Kỹ thuật truyền thanh 5

Kỹ thuật truyền thanh Trang
Chương V
MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦN
Mạch 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:
Ở 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 C
cb
, tuy thấp
nhưng có tác dụng giảm tổng trở vào ở tần số cao do hiệu ứng Miller, nhân điện dung hồi
tiếp C
cb
gấp A lần, A là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại dùng transistor.
Ở tần số cao, transistor tương đương với sơ đồ H.V-1a, sơ đồ tương đương với:
H.V-1
Mạch khuếch đại H.V-1b là H.V-1c. Điện áp vào mạch là V
i
, điện áp thực sự
nguồn dòng ngõ ra phải lệ thuộc là:

jCr
r
r
jCr
r
VV
eb
eb
bb
eb
eb
i
eb
ω
ω
'
'
'
'
'
'
1
1
..
+
+
+
=
59
a )

B'
E
C
E
B
gmVbe
Cbe
Cbc
rbe
rbe
Ro
b )
Vcc
Ra
Vao
CE
R1
R2
RE
RC
c )
B '
Vi
Vào
Ra
CB
gmVbe
Cbe
Cbc
rbe

rbe
Ro
R2
R1
RC
Ri2
Trang Nguyễn Xuân Khai
C = C
b’e
+ (1 – A
v
).C
b’c
; A
v
là hệ số khuếch đại của mạch.
Vậy:
t
eb
eb
bb
eb
eb
m
i
o
R
jCr
r
r

jCr
r
g
V
V
ω
ω
'
'
'
'
'
1
1
.
.
+
+
+
−=
;
2
2
iC
iC
t
RR
RR
R
+

=
jrCrr
Rr
g
V
V
ebbb
t
eb
m
i
o
s
ω
++
−=
1
1
.
'
'
.
.
;
ebbb
ebbb
rr
rr
r
''

''
+
=
đặt:
rC
h
1
=
ω
;
Avg
rr
Rr
g
ebbb
t
eb
m
=
+
−
''
'
22
.
.
1
1
1
1

)(








+
=








+
==
hh
i
o
f
f
AvgAvg
V
V
fAv

ω
ω
60
.
1
.
2
arg
V
V
=
ϕ
rC
f
h
π
2
1
=
j
f
f
Avg
j
Avg
V
V
hh
i
o

+
=
+
=
11
1
.
.
ω
ω
rC
f
h
π
2
1
=
ebbb
ebbb
rr
rr
r
''
''
+
=
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. Ở tần số f = f
h
, độ lợi mạch
khuếch đại suy giảm 3dB, tín hiệu
ra trễ pha 45
o
so với tín hiệu vào.
Ở tần số thật cao f >>f
h
, độ lợi của
mạch bằng:
H.V-2
a)
b)
f
f
f
T
-6dB/oct
20lgA
v
(f)
20lgA
v
20lgA
v
-3dB
ϕ
-45
o

-90
o
Kỹ thuật truyền thanh Trang
f
f
Av
f
f
Av
fAv
h
g
h
g
≈








+
=
2
1
)(
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-3
1. Tác dụng của tụ điện dẫn tín hiệu (H.V-4):
H.V-4
( )
jCRR
RR
R
V
jC
RR
R
VV
llio
io
i
ll
io
i
ωω
21
21
2
.
1
21
2
.
1
.

2
1
1
1
1
+
+
+
=
++
=
jCRR
RR
R
V
V
llio
io
i
ω
)(
1
1
1
.
21
21
2
.
1

.
2
+
+
+
=
Đặt
( )
l
llio
jCRR
ω
ω
=
+
−
21
1
: tần số cắt phía thấp của dải tần.
61
f
T
là tần số mà độ lợi của mạch
khuếch đại bằng không, tín hiệu ra trễ
pha 90
o
đối với tín hiệu vào. Độ dốc
đường tiệm cận ứng với f>>f
h
bằng –

6dB/oct.
Khi tần số tín hiệu thật thấp, hai linh
kiện trong mạch khuếch đại làm suy giảm tín
hiệu là C
ll
và C
E
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 C
ll
và C
E
.
b )
Vcc
Ra
Vao
Cll1
Cll2
CE
Q
RB1
RB2
RE
RC
V
1

: điện áp tín hiệu ra tầng trước.
R
o1
: tổng trở ra tầng trước
R
i2
: tổng trở vào tầng sau.
V
2
: điện áp tín hiệu nhận được ở tầng sau.
C
ll
: tụ điện dẫn tín hiệu hay liên lạc.
Tầng sau nhận được điện áp V
2
bằng:
Cll
Ro1
Ri2
Tầng trước Tầng sau
V
1
V
2
Trang Nguyễn Xuân Khai
Ta có
j
RR
R
V

V
l
io
i
ω
ω
−
+
=
1
1
.
21
2
.
1
.
2
hay
j
f
f
RR
R
V
V
l
io
i
−

+
=
1
1
.
21
2
.
1
.
2
Độ suy giảm do tụ diện dẫn tín hiệu gây ra ở tần số thấp được xác đònh từ:
2
201
2
.
1
.
2
1
1
.









