Kỹ thuật truyền thanh 4

Kỹ thuật truyền thanh Trang
CHƯƠNG IV
MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦN SỐ CAO
Mạch khuếch đại tần số cao là mạch có độ lợi cao, ít tạp âm, có mạch điều hợp dải
thông hẹp, là mạch khuếch đại sóng cao tần đầu tiên ở các máy thu thanh mạch khuếch
đại tần số trung gian ở các máy thu đổi tần số, là mạch khuếch đại trung gian hay mạch
khuếch đại cuối cùng trong máy phát. Mỗi loại mạch có các yêu cầu và chỉ tiêu riêng tùy
theo chức năng, tuy nhiên về cơ bản chúng là các mạch khuếch đại dải hẹp. Do vậy bài
này sẽ giới thiệu các loại mạch dải hẹp cơ bản sau đó sẽ giới thiệu cụ thể hơn các loại
mạch khuếch đại cao tần và trung tần.
Mạch khuếch đại tần số cao cũng có thể có dải thông rộng do yêu cầu ghép nhiều
kênh hoặc tạo điều kiện cho máy phát sóng chuyển đổi tần số dễ dàng hơn.
I. Mạch khuếch đại điều hợp đơn:
Mạch khuếch đại điều hợp đơn là mạch khuếch đại dải hẹp đơn giản nhất, ngõ ra
có mạch lọc cộng hưởng là khung dao động LC như sơ đồ cơ bản sau đây (H. IV-1).
H.IV-1 H.IV-2
Đây là mạch khuếch đại cực phát nối mass thông thường mà ta không cần nói lại
nguyên lý làm việc mà chỉ lưu ý khung dao động LC, ở ngõ ra vẽ sơ đồ tương đương của
mạch và phân tích (H. IV-2).
Lưu ý rằng khung dao động LCR
p
ở H. IV-2 tương đương với khung LR
s
C ở H. IV-1,
trong đó
LC
o
1
=
ω
là tần số dao động tự nhiên của hai khung LC.

p
s
s
p
CR
L
Rhay
CR
L
R
==

.
R
s
và R
p
là điện trở liên quan đến hệ số phẩm chất Q của khung dao động kể cả
tổng trở ra của mạch khuếch đại.
Hàm truyền của mạch là:
t
m
tm
i
o
Z
g
ZgsAv
V
V

1
)(
.
.
−=−==
;
sLR
sC
Z
pt
111
++=
.
41
Ra
Vào
Rs
Vcc
Vcc
L
Cb
Ce
C
Cc
Rb2
Rb1
Re
Ra
Vào
Vi

Vo
gmVi
C
L
Rp
ri
Trang 42 Nguyễn Xuân Khai
Vậy:
LCCR
s
s
C
g
sLR
sC
g
sAv
p
m
p
m
11
.
11
)(
2
++
−=
++
−=

Thay
f
LC
oo
πωω
2,
1
2
==
là tần số dao động tự nhiên của khung dao động LC.
α
2
1
=
CR
p
, ý nghóa của α sẽ được biết sau.
2
2
.)(
o
m
ss
s
c
g
sAv
ωα
++
−=

Hai cực p
1
và p
2
của Av(s) là:
;;
22
2
22
1
αωααωα
−−−=−+−=
oo
jpjp
Thay ω
o
2
- α
2
= β:
p
1
= -α +jβ; p
2
= -α -jβ
Zero của hàm truyền là 0.
Giản đồ cực zero được vẽ ở H. IV-3a và H. IV-3b.
Trong các mạch cao tần, hệ số Q của khung dao động bằng khoảng 200.
H. IV-3
Vậy ω ≈ 200α, ω

o
>>α, hai cực p1 và p2 ở rất gần trục Im.
Để nghiên cứu mạch ở chế độ xác lập thay s = jω. Vậy trong trường hợp hệ số Q
của khung dao động
200
≈==
s
p
R
L
L
R
Q
ω
ω
.
Ta có trong trường hợp mạch dãy hẹp(ω-ω
o
nhỏ).
β ≈ ω
o
.
s = jω ≈ jω
0
.
Vậy:
o
om
jps
j

