View Full Version : Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ
thanhlong_company
16-04-2013, 09:27 AM
CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT TÍN HIỆU NHỎ
5.1 Các nguyên tắc cơ bản về khuếch đại AC
Ở phần trước chúng ta đã biết về tín hiệu DC, điểm tĩnh, và đặc điểm transistor cũng như cách xác định các điện áp, dòng DC ngõ ra ứng với ngõ vào là tín hiệu DC. Phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu đáp ứng ngõ ra trong trường hợp dòng hoặc điện áp ngõ vào có sự thay đổi nhỏ. Ví dụ như nếu tăng điện áp ngõ vào VBE của một transitor NPN được mắc CE sẽ làm tăng dòng IB dẫn đến dòng IC tăng theo vì IC = βIB. Cũng như vậy, việc tăng điện áp ngõ vào làm tăng điện áp ngõ ra. Khi sự biến thiên ngõ vào đủ nhỏ để tạo sự thay đổi vể dòng và áp ngõ ra nằm trong giới hạn của đặc tính transitor, chúng ta nói rằng transitor đang hoạt động dưới điều kiện tín hiệu nhỏ. Chính xác hơn, hoạt động tín hiệu nhỏ xuất hiện khi các sự biến thiên ngõ ra quá nhỏ đến nỗi các thông số linh kiện thay đổi không đáng kể( như α, β,...). Chúng ta nghiên cứu hoạt động tín hiệu nhỏ trên quan điểm xem transitor như một bộ khuếch đại ac.
Độ lợi bộ khuếch đại:
Khi 1 thiết bị có lượng thay đổi điện áp ngõ ra lớn hơn lượng thay đổi điện áp ngõ vào, ta gọi thiết bị đó là bộ khuếch đại áp AC. Độ lợi áp AC, ký hiệu là Av, là tỉ số giữa độ thay đổi áp ngõ ra và độ thay đổi áp ngõ vào:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image002.gif (5-1)
Vì vậy, một bộ khuếc đại AC sẽ có Av>1. Hình 5.1 minh họa khái niệm này. Chú ý rằng trong hình 5.1, chỉ có các thành phần AC của ngõ vào và của ngõ ra được sử dụng để tính độ lợi áp AC.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image004.jpg
Hình 5.1: Một bộ khuếch đại áp AC, tổng lượng biến thiên áp ngõ ra, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image006.gif, lớn hơn tổng lượng biến thiên áp ngõ vào, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image008.gif.
Cả hai tín hiệu ngõ ra và ngõ vào được đặt lên trên các mức DC, nhưng các giá trị DC này không được tính trong độ lợi áp AC. Các giá trị rms (hiệu dụng) của các thành phần ngõ vào và ngõ ra AC có thể được tính như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image010.gif (5-2)
Nếu không cần thiết đề cập đến giá trị rms thì sau này, chúng ta sẽ bỏ kí hiệu rms, và tự hiểu vo và vin là các giá trị rms.
Độ lợi dòng AC, Ai, được xác định là tỉ số của tổng lượng biến thiên dòng ngõ ra và tổng lượng biến thiên dòng ngõ vào:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image012.gif (5-3)
Thiết bị có Ai>1 gọi là bộ khuếch đại dòng. Tổng quát, một bộ khuếch đại AC có thể có Av>1, hoặc Ai>1, hoặc cả hai; nói cách khác, có thể khuếch đại cả dòng hoặc áp hoặc cả hai. Độ lợi công suất, Ap, được định nghĩa là tỉ số công suất ngõ ra trên công suất ngõ vào, và có thể được tính bằng tích của độ lợi áp và độ lợi dòng:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image014.gif (5-4)
Mặc dù từ “độ lợi” ngầm chỉ rằng có sự gia tăng mức tín hiệu, nhưng giá trị độ lợi vẫn có thể bé hơn 1. Ví dụ, nếu một bộ khuếch đại có độ lợi áp là 0.5, thì có nghĩa là sự biến thiên áp ngõ ra bằng một nửa của áp ngõ vào. Trong trường hợp này, chúng ta nói rằng bộ khuếch đại làm suy giảm tín hiệu điện áp cung cấp cho nó.
Điện trỏ ngõ vào và ngõ ra
Điện trở ngõ vào một bộ khuếch đại là tổng trở tương đương tại các đầu ngõ vào của nó. Điện trở ngõ vào DC, Rin, là điện trở mà nguồn DC “nhìn vào” khi được kết nối với các đầu ngõ vào, và điện trở AC, rin, là điện trở mà nguồn ngõ vào AC nhìn các đầu vào. Trong cả hai trường hợp, điện trở ngõ vào được tính là tỉ số của điện áp ngõ vào và dòng điện ngõ vào:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image016.gif (5-5)
Công suất ngõ vào AC được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ công suất thông thường sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image018.gif (5-6)
Điện trở ngõ ra của một bộ khuếch đại là tổng trở tương đương tại các đầu ngõ ra. Điện trở ngõ ra tương tự với điện trở tương đương Thevenin mắc nối tiếp với ngõ ra nếu bộ khuếch đại được thay thế bằng mạch tương đương Thevenin. Giống như điện trở ngõ vào, điện trở ngõ ra có thể được xác định là điện trở DC Ro, hoặc điện trở ac, ro. Công suất ngõ ra được tính bằng phương trình 5-6, với thay thế o(out) cho in trong mỗi số hạng.
Thí dụ 5-1
Hình 5-2 biểu diễn biểu tượng thông thường của một bộ khuếch đại: một khối tam giác với ngõ ra tại một đỉnh. Theo hình vẽ, áp ngõ vào bộ khuếch đại là vin = 0.7 + 0.008sin3t (V). Bộ khuếch đại có độ lợi dòng AC là 80. Nếu dòng ngõ vào là iin(t) = 2.8x10-5+4x10-6sin103t A, và thành phần AC của áp ngõ ra là 0.4 Vrms, tính:
(1) Av, (2) Rin, (3) rin, (4)io (rms), (5)ro, và (6) Ap?
