bài giảng mạch khuếch đại ghép tầng (powerpoint)

CHƯƠNG 7: MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP LIÊN TẦNG I GIỚI THIỆU: • Để ghép nối tiếp nhiều tầng khuếch đại ta dùng ba cách ghép sau: - Ghép tụ liên lạc (ghép RC) - Ghép biến áp - Ghép trực tiếp • Sơ đồ khối mạch khuếch đại bao gồm nhiều tầng khuếch đại  Khi ghép tầng khuếch đại với nhau, phải bảo đảm yêu cầu sau: Các tầng khuếch đại phải trạng thái khuếch đại Công suất tầng phải ổn đònh Phải phối hợp tương đồng hệ số khuếch đại tầng khuếch bảo đảm tín hiệu ngõ không bò méo Phối hợp dãi thông tầng khuếch đại tương đương Các thông số mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch đại: • Hệ số khuếch đại điện áp: AVT = AV1 × AV2 × AV3 ×  × AVn • Hệ số khuếch đại dòng điện: Zi AiT = Ai1 × Ai2 × Ai3 ×  × Ain = − AVT RL • Tổng trở ngõ vào: • Tổng trở ngõ ra: Vi Z i = = Z i1 Ii VO ZO = = Z On I O Vi = II MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BẰNG TỤ LIÊN LẠC (GHÉP RC) Ưu điểm cách ly dc tầng khuếch đại Khuyết điểm đặc tuyến tần số tổng hợp đặc tuyến tần số tầng nguyên nhân làm giảm độ lợi băng thông toàn mạch so với tầng thành viên Ngoài gây lệch pha tín hiệu vào đặc tưng độ méo pha • Tổng trở ngõ vào: • Tổng trở ngõ ra: Zi = Vi = Z i1 = hie1 || RB1 Ii ZO = VO = Z O = RC I O Vi = • Hệ số khuếch đại điện áp: AVT = AV1 × AV2 Trong Với AV1 = − h fe1 ( RC1 || Z i ) hie1 Z i = R1 || R2 || hie AV2 = − h fe ( RC || RL ) hie • Hệ số khuếch đại dòng điện: AiT = Ai1 × Ai = − AVT Zi RL III MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BIẾN ÁP • Ưu điểm: dạng ghép cách ly dc tốt ghép biến áp có hiệu ghép RC RC mạch ghép biến áp gần không dó hiệu suất mạch cải tiến • Khuyết điểm: kích thước mạch lớn đáp ứng tần số mạch bò giảm cảm kháng cuộn dây, giá thành cao Đặc điểm máy biến áp: vp vs =  Np rin =   NS Np NS =a   rL = a RL  Tổng trở vào: Tổng trở ngõ ra: Zi = Vi = R1 || R2 || híe1 Ii VO ZO = IO Hệ số khuếch đại điện áp: Vi = = Z O2 ro = a2 1 AV = AV1 × × AV2 × a a1 a2 Trong AV1 = − h fe1 (rO1 || a12 hie ) AV2 = − hie1 h fe (rO || a22 RL ) hie • Hệ số khuếch đại dòng điện: Zi Ai = Ai1 × a1 × Ai2 × a = − AV RL IV MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP TRỰC TIẾP • Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo dạng IC mạch tích hợpintegrated circuit Đáp ứng với tín hiệu tần số thấp Ví dụ tín hiệu DC • Khuyết điểm: Không cách ly DC, mạch khó phân tích thiết kế phân cực V MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP DARLINGTON Hai transistor npn mắc Darlington Mạch tương đương Hệ số khuếch đại dòng điện dc transistor Q1 Q2 là: I C1 = β I B1 I E1 = ( β + 1) I B1 IB2 =IE1 , nên: Và: I C = β I B = β ( β + 1) I B1 I C = I C1 + I C = β1 I B1 + β ( β1 + 1) I B1 = [ β1 β + ( β1 + β )]I B1 I B = I B1 Ta có: I C = [ β β + ( β + β )]I B Và Vậy transistor tương đương có hệ số β là: β= IC = β1 β + β1 + β ≅ β1 β IB Vậy hai transistor mắc darlington tương đương transistor có hệ số khuếch đại dòng lớn (“superβ”) đâu ưu điểm mạch mắc darlington? Xét tín hiệu ac: Xét đến điện trở ngõ vào cực B E (re) tín hiệu nhỏ transistor tương đương • Ta có: • Vì I C ≈ I E nên: VT 0.026 re ≈ ≈ Ω IE IE 0.026 re2 ≈ Ω IC2 I C = I C1 + I C ≈ I C • Vậy: re ≈ 0.026 Ω IC • Điện trở nhìn vào từ cực B Q2 • hie ≈ β re 0.026 re1 ≈ Ω I E1 I E ≈ β I B = β I E1  0.026   = β re re1 ≈ β   I E2  • Tổng điện trở nhìn vào từ cực B E transistor tương đương, hay điện trở ngõ vào transistor tương đương là: hie = β1 (re1 + β re ) ≈ β1 β re hie β β re re = = = 2re β β1 β • Vậy ưu điểm thứ hai mạch ghép darlington có điện trở ngõ vào lớn Trong trường hợp mạch mắc CC sử dụng hai transistor mắc darlington cho điện trở ngõ vào lớn nhiều so với trường hợp sử dụng transistor IV MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP CASCODE • Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ mạch • Ta có Mà • Vậy • Nếu re 〈〈 RC , thì: Z in = hib = re R L1 = Z in Av1 ≈ − Av1 ≈ − h fe1 ( R L1 // RC ) hie1 h fe1 ( RL1 // RC ) hie1 =− h fe1 re hie re =− re1 • Nếu transistor Q1 Q2 có thông số, thì: Av1 ≈ −1 • Và • Vậy Av ≈ − RL re Av = Av1 Av = − Av Ai = Ai1 Ai = Ai1 Ai ≈ • Và: • Từ công thức ta thấy mạch CB đóng vai trò VII MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI  Có hai ngõ vào có tín hiệu vào gồm: • Tín hiệu cách chung (common): hai tín hiệu ngõ vào giống hệt (cùng pha biên độ): vic1 = vic = vic • Tín hiệu vi sai (differential): hai tín hiệu ngõ vào ngược pha với vvà biên độ: id = v id − v id = 2v id = −2v id vid = −vid = vid / Hay • Có hai ngõ đơn cực (vo1 , vo2) vàø ngõ vi sai (vo12 )  Xét phân cực DC VE = − VBE = −0,7(V ) IE = VE − (−VEE ) VEE − 0,7 ≈ RE RE I C1 = I C = IE VCE1 = VCE = VCC + V EE − IE RC − I E RE Hoạt động mạch với tín hiệu ac • Xét với tín hiệu cách chung Mạch tương đương tín hiệu nhỏ mạch vi sai với tín hiệu vào cách chung • Ta có vO1 = vO = −h fe RC • hệ số khuếch đại tín hiệu cách chung là: AVC1 = AVC h fe RC vO = AC = =− vC hie + 2(h fe + 1) RE •Xét với tín hiệu vi sai Mạch tương đương tín hiệu nhỏ mạch vi sai với tín hiệu vào vi sai • Ta cóù hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai tầng AVd h fe RC vO = =− vid hie • hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai tầng AVd • Đặt: h fe RC VO = =− Vid hie Ad = − h fe RC hie • Vì vO1 = AC viC + Ad vid vO = AC viC − Ad vid vO12 = vO1 − vO = Ad vid • Suy • Tỉ số triệt tín hiệu đồng pha (CMRR: Common Mode Rejection Ratio) Trong khuếch đại vi sai khuếch đại vi sai lý tưởng có AVC =0, hay nói cách khác tín hiệu nhiễu ngõ đơn cực phải không, thực tế khó đạt để AVC =0 RE =>∞ Để đo sai lệch so với lý tưởng người ta đònh nghóa hệ số gọi tỉ số triệt tín hiệu đồng A pha (CMRR): CMRR = d AC  Biện pháp làm tăng hệ số CMRR Để tăng CMRR biện pháp thường dùng thay nguồn dòng Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng  ... Để ghép nối tiếp nhiều tầng khuếch đại ta dùng ba cách ghép sau: - Ghép tụ liên lạc (ghép RC) - Ghép biến áp - Ghép trực tiếp • Sơ đồ khối mạch khuếch đại bao gồm nhiều tầng khuếch đại  Khi ghép. .. Phối hợp dãi thông tầng khuếch đại tương đương Các thông số mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch đại: • Hệ số khuếch đại điện áp: AVT = AV1 × AV2 × AV3 ×  × AVn • Hệ số khuếch đại dòng điện:... Khi ghép tầng khuếch đại với nhau, phải bảo đảm yêu cầu sau: Các tầng khuếch đại phải trạng thái khuếch đại Công suất tầng phải ổn đònh Phải phối hợp tương đồng hệ số khuếch đại tầng khuếch bảo