So sánh hồi tiếp nối tiếp và song song năm 2024

Mạch hồi tiếp được sử dụng trong tất cả các hệ thống khuếch đại. Harold Black, một kỹ sư điện tử làm việc tại công ty điện phía tây nước Mỹ đã phát minh ra mạch khuếch đại có hồi tiếp vào năm 1928 trong khi đi tìm cách để ổn định độ lợi của mạch khuếch đại sử dụng trong mạch lặp điện thọai.

Nội dung chính Show

9. ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỒI TIẾP ÂM
9. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỒI TIẾP:
9. CÁC THÔNG SỐ CỦA HỒI TIẾP ÂM:...........................................................................
9. BẢNG SO SÁNH CÁC DẠNG HỒI TIẾP:.....................................................................
9. KHẢO SÁT HỒI TIẾP CỦA MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI:
9. BÀI TẬP:

Trong hệ thống hồi tiếp, tín hiệu hồi tiếp được lấy từ ngõ ra và tỉ lệ với tín hiệu ngõ ra đưa ngược trở về ngõ vào, và kết hợp với tín hiệu ngõ vào để tạo ra đáp ứng hệ thống mong muốn.

Một mạch hồi tiếp được sử dụng có tính toán để đạt được độ ổn định mong muốn. Tuy nhiên, hồi tiếp có thể xảy ra không định trước và lúc đó đáp ứng hệ thống không mong muốn có thể bị tạo ra.

Hồi tiếp có hai loại: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm.

 Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngõ vào nên làm giảm tín hiệu ngõ vào của mạch. Hồi tiếp âm có chức năng duy trì độ ổn định hệ số khuếch đại của mạch chống lại sự thay đổi các thông số của transistor do nhiệt độ, do điện áp nguồn cung cấp.  Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngõ vào nên làm tăng tín hiệu ngõ vào của mạch. Hồi tiếp dương được sử dụng để thiết kế các mạch dao động và một số ứng dụng khác. Trong chương này chúng ta chỉ khảo sát mạch hồi tiếp âm.

9. ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỒI TIẾP ÂM

 Ưu điểm:

Ổn định hàm truyền: sự thay đổi giá trị hàm truyền chủ yếu do sự thay đổi các thông số của transistor sẽ giảm khi có hồi tiếp âm đây chính là ưu điểm chính của hồi tiếp âm.
Mở rộng băng thông.
Giảm nhiễu: hồi tiếp âm làm tăng tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu.
Giảm méo: khi transistor làm việc không tuyến tính, méo sẽ xuất hiện trong tín hiệu ngõ ra, đặc biệt tại những mạch có biên độ tín hiệu ngõ ra lớn. Hồi tiếp âm sẽ làm transistor hoạt động tuyến tính hơn.

9.4. Cải thiện tổng trở vào, tổng trở ra:

 Khuyết điểm:

Giảm độ lợi hay giảm hệ số khuếch đại điện áp.
Có thể mạch không ổn định (sinh ra dao động) tại tần số cao.

9. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỒI TIẾP:

9.3. Sơ đồ khối của hồi tiếp:

Trong Hình 9 trình bày mạch khuếch đại có hồi tiếp. Trong mạch tín hiệu biến thiên S có thể là dòng điện hoặc điện áp.

9.4. Hệ số khuếch đại có hồi tiếp:

V 

I

A g  o

Hệ số hồi tiếp : o

fb z I

V

 

Hệ số khuếch đại vòng kín: i

o gF V

I

A 

Hồi tiếp điện áp song song (khuếch đại truyền trở), Hình 9: Ổn định điện áp ra theo dòng điện ngõ vào, ổn định hàm truyền là hệ số khuếch đại truyền trở.

Hệ số khuếch đại vòng hở: I 

V

A z  o

Hệ số hồi tiếp : o

fb g V

I

 

Hệ số khuếch đại vòng kín: i

o zF I

V

A 

Hình 9. Sơ đồi khối của các mạch khuếch đại có hồi tiếp: Nói chung các dạng hồi tiếp dùng để ổn định các thông số được khuếch đại (điện áp hay dòng điện) theo các thông số ngõ ra (điện áp hay dòng điện).

