Bài giảng môn học điện tử công suất

Bài giảng môn Kỹ thuật điện Giảng viên: Vũ Minh Quang Bộ môn: Kỹ thuật điện Khoa: Năng lượng Email: quangvmtl@gmail.com  Giáo trình: Nhập mơn Kỹ thuật điện – Bm.Kỹ thuật điện, DHTL Introduction to electrical engineering - Sarma, Mulukutla S   Đường link: http://www.4shared.com/dir/26631729/c66310dd/Ky_thuat_dien html http://cid-aef65ac247949ece.skydrive.live.com/browse.aspx/Publ ic  Nhập môn Kỹ thuật điện  Phần Kỹ thuật điện tử  Chương  Chương  Chương  Chương Chương 5-Khối tương tự khuếch đại thuật toán Khuếch đại thuật toán Khuếch đại thuật toán lý tưởng Phần Chương 5.1 Khuếch đại thuật toán  Một khuếch đại mơ hình hóa thiết bị hai cổng Đó hộp với hai cặp cực gắn đầu vào đầu hình 5.1.1(a) Mơ hình mạch điện khối khuếch đại cho hình 5.1.1(b) phát triển dựa sở dẫn giải sau   Bởi vì, với hầu hết khuếch đại, dòng điện đầu vào tỉ lệ với điện áp đầu vào, đó cực đầu vào mơ hình nối với điện trở , điện trở đầu vào(input resistance) khuếch đại Do khuếch đại cấp cơng suất điện (ví dụ đến loa), dòng điện đầu có thể mơ tả mơ hình nguồn Thévenin nó Điện trở Thévenin hiểu điện trở ra(output resistance) điện áp Thévenin nguồn điện áp phụ thuộc(dependent voltage source) , gọi hệ số khuếch đại điện áp hở mạch Chương Chương 5.1 Khuếch đại thuật toán (a) vào (b) Hình E5.1.1 Chương Hết 5.1 Chương 5.2 Khuếch đại lý tưởng Khái niệm     Khuếch đại thuật toán coi khối xây dựng sẵn có (building blocks) Những khối mô tả điện trở đầu vào, điện trở đầu ra, hệ số khuếch đại điện áp hở mạch Hai cực đầu vào không đảo đầu vào đảo gắn nhãn + – v p hiệu nối đất (ground)   Cực chung biểu thị ký Đất   Hình 5.2.1 Khuêch đai thuật toan Điện áp quan hệ với vi sai hai điện áp vào sau Trong đó A hệ số khuếch đại điện áp vòng hở v o = A(v p Chương − ) Chương 5.2 Khuếch đại lý tưởng Khái niệm  Khuếch đại thuật toán lý tưởng xấp xỉ gần gần theo hai đặc tính sau   i p in bằngi0, Dòng điện vào p = in = Điện áp vi sai vd v0,d = Hình 5.2.2 Khuêch đai thuật toan ly tương Chương Chương 5.2 Khuếch đại lý tưởng Ứng dụng khuếch đại thuật toán a Khuếch đại đảo Đầu vào đảo Đầu vào khơng đảo Hình 5.4.1 Khuêch đai đảo v0 R2 = − Hệ số khuếch đại đảo là: vi R1 + ( R1 + R2 ) / A0 R1  Với Chương A → ∞ v0 R2 = − : vi R1 Chương 5.2 Khuếch đại lý tưởng Ứng dụng khuếch đại thuật tốn b Khuếch đại khơng đảo Hình 5.4.2 Khuếch đại khơng đảo vo vo  R2  = = +  ÷ Hệ số khuếch đại đảo là: vi v2  R1  + ( R1 + R2 ) / Ao R1  vo R2 = + A  → ∞ Với : v R1 i Chương Chương 5.2 Khuếch đại lý tưởng Ứng dụng khuếch đại thuật tốn c Khuếch đại cộng đảo Hình 5.4.3 Khch đai cộng đảo N Rf Rf  Rf  v v0 = −  vi1 + vi + + viN ÷ = − R f ∑ in R2 RN n =1 Rn  R1  Chương Chương 7.3 