2 .Theo dạng tín hiệu hồi tiếp
2.3 Theo cách ghép với tín hiệu vào
- Hồi tiếp song song là khi điện áp nguồn tín hiệu vs và điện áp hồi tiếp vf ghép song song nhau. Nói cách khác hồi tiếp song song là khi hai tín hiệu vs và v f cùng đưa vào một cực của một transistor.
Trong trường hợp này ta có: V i= v0 + V f = > v s = Vj - Vf
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
- Hồi tiếp nối tiếp là khi điện áp nguồn tín hiệu vs và điện áp hồi tiếp V f ghép nối tiếp nhau. Nói cách khác hồi tiếp nối tiếp là khi hai tín hiệu vs và V f đưa vào hai cực khác nhau của một transistor.
Thí dụ: vs đưa vào cực B còn V f đưa vào cực E của cùng một transistor Trong trường hợp này ta có: V j = v0 - V f => vs = V ị + V f
Một mạch hồi tiếp có tên gọi đủ gồm cả 3 phần theo ba cách phân loại trên. Thí dụ:
- Mạch hồi tiếp âm dòng điện ghép nối tiếp. - Mạch hồi tiếp âm điện áp ghép song song.
3. CÁCH XÁC ĐỊNH LOẠI HÒI TIÉP : 3.1 Cơng thức tổng qt:
Trong mạch khuếch đại vịng hở
4 — Xu.
Avo - _ => v0 = Vj.Avo
Trong mạch khuếch đại có hồi tiếp xét từ nguồn vs đến ngõ ra vo bao gồm cả mạch hồi tiếp thì có độ khuếch đại hồi tiếp là:
Ta có: An, = — y, Và vs = V | ± V f với Vf=b.v0 V, .A, v,.Aỵo V Am V ,Avn suy ra : An, = = —- - ■■■ - = -----l ia V, ± v f V, ±ố.v„ V, ± b.vi Ay  Av, = - -22Ì- 1 ± b .A u
Gọi mẫu số lib.A vo là thừa số hồi tiếp F ta có:
Al,
F = ltb.A vo và
= -.yọ v>' p
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đúc Khoa Điện-Điện Tử
Nếu vs và v f đồng pha ta có: vi=vo +vf= > vs = vi - v f
A,,. = Ẩm
Suy ra : \-b -A m = > F = l- b .Av0
Ta có các trường hợp sau:
â). F = 1-b.Avo ='> AVp ^ Ayo
Mạch hồi tiếp có tác dụng làm giảm độ khuếch đại nên là mạch hồi tiếp âm. Khi đó -b.Avo > 0 =>b.Avo < 0, nghĩa là b và Avo trái dâu.
b) i F = 1-b.Avo “' l =-> Ayp > Ayo
Mạch hồi tiếp có tác dụng làm tăng độ khuếch đại nên là mạch hồi tiếp
dương. Khi đó
-b.Avo < 0 =>b.AV0 > 0, nghĩa là b và Ayo cùng dấu .
c) . Nếu transistor có -b.Ayo » 1 thì:
^ _ Ả-v 4-0 _ 1
n ~ 1 - b.AV0 ~ - b.Aya b
Trong trường hợp này độ khuếch đại hồi tiếp AVF là nghịch đảo và ngược dấu với hệ số hồi tiếp b.
d) . Nếu F = 1-b.Avo = 0 => b.Ayo = 1
Trường hợp này ta có : Ayp —» 00 suy ra : V f = Vị
Lúc này mạch tự tạo ra tín hiệu và trở thành mạch dao động.
3.3 Trường họp F = 1+b.Avo
Nếu vs và Vf ngược pha ta c ổ : Vj = v0 -V f => Vs = Vj + Vf
Suy ra : Ayp = —— — => F = 1+b.Avo 1 + b.Am
Ta có các trường hợp sau:
a). F = 1+b.Avo >1 => Ayp < Ayo
Trường Cao Đẳng Công Nghê Thù Đức Khoa Điện-Điện Tử
4. CÁC DẠNG MẠCH HÒI TIẾP:
4.1 Hồi tiếp âm dòng diện ghép nối tiếp:
Thường chọn C1 = C2 = lpF 4- 10pF cho f > lK z C1 = C2 = 25pF -r 100p.F cho f < lK z
Khi có tụ CE nối tắt tín hiệu xoay chiều xuống mass nên đây là mạch khuếch đại không hồi tiếp. Độ khuếch đại điện áp của transistor là:
Avo - -/? — (vài trăm lần)
K
Khi khơng có tụ CE nên dịng tín hiệu ở ngõ ra là ie « ic đi qua RE tạo ra điện áp xoay chiêu ve cũng chính là điện áp hồi tiếp Vf.
Ta có :.Vf=ve = ie.RE. Độ khuếch đại hồi tiếp là:
A - A _ _ A i Av ~ 7117- — D Ki: Hệ số hồi tiếp : b _ vf _ vL= ' c A ^ Rị.: vo vc ic .Rc Rc
Do Avo vài trăm lần nên b.Avo » 1, như vậy:
A Ayọ _ ^ỵu_ R-
17 1 + b.An) ~ b.Am ~ b ~ RI;
Trường Cao Đấng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
4.2 Hồi tiếp âm điện áp ghép nối tiếp:
Hình 5 : Mạch khuếch đại khơng hồi tiếp
Hình 6: Mạch khuếch đại hồi tiếp
Điện áp hồi tiếp Vf lấy trên RE1 được tính bởi cơng thức:
R u ;
v/ = v.
Rk1 + Rf Theo định nghĩa của m5ch hồi tiếp ta có:
V (=b.v0 suy ra hệ số hồi tiếp b của mạch là:
b =_ _ A i Rk I + R f
Trong bảng phân loại hồi tiếp theo thừa số F ta có:
—
1 + b.A,vu
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
Do A vo rất lớn nên b.Avo » 1 như vậy:
A = 1 - —R/
b.Am b R,:ì
4.3 Hồi tiếp âm điện áp song song:
Vs
Hình 7: Mạch khuếch đại khơng hồi tiếp Hình 8: Mạch khuếch đại có hồi tiếp
Độ khuếch đại điện áp của mạch :
R
Am = - p — (vài trăm lần)
K
Điện trở R f thay R B lấy điện áp từ cực c để phân cực một chiều cho cực B đồng thời là điện trở hồi tiếp điện áp ra vo đưa trở lại ngõ vào.
Điện áp hồi tiếp Vf được tính theo cơng thức:
h...
V / = v „ .
b„+Rf
Theo định nghĩa của mạch hồi tiếp ta có: vr = b .v0
suy ra hệ số hồi tiếp b là:
h ...
b =
K + RJ
Trong bảng phân loại hồi tiếp theo thừa số F ta có:
Atr = - K0
1 -b .A m Do Avo rất lớn và nhự vậy:
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tủ
- b.An) b h„
Độ khuếch đại hồi tiếp sẽ phụ thuộc rất lớn vào điện trở Rf vì tổng trở ngõ vào hie đổi với mồi transistor gần như khơng đổi.
Ta cũng có thể phân tích ngun lý mạch dựa vào góc pha.
4.4 Hồi tiếp âm dòng điện ghép song song:
Hình 10: Mạch khuếch đại khơng hồi Độ khuếch đại chung cho hai tầng:
4 « = /?,.& - T 3-
KI
Trường Cao Đẳng Công N g hệ Thù Đức Khoa Điện-Điện T
(rất lớn)
Trong đó : Pi, p2 hệ số khuếch đại dòng điện của 2 tầng khuếch đại. Ta có : ie2 - ii + ¡2
ve2 = ii.(R f+ h ie) = i2.RE2
ij + ì 2 _ ^£2 + R f + ^;d h R l.i2 h-2 _ R « + + ^«1 RK2 / - •/?'/. 2 T R/- V ì h,e « R f n ê n : — ~ — --------- — h V ì i, = if v à ie2 = i0 M à h ệ s ố h ồ i tiế p d ò n g đ iệ n là b| đ ư ợ c tín h th e o c ô n g thức: * , - Ị — 5 ọ _ K R -E 2 + R f Đ ộ k h u ế c h đ ạ i d ò n g đ iệ n c ó h ồ i tiế p g ọ i là Aif đ ư ợ c tín h t h e o c ô n g th ứ c : A _ _L _ Re2 R f 'F ~ b, ~ Rn
T ừ đ ộ k h u ế c h đ ạ i d ò n g đ iệ n h ồ i tiế p Aif ta c ó th ể tín h đ ộ k h u ế c h đ ại đ iệ n áp
h ồ i tiế p A Vf th e o c ô n g th ứ c:
RC2
— A/r ‘ieì
Av, = Re21 Rf x Re2
RE 2 Kie 1
C â u h ỏ i ô n tập:
1. T h ế n à o là m ạ c h k h u ế c h đại c ó h ồ i tiế p ?
2 . C ộ b a o n h iê u lo ạ i m ạ c h h ồ i tiế p ? H ã y tr ìn h b à y c á c m ạ c h h ồ i tiế p ? 3 . G iả i t h íc h c h ứ c n ă n g h ồ i tiế p c ủ a c á c m ạ c h h ồ i tiế p s ử d ụ n g
tr a n sisto r
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Đ iện Tù
CHƯƠNG IV: M Ạ C H KHUẾCH ĐẠI TH U Ậ T TOÁN
I. M Ạ C H K H U É C H Đ Ạ I V I SA I
Mục tiêu:
- Trình bày được đặc điểm của mạch khuếch đại vỉ sai. - Tính tốn được các thông số của mạch khuếch đại vi sai.
1. KHÁI NIỆM:
Để có thể khuếch đại các tín hiệu có tần số rất thấp hay các tín hiệu biến thiên chậm và khơng có tính chu kỳ người ta thường dùng mạch khuếch đại DC theo kiểu liên lạc trực tiếp. M ạch này có đáp ứng tần 'số thấp rất tốt nhưng lại có hiện tượng điện áp trơi, do đó để tránh hiện tượng điện áp trôi và tăngkhả năng chống nhiễu ở các tầng khuếch đại đầu tiên người ta dùng mạch khuếch đại vi sai (Differential Amplifier)
1.1 Mạch khuếch đại vi sai cơ bản:
Hình 1: Mạch khuếch đại vi sai CO' bản
M ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i s a i c ơ b ả n g ồ m c ó h a i tr a n sis to r Q i v à Q 2 c ù n g lo ạ i, c á c đ iệ n trở p h â n c ự c c ó trị s ố g i ố n g n h a u . t
T ín h iệ u v à o đ ư ợ c đ ư a v à o 2 c ự c B j v à B 2 ừ o n g đ ó R là đ iệ n ừ ở n h ậ n tín h iệ u v à o c ủ a m ỗ i tra n sisto r .
K h i ở n g õ v à o c ó đ iệ n á p v i th ì */2.v i s ẽ tá c đ ộ n g v à o m ỗ i ứ a n s is t o r d o tín h tíc h p h â n c ủ a h a i đ iệ n ừ ở R v à s ẽ c ó h a i tr ư ờ n g h ợ p k h i c ự c B i n h ậ n đ iệ n á p d ư ơ n g th ì c ự c B 2 n h ậ n đ iệ n áp â m s o v ớ i m a s s v à n g ư ợ c lạ i.
ơ n g õ ra đ iệ n á p VC 1 g iả m th ì V C2 tă n g . Đ i ệ n áp ra lấ y g iữ a h a i c ự c c là : A V o = A V c i - A V C2
T h ô n g th ư ờ n g ừ a n s is t o r đ ư ợ c p h â n c ự c v ớ i đ iề u k iệ n R B2 » rbe n ê n đ ộ lợ i đ iệ n á p c ủ a m ỗ i tr a n sis to r là:
Trường Cao Đằng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử S u y ra : A VC 1 = A V ị. A V ị| = ‘A A V ị . A V i • A V C2 = A V 2. A V ì2 = ‘/2 .A V 2. A V , D o A V 0 = A V c , - A V C2 = A V . AV , S u y ra : R n + rbc T r o n g đó:
Đ ặc điểm của m ạch khuếch đại vi sai:
- K h i c ó đ iệ n áp tín h iệ u ở n g õ v à o th ì d o c ầ u p h â n á p d ù n g h a i đ iệ n trở R làm
c h o c ự c B | c ó đ iệ n á p d ư ơ n g v à c ự c B 2 c ó đ iệ n áp â m n g ư ợ c lại.
- K h i Q | d ẫ n m ạ n h th ì V c i g iả m v à Q 2 d ẫ n y ế u thì V C2 tă n g s ẽ c h o tín h iệ u n g õ ra A VC 1 v à A V c 2 n g ư ợ c dấu.
Đ iệ n áp ra c ủ a m ạ c h v i sai:
- K h i c ó t ín h iệ u n h iễ u p h á r ố i th ì tín h iệ u n h iễ u s ẽ tá c đ ộ n g đ ồ n g th ờ i lê n c ự c B I v à B 2 v ớ i đ iệ n á p đ ồ n g p h a (c ù n g d ư ơ n g h a y c ù n g â m ). N h ư v ậ y , n g õ ra A V c i v à A V C2;b iế n th iê n c ù n g h ư ớ n g s ẽ triệt tiê u n h a u v à A V o = 0 .
N h ư v ậ y k h ả n ă n g c h ố n g n h iễ u c ủ a m ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i s a i rất tố t. T ín h iệ u n h iễ u ở d â y c ó th ể là t ín h iệ u đ iệ n từ , n h iệ t đ ộ m ô i tr ư ờ n g , s ự b iế n th iê n c ủ a đ iệ n áp n g u ồ n .
T ỷ s ố n é n đ ồ n g p h a (C M R R : C o m m o n M o d e l R e je c tio n R a t io ) ‘
Đ ể đ án h g iá k h ả n ă n g c h ố n g n h iễ u c ủ a m ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i sai n g ư ờ i ta đ ư a ra k h á i n iệ m tỉ s ố n é n đ ồ n g p h a C M R R .
T ỷ s ố n é n đ ồ n g p h a C M R R đ ư ợ c đ ịn h n g h ĩa th e o h ệ th ứ c sau:
C M R R = v ’ sa ’ = lợ i điện áp v * sai) A v đ ồn g pha (độ lợi điện áp đ ồng)
Giáo trình Điện Tử Cơ Bản Trang’ 75
rịng Cao Đ ẳng Cơng Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tủ'
Nếu mạch có tính đối xứng một cách lý tưởng thì độ lợi điện áp đồng pha bằng 0, như vậy tý số CMRR tiến đến vô cực, khả năng chống nhiễu của mạch vô cùng lớn.
1.2 Mạch Vi Sai Có Điện Trở R e:
Ạ +Vcc
H ìn h 2: M ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i sa i c ó Re
T r o n g m ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i sa i c ó đ iệ n trở R E n h ậ n đ ồ n g th ờ i h a i d ò n g đ iệ n IE 1
v à IE2. T á c d ụ n g ổ n đ ịn h n h iệ t củ a R E tro n g m ạ c h k h u ế c h đại v i s a i c ó n g u y ê n lý n h ư sau:
G iả s ử n h iệ t đ ộ m ô i trư ờ n g tă n g la m c h o Q i b ị n ó n g lê n = > Ch d ẫ n m ạ n h = > Ici tă n g = > IE1 tă n g q u a R E = > V E c h u n g tă n g . L ú c đ ó IB E 1 g iả m n ê n Q i d ẫ n y ế u trở lại = > d ò n g đ iệ n I c i g iả m = > I E1 g iả m x u ố n g m ứ c tru n g b ìn h . .
N g ư ợ c lạ i, G iả s ử n h iệ t đ ộ m ô i tr ư ờ n g tă n g là m c h o Q 2 b ị n ó n g lê n = > Q 2 d ẫn m ạ n h = > IC2 tă n g = > IE2 tă n g q u a R E = > V E c h u n g tă n g . L ú c đ ó IBE2 g iả m n ê n Q 2 d ẫ n y ế u trở lạ i = > d ò n g đ iệ n IC2 g iả m = > IE2 g iả m x u ố n g m ứ c tru n g b ìn h .
T r ư ờ n g h ợ p ở n g õ v à o n h ậ n tín h iệ u v i s a i s ẽ đ iề u k h iể n h a i tr a n sisto r c h ạ y n g ư ợ c h ư ớ n g n h a u (Q i d ẫ n m ạ n h th ì Q 2 d ẫ n y ế u v à n g ư ợ c lạ i) n ê n k h i IC 1 tă n g thì IC2 g iả m v à d o : 2 IE = IC 1 + ĨC2 n ê n d ò n g đ iệ n q u a R E là 2 I E c ó ừ ị 9ố g ầ n n h ư k h ô n g đ ô i. N h ư v ậ y , R E k h ơ n g c ó tá c d ụ n g h ồ i tiế p â m đ ố i v ớ i tín h iệ u v i sa i v à n h ư th ê đ ộ lợ i c ủ a m ạ c h k h u ế c h đ ạ i v i sa i k h ô n g đ ổ i v à v ẫ n đ ư ợ c tín h th e o c ô n g thức:
AF; y Rm + rbe
. CÁC DẠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI THÔNG DỤNG:
2.1 M ạ c h k h u ế c h đ ạ i v ỉ s a i có n g õ vào và ra cân b ằ n g :
Trưịng Cao Đẳng Cơng Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
H ìn h 3: M ạ c h k h u ế c h đại v i sai c ó n g õ v à o v à ra câ n b ằ n g
M ạ c h s ử d ụ n g h a i n g u ồ n đ ố i x ứ n g + V c c v à - V c c , v ớ i c á c h p h â n c ự c n à y thì c ự c B c ủ a h ai tr a n sisto r c ó th ể k h ô n g d ù n g c ầ u p h ân th ế R B[ v à RB2 v à c ự c B c ó
V B1 = VB 2 = ov. L ú c đ ó Ve sẽ c ó đ iệ n áp â m V E = - 0 ,7 V .
