120 ngh ĩ a là ph ả i chú ý đế n đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p. Khi R t nh ỏ thì không đủ t ả i v ề đ i ệ n áp còn khi R t l ớ n thì không đủ t ả i v ề dòng đ i ệ n. Hình 2.89: Mạch đẩy kéo không biến áp ra T ấ t c ả các s ơ đồ t ầ ng ra đẩ y kéo yêu c ầ u ch ọ n c ặ p tranzito có tham s ố gi ố ng nhau, đặ c bi ệ t là h ệ s ố truy ề n đạ t β. V ớ i các m ạ ch hình 2.89 c) và d), c ầ n chú ý t ớ i vài nh ậ n xét th ự c t ế quan tr ọ ng sau: Để xác l ậ p ch ế độ AB cho c ặ p tranzito T 1 , T 2 c ầ n có hai ngu ồ n đ i ệ n áp ph ụ m ộ t chi ề u U 1 và U 2 phân c ự c cho chúng nh ư trên hình 2.90. Các đ i ệ n áp này đượ c t ạ o ra b ằ ng cách s ử d ụ ng hai đ i ệ n áp thu ậ n r ơ i trên 2 đ iôt Đ 1 và Đ 2 lo ạ i silic để có t ổ ng đ i ệ n áp gi ữ a đ i ể m B 1 B 2 là U B1B2 = + (1,1 ÷ 1,2)V và có h ệ s ố nhi ệ t độ âm (-1mV/ 0 C). Vi ệ c duy trì đ òng đ i ệ n t ĩ nh I BO ổ n đị nh ( ở ch ế độ AB) trong 1 d ả i nhi ệ t độ r ộ ng đạ t đượ c nh ờ tác d ụ ng bù nhi ệ t c ủ a c ặ p Đ 1 Đ 2 v ớ i h ệ s ố nhi ệ t d ươ ng c ủ a dòng t ĩ nh T 1 và T 2 và nh ờ s ử d ụ ng thêm các đ i ệ n tr ở h ồ i ti ế p âm R 1 , R 2 < R t . Ngoài ra, do đ i ệ n tr ở vi phân lúc m ở c ủ a Đ 1 Đ 2 đủ nh ỏ nên m ạ ch vào không làm t ổ n hao công su ấ t c ủ a tín hi ệ u, góp ph ầ n nâng cao hi ệ u su ấ t c ủ a t ầ ng. 121 Hình 2.90: Tầng ra đẩy kéo không biến áp ở chế độ AB dùng các điôt ổn định nhiệt • Khi c ầ n có công su ấ t ra l ớ n, ng ườ i ta th ườ ng s ử d ụ ng t ầ ng ra là các c ặ p tranzito ki ể u Darlingt ơ n nh ư hình 2.91 (a) và (b). Lúc đ ó, m ỗ i c ặ p Darlingt ơ n đượ c coi là m ộ t tranzito m ớ i, ch ứ c n ă ng c ủ a m ạ ch do T 1 và T 2 quy ế t đị nh còn T’ 1 T’ 2 có tác d ụ ng khu ế ch đạ i dòng ra. Các thông s ố c ơ b ả n c ủ a m ạ ch hình 2.91a là : H ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n ' 11 . βββ = Đ i ệ n tr ở vào r BE = 2r BE1 Đ i ệ n tr ở ra r CE = 2/3r CE’1. c ủ a m ạ ch hình (2.91b) là : ' 22 . βββ = ; r BE = 2r BE2 ; r CE = 1/2r CE’2 Ở đ ây đ i ệ n tr ở R đư a vào có tác d ụ ng t ạ o 1 s ụ t áp U R ≈ 0,4V đ i ề u khi ể n m ở T ’ 1 , T ’ 2 lúc dòng ra đủ l ớ n và chuy ể n chúng t ừ m ở sang khóa nhanh h ơ n. Hình 2.91 : Các cặp tranzito mắc kiểu Darlingtơn (a) Dạng sơ đồ Darlingtơn thường ; (b) Dạng sơ đồ Darlingtơn bù 122 Để b ả o v ệ các tranzito công su ấ t trong đ i ề u ki ệ n t ả i nh ỏ hay b ị ng ắ n m ạ ch t ả i, ng ườ i ta th ườ ng dùng các bi ệ n pháp t ự độ ng h ạ n ch ế dòng ra không quá 1 gi ớ i h ạ n cho tr ướ c ± maxra I (có hai c ự a tính). Hình 2.92 đư a ra ví d ụ m ộ t m ạ ch nh ư v ậ y th ườ ng g ặ p trong các IC khu ế ch đạ i công su ấ t hi ệ n nay. Bình th ườ ng, các tranzito T 3 và T 4 ở ch ế độ khóa cho t ớ i lúc dòng đ i ệ n ra ch ư a đạ t t ớ i giá tr ị t ớ i h ạ n ± maxra I . Khi dòng đ i ệ n m ạ ch ra qua R 1 và R 2 đạ t t ớ i gi ớ i h ạ n này, gi ả m áp trên R 1 và R 2 do nó gây ra đẩ y t ớ i ng ưỡ ng m ở c ủ a T 3 và T 4 (c ỡ ±0.6V) làm T 3 và T 4 m ở ng ă n s ự gia t ă ng ti ế p c ủ a I ra nh ờ tác d ụ ng phân dòng I B1 , I B2 c ủ a T 3 và T 4 . Hình 2.92 : Mạch bảo vệ quá dòng cho tầng ra của các IC khuếch đại công suất T ừ đ ó có th ể ch ọ n R 1 và R 2 theo đ i ề u ki ệ n + + = ramax 1 I 0.6V R ; − − = ramax 2 I 0.6V R Các đ i ệ n tr ở ra R 3 , R 4 để h ạ n ch ế dòng, b ả o v ệ T 3 và T 4 . Th ự c t ế lúc U ra l ớ n, R 5 R 6 không có tác d ụ ng v ớ i T 3 T 4 , khi U ra gi ả m nh ỏ , các phân áp có R 5 và R 6 s ẽ ả nh h ưở ng t ớ i giá tr ị ng ưở ng I ramax 123 ( ) ra 51 3 1 ramax UE .RR R R 0.6V I −−= t ứ c là giá tr ị ng ưỡ ng dòng đ i ệ n h ạ n ch ế s ẽ l ớ n nh ấ t khi đ i ệ n áp ra đạ t t ớ i giá tr ị x ấ p x ỉ đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p. 2.3.6. Khuch đi tín hiu bin thiên chm a- Khái niệm chung. Mạch khuếch đại ghép trực tiếp B ộ khu ế ch đạ i tín hi ệ u bi ế n thiên ch ậ m (tín hi ệ u m ộ t chi ề u) làm vi ệ c v ớ i nh ữ ng tín hi ệ u có t ầ n s ố g ầ n b ằ ng không và có đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố nh ư hình 2.93. Vi ệ c ghép gi ữ a ngu ồ n tín hi ệ u v ớ i đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i và gi ữ a các t ầ ng không th ể dùng t ụ hay bi ế n áp vì khi đ ó đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố s ẽ có d ạ ng nh ư hình 2.76a, t ứ c là f = 0 khi K = 0. Hình 2.93: Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại một chiều Để truy ề n đạ t tín hi ệ u bi ế n đổ i ch ậ m c ầ n ph ả i ghép tr ự c ti ế p theo dòng m ộ t chi ề u gi ữ a ngu ồ n tín hi ệ u v ớ i m ạ ch vào b ộ khu ế ch đạ i và gi ữ a các t ầ ng v ớ i nhau. Vì ghép tr ự c ti ế p nên vi ệ c ch ọ n đ i ể m làm vi ệ c có đặ c đ i ể m riêng so v ớ i các b ộ khu ế ch đạ i đ ã kh ả o sát tr ướ c đ ây. Ch ẳ ng h ạ n, trong b ộ khu ế ch đạ i ghép đ i ệ n dung thì ch ế độ m ộ t chi ề u c ủ a m ỗ i t ầ ng (ch ế độ t ĩ nh) đượ c xác đị nh ch ỉ do nh ữ ng ph ầ n t ử c ủ a t ầ ng quy ế t đị nh và các tham s ố c ủ a nó đượ c tính riêng bi ệ t đố i v ớ i t ừ ng t ầ ng. T ụ đ i ệ n ghép t ầ ng s ẽ cách ly thành ph ầ n m ộ t chi ề u theo b ấ t k ỳ m ộ t nguyên nhân nào c ủ a t ầ ng này s ẽ không ả nh h ưở ng đế n ch ế độ m ộ t chi ề u c ủ a t ầ ng kia. Trong b ộ khu ế ch đạ i ghép tr ự c ti ế p, không có ch ấ n t ử để cách ly thành ph ầ n m ộ t chi ề u. Vì v ậ y, đ i ệ n áp ra không nh ữ ng ch ỉ đượ c xác đị nh b ằ ng tín