C
g
jAvsAv
ω
ω
ω
2)(
.)()(
1
−
−==
.
R
Im
-β
β
p
2
p
1
-α
s = jω
ε
o
s - p
2
s – p
1
s = jω
-β

p
2
β ≈ ω
o
s – p
1
p
1
s - p
2
-α
Im
R
a) b)
Kỹ thuật truyền thanh Trang
1
1
.
2
)(
psC
g
jAv
m
−
−=
ω
1
1
.

2
)()(
psC
g
AvjAv
m
−
−==
ωω
(H.IV-4a).
H. IV-4a H. IV-4b
Đường biểu diễn biến thiên hệ số khuếch đại của mạch điều hợp đơn theo tần số
có dạng như hình H. IV-5 khi tần số ω không khác tần số dao động tự do của khung dao
động LCR
p
. Dải thông của mạch và hệ số khuếch đại ở tần số
LC
1
0
==
ωω
được xác
đònh bằng:
H. IV-5
Tích số Av(ω
o
)xBW bằng:
const
C
g

CR
RgBWAv
m
p
pm
===
1
.).(
0
ω
.
Như vậy khi hệ số khuếch đại của mạch lớn gấp 2 gấp 3 lần thì dải thông của mạch
chỉ còn bằng 1/2, 1/3 nếu tần số làm việc không đổi (H. IV-6).
Ta biết rằng hệ số phẩm chất Q
o
của khung dao động LC ở tần số dao động tự
nhiên bằng
s
p
R
L
L
R
Q
0
0
0
ω
ω
==

. Tần số làm việc của mạch càng cao thì R
s
tăng do hiệu
43
s – p
1
p
1
p
1
α
α
ω
h
ω
l
s = jω
0
BW = 2α = 1/RC
jω
h
jω
l
0
Av(ω)
Av(ω
o
)
ω
l

ω
o
ω
h
pm
m
Rg
C
g
Av
−=−=
α
ω
2
)(
0
Dải thông của mạch bằng:
0
0
1
2
QCR
BW
p
ω
α
===
2
)(
0

ω
Av
BW
R
g
Av
m
−=
)(
0
ω
Trang 44 Nguyễn Xuân Khai
ứng da, Q
o
càng giảm khiến dải thông của mạch tăng. R
s
tăng thì R
p
giảm khiến hệ số
khuếch đại của mạch A
v
(ω
0
) giảm. Để tìm hàm truyền của mạch ở dạng khác ta trở lại
hệ thức:
01
2)(
1
.
2

)(
ω
ω
jpsC
g
jAv
m
−
−=
Thay s = jω; p1 ≈ -α + jω
o
. Ta có:
)(
1
.
2
)(
0
ωωα
ω
−+
−=
jC
g
jAv
m
Đặt ω - ω
o
= ∆ω, ta có:
α

ω
α
ω
∆
+
−=
j
C
g
jAv
m
1
1
.
2
)(
Thay
)(
2
0
ω
α
AvRg
C
g
pm
m
=−=−
và
2

BW
=
α
, ta có:
BW
j
jAvjAv
ω
ωω
∆
+
=
2
1
1
).()(
0
, BW : dải thông
0
0
0
21
1
).()(
ω
ω
ωω
∆
+
=

Qj
jAvjAv
H.IV-6
0
0
0
0
ω
ω
ω
CR
L
R
R
L
Q
p
p
s
===
.
∆ω: tần số lệch so với tần số dao động tự nhiên.
Trên đây là các dạng
hàm truyền của mạch khuếch
đại điều hợp đơn thường gặp
với:
ω
l2
ω
l2