Transistor lưỡng cực Ví dụ  VBE=VCE- RBIB  Nếu mạch làm việc chế độ bão hòa - VCE=0.2-0.3V IB>0 →VBE 0.7V → Transistor không làm việc chế độ khóa Chương Chương 7.3 Transistor lưỡng cực Ví dụ       Loại bỏ hai chế độ trên, thay sơ đồ transistor tương đương chế độ tích cực Áp dụng công thức IE=IC+IB ; IC=βIB;IE=(β+1)IB Áp dụng LKA: →20-60IB-0.7-4*81IB=0 → IBQ=0.05mA, ICQ=4mA, VCEQ=3.8V Chương Chương 7.3 Transistor lưỡng cực 5.Sơ đồ tương đương BJT  Sơ đồ tương đương BJT làm việc với tín hiệu nhỏ Các thơng số iC=f(vBE, vCE), tuyến tính hóa quanh điểm làm việc chiều (xem thêm hiệu ứng Early trang 361) ∆iC = g m ∆vBE + gm = δ iC δ vBE δi = C ro δ vCE rπ = ∆vBE ∆iB = Q = Q = Q ∆vCE r0 I CQ VT I CQ VA ∆iC ∆vBE ∆iB ∆iC vπ = ∆vBE = rπ ∆iB Chương ≅ Q δ iC δ iB Q β = g m gm Mạch điện tương đương tín hiệu nhỏ BJT Chương 7.3 Transistor lưỡng cực 5.Sơ đồ tương đương BJT  Sơ đồ tương đương BJT với tín hiệu lớn: Nguồn dòng điều khiển được bằng dòng điện ( cớ định) (cớ định) Chương Chương 7.3 Transistor lưỡng cực 5.Sơ đồ tương đương BJT Hình7.3.8 Mơ hình npn BJT tín hiệu lớn (a) Mơ hình mạch điện tuyến tính lí tưởng, (b) Trạng thái bão hòa lí tưởng, (c) Trạng thái khóa lí tưởng Chương Hết 7.3 Chương 8- Khuếch đại transistor Phân cực transistor lưỡng cực (BJT) Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) Phần Chương 8.1 Phân cực transistor lưỡng cực (BJT) Khơng có phương pháp chung để phân cực cho transistor Có thể sử dụng cách sau để phân cực cho transistor:   VCE = Vcc/2 VRC = 3Vcc/8 VRE = Vcc/8    3VCC RC = I CQ  RE = ( VCC I CQ + I BQ ) = VCC β ( + β ) I CQ Chú ý VB = VE +VBE = VE + 0,7 với silicon I2 = 5IBQ R2 ≅ 0.7 + ( VCC /8 ) Chương I BQ R1 ≅ VCC − VB ( 7VCC / ) − 0.7 = I BQ I BQ Hết 8.1 Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) Có ba mạch khuếch đại bản    Khuếch đại transistor mắc theo kiểu phát chung Khuếch đại transistor mắc theo kiểu góp chung Khuếch đại transistor mắc theo kiểu gốc chung Chương Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 1.Khuếch đại mắc theo kiểu phát chung (CE) Điện áp xoay chiều khuếch đại Điện trở tải Tụ re Nguồn xoay chiều    Đất Các điện trở R1, R2, RC, RE xác định nhờ phân cực Tụ CB, CC, CE chọn để coi ngắn mạch tần số thấp dải tần quan tâm Sử dụng mơ hình tín hiệu nhỏ hình 7.3.7 (ngắn mạch nguồn Chương chiều)8 Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 1.Khuếch đại mắc theo kiểu phát chung (CE) Đất Hình 8.3.1 Khuếch đại chung E (a) Mạch điện (b) Mạch điện tương đương tín hiệu nhỏ Av1 = v R v1 = vπ = S in RS + Rin Chương Ai = vL − g m RL [ r0 || RC ] = v1 RL + [ r0 || RC ] iL − g m ( r0 || RC )( rπ || RB ) = iS RL + (r0 || RC ) Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 2.Khuếch đại mắc theo kiểu góp chung (CC) Điện trở tải Nguồn tín hiệu    Điện áp Đất Các điện trở R1, R2, RE xác định nhờ phân cực Tụ CB, CE chọn để coi ngắn mạch tần số thấp dải tần quan tâm Sử dụng mơ hình tín hiệu nhỏ hình 7.3.7 (ngắn mạch nguồn Chương chiều)8 Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 2.Khuếch đại mắc theo kiểu góp chung (CC) RB Ri RB + Ri RR RB = R1 || R2 = R1 + R2 Rin = RB || Ri = r0 → ∞ Ri ≅ rπ + (1 + g m rπ )( RE || RL ) Chương RW = r0 || RE || RL Ri = rπ + RW (1 + g m rπ ) Av1 ≅ Ai ≅ RW (1 + g m rπ ) vL = v1 rπ + RW (1 + g m rπ ) v R R Rin RW (1 + g m rπ ) i Ai = L = L in = in Av1 = iS v1RL RL RL [ rπ + RW (1 + g m rπ )] Av1 = (1 + g m rπ )( RE || RL ) ≅1 rπ + (1 + g m rπ )( RE || RL ) (1 + g m rπ )( RE || RL ) RB RL [ rπ + RB + (1 + g m rπ )( RE || RL )] Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 3.Khuếch đại mắc theo kiểu gốc chung (B) Điện áp Nguồn xoay chiều (a) Đất    Các điện trở R1, R2, RC, RE xác định nhờ phân cực Tụ CB, CC, CE chọn để coi ngắn mạch tần số thấp dải tần quan tâm Sử dụng mơ hình tín hiệu nhỏ hình 7.3.7 (ngắn mạch nguồn Chương chiều)8 Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) 3.Khuếch đại mắc theo kiểu gốc chung (B) (b) Đất Hình 8.3.3 Mạch khuếch đại chung B (a) Mạch điện (b) Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ RC RL R R (rπ || RE )(r0 + RH ) Rin = RE || Ri = E i = RC + RL RE + Ri r0 + RH + (rπ || RE )(1 + g m r0 ) rπ (r0 + RH ) Ri = rπ + RH + r0 (1 + g m rπ ) RH = RC || RL = r0 → ∞ Ri ≅ rπ + g m rπ Av1 ≅ g m ( RC || RL ) Rin ≅ (rπ || RE ) + g m ( rπ || RE ) Ai ≅ Chương g m ( RC || RL )(rπ || RE ) RL [ + g m (rπ || RE )] Av1 = R (1 + g m r0 ) vL v = L = H v1 −vπ RH + r0 Ai = Rin RH ( rπ || RE )(1 + g m r0 ) Av1 = RL RL [ r0 + RH + (rπ || RE )(1 + g m r0 ) ] Chương 8.3 Khuếch đại transistor lưỡng cực (BJT) So sánh mạch khuếch đại mắc E, C, B chung    Mạch khuếch đại mắc theo kiểu E chung: khuếch đại điện áp, dòng điện, tín hiệu vào/ra ngược pha với Mạch khuếch đại C chung: hệ sốố́ khuếch đại điện áp xấp xỉ 1; hệ số khuếch đại dòng điện lớn Mạch khuếch đại B chung: khơng khuếch đại dòng điện, khuếch đại điện áp Chương Hết 8.3 ... điện trở , điện trở đầu vào(input resistance) khuếch đại Do khuếch đại cấp cơng suất điện (ví dụ đến loa), dòng điện đầu có thể mơ tả mơ hình nguồn Thévenin nó Điện trở Thévenin hiểu điện trở... mạch điện khối khuếch đại cho hình 5.1.1(b) phát triển dựa sở dẫn giải sau   Bởi vì, với hầu hết khuếch đại, dòng điện đầu vào tỉ lệ với điện áp đầu vào, đó cực đầu vào mơ hình nối với điện. ..Nhập môn Kỹ thuật điện  Phần Kỹ thuật điện tử  Chương  Chương  Chương  Chương Chương 5-Khối tương tự khuếch đại thuật