Chương 5 1 Chương 5: MẠCH TRANSISTOR GHÉP LIÊN TẦNG 5.1 Giới thiệu 5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại 5.3 Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier) 5.4 Cấu hình Darlington 5.5 Mạch khuếch đại ghép Cascode 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 2 5.1 Giới thiệu Yêu cầu thiết kế: Độ lợi (gain), công suất ra, đáp ứng tần số, … Sử dụng nhiều hơn một TST. x Mạch khuếch đại DC: Ghép trực tiếp (direct coupling) x Mạch khuếch đại AC: Ghép điện dung (capacitive coupling) 5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại Ghép Cascade: x Ngõ ra của tầng 1 là ngõ vào của tầng 2, … x Mạch có thể gồm nhiều cấu hình ghép cascade (vd: CE-CC, CE-CE, …) Phân tích: x Xác đònh tónh điểm x Phân tích mạch tương đương tín hiệu nhỏ Xét mạch ghép AC (ac-coupling) sau: x Phân tích DC, xác đònh tónh điểm: Hai tầng độc lập (do ghép AC): Chương 2, 3. x Phân tích AC (tín hiệu nhỏ): Mạch tương đương: Chương 4 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 3 Độ lợi dòng: ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § 1 ' 1 ' 1 2 ' 2 ' 21 2 22 1 1 2 2 ieb b ieb bfe LC Cfe i b b b b L i L i hR R hR Rh RR Rh i i i i i i i i A Giả sử: h ie1 << R’ b1 ; h ie2 << R’ b2 ; R L << R C2 : A i | (-h fe1 )(-h fe2 ) N tầng ??? Ví dụ 1: Xác đònh độ lợi áp và biên độ dao động cực đại điện áp ngõ ra. Giả sử h fe = 100. x Xác đònh tónh điểm: Tầng 2: mA hRR VV I febe BEQCC CQ 65.9 / 222 2 | 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 4 Tầng 1: R b1 = R 1 // R 2 = 9.09K; V BB = V CC R 1 /(R 1 + R 2 ) = 1.82V mA hRR VV I febe BEQBB CQ 3.1 / 111 1 | x Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: :| 1920 1 11 CQ T feie I V hh ; :| 260 2 22 CQ T feie I V hh x Độ lợi áp: >@ » ¼ º « ¬ ª uu » ¼ º « ¬ ª 9.1)9//1( )9//1( 1 1 )50//(100//1100 50 50 2 2 1 1 2 2 K KhKK hK K v i i v v v v v A ie iei b b b b L i L v | -32 x Biên độ dao động cực đại điện áp ngõ ra: MaxSwing = min(MaxSwing 2 , A v2 u MaxSwing 1 ) với A v2 : Độ lợi điện áp tầng 2. 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 5 9 Tầng 2: R DC1 = 1K; R ac1 = 1K // 1K = 0.5K Từ DCLL và ACLL của tầng 2 MaxSwing 2 = 5V 9 Tầng 1: Tầng 2 mắc CC: Z in2 = R b2 // [h ie2 + (h fe2 + 1)(R e2 //R L ) | 33K R DC1 = 1K + 1K = 2K; R ac1 = 1K // 33K | 0.97K Từ DCLL và ACLL của tầng 1 MaxSwing 1 = 2.6V Tầng 2 mắc CC: A v2 = 222 22 12 2 )//)(1( )//)(1( ieLefe Lefe outin in hRRh RRh ZZ Z | 1 với Z out1 = R C1 = 1K 9 Suy ra: MaxSwing = 2.6V 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 6 Ví dụ 2: Cho mạch khuếch đại ghép trực tiếp sau. Xác đònh tónh điểm, độ lợi áp, maxswing ngõ ra x Xác đònh tónh điểm: Để đơn giản, xem I B = 0 trong các tính toán tónh điểm. V BE1 = 0.7V I 3 = 0.7/600 = 1.17 mA I C2 = I E2 = I 3 = 1.17 mA V CE2 = 9 – (1.17mA)(1.3K + 1.8K + 0.6K) = 4.7V V E2 = (1.17mA)(1.8K + 0.6K) = 2.8V V C1 = V B2 = V BE + V E2 = 0.7 + 2.8 = 3.5V = V CE1 I C1 = (9 – 3.5)/2.2K = 2.5 mA x Xác đònh MaxSwing: Vì tầng 2 mắc CE (A v thường >> 1) MaxSwing = MaxSwing 2 . Xét tầng 2: R DC = 1.3K + 1.8K + 0.6K = 3.7K R ac = 1.3K Từ DCLL và ACLL của tầng 2 MaxSwing = MaxSwing 2 = 1.5V 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 7 x Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: K I V hh CQ T feie 1 1 11 | ; K I V hh CQ T feie 14.2 2 22 | Suy ra: >@ » ¼ º « ¬ ª » ¼ º « ¬ ª u u 1)8.0//6.0( )8.0//6.0( )//8.1//6.0(2.0 1 2.2 2.2100 3.1100 12 1 1 2 2 KhKh K v i i i i v v v A ieiei b b b b L i L v A v = 4000 (| 72dB) n đònh phân cực: Mạch khuếch đại AC: Các tầng độc lập DC: Chương 3 Mạch khuếch đại DC: Big problem !!! Ví dụ 3: Xác đònh thay đổi của dòng tónh gây ra do ảnh hưởng của nhiệt độ lên V BE trong ví dụ 2. x Hồi tiếp: x Xác đònh độ ổn đònh: 'I C1 /'T và 'I C2 /'T: V B2 = 9V – 2.2K(I C1 + I B2 ) = 9 – 2.2K(I C1 + I C2 / h fe2 ) V E2 = V B2 – V BE2 = 9 – 2.2K(I C1 + I C2 / h fe2 ) – V BE2 Mặt khác: V E2 = 1.8KuI E2 + V BE1 | 1.8KuI C2 + V BE1 I C2 (1.8K + 2.2K / h fe2 ) = 9 – 2.2KuI C1 – V BE1 – V BE2 Tại B1: I C2 | I E2 = I B1 + V BE1 / 0.6K | I C1 / h fe1 + V BE1 / 0.6K 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 8 I C1 (2.2K + 1.8K / h fe1 + 2.2K / (h fe1 h fe2 )) = 9 - V BE1 (1 + 1.8K / 0.6K + 2.2K / (h fe2 0.6K)) - V BE2 I C1 | K VV BEBE 2.2 49 21 Khi nhiệt độ thay đổi: 'V BE / 'T = -k = -2.5 mV/ 0 C K CmV T I C 2.2 /5.25 0 1 u ' ' = 5.7 PA/ 0 C Tại B1:I C2 = I C1 / h fe1 + V BE1 / 0.6K K CmV T V KT I hT I BE C fe C 6.0 /5.2 6.0 11 0 1 1 1 2 | ' ' ' ' ' ' = -4.2 PA/ 0 C 5.3 Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier) Sử dụng: Phân tích: Giả sử mạch đối xứng, các TST giống nhau, mạch cực B giống nhau 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 9 Phân tích tónh điểm: V E1 = V E2 = (I E1 + I E2 )R e – V EE = 2I E1 R e – V EE = 2I E2 R e – V EE Do tính đối xứng, tách thành 2 mạch (R e o 2R e ): I EQ1 = I EQ2 = febe EE hRR V /2 7.0 V CEQ1 = V CEQ2 = V CC + V EE – I CQ (R c + 2R e ) Ví dụ 4: Trong mạch trên, cho