ω
o
ω
h1
ω
h2
0
0
1
QCR
BW
p
ω
==
LC
1
0
=
ω
: tần số dao động tự
nhiên của khung LC
Kỹ thuật truyền thanh Trang
II. Mạch khuếch đại điều hợp đơn dùng transistor:
Mạch cơ bản đem ra nghiên cứu ở trên chỉ có thể sử dụng được nếu giải thông ở
mức qui đònh. Thông thường tổng trở ra của transistor chỉ khoảng 5K khiến cho điện trở
R
p
trong khung dao động CLR
p
có hệ số Q

o
quá thấp đẫn đến dải thông BW của mạch
khuếch đại quá rộng và độ lợi không đủ cao. Để tránh tác động nới rộng dải thông quá
đáng của tổng trở ra transistor ta có thể cải thiện sơ đồ trên ra sơ đồ H. IV-7.
Như vậy tổng trở ra vào khoảng 5K
của transistor được nối vào n
1
vòng của
cuộn cảm L gồm n
2
vòng. Tổng trở mắc
song song với khung dao động LCR
s
bằng
2
1
2
0








n
n
R
với

1
1
2
>
n
n
, ta có thể thiết kế
1
2
n
n

sao cho dải thông của mạch khuếch đại ở
mức qui đònh theo yêu cầu.
Để tổng trở vào của tầng sau không giảm hệ số Q
o
, điện áp ra là điện áp thứ cấp
máy biến áp có số vòng n
3
< n
2
.
III. Mạch khuếch đại điều hợp đơn ghép nhiều tầng:
Nhiều mạch khuếch đại điều hợp đơn có thể ghép liên tiếp nhau thành mạch ghép
tần. Có hai phương pháp ghép là ghép đồng bộ và ghép lệch tần sốù:
1. Ghép đồng bộ:
Nếu hai tầng giống nhau được ghép liên tiếp nhau, hai tầng được ghép đồng bộ.
Giản đồ zero cực sẽ như hình IV-48. Hai zero và hai đôi cực liên liên hợp của hai tầng có
cùng các vò trí.
Đáp tuyến biên tần của 2 tần

số giống nhau nếu hiệu ứng Miller là
hiệu ứng làm thay đổi L và C của các
khung dao động không đáng kể, là
đáp tuyến của 1 tầng với hàm truyền
được bình phương lên. Cụ thể là nếu
hàm truyền của mỗi tầng là:
BW
j
jAvjAv
ω
ωω
∆
+
=
2
1
1
).()(
0
.
thì hàm truyền của hai tầng ghép là:
2
0
22
2
1
1
).()(







∆
+
=
BW
j
jvAjvA
ω
ωω
.
Nếu có n tầng giống nhau ghép đồng bộ thì:
n
nn
BW
j
jvAjvA






∆
+
=
ω
ωω

2
1
1
).()(
0
45
H. IV-7
L, R
s
Vào
Ra
Vcc
Vcc
L
C
Ce
C
Ro
Rb2
Rb1
Re
H.IV-8
-α
Re
Im
LC
1
0
=≈
ωβ

Trang 46 Nguyễn Xuân Khai
Hệ số khuếch đại bằng:
2
2
0
2
1
1
).()()(
n
nnn
BW
vAvAjvA














∆
+
==

ω
ωωω
BW : dải thông của mỗi tầng.
Muốn tính dải thông của n tầng ghép đồng BW
n
= 2∆ω, ta đặt:
2
2
1
2
2
=














∆
+
n
BW

ω
. Vậy:
12.2
1
−=∆=
n
n
BWBW
ω
2. Ghép lệch tần số:
Nếu hai tầng điều hợp đơn có tần số cộng hưởng là ω
01
và ω
02
và cùng một dải
thông BW =2α = 1/RC thì giản đồ zero cực như H. IV-9.
Hàm truyền của các tầng là:
Hàm truyền của hai tầng là:
( )( )
02
2
01
2
2
21
2
21
22
.)().(
ωαωα

ωω
++++
=
ssss
s
CC
g
jAvjAv
m
zero kép: s = 0;
Đôi cực liên hợp thứ nhất:
p
1
≈ -α + jω
01
; p
2
≈ -α - jω
01
.
Đôi cực liên hợp thứ nhì:
p
3
≈ -α + jω
02
; p
4
≈ -α - jω
02
.

