Đang tải... (xem toàn văn)
điện tử cơ bảnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn
21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Mục Lục Chương 8 8.1 GIỚI THIỆU .1 8.1.1 Tổng quan .1 8.1.2 Các thông số của mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch đại 1 8.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BẰNG TỤ LIÊN LẠC (GHÉP RC) .2 8.2.1 Giới thiệu 2 8.2.2 Khảo sát các thông số của mạch ở chế độ AC .2 8.2.3 Ảnh hưởng của điện trở RS và RL đến mạch .3 8.2.4 Đáp ứng tần số của mạch ghép RC 3 8.2.5 Ưu và nhược điểm của mạch khuếch đại ghép tầng RC .3 8.2.6 Bài tập ứng dụng 3 8.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BIẾN ÁP 6 8.3.1 Giới thiệu 6 8.3.2 Các thông số của mạch ở chế độ AC 6 8.3.3 Ảnh hưởng của điện trở RS và RL đến mạch .7 8.3.4 Đáp ứng tần số của mạch ghép biến áp 7 8.3.5 Ưu và nhược điểm của mạch ghép biến áp 8 8.3.6 Bài tập ứng dụng 8 8.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP TRỰC TIẾP 10 8.4.1 Giới thiệu 10 8.4.2 Đáp ứng tần số của mạch .11 8.4.3 Ưu và nhược điểm của mạch ghép tầng trực tiếp .11 8.5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP DARLINGTON .11 8.5.1 Giới thiệu 11 8.5.2 Phân tích mạch ở chế độ DC 12 8.5.3 Phân tích mạch ở chế độ AC 12 8.6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP CASCODE .13 8.7 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI 14 8.7.1 Đặc điểm của mạch khuếch đại vi sai cơ bản ở trạng thái cân bằng 14 about:blank 1/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản 8.7.2 Phân cực mạch ở chế độ DC 15 8.7.3 Khảo sát thông số của mạch ở chế độ AC 16 8.7.4 Tỉ số triệt tín hiệu đồng pha (CMRR: Common Mode Rejection Ratio) .17 8.8 BÀI TẬP 18 about:blank 2/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản CHƯƠNG 8 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP LIÊN TẦNG 8.1 GIỚI THIỆU 8.1.1 Tổng quan Các mạch điện tử thường bao gồm nhiều tầng khuếch đại ghép nối tiếp nhau để nâng hệ số khuếch đại của mạch hay để phối hợp trở kháng…mỗi một tầng khuếch đại có thể dùng một hay nhiều transistor để thực hiện nhiệm vụ riêng Để ghép nối tiếp nhiều tầng khuếch đại có thể dùng một trong ba cách ghép như sau: - Ghép bằng tụ liên lạc (ghép RC) - Ghép biến áp - Ghép trực tiếp Sơ đồ khối của mạch khuếch đại bao gồm nhiều tầng khuếch đại như hình 8.1 Hình 8.1: Sơ đồ khối của mạch khuếch đại Khi ghép các tầng khuếch đại với nhau, phải bảo đảm các yêu cầu sau: - Các tầng khuếch đại phải ở trạng thái khuếch đại - Công suất của các tầng phải ổn định - Phải phối hợp tương đồng các hệ số khuếch đại của các tầtng khuếch đại để bảo đảm tín hiệu ngõ ra không bị méo - Phối hợp các dãi thông của các tầng khuếch đại tương đương nhau 8.1.2 Các thông số của mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch đại Hệ số khuếch đại điện áp: (8.1) AVT AV1 AV2 AV3 AVn (8.2) (8.3) Hệ số khuếch đại dòng điện: (8.4) AiT Ai1 Ai2 Ai3 Ain AVT Zi RL Tổng trở ngõ vào: Zi Vi Zií Ii Tổng trở ngõ ra: ZO VO Vi0 Z On IO 1 about:blank 3/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản 8.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BẰNG TỤ LIÊN LẠC (GHÉP RC) 8.2.1 Giới thiệu Mạch khuếch đại ghép RC như hình 8.2 Hình 8.2: Mạch khuếch đại ghép RC Các tụ liên lạc có trị số tuỳ thuộc vào tần số của tín hiệu được khuếch đại trong mạch Đối với tín hiệu âm tần thì tụ liên lạc thường có trị số từ 1µF đến 10µF, các tụ phân dòng hay tụ bypass (CE) có trị số phụ thuộc vào RE thường từ 10µF đến 100µF đối với tín hiệu âm tần 8.2.2 Khảo sát các thông số của mạch ở chế độ AC Khảo sát mạch khuếch đại ghép RC như hình 8.2, ta có sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của mạch như hình 8.3 Hình 8.3: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ Tổng trở ngõ vào Zi Vi Z ií hie1 // RB1 Ii Tổng trở ngõ ra ZO Vi 0 VO ZO2 RC 2 IO Hệ số khuếch đại điện áp AVT AV1 AV2 Trong đó: AV1 h fe1 (RC1 // Z i2 ) hie1 với Zi2 R1 // R2 // hie2 h fe2 (RC2 // R L ) AV 2 h ie2 Hệ số khuếch đại dòng điện 2 about:blank 4/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản AI I 0 Ai1 xAi2 V0 x Zi AV Zi Ii RL Vi RL 8.2.3 Ảnh hưởng của điện trở RS và RL đến mạch Từ định nghĩa của Zi và AV ta thấy chúng không bị ảnh hưởng (nhưng tổng trở ra có thể bị ảnh hưởng bởi RS) Từ (hình 8-3) ta có: Vi VS x Z i Zi RS Suy ra: Av S V0 V0 x Vi AV Vi AV x Z i VS Vi VS VS Zi RS Như vậy nếu nội trở nguồn RS càng lớn thì độ lợi của mạch càng nhỏ (do tín hiệu vào vi nhỏ) Mặt khác: Từ công thức: AI I 0 V 0 x Zi AV Zi Ii RL Vi RL và IS Ii V S RS Z i Suy ra: AI = AIS Như vậy dòng điện ngõ vào cũng nhỏ vì ảnh hưởng của RS, đồng thời cả RS và RL đều làm giảm độ lợi 8.2.4 Đáp ứng tần số của mạch ghép RC Hình 8.4: Đáp ứng tần số của mạch ghép RC 8.2.5 Ưu và nhược điểm của mạch khuếch đại ghép tầng RC Ưu điểm Dạng ghép này có ưu điểm là cách ly dc giữa các tầng khuếch đại Nhược điểm Do đặc tuyến tần số là tổng hợp các đặc tuyến tần số của từng tầng do đó nguyên nhân này làm giảm độ lợi băng thông của toàn mạch so với từng tầng thành viên Ngoài ra còn gây nên sự lệch pha giữa tín hiệu vào và ra được đặc trưng bởi độ méo pha 8.2.6 Bài tập ứng dụng Cho mạch ghép tầng RC như hình vẽ 3 about:blank 5/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Vcc RB1 RC 1.2K R 2K RD 56K C 560 C0 Ci 10uF + 10uF Q1 10uF RB2 Q2 10K 10K CE CS RL Vo RG RS RE 220 100uF 1.8M 100uF - Với Q1 là transistor loại Si, β = 100; Q2 có IDSS = 9mA ; VP = -4.5V a Tìm điểm làm việc của Q1, Q2 b Viết phương trình đường tải DCLL, ACLL của Q2 c Tìm Zi, Zo, Av d Tìm biên độ tín hiệu ngõ ra cực đại khi chưa bị méo dạng Bài giải Mạch tương đương Thevenin: a Phân tích mạch ở chế độ DC VCC Xét tầng 1: VC C RB1 2 RC RC 1 3 Q RBB RB2 RE + VBB R E VB VCC x R2 16x 10 2.42V ; RB RB1 // RB2 10x 56 8.5K R1 R2 10 47 10 56 V BB2 I B2 R B2 VBE I E2 R E2 I CQ1 VBB2 VBE 5.6( mA) R B2 RE 2 VCEQ2 VCC I CQ 2 (RE 2 RC2 ) 7.9V ) Vậy Q1(ICQ1, VCEQ1) = (5.6mA, 7.9V) 4 about:blank 6/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Suite du document ci-dessous Découvre plus de : Điện tử cơ bản Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí… 