Ví dụ 6-3:
Một mạch khuếch đại âm thanh 4 tầng có tần số cắt thấp chung và tần số cắt cao chung là 20Hz và 20kHz. Tính tần số cắt cao và tần số cắt thấp của mỗi tầng.
Giải:
Từ bảng 6-2, với n=4, 2.3f[SUB]1[/SUB]=20 và 0.43f[SUB]2[/SUB]=20.103. Do đó, f[SUB]1[/SUB]= 20/2.3=8.7Hz, và f[SUB]2[/SUB]=20.103/0.43=46.5kHz. Như vậy, mỗi tầng phải có băng thông xấp xỉ 46kHz mới đạt được băng thông chung vào khoảng 20kHz
6.2 Các phương pháp ghép
Lý thuyết mạch kết nối ngõ ra của một tầng trong một mạch khuếch đại đa tầng và ngõ vào của tầng kế tiếp gọi là phương pháp mắc hay nối mạch. Trong chương trước ta đã đến phương pháp mắc tụ gọi là ghép RC vì lý thuyết mạch liên tầng tương đương với mạch RC thượng thông. Trong chương này ta sẽ xét thêm hai cách mắc mạch khác là mắc trực tiếp và mắc biến thế.
Mục tiêu của cách ghép RC là để hạn dòng dc. Thông thường cần phải hạn dòng DC giữa ngõ vào của một mạch khuếch đại và tín hiệu nguồn cũng như giữa ngõ ra và tải. Tương tự, cách ghép RC dùng để hạn dòng DC giữa ngõ ra của một tầng khuếch đại và ngõ vào của tầng kế tiếp. Ghép điện dung vào giữa các tầng khuếch đại làm cho nó có khả năng có điện áp phân cực tại ngõ ra của 1 tầng khác với điện áp phân cực tai ngõ vào của tầng kế tiếp. Ý tưởng này đươc mô tả trong hình 6-5, ngõ ra của một tầng khuếch đại nối với ngõ vào của của một tầng khác thông qua ghép tụ.
Cực C của tầng 1 là 9V và cực B của tầng 2 là 3V. Điện áp làm việc của tụ là 9-3=6V.
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE]
[TR]
[TD]
Hình 6-5: Tụ được sử dụng trong phương pháp ghép RC có thể làm thay đổi áp phân cực tĩnh các tầng khuếch đại. Chú ý rằng áp trên tụ điện là 6V và cực dương của nó được nối với phân cực dương hơn (9V).
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Ghép tụ cho phép dòng tín hiệu ac đi qua các tầng, tạo tần số đủ cao để giữ cho giá trị điện kháng nhỏ. Khuyết điểm của cách ghép RC là nó tác động đến đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại nên đôi khi ta phải chọn một giá trị điện dung lớn không thực tế và một tần số cắt thấp nhỏ vô lý. Ghép RC không dùng trong mạch tích hợp vì nó khó và không kinh tế để chế tạo tụ điện trên chip.
Ghép nối tiếp là cách ghép mà ngõ ra của một tầng được ghép trực tiếp với ngõ vào của tầng kế tiếp. Nói cách khác, cả áp AC và DC tại ngõ ra của một tầng là xác định so với các gía trị đó tại ngõ vào của tầng kế tiếp. Rõ ràng trong mọi trường hợp, áp DC tại ngõ ra của một tầng tạo ra một thay đổi nhất định trong áp DC tại ngõ vào của tầng tiếp theo. Do đó mạch khuếch đại ghép trực tiếp hoạt động giống mạch khuếch đại dòng nối tiếp. Trong chương này ta sẽ xét một số ví dụ của các mạch khuếch đại ghép trực tiếp rời rạc.
