Chơng phơng pháp khảo sát Mạch điện tử Mạch điện mô hình hệ thống tạo biến đổi tín hiệu điện tử Do trình tạo xử lý tín hiệu phức tạp nên nói chung, mạch điện tử thờng bao gồm nhiều loại phần tử nối ghép với theo nhiều cách Mỗi phần tử mạch có nhiệm vụ riêng đặc trng thông số phụ thuộc vào vị trí hệ thống 3.1 Các phần tử, thông số tích cực thụ động mạch điện Để thực nhiệm vụ trên, xếp thông số mạch theo hai loại thông số tích cực thông số thụ động 3.1.1 Các phần tử thông số tích cực Các thông số tích cực thông số đặc trng cho tính chất tạo tín hiệu cung cấp lợng phần tử mạch điện Thuộc loại có hai thông số sức điện động E(t) dòng điện I(t) Nhiều phần tử mạch có khả tự (hay chịu tác động phi điện bên ngoài) tạo điện áp hay dòng điện khác Những phần tử có tên gọi chung nguồn Thí dụ pin, ắc-quy, máy phát điện, v.v chuyển hoá dạng lợng khác thành lợng điện, sinh hai cực điện áp mắc tải vào hai cực Các phần tử nh tế bào quang điện, micrô phôn hay biến tử áp điện linh kiện bán dẫn có tính khuếch ®¹i tÝn hiƯu nh− transistor, vi m¹ch, v.v nh− trình bày sau thuộc loại Do cách xác định hai thông số tạo nguồn dẫn tới phân loại phần tử tích cực thành hai loại: nguồn điện áp nguồn dòng điện Nguồn điện bình thờng (thí dụ nh pin ắc-quy) nhiều có điện áp dòng điện biến đổi theo thời gian nhân tố nh trở tải, nhiệt độ phòng, già hoá chất điện hoá làm nguồn, v.v thay đổi Một nguồn điện áp thực tế đợc biểu diễn nguồn có sức điện động E0 = const không đổi mắc nối tiÕp víi mét trë néi Ri nh− h×nh 3.1.a NÕu Ri điện áp đặt hai đầu điện trở tải biến đổi theo giá trị tải Nhng trờng hợp lý tởng, Ri điện áp không đổi dù t¶i Ri E0 ~ I0 Ri I0 E0 ~ cã biến đổi Lúc ta có nguồn điện áp lý tởng hay thờng gọi tắt nguồn điện áp Cũng lý luận (a) (b) nh ta có nguồn dòng điện lý tởng, Hình 3.1 a) Nguồn điện áp thực lý tởng, gọi tắt nguồn dòng điện, nguồn b) Nguồn dòng điện thùc vµ lý t−ëng nµy cã trë néi Ri b»ng vô Nh nguồn dòng thực tế gồm nguồn dòng lý tởng I0 mắc song song với mét néi trë Ri nh− h×nh 3.1.b 22 XÐt mét mạch điện nh hình 3.2 Theo định luật Ohm ta có điện áp trở tải là: U T = U − Ri I hay I U − UT U UT U I= = − = I0 T Ri Ri Ri Ri Ri UT gọi giá trị I U / Ri dòng ngắn mạch nghĩa dòng cực đại mà nguồn cấp cho mạch điện trờng hợp cho trở tải (ngắn mạch) Việc lựa chọn cách mô tả nguồn tuỳ thuộc vào trở néi nhá hay lín so víi trë t¶i RT 3.1.2 U0 RT ~ Hình 3.2 Dòng ngắn mạch I0 Các phần tử thông số thụ động Các thông số thụ động đặc trng cho tính chất không tạo tín hiệu không cung cấp lợng phần tử mạch điện Thuộc loại có ba thông số bản: điện trở (nghịch đảo điện dẫn), điện cảm điện dung Các phần tử có thông số gọi phần tử thụ động Phản ứng thụ động phần tử hay mạch điện thể qua thay đổi trạng thái chịu tác động kích thích Còn trạng thái lại đợc biểu qua điện áp dòng điện đặt lên Để đặc trng cho phản ứng phần tử mạch điện tác động điện áp dòng điện, ngời ta dùng thông số quán tính không quán tính Thông số không quán tính đặc trng cho tính chất phần tử điện áp tạo nên hai đầu (hay dòng điện chạy qua nó) tỷ lệ trực tiếp với dòng điện (hay điện áp đặt hai đầu nó) Thông số gọi điện trở (hay điện dẫn) phần tử, đợc ký hiệu R (hay G) xác định công thức: U(t) = R.I(t) I(t) = G.U(t) Điện trở có thứ nguyên vôn/ ampe đợc đo đơn vị ôm (), điện dẫn có thứ nguyên 1/ đo đơn vị simen (S) điện áp đo vôn dòng điện đo ampe Thông số quán tính gồm có hai loại: Thông số điện cảm đặc trng cho tính chất phần tử điện áp hai đầu tỷ lệ với tốc độ biến thiên dòng điện chạy qua Thông số điện cảm ký hiệu L xác định công thức: dI ( t ) dt Điện cảm có thứ nguyên vôn giây/ ampe đo đơn vị hen-ri (H) Cùng chất vật lý với thông số điện cảm có thông số hỗ cảm đặc trng cho ảnh hởng dòng điện chạy phần tử đến phần tử khác đặt lân cận có không nối với điện Nếu phần tử k có dòng chảy qua Ik hỗ cảm phần tử l có điện áp hỗ cảm: U( t ) = L U l ( t ) = M kl dI k ( t ) dt 23 Mkl gọi hệ số hỗ cảm phần tử k l Ngợc lại, l có dòng Il qua tác dụng hỗ cảm gây phần tử k điện dI l ( t ) dt Nh vậy, tác dụng đồng thời thông số điện cảm thân hỗ cảm với phần tử lân cận, phần tử có điện áp: áp U k ( t ) = M lk dI l ( t ) dI ( t ) ± M kl k dt dt dI k ( t ) dI l ( t ) ± M kl Uk(t ) = L dt dt Ul (t ) = L Dấu đợc lấy tuỳ theo quan hệ chiều điện áp tự cảm hỗ cảm Thông số điện dung đặc trng cho tính chất phần tử mạch điện dòng điện ®i qua nã tû lƯ víi tèc ®é biÕn thiªn điện áp đặt phần tử Về mặt vật lý, dòng điện nh mang tính chất dòng điện dịch có quan hệ với điện áp nh sau: I( t ) = C dU ( t ) dt hay U( t ) = C ∫ I ( t )dt = Q( t ) C víi Q(t) lµ điện tích phần tử Hệ số tỷ lệ C gọi điện dung phần tử có thứ nguyên ampe giây/ vôn đợc đo đơn vị Fara (F) 3.2 Các phần tử, mạch tuyến tính phi tuyến Nếu thông số R, L C phần tử số, không phụ thuộc vào điện áp hai đầu dòng điện qua phần tử gọi phần tử tuyến tính Ngợc lại thông số phần tử phụ thuộc vào điện áp hai đầu hay dòng điện qua phần tử phi tuyến Mạch điện chứa toàn phần tử tuyến tính gọi mạch điện tuyến tính Nếu mạch có chứa dù phần tử phi tuyến mạch mạch