853 documents Accéder au cours Chương 3 | mạch xác lập điều hoà, giải full bt 100% (13) 96% (25) 72 Điện tử cơ bản 100% (8) 100% (8) đáp án mạch điện chương 2 94% (16) 100% (7) 61 Điện tử cơ bản đáp án mạch điện chương 6 37 Điện tử cơ bản Bài tập mẫu điện tử - Grade: 7.5 SPKTTPHCM 157 Điện tử cơ bản đáp án mạch điện chương 1 29 Điện tử cơ bản Bí kiếp trắc nghiệm DTCB 24 Điện tử cơ bản about:blank 7/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Xét tầng 2 : V DD Vi Ta có: do dòng điện IG = 0 RD VGS VG VS 0 ID RS ID RS 2 Vo I D I DSS 1 VGS IDSS = 9 mA Vp VP = 4.5V RG RS Giải hệ phương trình trên ta được: ID, VGS VDD RD RS I D VDS 16V => VDS = VDD – (RD + RS)ID Vậy Q2(IDQ2, VDSQ2) = (3.2mA, 7.5V) b I D 2 VDS 2 V DD RD 2 RS 2 RD2 RS2 (DCLL) : I D2 0.369V DS2 6.25(mA) (ACLL) : I D 2 VDS 2 V DSQ2 I DQ2 Rac Rac ID 2 0.59VDS 2 7.67( mA) Với Rac = RD//RL = 2k//10k = 1.7k c Phân tích mạch ở chế độ AC Ib1 Ig2 RB hie RC RG Vgs RD RL hfeIb1 gmVgs re 26mV 26 4.73() IEQ 1 5.5 hie re 100x4.73 0.473(k ) gm = 2 IDSS 1 VGS Vp Vp Zi = RB//hie = 0.45(kΩ) Z0 = RD = 2k 5 about:blank 8/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản AV 1 VO1 h fe1 Ib1 x(RG // RC ) 253.53 V i1 hie I b1 AV 2 V O2 g mV gs( RD // R L) 2 I DSS 1 VGS RD // RL 4 Vi2 Vgs Vp Vp AV AV 1xAV 2 (253.53)x ( 4) 1012 d Maxswing = 2min[VDSQ, IDQxRac] = 2[7.5 ; 3.2x1.7] = 10.88(V) 8.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BIẾN ÁP 8.3.1 Giới thiệu Mạch khuếch đại ghép biến áp như hình 8.5 Trong đó tầng khuếch đại thứ nhất truyền tín hiệu qua tầng khuếch đại thứ hai bằng máy biến áp a1 Hình 8.5: Mạch khuếch đại ghép biến áp Đặc điểm của máy biến áp Xét máy biến áp như hình 8.6 Hình 8.6: Đặc điểm của máy biến áp vp Np a (8.5) vs N S 2 (8.6) rin N p rL a 2RL NS 8.3.2 Các thông số của mạch ở chế độ AC Xét mạch khuếch đại ghép biến áp như hình 8.5, mạch điện tương đương với tín hiệc AC như hình 8.7 6 about:blank 9/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Hình 8.7: Mạch điện tương đương khi xét với tín hịêu AC Các thông số của mạch: Tổng trở vào Zi Vi R1 \ \R2 \ \híe1 Ii Tổng trở ngõ ra ZO Vi 0 VO ZO 2 2 ro2 IO a2 Hệ số khuếch đại điện áp: 1 1 AV AV 1 AV 2 aa 1 a2 Trong đó h fe 1 (rO1 //a 12hie 2 ) AV1 hie1 h fe2 (rO2 // a22 RL ) AV2 hie2 Hệ số khuếch đại dòng điện: Ai Ai1 a1 Ai2 a2 AV Zi RL 8.3.3 Ảnh hưởng của điện trở RS và RL đến mạch Từ định nghĩa của Zi và AV ta thấy chúng không bị ảnh hưởng (nhưng tổng trở ra có thể bị ảnh hưởng bởi RS) Từ (hình 8-7) ta có: Vi VS x Zi Zi RS Suy ra: Av S V0 V0 x Vi AV Vi AV x Z i VS Vi VS VS Zi RS Như vậy nếu nội trở nguồn RS càng lớn thì độ lợi của mạch càng nhỏ (do tín hiệu vào vi nhỏ) Mặt khác: Từ công thức: AI I0 V 0 x Zi AV Zi Ii RL Vi RL và IS Ii VS RS Zi Suy ra: AI = AIS Như vậy dòng điện ngõ vào cũng nhỏ vì ảnh hưởng của RS, đồng thời cả RS và RL đều làm giảm độ lợi 8.3.4 Đáp ứng tần số của mạch ghép biến áp 7 about:blank 10/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Hình 8.8 : Đáp ứng tần số của mạch ghép biến áp 8.3.5 Ưu và nhược điểm của mạch ghép biến áp Ưu điểm: dạng ghép này cách ly DC rất tốt và ghép biến áp có hiệu quả hơn ghép RC do RC trong mạch ghép biến áp gần như bằng không do đó hiệu suất của mạch được cải tiến Khuyết điểm: kích thước mạch lớn và đáp ứng tần số của mạch bị giảm do cảm kháng của cuộn dây, giá thành cao 8.3.6 Bài tập ứng dụng Cho mạch điện như hình vẽ 47KΩ 47KΩ 2K Ω a:1 Co Ci 10uF Vi RL 10uF 10K 10KΩ 470Ω CE1 100uF CB 470Ω 100uF CE2 100uF 10KΩ Cho VCC = 12V; Q1, Q2 là transistor loại Si, β1 = β2 = 100 ; Biến áp lý tưởng có hệ số vòng dây quấn a :1 = 5 :1 a Tìm điểm làm việc của Q1, Q2 b Viết phương trình đường tải DCLL, ACLL của Q2 c Tìm Zi, Zo, Av, AI d Tìm biên độ tín hiệu ngõ ra cực đại khi chưa bị méo dạng Bài giải a Phân tích mạch ở chế độ DC Xét tầng 1: Mạch tương đương Thevenin RB1 VB1 470 470 8 about:blank 11/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản VB1 VCC x R 2 12 x 10 2.1V R1 R2 10 47 RB1 R1 // R 2 R1xR 2 10x47 8.24K R1 R 2 10 47 Mạch vòng VBB1 I B1 RB1 VBE I E1 RE1 I CQ1 VBB V BE 2.1 0.7 2.5( mA) RB1 R E1 8.25 0.47 100 VCEQ1 VCC ICQ1 RE1 12 2.5 x0.47 10.8(V ) Vậy Q1(ICQ1, VCEQ1) = (2.5mA, 10.8V) Xét tầng 2 : Mạch tương đương Thevenin VCC VCC RC R3 RC2 2 1 Q RB1B 3 R4 RE2 + RE VB2B VB 2 VB 1 VCC x R 2 12x 10 2.1V R1 R2 10 47 RB1 RB 2 R3 // R 4 R 3xR 4 10x 47 8.24 K R3 R4 10 47 V BB2 I B2 R B2 V BE I E2 R E2 I CQ1 I CQ2 VBB 2 VBE 2.1 0.7 2.5(mA) RB 2 R E2 8.25 0.47 100 VCEQ2 VCC I CQ 2 (RE 2 RC2 ) 12 2.5x(2 0.47) 5.7(V ) Vậy Q2(ICQ2, VCEQ2) = (2.5mA, 5.7V) b IC 2 VCE 2 V CC VCE2 12 (DCLL) RC 2 R E 2 RC 2 RE 2 2.47 2.47 IC 2 0.4VCE 2 4.858(mA) 9 about:blank 12/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản (ACLL) IC 2 V CE 2 V CEQ2 I CQ2 VCE 2 5.7 2.5(mA ) Rac Rac 1.7 1.7 IC 2 0.6VCE 2 5.85(mA) Với Rac = RC2//RL = 2k//10k = 1.7k c Phân tích mạch ở chế độ AC Vi re1 re2 26mV 26 10.4() I EQ1 2.5 hie1 hie2 re1 100 x10.4 1,04 k Zi = RB1//hie1 = 8.24//1.04 1k Z0 = Rc2 = 2k VO1 h fe1I b1x(a 2hie 2) AV 1 25x100 2500 Vi1 hie1 Ib1 AV 2 VO2 hfe 2 Ib 2 x( RC 2 // RL ) ( RC 2 // RL ) 1.7 x10 3 163.46 Vi2 hie2 I b2 r e2 10.4 AV AV 1xAV 2 ( 2500)x ( 163.46) 81730 5 5 AI AV Zi 81730x 1 8173 RL 10 d Maxswing = 2min[VCEQ2, ICQ2xRac] = 2[5.7 ; 2.5x1.7] = 8.5(V) 8.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP TRỰC TIẾP 8.4.1 Giới thiệu Mạch hình 8.9 là dạng mạch khuếch đại ghép trực tiếp, trong đó các tầng khuếch đại được liên lạc trực tiếp với nhau 10 about:blank 13/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản 8.4.2 Hình 8.9: Mạch khuếch đại ghép trực tiếp Đáp ứng tần số của mạch Hình 8.10: Đáp ứng tần số của mạch ghép tầng trực tiếp 8.4.3 Ưu và nhược điểm của mạch ghép tầng trực tiếp Ưu điểm - Tránh được ảnh hưởng của các tụ liên lạc ở tần số thấp, do đó tần số giảm 3dB ở cận dưới có thể xuống rất thấp - Tránh được sự cồng kềnh cho mạch - Ðiện thế tĩnh ra của tầng đầu cung cấp điện thế tĩnh cho tầng sau Khuyết điểm - Sự trôi dạt điểm tĩnh điều hành của tầng thứ nhất sẽ ảnh hưởng đến phân cực của tầng thứ hai - Nguồn điện thế phân cực thường có trị số lớn