Hồi tiếp trong điện tử và Điện công nghiệp

Ngày Đăng: 30/08/2013

Hồi tiếp trong điện tử và điện công nghiệp

 

A. HỒI TIẾP LÀ GÌ:

Hồi tiếp là một phương pháp lấy tín hiệu ngõ  ra của một hệ thống nào đó, và đưa ngược trở lại đầu vào của chính nó, để góp phần thay đổi, không chế hoặc điều khiển  đầu vào.

 

Hệ thống đó có thể là một hệ thống văn hóa xã hội, một hệ thống điều khiển cơ khí, hoặc một mạch khuếch đại vv...

 

Tín hiệu vào và tín hiệu ra có thể là  tín hiệu tương tự, tín hiệu logic, hoặc tín hiệu số. Tín hiệu hồi tiếp cũng thế. Trong phạm vi bài viết này chúng ta quan tâm đến vấn đề hồi tiếp tín hiệu tương tự trong các mạch khuếch đại tương tự.

 

B. PHÂN LOẠI CÁC DẠNG HỒI TIẾP.

 

Xét về mức độ rộng rãi của vòng hồi tiếp, chúng ta có:

 

1. Hồi tiếp nội bộ: hồi tiếp chỉ trong 1 tầng khuếch đại. Thí dụ, trong mạch khuếch đại CE, chúng ta nối một điện trở từ ngõ ra (cực C) đưa đến ngõ vào (Cực B)

3. Hồi tiếp bộ phận: vòng hồi tiếp có thể  bao phủ 2 hoặc 3 tầng khuếch đại.

2. Hồi tiếp toàn cục: Lấy tín hiệu ngõ ra của tầng cuối cùng đưa vào ngõ vào của tầng đầu tiên.

 

Có thể có những vòng hồi tiếp nối tiếp nhau. Có thể có những vòng hồi tiếp bao trùm nhau.

 

Xét về cách lấy tín hiệu hồi tiếp ta có:

 

1. Hồi tiếp tỉ lệ: Tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ thuận với tín hiệu ra.

2. Hồi tiếp vi phân: Tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ với sự thay đổi của tín hiệu ra.

3. Hồi tiếp tích phân: Tín hiệu hồi tiếp tăng trưởng theo độ lớn của tín hiệu ra.

 

Trong mạch khuếch đại, ta có: 

 

1. Hồi tiếp xoay chiều: Chỉ lấy tín hiệu xoay chiều  để hồi tiếp.

2. Hồi tiếp một chiều: Chỉ lấy tín hiệu một chiều để hồi tiếp.

3. Hồi tiếp hỗn hợp: Lấy cả tín hiệu xoay chiều lẫn một chiều.

 

Xét về kiểu tín hiệu được hồi tiếp ta có:

 

1. Hồi tiếp điện áp: Tín hiệu hồi tiếp tỉ  lệ với điện áp ra.

2. Hồi tiếp dòng điện: Tín hiệu hồi tiếp tỉ  lệ với dòng điện tải.

 

Xét về cách đưa tín hiệu đến đầu vào, ta có:

 

1. Hồi tiếp nối tiếp: Tín hiệu hồi tiếp được xem như nối tiếp với tín hiệu vào.

2. Hồi tiếp song song: Tín hiệu hồi tiếp song song với tín hiệu vào.

 

Xét về tác dụng của hồi tiếp đối với tín hiệu vào, ta có:

 

1. Hồi tiếp dương: Tín hiệu hồi tiếp sẽ làm tăng tác dụng của tín hiệu vào.

2. Hồi tiếp âm: Tín hiệu hồi tiếp sẽ làm giảm tác dụng của tín hiệu vào.

 

C TÁC DỤNG CỦA HỒI TIẾP LÊN MẠCH KHUẾCH ĐẠI.

 

Để dễ dàng theo dõi tác dụng của hồi tiếp lên mạch khuếch đại, chúng ta xem cách phân loại theo tác dụng của hồi tiếp, mà phân làm 2 loại chính:

Đó là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương.

 

1. Hồi tiếp âm:

Hồi tiếp âm lấy tín hiệu ngõ ra về để làm giảm bớt ảnh hưởng của ngõ vào. Vì  thế nó có những tác dụng sau:

 

a. Đối với hệ số khuếch đại: Hồi  tiếp âm làm giảm tác dụng của tín hiệu vào, nên nó cũng làm giảm hệ số khuếch đại của mạch.

 

b. Đối với độ ổn định: Vì giảm hệ số khuếch đại nên hồi tiếp âm làm tăng độ ổn định của mạch.

 

c. Đối với nhiễu: Hồi tiếp âm làm giảm tác dụng của ngõ vào, nên đồng thời cũng làm giảm tác dụng của nhiễu.

 

d. Đối với độ méo dạng: Hồi tiếp âm làm giảm độ méo của mạch khuếch đại.

 

e. Đối với tổng trở vào:

Hồi tiếp âm nối tiếp sẽ làm giảm dòng điện của tín hiệu vào, nên nó sẽ làm tăng tổng trở  vào.

Trong khi hồi tiếp âm song song sẽ rẽ mạch làm tăng dòng điện tín hiệu, nên nó làm giảm tổng trở vào.

 

f. Đối với tổng trở ra:

Hồi tiếp âm điện áp sẽ làm điện  áp ổn định hơn, nên giảm tổng trở ra,

Trong khi hồi tiếp âm dòng điện sẽ làm  ổn định dòng điện hơn, nên sẽ làm tăng tổng trở ra.

 

g. Đối với sự thay đổi của tín hiệu:

Hồi tiếp âm vi phân sẽ làm giảm các thay đổi của ngõ ra, giữ cho ngõ ra ít thay đổi theo ngõ vào. Vì thế nó làm cho mạch có  tính tích phân.

Ngược lại hồi tiếp tích phân sẽ giảm các thay đổi chậm chạp mà cho phép khuếch đại các thay đổi nhanh, nên toàn mạch sẽ có tính chất của mạch vi phân.

 

2. Hồi tiếp dương:

Hồi tiếp âm lấy tín hiệu ngõ ra về để làm tăng thêm ảnh hưởng của ngõ vào. Vì  thế nó có những tác dụng sau:

 

a. Đối với hệ số khuếch đại: Hồi tiếp dương làm tăng tác dụng của tín hiệu vào, nên nó cũng làm tăng hệ số khuếch đại của mạch.

 

b. Đối với độ ổn định: Vì tăng hệ số khuếch đại nên hồi tiếp âm làm giảm độ ổn định của mạch.

 

c. Đối với nhiễu: Hồi tiếp dương làm tăng tác dụng của ngõ vào, nên đồng thời cũng làm tăng tác dụng của nhiễu.

 

d. Đối với độ méo dạng: Hồi tiếp dương làm tăng độ méo của mạch khuếch đại.

 

e. Đối với tổng trở vào:

Hồi tiếp dương nối tiếp sẽ làm tăng dòng điện của tín hiệu vào, nên nó sẽ làm giảm tổng trở  vào.

Trong khi hồi tiếp dương song song sẽ rẽ mạch làm giảm dòng điện tín hiệu, nên nó làm giảm tổng trở vào.

 

f. Đối với tổng trở ra:

Hồi tiếp dương điện áp sẽ làm  điện áp ít ổn định hơn, nên tăng tổng trở ra,

Trong khi hồi tiếp dương dòng điện sẽ  làm dòng điện ít ổn định hơn, nên sẽ làm giảm tổng trở ra.

 

g. Đối với sự thay đổi của tín hiệu:

Hồi tiếp dương vi phân sẽ làm tăng các thay đổi của ngõ ra, giữ cho ngõ ra thay đổi theo những thay đổi của ngõ vào. Vì thế  nó làm cho mạch có tính vi phân.

Ngược lại hồi tiếp dương tích phân sẽ làm các thay đổi chậm chạp tác dụng tăng lên theo tín hiệu vào, nên toàn mạch sẽ có tính chất của mạch tích phân.

 

D. ĐẶC TÍNH TẦN SỐ BIÊN ĐỘ VÀ TẦN SỐ  PHA CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÓ HỒI TIẾP:

 

1. Hồi tiếp thực và hồi tiếp phức:

Hồi tiếp thực là hồi tiếp tỉ lệ, sử  dụng các linh kiện trong mạch hồi tiếp là những linh kiện thuần trở. 

Hồi tiếp phức là hồi tiếp không tỉ lệ, có  linh kiện sử dụng trong mạch có tính ảo, tính kháng và góc pha ≠ 0 như C, L. các linh kiện này sẽ bị thay đổi tổng trở theo tần số.

 

2. Hồi tiếp tuyến tính và hồi tiếp phi tuyến:

Hồi tiếp tuyến tính sử dụng các linh kiện tuyến tính như R, L, C.

Hồi tiếp phi tuyến sử dụng linh kiện phi tuyến trong mạch hồi tiếp như diode, transistor, quang trở,  điện trở phi tuyến vv...

 

3. Hồi tiếp có chọn lọc tần số: 

Là hồi tiếp có đặc tuyến tần số không bằng phẳng.

 

Ngoài ra, trong các linh kiện cũng có một số phần tử có tính kháng, thí dụ như điện dung ký sinh giữa cực B và C của transistor. Các linh kiện ký sinh này sẽ tạo ra các hồi tiếp nội bộ không mong muốn.

Dựa vào các loại đặc tính của linh kiện trong mạch hồi tiếp như trên mà người ta sẽ có  các dạng đặc tuyến tần số biên độ và  tần số pha khác nhau.

Đối với một số dạng hồi tiếp đặc biệt, đặc tuyến tần số - pha thay đổinhiều đến mức đến một tần số nào đó, góc pha sẽ lệch đến 180 °. Khi đó hồi tiếp âm sẽ biến thành hồi tiếp dương hoặc ngược lại.

 

E. NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA HỒI TIẾP.

 

1. Trong mạch khuếch đại:

Trong mạch khuếch đại người ta ứng dụng cả hồi tiếp dương lẫn hồi tiếp âm. Tuy nhiên phần hồi tiếp âm được ứng dụng rộng rãi hơn.

