Mạch điện tử - Chương 4

.Mạch điện tử cơ bản là giáo trình được biên soạn theo đề cương do Sở Giáo dục và Đào tạo thành phố Hà Nội xây dựng và thông qua. Đây là giáo trình dành cho chuyên ngành đào tạo hệ kỹ thuật v

Chương 4 1

Chương 4: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ MẠCH TÍN HIỆU NHỎ TẦN SỐ THẤP

4.1 Giới thiệu

4.2 Các thông số Hybrid

4.3 Cấu hình E chung (Common Emitter – CE)

4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB)

4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC)

4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT

http://www.khvt.com

4.1 Giới thiệu

9 Phương pháp đồ thị

9 Tín hiệu nhỏ

9 Mô hình mạch tương đương tín hiệu nhỏ

4.2 Các thông số Hybrid

x Mạng hai cửa: v1, i1, v2, i2

x Các thông số đặc trưng: Trở kháng (impedance); dẫn nạp (admittance), hybrid, …

x Các thông số hybrid:

2 12 1

11

2 22 1

21

Với TST: v1 hii1  hrv2

2 1

Định nghĩa:

0

2 1

1

v i v

hi = Trở kháng ngõ vào khi ngõ ra ngắn mạch

Chương 4 3

0

1 2

1

i v

v

hr = Độ lợi điện áp ngược (reverse voltage gain) khi ngõ vào hở mạch

0

2 1

2

v i

i

hf = Độ lợi dòng thuận (forward current gain) khi ngõ ra ngắn mạch

0

1 2

2

i v

i

ho = Dẫn nạp ngõ ra khi ngõ vào hở mạch

Lưu ý: - v1, i1, v2, i2, là các đại lượng tín hiệu nhỏ

- Các thông số hybrid h phụ thuộc vào tĩnh điểm Q của TST

- Các thông số hybrid h cho các cấu hình khác nhau (CE, CB, CC) được ký hiệu bằng cách thêm vào các chỉ số thích hợp (e, b, c): Ví dụ: hfe là hf cho cấu hình CE, …

4.3 Cấu hình E chung (Common Emitter – CE)

Sử dụng nguyên lý xếp chồng (Superposition):

- DC: Chương 2

- AC: Tín hiệu nhỏ: Biến đổi mạch tương đương

http://www.khvt.com

Xác định các hệ số hybrid cho cấu hình CE:

x Độ lợi điện áp ngược hre : Thường rất nhỏ, bỏ qua

x Dẫn nạp ngõ ra hoe :

Q i

i i

v

i h

B

C b

ce

c oe

'

'

0 : Hệ số góc của đặc tuyến (iC,vCE) tại Q Thường hoe d 10- 4 S, và (1/hoe) // RL (| 1 y 2K) Ÿ Bỏ qua hoe

'

'

FE B

C b

c

Q i

i Q

i

i h

x Trở kháng ngõ vào hie :

CQ

T fe E

BE fe

B

BE b

be

V mh Q

i

v h

Q i

v Q

i

v

'

'

| '

'

Mạch tương đương của TST:

Chương 4 5

Mạch tương đương của cấu hình CE:

Xác định các tham số của cấu hình CE:

ie b

b fe

i

b b

L i

L

R h

i

i i

i i

i A





Trở kháng ngõ vào: Zi Rb // hie

Trở kháng ngõ ra:

oe

Z 1 (Nếu bỏ qua hoe, Zo ov)

Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử hfe = hFE = 50 Xác định:

a) Tĩnh điểm Q b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ, giả sử bỏ qua hoe và hre

c) Độ lợi dòng Ai = iL / ii d) Trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng e) Trở kháng ngõ ra nhìn từ tải 1K

http://www.khvt.com

a) Tĩnh điểm Q:

4

24 50 10

10



BB

50 10

50

10



u

b

2 2

7

4 /





|





e

BE BB

b e

BE BB

V

V R

R

V V

I

E = 1.5mA; VCEQ VCC  ( Rc  Re) ICQ = 15V b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:

5 1

25 50

25

CQ

fe

mV h

Bỏ qua hoe và hre, mạch tương

đương tín hiệu nhỏ:

c) Độ lợi dòng Ai:

i

b b

L i

L

i i

i i

i

L c

c b

L

R R

R i

i



 50 )

ie i

b

i b i

b

h r

R

r

R i

i

 ) //

(

) //

(

= 0.85 Ÿ Ai = (0.85)(-39.6) = - 34

d) Trở kháng ngõ vào:

ie b

i

e) Trở kháng ngõ ra:

Zo = RC = 3.8K

Chương 4 7

Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng của mạch khuếch đại trong ví dụ 1, giả sử: hre = 10-4 và h0e = 10-4 mho Mạch tương đương:

