85 Hình 2.64: Tầng khuếch đại E chung và kết quả mô phỏng để xác định các tham số tín hiệu và pha Nguyên lý làm vi ệ c c ủ a t ầ ng EC nh ư sau: Khi đư a đ i ệ n áp xoay chi ề u t ớ i đầ u vào, xu ấ t hi ệ n dòng xoay chi ề u baz ơ c ủ a tranzito ở m ạ ch ra c ủ a t ầ ng. H ạ áp trên đ i ệ n tr ở Rc t ạ o nên đ i ệ n áp xoay chi ề u trên colect ơ . Đ i ệ n áp này qua t ụ Cp2 đượ c đượ c đư a đế n đ àu ra c ủ a t ầ ng t ứ c là t ớ i m ạ ch t ả i. Có th ể th ự c hi ệ n b ằ ng hai ph ươ ng pháp c ơ b ả n là ph ươ ng pháp đồ th ị và ph ươ ng pháp gi ả i tích (s ơ đồ t ươ ng đươ ng) đố i v ớ i ch ế độ xoay chi ề u tín hi ệ u nh ỏ . Ph ươ ng pháp đồ th ị d ự a vào các đặ c tuy ế n vào và ra c ủ a tranzito có ư u đ i ể m là d ễ dàng tìm đượ c m ố i quan h ệ gi ữ a các giá tr ị biên độ c ủ a thành ph ầ n xoay chi ề u ( đ i ệ n áp ra và dòng đ i ệ n ra I cm ) và là s ố li ệ u ban đầ u để tính toán. Trên đặ c tuy ế n hình 2.65a, v ẽ đườ ng t ả i m ộ t chi ề u (a-b) nh ư đ ã mô t ả ở ph ầ n 2.2.3.b. S ự ph ụ thu ộ c U CEO = f(I co ) có th ể tìm đượ c t ừ ph ươ ng trình cân b ằ ng đ i ệ n áp ở m ạ ch ra c ủ a c ủ a t ầ ng: U CEO = E C – I CO R C – I EO R E = E C – I CO R C – I CO R E /α (2-117) Vì h ệ s ố α g ầ n b ằ ng 1, nên có th ể vi ế t U CEO = E C - I CO (R C + R E ) (2-118) 86 Bi ể u th ứ c là ph ươ ng trình đườ ng t ả i m ộ t chi ề u c ủ a t ầ ng. D ự a vào đặ c tuy ế n có (baz ơ ) I B = f(U BE ) ta ch ọ n đượ c dòng baz ơ t ĩ nh c ầ n thi ế t I BO chính là xác đị nh đượ c t ọ a độ đ i ể m P là giao đ i ể m c ủ a đườ ng I B = I BO v ớ i đườ ng t ả i m ộ t chi ề u trên đặ c tuy ế n ra hình 2.65a. Hình 2.65: Xác đinh chế độ tĩnh của tầng EC trên họ đặc tuyến ra Để xác đị nh thành ph ầ n xoay chi ề u c ủ a đ i ệ n áp ra và dòng colect ơ c ủ a tranzito ph ả i dùng đườ ng t ả i xoay chi ề u c ủ a t ầ ng. Chú ý r ằ ng đ i ệ n tr ở xoay chi ề u trong m ạ ch emit ơ c ủ a tranzito b ằ ng không (vì có t ụ C E m ắ c song song v ớ i đ i ệ n tr ở R E ) còn t ả i đượ c m ắ c vào m ạ ch colect ơ vì đ i ệ n tr ở xoay chi ề u c ủ a t ụ Cp2 r ấ t nh ỏ . N ế u coi đ i ệ n tr ở xoay chi ề u c ủ a ngu ồ n cung c ấ p Ec b ằ ng không, thì đ i ệ n tr ở xoay chi ề u c ủ a t ầ ng g ồ m hai đ i ệ n tr ở Rc và Rt m ắ c song song, Ngh ĩ a là R t ~ =R t /R C . T ừ đ ó th ấ y rõ đ i ệ n tr ở t ả i m ộ t chi ề u c ủ a t ầ ng R t= = R c + R E l ớ n h ơ n đ i ệ n tr ở t ả i xoay I B =0 µ A I B0 I Bmax E CC / Rc//Rt E CC U CE V I C mA P N M • • • U C0 I C0 P C.CP 87 chi ề u R t ~ . Khi có tín hi ệ u vào, đ i ệ n áp và dòng đ i ệ n là t ổ ng c ủ a thành