Chương 1 - Tầng khuếch đại tín hiệu dùng Transistor - Kỹ thuật điện tử

Môn kỹ thuật điện tử. Chương 1 - Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor. Tóm tắt lý thuyết và các ví dụ minh họa dễ hiểu.

Chương 1 Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor 1.1. Khuếch đại và các thông số đặc trưng 1.2. Phân tích mạch khuếch đại bằng sơ đồ tương đương 1.2.1. Mạch tương đương của BJT 1.2.2. Sơ đồ mắc CE 1.2.3. Sơ đồ mắc CB 1.2.4. Sơ đồ mắc CC 1.3. Phân tích mạch khuếch đại dùng FET 1.3.1. Mạch tương đương của FET 1.3.2. Sơ đồ mắc CS 1.3.3. Sơ đồ mắc CD 1.3.4. Sơ đồ mắc CG 1.4. Các phương pháp ghép tầng khuếch đại 1.4.1. Ghép RC 1.4.2. Ghép biến áp 1.4.3. Ghép trực tiếp 1.4.5. Các kiểu ghép khác 1.5. Hồi tiếp 1.5.1. Khái niệm và phân loại 1.5.2. Các phương trình cơ bản 1.5.3. Ảnh hưởng của hồi tiếp đến các thông số của mạch 1.1. Khuếch đại và các thông số đặc trưng  Khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển.  Quá trình khuếch đại sẽ tạo ra trên tải một năng lượng biến đổi theo quy luật của nguồn tín hiệu nhưng cao hơn về dòng điện, điện áp hoặc công suất.  Sơ đồ khối bộ khuếch đại 1.1. Khuếch đại và các thông số đặc trưng  Các thông số vào ra  Các thông số vào mạch khuếch đại gồm: điện áp vào (Uv), dòng điện vào (Iv), trở kháng vào (Zv), công suất vào (Pv).  Các thông số ra mạch khuếch đại gồm: điện áp ra (Ur), dòng điện ra (Ir), trở kháng ra (Zr), công suất ra (Pr) • Hệ số khuếch đại  Hệ số khuếch đại áp (Ku )  Hệ số khuếch đại dòng điện (Ki)  Hệ số khuếch đại công suất (Kp)  Hiệu suất: Hiệu suất của mạch khuếch đại là tỷ số của công suất ra và công suất nguồn tín hiệu 1 chiều tiêu thụ  Đặc tuyến biên độ tần số: thể hiện sự biến thiên của biên độ tín hiệu khi tần số tín hiệu vào thay đổi.  Đặc tuyến truyền đạt: Biểu thị mối quan hệ giữa đại lượng đầu ra và đại lượng vào.  Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại tần thấp  Đặc tuyến truyền đạt điện áp Uv Ur B A Uvmin Uvmax U rmax 1.2. Phân tích mạch khuếch đại bằng sơ đồ tương đương 1.2.1. Mạch tương đương của BJT 1.2.2. Sơ đồ mắc CE 1.2.3. Sơ đồ mắc CC 1.2.4. Sơ đồ mắc CB 1.2.1. Mạch tương đương của BJT  Để giải các bài toán có liên quan đến các linh kiện tích cực, ta phải đưa chúng về các dạng mạch điện tương đương đơn giản.  Yêu cầu của các sơ đồ tương đương như sau:  Đơn giản, chủ yếu nên sử dụng quan hệ bậc 1.  Tính chính xác.  Transistor lưỡng cực thường dùng 2 kiểu sơ đồ tương đương khi phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, tần số thấp:  Sơ đồ tương đương theo tham số vật lý (re)  Sơ đồ tương đương theo tham số h (tham số hỗn hợp) Sơ đồ tương đương theo tham số h  Cặp phương trình hỗn hợp  h11 (hi) là trở kháng vào khi đầu ra ngắn mạch.  h12 (hr )là hệ số hồi tiếp điện áp khi đầu vào hở mạch.  h21 (hr) là hệ số khuếch đại dòng điện khi đầu ra ngắn mạch.  h22 (ho)là hệ số dẫn nạp khi đầu vào hở mạch, Lo¹i m¹ch Th«ng sè h E chung (CE) hie, hre, hfe, hoe C chung (CC) hic, hrc, hfc, hoc B chung (BC) hib, hrb, hfb, hob 2221212 2121111 . UhIhI UhIhU += += BJT th«ng dông m· 2N3904: Sơ đồ tương đương vật lý  Mô hình kiểu này được gọi là mô hình tương đương π hay còn gọi là sơ đồ tương đương vật lý  Trong đó re là điện trở khuếch tán Emitter, được tính theo công thức sau:  UT: Điện áp nhiệt, có giá trị bằng 26mV ở 250C T T e EQ CQ U U r I I ≈ ≈ Phân tích mạch khuếch đại bằng sơ đồ tương đương vât lý  Nguyên tắc chung  Phân tích chế độ một chiều (DC): Coi toàn bộ các tụ điện hở mạch và dùng các phương pháp phân tích tìm điểm công tác tĩnh như trong giáo trình Linh kiện điện tử.  