Giáo trình Mạch điện tử 1 - Chương 4: Phân tích & thiết kế mạch tín hiệu nhỏ tần số thấp

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 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 2
4.1 Giới thiệu 
9 Phương pháp đồ thị 
9 Tín hiệu nhỏ 
9 Mô hình mạch tương đương tín hiệu nhỏ 
4.2 Các thông số Hybrid 
x Mạng hai cửa: v1, i1, v2, i2
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 ri  
212 vhihi of  
Định nghĩa:
021
1
vi
vhi = Trở kháng ngõ vào khi ngõ ra ngắn mạch 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 3
012
1
iv
vhr = Độ lợi điện áp ngược (reverse voltage gain) khi ngõ vào hở mạch 
021
2
vi
ih f = Độ lợi dòng thuận (forward current gain) khi ngõ ra ngắn mạch 
012
2
iv
iho = Dẫn nạp ngõ ra khi ngõ vào hở mạch 
Lưu ý: - v1, i1, v2, i2, là các đại lượng tín hiệu nhỏ 
- Các thông số hybrid h phụ thuộc vào tĩnh 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: hfe là hf 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 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 4
Xác định các hệ số hybrid cho cấu hình CE: 
x Độ lợi điện áp ngược hre : Thường rất nhỏ, bỏ qua. 
x Dẫn nạp ngõ ra hoe : Qi
i
iv
ih
B
C
bce
c
oe '
'
0
: Hệ số góc của đặc tuyến (iC,vCE) tại Q. 
Thường hoe d 10- 4 S, và (1/hoe) // RL (| 1 y 2K) Ÿ Bỏ qua hoe.
x Độ lợi dòng thuận hfe : E |
'
'
 FE
B
C
b
c
fe hQi
i
Qi
ih
x Trở kháng ngõ vào hie : 
CQ
T
fe
E
BE
fe
B
BE
b
be
ie I
Vmh
Qi
vh
Qi
v
Qi
vh |
'
'
|
'
'
Mạch tương đương của TST: 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 5
Mạch tương đương của cấu hình CE: 
Xác định các tham số của cấu hình CE: 
 Độ lợi dòng:  
ieb
b
fe
i
b
b
L
i
L
i hR
Rh
i
i
i
i
i
iA

 
 Trở kháng ngõ vào: iebi hRZ // 
 Trở kháng ngõ ra: 
oe
o h
Z 1 (Nếu bỏ qua hoe, Zoov)
Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử hfe = hFE = 50. Xác định: 
a) Tĩnh điểm Q 
b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ, giả sử bỏ 
qua hoe và hre
c) Độ lợi dòng Ai = iL / ii
d) Trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng 
e) Trở kháng ngõ ra nhìn từ tải 1K 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 6
a) Tĩnh điểm Q: 
424
5010
10 

 BBV V; 
5010
5010

u bR = 8.3K 
2.2
7.4
/
 

|


e
BEBB
be
BEBB
CQ R
VV
RR
VVI
E
 = 1.5mA; CQecCCCEQ IRRVV )(  = 15V 
b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: 
5.1
25
50
25 
CQ
feie I
mVhh = 833:
Bỏ qua hoe và hre, mạch tương 
đương tín hiệu nhỏ: 
c) Độ lợi dòng Ai:
i
b
b
L
i
L
i i
i
i
i
i
iA ;
Lc
c
b
L
RR
R
i
i

 )50( = - 39.6; 
ieib
ib
i
b
hrR
rR
i
i

)//(
)//(
 = 0.85 Ÿ Ai = (0.85)(-39.6) = - 34 
d) Trở kháng ngõ vào: 
iebii hRrZ //// = 700:
e) Trở kháng ngõ ra: 
Zo = RC = 3.8K 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 7
Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng của mạch khuếch đại trong ví dụ 1, giả sử: hre = 10-4 và h0e = 10-4 mho 
Mạch tương đương:
Ngõ ra: b
Lcoe
coe
feL iRRh
Rhhi

 
]//)/1[(
]//)/1[(
 = - 36.7ib
Ÿ vce = RLiL = - 36.7u103 u ib
Sử dụng KVL ngõ vào: vb = 830ib + 10-4 u vce = (830 – 3.67)ib | 830ib
Nhận xét 1: Aûnh hưởng của hre là không đáng kể 
Sử dụng KCL ngõ vào: bbbbbi iiiiKK
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
iA -31
Nhận xét 2: So sánh với ví dụ 1 (Ai = -34), ảnh hưởng của hoe lên Ai là không đáng kể. 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 8
4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB) 
x Các thông số hybrid: 
 veb = hib(-ie) + hrbvcb
 ic = hfbie + hoevcb
Lưu ý: Chiều qui ước của ie, ic.
x Xác định các thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE 
ie
eb
febfecbe h
vhihiii    )1()1( , suy ra: 
9 Trở kháng ngõ vào hib:
EQ
T
fe
ie
cbe
eb
i
eb
ib I
V
h
h
vi
v
i
vh 

 
10
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 9
9 Độ lợi điện áp ngược hrb : hrb | 10 –4 : Thường bỏ qua. 
9 Độ lợi dòng thuận hfb : 
10 
fe
fe
cbe
c
fb h
h
vi
ih
9 Dẫn nạp ngõ ra hob : Sử dụng mạch tương đương CE có hoe : 
Theo định nghĩa: 
0 
ecb
c
ob iv
ih
Từ mạch CE: ic = - ib; ihoe = (hfe +1)ib
Ÿ vcb = vce + veb = (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) + (-ib)(hie)
Ÿ vcb | (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) = (ic)(hfe + 1)(1/hoe)
Ÿ
fe
oe
ecb
c
ob h
h
iv
ih

10
 Nhận xét: i) hrb và hob thường rất nhỏ: Bỏ qua 
 ii) Các thông số hybrid CB (hib, hfb, hob) có được bằng cách lấy các thông số CE 
tương ứng chia cho (1+hfe)
Ví dụ 3: a) Xác định các thông số CB của ví dụ 1, cho 1/hoe = 10K. 
 b) TST trên được sử dụng trong cấu hình CB với ri = 100; RL = 5K. Xác định độ lợi 
dòng Ai ; áp Av , trở kháng vào Zi; ra Zo
a) Từ ví dụ 1: hfe = 50; hie = 0.83K; hoe = 10 –4 mho; hre = 0. 
Suy ra: 98.0
1

fe
fe
fb h
h
h ;
fe
ie
ib h
hh

1
 = 16:;
fe
oe
ob h
hh

1
 = 2u10-6; hrb = 0. 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 10
b) Mạch tương đương: 
¸
¹
·
¨
©
§



 
16100
100
5500
500
)98.0(
i
L
i i
iA = 0.83 
i
L
i
L
i
L
v i
i
r
R
v
vA = 41.5 
Zi = 16:
Z0 = 500K 
4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC) (Mạch Emitter Follower - EF) 
x Tính chất: - Độ lợi áp Av | 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: 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 11
9 Nhìn từ cực B: 
vb = vbe + ieRe. Do vbe = ibhie và ieRe = (hfe + 1)ibRe
Ÿ > @efebiebb Rhihiv )1(  Ÿ Mạch tương đương (chuẩn ib)
Ÿ
> @
> @»¼
º
«
¬
ª


»
¼
º
«
¬
ª


efeiebi
efeieb
efeie
efe
i
e
v RhhRr
RhhR
Rhh
Rh
v
vA
)1(//
)1(//
)1(
)1(
và efeiei RhhZ )1(  
9 Nhìn từ cực E: 
Biến đổi tương đương Thevenin ngõ vào: Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE: 
KVL: ebebii vvirv  
,,
Do
1
fe
e
b h
ii và eib
fe
e
iebiebe ihh
ihihv 

1
Ÿ eeibe
fe
i
i vihih
r
v ¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§

1
,
, Ÿ Mạch tương đương (chuẩn ie)
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 12
Ÿ
1
,

 
fe
i
ibo h
r
hZ
Phản ánh trở kháng: 
Phản ánh từ Emitter o Base (chuẩn ib)
Dòng / (hfe + 1) (Ví dụ: ieo ie/(hfe + 1)) 
Trở kháng u (hfe + 1) (Ví dụ: Re o Re(hfe + 1)) 
Aùp: Không đổi (Ví du: veo ve)
Phản ánh từ Base o Emitter (chuẩn ie)
Dòng u (hfe + 1) (Ví dụ: ib o ib(hfe + 1)) 
Trở kháng / (hfe + 1) (Ví dụ: r’i o r’i / (hfe + 1)) 
Aùp: Không đổi 
Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh 
trở kháng 
Biến đổi mạch tương đương: 
> @efeiei
i
Lc
c
fei
Rhhr
r
RR
RhA
)1(,
,

 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 4 13
Ví dụ 5: Tính v1 và v2 của mạch đảo pha (phase inverter) sau: 
Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B Ÿ Mạch tương đương (b) 
Ÿ
)1()//(
)1(
1 


feeiebi
fee
ib
b
i hRhRr
hR
rR
Rvv
Dòng ie : 
e
e R
vi 1 Ÿ
e
fbefbc R
vhihi 1 
Ngõ ra cực C: 12 vR
RhRiv
e
c
fbcc   
Nếu chọn hfbRc (| Rc) = ReŸ v2 = - v1 : Đảo pha. 
4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT 
0ҥFKÿLӋQWӱ