phi tuyến Từ định nghĩa ta cã thĨ thÊy tÝnh chÊt cđa m¹ch tun tÝnh nh sau: Đặc trng vôn-ampe V-A đờng thẳng Các trình hệ đợc biểu diễn hệ phơng trình vi phân tuyến tính thiết lập theo định luật Kirchhoff Mạch tuyến tính tuân theo nguyên lý xếp chồng Nghĩa tác dụng lên mạch nhiều sức điện động dòng mạch tổng dòng thành phần, dòng tơng ứng với sức điện động riêng phần Dới tác động tín hiệu có phổ tần số bất kỳ, mạch tuyến tính không sinh sóng hài (hoạ ba) với tần số Đối với mạch phi tuyến ngợc lại: Đặc trng V-A không đờng thẳng 24 Phơng trình mạch phơng trình vi phân phi tuyến Không áp dụng đợc nguyên lý xếp chồng Dới tác động tín hiệu bất kỳ, mạch sinh tín hiệu có tần số khác Hình 3.3.a đặc trng V-A phần tử tuyến tính điển hình điện trở có giá trị điện trở R = dU/ dI = const đợc biểu diễn đờng thẳng Trong hình 3.3.b đặc trng V-A phần tử phi tuyến nh diode bán dẫn điện trở phụ thuộc vào điện áp đặt hai đầu diode I(mA) I(mA) 60 60 40 40 20 20 20 U(V) 0,3 U(V) 0,6 0,3 (a) 0,6 (b) Hình 3.3 Đặc trng V-A điện trở (a) diode bán dẫn (b) 3.3 Các định luật Kirchhoff Mục đích việc tính toán mạch điện xác định điện áp dòng điện đoạn mạch Trong thực tế thờng chọn điểm mạch làm điểm gốc gán cho giá trị điện không (0 V) Trong kỹ thuật gọi điểm mass thờng điểm hay đợc nối với đất nên thờng đợc gọi điểm đất Trớc tiên ta điểm lại vài khái niệm liên quan đến mạch điện lý thuyết mạch đợc áp dụng định luật Kirchhoff Nhánh phần mạch gồm linh kiện, phần tử nối tiếp qua có dòng điện chảy qua Nút điểm mạch chung cho từ nhánh trở lên Vòng phần mạch bao gồm số nhánh nút hợp thành đờng kín qua nhánh nút gặp lần (trừ nút xuất phát đờng đi) 3.3.1 Định luật thứ cho dòng qua nút mạch đợc phát biểu nh sau: R1 Tổng dòng điện nút mạch điện b»ng kh«ng ∑I n =0 U1 ThÝ dơ, tÝnh thÕ U3 mạch nh hình 3.4 sau: Tại điểm nút A mạch điện, quy ớc dòng vào I1 I2 dơng, dòng I3 có dấu âm, theo định I1 + I I = I1 A I3 (3.1) n luËt Kirchhoff thø nhÊt ta sÏ cã: I2 R2 + − + U2 U3 R3 Hình 3.4 Mạch nút 25 Theo ®Þnh luËt Ohm cã: I = (U − U ) / R1 I = (U − U ) / R I = U / R3 Thay vào công thức có: U R R + U R1 R3 U3 = R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 3.3.2 Định luật thứ hai cho điện áp mạch vòng đợc phát biểu nh sau: Tổng điện áp mạch vòng khép kín b»ng kh«ng ∑ U4 R1 Ui = (3.2) U1 i + I Thí dụ, mạch vòng kín hình 3.5 quy ớc chiều dòng điện vòng nh hình vẽ, ta có: + U2 R2 U1 + U − U + U = U3 U + IR2 − U + IR1 = Hình 3.5 Mạch vòng 3.4 Các mạch tơng đơng Thevenin Norton Nhà điện báo ngời Pháp