- Đ ộ k h u ế c h đại đ iệ n áp v i sai:
- T ồ n g trở n g õ v à o : ri = 2 ( R B + rbe) - T ổ n g trỏ' n g õ ra : r0 = 2 R c ,
- T ỷ s ố n é n đ ồ n g p h a C M R R rất lớ n
2 .2 ). M ạ c h kh u ế ch đ ạ i v i s a i có n g õ vào cân bằng, n g õ ra k h ô n g cân b ằ n g :
H ìn h 4: M ạ c h k h u ế c h đ ại v i sa i c ó n g õ ra k h ô n g c â n b ằ n g
Cao Đẳng Công N ghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
- Độ khuếch đại điện áp vi sai:
Ay /3— ^ —
R m + r bc
- Tổng trở ngõ vào: ri = 2(RB + rbe)
- Tổng trở ngõ ra : ro = Rc
Mạch khuếch đại vi sai kiểu này thường dùng làm tầng khuếch đại trung gian trong amply hay các mạch khuếch đại DC.
2.3). M ạch khuếch đ ạ i vi sai có ngõ vào khơng cân bằng, n gõ ra căn bằng:
K h i c ó tín h iệ u v i ở n g õ v à o th ì Q i k h u ế c h đ ạ i s ẽ c h o ra t ín h iệ u ở c ự c C i v à E ]. L ú c đ ó , Q 2 đ ư ợ c x e m n h ư tr a n sisto r k h u ế c h đ ạ i ráp k iể u B c h u n g c ó tín h iệ u v à o c ự c E 2 v à ra ở c ự c c 2.
K h i tín h iệ u -v à o v i c ó bári k ỳ d ư ơ n g v à o c ự c B i , c ự c C j c ó tín h iệ u ra đ ả o p h a là b á n k ỳ â m tr o n g k h i c ự c E i c ỏ tín h iệ u ra đ ồ n g p h a là b á n k ỳ d ư ơ n g . Đ ố i v ớ i Q 2 có tín h iệ u v à o c ự c E 2 là b á n k ỳ d ư ơ n g n ê n c ự c c 2 tín h iệ u ra đ ồ n g p h a là b á n
k ỳ d ư ơ n g v ì m ạ c h k h u ế c h đ ạ i B c h u n g là m ạ c h k h u ế c h đ ạ i đ ồ n g p h a.
N h ư v ậ y t ín h iệ u ra trê n h a i c ự c C ] v à c 2 c ũ n g là h a i tín h iệ u n g ư ợ o p h a n h a u / s ẽ là m c h o đ iệ n áp ra v 0 tă n g g ấ p đ ô i s o v ớ i tín h iệ u VCJ.
- Đ ộ k h u ế c h đ ạ i đ iệ n áp v i sa i:
- T ổ n g tr ở n g õ v à o : Tị = 2 ( R B + rbe)
- T ổ n g trờ n g õ ra : r0 = 2 R c
M ạ c h n à y c ó tá c d ụ n g đ ổ i từ tín h iệ u k h ô n g c â n b ằ n g ra tín h iệ u câ n b ằ n g .
Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Khoa Điện-Điện Tử
2.4). M ạch khuếch đại vỉ sa i có ngõ vào và ngỗ ra không cân bằng:
H a i tra n sisto r Qị v à Q 2 v ẫ n c ó tá c d ụ n g trừ tín h iệ u n h iễ u đ ồ n g p h a h a y ản h
h ư ở n g c ủ a n h iệ t đ ộ tá c đ ộ n g lên hai transistor.
- Đ ộ k h u ế c h đ ạ i đ iệ n áp v i sai: Ay = - - / ? - Rc 2 * n +r» - T ổ n g trở n g õ v à o : ri = 2 ( R B + rbe)