+
+
=
f
f
RR
R
V
V
l
i
i
















+−
+

=
2
21
2
.
1
.
2
1lg10lg20lg20
f
f
RR
R
V
V
l
io
i
Giản đồ Bode của mạch hình H.V-4 được vẽ ở hình H.V-5.
H.V-5
2. Tác dụng của tụ điện phân dòng (H.V-6):
H.V-6
62
21
2
lg20
io
i
RR
R

+
.
1
.
2
lg20
V
V
Ở tần số cắt thấp f
l
, V
2
sớm pha 45
0
đối với V
1
.
Ở tần số tín hiệu thật
thấp V
2
sớm pha 90
0
đối với
V
1
.
f
f
l
dB

RR
R
io
i
3lg20
21
2
−
+
f
l
f
90
o
45
o
ϕ
Ở tần số giữa giải tần
làm việc, tín hiệu suy giảm
mất
21
2
lg20
io
i
RR
R
+
dB là
điều tất nhiên của của cách

ghép nối tín hiệu RC giữa hai
tầng.
a )
Vcc
Cll
CE
Q
RE
RC
Ri2
b)
hie
c)
CE
RE
Rt
Vào
V
i
I
b
βI
b
V
2
R
E
(1+β)
β
+1

E
C
Kỹ thuật truyền thanh Trang
Tụ điện phân dòng C
E
có dung kháng bằng vô cùng ở tần số cực thấp. Do vậy hệ số
khuếch đại ở tần số cực thấp bằng:
( )
Eie
t
i
o
Rh
R
V
V
Av
1
++
−
==
β
β
; R
t
là điện trở tương đương với R
c
song
song với tổng trở vào tầng sau.
Ở tần số giữa dải, hệ số khuếch đại bằng:

ie
t
i
o
g
h
R
V
V
Av
β
−
==
: hệ số khuếch đại giữa dải
Ở tần số thấp, hàm truyền bằng:
jCR
R
h
R
jAv
V
V
EE
E
ie
t
i
o
ω
β

β
ω
+
+
+
−==
1
)1(
)(
.
.
Hàm truyền có thể viết ở hai dạng:
)1(
1
1
)1(
1
1
)(
++
+
+
+
+
=
β
ω
ω
β
ω

Eie
EEie
EE
ie
E
g
Rh
jCRh
jCR
h
R
AvjAv
hoặc:
)1(
1
1
)(
++
+
+
=
β
ω
ω
ω
Eie
EEie
EE
o
Rh

jCRh
jCR
AvjAv
Đặt
oo
EE
f
CR
πω
2
1
==
: tần số zêro.
pp
EEie
Eie
f
jCRh
Rh
πω
ω
β
2
)1(
==
++
: tần số cắt thấp do tụ điện phân dòng.
Vậy:
j
f

f
j
f
f
AvjAv
p
o
o
+
+
=
1
1
)(
ω
2
2
1
1
)()(








+









+
==
p
o
o
f
f
f
f
AvfAvjAv
ω
2
2
1lg101lg10lg20)(lg20








+−









++=
po
o
f
f
f
f
AvfAv
63
Trang Nguyễn Xuân Khai
H.V-7
H.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 C
E
.
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:
j
f

f
AvjAv
l
g
−
=
1
1
)(
ω
Hệ số khuếch đại và độ lợi bằng:
2
1
1
)(








−
=
f
f
AvfAv
l
o

2
1lg10lg20)(lg20








+−=
f
f
AvfAv
l
o
(H.V-8)
64
20lgAv
g

20lgAv
g
–3dB
20lgAv
g
+3dB
20lgAv
o
20lgAv(f)

f
o
f
p
f
EE
o
CR
f
π
2
1
=
EEie
Eie
p
CRh
Rh
f
π
β
2
)1(
++
=
f
f
+90
o
+45

o
ϕ = argAv(jω)
f
l
f
l
20lgAv(f)
20lgAv(f)
20lgAv(f) - 3dB
j
f
f
Av
l
g
−
=
1
1
arg
ϕ
H.V-8