Ta có:
αα
2
2
1
1
2
1
;
2
1
R
C
R
C ==
. Vậy:
1111
2
1
1
11
.)(
CL
s
CR
s
s
C
g
jAv

m
++
−=
ω
2222
2
2
2
11
.)(
CL
s
CR
s
s
C
g
jAv
m
++
−=
ω
Đặt
α
2
11
2211
==
CRCR
.

2
01
11
1
ω
=
CR
, tần số cộng hưởng của
khung L
1
C
1
ở mạch 1.
2
01
2
02
22
1
ωω
≠=
CR
, tần số cộng
hưởng của khung L
1
C
1
ở mạch 2.
H.IV-9
Re

Im
-α
p
2
p
4
p
3
p
1
ω
02
ω
01
jω
Kỹ thuật truyền thanh Trang
( ) ( ) ( ) ( )
4321
2
2
21
2
.4)(
pspspsps
s
RRgjAv
m
−−−−
=
αω

Nếu xét ở chế độ xác lập ở tần số ω không cách xa ω
01
và ω
02
thì thay s = jω. Ta
có: s –p
2
≈ 2jω
0
; s – p
4
≈ 2jω
0
.
( ) ( )
31
2
21
2
1
.)(
pjpj
RRgjAv
m
−−
=
ωω
αω
.
Để nghiên cứu hệ số khuếch đại cùng các đặc tính khác ta vẽ phóng đại vùng có

hai cực p
1
và p
3
(H.IV-10).
Hệ số khuếch đại của 2 tầng bằng:
Đáp tuyến biên tần có một đỉnh hay hai
đỉnh cực đại tùy theo khoảng tần số lệch ∆ω
0
so với trí số
RC
1
2
=
α
có 3 trường hợp:
* Nếu
RC
1
2
0
=<∆
αω
: vòng tròn bán kính p
1
p
3
không được đường thẳng đứng
ω
01

ω
02
cắt, đáp tuyến biên tần chỉ có một đỉnh ứng với tần số giữa
2
0201
ωω
ω
+
=
C
.
Hệ số khuếch đại
21
2
2
1
)( RRgAv
mC
<
ω
.
Nếu
RC
1
2
0
==∆
αω
= giải thông của một tầng. Đường thẳng đứng ω
01

ω
02
tiếp xúc
với vòng tròn bán kính p
1
p
3
tại điểm
2
0201
ωω
ω
+
=
C
, đáp tuyến biên tần phẳng nhất và
chỉ có một đỉnh ứng với tần số giữa ω
c
;
21
2
2
1
)( RRgAv
mC
=
ω
.
Nếu
RC

1
2
0
=>∆
αω
= giải thông của một tầng. Đường thẳng ω
01
ω
02
cắt vòng tròn
bán kính p
1
p
3
tại hai điểm ω
M1
và ω
M2
là hai tần số ứng với hai đỉnh độ lợi cực đại của
đáp ứng biên tần. (H.IV-11).
21
2
21
2
1
)()( RRgAvAv
mMM
==
ωω
47

31
2
21
2
1
.)()(
ρρ
αωω
RRgAvjAv
m
==
Với
11
pj
−=
ωρ
;
33
pj
−=
ωρ
φ
ω
α
ω
sin..)(
0
21
2
∆

=
RRgAv
m
p
1
p
3
I
ω
01
ω
M1
ω
M2
ω
02
ω
ω
c
α
Im
∆ω
0
H.IV-10