ứng dụng của điện tử công suất, chương 13 docx

Chương 13: ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ NGUỒN
TÍN HI
ỆU (R
S
) VÀ TỔNG TRỞ TẢI (R
L
) LÊN
M
ẠCH KHUẾCH ÐẠI
Trong các chương trước, chúng ta ñã phân tích và tính
toán các
thông
số của mạch khuếch ñại dùng BJT và FET khi không
có tải và nguồn tín hiệu ñược
xem
như lý tưởng (không có nội trở).
Thực tế, nguồn tín hiệu luôn có nội trở R
S
và mạch
có
tải R
L
. Nội
trở R
S
và tải R
L
như vậy sẽ làm thay ñổi các thông số của mạch như
tổng
trở
vào, tổng trở ra, ñộ lợi ñiện thế và ñộ lợi dòng ñiện. Nội

dung của chương này là
khảo
sát ảnh hưởng của R
S
và R
L
lên các
thông
số.
4.1 HỆ THỐNG 2 CỔNG
(two-port
sys
t
e
m
s)
Người ta thường xem BJT và FET như một hệ thống 2 cổng
(hay tứ cực) như hình
4.1
Trong ñó v
i
, i
i
, Z
i
lần lượt là ñiện thế (tín hiệu), dòng
ñiện và tổng trở
của
ngõ vào. v
0

, i
0
, Z
0
là ñiện thế, dòng ñiện và
ñiện trở của ngõ ra. A
VNL
, A
INL
là ñộ
lợi
ñiện thế và ñộ lợi dòng
ñiện của hệ thống. Toàn bộ các thông số này ñược ñịnh
nghĩa
khi
ngõ ra không mắc tải và không có ñiện trở nguồn
R
S
.
Áp dụng ñịnh lý Thevenin ở hai cực của ngõ ra, ta
có:
Z
th
=Z
0
=R
0
Nguồn ñiện thế Thevenin E
th
là ñiện thế mạch hở giữa 2

ñầu ngõ ra, ñó
là
v
0
.
Vậy:
Nên
E
th
=A
VNL
.v
i
Ta có thể dùng R
i
=Z
i
=v
i
/i
i
ñể biểu diễn mạch ngõ vào và
dùng nguồn
Thevenin
E
th
=A
VNL
.V
i

và Z
0
=R
0
ñể biểu diễn ngỏ ra của hệ thống 2
cổng.
Ðể thử lại mạch tương ñương này, ta thử tìm Z
0
và
A
VNL
. Ðể tìm Z
0
,
ta
nối tắt ngõ vào tức v
i
=0v, từ ñó
A
VNL
.v
i
=0v và tương ñương với mạch nối tắt, do
ñó
Z
0
=R
0
như
ñã ñịnh nghĩa phía trên. Sự vắng mặt của tải sẽ ñưa ñến i

0
=0 và
ñiện
thế
giảm qua R
0
là V
R0
=0. Do ñó ở ngõ ra hở chính bằng
nguồn
A
VNL
.v
i
.
Thí dụ: Cho mạch phân cực cố ñịnh như hình 4.3. Hãy vẽ mạch
tương ñương 2
cổng.
Gi
ả
i:
Phân giải mạch này ta tìm ñược: Z
i
=1.07kΩ; Z
0
=3kΩ;
A
VNL
=-280.11 (xem
lại

chương
2)
Dùng các dữ kiện này ta vẽ lại mạch tương ñương 2 cổng như
hình
4.4.
Dấu trừ trong nguồn ñiện thế phụ thuộc có nghĩa là nguồn
ñiện thế thật
sự
ngược với nguồn ñiều khiển chỉ ñịnh trên hình vẽ. Nó
cũng cho thấy ñộ lệch pha
180
0
giữa ñiện thế ngõ vào và ngõ
ra.
Trong thí dụ trên, ñiện trở R
C
=3kΩ ñược ñưa vào ñể xác
ñịnh ñộ lợi ñiện
thế
không tải. Sự phân tích trong chương này sẽ
xem các ñiện trở phân cực là thành
phần
của ñộ lợi không tải, tải R
L
sẽ ñược nối vào các cực của ngõ
ra.
4.2 HIỆU ỨNG CỦA TỔNG TRỞ TẢI
R
L
Phần này, ta xem ảnh hưởng của tổng trở tải R

L
ñối với
kiểu mẩu 2
cổng.
(xem hình
4.5)
Áp dụng công thức cầu chia ñiện thế ở mạch ngõ ra ta
có:
Tuy R
i
thay ñổi tùy theo dạng mạch, nhưng dòng ñiện ngõ
vào luôn luôn
ñược
xác ñịnh
bởi:
Ðộ lợi dòng ñiện như vậy có thể tìm ñược từ ñộ lợi ñiện
thế, tổng trở
vào
và ñiện trở
tải.
Ðường thẳng lấy ñiện ñộng: (xoay
chiều)
ñược xem như nối tắt và tải của mạch ñiện ñược xem là R
L
và
ñiện trở cực thu R
C
mắc
song
song với nhau. Tác dụng của ñiện

trở tải R
L
làm cho ñường thẳng lấy ñiện ñộng có dốc
ñứng
hơn
dòng ñiện lấy ñiện tĩnh. Ðiểm chú ý quan trọng là cả 2 ñường thẳng
này ñều qua
cùng
một ñiểm
Q.
Khi chưa mắc tải R
L
, nếu ta áp một tín hiệu nhỏ hình sin
vào cực nền
của
transistor , dòng ñiện cực nền của transistor sẽ biến
ñộng từ I
B1
ñến I
B3
nên ñiện thế
ngỏ
ra V
CE
cũng biến ñộng như
hình vẽ. Nếu ta mắc tải R
L
vào, vì sự biến ñộng của I
B
vẫn

không
thay ñổi nhưng ñộ dốc của ñường thẳng lấy ñiện ñã thay ñổi (ñứng
hơn) nên
tín
hiệu ra V
CE
nhỏ
hơn.
4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI TRỞ
NGUỒN
R
S
Bây giờ ta quay lại ngõ vào của hệ thống 2 cổng và
khảo sát ảnh hưởng của
nội
trở của nguồn tín hiệu lên ñộ lợi của
mạch khuếch
ñại.
Hình 4.8 mô tả một nguồn tín hiệu V
S
có nội trở R
S
ñược áp vào ngõ
vào
của hệ thống 2 cổng căn
bản.
Từ ñịnh nghĩa của Z
i
và A
VNL

ta thấy chúng không bị
ảnh hưởng bởi nội trở
R
S
nhưng tổng trở ra có thể bị ảnh hưởng bởi
R
S
.
Từ hình 4.8, ta thấy tín hiệu v
i
ñưa vào hệ thống
2 cổng bây giờ
là:
Như vậy nếu nội trở nguồn R
S
càng lớn thì ñộ lợi của
mạch càng nhỏ
(do
tín hiệu vào v
i
nhỏ).
Với hệ thống 2 cổng bên trên ta
có: