Bài giảng Mạch điện tử - Chương 4: Liên tầng - Nguyễn Thanh Tuấn
Nội dung
Ghép giữa các tầng khuếch đại
Cascade
Darlington
Ghép giữa các tầng khuếch đại
Ghép trực tiếp:
Ưu:
Đơn giản
Không mất năng lượng
Không méo
Băng thông rộng
Nhược:
Chú ý ảnh hưởng DC giữa các tầng
Hay sử dụng trong IC
Nguyễn Thanh Tuấn (nttbk97@yahoo.com) Nguyễn Thanh Tuấn Nội dung Ghép giữa các tầng khuếch đại Cascade Darlington Nguyễn Thanh Tuấn 4.0 Ghép giữa các tầng khuếch đại Ghép trực tiếp: Ưu: Đơn giản Không mất năng lượng Không méo Băng thông rộng Nhược: Chú ý ảnh hưởng DC giữa các tầng Hay sử dụng trong IC Nguyễn Thanh Tuấn Ghép giữa các tầng khuếch đại(tt) Ghép dùng tụ Dùng tụ ghép đầu ra tầng trước với đầu vào tầng sau Ưu: Dùng tụ lớn tránh méo Cách ly DC Nhược: Cồng kềnh Hạn chế tầng số thấp Dùng trong các mạch riêng lẻ Nguyễn Thanh Tuấn 4.1 Cascade Đặc tính: Ngõ ra tầng trước tương ứng với ngõ vào tầng sau 4.1.1 Ghép dùng tụ liên lạc:phân cực độc lập ở mỗi tầng khuếch đại. Nguyễn Thanh Tuấn Cascade (tt) Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) Phân cực DC: (mA) (mA) R VV I b bb CQ 2 22 22 R VV I b bb CQ 1 11 11 )( 25 1 1 1 mAI h h CQ fe ie )( 25 2 2 2 mAI h h CQ fe ie RR R VV ccbb 2111 11 1 RR R VV ccbb 2212 12 2 Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) Chế độ AC: Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) i ih ih ih ih i i i A i bfe bfe bfe bfe l i l i 11 11 22 22 ) //// //// ()( 222211 22211 2 2 hRRR RRR RR R ieC C LC C hh hRRr RRr fefe iei i 21 12111 2111 ) //// //// ( hRRrZ ieii ////// 2111 RRZ LCo //2 Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) 4.1.2 Ghép không dùng tụ: lưu ý ảnh hưởng DC giữa các tầng khuếch đại. Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) AC không thay đổi, tính lại DC Từ 2 phương trình trên tính được: RRr R VV i ccbb 2111 11i 1 // //r III BQRCCQ 211 IRVIRV BQeRCCcc 222211 I CQ1 I BQ2 Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) Tính VCEQ1 và VCEQ2 RR R IRVV CL L CQCccCEQ 2 222 RIVV CRCCCCEQ 111 Nguyễn Thanh Tuấn Cascade(tt) 4.1.3 Giao động lớn nhất không méo: Giả sử il giao động lớn nhất không méo theo BJT2 Lúc đó: ic2 (t) = min(ICQ2 , VCEQ2 / RAC2 )sin(2πft) Tính ic1 (t) Kiểm tra lại ic1 (t) có méo hay chưa, nếu chưa méo thì chọn giá trị này Tương tự giả sử il giao động lớn nhất theo BJT 1, làm như trên Nguyễn Thanh Tuấn 4.2 Ghép Darlington Đặc tính: Tăng thông số khuếch đại của BJT theo cấp số nhân Mô hình tương đương DC Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) 2 BJT có thể coi như 1 BJT tương đương với: 21 VVV 21 VVVV CECECE 212 R h R VV II e fe b bb CQCQ 2 2 2 1 I I CQ CQ Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) Tín hiệu nhỏ AC Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) )1)(1()1()//( 2112121 hhRhhhRRZ fefeefeieiei RZ co i ihih ihih i i i A i bfebfe bfebfe l i l i 2211 2211 ihhhhihih bfefefefebfebfe 121212211 ))(( ))(( 2121 hhhh RR R i i fefefefe lc c i l )1)(1()1()//( // 2112121 21 hhRhhhRR RR fefeefeieie Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington(tt) Điều kiện giới hạn: Ta có: VCE(n) = VCE(n-1) + 0.7 Vậy ghép thêm một tầng thì VCE tăng 0.7 V Lại có: Vcc = IC(RC +RE)+ VCE Khi ghép quá nhiều tầng thì không được vì VCE vượt quá Vcc Nguyễn Thanh Tuấn Ghép Darlington (tt) Kết luận : Hai BJT giống nhau hoạt động như một BJT Ghép Darlington làm tăng độ khuếch đại lên theo cấp số nhân. Tổng trở vào rất lớn Không được ghép quá nhiều tầng Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Thanh Tuấn Giả sử 2 con BJT giống nhau RB1 = RB2 RC1 = RC2 VBB1= VBB2 hfe1 = hfe2 Ta có : Nguyễn Thanh Tuấn Làm tương tự ta có : Trong trường hợp này ta có : Làm tương tự ta có : Trong trường hợp này ta có : Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Thanh Tuấn PHÂN TÍCH AC : MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG TÍN HIỆU NHỎ Nguyễn Thanh Tuấn Phản ánh từ cực B về cực E ta có Nguyễn Thanh Tuấn Các dòng điện có thể chia thành 2 thành phần : Loại chung ( common mode ) io Loại vi sai (differential mode ) Δi Nguyễn Thanh Tuấn Xét mạch ở chế độ chung ( common mode ) : có io và Δi = 0 Khi xét mạch cân bằng , nguồn đối xứng bằng nhau Chế độ chung: Ac Nguyễn Thanh Tuấn Biến đổi thevenin ta có : Chế độ chung: Ac Nguyễn Thanh Tuấn Vì RB1 = RB2 , hie1 = hie2 , i1 =i2 nên ta có mạch tương đương sau : Chế độ chung: Ac Nguyễn Thanh Tuấn Xét mạch ở chế độ vi sai ( differential mode ): có io = 0 và Δi ≠ 0 Khi xét mạch cân bằng , nguồn đối xứng bằng nhau Chế độ vi sai : Ad Nguyễn Thanh Tuấn Chế độ vi sai : Ad Nguyễn Thanh Tuấn Mà ta có : Nguyễn Thanh Tuấn Tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMMR và CMMR (dB ) Nguyễn Thanh Tuấn Sử dụng BJT tạo nguồn dòng ở cực phát : Nguyễn Thanh Tuấn Trong trường hợp muốn cải tiến chất lượng vi sai : người ta sẽ sử dụng ở cực phát 1 BJT đã ổn định phân cực DC . Từ ví dụ trên ta có : Để tăng CMMR thì ta nên sẽ tăng RE Ở mạch này thì RE = 1 \ hob3 rất lớn CMMR rất lớn Nguyễn Thanh Tuấn Sử dụng nguồn dòng ở cực phát : Nguyễn Thanh Tuấn Trong mạch này : người ta sẽ sử dụng ở cực phát 1 nguồn dòng DC Để tăng CMMR thì ta nên sẽ tăng RE Ở mạch này thì RE → ∞ CMMR → ∞ Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Thanh Tuấn Để đơn giản ta chọn R1 = R2 Ta dễ dàng suy ra được CMMR như sau : Rõ ràng ta thấy lúc này CMMR nhỏ hơn mạch ban đầu . Người ta sử dụng mạch này để thiết kế mạch khi biết trước CMMR Nguyễn Thanh Tuấn GIỚI THIỆU VỀ MẠCH HỒI TIẾP Nguyễn Thanh Tuấn Đặc tính: có kết nối giữa ngõ ra và ngõ vào nhằm khuếch đại và ổn định tín ngõ ra Nguồn tín hiệu: có thể là nguồn điện thế Vs nối tiếp với một nội trở Rs hay nguồn dòng điện Is song song với nội trở Rs. GIỚI THIỆU VỀ MẠCH HỒI TIẾP Khi sử dụng mạch hồi tiếp thì độ lợi ( Av ) giảm , nhưng đổi lại mạch ổn định hơn khi có hfe thay đổi Ảnh hưởng của hồi tiếp đến khuếch đại và ổn định : Hồi tiếp âm : ổn định cho mạch hoạt động Hồi tiếp dương : tăng cường khuếch đại , hệ số khuếch đại có thể rất lớn Nguyễn Thanh Tuấn 1. Trường hợp tín hiệu điện thế ở ngõ ra được lấy mẫu thì hệ thống hồi tiếp được mắc song song với ngõ ra . 2. Trường hợp tín hiệu dòng điện ở ngõ ra được lấy mẫu thì hệ thống nối tiếp được mắc nối tiếp với ngõ ra GIỚI THIỆU VỀ MẠCH HỒI TIẾP Hệ thống hồi tiếp: Thường là một hệ thống 2 cổng thụ động (chỉ chứa các thành phần thụ động như: điện trở, tụ điện, cuộn dây). Mạch lấy mẫu: Lấy một phần tín hiệu ở ngõ ra đưa vào hệ thống hồi tiếp. Nguyễn Thanh Tuấn PHÂN LOẠI HỒI TIẾP - Hồi tiếp áp – sai lệch áp : lấy mẫu điện áp ở ngõ ra Vo và đưa ra điện áp hồi tiếp Vb về ghép nối tiếp với điện áp ngõ vào Vin của bản thân bộ khuếch đại. Nguyễn Thanh Tuấn - Hồi tiếp áp – sai lệch dòng : lấy mẫu điện áp ở ngõ ra là Vo và đưa ra điện áp hồi tiếp Vb về ghép song song với dòng điện ngõ vào iin của bản thân bộ khuếch đại. PHÂN LOẠI HỒI TIẾP Nguyễn Thanh Tuấn Hồi tiếp dòng– sai lệch dòng : lấy mẫu dòng điện ở ngõ ra i0 và đưa ra dòng điện hồi tiếp về ghép song song với dòng điện ngõ vào iin của bản thân bộ khuếch đại PHÂN LOẠI HỒI TIẾP Nguyễn Thanh Tuấn Hồi tiếp dòng – sai lệch áp: lấy mẫu dòng điện ở ngõ ra io Và đưa ra điện áp hồi tiếp về ghép nối tiếp với điện áp ngõ vào Vin của bản thân bộ khuếch đại. PHÂN LOẠI HỒI TIẾP Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng PHÂN LOẠI HỒI TIẾP Nguyễn Thanh Tuấn Từ mạch trên ta có : Dòng sai lệch : Dòng tải : Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng Nguyễn Thanh Tuấn Theo định nghĩa, độ lợi dòng thuận của mạch khuếch đại có hồi tiếp: Theo định nghĩa, độ lợi dòng thuận của mạch khuếch đại không có hồi tiếp: Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng Độ lợi vòng T : Vậy : Nguyễn Thanh Tuấn Nhận xét : Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng 0 < T < 1 : Hồi tiếp dương Aif > A’i : tăng cường khuếch đại T = 1 : Aif = ∞ tạo xung dao động => ứng dụng trong mạch tạo sóng T< 0 : Hồi tiếp âm Aif < A’i T < < -1 : mong muốn hoạt động khi đó : Aif = A’i \ (-T) = 1 \ ( RL . Gi ) không phù thuộc vào Ai nên mạch ổn định hơn Nguyễn Thanh Tuấn Theo định nghĩa trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng: Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng Với Z’i là trở kháng ngõ vào khi không hồi tiếp : Gi = 0 Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch dòng Theo định nghĩa trở kháng ngõ ra : Nguyễn Thanh Tuấn VD: xác định Aif của mạch khuếch đại hồi tiếp áp sai lệch dòng? Đưa điện trở Rf về ngõ vào và ra, mạch tương đương Nguyễn Thanh Tuấn Biến đổi tương đương Thevenin-Notron Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Nguyễn Thanh Tuấn Từ mạch trên ta có : Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Điện áp sai lệch : Điện áp tải : Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Theo định nghĩa, độ lợi áp thuận của mạch khuếch đại có hồi tiếp: Theo định nghĩa, độ lợi áp thuận của mạch khuếch đại không có hồi tiếp: Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Độ lợi vòng T : Vậy : Nguyễn Thanh Tuấn Nhận xét : Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp T < < -1 : mong muốn hoạt động khi đó : Avf = A’v \ (-T) = 1 \ Kv không phù thuộc vào AV nên mạch ổn định hơn Theo định nghĩa trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng: Nguyễn Thanh Tuấn Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Với : Nguyễn Thanh Tuấn Theo định nghĩa trở kháng ngõ ra : Mạch hồi tiếp áp - sai lệch áp Với : Nguyễn Thanh Tuấn VD: xác định Avf của mạch khuếch đại hồi tiếp sau. Giả sử ro<<R2? Nguyễn Thanh Tuấn Mạch tương đương Mạch tương đương tín hiệu nhỏ Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Thanh Tuấn Tóm tắt Đặc tính: có kết nối giữa ngõ ra và ngõ vào Phân loại Hồi tiếp áp/dòng Sai lệch áp/ dòng Hồi tiếp âm/dương Phân tích mạch hồi tiếp áp Sai lệch dòng Sai lệch áp Nguyễn Thanh Tuấn Bài tập Nguyễn Thanh Tuấn Đáp án
File đính kèm:
- bai_giang_mach_dien_tu_chuong_4_lien_tang_nguyen_thanh_tuan.pdf