Phân tích chế độ xoay chiều (AC):  Bỏ tất cả các nguồn 1 chiều (ngắn mạch nguồn áp và hở mạch nguồn dòng).  Coi tất cả các tụ điện ngắn mạch tại tần số tín hiệu. Các tụ này sẽ được xét ảnh hưởng khi tính tần số cắt thấp của mạch.  Thay BJT bằng mô hình tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp.  Giải các phương trình để tìm các thông số của mạch khuếch đại như hệ số khuếch đại dòng, hệ số khuếch đại áp, trở kháng vào, trở kháng ra.  Dưới đây sẽ phân tích một số mạch căn bản của BJT dùng sơ đồ tương đương vật lý (re) 1.2.2. Sơ đồ mắc CE  Trong đó UV là điện áp vào, iv là dòng điện vào, Ur là điện áp ra, ir là điện áp ra.  Hệ số khuếch đại điện áp:  Hệ số khuếch đại dòng điện:  Trở kháng vào:  Trở kháng ra Zr được tính khi đầu vào bằng không (Uv = 0):  Chú ý: Zr của một mạch khuếch đại không phụ thuộc vào tải. Zr được tính bằng cách ngắn mạch đầu vào (Uv = 0), thay thế tải đầu ra bằng một nguồn giả định Ur và lấy Zr = Ur/Ir . r u v U K U = r i v i K i = v v v U Z I = 0 v r r r U U Z I = = . . . b C C u b e e i R R K i r r β β − = = − ( ) . . // ( ) v b e e B v B e v b v B B e U i r r R Z R r i i V R R r β β β β = = = = + + 0 v r r C r U U Z R I = = = . b r B i b e v B e b B i i R K i r i R r i R β β β β = = = + + . . r C v v r r i u v v v v C C U R Z Z i U K K i U Z U R R − = = = − = − [...]... transistor Darlington Mạch khuếch đại Darlington VC C R B C1=C2 B1 Zi = Q 1 Q 2 E1=B2 E2 R E 0 R s us B1 rb e 1 E1=B2 rb e 2 ic1 R B C1=C2 0 E2 ic2 R E ui = RB // Z R ii  Gồm 2 tầng khuếch đại CC ghép với u u +u u +u Z Rnhaub1c1 = b1e1 e1c1 = rbe1 + b 2 e 2 e 2 c 2 = ib ib1 ib1  Mạch 1khuếch đại dòng  Trở kháng vào: Trong=đó: + ib 2 = (1 + β2 )ib 2 = (1 + β2 )ie1 ie 2 ic 2 = (1 + β2 ) (1 + 1 )ib1... ue1b1 = −ib1.rbe1 ub1c1 = −ib1.( RB // RS )  Thay vào ta có: ( )  1 + 1 rbe 2 + rbe1 + RB // RS  uo Zo = = RE //   (1 + 1 ) (1 + β 2 ) io    rbe + RB // RS  = RE //   1+ βD   Mạch khuếch đại Darlington có trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ  Hệ số khuếch đại điện áp: uo ue 2 c 2 ue 2 c 2 (1 + β D ) RE ≈ 1 Ku = = = = ui ub1c1 ub1e1 + ub 2 e 2 + ue 2 c 2 rbe + (1 + β D ) RE  Hệ số khuếch. .. số khuếch đại dòng điện: Ki = io ie 2 = = (1 + 1 ) (1 + β 2 ) ≈ (1 + β D ) ii ib1 Mạch liên kết chồng (Cascode) +V C C R C vo R 1 C 2 C 3  Mạch gồm tầng khuếch đại CB ghép chồng Q 2 R 2 0 R s K i = ic 2 ib1 ≈ 1 với một tầng khuếch đại CE  Hệ số khuếch đại vdòngivđiện:// RB 3 // β1re1 Z = U v / = RB 2  Trở kháng vào:  Hệ số khuếch đại áp: = U r = ic 2 RC 2 ≈ ib1. 1 RC 2 = RC 2 Ku Q 1 C 1 us R 3... mạch khuếch đại CE)  Hệ số khuếch đại áp toàn phần lớn do trở kháng vào lớn  Tần số làm việc lớn (bằng tần số giới hạn của mạch CB)  B1 E2 C1 C2 ic2 us R B1 rb e 1 ib1.β1re1  Trở kháng ra: Zr = RC2  Từ các thông số của mạch khuếch đại 0 R s ib1.β1re1 R C rb e 2 ic1 E1 0 B2 re1 Mạch khuếch đại vi sai vo = vc1 = vc 2 vo đồng pha Chế độ = vc1 − vc 2 = K u ( vb1 − vb 2 ) Chế độ vi sai Khuếch đại độ... tập 1  Tính các thông số của mạch khuếch đại khi có và không có tụ CE Nhận xét Bài tập 2  Tính Ku1 = Vo1/Vi  Tính Ku2 = Vo2/Vi  Nhận xét V 01 và Vo2 Bài tập 3  Tính Zv, Ku 1. 3 Phân tích mạch khuếch đại dùng FET 1. 3 .1 Mạch tương đương của FET 1. 3.2 Sơ đồ mắc CS 1. 3.3 Sơ đồ mắc CD 1. 3.4 Sơ đồ mắc CG Sinh viên tham khảo trong bài giảng KTĐTTTT chi tiết 1. 4 Các phương pháp ghép tầng khuếch đại 1. 4 .1. .. 1. 4.2 Ghép biến áp 1. 4.3 Ghép trực tiếp 1. 4.5 Các kiểu ghép khác 1. 4 Các phương pháp ghép tầng khuếch đại  Mục đích: tăng hệ số khuếch đại dòng, hệ số khuếch đại áp, biến đổi trở kháng  Ghép liên tiếp:  Điện áp đầu ra tầng trước là điện áp đầu vào của tầng sau: Ur (i)=Uv(i +1)  Hệ số khuếch đại của toàn mạch bằng tích các hệ số khuếch đại của các tầng:  Trở kháng vào của tầng khuếch đại được tính... ib 2 rbe 2 = (1 + 1 ).ib1.rbe 2 ue 2 c 2 = ie 2 RE = (1 + 1 ) (1 + β2 ).ib1.RE  Vậy: Zi = ui = RB //[ rbe1 + (1 + 1 ) rbe 2 + (1 + 1 ) (1 + β 2 ) RE ] ii Đặt: rbe = rbe1 + (1 + 1 ) rbe 2 β D = 1. β 2  Zi = ui = RB //[ rbe + (1 + β D ) RE ] ii  Trở kháng ra: Trong đó: RL = ∞; u s = 0 (do β , β >> 1 ) 1 2 Zo = uo = RE // Z L io ue 2 c 2 u e 2 b 2 + ub 2 c 2 ue 2b 2 + ue1b1 + ub1c1 ZL = − =− =−... kháng vào của tầng đầu: Zv = Zv1  Trở kháng vào của tầng sau sẽ đóng vai trò làm tải của tầng trước: Zvi= Rt(i -1 )  Trở kháng ra của tầng khuếch đại được tính bằng trở kháng ra của tầng cuối: Zr = ZrN  Việc ghép giữa các tầng có thể dùng tụ điện, biến áp hay ghép trực tiếp 1. 4 .1 Ghép RC (Ghép bằng tụ điện)  Hệ số khuếch đại của cả mạch là: Ku = Ur = K u1.K u 2 Uv  Hệ số khuếch đại áp của tầng thức... với một transistor duy nhất có hệ số khuếch đại dòng điện là βD= 1 2 Nếu 2 transistor đồng nhất thì βD = β2 Bảng thông số transistor Darlington 2N999 Th«ng sè UBE ĐiÒu kiÖn IC = 10 0mA Min hfc IC = 10 mA 4.000 (βD) IC = 10 0mA 7.000 Max 1, 8V 70.000 Mạch khuếch đại Darlington  Dòng phân cực tĩnh: I BQ = Vcc − U BE RB + β D RE  Điện áp vào: U BE = I B1rv1 + I B 2 rv 2 = I B1rv1 + I B1 (1 + 1 )rv 2 ⇒... Transistor) Hồi tiếp nối tiếp là khi điện áp nguồn tín hiệu vs và điện áp tín hiệu hồi tiếp vf ghép nối tiếp với nhau (khi hai tín hiệu vs và vf đưa vào hai cực khác nhau của một transistor. ) Mạch điện của bộ khuếch đại có hồi tiếp được chia làm 4 loại Hồi tiếp nối tiếp điện áp: Tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỷ lệ với điện áp ở đầu ra  Hồi tiếp song song điện . Chương 1 Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor 1. 1. Khuếch đại và các thông số đặc trưng 1. 2. Phân tích mạch khuếch đại bằng sơ. CD 1. 3.4. Sơ đồ mắc CG 1. 4. Các phương pháp ghép tầng khuếch đại 1. 4 .1. Ghép RC 1. 4.2. Ghép biến áp 1. 4.3. Ghép trực tiếp 1. 4.5. Các kiểu ghép khác 1. 5. Hồi tiếp 1. 5 .1. Khái niệm và phân loại 1. 5.2 Ku1 = Vo1/Vi  Tính Ku2 = Vo2/Vi  Nhận xét V 01 và Vo2 Bài tập 3  Tính Zv, Ku. 1. 3. Phân tích mạch khuếch đại dùng FET 1. 3 .1. Mạch tương đương của FET 1. 3.2. Sơ đồ mắc CS 1. 3.3. Sơ đồ mắc CD 1. 3.4.