V CC = V EE = 10V; R b = 0.2K; R e = 0.9K; R c = 0.2K; R L = 10:. Tính dao động cực đại dòng tải. Xem 2R e >> R b / h fe Theo phân tích tónh điểm: I CQ = (10 – 0.7) / (2u0.9) = 5.17 mA V CEQ = 10 + 10 – 5.17(0.2 + 2u0.9) = 9.66V DCLL: R DC = R c + 2R e = 2K ACLL: R ac = R c // R L | 10: (???) Dựa vào đồ thò: I C2max = 5.17 mA I Lmax | 5.17 mA 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 5 10 Phân tích tín hiệu nhỏ: Phản ánh mạch cực B (nguồn i 1 và i 2 ) về cực E: Đặt i 0 = (i 1 + i 2 )/2 và 'i = i 2 – i 1 i 1 = i 0 – ('i/2) và i 2 = i 0 + ('i/2) Dùng phương pháp chồng trập cho mạch tương đương tín hiệu nhỏ, tách thành 2 mode: x Mode chung (common mode): i 1 = i 2 = i 0 Do đối xứng: i e1c = i e2c i Re = 2i e1c = 2i e2c v e = (2R e )i e2c Tách đôi: R e o 2R e i e2c = febibe b hRhR iR /2 0 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com [...]... – 0.7 -0.7V VE3 = VE4 = VE1 – 0.7 = -1.4V VC5 = VE3 – 50IC3 = -1.4 – 50(0.45 10-3) 1.4V Chương 5 18 http://www.khvt.com 5.5 Mạch khuếch đại ghép Cascode MẠCH 1: Cấu hình: CE – CB: Thường dùng trong các mạch tần số cao Phân tích tín hiệu nhỏ: Độ lợi truyền đạt (Transfer gain): AT vL ii v L i e 2 i b1 i e 2 ib1 ii Chương 5 h fb2 R L ( h fe1 ) R1 // R2 R1 // R2 hie1 19 http://www.khvt.com Phân tích DC:... (R1 + R2 + R3) VE2 = VB2 - VBE2 = VB2 – 0.7 VCE1 = VC1 - VE1 = (VE2 – RcIC1) – VE1 VCE2 = VC2 – VE2 = (VCC – RLIC2) – VE2 MẠCH 2: T1: CE T2 và T3: Mạch Cascode, dùng để chuyển mức DC của (vL) đến 0 (level shifting) dùng trong các mạch KĐ ghép trực tiếp (direct – coupled amplifiers) Chương 5 20 http://www.khvt.com Phân tích tónh điểm: Giả sử bỏ qua IB2, IB3 VB3 = (-6)(2.3K) / (2.3K + 3.7K) = -2.3V VE3... Rb 2hie1 Xem 2TST ghép Darlington hib1 hie 2 = Rc R L Rb 2h fe1hib1 1 TST có: hìe = 2hie1 và hfe = hfe1hfe2 Chương 5 17 http://www.khvt.com Ví dụ 7: Xác đònh tónh điểm của mạch sau Giả sử hfe = 100 Nguồn dòng T5: VB5 = 6 2.9 = -4.14V 2.9 1.3 Giả sử IB5 > hib + Rb/hfe) Rb / h fe Chương 5 11 http://www.khvt.com Ví dụ 5: Cho mạch trong ví dụ 4 Tính CMRR Giả sử i0 = 1 A, xác đònh giá trò tín hiệu ngõ vào mode vi sai để ngõ ra mode vi sai... 0.7; ICQ1 = ICQ2 / hfe2 Chương 5 16 http://www.khvt.com Phân tích tín hiệu nhỏ: Phản ánh mạch cực B1 của T1 Tónh điểm: ICQ2 = hfe2ICQ1 i Suy ra: Ai = L ii Ai = Cực E1 và mạch cực E2 của T2 Cực B2 VT VT VT h fe 2 = hib1 h fe 2 I CQ1 I CQ1 I CQ 2 h fe1 ( Rb / h fe1 ) h fe 2 RC h fe1 Rb hie2 = h fe 2 h fe 2 Rc Rc R L ( Rb / h fe1 ) Rc Rb ( h fe1 h fe 2 ) Rc R L Rb 2hie1 Xem 2TST ghép Darlington hib1 hie... nhỏ: T1: Mắc CE T2: Mắc CC T3: Mắc CB Xác đònh vL / vc1 : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của T2: Phản ánh trở kháng E2 R03 = 1/hob3 là tổng trở nhìn vào cực C của T3 (CB) vL v C1 h fe 2 (1 / hob3 ) hie 2 h fe 2 3.3K h fe 2 (1 / hob3 ) B2 , trong đó 1 Mạch Cascode (T2, T3) chỉ làm thay đổi mức DC ngõ ra mà không thay đổi độ lợi áp của mạch KĐ T1 (CE) Chương 5 21 http://www.khvt.com ... 2)(1 / h fe1 Rc Rc R L 2(1 / hoe3 ) [hib 1 / h fe 2 )] Rb Rv / 2 ( Rb / 2)(1 / h fe1 1 h fe 2 1 h fe 2 : Giảm so với trường hợp không dùng Rv 1 / h fe 2 )] Chương 5 14 http://www.khvt.com Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40dB) Tải 1K ghép AC TST có hfe = 100 Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 100 ; hfe1 = hfe2 = Sử dụng công thức tính Ad và Ac ở phần chỉnh cân bằng, thay 1/hoe bằng Re, suy ra: CMRR... = 0 Ngắn mạch Re ve = 0 ie2d = Rb i 2( hib Rb / h fe ) Chồng trập (superposition): ie2 = ie2c + ie2d = Rb 2 Re hib Rb / h fe i0 2( hib Rb i Rb / h fe ) Rc iie 2 = Aci0 + Adid Rc R L Rc Rb Ac = : Độ lợi dòng mode chung Rc R L 2 Re hib Rb / h fe Rc Rb Ad = : Độ lợi dòng mode vi sai Rc R L 2( hib Rb / h fe ) iL = trong đó: 5.3.1 Tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMRR (Common Mode Rejection Ratio): Mạch khuếch... bằng Chương 5 13 http://www.khvt.com Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2 KVL: RbIB1 + VBE1 + R1IEQ1 = RbIB2 + VBE2 + R2IEQ2 (Rb / hfe1 + R1)IEQ1 + VBE1 = (Rb / hfe2 + R2)IEQ2 + VBE2 Giả sử VBE1 = VBE2, cân bằng Rb / hfe1 + R1 = Rb / hfe2 + R2 Mặt khác: R1 + R2 = Rv R1 = Rv 2 Rb 1 2 h fe1 1 h fe 2 và R2 = Rv 2 Rb 1 2 h fe1 1 h fe 2 Phân tích tín hiệu nhỏ: hib1 = hib2 = hib Khi cân bằng: ICQ1 = ICQ2 Mạch. .. 60 hib Yêu cầu: CMRR 100 Re 100(60 + hib) Giả sử ICQ1 = ICQ2 = 1mA hib = 25 Re 8.5K Chọn Re = 10K Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8V DCLL: RDC = Rc + R2 + 2Re ACLL: Rac = Rc // RL Chương 5 15 http://www.khvt.com 5.4 Cấu hình Darlington Phân tích tónh điểm: DCLL cho T2: VCC = VCE2 + Rc(IC1 + IC2) + ReIE2 Do IC1 IE1 = IB2 = IC2 / hfe2 . Chương 5 1 Chương 5: MẠCH TRANSISTOR GHÉP LIÊN TẦNG 5.1 Giới thiệu 5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại 5.3 Mạch khuếch đại vi sai. TST. x Mạch khuếch đại DC: Ghép trực tiếp (direct coupling) x Mạch khuếch đại AC: Ghép điện dung (capacitive coupling) 5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch