Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Kỹ thuật truyền thanh
Kỹ thuật truyền thanh Trang Chương VMẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦNMạch khuếch đại âm tần là mạch khuếch đại tín hiệu tần số từ 50Hz đến 20KHz, được phân vào loại khuếch đại tần số thấp dải rộng. Nếu tín hiệu âm tần từ sau mạch tách sóng điều biên máy thu thì chỉ cần mạch có đáp tuyến biên tần phẳng từ tần số 100Hz đến 5KHz, hệ số méo biên độ dưới 0.05, mạch hồi tiếp âm nới rộng dải tần làm việc của mạch cũng không cần thiết ở các máy thu xách tay nhỏ. Tuy nhiên, nếu tín hiệu âm tần từ máy thu FM hoặc từ máy phát dóa compact, âm thanh yêu cầu phải trung thực thì các mạch khuếch đại thông thường thiếu mạch hồi tiếp âm không đạt yêu cầu. Để nới rộng dải tần làm việc và giảm các hiện tượng méo khác, mạch khuếch đại công suất ghép tầng trực tiếp có mạch hồi tiếp âm được sử dụng, do vậy phải giải quyết vấn đề ổn đònh của mạch khuếch đại - cơ sở về mạch hồi tiếp âm, tác dụng của mạch đối với sự ổn đònh của mạch khuếch đại âm tần đã được giải thích ở môn Điện tử cơ bản, chương này chỉ tóm lược các kết quả ở phần Điện tử cơ bản và áp dụng cụ thể vào mạch khuếch đại âm tần.I. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ở tần số phía cao dải âm tần:ƠÛ tần số phía cao dải âm tần, độ lợi của mỗi tầng khuếch đại bò hạn chế bởi điện dung giữa các cực transistor, nhất là điện dung giữa cực thu với cực khiển Ccb, tuy thấp nhưng có tác dụng giảm tổng trở vào ở tần số cao do hiệu ứng Miller, nhân điện dung hồi tiếp Ccb gấp A lần, A là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại dùng transistor.ƠÛ tần số cao, transistor tương đương với sơ đồ H.V-1a, sơ đồ tương đương với:H.V-1Mạch khuếch đại H.V-1b là H.V-1c. Điện áp vào mạch là Vi, điện áp thực sự nguồn dòng ngõ ra phải lệ thuộc là:jCrrrjCrrVVebebbbebebiebωω''''''11 +++=59a )B'ECEBgmVbeCbeCbcrberbeRob )VccRaVaoCER1R2RERCc )B 'ViVàoRaCBgmVbeCbeCbcrberbeRoR2R1RCRi2 Trang Nguyễn Xuân KhaiC = Cb’e + (1 – Av).Cb’c ; Av là hệ số khuếch đại của mạch.Vậy:tebebbbebebmioRjCrrrjCrrgVVωω'''''11 +++−=; 22iCiCtRRRRR+=jrCrrRrgVVebbbtebmiosω++−=11.'' ; ebbbebbbrrrrr''''+=đặt: rCh1=ω; AvgrrRrgebbbtebm=+−'''22 1111)(+=+==hhioffAvgAvgVVfAvωω60.1.2argVV=ϕrCfhπ21=jffAvgjAvgVVhhio+=+=111 ωωrCfhπ21=ebbbebbbrrrrr''''+=H.V-2a là đáp tuyến biên tần ở tần số cao của một tầng khuếch đại.H.V-2b là đáp tuyến pha theo tần số. ƠÛ tần số f = fh, độ lợi mạch khuếch đại suy giảm 3dB, tín hiệu ra trễ pha 45o so với tín hiệu vào. ƠÛ tần số thật cao f >>fh, độ lợi của mạch bằng:H.V-2a)b)fffT-6dB/oct20lgAv(f)20lgAv20lgAv -3dBϕ-45o-90o Kỹ thuật truyền thanh Trang ffAvffAvfAvhghg≈+=21)(Trên đây là những điều cần ghi nhớ khi nghiên cứu đáp tuyến tần số và góc lệch pha tín hiệu của nhiều tầng và sự ổn đònh của mạch khuếch đại.II. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ở tần số phía dải âm tần:H.V-31. Tác dụng của tụ điện dẫn tín hiệu (H.V-4):H.V-4( )jCRRRRRVjCRRRVVllioioillioiωω21212.1212.1.21111+++=++=jCRRRRRVVllioioiω)(111.21212.1.2+++=Đặt ( )llliojCRRωω=+−211: tần số cắt phía thấp của dải tần.61fT là tần số mà độ lợi của mạch khuếch đại bằng không, tín hiệu ra trễ pha 90o đối với tín hiệu vào. Độ dốc đường tiệm cận ứng với f>>fh bằng –6dB/oct.Khi tần số tín hiệu thật thấp, hai linh kiện trong mạch khuếch đại làm suy giảm tín hiệu là Cll và CE là hai tụ điện liên lạc tín hiệu hay tụ điện dẫn tín hiệu từ tầng trước đến tầng sau và tụ điện phân dòng (H.V-3).Ta cần nói riêng tác dụng suy giảm tín hiệu của Cll và CE.b )VccRaVaoCll1Cll2CEQRB1RB2RERCV1: điện áp tín hiệu ra tầng trước.Ro1: tổng trở ra tầng trướcRi2: tổng trở vào tầng sau.V2: điện áp tín hiệu nhận được ở tầng sau.Cll: tụ điện dẫn tín hiệu hay liên lạc.Tầng sau nhận được điện áp V2 bằng:CllRo1Ri2Tầng trước Tầng sauV1V2 Trang Nguyễn Xuân KhaiTa có jRRRVVlioiωω−+=11.212.1.2 hayjffRRRVVlioi−+=11.212.1.2Độ suy giảm do tụ diện dẫn tín hiệu gây ra ở tần số thấp được xác đònh từ:22012.1.211.++=ffRRRVVlii+−+=2212.1.21lg10lg20lg20ffRRRVVlioiGiản đồ Bode của mạch hình H.V-4 được vẽ ở hình H.V-5.H.V-52. Tác dụng của tụ điện phân dòng (H.V-6): H.V-662212lg20ioiRRR+.1.2lg20VVƠÛ tần số cắt thấp fl, V2 sớm pha 450 đối với V1.ƠÛ tần số tín hiệu thật thấp V2 sớm pha 900 đối với V1.ffldBRRRioi3lg20212−+flf90o45oϕƠÛ tần số giữa giải tần làm việc, tín hiệu suy giảm mất 212lg20ioiRRR+ dB là điều tất nhiên của của cách ghép nối tín hiệu RC giữa hai tầng.a )VccCllCEQRERCRi2b)hiec)CERERtVàoViIbβIbV2RE(1+β)β+1EC Kỹ thuật truyền thanh Trang Tụ điện phân dòng CE có dung kháng bằng vô cùng ở tần số cực thấp. Do vậy hệ số khuếch đại ở tần số cực thấp bằng:( )EietioRhRVVAv1++−==ββ; Rt là điện trở tương đương với Rc song song với tổng trở vào tầng sau.