nếu ta dùng cùng một loại BJT, vấn đề chính của loại liên lạc trực tiếp là ổn định sự phân cực Cách tính phân cực thường được áp dụng trên toàn bộ mạch mà không thể tính riêng từng tầng 8.5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP DARLINGTON 8.5.1 Giới thiệu Hình 8.11a là dạng hai transistor npn ghép darlington với nhau, khi đó có thể xem như tương đương một transistor có các cực B, C và E như hình 8.11b 11 about:blank 14/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản (a) (b) Hình 8.11: a.Hai transistor ghép Darlington; b transistor tương đương 8.5.2 Phân tích mạch ở chế độ DC Để đi tìm các thông số của transistor tương đương, ta có dòng điện chạy trong hai transistor như hình 8.12 Hình 8.12: Phân tích dòng điện trong mạch ghép Darlington Giả sử β1, β2 là hệ số khuếch đại dòng điện dc của transistor Q1 và Q2, khi đó ta có: I C1 1 I B1 I E1 ( 1 1)I B1 nhưng I E1 I B2, nên: I C2 2 I B2 2 ( 1 1)I B1 Và: I C I C1 IC 2 1I B1 2 (1 1)I B1 [12 (1 2 )]I B1 Ta có: I B I B1 và I C [1 2 ( 1 2 )]I B Vậy transistor tương đương có hệ số là: IC I B 1 2 1 2 1 2 (8.7) Chúng ta thấy rằng hai transistor mắc darlington sẽ tương đương một transistor có hệ số khuếch đại dòng rất lớn (“super-”) đây là ưu điểm của mạch mắc darlington 8.5.3 Phân tích mạch ở chế độ AC 12 about:blank 15/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Chúng ta xét đến giá trị điện trở ngõ vào giữa cực B và E (re) đối với tín hiệu nhỏ của transistor tương đương Ta có: re VT 0.026 tại nhiệt độ phòng IE IE Vì I C 2 I E2 , ta có re2 0.026 IC2 mà I C I C1 I C2 IC 2 Vậy re 2 0.026 IC Điện trở nhìn vào từ cực B của Q2: hie2 2 re2 Và re1 0.026 IE1 I E2 2 I B2 2 I E1 0.026 Vậy re1 2 2re 2 IE2 Tổng điện trở nhìn vào từ cực B và E của transistor tương đương, hay điện trở ngõ vào của transistor tương đương là: hie 1 (re1 2re2 ) 21 2 re2 (8.8) Hay re hie 21 2 re2 2re2 (8.9) 1 2 Vậy ưu điểm thứ hai của mạch ghép darlington là có điện trở ngõ vào rất lớn Trong trường hợp mạch mắc CC nếu sử dụng hai transistor mắc darlington sẽ cho điện trở ngõ vào lớn hơn nhiều so với trường hợp sử dụng một transistor 8.6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP CASCODE Đây cũng là một dạng ghép trực tiếp nhưng gồm một transistor mắc CE lái trực tiếp một transistor mắc CB Loại mạch này có nhiều lợi điểm ở tần số cao Một ví dụ cho mạch ghép Cascode ở hình 8.13 about:blank 13 16/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản Hình 8.13: Mạch khuếch đại ghép Cascode Để phân tích đặc điểm của mạch này ta vẽ lại sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ như hình 8.14 Hình 8.14: Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ của mạch hình 8.13 Ta có: Z in2 hib2 re2 Mà: RL1 Z in2 Vậy: Av1 h fe1 (RL1 // RC ) hie1 Nếu re2 >|AvC| 8.7.2 Phân cực mạch ở chế độ DC Để xét đặc điểm của mạch khuếch đại này trước hết ta xét phân cực DC của mạch như hình 8.16 15 about:blank 18/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản about:blank 19/23 21:30 02/11/2023 Chuong 8 - Điện tử cơ bản about:blank 20/23