Điều kiện cực đại đối xứng - Max-swing (Maximum symmetrical swing) Một điều kiện liên quan đến việc thiết kế mạch khuếch đại E chung lựa chọn điểm làm việc Q Trong phần giảng linh kiện điện tử phương trình đường tải tónh (dc load line) suy từ ngõ mạch ñieän H.2.9a RC R2 C rS VCC IC + T C VCE RL RE RB= vs IE RL ie R1//R2 RE a) + vce RC vl - R1 T ib rS IB vs ic vl - b) Hình H.2.9 VCC = VCE + ICRC +IERE VCE + IC(RC + RE) IC Trong đó: 1 VCE VCC R dc R dc (2.15) Rdc = RC + RE (2.16) Đường tải ngang điểm phân cực tónh (VCEQ, ICQ), vậy: I CQ 1 VCEQ VCC R dc R dc (2.17) Biểu diễn đặc tuyến BJT (hình H.2.10a) iC iC Đường tải dc, độ dốc 1/Rdc Đường biến thiên ac, độ dốc 1/Rac VCC/Rdc ICQ IBQ I’C Đường tải ac ICQ Q IBQ Q vCE VCEQ VCC a) vCE V’C VCEQ b) Hình H.2.10 Đường tải dc đường tải ac Nếu xét phương diện ac, từ hình H.2.9 suy ra: = vce+ieRE+ic(RC//RL) vce+ic[RE+(RC//RL) v ce R ac (2.18) Trong đó: Rac = RE+(RC//RL) (2.19) Ngoài : ic = iC - ICQ vaø vce = vCE - VCEQ, thay vaøo (2.18): ic i C I CQ v CE VCEQ R ac iC VCEQ v CE I CQ R ac R ac (2.20) (2.20) phương trình đường tải ac Vì Rac < Rdc nên đường tải ac dốc đường tải dc Cần lưu ý trường hợp RE bị by-pass tụ CE, RE không xuất biểu thức tính Rac, có biểu thức tính Rdc Để thoả điềukiện Max-swing phải phân cực cho Q nằm đường tải ac Nghóa phải xác định V’C (là giao điểm đường tải ac với trục vCE) phân cực VCEQ =V’C/2, xác định I’C (là giao điểm đường tải ac với trục iC) phân cực ICQ =I’C/2 Đường tải ac (2.20) cắt trục i C v CE : I' C I CQ VCEQ V' C VCEQ I CQ R ac R ac Để thỏa điều kiện Max - Swing, phải phân cực I CQ I CQ Từ (2.17) (2.21) VCEQ Rac VCEQ Rdc VCEQ I' C maø : I' C I CQ R ac VCEQ R ac VCC VCC VCEQ R Rdc dc Rac I CQ VCC Rac Rdc (2.21) (2.22) (2.23) Do thiết kế mạch tùy thuộc vào RL, RC RE phải xác định giá trị ICQ cho thoả điều kiện Max-swing công thức (2.23), từ suy giá trị IBQ thích hợp Chú ý thoả điều kiện Max-swing, nên giá trị ICQ VCQ tính được, biên độ biến đổi dòng ic biên độ biến đổi điện áp vce Sau tính toán mạch thoả điều kiện Max-swing, suy điện áp tối đa đỉnh đỉnh tải: Vl(p-p) = ICQ (RL //RC) (2.24) (2.24) biểu thức tính gần đúng, thực tế không đạt giá trị Thiết kế mạch V CC RC R2 Dòng qua BJT, biết giảng linh kiện điện tử: IC IC IB IE R1 RE Với: VBB VCC VBB VBE RB RE h fe R1 R1 R (2.25) RB = R1 // R2 (2.26) Từ biểu thức tính VBB RB dễ dàng suy ra: R2 VCC RB VBB R1 R VBB B 1 VCC (2.27) Trường hợp RB/hfe >> RE tức hfeRE >> RB, IC không phụ thuộc vào hfe, nghóa mạch hoạt động ổn định (do tham số hfe, VBE,… BJT thay đổi theo nhiệt độ) Thường để thỏa điều kiện ổn định cần chọn: hfeRE 10RB Nếu chọn hfeRE = 10 RB, thay vào (2.25) suy ra: I C (2.28) VBB VBE 1,1RE (2.29) Như biết RE, dòng phân cực tónh ICQ (suy từ yêu cầu Max-swing) tính VBB từ (2.29) suy RB từ (2.28) Sau có VBB RB, tính R1, R2 từ (2.27) Ví dụ: Thiết kế mạch khuếch đại hình vẽ H.2.11 Biết tải RL=2K, sử dụng BJT có hfe = 200 loại PNP(si), nguồn VCC = -24V, yêu cầu độ lợi áp mạch là: AV =vl/vin = -10 Sau thiết kế, tính toán độ lợi dòng Ai = il/iin, điện trở vào rin mạch, điện áp vl tối đa mà tín hiệu không bị méo (thỏa điều kiện Max-swing) Giải: Trong thiết kế có thường có chọn lựa phụ thuộc yêu cầu thiết kế, yêu cầu điện trở V CC RC R2 vl iin il RL mạch, nên chọn RC ro = RL = 2k để thỏa điều kiện phối hợp trở kháng Từ công thức tính độ lợi aùp: v in R1 AV RE RC // RL R // RL 1K 10 RE hib C 100 RE hib 10 10 Giả sử RE>>hib (sẽ kiểm tra lại giả thiết sau Hình H.2.11 tính ICQ), chọn RE = 100 Để thỏa điều kiện Max-swing, chọn: VCC 24V ICQ Rdc RE RC K 100 2,1K Rdc Rac Rac RC / / RL RE 1K 100 1,1K 24V 24V 0, 026V I CQ 7, 5mA h ib 3, 5 R E 2,1K 1,1K 3, K 7, 5mA VCC Choïn RB V - VBE = 0,1R E I CQ = BB VBB = 1,1R E I CQ + VBE = 1, 525V : h fe 1,1R E Vì R B = 0,1h fe R E = 0,1.200.100 = 2K R1 = R2 = RB 2K = = 2,14K VBB 1, 525 1124 VCC VCC 24 R B = 2K = 31, 5K VBB 1,125 Giá trị điện áp tối đa không bị méo : Độ lợi áp A i = -h fe v l(p-p) = 2.I CQ.(R C R L ) = 15V R B = 2K RC RB R C = R L = 2K R B + h fe h ib + R E R C + R L h fe = 200; h ib = R E = 100 A i = -9 Điện trở vào rin = R B / /h fe (h ib + R E ) = 2K / /200.100 = 1,8K Ví dụ: Thiết kế tầng khuếch đại C chung hình vẽ H.2.12 dùng BJT silicon, h fe=60, VCC =12Vsao cho Ai=10 với tải RL =100,sau tính AV, rin, ro bieát rs=1K V CC R2 rs rs C C vs R1 vl iR ib RB RE B vs RL RE hie vl ib RL i l rin Hình H.2.12 Mạch C chung mạch tương đương Giải: Chọn RE = RL=100 Rdc = RE= 100, Rac= RE // RL = 50 Để thỏa điều kiện Max-swing: VCC 12V 12V I CQ 80mA VCEQ VCC I CQ RE 4V Rac 50 I CQ Rac Rdc 150 Rdc 100 0,026 0,026V h ib 0,33 I CQ 80mA VCC Vì h ib 0, 33 RE / / RL 50 suy ra: Ai I CQ RB RE RB 10 RB 1, K RB R R R B E L RE / / RL 50 h fe 60 R VBB VBE VBB I CQ B RE h fe RB RE h fe R1 RB V BB VCC Độ lợi áp A v 1,38 5K R 1, K 100 0, 7V 10, 7V VBE 80mA 60 VCC 12V RB 1, K 1, 68 K VBB 10, 7V RE / / RL với h ib RE / / RL Av hib RE / / RL Điện trở vào rin RB / / h fe hib RE / / RL RB / / h fe RE / / RL 1,5K //3K 1K r / / RB 0, 33 10 / /100 9, 36 Điện trở ro RE / / hib s 1 h fe Điện áp tối đa (đỉnh - đỉnh)VL(p-p) I CQ RE / / RL 2.80mA.50 8V p p Ví dụ: Thiết kế mạch B chung hình vẽ H.2.14 dùng BJT silicon với hfe = 100, VCC = 24V, RL=2K, RE = 400, cho Av = vl/vin = 20 rs C v C in (1+hfe)ib rs vl iin vs RC RE il R1 R2 hie iin RL RE vs iR E ib vl il RB ib RC RL V CC rin Hình H.2.14 Mạch B chung mạch tương đương ro Giải: R // R L R // R L R Av C h ib B C R h fe AV h ib B h fe R C R L 2K R h ib B 50 A V 20 h fe h 100 fe Để thỏa điều kiện Max-swing: VCC 24V 24V ICQ ICQ 6,3 mA Rdc RC RE 2, K 2, K 1, K R R / / R R 1, K C L E ac R R 0, 026 hib 4,13 hib B 50 B 50 4,13 45,87 RB 4,59 K 6,3 100 100 VCC Rac Rdc Mặt khác : ICQ R VBB VBE VBB I CQ B RE VBE RB RE VBB 6,3mA 45,9 400 0, 3,51V RB R1 V BB VCC RB 4,59 K VBB 3,51V R1 5,38K v 24V CC R2 VCC RB 31, K VBB Giá trị điện áp tối đa (p - p) không bị méo : V0 ( p p ) I CQ RC / / RL 6,3mA K / /2 K 12, 6V ... vào RL, RC RE phải xác định giá trị ICQ cho thoả điều kiện Max-swing công thức (2.23), từ suy giá trị IBQ thích hợp Chú ý thoả điều kiện Max-swing, nên giá trị ICQ VCQ tính được, biên độ biến đổi... hợp RE bị by-pass tụ CE, RE không xuất biểu thức tính Rac, có biểu thức tính Rdc Để thoả điềukiện Max-swing phải phân cực cho Q nằm đường tải ac Nghóa phải xác định V’C (là giao điểm đường tải ac... tính được, biên độ biến đổi dòng ic biên độ biến đổi điện áp vce Sau tính toán mạch thoả điều kiện Max-swing, suy điện áp tối đa đỉnh đỉnh tải: Vl(p-p) = ICQ (RL //RC) (2.24) (2.24) biểu thức tính