hi ệ u ra có ích mà còn c ả tín hi ệ u gi ả do s ự thay đổ i ch ế độ m ộ t chi ề u c ủ a các t ầ ng theo th ờ i gian, theo nhi ệ t độ hay 1 nguyên nhân l ạ nào khác. T ấ t nhiên, c ầ n đặ c bi ệ t quan tâm đế n nh ữ ng t ầ ng đầ u vì s ự thay đổ i ch ế độ m ộ t chi ề u ở đ ây s ẽ đượ c các t ầ ng sau khu ế ch đạ i ti ế p t ụ c. S ự thay đổ i m ộ t cách ng ẫ u nhiên c ủ a đ i ệ n áp ra trong b ộ khu ế ch đạ i m ộ t chi ề u khi tín hi ệ u vào không đổ i ∆U vào = 0 g ọ i là s ự trôi đ i ể m không c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Nguyên nhân trôi là do tính không ổ n đị nh c ủ a đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p, c ủ a tham s ố tranzito và đ i ệ n tr ở theo nhi ệ t độ và th ờ i gian. Gia s ố c ủ a đ i ệ n áp trôi ở đầ u ra ∆U tr.r đượ c xác đị nh khi ng ắ n m ạ ch đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i (e n = 0). Ch ấ t l ượ ng b ộ khu ế ch đạ i m ộ t chi ề u đượ c đ ánh giá theo đ i ệ n áp trôi quy v ề đầ u vào c ủ a nó: ∆U tr.v = ∆U tr.r /K, ở đ ây K là h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a b ộ khu ế ch đạ i. Độ trôi quy v ề đầ u vào đặ c tr ư ng cho tr ị s ố tín hi ệ u là ở đầ u vào b ộ khu ế ch đạ i có h ệ s ố khu ế ch đạ i là K. Khi xác đị nh d ả i bi ế n đổ i c ủ a đ i ệ n áp vào e n ph ả i chú ý đế n ∆U tr.r sao Ku f 124 cho ∆U tr.r là m ộ t ph ầ n không đ áng k ể so v ớ i tín hi ệ u ra có ích. Tùy thu ộ c vào yêu c ầ u c ủ a b ộ khu ế ch đạ i mà tr ị s ố nh ỏ nh ấ t c ũ ng ph ả i l ớ n h ơ n ∆U tr.v hàng ch ụ c ho ặ c hàng tr ă m l ầ n. Hình 2.94: Khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm Vi ệ c ghép tr ự c ti ế p các t ầ ng trong b ộ khu ế ch đạ i tín hi ệ u bi ế n thiên ch ậ m quy ế t đị nh nh ữ ng đặ c đ i ể m tính toán ch ế độ t ĩ nh c ủ a nó ( đ i ệ n áp và dòng đ i ệ n khi e n = 0). Tính toán tham s ố ch ế độ t ĩ nh c ủ a t ầ ng ph ả i chú ý đế n các ph ầ n t ử thu ộ c v ề m ạ ch ra c ủ a t ầ ng tr ướ c và m ạ ch vào c ủ a t ầ ng sau. D ướ i đ ây ta s ẽ kh ả o sát m ạ ch khu ế ch đạ i m ộ t chi ề u hình 2.94 g ồ m 3 t ầ ng ghép tr ự c ti ế p. Trong s ơ đồ này colect ơ c ủ a Tranzito tr ướ c đượ c n ố i tr ự c ti ế p v ớ i baz ơ c ủ a tranzito sau. Khi đ ó đ i ệ n tr ở R E nh ờ dòng I EO t ạ o nên đ i ệ n áp c ầ n thi ế t U BEO cho ch ế độ t ĩ nh c ủ a m ỗ i t ầ ng. Đ i ề u đ ó đạ t đượ c b ằ ng cách t ă ng đ i ệ n th ế âm trên emit ơ c ủ a m ỗ i tranzito. Ch ẳ ng h ạ n, đố i v ớ i t ầ ng th ứ hai U BEO2 = U c01 - U EO2 = U co 1 – I EO2 R E2 (2-213) ở m ạ ch vào b ộ khu ế ch đạ i (h.2.94a) ng ườ i ta l ắ c m ộ t ngu ồ n đ i ệ n áp bù đầ u vào e bv n ố i ti ế p v ớ i ngu ồ n tín hi ệ u vào sao cho khi e n = 0, dòng qua ngu ồ n b ằ ng không. Mu ố n th ế ph ả i ch ọ n đ i ệ n áp bù e bv b ằ ng U BO1. 125 Có th ể t ạ o ra đ i ệ n áp bù U BV nh ờ R B1 và R B2 theo s ơ đồ (h: 2.94b) ở đ ây 2B1B 2BC 1BoBV R+R R.E =U=U T ươ ng t ự trên m ạ ch ra, t ả i R t (h: 2.94a) m ắ c vào đườ ng chéo m ộ t m ạ ch c ầ u g ồ m các ph ầ n t ử m ạ ch ra t ầ ng cu ố i và các đ i ệ n tr ở R 3 R 4 . Khi đ ó s ẽ đả m b ả o đ i ề u ki ệ n U t = 0 khi e n = 0 đ i ệ n tr ở R 3 R 4 đ óng vai trò m ộ t b ộ phân áp để t ạ o nên đ i ệ n áp bù b ằ ng U co3 cho m ạ ch ra c ủ a t ầ ng khi e n = 0. 3CO 43 4C br U= R+R R.E =U (2-214) D ướ i đ ây s ẽ kh ả o sát các ch ỉ tiêu đặ c tr ư ng cho b ộ khu ế ch đạ i v ề dòng xoay chi ề u ( đố i v ớ i gia s ố đ i ệ n áp tín hi ệ u vào). N ế u ch ọ n R 1 và R 2 đủ l ớ n, thì đ i ệ n tr ở vào c ủ a t ầ ng có th ể tính đượ c t ừ : R v = r b + (1 + β) (r E + R E ) ≈ β 1 R E (2-215) Để xác đị nh h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a m ỗ i t ầ ng ta gi ả thi ế t R c // R v = R c ; R v1 > R n khi đ ó các h ệ s ố khu ế ch đạ i t ươ ng ứ ng c ủ a m ỗ i t ầ ng s ẽ là: 1E 1C 1E1 1C 1 1V 2V1C 11 R R = R.β R β= R R//R β=K (2-216) 2E 2C 2E2 2C 2 2V 3V2C 22 R R = Rβ R β= R R//R β=K (2-217) 3E 43t3C 3V 43t3C 33 R )R//R+R//(R = R )R//R+R//(R β=K (2-218) Rõ ràng h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a t ừ ng t ầ ng t ỉ l ệ ngh ị ch v ớ i đ i ệ n tr ở emit ơ c ủ a nó. Đ i ệ n tr ở R E1 tính theo ch ế độ ổ n đị nh nhi ệ t c ủ a t ầ ng đầ u có tr ị s ố t ừ vài tr ă m đế n vài kΩ. Đ i ệ n tr ở R E c ủ a nh ữ ng t ầ ng sau v ừ a để ổ n đị nh nhi ệ t độ , v ừ a để đả m b ả o tr ị s ố U BEO yêu c ầ u t ươ ng ứ ng trong ch ế độ t ĩ nh. Khi ghép tr ự c ti ế p (h.2.94a) thì đ i ệ n áp trên emit ơ c ũ ng nh ư trên colect ơ c ủ a m ỗ i t ầ ng sau ph ả i t ă ng d ầ n lên (v ề tr ị s ố tuy ệ t đố i trong tr ườ ng h ợ p dùng tranzito pnp). Đ i ề u đ ó d ẫ n t ớ i ph ả i t ă ng R E ở m ỗ i t ầ ng sau để có đượ c U EO yêu c ầ u và do đ ó theo các h ệ th ứ c (2-216) + (2-218) làm gi ả m h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a chúng (K 3 < K 2 < K 1 ) và h ệ s ố khu ế ch đạ i chung. Thi ế u sót c ủ a s ơ đồ hình 2.94a có th ể kh ắ c ph ụ c b ằ ng cách dùng các s ơ đồ (94c,d). Trong s ơ đồ (h.94c) đ i ệ n tr ở R E có th ể ch ọ n nh ỏ đ i vì đ i ệ n tr ở R p , t ạ o thêm m ộ t dòng đ i ệ n ph ụ ch ạ y qua R E . Theo công th ứ c (2-213) ta có (h.2.94a). 