ph ầ n m ộ t chi ề u và xoay chi ề u, đườ ng t ả i xoay chi ề u đ i qua đ i ể m t ĩ nh P, (h 2.65a). Độ d ố c c ủ a đườ ng t ả i xoay chi ề u s ẽ l ớ n h ơ n độ d ố c c ủ a đườ ng t ả i m ộ t chi ề u. Xây d ự ng đườ ng t ả i xoay chi ề u theo t ỉ s ố gia s ố c ủ a đ i ệ n áp và dòng đ i ệ n ∆U CE = ∆ I c (R C //R t ). Khi cung c ấ p đ i ệ n áp U v vào đầ u vào c ủ a t ầ ng (hình 2.64) thì trong m ạ ch baz ơ s ẽ xu ấ t hi ệ n thành ph ầ n dòng xoay chi ề u I b ~ có liên quan đế n đ i ệ n áp U v theo đặ c tuy ế n c ủ a tranzito (h:2.65b). Vì dòng colect ơ t ỉ l ệ v ớ i dòng baz ơ qua h ệ s ố β, trong m ạ ch colect ơ c ũ ng có thành ph ầ n dòng xoay chi ề u I C ~ (h.2.65a) và đ i ệ n áp xoay chi ề u U r liên h ệ v ớ i dòng I C ~ b ằ ng đườ ng t ả i xoay chi ề u. Khi đ ó đườ ng t ừ t ả i xoay chi ề u đă c tr ư ng cho s ự thay đổ i giá tr ị t ứ c th ờ i dòng colect ơ I C và đ i ệ n áp trên tranzito U CO hay là ng ườ i ta nói đ ó là s ự d ị ch chuy ể n đ i ể m làm vi ệ c. N ế u ch ọ n tr ị s ố tín hi ệ u vào thích h ợ p và ch ế độ t ĩ nh đ úng thì tín hi ệ u ra c ủ a t ầ ng khu ế ch đạ i s ẽ không b ị méo d ạ ng (xem m ụ c 2.2.3b). Mu ố n v ậ y, các tham s ố c ủ a ch ế độ t ĩ nh ph ả i th ỏ a mãn nh ữ ng đ i ề u ki ệ n sau (h.2.65a). U co > U rm + ∆ U co (2-119) I co > I cm + I CO(E) (2-120) ở đ ây: ∆ U co là đ i ệ n áp colect ơ ứ ng v ớ i đ o ạ n đầ u c ủ a đặ c tuy ế n ra tranzito (còn g ọ i là đ i ệ n áp U CE bão hòa) ; I CO(E) là dòng đ i ệ n coleet ơ ban đầ u ứ ng v ớ i nhi ệ t độ c ự c đạ i chính là độ cao c ủ a đườ ng đặ c tuy ế n ra t ĩ nh ứ ng v ớ i dòng I B = 0, U rm và I cm là biên độ áp và dòng ra. Quan h ệ dòng I cm v ớ i đ i ệ n áp ra có d ạ ng t rm tc rm cm R U = R//R U =I (2-121) Để t ă ng h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a t ầ ng, tr ị s ố R c ph ả i ch ọ n l ớ n h ơ n R t t ừ 3 ÷ 5 l ầ n. D ự a vào dòng I co đ ã ch ọ n, tính dòng baz ơ t ĩ nh: I BO = (I CO – I CO(E) ) / β (2-122) t ừ đ ó d ự a vào đặ c tuy ế n vào c ủ a tranzito hình 2.65b, ta đượ c đ i ệ n áp U BEO ứ ng v ớ i l BO đ ã tính đượ c. Dòng emit ơ t ĩ nh có quan h ệ v ớ i dòng I bo và I co theo bi ể u th ứ c: I EO (1 + β)I BO + I CO(E) = (l CO - I CO(E ) (1+ β) / β + I CO(E) = I CO (2-123) Khi ch ọ n Ec (n ế u nh ư không cho tr ướ c), c ầ n ph ả i theo đ i ề u ki ệ n E c = U co + I CO R C + U EO (2-124) ở đ ây: U EO = I EO R E Khi xác đị nh tr ị s ố U EO ph ả i xu ấ t phát t ừ quan đ i ể m t ă ng đ i ệ n áp U EO s ẽ làm t ă ng độ ổ n đị nh nhi ệ t cho ch ế độ t ĩ nh c ủ a t ầ ng (vì khi R E l ớ n s ẽ làm t ă ng độ sâu h ồ i ti ế p âm m ộ t chi ề u c ủ a t ầ ng), tuy nhiên lúc đ ó c ầ n t ă ng đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p Ec. Vì v ậ y mà E EO th ườ ng ch ọ n b ằ ng (0,1 đế n 0,3) Ec. 88 Chú ý đế n bi ể u th ứ c (2-124) ta có 9,0÷7,0 RI+U =E CCOCO C (2-125) Đ i ệ n tr ở R E có th ể tính t ừ R E = U EO / I CO (2-126) Khi tính các ph ầ n t ử c ủ a b ộ phân áp đầ u vào, ngoài nh ữ ng đ i ể m đ ã nói ở m ụ c 2.2.3g c ầ n l ư u ý: v ớ i quan đ i ể m ổ n đị nh nhi ệ t cho ch ế độ t ĩ nh c ủ a t ầ ng thì s ự thay đổ i c ủ a dòng baz ơ t ĩ nh I BO (do độ không ổ n đị nh nhi ệ t c ủ a đ i ệ n áp U EBO ) ph ả i ít ả nh h ưở ng đế n s ự thay đổ i đ i ệ n áp U BO . Mu ố n v ậ y, thì dòng I P qua b ộ phân áp R 1 và R 2 ph ả i l ớ n h ơ n dòng I BO qua đ i ệ n tr ở R 1 . Tuy nhiên, v ớ i đ i ề u ki ệ n I p >>I BO thì R 1 , R 2 s ẽ ph ả i nh ỏ và chúng s ẽ gây ra m ắ c r ẽ m ạ ch đế n m ạ ch vào c ủ a tranzito. Vì th ế khi tính các ph ầ n t ử c ủ a b ộ phâh áp vào ta ph ả i h ạ n ch ế theo đ i ề u ki ệ n: R B = R 1 // R 2 = (2 ÷ 5) r V (2-127) I P = (2 ÷ 5) I BO (2-128) Ở đ ây, r V là đ i ệ n tr ở vào c ủ a tranzito, đặ c tr ư ng cho đ i ệ n tr ở xoay chi ề u c ủ a m ạ ch baz ơ – emit ơ (r V = ∆U BE / ∆ IB ). Đ i ệ n tr ở R 1 , R 2 ( h.2.64) có th ể tính theo: P BEOEO P BO 2 I U+U = I U =R (2-129) BOP BOC 2 -II U-E =R (2-130) Khi ch ọ n tranzito c ầ n chú ý các tham s ố gi ớ i h ạ n nh ư sau: d ả i t ầ n s ố công tác (theo t ầ n s ố f α hay f β ) c ũ ng nh ư các tham s ố v ề dòng đ i ệ n, đ i ệ n áp và công su ấ t. Dòng đ i ệ n cho phép c ự c đạ i I C.CP ph ả i l ớ n h ơ n tr ị s ố t ứ c th ờ i l ớ n nh ấ t c ủ a dòng colect ơ trong khi làm vi ệ c, ngh ĩ a là I Cmax = I CO + I Cm < I C.CP (h2.65.a). V ề m ặ t đ i ệ n áp ng ườ i ta th ườ ng ch ọ n tranzito theo U CO.CP > E C . Công su ấ t tiêu hao trên colect ơ c ủ a tranzito P C = U CO .I CO ph ả i nh ỏ h ơ n công su ấ t c ự c đạ i cho phép c ủ a tranzito P C.CP . Đườ ng cong công su ấ t gi ớ i h ạ n cho phép là đườ ng hypecbol. Đố i v ớ i m ỗ i đ i ể m c ủ a nó ta có U COCf . I CCf = P C.CP . Tóm l ạ i, vi ệ c tính ch ế độ m ộ t chi ề u c ủ a t ầ ng khu ế ch đạ i là gi ả i quy ế t nhi ệ m v ụ ch ọ n h ợ p lý các ph ầ n t ử c ủ a s ơ đồ để nh ậ n đượ c nh ữ ng tham s ố c ầ n thi ế t c ủ a tín hi ệ u ra trên t ả i. Các h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n K I và đ i ệ n áp K U và công su ấ t K P c ũ ng nh ư đ i ệ n tr ở vào R V và đ i ệ n tr ở ra R r là nh ữ ng ch ỉ tiêu quan tr ọ ng c ủ a t ầ ng khu ế ch đạ i. Nh ữ ng ch ỉ tiêu đ ó có th ể xác đị nh đượ c khi tính toán t ầ ng khu ế ch đạ i theo dòng xoay chi ề u. Ph ươ ng pháp gi ả i tích d ự a trên thay th ế tranzito và t ầ ng khu ế ch đạ i b ằ ng s ơ đồ t ươ ng 89 đươ ng dòng xoay chi ề u ở ch ế độ tín hi ệ u nh ỏ . S ơ đồ thay th ế t ầ ng E C v ẽ trên hình 2.66, ở đ ây tranzito đượ c thay th ế b ằ ng s ơ đồ thay th ế tham s ố v ậ t lý. Tính toán theo dòng xoay chi ề u c ũ ng có th ể th ự c hi ệ n đượ c khi s ử d ụ ng s ơ đồ thay th ế tranzito v ớ i các tham s ố h, r hay g. Để đơ n gi ả n ta gi ả thi ế t t ầ ng khu ế ch đạ i đượ c tính ở mi ề n t ầ n s ố trung bình, tín hi ệ u vào là hình sin và đ i ệ n tr ở c ủ a ngu ồ n cung c ấ p đố i v ớ i dòng xoay chi ề u b ằ ng không. Dòng đ i ệ n và đ i ệ n áp trong s ơ đồ tính theo tr ị s ố hi ệ u d ụ ng, nó có quan h ệ v ớ i tr ị s ố biên độ qua h ệ s ố h, r hay g. Hình 2.66: Sơ đồ thay thế tầng EC bằng tham số vật lý Để đơ n gi ả n ta gi ả thi ế t t ầ ng khu ế ch đạ i đươ c tính ở mi ề n t ầ n s ố trung bình, tín hi ệ u vào là hình sinvà đ i ệ n tr ở c ủ a ngu ồ n cung c ấ p đố i v ớ i dòng xoay chi ề u b ằ ng không. Dòng đ i ệ n và đ i ệ n áp trong s ơ đồ tính theo tr ị s ố hi ệ u d ụ ng, nó có quan h ệ v ớ i tr ị s ố biên độ qua h ệ s ố 1/ 2 • Đ i ệ n tr ở vào c ủ a t ầ ng : R v = R 1 // R 2 //r v (2-131) Vì đ i ệ n tr ở trong c ủ a ngu ồ n là I B ở hình 2.66 r ấ t l ớ n còn r c(E) + R c //R t >> r E nên U BE = I B r B + I E r E hay là U BE = I B [r B + (1 + β)r E ] (2-132) chia c ả hai v ế c ủ a ph ươ ng trình (2-132) cho I B ta có: r V = r B + (1 + β)r E Tính g ầ n đ úng b ậ c 1 c ủ a R v theo r v và giá tr ị có th ể c ủ a r B , β, r E v ớ i đ i ề u ki ệ n R 1 //R 2 ≥ (2 ÷ 3)r v ta s ẽ có R v c ủ a t ầ ng E C không v ượ t quá 1 ÷ 3 kΩ. 90 • Xác đị nh h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n c ủ a t ầ ng K i = I t /l v , t ừ s ơ đồ 2.66 có : V V rB r R I=I (2-133) Khi xác đị nh dòng I t qua I B thì không tính đế n r E vì nó r ấ t nh ỏ so v ớ i đ i ệ n tr ở c ủ a các ph ầ n t ử m ạ ch ra. t tc)E(c Bt R R//R//r I. β =I (2-134) Để ý đế n bi ể u th ứ c (2-133) tha có t tc)E(c v v vt R R//R//r . r R β I=I (2-135) và h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng xác đ inh b ở i t tc)E(c v v i R R//R//r . r R β =K (2-136) H ệ s ố khu ế ch đạ i dòng K i t ỉ l ệ v ớ i β c ủ a tranzito và ph ụ thu ộ c vào tác d ụ ng m ắ c r ẽ c ủ a b ộ phân áp và đ i ệ n tr ở R c R t . Bi ể u th ứ c (2-136) cho th ấ y c ầ n ph ả i ch ọ n R 1 //R 2 > r v và R c > R t . N ế u ta coi R v ≈ r v và r c(E) >> R C //R t thì bi ể u th ứ c tính