố trí các linh ki ệ n h ợ p lí. D ướ i đ ây là thí d ụ v ế nh ữ ng m ạ ch h ồ i ti ế p âm th ườ ng g ặ p (h.2.63). M ạ ch hình 2.63 đ ã đượ c nói t ớ i ở ph ầ n 2.2.3. Trong m ạ ch hình 2.63b, ta th ấ y n ế u xét riêng bi ệ t t ừ ng t ầ ng thì đ i ệ n tr ở R E1 , R E2 đề u th ự c hi ệ n h ồ i ti ế p âm dòng n ố i ti ế p, gi ố ng nh ư tr ườ ng h ợ p hình 2.63a. Ta xét thêm tr ườ ng h ợ p m ạ ch h ồ i ti ế p t ừ colect ơ c ủ a tranzito T 2 v ề emit ơ c ủ a tranzito T 1 qua C và R. Theo đị nh ngh ĩ a thì đ ây là m ạ ch h ồ i ti ế p đ i ệ n áp n ố i ti ế p. Xét v ề pha c ủ a tín hi ệ u thì đ ó là m ạ ch h ồ i ti ế p âm. Nh ư v ậ y trên đ i ệ n tr ở R C1 có c ả hai lo ạ i h ồ i ti ế p âm dòng đ i ệ n và đ i ệ n áp. K ế t qu ả là h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a toàn m ạ ch s ẽ b ị gi ả m. 2.3.2. Khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực D ướ i đ ây s ẽ trình bày ph ươ ng pháp phân tích t ầ ng khu ế ch đạ i dùng tranzito l ưỡ ng c ự c theo ba cách m ắ c m ạ ch: emit ơ chung (EC), c ơ lect ơ chung (CC) và baz ơ chung (BC). Gi ả thi ế t tín hi ệ u vào là hình sin t ầ n s ố trung bình vì v ậ y tr ở kháng c ủ a t ụ coi nh ư b ằ ng không, ả nh h ưở ng đ i ệ n dung kí sinh c ũ ng nh ư s ự ph ụ thu ộ c h ệ s ố α c ủ a tranzito vào t ầ n s ố coi nh ư không đ áng k ể . a - Tầng khuếch đại (EC) M ạ ch đ i ệ n nguyên lí 1 t ầ ng khu ế ch đạ i EC cho trên hlnh 2.64. Trong s ơ đồ này Cp1 Cp2 là các t ụ phân đườ ng (n ố i t ầ ng). T ụ Cp1 lo ạ i tr ừ tác d ụ ng ả nh h ưở ng l ẫ n nhau c ủ a ngu ồ n tín hi ệ u và m ạ ch vào v ề dòng m ộ t chi ề u. M ặ t khác nó đả m b ả o cho đ i ệ n áp U bo trong ch ế độ t ĩ nh không ph ụ thu ộ c vào đ i ệ n tr ở trong c ủ a ngu ồ n tín hi ệ u Rn. T ụ Cp2 ng ă n không cho thành ph ầ n 1 chi ề u và ch ỉ cho thành ph ầ n đ i ệ n áp xoay chi ề u ra t ả i. Đ i ệ n tr ở R 1 R 2 để xác đị nh ch ế độ t ĩ nh c ủ a t ầ ng. B ở i vì tranzito l ưỡ ng c ự c đ i ề u khi ể n b ằ ng dòng, nên dòng đ i ệ n t ĩ nh c ủ a P Đ K (trong tr ườ ng h ợ p này là dòng I co ) đượ c t ạ o thành do dòng t ĩ nh emit ơ I E thông qua s ự đ i ề u khi ể n có dòng baz ơ I B đ i ệ n tr ở R E đ ã xét ở 2.2.3 và hình 2.45. . ti ế p. T ừ ( 2-1 10) ta tìm đượ c •• • ht • βK-1 K =K ( 2-1 11) Để đơ n gi ả n vi ệ c phân tích ta đư a vào tr ị s ố th ự c K và K β -1 K =K ht • ( 2-1 12) Theo ( 2-1 12) khi 1> Kβ. r • U / v • U ( 2-1 09) y • U = v • U + ht • U Chia c ả hai v ế c ủ a ( 2-1 09) cho r • U ta có: • r • ht • r • v • r • y U U + U U = U U hay • • ht • β + K 1 = K 1 ( 2-1 10) ở đ ây:. đạ i khi có h ồ i ti ế p, th ự c hi ệ n vi phân bi ể u th ứ c ( 2-1 13) có: ( ) ( ) ( ) 22 ht βK+1 dK = Kβ+1 Kβ.dK-Kβ+1dK =dK ( 2-1 14) Hình 261: