ACD301 - Chương 6: Hồi tiếp, độ ổn định và bù tần số

Đáp án đúng: "A × β". Trong hệ hồi tiếp âm, tín hiệu đi một vòng qua bộ khuếch đại thuận có độ lợi A rồi qua mạng hồi tiếp có hệ số β, nên độ lợi vòng là tích L = Aβ; độ lợi vòng kín khi đó bằng A/(1 + L). "A + β" sai vì các khối nối tiếp trong vòng nhân độ lợi với nhau chứ không cộng, và tổng này không có ý nghĩa vật lý. "A / β" sai vì chia cho β không ứng với đường đi nào của tín hiệu trong vòng; khi A rất lớn, độ lợi vòng kín tiến về 1/β chứ không phải A/β. "1 + Aβ" sai vì đó là lượng hồi tiếp (desensitivity factor) xuất hiện ở mẫu số độ lợi vòng kín, lớn hơn độ lợi vòng đúng một đơn vị.

Đáp án đúng: "Positive.". Phase margin là 180° cộng với pha của độ lợi vòng tại tần số độ lợi vòng bằng 1; khi nó dương, tại điểm |L| = 1 pha chưa quay đủ −180° nên hồi tiếp chưa thành dương và hệ ổn định, thực tế thường chọn 45° đến 60° trở lên để đáp ứng ít dao động. "Negative." sai vì phase margin âm nghĩa là pha đã vượt −180° khi độ lợi vòng còn lớn hơn 1, hệ sẽ dao động tăng dần. "Equal to 0°." sai vì đó là biên giới ổn định: L = −1 làm mẫu số 1 + L bằng 0, hệ dao động duy trì. "Greater than 180°." sai vì với độ lợi vòng có cực ở nửa trái, pha tại tần số cắt chỉ nằm trong khoảng 0° đến −180°, nên phase margin thực tế không vượt 180° và đó cũng không phải yêu cầu ổn định.

Đáp án đúng: "Separate the dominant and non-dominant poles to enhance stability". Khi đặt tụ bù Miller giữa ngõ vào và ngõ ra tầng hai, điện dung hiệu dụng ở nút vào bị nhân lên nên cực trội dời xuống thấp, đồng thời hồi tiếp qua tụ làm trở kháng nút ra giảm ở tần số cao nên cực không trội bị đẩy lên; hai cực cách xa nhau giúp tăng phase margin. "Lower the input impedance" sai vì tách cực nhắm vào vị trí các cực của hàm truyền, không phải điều chỉnh trở kháng vào của mạch. "Increase the output voltage" sai vì kỹ thuật này không đổi độ lợi DC hay biên độ ra, chỉ thay đổi đáp ứng tần số. "Increase the bandwidth" sai vì cực trội bị kéo xuống thấp hơn nên băng thông vòng hở thực ra giảm; đó là cái giá đổi lấy ổn định.

Đáp án đúng: "Negative feedback.". Hồi tiếp âm so sánh ngõ ra với ngõ vào và trừ sai lệch, nên biến động của độ lợi thuận và nhiễu, méo xâm nhập ở các tầng trong vòng (nhất là tầng ra) đều bị chia cho lượng hồi tiếp 1 + Aβ; độ lợi vòng kín chỉ còn phụ thuộc chủ yếu vào β của mạng thụ động. "Positive feedback." sai vì hồi tiếp dương cộng thêm tín hiệu vào chính nó, làm tăng độ nhạy và có thể dẫn tới bão hoà hay dao động, dùng cho mạch chốt hay dao động chứ không để giảm nhiễu. "No feedback." sai vì không có hồi tiếp thì mọi biến thiên của A và nhiễu nội tại đi thẳng ra ngõ ra mà không được nén. "None of the above." sai vì đã có một cấu trúc thoả yêu cầu là hồi tiếp âm.