ƠÛ tần số giữa dải, hệ số khuếch đại bằng:ietioghRVVAvβ−==: hệ số khuếch đại giữa dảiƠÛ tần số thấp, hàm truyền bằng:jCRRhRjAvVVEEEietioωββω+++−==1)1()( Hàm truyền có thể viết ở hai dạng:)1(11)1(11)(++++++=βωωβωEieEEieEEieEgRhjCRhjCRhRAvjAvhoặc: )1(11)(++++=βωωωEieEEieEEoRhjCRhjCRAvjAvĐặt ooEEfCRπω21== : tần số zêro.ppEEieEiefjCRhRhπωωβ2)1(==++ : tần số cắt thấp do tụ điện phân dòng.Vậy: jffjffAvjAvpoo++=11)(ω2211)()(++==pooffffAvfAvjAvω221lg101lg10lg20)(lg20+−++=pooffffAvfAv63 Trang Nguyễn Xuân KhaiH.V-7H.V-7 là giản đồ Bode, đặc trưng cho quan hệ giữa độ lợi của mạch khuếch đại có cực phát nối đất ở phía thấp dải tần do tác dụng của tụ điện phân dòng CE.Transitor ngày nay có hệ số β rất cao, để loại bỏ tác dụng của tụ điện này, người ta không sử dụng nó ở hầu hết các tầng khuếch đại âm tần dải rộng. Do vậy, trở ngại của mạch khuếch đại ở tần số thấp chỉ còn do tụ điện dẫn tín hiệu.Hàm truyền đặc trưng cho mạch khuếch đại ở phía thấp dải tần, do tác dụng của tụ điện dẫn tín hiệu bằng:jffAvjAvlg−=11)(ωHệ số khuếch đại và độ lợi bằng:211)(−=ffAvfAvlo21lg10lg20)(lg20+−=ffAvfAvlo (H.V-8)6420lgAvg 20lgAvg –3dB20lgAvg +3dB20lgAvo20lgAv(f)fofpfEEoCRfπ21=EEieEiepCRhRhfπβ2)1(++=ff+90o+45oϕ = argAv(jω)flfl20lgAv(f)20lgAv(f)20lgAv(f) - 3dBjffAvlg−=11argϕH.V-8 Kỹ thuật truyền thanh Trang Như vậy đáp tuyến biên tần và pha tần của một tầng khuếch đại EC có tụ điện phân dòng có dạng như H.V-9.III. Đáp ứng tần số của nhiều tầng khuếch đại ghép liên tiếp nhau:Nếu nhiều tầng khuếch đại được ghép liên tiếp nhau bằng tụ điện dẫn tín hiệu và nếu các tụ điện phân dòng RE được tính toán để có tần số cắt dưới thấp hơn tần số cắt dưới do tụ điện dẫn tín hiệu thì đáp ứng tần số của hai tầng ghép như sau (H.V-9)65f20lgAv(f)20lgAvg20lgAvg - 3dB20lgAvo+6dB/oct-6dB/octflfhfTfflfhfT+45o+90o-45o-90o00ϕ = argAv(jω)H.V-820lgAv1(f)-6dB/oct+6dB/oct20lgAv2(f)-6dB/oct+6dB/octfffl1fh1fT120lgAvg120lgAvg1fl2fh2fT2fflfh-6dB/oct-12dB/oct+6dB/oct+12dB/oct20lg(Avg1 + Avg2)f+180O-180O+45O-45OflfhTầng 1Tầng 2Tầng 1 và 2 ghép liên tiếpϕ = arg[Av1(jω). Av2(jω)]ϕ = arg[Av(jω)]H.V-9 Trang Nguyễn Xuân KhaiĐáp ứng tần số của ba tầng ghép liên tiếp nhau bằng tụ điện dẫn tín hiệu và góc lệch pha giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào như sau:(H.V-10)Lưu ý rằng khi có ba tầng ghép liên tiếp nhau góc lệch pha giữa tín hiệu vào có thể đạt cao nhất là +2700 hay -2700 nếu tần số tín hiệu thấp hơn tần số cắt dưới hay cao hơn tần số cất trên rất nhiều. Do vậy, nếu dùng mạch hồi tiếp âm nới rộng dải tần làm việc sẽ có sự cố mạch mất ổn đònh và dẫn đến hiện tượng dao động rất tai hại cho mạch khuếch đại công suất.IV.Tác dụng của mạch hồi tiếp âm đối với dải tần làm việc của mạch khuếch đại:1.Nhắc lại đònh nghóa mạch hồi tiếp (H.V-11):6620lgAv1(f)+6dB/octffl1fh120lgAvg1Tầng 1-6dB/oct20lgAv2(f)+6dB/octffl2fh220lgAvg2Tầng 