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image020.jpg
Hình 5-2: thí dụ 5-1
Giải
vin(rms) = 0.707(0.008 A-pk) = 5.66x10-3 V rms
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image022.gif
Điện trở DC ngõ vào là tỉ số thành phần DC của điện áp ngõ vào và thành phần DC của dòng ngõ vào
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image024.gif
Điện trở AC ngõ vào là tỉ số các thành phần AC của áp ngõ vào và dòng ngõ vào:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image026.gif
io(rms) = Aiiin (rms)= 80(0.707)(4x10-6 A-pk) = 0.226 mA rms
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image028.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image030.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image032.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image034.gif
Chú ý rằng độ lợi công suất cũng có thể được tính ở thí dụ này là tích của độ lợi áp và độ lợi dòng như sau: Ap = AvAi = (70.7)80 = 5656. Sự sai khác nhỏ giữa hai kết quả này do lỗi làm tròn mà thôi.
thienanfurniture
16-04-2013, 09:27 AM
Điện trở nguồn
Mỗi nguồn tín hiệu đều có điện trở nội (điện trở tương đương Thevenin của nó), mà chúng ta xem như là điện trở nguồn, rs. Khi nguồn tín hiệu được nối với ngõ vào bộ khuếch đại, điện trở nguồn là nối tiếp với điện trở ngõ vào, rin, của bộ khuếch đại. Chú ý trong hình 5-3 rằng rs và rin hình thành mạch phân áp ớ ngõ vào bộ khuếch đại. Áp ngõ vào tại bộ khuếch đại là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image036.gif (5-7)
và,
Cho nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image038.gif (5-8)
Phương trình 5-8 cho thấy độ lợi áp tổng giữa áp nguồn và ngõ ra bộ khuếch đại, vo/vs, bằng với độ lợi áp bộ khuếch đại giảm đi 1 hệ số là rin/(rs+rin).
Nếu rin lớn hơn rs thì rin/(rs+rin)http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif1, vì vậy độ lợi áp tổng bị giảm một lượng là do ảnh hưởng của mạch phân áp. Cho nên, tổng quát cho bộ khuếch đại cần có điện trở ngõ vào càng lớn càng tốt.
Hình 5 – 3: rS và rin phân chia điện áp ở ngõ vào bộ khuếch đại. Độ lợi áp từ nguồn tới ngõ ra bị giảm 1 lượng rin/(rS+rin).
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image042.jpg
Mặt khác, nếu muốn khuếch đại dòng, thì bộ khuếch đại phải có điện trở ngõ vào càng nhỏ càng tốt. Khi rin nhỏ, phần lớn dòng được nguồn phát ra sẽ được phân phối tới ngõ vào bộ khuếch đại. Điều này được minh họa ở hình 5-4, với nguồn là nguồn dòng tương đương (Norton), (để tính độ lợi, ngõ ra được nối xuống đất; điều này bảo đảm rằng tất cả dòng khuếch đại được đổ tới ngõ ra).
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image044.gif
Hình 5-4: Bộ khuếch đại dòng có điện trở ngõ vào nhỏ để tỉ số rs/(rs+rin) đạt gần bằng 1.
Ở hình 5-4, dòng đổ vào ngõ vào vào bộ khuếch đại là dòng nguồn is được giảm 1 lượng rs/(rs+rin). Vì vậy, rin cần phải nhỏ hơn rs để cho rs/(rs+rin) gần bằng 1. Độ lợi dòng tổng từ nguồn tới ngõ ra là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image046.gif (5-9)
Thí dụ 5-2
Một bộ khuếch đại được cho như hình 5-5 với: Av = 10 và Ai = 10, được lái bởi một nguồn có điện trở nguồn 1000http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Tính độ lợi áp tổng và độ lợi dòng, từ nguồn đến ngõ ra, với:
(1) rin = 10khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, và (2) rin = 100http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. (Giả sử rằng ngõ ra hở khi tính độ lợi áp, và nối đất khi tính độ lợi dòng).
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image050.jpg
Hình 5-5 (Thí dụ 5-2)
Giải
rin = 10khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif (rin = 10rs)
rin = 100http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif
Thí dụ này cho thấy khi rin = 10rs, độ lợi áp giảm đi 10% và độ lợi dòng giảm 90%; khi rin=0.1rs, độ lợi áp giảm 90% và độ lợi dòng giảm 10%.
Điện trở tải
Một bộ khuếch đại ac luôn được dùng để cung cấp áp, dòng hoặc/và công suất cho một vài loại tải được nối ở ngõ ra. Tải này có thể là 1 loa, anten, còi, động cơ điện, hoặc bất kỳ các thiết bị hữu ích nào khác. Thông thường, tải là ngõ vào cho một bộ khuếch đại AC khác. Bộ khuếch đại được phân tích bằng cách thay thế tải của nó bằng điện trở tải tương đương (hoặc tổng trở). Khi một điện trở tải RL được nối với ngõ ra một bộ khuếch đại, thì cũng có phân áp giữa điện trở ngõ ra bộ khuếch đại và điện trở tải.
Hình 5 – 6: Áp ngõ ra của 1 bộ khuếch đại ac chia giữa ro và điện trở tải RL
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image052.jpgHình 5-6 cho thấy một mạch tương đương Thevenin ngõ ra của một bộ khuếch đại AC với áp ngõ ra là vo có được từ nguồn áp trở nội ro mắc nối tiếp. Như đã thấy trên hình, áp trên tải vL là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image054.gif (5-10)
Đối với một khuếch đại áp, ro nên nhỏ hơn RL để có được áp vo tối đa trên tải. Bằng cách chuyển đổi ngõ ra bộ khuếch đại thành mạch tương đương Norton, ta có được:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image056.gif (5-11)
Khi xét ảnh hưởng của cả rs và RL, độ lợi áp tổng từ nguồn đến tải là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image058.gif (5-12)
Tương tự, độ lợi dòng tổng là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image060.gif (5-13)
với is là dòng nguồn tương đương (Norton), vs/rs.
Nhắc lại rằng thuyết truyền công suất cực đại chỉ rằng công suất cực đại được truyền từ nguồn đến tải khi điện trở nguồn bằng điện trở tải. Vì vậy, công suất cực đại truyền từ nguồn tín hiệu tới bộ khuếch đại khi rs = rin. Tương tự, công suất cực đại truyền từ bộ khuếch đại ra tải khi RL = ro. Vì vậy, độ lợi công suất tổng từ nguồn ra tải sẽ cực đại khi rs = rin và RL = ro. Bộ khuếch đại phối hợp với nguồn khi rs = rin, và phối hợp với tải của nó khi RL = ro.
chinh186
16-04-2013, 09:27 AM
Ảnh hưởng của vị trí điểm Q đối với hoạt động AC
Chúng ta sẽ xét ảnh hưởng của điểm Q đối với hoạt động AC của bộ khuếch đại. Giả sử rằng giá trị điện trở RB trong hình 5-11 thay đổi từ 576khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif đến 3.47Mhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Giá trị tĩnh của dòng nền là :
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image097.gif
Hình 5.14 chỉ điểm Q trong trường hợp này được dịch xuống đường tải xuống giao điểm với đường cong có IB = 5http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA. Tại điểm Q mới này, IC = 0.5 mA và VCE = 16.5 V. Khi dòng nền tăng 10http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA trên Q đến 15http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA, có thể thấy trên hình 5-14 dòng cực thu tăng đến 1.5mA và VCE giảm còn 13.5V. Tuy nhiên, khi dòng cực nền giảm 10http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA dưới điểm Q (1 lượng -5http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA), transitor sẽ vào vùng cắt (cutoff). Rõ ràng IC không thể nhỏ hơn 0 và VCE không thể lớn hơn VCC = 18V.
Hình 5 – 14: Khi điện trở cực nền tăng, điểm tĩnh Q di chuyển xuống dưới đường tải và tín hiệu khuếch đại bị xén
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image099.jpg
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image101.jpg http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image103.jpg
b) Tín hiệu vào quá lớn gây ra xén âm và xén dương
a)Điểm Q nằm quá gần vùng bão hòa và áp ngõ ra bị xén âm
Hình 5-15
Như đã chỉ trên hình, dòng ngõ ra sớm bằng 0, tức bị xén. Cùng lúc đó, VCE đặt giới hạn 18V và dạng sóng ngõ ra bị xén dương. Với vị trí điểm Q mới, sự thay đổi áp ngõ ra không vượt quá 18-16.5 = 1.5V mà không có xén dương xảy ra. Vì vậy, áp ngõ ra đỉnh - đỉnh là 2x1.5 = 3V, và chúng ta nói rằng bộ khuếch đại đạt được dao động ngõ ra lớn nhất là 3V. Điều này cho thấy sự quan trọng của việc định điểm Q phải gần giữa đường tải.
Nếu điểm Q được chọn ở trên quá xa đường tải, dao động ngõ ra sẽ bị giới hạn bởi điểm bắt đầu bão hòa. Điều này được minh họa trên hình 5-15(a). Ở đây, sự gia tăng quá lớn của dòng nền làm cho transitor bị bão hòa. Dòng cực thu không thể vượt quá giá trị bão hòa và VCE lại luôn lớn hơn 0. Chính vì vậy, áp ngõ ra có dạng sóng bị xén âm, như trên hình.
Ngay cả khi điểm Q nằm giữa đường tải, xén âm và xén dương vẫn có thể có nếu tín hiệu vào quá lớn. Hình 5 – 15 (b) minh họa trường hợp dòng cực nền quá lớn làm cho transitor vào trạng thái bão hòa và bị xén. Ta thấy rằng cả xén âm và dương xuất hiện khi bộ khuếch đại bị lái qua mức (overdriven).
Tuyến tính và méo dạng
Một bộ khuếch đại tốt phải có dạng sóng ngõ ra là một bản sao “thật giống” với dạng sóng ngõ vào (hoặc là bản sao nhưng ngược pha với ngõ vào). Dĩ nhiên điều này không cho phép xén xảy ra. Nếu không xét đến xén, việc sóng ngõ ra có giống sóng ngõ vào hay không còn phụ thuộc vào độ tuyến tính mạch khuếch đại. Tuyến tính nghĩa là bất kỳ sự biến thiên nào của ngõ ra đều phải tỉ lệ trực tiếp với sự biến thiên ngõ vào. Thí dụ, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image105.gif khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image107.gif=0.01V, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image109.gifbằng 2V khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image107.gif=0.02V, và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image109.gif=0.5V khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image008.gif=0.005V. Độ tuyến tính của transitor được quyết định bằng cách tính phạm vi mà tương đương với việc tăng dòng cực nền áp ứng với các đường cong trên đặc tính ngõ ra CE. Nếu chúng ta giả sử rằng dòng ngõ vào tỉ lệ với áp ngõ vào (xem như mối nối B-E là tuyến tính), thì sự thay đổi áp ngõ vào sẽ gây nên áp ngõ ra thay đổi trong phạm vi tỉ lệ dọc trên đường tải. Điều này chỉ xảy ra chỉ khi các đường cong ứng với dòng nền cố định được đặc ngang bằng nhau. Hình 5 -16 minh họa điều này, một đặc tính ngõ ra CE cố ý méo dạng để cho thấy rõ các khoảng cách không đồng dạng. Chú ý rằng khoảng cách giữa các đường cong tăng lớn hơn các giá trị của dòng cực nền. Trong hình vẽ, dòng cực nền được cho là thay đổi sin trên dưới 20http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA với giá trị tĩnh là 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA. Sự thay đổi từ 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA đến 70http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA làm cho IC biến thiên từ 4mA đến 6mA, nhưng sự thay đổi từ 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA đến 30http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA chỉ làm cho IC thay đổi trong tầm 4mA đến 2mA. Tương tự, sự thay đổi của VCE từ (12.5V) – (2.5V) = 10V khi IB tăng đến 70http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA, nhưng VCE chỉ thay đổi (17.5V) – (12.5V) = 5V khi IB giảm còn 30http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA. Ta thấy rõ rằng ngõ ra bị méo dạng, dạng sóng không đồng dạng.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image114.jpg
Hình 5 – 16
Khi IB tăng khoảng đều thì đặc tuyến lại dịch khoảng không bằng nhau, nghĩa là phi tuyến, gây ra sái dạng ở ngõ ra.
Vùng tích cực của đặc tính ngõ ra transitor là vùng mà các đường cong dòng cực nền thường xấp xỉ hoặc bằng nhau. Vì vậy, vùng tích cực thường được gọi là vùng tuyến tính. Dĩ nhiên, đường đặc tính như hình 5 – 16 rõ ràng là không tuyến tính. Trong thí dụ này, phi tuyến là do thông số thiết bị (như http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif) thay đổi đáng kể trong vùng hoạt động. Phân tích tín hiệu nhỏ linh kiện này vì vậy sẽ được giới hạn trong phạm vi nhỏ dọc trên đường tải.
Ảnh hưởng điện trở tải trong hoạt động AC
Chúng ra sẽ xét xem ảnh hưởng của điện trở tải RL được nối vào ngõ ra mạch khuếch đại CE. Hình 5 – 17 cho thấy 1 tụ điện được ghép với 1 điện trở tải 6khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Chú ý rằng khi xét AC, thì điện trở RL sẽ song song với RC. Nguồn áp DC bị ngắn mạch khi phân tích tín hiệu AC, cho nên điện trở 3khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif trên hình 5 – 17 bị nối đất qua nguồn 18V, và áp AC tại cực thu “nhìn” 3khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif song song với 6khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Nói tóm lại, cần để ý rằng khi phân tích AC, như nguồn vs, chúng ta ngắn mạch tất cả nguồn áp DC.
Hình 5 – 17: Bộ khuếch đại CE của hình 5 – 11, được bổ sung thêm tụ ghép vào điện trở tải
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image118.jpg
Điện trở tải ac, kí hiệu là rL, chính là RC song song với RL:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image120.gif (5 – 16)
Trong thí dụ này, rL = (3khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif)//(6khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif) = 2khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Dĩ nhiên là điện trở tải DC vẫn là 3khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, bởi vì tụ điện đã ngăn không cho dòng DC qua điện trở 6khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif.
Sự khác nhau giữa điện trở tải ac và DC có nghĩa là chúng ta không tính áp ngõ ra bằng đường tải với RC = 3khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Thay vào đó, chúng ta sẽ dùng đường tải ac, với rL=2khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Đường tải dựa trên RC được gọi là đường tải DC. Bởi vì đường tải ac là tập hợp tất cả các điểm kết hợp giữa dòng và áp cực thu, nên nó phải gồm cả điểm mà ngõ vào ac = 0. Điểm này chính là điểm Q của đường tải DC, suy ra là đường tải ac và DC giao nhau tại điểm Q. Hình 5 – 18 cho thấy đường tải DC và ac cùng được vẽ trên 1 đặc tính ngõ ra.
Chú ý là đường tải ac dốc hơn đường tải DC. Nhớ rằng độ dốc đường DC là -1/RL, trong khi của đường ac là -1/r*L, mà rL<RL. Phương trình đường tải ac:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image122.gif (5 – 17)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image124.gif (5 – 18 )
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image126.jpg
Hình 5 – 18: Đường tải DC và ac
với
IQ là giá trị tĩnh của IC
VQ là giá trị tĩnh của VCE
Io và Vo là giá trị dòng IC và áp VCE của đường tải AC trên trục tọa độ.
Đối với thí dụ này, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image128.gif
Cần nhắc lại rằng đường tải ac là tập hợp tất cả các trường hợp kết hợp có thể có của áp CE và dòng cực thu, và đường tải DC thì không có điều này. Rất dễ nhầm lẫn rằng đường tải DC chi phối áp qua RC và đường tải ac lại chi phối áp qua RL. Cần nhớ rằng dòng và áp trên RL có dạng sóng thuần ac gồm phần dương và âm, vì tụ chặn đã ngăn thành phần DC của sóng cực thu. Sự khác nhau duy nhất giữa vL* và áp cực thu là thành phần DC!
Một điều nữa là đường tải ac làm cho biên độ của áp ac ngõ ra nhỏ hơn so với áp ngõ ra do đường tải DC. Điều này được minh họa trong hình 5 – 19, với các điện áp ngõ ra đều được vẽ dựa trên cả 2 đường tải ac và DC. Sự biến thiên dòng cực nền đều như nhau trong 2 trường hợp, và dễ thấy rằng đường tải ac có độ dốc hơn làm cho biên độ ngõ ra nhỏ hơn. Việc nối 1 tải ac vào ngõ ra bộ khuếch đại luôn luôn làm giảm biên độ ngõ ra ac của nó.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image130.jpg http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image132.jpg
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image133.gif
Hình 5 – 19
Nếu điện trở nền RB thay đổi, điểm Q sẽ dịch đến 1 vị trí mới trên đường tải DC. Do đường tải ac cũng đi qua điểm Q nên nó cũng sẽ bị dịch theo. Như trên hình 5 – 20, các đường tải ac song song ứng với các điểm Q khác nhau, vì chúng có cùng độ dốc là -1/rL.
ctyxdcaosu
16-04-2013, 09:27 AM
5.3 Phân tích mạch khuếch đại sử dụng các mô hình tín hiệu nhỏ
Các thông số tín hiệu nhỏ
Các mạch transitor thường được phân tích bằng đại số hơn là bằng phương pháp đồ thị, cho nên rất thuận tiện nếu transitor được thay thế bằng một mạch tương đương nào đó. Có nhiều loại mạch tương đương đã được dùng cho transitor, mỗi loại có những điểm riêng mà nó sẽ tốt hơn hoặc chính xác hơn cho mỗi kiểu phân tích. Dạng mạch tương đương sẽ dựa trên các thông số transitor được chọn làm cơ sở cho mạch. Một thông số transitor là một đặc tính hoặc đặc trưng nào đó mà có thể được biểu diễn bằng giá trị số. Ví dụ, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image135.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif là các thông số transitor. Chúng được tính từ mối quan hệ số giữa 2 lượng (trong trường hợp này là tỉ số của 2 dòng). Các thông số transitor cũng là các đặc tính vật lý cố hữu đặc biệt, chẳng hạn như điện trở vùng nền, hoặc độ rộng của vùng nghèo CB.
Các giá trị của thông số tín hiệu nhỏ được xác định dưới điều kiện hoạt động tín hiệu nhỏ (AC). Thí dụ, giá trị tín hiệu nhỏ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image137.gif (5 - 19)
Phương trình trên chỉ rằnghttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif là tỉ số dòng AC cực thu và dòng nền AC với VCE cố định. http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif tín hiệu nhỏ được xác định từ tập hợp các đặc tính cực thu bằng cách xây dựng đường thẳng đứng ( một đường với VCE là hằng số) và tìm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image091.gifIC /http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image091.gifIB. (như một bài tập, dùng hình 5 -13 tìmhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif tín hiệu nhỏ tại VCE = 10V khi IB thay đổi từ 20http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA đến 40http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image078.gifA.). Cho đến giờ, chúng ta xấp xỉhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif bằng cách lấy tỉ số 2 dòng DC: http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifIC/IB. Để phân biệt giá trị này với giá trị tín hiệu nhỏ, nhiều người sử dụng kí hiệu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifDC để chỉ rằng đó là tỉ số các dòng DC. Trong hầu hết các ứng dụng thực tế, giá trị tín hiệu nhỏ và DC củahttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif xấp xỉ gần bằng nhau, và về sau chúng ta sẽ sử dụng ký hiệu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifDC chỉ khi cần nhấn mạnh rằng đó là giá trị DC. Tương tự như http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif tín hiệu nhỏ, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image145.gif tín hiệu nhỏ được định nghĩa từ các dòng ac như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image147.gif (5 – 20)
Một thông số vật lý quan trọng của transitor là điện trở tín hiệu nhỏ từ cực phát đến cực nền (EB), được gọi là điện trở cực phát re. Điện trở này giống như điện trở ngõ vào tín hiệu nhỏ của transitor trong mô hình cực nền chung (CB):
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image149.gif (5 – 21)
Vì mối nối E-B có thể được xem là 1 diode phân cực thuận, nên giá trị xấp xỉ re có thể được tính tương tự như chúng ta tính điện trở động của diode (chương 3). Nhắc lại rằng rD http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif VT/I http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif 0.026/I tại nhiệt độ phòng, với I là dòng DC trong diode. Tương tự,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image153.gif (5 – 22)
với IE là dòng DC cực phát.
Điện trở cực thu tín hiệu nhỏ rc là điện trở AC từ cực thu đến cực nền. Nó tương tự như điện trở ngõ ra của transitor trong mô hình cực nền chung (CB) và thường có giá trị vài megohms, vì nó đi qua mối nối phân cực ngược:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image155.gifhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image157.gif (5 – 23)
Mô hình mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ CB
Hình 5 – 23 cho thấy một transitor trong cấu hình cực nền chung (CB) và mô hình xấp xỉ tín hiệu nhỏ. Nhớ rằng tất cả các dòng và áp đều là AC.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image159.jpg http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image161.jpg
a) Cấu hình B chung b) Mô hình tín hiệu nhỏ của cấu hình CB
Hình 5 – 23: Một transitor mắc kiểu CB và mô hình tín hiệu nhỏ của nó
Trong mô hình 5 – 23 bao gồm nguồn điều khiển dòng AC cho 1 dòng điện http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image145.gifie. Vì vậy, dòng cực thu ic bằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image145.gifie*, cho nên mô hình tương đối bị ảnh hưởng bởi mối quan hệ giữa ie và ic. Mô hình không trình bày ảnh hưởng hồi tiếp như đã đề cập ở chương 4; đó là, không thể hiện sự phụ thuộc ie vào VCB. Trong chương sau, chúng ta sẽ đề cập mô hình hybrid phức tạp và chính xác hơn và cũng bao gồm cả ảnh hưởng hồi tiếp. Đối với hầu hết các bài tập phân tích và thiết kế thực tế, hồi tiếp được bỏ qua.
Rõ ràng là điện trở ngõ vào transitor bằng re trong mô hình xấp xỉ CB. Giá trị này tương đối nhỏ, thường nhỏ hơn 100http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif.
rin = re (5 – 24)
Mặt khác, điện trở ngõ ra transitor có thể được xem là bằng rc:
ro = rc ( 5 – 25)
Để minh họa làm cách nào có thể sử dụng mô hình tín hiệu nhỏ để phân tích mạch khuếch đại thực tế, chúng ta sẽ kết hợp nó trong mô hình mạch khuếch đại CB như trong hình 5-24(a). Hình 5-24(b) trình bày mạch tương đương hình (a) bên ngoài transitor. Để ý rằng tất cả các nguồn DC đều bị ngắn mạch khi xét mạch tương đương AC. Cuối cùng, hình 5-24(c) cho thấy toàn bộ tương đương AC khi transitor được thay thế bởi mô hình tín hiệu nhỏ của nó
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image164.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image166.gif (5 – 26)
vì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image168.gif nên độ lợi áp là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image170.gif (5 – 27)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image172.gif
a) Bộ khuếch đại CB được lái bởi nguồn tín hiệu nhỏ, vS
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image174.gif
b) Bộ khuếch đại CB của hình a) khi mạch bên ngoài với transitor được thay thế tương đương
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image176.gif
c) Toàn bộ mạch tương đương tín hiệu nhỏ kiểu CB, khi transitor trong hình b) được thay thế bằng mô hình của nó.
Hình 5 – 24: Khai triển mạch tương đương của bộ khuếch đại mắc B chung
Hình 5 – 25: Mạch tương đương CB thực tế được gọn lại với điều kiện (thường gặp): re||RE http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifre và RC||rchttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifRC
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image179.jpg
Độ lợi dòng trong hình 5 – 25 là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image181.gif (5 – 28)
Vì vậy, độ lợi dòng của mạch khuếch đại mắc CB luôn luôn bé hơn 1.
Một mạch khuếch đại CB trên hình 5 – 26(a) được lái bởi nguồn có nội trở là rS. Điện trở tải là RL. hình 5 – 26b cho thấy mạch tương đương AC giả sử rằng RE||rehttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifre, rc||RChttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifRC. Hình 5 – 26c trình bày mạch khuếch đại với transitor được thay thế bằng 1 khối đơn có các thông số từ phương trình 5 – 26 đến 5 – 28. Chú ý rằng nguồn áp trong hình 5 – 26(c) là tương đương Thevenin của nguồn dòng trong hình 5 – 25.
Độ lợi áp và độ lợi dòng tổng quát từ nguồn đến tải của bộ khuếch đại AC được cho trong phương trình 5 – 12 và 5 – 13, phần 5-1. Áp dụng các phương trình này cho hình 5 – 26(c), ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image184.gif (5 – 29)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image186.jpg
xnmaymytho
16-04-2013, 09:27 AM
Mô hình mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ CE
Để phát triển một mô hình cho transitor với cấu hình E chung (CE), chúng ta sẽ bắt đầu từ điện trở ngõ vào của cấu hình này. Hình 5 – 30 cho thấy mạch ngõ vào CE với re được vẽ trong cực phát (E), để chỉ rằng đó là thông số nội transitor. Điện trở AC ngõ vào là rin = vbe/ib. Nhắc lại rằng ie = (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif+1)ib, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image209.gif
nhưng vbe/ie = re, nên:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image211.gif (mắc E chung ) (5 – 35)
Phương trình 5 – 35 cho thấy điện trở ngõ vào trong cấu hình CE lớn hơn xấp xỉ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif lần trong cấu hình CB. Cũng có thể chứng minh rằng điện trở ngõ ra của transitor trong cấu hình CE nhỏ hơn xấp xỉ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif lần trong cấu hình CB: ro http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif rc/http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif. Vì điện trở ngõ vào khi mắc CE lớn hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif lần và điện trở ngõ ra nhỏ hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif so với trong cấu hình CB, nên mạch khuếch đại mắc CE đáp ứng tốt hơn trong khi khuếch đại áp so với CB.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image213.jpg http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image215.jpg
Hình 5 – 31
Mô hình xấp xỉ tín hiệu nhỏ của transitor trong cấu hình E chung (CE)
Hình 5 – 30
Mạch ngõ vào transitor trong cấu hình CE
Một mô hình transitor mắc E chung được cho trên hình 5 – 31. Nguồn dòng phụ thuộc có giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image217.gif, với ic = http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image217.gif. Một lần nữa, chúng ta bỏ qua ảnh hưởng hồi tiếp, bởi đó ib phụ thuộc 1 cách nào đó vào VCE.
Hình 5 – 32 trình bày một tầng khuếch đại mắc E chung và mạch tương đương AC của nó. Để ý là nguồn áp DC bị ngắn mạch khi phân tích AC, như trước đây. Trong hình 5 – 32(b), có thể thấy rc/http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif song song với RC. Trong hầu hết các trường hợp, rc/http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif >> RC, vì vậy rc/http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif || RC http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif RC. Thí dụ, tiêu biểu như rc = 10Mhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif = 100, và RC = 1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, nên (rc/http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif) || RC = (100khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif) || (1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif) = 990http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Như vậy, điện trở ngõ ra của tầng khuếch đại là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image220.gif ( 5 – 36)
và áp ngõ ra là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image222.gif (5 – 37)
Dễ thấy từ hình 5 – 32(b) là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image224.gif ( 5 – 38)
Vì vậy,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image226.gif (5 – 39)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image228.jpg
(a) Bộ khuếch đại E chung
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image230.gif
(b) Mạch tương đương ac của (a), với mô hình khai triển từ hình 5.31
Hình 5 – 32
Bộ khuếch đại E chung và mạch tương đương ac.
Với dấu trừ chỉ rằng ngõ ra và ngõ vào nghịch pha nhau, nhu đã trình bày ở phần 5 – 2. Độ lợi dòng của transitor là tỉ số dòng ngõ ra ic và dòng ngõ vào của nó ib:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image232.gif (5 – 40)
Phương trình 5 – 39 và 5 – 40 cho thấy rằng mạch khuếch đại CE cung cấp độ lợi áp và độ lợi dòng đều lớn hơn 1.
Điện trở ngõ vào của tầng khuếch đại của hình 5 – 32(b) là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image234.gif ( 5 – 41)
Trong nhiều mạch thực tế như hình 5 – 32(a), RB lớn hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifre rất nhiều và phương trình 5 – 41 còn lại là: rin(stage) http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gif http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifre. Tuy nhiên, đối với nhiều mạch phân cực cải tiến hơn chúng ta sẽ gặp thì sẽ khác.
Hình 5 – 33 trình bày 1 tầng khuếch đại CE gồm cả điện trở nguồn và điện trở tải. Áp dụng phương trình 5 – 12 và 5 – 13 để tính độ lợi áp và độ lợi dòng tổng, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image236.gif ( 5 – 42)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image238.gif ( 5 – 43)
với iS = vS/rS.
Các phương trình 5 – 44 tổng kết lại tất cả phương trình phân tích tín hiệu nhỏ cho tầng khuếch đại mắc CE:
Hình 5 – 33
Tầng khuếch đại E chung có điện trở nguồn và điện trở tải
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image240.jpg
gocuongphat
16-04-2013, 09:27 AM
Hình 5 – 39
Bộ khuếch đại C chung và mạch tương đương tín hiệu nhỏ
Để ý là mạch CC thì vin là áp AC giữa cực nền (B) và cực thu (C), cũng có nghĩa là áp giữa cực nền và đất. Dòng ngõ vào iin cũng chính là ib.
Tạm thời chúng ta sẽ thay http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gifre trong hình 5-39(b) bằng giá trị chính xác hơn là (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif+1)re. Dùng định luật Kirchhoff về áp cho cực B và đất trong hình 5-39(b), ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image155.gifhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image281.gif (5-52)
Thay (5-52) vào (5-51), ta được:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image283.gif (5-53)
với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif+1 http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image285.gif (5-54)
Trong nhiều mạch thực tế,RE >> re, nên rin có thể được xấp xỉ là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image287.gif (5-55)
Từ hình 5-39(b), dễ thấy rằng:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image289.gif (5-56)
Phương trình 5-43, và 5-55 cho thấy rằng đặc điểm quan trọng nhất của bộ khuếch đại CC trong các ứng dụng thực tế là: điện trở ngõ vào của nó có thể rất lớn hơn so với các mô hình khác. Ví dụ, với RE = 1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif=100, sẽ có rin http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image291.gif.
Nhớ lại chương 4 là áp ngõ ra của mô hình CC chính là áp CE. Vì cực C nối đất, áp AC ngõ ra cũng là áp giữa cực E và đất (xem hình 5-39(b)). Vì vậy, độ lợi áp của Transitor CC là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image293.gif (5-57)
Thay thế v*in vào phương trình 5-52, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image295.gif (5-58)
Do re+RE > RE, phương trình 5-58 chứng tỏ rằng transitor luôn luôn có độ lợi áp nhỏ hơn 1. Như đã đề cập trên, thường sử dụng RE>>re, vậy ta có xấp xỉ sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image297.gif (5-59)
Phương trình 5-59 cho thấy vo/vin xấp xỉ bằng 1, có nghĩa là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image299.gif, tức là áp ngõ ra bằng áp ngõ vào: ngõ ra và ngõ vào bị “chia cắt” điện trở AC của mối nối BE phân cực thuận. Hay nói cách khác, áp ngõ vào (cực B với đất) giống với áp ngõ ra (cực E với đất), ngoại trừ bị mất 1 lượng nhỏ trên mối nối. Chú ý rằng không có đảo pha giữa ngõ ra và ngõ vào.
Dòng ngõ vào và dòng ngõ ra là ib và ie, ta có độ lợi dòng như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image301.gif (5-60)
Do vậy, trong khi độ lợi áp CC thì bé hơn 1, độ lợi dòng lại lớn hơn 1, suy ra độ lợi công suất:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image303.gif (5-61)
Ta đã có: http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image305.gif, suy ra là điện trở nhìn vào cục nền lớn gấp (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif+1) lần điện trở thực sự nối giữa cực B và đất (phương trình 5-54). Ngược lại, điện trở nhìn vào cực E nhỏ hơn (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif+1) lần điện trở từ cực E trở về nguồn tín hiệu. Điện trở ngõ ra tầng CC trong hình 5.39, ro(stage), là điện trở nhìn vào cực E song song với RE. Vì vậy, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image308.gif (5-62)
với R’B là điện trở nhìn từ cực B trở về nguồn tín hiệu. Hình 5.40 cho thấy R’B được xác định trong mạch tương đương AC cực B. R’B được tính bằng cách ngắn mạch nguồn tín hiệu xuống đất, nên:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image310.gif (5-63)
Lấy (5-63) trừ cho (5-62) ta được:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image312.gif (5-64)
Hình 5-40
R’B là điện trở tương đương Thevenin nhìn từ cực nền trở về nguồn.
R’B = RB||rS
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image314.jpg
Phương trình 5-64 cho thấy điện trở ngõ ra của bộ dẫn cực E có thể khá nhỏ. Thí dụ, với RE = 1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, re = 25http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, RB = 100khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, rS = 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif=100, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image316.gif
Khi rS = 0, chú ý rằng RB||rS = 0và phương trình 5-64 trở thành:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image318.gif (5-65)
Hình 5-41 cho thấy điện trở tải được ghép cực E thông qua tụ ghép. Vì tổng trở AC nối giữa cực E và đất là rL = RE||RL, nên điện trở ngõ vào từ phương trình 5-54 và 5-56 trở thành:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image320.gif (5-66)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image322.gif (5-67)
Sự xấp xỉ ở 2 phương trình trên là do http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image324.gif (5-68)
Hình 5 – 41
Mạch theo cực phát với điện trở tải RL
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image326.jpg
Độ lợi áp tổng của tầng khuếch đại, tính cả điện trở tải và điện trở nguồn, có thể được xác định như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image328.gif (5-69)
với rL = RE || RL
Với rS nhỏ, phương trình 5-69 được tính gần đúng như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image330.gif (5-70)
(Phương trình 5-69 chính xác khi rS=0)
Mặc dù bộ theo cực phát có độ lợi nhỏ hơn 1, nhưng nó có thể được sử dụng để cải thiện độ lợi áp của hệ thống khuếch đại lớn hơn. Bởi vì điện trở ngõ vào của nó lớn, nên nó không là 1 “tải gánh nặng” cho ngõ ra của một bộ khuếch đại khác. Nói khác cách, tải có được trong mạch theo cực phát nối với 1 bộ khuếch đại khác rõ ràng không có giảm độ lợi áp của bộ khuếch đại đó. Tương tự, với điện trở ngõ ra của bộ theo cực phát nhỏ nên nó có thể lái 1 tải “nặng” (điện trở nhỏ), tải này có thể làm giảm độ lợi áp nếu không có điện trở ngõ ra nhỏ. Vì những lý do đó, bộ khuếch đại theo cực phát rất hữu ích khi là một tầng trung gian giữa bộ khuếch đại và tải. Khi đó, nó được gọi là bộ khuếch đại đệm, hoặc là bộ khuếch đại cách ly, bởi vì nó cách ly rất hiệu quả bộ khuếch đại khác với ảnh hưởng tải RL. Điều này được minh họa với thí dụ sau đây.
lienhiepvt2006
16-04-2013, 09:27 AM
Thí dụ 5-9
Một bộ khuếch đại có điện trở ngõ ra là 1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif lái một tải 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif, như hình 5-42(a). Giả sử rằng độ lợi bộ khuếch đại là Av = 140 (khi không có tải) , tính:
1) Độ lợi áp khi có tải, và
2) Độ lợi áp khi bộ khuếch đại theo cực phát được đưa vào giữa bộ khuếch đại và tải, như hình 5-42(b).
Giải
1) Độ lợi áp khi có tải 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image332.gif
Rõ ràng tải 50http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif giảm đáng kể độ lợi áp
2) Để tính điện trở ngõ vào của bộ khuếch đại theo cực phát, ta phải tính re, tức là phải tính dòng phân cực DC IE:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image334.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image336.jpg
(a)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image338.jpg
Hình 5-42
(Thí dụ 5 – 9)
Vì vậy,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image340.gif
Điện trở tải AC của bộ khuếch đại theo cực phát là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image342.gif
Từ phương trình 5-67,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image344.gif
= 7.13khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif
Điện trở nguồn là điện trở ngõ ra (1khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif) của bộ khuếch đại lái nó. Vì vậy, từ phương trình 5-69, độ lợi áp tổng của bộ khuếch đại theo cực phát là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image346.gif
Độ lợi của hệ thống từ bộ khuếch đại đến tải là (0.605)(140)=85.7. Dễ thấy rằng việc đưa bộ khuếch đại theo bộ phát đã cải thiện đáng kể độ lợi áp từ 6.67 lên tới 84.7, tăng 1170%.