 

a. Hồi tiếp âm dòng điện trong mạch định thiên transistor:

Điện trở RE trong mạch khuếch đại CE thực chất là một điện trở lấy tín hiệu dòng. Dòng điện qua RC và qua R tải sẽ thể hiện qua RE, và tạo nên một sụt áp trên RE. Vậy đây là mạch hồi tiếp dòng điện, có tín hiệu điện áp hồi tiếp tỉ lệ với dòng ngõ ra.

Điện áp này sẽ đưa vào làm thay đổi điện áp VBE của transistor, nên xem như hồi tiếp nối tiếp đầu vào.

Ngoài ra điện trở bên trong transistor của mối nối BE cũng có tác dụng tương tự, nên gọi là hre (Hệ số hồi tiếp dòng điện ngõ ra trong mạch CE)

 

b. Hồi tiếp âm điện áp trong mạch định thiên transistor: Điện trở định thiên RB cho transistor nếu không lấy từ VCC mà lấy từ cực C của transistor, sẽ hình thành một vòng hồi tiếp điện áp.

Điện áp là một phần của điện áp tải, đưa vào cực B transistor, làm rẽ mạch dòng của cực B. vì vậy đây là hồi tiếp điện áp song song.

Ngoài ra còn có hồi tiếp âm điện áp do điện dung ký sinh CCB: Tương tự như mạch b, nhưng đây là hồi tiếp trong nội bộ bản thân transistor, là hồi tiếp không mong muốn, có tác dụng ở tần số cao, làm suy giảm băng thông của mạch.

 

c. Hồi tiếp âm điện áp trong mạch CC: toàn bộ điện áp đầu ra của tải (VE) được  đưa về cực E làm thay đổi điện áp VBE. Như vậy đây là hồi tiếp điện áp nối tiếp.

 

d. Hồi tiếp âm DC toàn mạch trong các mạch liên lạc trực tiếp: Các mạch này nhằm mục đích ổn định tín hiệu DC của toàn mạch. nó bảo đảm trạng thái tĩnh của tất cả các transistor trong mạch.

 

e. Hồi tiếp âm AC toàn mạch: mạch này nhắm cố định độ lợi của toàn mạch trong một miền xác định, bảo đảm giảm nhiễu và tăng độ ổn định.

 

f. Hồi tiếp dương AC trong mạch tự nâng của tầng công suất: Đây là mạch hồi tiếp dương trong chỉ  2 tầng cuối, làm tăng tổng trở ra của R tải mạch CE áp cuối (RC). Mạch này gọi là mạch bootstrap, sau này ít được sử dụng, vì đã thay thế tổng trở RC bằng các nguồn dòng có R rất lớn.

 

g. Hồi tiếp dương AC trong mạch ngõ vào: thường dùng để làm tăng tổng trở vào của mạch vào. Mạch này ít sử dụng.

 

2. Trong mạch khuếch đại tính toán và dao động:

 

a. Các mạch hồi tiếp âm tỉ lệ, hồi tiếp  âm vi phân và hồi tiếp âm tích phân, sẽ hình thành các bộ điều khiển PID, dùng trong các hệ  thống điều khiển tự động.

 

b. Các mạch hồi tiếp dương có hệ số hồi tiếp khá lớn sẽ sử dụng R, C tạo thành các mạch dao động tích thoát, tạo ra các sóng vuông, tam giác.

 

c. Các mạch hồi tiếp phức, có góc pha phù hợp và chỉ lệch 180 ° ở một tần số  cố định, với một hệ số phù hợp sẽ  tạo thành một mạch dao động tạo sóng sine.

 

d. Mạch hồi tiếp dương qua biến áp sẽ tạo ra các mạch dao động kiểu inverter, thường dùng làm inverter, mạch dao động nghẹt... các sóng ra sẽ  là sóng vuông, hoặc xung kim.

 

e. Mạch hồi tiếp dương qua trung gian biến  áp có tụ cộng hưởng vớ hệ số  hồi tiếp phù hợp, sẽ tạo thành mạch dao động sine, thường dùng trong các mạch do động cao tần trong đài phát, hoặc mạch trộn sóng trong máy thu.

 

f. Mạch hồi tiếp âm phức, với các linh kiện chủ yếu là R và C sử dụng với các mạch khuếch đại có độ lợi lớn như  opamp, sẽ hình thành các mạch lọc tích cực, dùng các linh kiện nhỏ, thay thế cho các mạch lọc thụ động dùng các linh kiện lớn như các cuộn dây L, máy biến áp vvv.

 

g. Mạch hồi tiếp phi tuyến, sử dụng các linh kiện phi tuyến như diode, transistor... thường dùng để biến đổi dạng sóng, như mạch chỉnh lưu chính xác, mạch khuếch đại logarithm...

 

h. Mạch hồi tiếp dương sử dụng các linh kiện có tính cộng hưởng như thạch anh, sẽ  hình thành các mạch dao động sine có tần số chính xác, sử dụng trong các mạch vi xử lý và  vi điều khiển.

                                                                                                   Nguồn: PQT

Tập tin đính kèm