2-6dB/oct20lgAv3(f)+6dB/octffl3fh320lgAvg3Tầng 3-6dB/octfflfhBa tầng ghép liên tiếp20lg(Avg1.Avg2.Avg3)+6dB/oct+12dB/oct+18dB/oct-6dB/oct-12dB/oct-18dB/octϕ = arg[Av(jω)]Góc lệnh pha theo tần sốϕ = arg[Av1(jω). Av2(jω). Av3(jω)]]fflfhfh+270O-270O+45O-45OH.V-10Nếu một phần β < 1 của tín hiệu tại ngõ ra Vo của một mạch khuếch đại được đưa trở lại ngõ vào, ta bảo mạch khuếch đại được hồi tiếp. Mạch khuếch đạiβVàoViVoRaH.V-11 Kỹ thuật truyền thanh Trang Khối β lấy một phần β < 1 của tín hiệu ngõ ra được gọi là khối hồi tiếp. Đường lấy tín hiệu bằng βVo đường hồi tiếp. Điện áp βVo gọi là tín hiệu hồi tiếp. Nếu tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào tăng cường tín hiệu vào thì ta có mạch hồi tiếp dương, trong trường hợp ngòch pha thì ta có mạch hồi tiếp âm, β gọi là tỷ số hồi tiếp.Mạch hồi tiếp gây nhiều tác dụng đối với mạch khuếch đại, nó làm thay đổi tổng trở vào, tổng trở ra, đáp ứng tần số của mạch khuếch đại, đặc biệt là làm thay đổi đặc tính động của mạch khuếch đại dẫn đến hiện tượng mất ổn đònh khiến chúng ta không thể khống chế nếu không phân tích được hiện tượng.2.Tác dụng của mạch hồi tiếp với độ lợi và dải thông của mạch khuếch đại:Nếu mạch khuếch đại chỉ cómột tầng có đáp tuyến biên tần như H.V-12 (1).H.V-12Hàm truyền ở tần số phía dưới dải tần làm việc là:jffAvjAvlg−=1)(ωfh và fl là tần số cắt phía trên và phía dưới dải tần làm việc.Khi có mạch hồi tiếp thì tại ngõ vào mạch khuếch đại ta có tín hiệu Vi + βVo. Tại ngõ ra tín hiệu là Vo. Quan hệ giữa tín hiệu ngõ ra mạch khuếch đại với ngõ vào là:Vo = Av(jω).[Vi + β.Vo] = Av(jω).Vi + β .Av(jω).Vo.Vậy: )(1)()( ωβωωjAvjAvjAvVVfio−==Avf(jω) là hàm truyền của mạch khuếch đại có hồi tiếp .Nếu thay Av(jω) bằng hàm trên hoặc phía dưới dải tần ta sẽ có hàm truyền của mạch khuếch đại có hồi tiếp ở phía trên hay phía dưới dải tần.ƠÛ phía trên dải tần hàm truyền của mạch khuếch đại có hồi tiếp bằng:jAvffAvAvjffAvjffAvjAvghgghghgf)1(11.1111)(βββω−+−=+−+=67Độ lợi ở giữa dải tần làm việc bằng 20lgAvg. Hàm truyền ở tần số trên dải tần là:jffAvjAvhg+=1)(ωf’’lflf’lfhf’’hf’h20lgAvg20lgA’vg > 20lgAvg20lgA’’vg < 20lgAvg(1)(2)(3)f >= fh Trang Nguyễn Xuân KhaiƠÛphía dưới dải tần hàm truyền của mạch khuếch đại có hồi tiếp bằng:jAvffAvAvjffAvjffAvjAvglgglglgf)1(11.1111)(βββω−−−=−−−=Như vậy khi có mạch hồi tiếp, thì tần số cắt trên và dưới có các giá trò mới bằng:)1('ghhAvffβ−= và)1('gllAvffβ−=Nếu là mạch hồi tiếp dương, 0 < βAvg< 1, hệ số khuếch đại của mạch tăng:tần số cắt trên giảm: hghhfAvff<−=)1('β,tần số cắt dưới tăng: lgllfAvff>−=)1('β.Nếu là mạch hồi tiếp âm hệ số –1 < βAvg < 0 ,hệ số khuếch đại của mạch tăngTần số cắt trên tăng: hghhfAvff>−=)1(''β,Tần số cắt giảm: lgllfAvff<−=)1(''β.Tóm lại mạch hồi tiếp dương tăng hệ số khuếch đại của mạch lên gấp gAvβ−11 nhưng lại giảm dải thông của mạch xuống (1 - β Avg) lần.Trái lại mạch hồi tiếp âm giảm hệ số khuếch đại xuống gAvβ−11 lần nhưng lại tăng dải thông lên gấp (1 - β Avg) lần.Để không lầm lẫn, chúng ta phải lưu ý rằng trường hợp hồi tiếp dương:0 < β Avg < 1Vậy 111>−gAvβ và 11<−gAvβ.Trường hợp hồi tiếp âm:-1 < β Avg < 0Vậy 111<−gAvβ và 11>−gAvβ.68f <= fl [...].. .Kỹ thuật truyền thanh Trang 69 Qua việc phân tích trên chúng ta có kết luận sau: Mạch khuếch đại về bản chất không thể có độ lợi bằng nhau ở mọi tần số trong dải tần làm việc Mạch khuếch đại âm tần máy thu AM hoặc máy thu FM nhỏ không yêu cầu dải thông rộng, tần số cắt trên và cắt dưới của các tầng khuếch đại ghép liên tiếp qua tụ điện không ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh không cao... nghòch pha nhau kéo hai transitor Q1 và Q2 là việc ở chế độ AB để giảm bớt hiện tượng méo biên độ gọi là méo chuyển tiếp Để có hai tín hiệu nghòch pha nhau phải có máy biến áp hay mạch đảo pha Kỹ thuật truyền thanh Trang 71 Các ưu điểm của tôpô này: - Công suất gấp đôi tôpô một transistor - Loại được sóng hài chẵn - Loại được tiếng ù do nguồn lọc chưa tốt - Có thể làm việc ở chế độ AB, do vậy hiệu suất... hiệu cực đại V và B, có biên độ cực đại bằng Vcc, thành phần một chiều CC được loại ra khỏi loa bằng: 2 2 VA b) Vcc Vcc VCC 20 -Vcc +Vcc V 2 2 Vhd 2 = VCC P = = t Zt Zt 2Z t VB d) t c) Kỹ thuật truyền thanh Trang VCC 2 73 t 0 VA - VB 0 Q1 và Q2 và Q1 và Q’2 Q’1 Q’2 dẫn dẫn dẫn Sau đây là ưu và nhược điểm của các mạch có tôpô nửa cầu và cầu: - Các mạch đều có tất cả ưu điểm của mạch đẩy kéo,... máy biến áp - Máy biến áp có thể làm hư transitor công suất lúc non tải hay không tải b Tôpô nửa cầu (H.V-15a, b): Có hai tôpô nửa cầu là tôpô dùng hai nguồn đối xứng và tôpô dùng một nguồn +Vcc +Vcc + Q1 a) PC PC: khối tạo điện áp phân cực A + Q1 C PC A B Zt Và o Zt Và o + b) Q2 Q2 -Vcc H.V- 15 Điện áp tín hiệu biên độ cực đại ra loa khi mạch có tôpô dùng hai nguồn đối xứng làm việc dưới dạng sin có... siêu âm có thể xảy ra gây hư hại cho mạch khuếch đại do rất khó phát hiện sớm Ta chỉ phân tích trường hợp tần số cao Hàm truyền của mạch khuếch đại có hồi tiếp bằng: Av f ( jω ) = Av( jω ) Av( jω ) = 1 − β ( jω ) Av( jω ) 1 − T ( jω ) nếu khối hồi tiếp có thể gây lệch pha, T(jω) là