Các phương trình mạch C chung tín hiệu nhỏ
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image347.gifhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image201.gif (tại nhiệt độ phòng),
(5 – 71)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image349.gif
5.4 Sự phụ thuộc của điều kiện phân cực DC vào các thông số tín hiệu nhỏ
Độ dẫn điện qua lại
Như đã biết ở phần trước, một trong những thông số quan trọng được sử dụng trong các mô hình transitor, điện trở cực phát re, phụ thuộc dòng phân cực bằng mối quan hệ sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image351.gif (nhiệt độ phòng)
Thực ra, tất cả thông số tín hiệu nhỏ phụ thuộc các điều kiện hoạt động DC. Mục đích ở đây là phát triển một mô hình transitor **mà phản ánh tính độc lập này hơn những mô hình ở phần trước. Một trong những thuận lợi của mô hình này là cho phép chúng ta thực hiện phân tích tín hiệu nhỏ dựa trên toàn bộ kiến thức đặc tính DC của transitor. Để bắt đầu, chúng ta sẽ làm quen với 1 thông số tín hiệu mới, là độ dẫn điện, được tính (xấp xỉ) bằng cách chỉ sử dụng các đặc tính DC.
Độ dẫn điện được ký hiệu là gm, và được xác định như là tỉ lệ của dòng tín hiệu nhỏ ngõ ra và áp tín hiệu nhỏ ngõ vào, với áp DC ngõ ra là hằng số:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image353.gif (5-72)
Bởi vì g*m là tỉ số của dòng chia cho áp, nên đơn vị của nó là điện dẫn (siemens). Nó được gọi là độ dẫn điện bởi vì nó liên quan đến chất lượng ngõ vào và ngõ ra (qua linh kiện).
Đối với BJT, điện dẫn được định nghĩa bằng cấu hình e chung; nghĩa là, áp ngõ vào là vbe và dòng ngõ ra là ic:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image355.gif (5-73)
Khi vbe nhỏ hơn 10mV, có thể thấy là gm xấp xỉ như sau:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image357.gif(tại nhiệt độ phòng) (5-74)
với IC là dòng DC cực thu và VT là điện áp nhiệt kT/q. Do IEhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image040.gifIC, nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image359.gif (từ phương trình 5-22).
Điện trở ngõ ra
Điện trở ngõ ra của transitor CE (E chung) được xác định bằng cách sử dụng các giá trị phân cực DC.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image361.gif (5-75)
Phương trình 5-75 cho thấy điện trở ngõ ra là nghịch đảo độ dốc của đường đặc tính ngõ ra CE (với dòng cực nền B hằng số) như hình 5-43.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image363.jpg
Figure 5-43
Điện trở ngõ ra mạch E chung
Từ hình 5-43, dễ thấy rằng:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image365.gif (5-76)
với
VA = điện áp đầu
VQ = điện áp tĩnh
IQ = dòng tĩnh
Thay vì dùng điện trở ngõ ra, người ta có thể sử dụng điện dẫn ngõ ra go trong nhiều mô hình transitor:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image367.gif (5-77)
Mô hình BJT sử dụng điện dẫn
Hình 5-44 trình bày 1 mô hình transitor CE dựa trên các thông số đã được đề cập ở phần trước. Chú ý rằng nguồn dòng ở cực thu C là gmvbe (do từ phương trình 5-73, chúng ta có ic=gmvbe). Bởi vì chúng ta sử dụng gm nên mô hình này được gọi là mô hình điện dẫn
Hình 5 – 44: Mô hình điện dẫn của transitor mắc CE
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image369.jpg
Thí dụ 5-10
Sử dụng mô hình điện dẫn hình 5-44, hãy xác định áp trên tải trong mạch hình 5-45. giả sử rằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image074.gif=80 và VA=140V.
Hình 5 – 45: (thí dụ 5 – 10)
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image371.jpg
Giải
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image373.gif
Từ phương trình 5 – 74 ,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image375.gif
Từ phương trình 5 – 76,
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image377.gif
Hình 5-46 cho thấy mạch ac tương đương của bộ khuếch đại kết hợp với mô hình điện dẫn. Điện trở ngõ ra tương đương là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image379.gif. Vì vậy, áp trên tải là:
vL = (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image381.gif.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image383.gif
Hình 5 – 46: Mạch ac tương đương của hình 5 – 44 (thí dụ 5 – 10)
Các kết quả của thí dụ trước đã tính được độ lợi áp của bộ khuếch đại là:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image385.gif
dấu trừ chỉ sự ngược pha. Sử dụng phương trình 5-46, tính độ lợi áp dựa trên mô hình chúng ta đã phát triển trước đó, ta có:
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image387.gif
BÀI TẬP
Bài 5-1. Một bộ khuếch đại có độ lợi áp là 55 và độ lợi công suất 456.6. Dòng ac ngõ ra là 24.9mA rms và điện trở ac ngõ vào là 200http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Tính:
a. Độ lợi dòng,
b. Giá trị hiệu dụng (rms) của dòng ac ngõ vào,
c. Giá trị hiệu dụng (rms) của áp ac ngõ vào,
d. Giá trị hiệu dụng (rms) của áp ac ngõ ra,
e. Điện trở ac ngõ ra,
f. Công suất ngõ ra?
Bài 5-2. Một bộ khuếch đại có độ lợi dòng là 0.95 và độ lợi áp là 100. Áp ac ngõ vào là 120mV rms và điện trở ac ngõ vào là 25http://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif. Tính công suất ngõ ra?
Bài 5-3. Một bộ nguồn tín hiệu nội trở 1.2khttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/5_files/image048.gif được nối với ngõ vào bộ khuếch đại ac. Độ lợi áp của bộ khuếch đại từ ngõ vào đến ngõ ra là 140. Giá trị nhỏ nhất của điện trở ngõ vào bộ khuếch đại là bao nhiêu để độ lợi áp (từ nguồn tín hiệu đến ngõ ra bộ khuếch đại) tối thiểu là 100?
vBulletin v3.6.1, Copyright ©2000-2026, Jelsoft Enterprises Ltd.