9. CÁC THÔNG SỐ CỦA HỒI TIẾP ÂM:...........................................................................

9.4. Hệ số khuếch đại có hồi tiếp: Từ sơ đồ khối mạch hồi tiếp Hình 9, ta có độ lợi của mạch khuếch đại khi chưa có hồi tiếp là:

S 

S

A  o (9)

Độ lợi của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp là:

o F S

S

A  (9)

Hệ số hồi tiếp:

fb S

S

  (9)

Từ công thức (9), (9) và (9), ta có:

A

S A

S

S S

S

A

fb o

o i

o F     













 

11

1 (9)

Nhận xét: độ lợi của mạch khi có hồi tiếp giảm đi  1  Alần so với khi chưa có hồi tiếp.

Vậy hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại, nhưng bù lại hồi tiếp âm cũng làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại được chứng minh như sau:

9.4. Ổn định hàm truyền:

Độ bất ổn định của hàm truyền trong một mạch khuếch đại khi chưa có hồi tiếp là A

 A

. Vậy

độ bất ổn định của hàm truyền trong một mạch khuếch đại có hồi tiếp là F

F A

A

.

Từ công thức (9), ta có: 2 ( 1 )

1 ( 1 )

1 A A

dAF  

  





 

 (9)

Từ (9), suy ra: dA A

dAF 2 ( 1 )

1

 

 (9)

Lấy (9) chia 2 vế cho AF, ta có:

A

dA A A

A

dA A A

dA F

F 















  1

1 1

( 1 )

1 2 (9)

Suy ra: A

A

A A

A

F 







1 

1 (9)

Vậy độ bất ổn định của hàm truyền khi có hồi tiếp giảm đi 1  Alần so với khi chưa có hồi

tiếp. Nếu mạch có hệ số hồi tiếp đủ lớn sao cho A>>1, thì có thể xem như giá trị hàm truyền của mạch không đổi hay nói cách khác là mạch có độ ổn định cao. Lúc đó độ lợi của mạch là:



1 AF  (9)

Từ công thức (9), ta thấy độ lợi hay hàm truyền của mạch chỉ phụ thuộc vào thông số hồi tiếp.

Ví dụ: Một mạch khuếch đại có độ bất ổn định là 10% và có độ lợi là 100. Để tăng tính ổn định của mạch người ta dùng thêm một mạch hồi tiếp âm mắc vào mạch khuếch đại này có hệ số hồi tiếp là 0. Vậy độ bất ổn định của mạch sau khi có hồi tiếp bằng bao nhiêu? Giải: Từ công thức 3, ta có:

10 % 1 % 1 100 0. 1

1  

 













A

A A

A

F 

Vậy sau khi mắc thêm mạch hồi tiếp có hệ số hồi tiếp là 0 thì độ bất ổn định của mạch giảm đi 10 lần.

Trong mạch khuếch đại có hồi tiếp âm khi A   1 , độ lợi của mạch là AF  1 / , khi đó độ

lợi của mạch không phụ thuộc vào tần số. Lúc đó méo tần số phát sinh do thay đổi độ lợi với tần số tín hiệu (do các sóng hài) giảm.

Giảm méo do hàm truyền không tuyến tính. Méo tín hiệu ngõ ra là nguyên nhân do thay đổi độ lợi (độ lợi không tuyến tính) hay do thay đổi độ dốc hàm truyền của mạch khuếch đại. Hình 9 sẽ chứng minh đáp ứng của hàm truyền khi không có và khi có hồi tiếp âm.

A 1 = 1000

A 2 = 500

A 3 = 250

SƐ 1 SƐ 2 SƐ (tín hiệu sai lệch)

Af1 =

Si1 Si2 Si (tín hiệu ngõ vào)

1000

1+(0)(1000)

\= 10.

Af2 =

500 1+(0)(500)

\= 9.

Af3 =

250 1+(0)(250)

\= 9.

(a)

(b) Hình 9. Đặc tuyến truyền đạt: (a). Khi chưa có hồi tiếp. (b). Khi có hồi tiếp. b. Giảm nhiễu:

Hình 9. Sơ đồ khối mạch khuếch đại với tín hiệu nhiễu tác động ở ngõ ra. Từ hình (9), khi chưa có hồi tiếp, tín hiệu ra là: Vo AV  V n (9)

Trong đóV  chính là tín hiệu vào của mạch khuếch đại.