Đáp án đúng: "The output voltage is out of phase with the input.". Bộ khuếch đại đảo đưa tín hiệu vào cực đảo của op-amp, độ lợi lý tưởng là −R_f/R_in, dấu trừ nghĩa là điện áp ra lệch 180° so với điện áp vào: vào tăng thì ra giảm. "The output voltage is in phase with the input." sai vì cùng pha là tính chất của bộ khuếch đại không đảo, nơi tín hiệu vào cực không đảo. "The output current is proportional to the input current." sai vì mạch được định nghĩa theo quan hệ điện áp; dòng ra phụ thuộc tải và không phải nguyên lý làm việc của mạch đảo. "The output voltage is always greater than the input." sai vì độ lớn độ lợi R_f/R_in có thể nhỏ hơn 1, khi đó ra nhỏ hơn vào; mạch đảo vẫn suy giảm được tín hiệu.

Đáp án đúng: "0.075". Ở tần số thấp A(0) = 40 V/V. Coi mạng hồi tiếp series-shunt lý tưởng (không tải lên điện trở vào 5 kΩ và điện trở ra 2 kΩ), độ lợi vòng kín là A_f = A/(1 + Aβ). Đặt 10 = 40/(1 + 40β) ⇒ 1 + 40β = 4 ⇒ β = 3/40 = 0.075. "0.025" sai vì đó là 1/40; với giá trị này 1 + Aβ = 2 và độ lợi vòng kín là 20 V/V chứ không phải 10. "0.100" sai vì đó là 1/β = 10 theo giả thiết độ lợi vòng hở vô hạn; với A chỉ 40 thì β = 0.1 cho 40/5 = 8 V/V, thấp hơn yêu cầu. "1.000" sai vì hồi tiếp toàn phần biến mạch thành bộ đệm, độ lợi vòng kín chỉ còn 40/41 ≈ 0.98 V/V.

Đáp án đúng: "8 V/V". Ở tần số thấp độ lợi vòng hở A(0) = 40 V/V; với β = 0.1 độ lợi vòng là Aβ = 4 và lượng hồi tiếp 1 + Aβ = 5. Bỏ qua tải của mạng hồi tiếp lên điện trở vào 5 kΩ và điện trở ra 2 kΩ, độ lợi vòng kín A_f = A/(1 + Aβ) = 40/5 = 8 V/V, thấp hơn mức lý tưởng 1/β = 10 V/V vì A không đủ lớn. "4 V/V" sai vì đó là độ lợi vòng Aβ, không phải độ lợi vòng kín. "40 V/V" sai vì đó là độ lợi vòng hở của bộ khuếch đại khi chưa có hồi tiếp, hồi tiếp âm phải làm nó giảm đi. "30 V/V" sai vì không có phép tính hồi tiếp nào cho ra giá trị này; muốn đạt 30 V/V thì β phải chỉ khoảng 0.0083.

Đáp án đúng: "Overshoot in the transient response.". Với hệ hồi tiếp bậc hai, phase margin 65.5° ứng với Q = 0.707 (đáp ứng tần số phẳng tối đa) còn 76.3° ứng với Q = 0.5 (tắt dần tới hạn). Nằm giữa hai mốc, 0.5 < Q < 0.707: biên độ tần số không có đỉnh nhưng hệ vẫn dưới tắt dần, nên đáp ứng bước còn vọt lố nhỏ (dưới 4.3%). "A maximally flat frequency response." sai vì tính chất đó chỉ đạt đúng tại PM = 65.5°; PM lớn hơn cho đáp ứng giảm sớm hơn, không còn phẳng tối đa. "Reduced gain compared to the amplifier without feedback." sai vì giảm độ lợi là hệ quả chung của mọi hồi tiếp âm, không phải dấu hiệu riêng của khoảng phase margin này. "Increased bandwidth." sai vì mở rộng băng thông cũng là tính chất chung của hồi tiếp âm, không phân biệt được hệ có phase margin trong khoảng đã cho.