Một phương pháp nữa là ghép tín hiệu ac từ một tầng sang tầng khác mà vẫn duy trì cách ly DC giữa chúng thông qua một biến áp. Cuộn sơ cấp của biến áp ở ngõ ra của một tầng và cuộn thứ cấp ở ngõ vào của tầng kế tiếp. Theo cách này, tín hiệu ac đi qua mà không bị ảnh hưởng của dòng dc. Ưu điểm của ghép biến áp bao gồm cả việc triệt tiêu DC lẫn khả năng thiết kế một tỷ số biến áp cho công suất chuyển đổi giữa các tầng là cực đại. Ta cũng tìm hiểu một số ví dụ về việc sử dụng kết hợp với các TST lưỡng cực. Khuyết điểm của ghép biến áp là kích thước và chi phí của máy biến áp và đặc điểm đáp ứng tần số kém. Độ tự cảm biến áp và số vòng dây có xu hướng làm giảm băng thông sử dụng được của các mạch khuếch đại này. Tuy nhiên, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng có băng thông hẹp như các mạch khuếch đại âm tần.
6.3 Mạch khuếch đại BJT ghép RC
Ví dụ 6-4:
Hình 6-6 là hai tầng khuếch đại E-C, tụ ghép. Tín hiệu AC ở ngõ ra của tầng thứ nhất (cực C của Q1) được ghép với ngõ vào của tầng thứ hai (cực B của Q2) thông qua một tụ 0.85µF. Giả sử BJT lý tưởng có [SUB]
[/SUB]=100, r[SUB]c[/SUB]=1M, r[SUB]e[/SUB]=25, xác định tín hiệu nhỏ, độ lợi áp và độ lợi dòng giải giữa?
Hình 6-6:
(Thí dụ 6 – 4)
Giải:
1. Điện trở vào của tầng thứ nhất là:
[SUB]
[/SUB]
Điện trở ra của tầng thứ nhất (tại cực C của Q1):
[SUB]
[/SUB]
Độ lợi áp không tải của tầng thứ nhất:
[SUB]
[/SUB]
Điện trở vào tầng thứ 2:
[SUB]
[/SUB]
Điện trở ra của tầng thứ 2 ( tại cực C của Q2):
[SUB]
[/SUB]
Độ lợi áp không tải của tầng thứ 2:
[SUB]
[/SUB]
Mạch khuếch đại hai tầng bây giờ được biểu diễn như hình 6-7. Trong hình này không có tụ điện vì ta đang xét hoạt động ở dải tần giữa. Từ phương trình 6-7 ta tìm được:
[SUB]
[/SUB]
Giá trị dương cho thấy v[SUB]L[/SUB] cùng pha với v[SUB]S[/SUB]
Cách khác để tìm độ lợi áp chung là tìm độ lợi áp A[SUB]1[/SUB], A[SUB]2[/SUB] có tải và tính điện trở tải ac r[SUB]L[/SUB] của mỗi tầng:
[SUB]
[/SUB]
[SUB]
[/SUB]
Độ lợi áp có tải là:
[SUB]
[/SUB]
[SUB]
[/SUB]
Hình 6-7:
(Thí dụ 6 – 4) Bộ khuếch đại 2 tầng của hình 6 – 6
Khi đó, độ lợi áp chung là:
[SUB]
[/SUB]
Bỏ qua sai số do làm tròn thì cách này cũng cho kết quả tương tự.
2. Để xác định độ lợi dòng cả mạch, ta đưa về mạch tương đương tín hiệu nhỏ, và tìm dòng ac chạy trong mạch khuếch đại. Áp dụng luật phân dòng tại mỗi nút để xác định dòng qua tải. Hình 6-8 là mạch tương đương tín hiệu nhỏ của tầng thứ nhất. Áp dụng luật phân dòng ở phía đầu vào của tầng thứ nhất trong hình 6-8 ta có:
[SUB]
[/SUB]
Kết quả này cho thấy mọi dòng điện từ nguồn đều đổ vào cực base của Q1. Tại ngõ ra của tầng thứ nhất ta có:
[SUB]
[/SUB]
Hình 6-8: (Thí dụ 6 – 4) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ cho tầng đầu tiên của bộ khuếch đại trong hình 6 – 6. Mạch này được dùng để tính dòng i[SUB]b1[/SUB] theo i[SUB]S[/SUB].