Chuong 5 mach KD cong suat(20 7 15)

CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Tương ứng với chương 15 sách Microelectronic Circuit Design_Richard C Jaeger & Travis N Blalock Nội dung chương  5.1 Đặc điểm tầng khuếch đại công suất  5.2 Mạch khuếch đại chế độ A  5.3 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ A  5.4 Mạch khuếch đại chế độ B  5.5 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ B  5.6 Mạch khuếch đại chế độ AB  5.7 Mạch chống ngắn mạch  5.8 Nguồn dòng  5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực  5.10 Mạch khuếch đại công suất âm tần OTL  5.10 Mạch khuếch đại công suất âm tần OCL 5.1 Đặc điểm tầng khuếch đại công suất  Tầng ngõ thiết kế để cung cấp trở kháng nhỏ khả lái dòng lớn  Mạch Followers: Mạch khuếch A- transistors hoạt động 3600 tín hiệu sóng vào  Mạch Push-pull: Mạch khuếch B- transistor hoạt động nửa chu kì đầu transistor hoạt động chu kì sau tín hiệu sóng vào  Mạch khuếch AB: Các đặc tính mạch loại A loại B kết hợp với nhau, thường sử dụng làm tầng ngõ mạch khuếch đại thuật toán 5.2 Mạch khuếch đại chế độ A Tầng ngõ thường yêu cầu trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ nhỏ hệ số khuếch đại điện Mạch khuếch đại chế độ A : transistor hoạt động chu kì (360°) tín hiệu sóng vào Ví dụ: common-drain (theo nguồn) vout vin 5.2 Mạch khuếch đại chế độ A Nếu RL=: Vùng hoạt động mạch khuếch đại: (vùng bão hòa) Trong vùng bão hòa: vout vin VGS-VTN≤VDS  VGS≤VDS+VTN Vin = vout+VGS ≤ vout+VDS+VTN = VDD + VTN  Vin ≤ VDD + VTN 5.2 Mạch khuếch đại chế độ A Nếu RL=: Biên độ tín hiệu ra? vout vin Tín hiệu theo tín hiệu vào với phần bù K1 5.2 Mạch khuếch đại chế độ A Nếu RL=: (vout )min  VSS (vout )max  VDD and (vin )min  VSS  vGS vout vin (vin )max  VDD  vGS Độ rộng vout không bị hạn chế transistor ln ln hoạt động 5.2 Mạch khuếch đại chế độ A Nếu RL:I DS  I SS  vout RL Giữ cho transistor “ON” (vout)min xảy transistor tắt, IDS đạt cực tiểu vout  ( I DS  I SS )  RL (vout )min   I SS RL vout vin At cut-off vGS  VTN (vin )min   I SS RL  vGS   I SS RL  VTN (vout )max  VDD and, (vin )max  VDD  vGS 5.3 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ A Vấn đề mạch khuếch A hiệu suất Hiệu suất tỉ số lượng cung cấp cho tải (cực đại) lượng cung cấp cho mạch khuếch đại P Giả sử: vout = VDD sint   ac Pav T (VDD sin  t )2 Pac   dt T RL vout vin VDD  T RL  T VDD  T RL  T 0 (sin  t )2 dt (1  cos 2 t ) dt 2 VDD T VDD   T RL 2 RL 5.3 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ A   Pac Pav Pav  T vout vin  T [ I SSVSS  I SSVDD  Current drawn from VSS VDD sin  t VDD ]dt RL Current drawn from VDD into drain  I SSVSS  I SSVDD   I SS  (VSS  VDD ) VDD RL    ; with VDD  VSS 2VDD RL 10 5.6 Mạch khuếch đại chế độ AB 5.7 Mạch chống ngắn mạch Dòng điện lớn, lượng khuếch tán lớn phát hủy trực tiếp liên kết base-emitter phá hủy BJT ngõ mạch follower bị nối tắt vào đất Q2 bổ xung để bảo vệ mạch emitter follower Thông thường, điện áp R 10 MW, BJT với (o, VA) = (80, 100 V) (150, 75 V), VB phải thấp Giả sử: Hoạt động vùng tích cực với mơ hình tín hiệu nhỏ VBE = 0.7 V, VT = 0.025 V, chọn Vo = V đại diện cho giá trị đầu Phân tích mạch:        o R        E  oro R R  r  R E V  Io Rout  oV CS A oV  Io Rout  (200μA)(10MΩ)  2000V A Rout  ro 1 5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ Cả hai BJT thõa mãn điều kiện Nhưng chọn BJT (150, 75V) với oVA cao Tổng dòng điện < 250 A Khi dòng 200 A, tối đa 50 A sử dụng mạch phân cực Dòng sử dụng mạch phân cực phải từ đến 10 dòng BJT (1.33 A cho BJT với hệ số khuếch đại dòng 150) Vì dòng phân cực =20 A RBB lớn làm giảm trở kháng ngõ output compliance range (tăng VBB) Đánh đổi việc tăng lên dòng hoạt động cho vùng hoạt động chuẩn rộng hơn, chọn dòng phân cực 40 A R  R  15V  375kW 40A 5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ 5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ 5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ  Bên cạnh cơng thức ta sử dụng bảng tra để phân tích tham số Tham số VBB sử dụng để xác định tham số khác Io I  B  F V  V   BB BB   R  (R  R )  375kW  1 15  15  R R R BB   V V  (V V  I R ) BB BE B BB CE EE V V ro  A CE Io oV T r  Io R  (R  R )  R  375kW  R 2 1 V V  I R  BB BE B BB  R   E F Io                Rout  ro 1 o R E R R  r  R E        5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ     Từ bảng tra, giá trị nhỏ VBB mà trở kháng đầu > 10MW với ngưỡng an toàn 4.5 V, dẫn đến trở kháng đầu 10.7MW Phân tích mạch với 1% giá trị điện trở cho ta Io = 200 A dòng cung cấp = 244 A Kết vẽ hình Thiết kế nguồn dòng sử dụng MOSFET làm theo cách tương tự 5.9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ     Từ bảng tra, giá trị nhỏ VBB mà trở kháng đầu > 10MW với ngưỡng an toàn 4.5 V, dẫn đến trở kháng đầu 10.7MW Phân tích mạch với 1% giá trị điện trở cho ta Io = 200 A dòng cung cấp = 244 A Kết vẽ hình Thiết kế nguồn dòng sử dụng MOSFET làm theo cách tương tự MẠCH KHUẾCH ĐẠI OTL NGÕ VÀO VI SAI 29 MẠCH KHUẾCH ĐẠI OCL NGÕ VÀO VI SAI 30 KẾT THÚC CHƯƠNG 31 Tương ứng với chương 15 sách Microelectronic Circuit Design_Richard C Jaeger & Travis N Blalock ... chương  5. 1 Đặc điểm tầng khuếch đại công suất  5. 2 Mạch khuếch đại chế độ A  5. 3 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ A  5. 4 Mạch khuếch đại chế độ B  5. 5 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ B  5. 6... AB  5. 7 Mạch chống ngắn mạch  5. 8 Nguồn dòng  5. 9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực  5. 10 Mạch khuếch đại công suất âm tần OTL  5. 10 Mạch khuếch đại công suất âm tần OCL 5. 1...  ro 1 5. 9.Thiết kế nguồn dòng sử dụng transistor lưỡng cực: Ví dụ Cả hai BJT thõa mãn điều kiện Nhưng chọn BJT ( 150 , 75V) với oVA cao Tổng dòng điện < 250 A Khi dòng 200 A, tối đa 50 A sử