hàm truyền vòng hở Khi nghiên cứu mạch mạch dao động có đường hồi tiếp dương, ta biết được điều kiện để mạch dao động là:... dải thông rộng, tần số cắt trên và cắt dưới của các tầng khuếch đại ghép liên tiếp qua tụ điện không ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh không cao của tín hiệu âm tần Tuy nhiên nếu yêu cầu khuếch đại âm thanh có độ trung được đặt ra như ở máy thu FM hay máy tăng âm chất lượng cao, ta phải nới rộng dải thông của mạch khuếch đại bằng mạch hồi tiếp âm Việc này sẽ dẫn đến vấn đề ổn đònh mạch khuếch đại ghép... tôpô một một transitor mà chưa có hiện tượng méo biên độ - Máy biến áp ra tuyến tính hơn so với máy biến áp ở tôpô một transitor - Vì có máy biến áp ra nên có thể có điều kiện dung hợp tổng trở tối ưu và truyền tín hiệu đến loa ở cự ly xa Nhược điểm: - Máy biến áp ra là linh kiện phi tuyến gây hiện tượng méo phi tuyến tức là méo biên độ - Máy biến áp ra làm việc không tốt ở tần số thật thấp do nguyên lý... có đường hồi tiếp dương, ta biết được điều kiện để mạch dao động là: T(jω) = β(jω).Av(jω) = 1 Do vậy, để tránh hiện tượng dao động ở mạch khuếch đại, ta phải tránh điều kiện trên tức là phải chọn hàm truyền vòng hở sao cho: T(jω) = β(jω).Av(jω) ≠ 1 Sau đây (H.V-13) là giản đồ Nuquist (biểu đồ tọa độ cực) đặc trưng cho quan giữa hệ số khuếch đại vòng hở β(ω)Av(ω) = T(ω) với góc lệch phagây ra bởi mạch... lệch pha quá 1800, vậy không thể có tình trạng mất ổn đònh nếu khối hồi tiếp không gây lệch pha 0 Im ω = ωh ω > ωh T(jω) ω=0 ωc) 0 Re 1 H.V-13e cũng liên quan đến mạch H.V-13d nhưng vẫn ổn đònh vì hàm truyền vòng hở T(jω) đã được cải thiện bằng cách cắt này phải dự trù sao cho dải tần làm cho việc vẫn còn trong phạm vi yêu cầu H.V-13 V.Mạch khuếch đại công suất: 1.Các tôpô mạch: a Tôpô đẩy kéo (H.V-14):... tượng méo biên độ, méo tần số Mạch tôpô cầu là mạch cho ra công suất lớn với điện áp nguồn nuôi thấp Tuy nhiên các mạch vẫn có nhược điểm là chỉ phù hợp với loa có tổng trở nhất đònh Tín hiệu ra không truyền được ra loa ở cự ly xa Mạch yêu cầu phải dùng dây loa có điện trở càng thấp càng tốt H.V-16 2 Các cấu hình mạch khuếch đại công suất thường gặp: Sau đây là cấu hình khối cho các mạch có tôpô nửa . Kỹ thuật truyền thanh Trang Chương VMẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦNMạch khuếch đại âm tần là mạch khuếch đại tín hiệu tần số từ 50 Hz đến 20KHz,. pha 45o so với tín hiệu vào. ƠÛ tần số thật cao f >>fh, độ lợi của mạch bằng:H.V-2a)b)fffT-6dB/oct20lgAv(f)20lgAv20lgAv -3dBϕ-45o-90o Kỹ thuật truyền