Thevenin đà phát biểu định lý mang tên ông nhằm làm đơn giản phép phân tích mạch điện Nó cho phép thay toàn mạch máy phát tơng đơng nh sau: Một mạch gồm trở nguồn sức điện ®éng cã hai chèt lèi a vµ b ®Ịu cã thĨ thay thÕ b»ng mét ngn thÕ VT vµ trở tơng đơng Req mắc nối tiếp Độ lớn phân cực VT đồng với hở mạch a b điện trở tơng đơng đợc tính tải với tất nguồn đợc tắt (đoản mạch qua nguồn hở mạch qua nguồn dòng) Thí dụ, có mạch điện gồm sức điện ®éng U0 m¾c nèi tiÕp víi trë R1 sau ®ã mắc song song với trở R2 tải Z chốt a b gồm nhiều phần tử có dòng chảy IZ chảy qua nh hình 3.6 Có thể chứng minh đợc qua mạch Z có dòng IZ chảy qua tác dụng vào mạch mét ngn cã søc ®iƯn ®éng b»ng: VT = U R1 vµ cã trë néi b»ng Req = R1 // R2 R1 + R IZ = VT / (Req +Z) Lóc nµy a R1 = Req Z R2 U0 a IZ ≈ Z VT b H×nh 3.6 Mét mạch tơng đơng Thevenin 26 = b Ngời Mỹ Norton đa mạch tơng đơng gồm nguồn dòng IN đợc nối song song với trở tơng đơng Req Trở đợc tính nh trên, giá trị nguồn dòng IN đợc tính cách đoản mạch trở tải Z tính dòng đoản mạch Hình 3.7 thí dụ việc chuyển sơ đồ sang sơ đồ tơng đơng Norton tính giá trị IN Req nh quy tắc a R2 I0 = a R1 R3 IZ Z IN = Req Z b b Hình 3.7 Một mạch tơng đơng Norton Giữa nguồn Thevenin nguồn dòng Norton cã mèi quan hÖ nh− sau; VT = IN Req (3.3) 3.5 Điều kiện chuẩn dừng trình sóng mạch điện Định luật Kirchhoff đợc thực với giả thiết dòng điện đoạn mạch không rẽ nhánh có giá trị thiết diện ngang đoạn mạch Trong kích thích điện từ đợc lan truyền không gian từ điểm đến điểm khác mạch điện với vận tốc hữu hạn v (cao vận tốc ánh sáng) Do đó, dòng điểm N mạch điện cách điểm M đoạn L (hình 3.8.) bị trễ lợng = L/v Nếu dòng điện tín hiệu lan truyền mạch sóng sin có tần số f câu hỏi đặt kích thớc mạch điện cần phải để dòng điện điểm đoạn mạch không rẽ nhánh có giá trị thời điểm khảo sát Hay nói cách khác, tìm điều kiện để áp dụng định luật Kirchhoff để tính thông số đại lợng mạch điện Điều kiện là: > ωcao hay Ura ρ ≡ I (t ) = L L ( đợc gọi trở sóng mạch) ta có: C e t sht , dòng điện mạch có dạng tắt dần nh mô tả hình 3.28.a + Nếu số ảo, nghĩa R < ρ ta cã thÓ viÕt β ≡ jω víi ω ≡ Khi ®ã: I (t ) = R2 − LC L −δt e sin t , dòng điện mạch dao động điều hoà có biên L độ giảm dần theo thời gian (dao động tắt dần) nh hình 3.28.b + NÕu β = 0, nghÜa lµ R = ρ ta cã: I (t ) = t −δt e , ta có dao động nh hình 3.28.c dạng giới hạn trờng hợp L I(t) I(t) I(t) (a) t t t (b) (c) Hình 3.28 Dạng dao động khung với khác 43 ã Phân tích trình dừng Khi tác động lên khung tín hiệu điều hoà UV = U0cost ta có: - Tỉng trë phøc cđa khung lµ: ⎞ ⎛ & Z = R + j ⎜ ωL − ⎟ ωC ⎠ ⎝ ⎞ ⎛ & Z = R + ⎜ ωL − ⎟ ωC ⎠ ⎝ Do ®ã ϕ = arctg ⎫ ⎪ ωC ⎪ ⎬ R ⎪ ⎪ ⎭ ωL - Ta thÊy Z cùc tiĨu vµ b»ng R ⎞ ⎛ ⎟=0 ⎜ ωL − ωC ⎠ ⎝ hay ω ≡ ω0 = LC đợc gọi tần số dao động riêng khung Tại tần số này, tổng trở cđa khung lµ cùc tiĨu vµ b»ng R vµ gãc lệch pha không - Tính dòng qua khung: & I = & U & Z U0 = ⎞ ⎛ R + ⎜ ωL − ⎟ ωC ⎠ ⎝ ω = ω0, ta cã: U & I = I max = R NÕu vẽ đồ thị phụ thuộc I vào tần số tín hiệu vào ta có đờng cong có giá trị cực đại tần số = (hình 3.29.) gọi đờng cong cộng hởng Ta nói, tần số tín hiệu vào tần số dao động riêng mạch RLC mạch xảy tợng cộng hởng Tính điện áp phần tử mạch điều kiện cộng hởng: Điện áp cuộn cảm: & U Lch I/ Imax 1/ √2 U & = jω0 LI = jω0 L jQU0 R Điện áp tụ điện: ω = ω0 & U0 & U Cch = − j I = −j ≡ − jQU 0 C C R Ta thấy đại lợng Q ≡ ω0 L R = ω RC = R Hình 3.29 Đờng cong cộng hởng L C hai biểu thức nh đại lợng đợc gọi hệ số phẩm chất khung Các đờng cong cộng hởng I() Z() có dải truyền qua tính đợc = / Q Do vËy nÕu hÖ sè phÈm chÊt Q lớn, dải truyền qua hẹp (đờng cong céng h−ëng cµng nhän); ta nãi r»ng khung cã tÝnh chọn lọc tần số cao 44 Nếu vẽ đồ thị hai vectơ cuộn cảm tụ ®iƯn ë tÇn sè céng h−ëng ta sÏ thÊy: cộng hởng, biên độ điện áp linh kiện thành phần L C mạch lớn gấp Q lần biên độ tín hiệu vào Thí dụ với mạch cộng hởng thông thờng, Q có cỡ từ 10 đến vài trăm nên biên độ trở nên lớn Tuy nhiên chúng có pha ngợc dấu nên tổng điện áp tức thời đoạn mạch không Hiện tợng đặc sắc đợc gọi cộng hởng điện áp Lúc điện áp điện trở R đạt tới giá trị cực đại điện áp tín hiệu vào U0 Trơc ¶o UL I/ Imax UV=UR Δ2 Trơc thùc 1/ √2 Q1 > Q2 Q2 Δ1 UL = - UC Q1 0 UC Hình 3.30 Các vectơ điện áp phần tử R, L, C dạng đờng cong cộng hởng phụ thuộc vào hệ số phẩm chất Q mạch 3.8.4 Mạch RLC mắc song song Hiện tợng cộng hởng dòng điện Hình 3.31 thí dụ mạch gồm phần tử R, L C đợc mắc song song với thành khung R thờng điện trở dây cuộn điện cảm RN điện trở mạch khung Các phép tính dẫn đến kết luận là: tần số tín hiệu tần số 0, khung xảy tợng cộng hởng Lúc trở kháng khung cực đại vµ b»ng: Z0 = Zmax = víi ρ ≡ ρ2 R 1+ Q2 RN L gäi lµ trë sãng cđa khung C IC UV=U0cosωt Khi hƯ sè phÈm chÊt khung Q >> trở kháng tÇn sè céng h−ëng b»ng: Z0 = Zmax = ρ2 R = (ω0 L )2 R = IΣ ~ C R IL L (0 RC )2 Hình 3.31 Mạch RLC mắc song song Dòng tổng cực tiểu nhng dòng nhánh hầu nh lớn gấp Q lần dòng mạch nhng ngợc pha Ta có tợng cộng hởng dòng điện khung RLC mắc song song 3.8.5 Khung cộng hởng liên kết hỗ cảm RLC Các khung cộng hởng đơn nh kể có độ phẩm chất cao dải truyền hẹp Do số trờng hợp muốn mở rộng dải tần nhng nâng cao tính chọn lọc ngời ta phải liªn kÕt hai hay nhiỊu khung céng h−ëng víi Sơ đồ khung liên kết có hệ số hỗ cảm M nh− h×nh 3.32 45 R2 R1 M UV=U0cosωt I1 ~ L1 L2 I2 C1 C1 Hình 3.32 Khung liên kết RLC Viết phơng trình cho dòng điện phức mạch, để đơn giản ta tạm bỏ dấu nhng hÃy nhớ đại lợng phức: U = R1 I + jωL1 I − j I + jωMI ωC1 = R I + jωL I − j X ≡ ωL1 − Gäi I2 = − Ta cã: ωC1 vµ I + jωMI1 ωC X ≡ ωL2 − ωC jMI , đặt vào phơng trình ký hiÖu Z 2 ≡ R 2 + X 2 R2 + jX 2 ⎛ ⎞ ⎛ ω2M2 ⎞ ω2M2 ω2M ⎟ = I ⎜ R1 + jX + R2 − j X ⎟ = I Ztd → U = I ⎜ R1 + jX + 2 ⎜ ⎜ ⎟ R2 + jX ⎟ Z2 Z2 ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ ⎛ ⎜ ⎝ ®ã Z td ≡ ⎜ R1 + ω 2M Z22 ⎞ R2 ⎟ + ⎟ ⎠ ⎛ ⎞ ω 2M j⎜ X − X ⎟ ≡ Rtd + jX td ⎜ Z22 Nhìn vào biểu thức ta thấy hai khung liên kết đợc thay khung đơn có điện trở tơng đơng Rtd điện kháng tơng đơng Xtd, đó; Rtd = R1 + ω 2M Z2 R2 vµ X td = X − ω 2M Z2 Rtd X2 UV=U0cost Rõ ràng phần điện trở điện kháng khung đà bị ảnh hởng khung hai bị thêm vào thành phần 2M Z2 R2 vµ − ω 2M Z22 ~ X1td X2 Hình 3.33 Khung tơng đơng hai khung liên kết Ta khảo sát đặc tính cộng hởng khung Khi thay đại lợng tơng đơng vào ta đợc khung cộng hởng nối tiếp nh hình 3.33 Giống nh khung cộng hởng nối tiếp đơn đà xét, tợng cộng hởng xảy điện kháng mạch tơng đơng không ⎟− X td = ⎜ ωL1 − ⎜ ωC1 ⎟ ⎝ ⎠ 46 ⎛ ⎜ ωL − ⎜ ωC ⎛ ⎞ ⎝ ⎟ + ⎜ ωL − ⎜ ωC ⎟ ⎝ ⎠ ω 2M 2 R2 ⎞ ⎟=0 ⎟ ⎠ • NÕu hai khung liên kết mạnh (M lớn), hệ số liên kÕt χ ≡ Gäi n1 = nhá ta sÏ cã: ; L1C1 n2 = ⎛ n1 ⎜1 − ⎜ ω2 ⎝ ⎞⎛ n 2 ⎟⎜1 − ⎟⎜ ω ⎠⎝ L2 C M L1 L2 1: tần số riêng phần cđa khung vµ khung vµ R2 rÊt ⎞ ⎟= χ2 ⎟ ⎠ hay ( ( ) ) ω − χ − ω n1 − n 2 + n1 n 2 = Giải phơng trình xác định đợc hai tần số cộng hởng Hai tần số trùng với hai tần số riêng n1 vµ n2 χ = (tøc lµ hai khung không liên kết) Nếu 0, hai tần số nằm n1 n2 (h×nh 3.34) ω1 n1 ω2 n2 H×nh 3.34 Céng hởng liên kết mạnh ã Nếu hai khung liên kÕt u (M nhá), hƯ sè liªn kÕt χ ≡ M L1 L2 0: Khi bỏ qua có mặt điện trở tổn hao R2 khung hai Ta cã: ⎡ ⎢ ⎢⎛ n2 ωL1 ⎢⎜1 − 12 ⎢⎜ ω ⎝ ⎢ ⎢ ⎣ ⎞ ⎟− ⎟ ⎠ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥=0 ⎛ n2 ⎞ ⎥ ⎟ ⎥ + ⎜1 − ⎜ ω2 ⎟ ⎥ ⎝ ⎠ ⎦ ⎛ ⎜ ⎝ χ ⎜1 − d22 n2 ⎞ ⎟ ω2 ⎟ ⎠ với d2 R2 L2 Vì L1 nên biểu thức ngoặc vuông phải không Khi hai khung hoµn toµn gièng (L1 = L2≡ L; C1 = C2 ≡ C; n1 = n2 ≡ n) vµ ®Ỉt ξ ≡ − ⎛ ⎜ ⎝ ξ ⎜1 n2 độ lệch tần số, có phơng tr×nh: ⎞ ⎟=0 +ξ ⎟ ⎠ χ2 d2 2 Phơng trình có nghiệm: =0 1,2 = ± χ − d 2 → ω3 = n cã