Bài giảng mạch điện tử chương 4 mạch khuếch đại liên tầng

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM MẠCH ĐIỆN TỬ Chương MẠCH KHUẾCH ĐẠI LIÊN TẦNG 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM NỘI DUNG • Mạch khuếch đại Cascade • Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier) • Mạch khuếch đại Darlington • Mạch khuếch đại Cascode 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Xét mạch ghép AC (ac-coupling) sau Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại Cascade • Phân tích DC, xác định tĩnh điểm: • Hai tầng độc lập (do ghép AC) • Có thể gây méo dạng • Phân tích AC (tín hiệu nhỏ): Mạch tương đương • Độ lợi dòng: ' iL iL ib ib1  h fe RC   h fe1Rb   Rb'  Ai       ii ib ib1 ii  RC  RL   Rb'  hie   Rb'  hie1  11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade Ví dụ 1: Xác định độ lợi áp biên độ dao động cực đại điện áp ngõ Giả sử hfe = 100 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại Cascade • Xác định tĩnh điểm: • Tầng 2: • Tầng 1: Rb1 = R1 // R2 = 9.09K; VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V V BB  V BEQ I CQ1   1.3mA Re1  Rb1 / h fe1 • Mạch tương đương tín hiệu nhỏ hie1  h fe1 VT  1920 I CQ1 hie2  h fe VT  260 I CQ 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Độ lợi áp: 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Xét mạch khuếch đại ghép trực tiếp 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Ảnh hưởng DC 02 tầng • Không bị méo dạng • Xác định tĩnh điểm: • Để đơn giản, xem IB = tính toán tĩnh điểm • VBE1 = 0.7V  I3 = 0.7/600 = 1.17 mA  IC2 = IE2 = I3 = 1.17 mA  VCE2 = – (1.17mA)(1.3K + 1.8K + 0.6K) = 4.7V • VE2 = (1.17mA)(1.8K + 0.6K) = 2.8V • VC1 = VB2 = VBE + VE2 = 0.7 + 2.8 = 3.5V = VCE1  IC1 = (9 – 3.5)/2.2K = 2.5 mA 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 10 Mạch khuếch đại Cascade • Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: V V hie2  h fe T  2.14 K hie1  h fe1 T  1K I CQ I CQ1 Av  v L v L ib2 ib1   100  2.2   (0.6 // 0.8)     100  1.3K    v i ib2 ib1 v i  2.2  hie2   0.2 K  (0.6 // 1.8 // hie1 ) K (0.6 // 0.8)  1 Av = 4000 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 19 Mạch khuếch đại vi sai Ví dụ 5: Cho mạch ví dụ Tính CMRR Giả sử i0 = 1A, Xác định giá trị tín hiệu ngõ vào mode vi sai để ngõ mode vi sai tối thiểu lớn 100 lần ngõ mode chung Ac  - 0.1 Ad  - 14  iL = -0.1i0 – 14i CMRR = Ad / Ac = 140 (43dB) Để ngõ mode vi sai  100ngõ mode chung: 14i  100(0.1i0)  i  100(i0 / CMRR) = 0.7 A 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Phương pháp tăng CMRR 20 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại vi sai • Mạch T3 xem nguồn dòng • Phân tích tín hiệu nhỏ: Tương tự mạch thay Re = 1/hoe 1  hib  Rb / h fe hoe hoe CMRR   2(hib  Rb / h fe ) hib  Rb / h fe • Do 1/hoe lớn nên CMRR lớn 21 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Mạch Chỉnh cân bằng: (Balance control) 22 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 23 Mạch khuếch đại vi sai • Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2 Rv Rb  1  R1       2  h fe1 h fe  • Suy Rv Rb  1  R2       2  h fe1 h fe  • Phân tích AC Giảm so với  Rc Rb Ad  Rc  RL 2[hib  Rv /  ( Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe )] không dùng RV Ac   Rc Rb Rc  RL 2(1/ hoe3 )  [hib  Rv /  ( Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe )] 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40dB) Tải 1K ghép AC TST có hfe = 100 24 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 25 Mạch khuếch đại vi sai • Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 ; hfe1 = hfe2 = 100 • Sử dụng công thức tính Ad Ac phần chỉnh cân bằng, thay 1/hoe Re, suy Ad Re  hib  50  1000 /100 Re CMRR    Ac 2hib  100  2000 /100 60  hib • Yêu cầu: CMRR  100  Re  100(60 + hib) • Giả sử ICQ1 = ICQ2 = 1mA  hib = 25   Re  8.5K Chọn Re = 10K • Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8VA 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone • Dạng mạch: 26 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại DarlingTone • Phân tích tín hiệu nhỏ: • Do ICQ2 = hfe2ICQ1, nên hie2  h fe • Suy h fe1 ( Rb / h fe1 ) h fe RC h fe1Rb iL h fe Rc Ai    ii Rc  RL ( Rb / h fe1 )  hib1  hie Rc  RL Rb  2h fe1hib1 Ai  (h fe1h fe ) • VT VT V  h fe  T  hib1 I CQ h fe I CQ1 I CQ1 Rc Rb Rc  RL Rb  2hie1 Xem 2TST ghép Darlington  TST có: hie=2hie1 hfe=hfe1hfe2 27 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone Ví dụ 7: Xác định tĩnh điểm mạch sau Giả sử hfe = 100 28 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone • Xét mạch chế độ AC 29 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại DarlingTone • Nguồn dòng T5 : VB  6 IC  2.9  4.14V 2.9  1.3 (4.14  0.7)  (6)  0.9mA 1.3K • Giả sử IB5 [...]... hfe=hfe1hfe2 27 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone Ví dụ 7: Xác định tĩnh điểm của mạch sau Giả sử hfe = 100 28 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone • Xét mạch chế độ AC 29 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại DarlingTone • Nguồn dòng T5 : VB 5  6 IC 5  2.9  4. 14V 2.9  1.3 ( 4. 14  0.7)  (6)  0.9mA 1.3K... Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Xét mạch khuếch đại 11 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Phân tích tĩnh điểm VE1 = VE2 = (IE1 + IE2)Re – VEE = 2IE1Re – VEE = 2IE2Re – VEE • Do tính đối xứng, tách thành 2 mạch (Re  2Re) VCEQ1 = VCEQ2 = VCC + VEE – ICQ(Rc + 2Re) 12 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai Ví dụ 4: ... 0.1 Ad  - 14  iL = -0.1i0 – 14 i CMRR = Ad / Ac = 140 (43 dB) Để ngõ ra mode vi sai  100ngõ ra mode chung: 14 i  100(0.1i0)  i  100(i0 / CMRR) = 0.7 A 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Phương pháp tăng CMRR 20 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại vi sai • Mạch T3 xem như nguồn dòng • Phân tích tín hiệu nhỏ: Tương tự như mạch trên thay... > hib + Rb/hfe) 18 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 19 Mạch khuếch đại vi sai Ví dụ 5: Cho mạch trong ví dụ 4 Tính... Ac   Rc Rb Rc  RL 2(1/ hoe3 )  [hib  Rv / 2  ( Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe 2 )] 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40 dB) Tải 1K ghép AC TST có hfe = 100 24 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 25 Mạch khuếch đại vi sai • Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 ; hfe1 = hfe2 = 100 • Sử dụng công thức tính Ad và Ac ở phần... sử ICQ1 = ICQ2 = 1mA  hib = 25   Re  8.5K Chọn Re = 10K • Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8VA 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại DarlingTone • Dạng mạch: 26 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 Mạch khuếch đại DarlingTone • Phân tích tín hiệu nhỏ: • Do ICQ2 = hfe2ICQ1, nên hie2  h fe 2 • Suy ra h fe1 ( Rb / h fe1 ) h fe 2 RC h fe1Rb iL h... hib  Rb / h fe hoe hoe CMRR   2(hib  Rb / h fe ) hib  Rb / h fe • Do 1/hoe rất lớn nên CMRR rất lớn 21 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Mạch Chỉnh cân bằng: (Balance control) 22 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 11/26/2012 23 Mạch khuếch đại vi sai • Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2 Rv Rb  1 1  R1       2 2  h fe1 h fe 2  • Suy ra Rv Rb  1 1  R2 ... (i/2) và i2 = i0 + (i/2) 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Dùng phương pháp chồng chập cho mạch tương đương tín hiệu nhỏ, tách thành 2 mode: • Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0 • Tách đôi: Re  2Re • Do đối xứng: ie1c = ie2c  iRe = 2ie1c = 2ie2c  ve = (2Re)ie2c 15 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Mode vi sai (differential... 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascode • Phân tích DC: Giả sử bỏ qua IB1 và IB2: VB1 = VCCR1 /(R1 + R2 + R3)  VE1 = VB1 - VBE1 = VB1 – 0.7  IC1 = (VB1-0.7 )/ Re = IC2 VB2 = VCC(R1 + R2) /(R1 + R2 + R3)  VE2 = VB2 - VBE2 = VB2 – 0.7  VCE1 = VC1 - VE1 = (VE2 – RcIC1) – VE1 VCE2 = VC2 – V= = (VCC – RLIC2) – VE2 32 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascode ... Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM NỘI DUNG • Mạch khuếch đại Cascade • Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier) • Mạch khuếch đại Darlington • Mạch khuếch đại Cascode 11/26/2012 Khoa Điện – Điện. .. Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Độ lợi áp: 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại Cascade • Xét mạch khuếch đại ghép trực tiếp 11/26/2012 Khoa Điện. .. 1 Av = 4000 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Xét mạch khuếch đại 11 11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại vi sai • Phân tích tĩnh điểm