126 02E 02BE01c 2E I UU =R - (2-219) đố i v ớ i s ơ đồ (h.2.94c) P02E 02BE01c 2E I+I UU =R - (2-220) C ũ ng có th ể th ự c hi ệ n theo s ơ đồ (h.2.94d) b ằ ng cách m ắ c vào m ạ ch emit ơ m ộ t đ iôt ổ n áp ở m ứ c U z khi đ ó : 02E D02BE01c 2E I UUU =R (2-221) Các m ạ ch khu ế ch đạ i m ộ t chi ề u ghép tr ự c ti ế p có đặ c đ i ể m là đơ n gi ả n, nh ư ng h ệ s ố khu ế ch đạ i không cao (kho ả ng vài ch ụ c l ầ n) ch ỉ dùng khi tín hi ệ u vào t ươ ng đố i l ớ n 0,05 + 0,1V và độ trôi đ òi h ỏ i không ch ặ t ch ẽ . Mu ố n có h ệ s ố khu ế ch đạ i l ớ n h ơ n (hàng tr ă m và hàng nghìn l ầ n) thì cách ghép t ầ ng nh ư trên không th ể đượ c vì s ẽ xu ấ t hi ệ n độ trôi không cho phép và vi ệ c bù nhi ệ t độ c ũ ng khó kh ă n. Các m ạ ch khu ế ch đạ i vi sai xét d ướ i đ ây s ẽ kh ắ c ph ụ c đượ c các nh ượ c đ i ể m v ừ a nêu. b- Tầng khuếch đại vi sai Hình 2.95a là c ấ u trúc đ i ể n hình c ủ a 1 t ầ ng khu ế ch đạ i vi sai làm vi ệ c theo nguyên lý c ầ u c ầ n b ằ ng song song. Hai nhánh c ầ u là hai đ i ệ n tr ở R cl v ả R c2 , còn hai nhánh kia là các tranzito T 1 và T 2 đượ c ch ế t ạ o trong cùng 1 đ i ề u ki ệ n sao cho R c1 = R c2 và T 1 cùng T 2 có các thông s ố gi ố ng h ệ t nhau. Đ i ệ n áp l ấ y ra gi ữ a hai colect ơ (ki ể u ra đố i x ứ ng) hay trên m ỗ i colect ơ đố i v ớ i đấ t (ki ể u ra không đố i x ứ ng). Tranzito T 3 làm ngu ồ n ổ n dòng gi ữ ổ n đị nh dòng I E (là t ổ ng dòng emit ơ I EI và I E2 c ủ a tranzito T 1 và T 2 ). Trong s ơ đồ ngu ồ n ổ n dòng còn có các đ i ệ n tr ở R 1 , R 2 R 3 và ngu ồ n cung c ấ p E c2 , T 4 m ắ c thành đ iôt làm ph ầ n t ử bù nhi ệ t ổ n đị nh nhi ệ t cho T 3 . Mu ố n xác đị nh dòng I E c ầ n xác đị nh đ i ệ n áp gi ữ a đ i ể m 1-2 trong s ơ đồ . N ế u b ỏ qua dòng I B3 r ấ t nh ỏ h ơ n dòng I E và coi I E3 ≈ I C3 = I E thì có th ể vi ế t : U BE3 + I E . R 3 = I 1 . R 2 + U BE4 (2-222) ở đ ây 21 C2 21 BE4C2 1 R+R E +RR UE =I ≈ - T ừ ph ươ ng trình 2-222 tìm đượ c 3 3BE4BE21 E R )UU(+R.I =I - (2-223) Tr ị s ố I 1 R 2 trong t ử s ố c ủ a (2-223) r ấ t l ớ n h ơ n hi ệ u đ i ệ n áp U be c ủ a các tranzito T 4 và T 3 . Vì th ế dòng I E đượ c xác đị nh ch ủ y ế u b ằ ng đ i ề n tr ở R 1 R 2 R 3 và dòng I 1 . Vì U BE4 và U BE3 trong công th ứ c (2-223) ph ụ thu ộ c vào nhi ệ t độ ở d ạ ng hi ệ u s ố nên ph ụ thu ộ c nhi ệ t độ c ủ a dòng I E là r ấ t nh ỏ . . qua R E . Theo công th ứ c ( 2-2 13) ta có (h.2.94a). 126 02E 02BE01c 2E I UU =R - ( 2-2 19) đố i v ớ i s ơ đồ (h.2.94c) P02E 02BE01c 2E I+I UU =R - ( 2-2 20) C ũ ng có th ể th ự c. 21 C2 21 BE4C2 1 R+R E +RR UE =I ≈ - T ừ ph ươ ng trình 2-2 22 tìm đượ c 3 3BE4BE21 E R )UU(+R.I =I - ( 2-2 23) Tr ị s ố I 1 R 2 trong t ử s ố c ủ a ( 2-2 23) r ấ t l ớ n h ơ n hi ệ u đ i ệ n. 1E 1C 1E1 1C 1 1V 2V1C 11 R R = R.β R β= R R//R β=K ( 2-2 16) 2E 2C 2E2 2C 2 2V 3V2C 22 R R = Rβ R β= R R//R β=K ( 2-2 17) 3E 43t3C 3V 43t3C 33 R )R//R+R//(R = R )R//R+R//(R β=K ( 2-2 18) Rõ ràng h ệ s ố khu ế ch đạ i