h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng g ầ n đ úng s ẽ có d ạ ng: t tc i R R//R β =K (2-137) Nh ư v ậ y, t ầ ng EC s ẽ có h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng t ươ ng đố i l ớ n, và n ế u R c >> R t thì h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n K i ->β. • Xác đị nh h ệ s ố khu ế ch đạ i đ i ệ n áp c ủ a t ầ ng. K u = U r /E n ( ) vn t i vnv tt u RR R .k RRI .RI K + = + = (2-138) Thay (2-137) vào (2-138) ta có : vn tc u RR //RR β .K + = (2-139) 91 T ừ (2-139) ta th ấ y n ế u β càng l ớ n, và đ i ệ n tr ở m ạ ch ra c ủ a t ầ ng càng l ớ n so v ớ i đ i ệ n tr ở m ạ ch vào thì h ệ s ố khu ế ch đạ i càng l ớ n. Đặ c bi ệ t, h ệ s ố khu ế ch đạ i đ i ệ n áp s ẽ t ă ng khi đ i ệ n tr ở trong ngu ồ n tín hi ệ u gi ả m. H ệ s ố khu ế ch đạ i đ i ệ n áp trong s ơ đồ EC kho ả ng t ừ 20 ÷ 100. T ầ ng khu ế ch đạ i EC th ự c hi ệ n đả o pha đố i v ớ i đ i ệ n áp vào. Vi ệ c t ă ng đ i ệ n áp vào (chi ề u d ươ ng) s ẽ làm t ă ng dòng baz ơ và dòng colect ơ c ủ a tranzito, h ạ áp trên R c t ă ng, s ẽ làm gi ả m đ i ệ n áp trên colect ơ (hay là xu ấ t hi ệ n ở đầ u ra c ủ a t ầ ng n ử a chu kì âm đ i ệ n áp). Vi ệ c đả o pha c ủ a đ i ệ n áp ra trong t ầ ng EC đ ôi khi đượ c bi ể u th ị b ằ ng d ấ u "-" trong bi ể u th ứ c K u . • H ệ s ố khu ế ch đạ i công su ấ t K p = P r / P v = K u .K i trong s ơ đồ EC kho ả ng (0,2 đế n 5)10 3 l ầ n . • Đ i ệ n tr ở ra c ủ a t ầ ng R r = R c // r ’ c(E) Vì R c (E) > > R c nên R r = R c b – Tầng khuếch đại colectơ chung CC (lặp emitơ) Hình 2.67a là s ơ đồ m ộ t t ầ ng khu ế ch đạ i CC, còn g ọ i là t ầ ng l ặ p E vì đ i ệ n áp ra c ủ a nó l ấ y ở E c ủ a tranzito, v ề tr ị s ố g ầ n b ằ ng đ i ệ n áp vào (U r = U v +U BE ≈ U v ) và trùng pha v ớ i đ i ệ n áp vào. Đ i ệ n tr ở R E trong s ơ đồ đ óng vai trò nh ư R c trong s ơ đồ EC. T ụ C p2 có nhi ệ m v ụ truy ề n ra t ả i thành ph ầ n xoay chi ề u c ủ a tín hi ệ u ra. Hình 2.67: Sơ đồ tầng khuếch đại CC và kết quả mô phỏng . ) vn t i vnv tt u RR R .k RRI .RI K + = + = ( 2-1 38) Thay ( 2-1 37) vào ( 2-1 38) ta có : vn tc u RR //RR β .K + = ( 2-1 39) 91 T ừ ( 2-1 39) ta th ấ y n ế u β càng l ớ n, và đ i ệ n. đế n bi ể u th ứ c ( 2-1 33) tha có t tc)E(c v v vt R R//R//r . r R β I=I ( 2-1 35) và h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng xác đ inh b ở i t tc)E(c v v i R R//R//r . r R β =K ( 2-1 36) H ệ s ố khu ế ch. tr ở R 1 , R 2 ( h.2.64) có th ể tính theo: P BEOEO P BO 2 I U+U = I U =R ( 2-1 29) BOP BOC 2 -II U-E =R ( 2-1 30) Khi ch ọ n tranzito c ầ n chú ý các tham s ố gi ớ i h ạ n nh ư sau: d ả i