Tài liệu Chương 4: Phân tích và thiết kế mạch tín hiệu nhỏ tần số thấp ppt

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 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 2 4.1 Giới thiệu 9 Phương pháp đồ thò 9 Tín hiệu nhỏ 9 Mô hình mạch tương đương tín hiệu nhỏ 4.2 Các thông số Hybrid x Mạng hai cửa: v 1 , i 1 , v 2 , i 2 x Các thông số đặc trưng: Trở kháng (impedance); dẫn nạp (admittance), hybrid, … x Các thông số hybrid: 2121111 vhihv  2221212 vhihi  Với TST: 211 vhihv r i  212 vhihi of  Đònh nghóa : 0 2 1 1 v i v h i = Trở kháng ngõ vào khi ngõ ra ngắn mạch 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 3 0 1 2 1 i v v h r = Độ lợi điện áp ngược (reverse voltage gain) khi ngõ vào hở mạch 0 2 1 2 v i i h f = Độ lợi dòng thuận (forward current gain) khi ngõ ra ngắn mạch 0 1 2 2 i v i h o = Dẫn nạp ngõ ra khi ngõ vào hở mạch Lưu ý : - v 1 , i 1 , v 2 , i 2 , là các đại lượng tín hiệu nhỏ - Các thông số hybrid h phụ thuộc vào tónh 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: h fe là h f 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 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 4 Xác đònh các hệ số hybrid cho cấu hình CE: x Độ lợi điện áp ngược h re : Thường rất nhỏ, bỏ qua. x Dẫn nạp ngõ ra h oe : Q i i i v i h B C b ce c oe ' ' 0 : Hệ số góc của đặc tuyến (i C ,v CE ) tại Q. Thường h oe d 10 - 4 S, và (1/h oe ) // R L (| 1 y 2K)  Bỏ qua h oe . x Độ lợi dòng thuận h fe : E | ' ' FE B C b c fe h Q i i Q i i h x Trở kháng ngõ vào h ie : CQ T fe E BE fe B BE b be ie I V mh Q i v h Q i v Q i v h | ' ' | ' ' Mạch tương đương của TST: 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 5 Mạch tương đương của cấu hình CE: Xác đònh các tham số của cấu hình CE: Độ lợi dòng:  ieb b fe i b b L i L i hR R h i i i i i i A   Trở kháng ngõ vào: iebi hRZ // Trở kháng ngõ ra: oe o h Z 1 (Nếu bỏ qua h oe , Z o ov) Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử h fe = h FE = 50. Xác đònh: a) Tónh điểm Q b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ, giả sử bỏ qua h oe và h re c) Độ lợi dòng A i = i L / i i d) Trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng e) Trở kháng ngõ ra nhìn từ tải 1K 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 6 a) Tónh điểm Q: 424 5010 10  BB V V; 5010 5010  u b R = 8.3K 2.2 7.4 /   |   e BEBB be BEBB CQ R VV RR VV I E = 1.5mA; CQecCCCEQ IRRV V )(  = 15V b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 5.1 25 50 25 CQ feie I m V hh = 833: Bỏ qua h oe và h re , mạch tương đương tín hiệu nhỏ: c) Độ lợi dòng A i : i b b L i L i i i i i i i A ; L c c b L RR R i i   )50( = - 39.6; ieib ib i b hrR r R i i  )//( )//( = 0.85  A i = (0.85)(-39.6) = - 34 d) Trở kháng ngõ vào: iebii hRrZ //// = 700: e) Trở kháng ngõ ra: Z o = R C = 3.8K 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 7 Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng của mạch khuếch đại trong ví dụ 1, giả sử: h re = 10 -4 và h 0e = 10 -4 mho Mạch tương đương: Ngõ ra: b L coe coe feL i RRh R h hi   ]//)/1[( ]//)/1[( = - 36.7i b  v ce = R L i L = - 36.7u10 3 u i b Sử dụng KVL ngõ vào: v b = 830i b + 10 -4 u v ce = (830 – 3.67)i b | 830i b Nhận xét 1 : nh hưởng của h re là không đáng kể Sử dụng KCL ngõ vào: bbbbbi iiii KK vi 183.1 8300 1 10000 1 830 3.8 1 10 1  ¸ ¹ · ¨ © §   ¸ ¹ · ¨ © §  Suy ra:  )183.1/1)(7.36( i b b L i L i i i i i i i A -31 Nhận xét 2 : So sánh với ví dụ 1 (A i = -34), ảnh hưởng của h oe lên A i là không đáng kể. 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 8 4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB) x Các thông số hybrid: v eb = h ib (-i e ) + h rb v cb i c = h fb i e + h oe v cb Lưu ý : Chiều qui ước của i e , i c . x Xác đònh các thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE ie eb febfecbe h v hihiii     )1()1( , suy ra: 9 Trở kháng ngõ vào h ib : EQ T fe ie cb e eb i eb ib I V h h v i v i v h   1 0 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 9 9 Độ lợi điện áp ngược h rb : h rb | 10 –4 : Thường bỏ qua. 9 Độ lợi dòng thuận h fb : 1 0  fe fe cb e c fb h h v i i h 9 Dẫn nạp ngõ ra h ob : Sử dụng mạch tương đương CE có h oe : Theo đònh nghóa: 0 e cb c ob i v i h Từ mạch CE: i c = - i b ; i hoe = (h fe +1)i b  v cb = v ce + v eb = (-i b )(h fe + 1)(1/h oe ) + (-i b )(h ie )  v cb | (-i b )(h fe + 1)(1/h oe ) = (i c )(h fe + 1)(1/h oe )  fe oe e cb c ob h h i v i h  1 0 Nhận xét : i) h rb và h ob thường rất nhỏ: Bỏ qua ii) Các thông số hybrid CB (h ib , h fb , h ob ) có được bằng cách lấy các thông số CE tương ứng chia cho (1+h fe ) Ví dụ 3: a) Xác đònh các thông số CB của ví dụ 1, cho 1/h oe = 10K. b) TST trên được sử dụng trong cấu hình CB với r i = 100; R L = 5K. Xác đònh độ lợi dòng A i ; áp A v , trở kháng vào Z i ; ra Z o a) Từ ví dụ 1: h fe = 50; h ie = 0.83K; h oe = 10 –4 mho; h re = 0. Suy ra: 98.0 1  fe fe fb h h h ; fe ie ib h h h  1 = 16:; fe oe ob h h h  1 = 2u10 -6 ; h rb = 0. 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 4 10 b) Mạch tương đương: ¸ ¹ · ¨ © §     16100 100 5500 500 )98.0( i L i i i A = 0.83 i L i L i L v i i r R v v A = 41.5 Z i = 16: Z 0 = 500K 4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC) (Mạch Emitter Follower - EF) x Tính chất: - Độ lợi áp A v | 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: 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com [...]... vb = vbe + ieRe Do vbe = ibhie và ieRe = (hfe + 1)ibRe vb ib hie ib ( h fe 1) Re Mạch tương đương (chuẩn ib) Av và (1 h fe ) Re ve vi hie Zi hie (1 h fe ) Re ( h fe 1) Re Rb // hie ri Rb // hie Nhìn từ cực E: Biến đổi tương đương Thevenin ngõ vào: , ri, ib ie KVL: v i Do ib vi, h fe 1 ri, h fe 1 Chương 4 v be (1 h fe ) Re Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE: ve và v be ie (1 h fe ) Re hie ib... (hfe + 1)) p: Không đổi Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh trở kháng Biến đổi mạch tương đương: Ai h fe Chương 4 ri, Rc Rc R L ri, hie ( h fe 1) Re http://www.khvt.com 12 Ví dụ 5: Tính v1 và v2 của mạch đảo pha (phase inverter) sau: Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B v1 vi Re ( h fe 1) Rb Rb Dòng ie : ie Mạch tương đương (b) ri ( ri // Rb ) hie v1 Re Ngõ ra cực C: v 2 Re ( h fe 1) v ic h... ie Mạch tương đương (chuẩn ie) http://www.khvt.com 11 Zo hib ri, h fe 1 Phản ánh trở kháng: Phản ánh từ Emitter Base (chuẩn ib) Dòng / (hfe + 1) (Ví dụ: ie ie/(hfe + 1)) Trở kháng (hfe + 1) (Ví dụ: Re Re(hfe + 1)) p: Không đổi (Ví du: ve ve) Phản ánh từ Base Emitter (chuẩn ie) Dòng (hfe + 1) (Ví dụ: ib ib(hfe + 1)) Trở kháng / (hfe + 1) (Ví dụ: r’i r’i / (hfe + 1)) p: Không đổi Ví dụ 4: Phân tích mạch. .. (b) ri ( ri // Rb ) hie v1 Re Ngõ ra cực C: v 2 Re ( h fe 1) v ic h fb ie h fb 1 Re R i c Rc h fb c v1 Re Nếu chọn hfbRc ( Rc) = Re v2 = - v1 : Đảo pha 4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT Chương 4 http://www.khvt.com 13 . 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. CQecCCCEQ IRRV V )(  = 15V b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 5.1 25 50 25 CQ feie I m V hh = 833: Bỏ qua h oe và h re , mạch tương đương tín hiệu nhỏ: c) Độ lợi