hai nghiÖm thùc χ > d 2 Khi χ < d 2 (liên kết yếu), 1,2 ảo mét nghiÖm thùc ξ = Nh− vËy liên kết yếu ta có tần số cộng hởng = n Còn liên kết mạnh ta có hai tần số cộng hởng cách xa tần số n Hình 3.35 cho đờng cong cộng hởng trờng hợp Nh vậy, hai khung hoàn toàn giống tăng độ liên kết cho 47 phép mở rộng dải tần số cộng hởng khung tơng đơng Nhiều ngời ta sử dụng khung giống liên kết cho đợc vùng truyền qua rộng =d2 Liên kết mạnh > d2 Liên kết yếu < d2 n Hình 3.35 Đờng cong cộng hởng trờng hợp liên kết khác 3.9 Liên kết phản hồi mạch điện Liên kết phản hồi (hồi tiếp) việc truyền phần hay toàn tín hiệu (điện áp hay dòng điện) từ lối mạch điện (thí dụ nh tứ cực) trở lối vào thông qua mạch điện khác (tứ cực khác) gọi mạng hồi tiếp Sơ đồ chung mạch điện có liên kết phản hồi đợc trình bày nh hình 3.36 Trong sơ đồ này: & UV & Uth & Uf & Kf & K & & U & Hình 3.36 Mạch điện cã ph¶n håi & & U K = & hệ số truyền phức mạch phản håi Uv & β= & Uf lµ hƯ sè trun phức mạch phản hồi & U & U & lµ hƯ sè trun phøc cđa toµn bé mạch có phản hồi Kf = & U th Trong thực tế xảy hai loại phản hồi: thứ nhất, thân mạch điện (bộ khuếch đại) hay linh kiện đà xảy khâu phản hồi ký sinh (thí dụ, điện dung ký sinh dụng cụ điện tử bán dẫn, v.v ) thờng làm xấu tính mạch Trong thiết kế lắp ráp mạch điện tử thờng phải làm cho loại phản hồi nhỏ tốt Thứ hai, mạch phản hồi ta tạo mạch điện (thí dụ khuếch đại) để nhằm thực mục đích ta xét loại phản hồi thứ hai điều kiện mạch điện hoạt động dải tần số không cao Có thể phân loại phản hồi theo cách sau: ã Phân loại theo pha tín hiệu hồi tiếp: phản hồi âm phản hồi dơng Tín hiệu phản hồi âm ngợc pha với tín hiệu vào nên làm yếu tín hiệu vào Ngợc lại, tín hiệu phản hồi dơng đồng pha với với tín hiệu vào làm mạnh tín hiệu vào lên ã Phân loại theo dạng tín hiệu: Phản hồi chiều phản hồi xoay chiều Hồi tiếp âm chiều thờng dùng để ổn định chế độ làm việc dụng cụ điện tử hồi tiếp âm xoay chiều lại dùng để ổn định thông số khuếch đại điện tử 48 ã Phân loại theo cách mắc mạch phản hồi Có cách mắc mạng phản hồi với mạch khuếch đại nh đợc trình bày hình 3.37 & K Uth Ura & K Uth & β & β (a) Rf (b) & K Uth Ura Ura & K Uth Ura Rf & β & β (c) (d) Hình 3.37 Bốn loại mắc mạch phản hồi - Phản hồi - nối tiếp (hình 3.37.a) lối qua mạch phản hồi đợc mắc nối tiếp với tín hiệu vào U th - Phản hồi dòng - nối tiếp (hình 3.37.b) dòng lối (tỷ lệ với điện trở Rf) qua mạch phản hồi đợc ghép nối tiếp với tín hiệu vào - Phản hồi - song song (hình 3.37.c) lối qua mạch phản hồi đợc mắc song song với tín hiệu vào - Phản hồi dòng - song song (hình 3.37.d) dòng lối qua mạch phản hồi đợc ghép song song với tín hiệu vào Xét mạch khuếch đại tín hiệu có phản hồi Tính hệ số khuếch đại toàn mạch (hệ số truyền) & & & có phản hồi K theo hệ số khuếch đại K hệ số phản hồi Xét trờng hợp phản hồi f nối tiếp (các trờng hợp khác chứng minh tơng tự) & U & & & & K f = & U V = Uth + U f Ta cã: U th & & & & & Kf U U /U & U K = &ra = = th = && Uv + βK f & & & U th + U f & U 1+ β & Uth → V× & & & && K f = K + Kβ K f & K = Ke jϕK & β = βe ⇒ jϕ β & Kf = & K && − Kβ j (ϕ +ϕ ) && nªn: Kβ = Kβ e K β = Kβ e jϕ víi ϕ ≡ ϕ K + ϕ góc lệch pha tín hiệu vào phản hồi 49 ã Nếu = 2k với (k =1, 2, ) tức phản hồi trùng pha với tín hiệu vào, hệ xảy phản hồi dơng: Lúc có e j = K < th× NÕu && Kβ = Kβ suy Kf > K vµ ⇒ Kf = Kβ ≈ K − Kβ th× K f → ∞ Nghĩa phản hồi dơng làm tăng hệ số khuếch đại nhng dễ làm khuếch đại không ổn định trở thành máy phát sóng ã NÕu ϕ = (2k + 1)π , tøc lµ thÕ phản hồi ngợc pha với tín hiệu vào, hệ có phản hồi âm Lúc có && suy Kβ = − Kβ e j ϕ = −1 ⇒ Kf = K + Kβ Ta thÊy Kf lu«n nhỏ K tăng hệ số phản hồi lên làm giảm hệ số khuếch đại hệ Xét tính ổn định hệ có phản hồi dơng âm so với cha có phản hồi Tính độ biến thiên hệ số khuếch đại có cha có phản hồi ta đợc: ⎛ & ⎞ ⎜ K ⎟ ⎛ d⎜ & &⎞ & & ⎟ ⎜ − Kβ ⎟ ⎜ − Kβ ⎟ + K β − Kβ d K ⎟ & &⎠ ⎜ & && & dKf ⎠ = ⎝ & =⎝ × & K K ⎛ & Kf & &⎞ ⎜ − Kβ ⎟ && ⎜ ⎟ − Kβ ⎝ ⎠ ( Hay & dKf & = Kf ) & & 1− K - Với phản hồi dơng, = ta đợc: dK f dK dK = ì > Kf − Kβ K K NhËn xÐt: K thay đổi lợng K K f thay đổi lợng lớn 1/(1 - K) lần Vậy có phản hồi dơng hệ ổn định phản hồi - Với phản hồi âm, = ta đợc: dK f Kf = dK dK × < + Kβ K K Lý luËn nh− ta thấy có phản hồi âm hệ ổn định so với phản hồi Cũng chứng minh dễ dàng phản hồi âm làm tăng trở kháng vào giảm trở kháng mạch (1 + K ) lần, phản hồi dơng ngợc lại Phản hồi âm làm mở rộng dải truyền qua khuếch đại 50 ... điện trở phụ thuộc vào điện áp đặt hai đầu diode I(mA) I(mA) 60 60 40 40 20 20 20 U(V) 0 ,3 U(V) 0,6 0 ,3 (a) 0,6 (b) Hình 3. 3 Đặc trng V-A điện trở (a) diode bán dẫn (b) 3. 3 Các định luật Kirchhoff... s(t) ↔ d s( t ) dt ↔ F(p) pF(p) – s( 0) ∫ s( t )dt ↔ ∫ s( t )dt F( p ) + p p Các điều kiện đầu thờng lấy không - Các biến đổi tuyến tính hàm gốc tơng ứng với hàm ¶nh: A.s(t) s(t) = s1(t) + s2(t)... j sin θ (3 . 8) Do ®ã, cã mét tÝn hiƯu ®iỊu hoµ s(t) = A0cos(ωt - ? ?), { Ta cã thĨ viÕt: s( t ) = Re A0 e j (? ?t ) } (3 . 9) Nghĩa đặt: S ≡ A0 e j (? ?t −ϕ ) → th× sÏ cã: s( t ) = Re S (3 .1 0) → S đợc