Vậy khi chưa có hồi tiếp biên độ tín hiệu nhiễu ở ngõ ra là Vn. Khi có hồi tiếp, tín hiệu hồi tiếp: Vfb  V o (9)

Và: V   Vi VfbVi Vo (9)

Vậy Vo  A(Vi V o)Vn (9)

Suy ra: o i Vn A

V

A

V

  





1 (9)

Vậy khi có hồi tiếp thì biên độ tín hiệu nhiễu giảm ( 1  A)lần. Khi A  1 , thì Vo Vi 

1

 , vậy

tín hiệu nhiễu bị triệt gần như bằng 0.

9.4. Cải thiện tổng trở vào, tổng trở ra: a. Tổng trở vào:

9.6. Mạch hồi tiếp điện áp - nối tiếp:

9.6. Mạch hồi tiếp dòng điện nối tiếp:

Hình 9. Sơ đồ mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp lý tưởng.  Ri : điện trở ngõ vào của mạch khuếch đại khi chưa có hồi tiếp.

 RiF : điện trở ngõ vào của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp.  Ro : điện trở ngõ ra của mạch khuếch đại khi chưa có hồi tiếp. Ta có:

fb i

i if I

V V

I

V

R



   (9)

Từ công thức (9) chia tử số và mẫu số choV  , ta được:

 1 ) ( 1 )

1

i v v

O O

fb i i

if V R A

V

I

V

I

V

R  



      



 (9)

x V o

o of I

V

I

V

R  i  0  (9)

Từ sơ đồ Hình 9, ta có V  Vfb V  vVx 0 (9)

Hay V    vVx (9)

Dòng ngõ ra là: o

x v v x o

x v x R

V A V

R

V AV

I

  (  ) 



 (9)

Vậy điện trở ngõ ra của mạch khi có hồi tiếp điện áp là:

v v

o x

x of A

R

I

V

R

 

 

1 (9)

Công thức (9) chứng minh rằng điện trở ngõ ra của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp điện áp giảm đi (1+β A) lần so với điện trở ngõ ra của mạch khuếch đại khi chưa có hồi tiếp. Điện trở ngõ ra bé là ưu điểm của mạch khuếch đại điện áp.

Kết hợp phần 1a và 2a, ta được sơ đồ tương đương của mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp nối tiếp như Hình 9.

Hình 9. Sơ đồ tương đương của mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp nối tiếp. Hồi tiếp dòng điện:

Hình 9. Sơ đồ mạch hồi tiếp dòng điện lý tưởng để định điện trở ngõ ra. Tổng trở ngõ ra của mạch khuếch đại có hồi tiếp song song:

x I o

o of I

V

I

V

R  i  0  (9)

Từ Hình 9, ta có: I  Ifb I  iIx 0 (9)

Hay I    i Ix (9) Điện áp ngõ ra của mạch Hình 9:

Vx  (IxAiI  )Ro[IxAi( Ix)]RoIx( 1  iAi)R o (9)

Vậy điện trở ngõ ra là: o( 1 i i) x

x of I R A

V

R     (9)

Công thức (9) chứng minh mạch khuếch đại có hồi tiếp dòng điện điện trở ngõ ra tăng (1+ βA) lần so với mạch khuếch đại chưa có hồi tiếp. Một điện trở ngõ ra lớn là ưu điểm của mạch khuếch đại dòng để tránh ảnh hưởng của điện trở tải.

Kết hợp phần 1b và 2b, ta được sơ đồ tương đương của mạch khuếch đại hồi tiếp dòng điện song song như Hình 9.

Hình 9. Sơ đồ tương đương của mạch khuếch đại hồi tiếp dòng điện song song.

9. BẢNG SO SÁNH CÁC DẠNG HỒI TIẾP:.....................................................................

Mạch KHUẾCH ĐẠI hồi tiếp

Tín hiệu nguồn

Tín hiệu ngõ ra

Hàm truyền Điện trở ngõ vào

Điện trở ngõ ra

Điện áp nối tiếp Áp Áp v v

v i

o vF A

A

V

A

 

 

1

Ri ( 1  vAv) ( 1 v v)

o A

R

 

Dòng điện song song Dòng Dòng i i

i i

o iF A

A

I

A

 

 

1 ( 1 i i)

i A

R

 

Ro ( 1  iAi)

Dòng điện nối tiếp Áp Dòng z g

g i

o gF A

A

V

I

A

 

 

1

Ri ( 1  zAg) Ro ( 1  zAg)

Điện áp song song Dòng Áp g z

z i

o zF A

A

I

V

A

 

 

1 ( 1 g z)

i A

R

  ( 1 g z)

o A

R

 

9. KHẢO SÁT HỒI TIẾP CỦA MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI:

9.6. Mạch hồi tiếp dòng điện - song song:

RB RC

+VCC

VS vi RE

vfb vi

Hình 9. Mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp nối tiếp. Mạch Hình 9 là mạch emitter – follower, hay là mạch khuếch đại điện áp nối tiếp.

Độ lợi vòng hở: e

E fee

fe E ie

fe E b ie

o feb E v r

R

h r

hR h

h R Ih

h IR V

V

A     



(9)

1 1

1 1 1 2 2 2 2

1 1 1

{ ||[( ( 1 ) ]}

b B

B ie

fe b c B ie fe E

c o i I R

R h

h I R R h h R

R

I

A



  



 



(9)

2 2

2 2 2 2

2 2 2

2 [ ( 1 ) ]

b B

B ie fe E

fe b C L

o i I R

R h h R

h I R R

R

I

A

  



  (9)

Hệ số hồi tiếp: 2 [ ( 1 || 1 )]

2 E F B ie

E o

fb i R R R h

R

I

 

   (9)

Vậy độ lợi vòng kín là: i i

i i

o iF A

A

I

A

 

 

1 (9)

Nếu i Ai 1 , thì: 2

1 2 [ ( 1 || 1 )]

E F B ie i

iF R

R R R h A

 

 



(9)

Và nếu RF  ( RB 1 ||hie 1 ), thì: 2

1

F i

iF R

R

A   



(9)

Nhận xét: hệ số khuếch đại điện áp của mạch khá ổn định và bằng hằng số khi thoả điều kiện i Ai 1

9.6. Mạch hồi tiếp điện áp - song song:

Hình 9. Mạch hồi tiếp điện áp song song và sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ.

Độ lợi vòng hở fe C b

o feb C z I h R

h IR I

V

A   



(9)

Hệ số hồi tiếp o F ie

fb g V R h

I



 

1

 (9)

Vậy độ lợi vòng kín là:

F ie

fe C

fe C g z

z i

o zF

R h

h R

h R A

A

I

V

A







 

1

1 

(9)

Nếu h fe RC RFhie, thì: AzF  ( RFhie) (9)

Và nếu RF  hiethì : AzF RF Nhận xét: hệ số khuếch đại điện áp của mạch khá ổn định và bằng hằng số khi thoả điều kiện  g Az 1.

9.6. Mạch hồi tiếp dòng điện nối tiếp:

Hình 9. Mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp nối tiếp. Hình 9 là mạch hồi tiếp dòng điện nối tiếp.

Độ lợi vòng hở ie( C L)

fe C b ie

feb C L

C o g h R R

h R Ih

h I R R

R

V

I

A







 



(9)

Hệ số hồi tiếp C

E C L

feb C L

b fe E o

fb z R

R R R

h I R R

R

I h R I

V ( 1 ) (  )





   (9)

Vậy độ lợi vòng kín là:

1 ( ) ( )( )

( )

1 ie fe E C L

fe C

fe E

ie C L

fe C

z g

g i

o gF h h R R R

h R

h R R

h R

A

V

I

A

 









 



(9)

Nếu h fe RE hie, thì: E( C L)

C gF R R R

R

A



 (9)

Nhận xét: hệ số khuếch đại điện áp của mạch khá ổn định và bằng hằng số khi thoả điều kiện  z Ag 1.

9. BÀI TẬP:

Tính độ lợi của một mạch hồi tiếp âm có A  2000 v   110.
Một mạch khuếch đại có A  1000 v   0 , 22. Tìm AvF.
Một mạch khuếch đại có A  588 v   0 , 092. Tìm AvF.

RB RC

VCC

Tính độ lợi, điện trở ngõ vào và ngõ ra của mạch khuếch đại sau. Biết hfe = 125 và hie =
Tính độ lợi dòng điện , điện trở ngõ vào và ra của mạch hình sau. Biết hfe = 75, hie = 2K.

Với mạch như hình 13, nếu các transistor có Cbc = 90pF, Cbe = 8pF bỏ qua tụ ở ngõ vào và ngõ ra, các tụ liên lạc và bypass bằng 10uFãy tìm đáp ứng tần số của mạch.