L c

oe

c oe

fe

R R

h

R h

h

i





] //

) /

1 [(

] //

) /

1

[(

= - 36.7ib

Ÿ vce = RLiL = - 36.7u103u ib

Sử dụng KVL ngõ vào: vb = 830ib + 10-4 u vce = (830 – 3.67)ib | 830ib

Nhận xét 1: Aûnh hưởng của hre là không đáng kể

K K

v

8300

1 10000

1 830

3 8

1 10

1



¸

¹

·

¨

©



¸

¹

·

¨

©

Suy ra: (  36 7 )( 1 / 1 183 )

i

b b

L i

L

i i

i i

i

Nhận xét 2: So sánh với ví dụ 1 (Ai = -34), ảnh hưởng của hoe lên Ai là không đáng kể

http://www.khvt.com

4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB)

x Các thông số hybrid:

veb = hib(-ie) + hrbvcb

ic = hfbie + hoevcb Lưu ý: Chiều qui ước của ie, ic

x Xác định các thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE

ie

eb fe

b fe c

b

v h

i h i

i

9 Trở kháng ngõ vào hib:

EQ

T fe

ie cb

e

eb i

eb

V h

h v

i

v i

v h



Chương 4 9

9 Độ lợi điện áp ngược hrb : hrb | 10 –4 : Thường bỏ qua

9 Độ lợi dòng thuận hfb :

1

0 fe 

fe cb

e

c

h v

i

i h

9 Dẫn nạp ngõ ra hob : Sử dụng mạch tương đương CE có hoe :

Theo định nghĩa:

0

e cb

c

i h

Từ mạch CE: ic = - ib; ihoe = (hfe +1)ib

Ÿ vcb = vce + veb = (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) + (-ib)(hie)

Ÿ vcb | (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) = (ic)(hfe + 1)(1/hoe)

Ÿ

fe

oe e

cb

c

h i

v

i h

 1 0

Nhận xét: i) hrb và hob thường rất nhỏ: Bỏ qua

ii) Các thông số hybrid CB (hib, hfb, hob) có được bằng cách lấy các thông số CE

tương ứng chia cho (1+hfe)

Ví dụ 3: a) Xác định các thông số CB của ví dụ 1, cho 1/hoe = 10K

b) TST trên được sử dụng trong cấu hình CB với ri = 100; RL = 5K Xác định độ lợi dòng Ai ; áp Av , trở kháng vào Zi; ra Zo

a) Từ ví dụ 1: hfe = 50; hie = 0.83K; hoe = 10 –4 mho; hre = 0

1  fe

fe

h

fe

ie

h h



h h



-6

; hrb = 0

http://www.khvt.com

b) Mạch tương đương:

¸

¹

·

¨

©

§









16 100

100 5

500

500 )

98 0

(

i

L

i

i

L i

L i

L

i r

R v

v

Zi = 16:

Z0 = 500K

4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC) (Mạch Emitter Follower - EF)

x Tính chất: - Độ lợi áp Av | 1

- Trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ ra nhỏ: Impedance transformer

x Phân tích: - Mạch tương đương dùng thông số hybrid cấu hình CC

- Biến đổi tương đương sử dụng thông số hybrid cấu hình CE

Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE:

Chương 4 11

9 Nhìn từ cực B:

vb = vbe + ieRe Do vbe = ibhie và ieRe = (hfe + 1)ibRe

Ÿ vb ibhie  ib> ( hfe  1 ) Re@ Ÿ Mạch tương đương (chuẩn i b)

º

«

¬

ª











»

¼

º

«

¬

ª







e fe ie

b i

e fe ie

b e

fe ie

e fe i

e

R h

h

R R

h h

R

h v

v

A

) 1

( //

) 1

(

//

) 1

(

) 1

(

và Zi hie  ( hfe  1 ) Re

9 Nhìn từ cực E:

Biến đổi tương đương Thevenin ngõ vào: Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE:

KVL: vi, ri,ib  vbe  ve

Do

1



fe

e

i

fe

e ie

b ie

h

i h

i h

v

 1

fe

i

h

r

¸

¸

¹

·

¨

¨

©

§

 1

,

e)

http://www.khvt.com

1

,





fe

i ib

r h

Z

Phản ánh trở kháng:

Phản ánh từ Emitter o Base (chuẩn ib)

Dòng / (hfe + 1) (Ví dụ: ie o ie/(hfe + 1))

Trở kháng u (hfe + 1) (Ví dụ: Re o Re(hfe + 1))

Aùp: Không đổi (Ví du: ve o ve)

Phản ánh từ Base o Emitter (chuẩn ie) Dòng u (hfe + 1) (Ví dụ: ib o ib(hfe + 1)) Trở kháng / (hfe + 1) (Ví dụ: r’i o r’i / (hfe + 1)) Aùp: Không đổi

Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh

trở kháng

Biến đổi mạch tương đương:

i

i L

c

c fe

i

R h

h r

r R

R

R h

A

) 1 (

,

,











Chương 4 13

Ví dụ 5: Tính v1 và v2 của mạch đảo pha (phase inverter) sau:

Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B Ÿ Mạch tương đương (b)

Ÿ

) 1 (

) //

(

) 1

(



fe e i

b

b

h

R r

R

R v

v

Dòng ie :

e

v

e

fb e

fb

v h i

h

R

R h R

i

v

e

c fb c



Nếu chọn hfbRc (| Rc) = Re Ÿ v2 = - v1 : Đảo pha

4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT

<Xem TLTK [1], [2]>

http://www.khvt.com