II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT
5. Phân tích mạch tín hiệu nhỏ tần số thấp CE, CB, cc
5.1. Tầng khuếch đại dùng BJT mắc CE
Trong tầng này RE là điện trở ổn định làm việc, các diện trở RB|, RB2, Rc tạo diện áp phân cực cho ngõ vào và ngồ ra, RL đại diện cho tải ở ngồ ra (hoặc điện trở vào của tầng tiếp theo), v s và R$ là sức điện động và nội trở của nguồn tín hiệu cần khuếch đại. Các tụ điện Ci, C2 là tụ phân đường (hoặc tụ nối tầng). Tụ CE tránh hiện tượng hồi tiếp âm dịng điện xoav chiều do RE gây ra (gọi là tụ thốt emitter).
b.
Hình 1.23. Tầng khuếch đại EC (a) và sơ đồ tương đương của nĩ (b)
Đe xác định điểm làm việc tĩnh của tầng khuếch đại này, ta cĩ thể dùng phương pháp đồ thị hoặc dừng phương pháp giải tích [dựa vào các hệ thức (1.22) + (1.28)].
Dưới đây chúng ta khảo sát các tham số xoay chiều của mạch.
Giả thiết tín hiệu vào cĩ dạng hình sin, ở miền tần số trung bình. Các tụ điện C|,
c2, CE cĩ điện dung khá lớn và do đĩ trở kháng rất nhỏ, coi như ngấn mạch các tín hiệu xoay chiều qua chúng. Cịn các diện dung liên cực và tụ ký sinh, ở miền tần số • trung bình, coi như khơng đáng kể. Trong các điều kiện dỏ, thay BJT bằng sơ đồ tương
đương dùng tham số h, mạch đã cho sẽ cĩ dạng hình 1.23b, với: Kb = (Rb i/ / Rb2) = „R — (1. 44)
(1.45) R. = ( Rc/ / Rl ) = RcRl
Rc + Rl
Các điện áp và dịng điện ghi trên sơ đồ là các giá trị hiệu dụng. Các nhánh vẽ nét dứt là tương ứng với các đại lượng đã được bỏ qua.
5.1.1. Điện trở vào
Điện trở vào của tầng khuếch đại EC xác định được từ sơ đồ tương đương:
R1E = (RB/ / h iE) (1-46)
Ở đây hjE là điện trở vào của BJT mắc EC (khi ngõ ra ngắn mạch tín hiệu xoay chiều) xác định tại điểm làm việc. Nĩ đồng nhất với tham số riE ở mạch tương đương vật lý, xác định bởi hệ thức:
hiE = r¡E = rB + (p + l)rE~ ß rE (1.47)
trong đĩ rE xác đinh gần đúng theo rE = — ả nhiêt đơ thường. Nếu cĩ:
l E[mA]
Rb » hịE (1-48)
thì Ríe ~ hlE (1-49)
Thơng thường tầng khuếch đại CE cĩ điện trở vào cờ 600 ũ. —* 2 kQ.
5.1.2. Điện trở ra
Điện trở ra của tầng khuếch dại (điện trở nhìn từ hai đầu tải RL về phía trước, khi Vs = 0).
R q e - R.//- 1 » R, (1.50)
'n4U'
oE J
5.1.3. Độ lợi dịng
Độ lợi dịng xác định bởi tỷ số giữa dịng qua tải IL và dịng tín hiệu ngõ vào Is:
A , B = f (1.51)
ờ ngõ ra, điện áp trên tải cĩ thể xác định theo dịng IL hoặc theo nguồn dịng
VL = - IlRl = - hftjß R ^
R_
Do dĩ: IL = hịEIB R,
Tircmg tu, dien äp giua hai diem M-N trong ngư väo cfing cư the xäc dinh theo hai cäch: Vmn - Is^iE ~ ißhiE Do dư: Is = Ib^ - (1-53) RiE Thay (1.48) vä(1.49) väo (1.44): AlE = hft. ^ . ^ (1.54) h , E R L
Neu thộ man dieu kien (1.48) thi äp düng (1.49) se co:
AiE = hn i^ (1.55)
K L
De A| Ion, trj so R . khưng dugc quä như so vai RL. Muưn vay Rc phäi du 1cm. Thirc te thuưmg chon Rc = (3 5) RL.
5.1.4. Do lui äp
Do lgi äp xäc djnh bang ty so giua dien äp ra tren täi vä dien äp väo.
> < m ii
<
|
<
(1-56) Theo hinh ve:
Vl _ hfElßR- (1-57) cc tu - C II > (1.58) Do dư: Avg — hfE——
h ,E
(1.59) Däu trir bieu thi dien äp ra cüa mach CE ngugc pha vai dien äp väo. So sänh (1.59) vai (1.54) se cư quan he:
Avt = - AiE. (1.60)
h ,E
Neu thộ man dieu kien (1.48), ung düng (1.55) vä chu y den (1.47) se cư bieu thirc gän düng:
Ave = - A iE. (1.61)
h ,H
(1.62)
C ũng vậy, lây gân đúng theo (1.40) sẽ cĩ dạng khác: AvE — - ——
r E
trong đĩ: rE ~ — (ở nhiêt đơ thường) (1.63) IE (mA)
Trên thực tế, các tầng khuếch đại CE cĩ độ lợi áp từ 20 đến 200.
5.1.5. Độ lợi áp tồn phần
Người ta cịn định nghĩa độ lợi áp tồn phần:
A , p = ^ (1.64)
vs
Áp dụng định luật Ohm cho mạch vào: Vs = Is (Rs + Ríe)
Thay Is theo (1.53), VL theo (1.57), kết quả tính được:
Atp h f E r,e R-
h¡E R s + R iE
(1.65)
Nếu Rb » hjE thì:
A ,p = _ h |E i _T R — *^s + *NE (1'66)
Cũng cần lưu ý thêm rằng: nếu tín hiệu khuếch đại cĩ tần số tưong đối thấp, thì khơng thể coi trở kháng các tụ: C], C2, CE là bằng khơng (ngấn mạch), do đĩ một phần tín hiệu sẽ mất mát trên trở kháng của các tụ này. Đặc biệt, điện trở RE khơng cịn bị CE ngan mạch nên sẽ gây hồi tiếp âm dịng điện. Kết quả là độ lợi áp của tầng bị giảm và điện áp ra trên tải sẽ giảm.
Trái lại, nếu tín hiệu cĩ tần số khá cao thì vai trị các điện dung liên cực của BJT cùng các điện dung ký sinh khác sẽ khơng thể bỏ qua được nữa (vẽ nét đứt trên hình 1.23b). Mặt khác, theo đặc tính cùa BJT, hệ số hfE (hoặc ß) bị giảm ờ tần số cao. Ket quả là ở vùng tần số cao, điện áp ra trên tải cũng bị giảm.
Các hiện tượng vừa nêu chính là nguyên nhân khiến đáp tuvến tần số của tầng khuếch đại bị giảm ở phạm vi tần số thấp và tần số cao (hình 1.24).
Hình 1.24. Đáp tuyến tần số của tầng khuếch đại
Ví dụ 1.4: Cho tầng khuếch đại CE, phân cực kiểu phân áp như hình 1.23a. Biết Rbi = 10 kQ, RB2 = 2,2 kQ, Rc = 1,2 kQ, RE = 300 n , RL = 3 kn . BJT cĩ hjE » p = 60, hiE = 600 Q, hrE « h0E as 0. Nội trở nguồn tín hiệu R.s = 100 Q. Hãy xác định các thơng số cơ bản của tầng khuếch đại.
Giải:
R R„1-RB2 =| 8kn R = JkJk_ = 85on
r bi + r bĩ - Rr + R L
Vì vậy điện trở vào của tầng khuếch đại là:
RiE = (RB//hlE) = (1,8 kQ // 600Q) = 450 n Điện trở ra: Ro e = Rc= 1,2 kQ Độ lợi áp: Độ lợi dịng: R 850 A p = -h ^ —— = -6 0 —— = -85 vE * h lF 600 A,e = h re^ . - ^ . = 60. 850 450 hlE 3000'600 = 13,25 Độ lợi áp tồn phần: A _ . R lF R-. _ . n 450 850 . . . A,„ = - h rc ——— —— = -6 0 .——.— ——— = -54,6 ^ h lE Rs + hlE 600 100+ 600 33
5.2. Tầng khuếch đạỉ dùng BJT mắc CB
Trên hình 1.25 là tầng khuếch đại CB chỉ dùng một nguồn cấp điện, phân cực kiểu phân áp.
Hình 1.25. Tầng khuếch đại CB
Vai trị các điện trở, điện dung tương tự như ở mạch CE. Ở đây cĩ thêm tụ CB để ngẳn mạch cực B xuống đất đối với tín hiệu xoay chiều.
Chế độ tĩnh của tầng này vẫn tính tốn theo các hệ thức (1.22) + (1.28) hoặc dùng phương pháp đồ thị, tương tự như mạch CE.
Hình 1.26. Mạch tương đương đối với tín hiệu xoay chiều
Sơ đồ tương đương xoay chiều cĩ dạng như hình 1.26. Từ hình này ta xác định được: