Mạch khuếch đại đa tầng

[huongttt]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Mạch khuếch đại đa tầng


6.1 Các quan hệ độ lợi trong mạch khuếch đại đa tầng


Trong nhiều ứng dụng, một mạch khuếch đại đơn không thể cho tất cả mọi độ lợi theo yêu cầu của từng loại tải riêng biệt. Ví dụ, một hệ thống loa là một tải “nặng” trong hệ thống khuếch đại âm thanh, nhiều tầng khuếch đại được đặt ra nhằm nâng mức tín hiệu gốc từ microphone hoặc đầu đọc băng từ lên đến mức hiệu quả để có thể cho ra công suất đủ lớn tại loa. Ta đã biết đến các mạch tiền khuếch đại, mạch khuếch đại công suất và mạch khuyếch đại ngõ ra, các mạch khuyếch đại này đều là các mạch khuếch đại có cấu tạo nhiều tầng trong một hệ thống. Thật ra bản thân mỗi bộ phận này có thể bao gồm nhiều tầng khuếch đại bán dẫn riêng. Các mạch khuếch đại tạo ra độ lợi áp, dòng hay công suất thông qua việc sử dụng từ hai tầng trở lên gọi là mạch khuếch đại đa tầng.
Khi ngõ ra của một tầng khuếch đại được nối với ngõ vào của một tầng khuếch đại khác thì gọi là ghép Cascade



Hình 6.1: Hai tầng khuếch đại ghép cascade

Tổng độ lợi áp của hệ thống được tính như sau: Xem ngõ vào tầng 1 là 10 mV rms và độ lợi áp của mỗi tầng là A[SUB]1[/SUB]=A[SUB]2[/SUB]=20, ngõ ra tầng 1 là A[SUB]1[/SUB]v[SUB]i1[/SUB]=20(10 mV rms)= 200 mV rms. Như vậy ngõ vào tầng 2 là 200 mV rms. Tương tự ngõ ra tầng 2 là A[SUB]2[/SUB]v[SUB]i2[/SUB]=4 V rms. Độ lợi tổng sẽ là:

[SUB][/SUB]

chú ý là [SUB][/SUB]

Hình 6-2 là một hệ thống gồm n tầng ghép Cascade. Ngõ ra của mỗi tầng chính là ngõ vào của tầng kế tiếp ( v[SUB]o1[/SUB] = v[SUB]i2[/SUB], v[SUB]o2[/SUB] = v[SUB]i3[/SUB],…). Ta sẽ bắt đầu từ việc biểu diễn độ lợi áp tổng v[SUB]o,n[/SUB]/v[SUB]i1[/SUB] theo từng độ lợi tầng A[SUB]1[/SUB], A[SUB]2 [/SUB],…, A[SUB]n[/SUB]. Xem độ lợi mỗi tầng như là giá trị độ lợi áp giữa ngõ vào và ngõ ra của tầng đó khi các tầng được ghép với nhau.


Hình 6.2: n tầng khuếch đại được ghép cascade. Áp ngõ ra của mỗi tầng là ngõ vào của tầng kế tiếp



Theo định nghĩa:
[SUB][/SUB] (6-1)
[SUB][/SUB] (6-2)

thay v[SUB]o1[/SUB] từ (6-1) vào (6-2):
[SUB][/SUB] (6-3)
Tương tự:
[SUB][/SUB]
từ (6-3):
[SUB][/SUB]
Theo cách này ta tìm được:
[SUB][/SUB]
Từ đó:
[SUB][/SUB] (6-4)
Phương trình 6-4 cho thấy tổng độ lợi áp của n tầng cascade là tích độ lợi từng tầng (không phải tổng). Tổng quát, bất kỳ một hay nhiều tầng có độ lợi âm thì tầng đó gây ra một sự đảo pha 180[SUP]o[/SUP]. Theo phương trình 6-4, mạch khuếch đại cascade sẽ có ngõ ra ở tầng cuối cùng không cùng pha với ngõ vào ở tầng thứ nhất nếu số tầng đảo pha là số lẻ, và cùng pha nếu là số chẵn (hoặc bằng 0).
Để tìm độ lợi áp tổng của hệ thống ghép Cascade theo Decibel, ta bỏ qua dấu đại số của độ lợi mỗi tầng và tính như sau:

[SUB][/SUB] (6-5)

Phương trình 6-5 cho thấy độ lợi áp tổng theo dB là tổng các độ lợi từng phần biểu diễn theo dB. Tương tự ta có thể dễ dàng tìm được độ lợi dòng, độ lợi công suất tổng theo độ lợi các tầng.
Kết quả của phương trình 6-4 không tính đến ảnh hưởng của điện trở nguồn và điện trở tải lên độ lợi áp tổng. Điện trở nguồn r[SUB]s[/SUB] tạo ra phân áp ở đầu vào của tầng thứ nhất, và điện trở tải tạo ra phân áp giữa điện trở tải và tổng trở ra của tầng cuối cùng.
Trong trường hợp này, độ lợi áp tổng giữa tải và nguồn tín hiệu trở thành:
[SUB][/SUB] (6-6)
Với r[SUB]i1 [/SUB]là điện trở ngõ vào tầng đầu tiên và r[SUB]o,n[/SUB] là điện trở ngõ ra tầng cuối.

[thanh-hoa-co]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 6-1:

Hình 6-3 là một mạch khuếch đại 3 tầng và điện áp tại các điểm trong mạch khuếch đại là điện áp hiệu dụng AC. Cho v[SUB]1[/SUB] là điện áp nguồn tín hiệu không trở ở đầu vào và v[SUB]3[/SUB] là điện áp ra không tải
1. Tìm độ lợi áp mỗi tầng và độ lợi áp tổng v[SUB]3[/SUB]/v[SUB]1[/SUB].
2. Làm lại câu 1 theo dB
3. Tìm độ lợi áp tổng v[SUB]L[/SUB]/v[SUB]s[/SUB] khi mạch khuếch đại đa tầng có điện trở nguồn là 2000Ω và điện trở tải là 25Ω. Tầng 1 có điện trở vào là 1kΩ và tầng 3 có điện trở ra là 50Ω.
4. Làm lại câu 3 theo dB với độ lợi áp ở tầng thứ 2 được giảm xuống 6dB.
5. Tính độ lợi công suất theo dB với dữ liệu của câu 3.
6. Tính độ lợi dòng tổng i[SUB]L[/SUB]/i[SUB]1[/SUB] ở câu 3.




Hình 6.3: (thí dụ 6 -1)

Giải:
1.

[SUB][/SUB]

Chú ý rằng tích các độ lợi áp bằng độ lợi áp tổng. Trong ví dụ này, có thể tính độ lợi áp tổng trực tiếp: [SUB][/SUB].

2.
[SUB][/SUB]
Để ý là [SUB][/SUB]
3. Từ phương trình 6-6:

[SUB][/SUB]4.

4. Độ lợi áp có nguồn và tải là [SUB][/SUB]. Do độ lợi tầng 2 giảm đi 6dB nên độ lợi tổng là: [SUB][/SUB]

5. Khi điện trở nguồn là 2000Ω được đưa vào ngõ vào thì v[SUB]1[/SUB] trở thành:
[SUB][/SUB]
Công suất ngõ vào là:
[SUB][/SUB]
Khi đó điện áp qua tải 25Ω là:
[SUB][/SUB]
Công suất ngõ ra có tải là
[SUB][/SUB]
Cuối cùng:
[SUB][/SUB]

6. Nhắc lại [SUB][/SUB]. Dùng kết quả câu 5, độ lợi công suất giữa ngõ vào và tầng thứ nhất, và tải là:
[SUB][/SUB]
7. Độ lợi áp giữa ngõ vào và tầng thứ nhất, và tải là:
[SUB][/SUB]
Do đó:
[SUB][/SUB]


Điều quan trọng cần nhớ là phương trình độ lợi ta có được là dựa trên giá trị A[SUB]1[/SUB], A[SUB]2[/SUB]… xác định trong mạch, nghĩa là dựa trên các độ lợi tầng khi tất cả các tầng được ghép với nhau. Do đó suy ra rằng mỗi giá trị độ lợi được tính vào tải của tầng trước đó và tải thì tính vào tầng kế tiếp. Nếu biết độ lợi áp hở mạch và giá trị tổng trở vào và ra, ta có thể tính được độ lợi tổng bằng cách tính tác động của tải của mỗi tầng lên các tầng khác. Về mặt lý thuyết, tải của một tầng cho trước phụ thuộc vào tất cả các tầng nằm bên phải nó, tổng trở vào của một tầng bất kỳ phụ thuộc vào tổng trở tải ngõ ra của nó cũng là tổng trở vào của tầng tiếp theo. Trong thực tế, ta có thể bỏ qua tác động tải tích lũy của các tầng ngoại trừ một tầng ghép ngay với tầng đang xét, hoặc giả sử rằng điện trở vào là tải của một tầng kế cận.

Hình 6-4 là một mạch khuếch đại 3 tầng, cho trước độ lợi áp hở mạch của các tầng là A[SUB]01[/SUB],A[SUB]02[/SUB], và A[SUB]03[/SUB], điện trở vào và ra của mỗi tầng.



Hình 6.4: Một bộ khuếch đại 3 tầng. A[SUB]o1[/SUB], A[SUB]o2[/SUB], và A[SUB]o3[/SUB] là 3 độ lợi áp hở mạch (không tải) của các tầng

Phân áp tại các nút trong hệ thống ta có:
[SUB][/SUB]
Kết hợp lại ta có:
[SUB][/SUB] (6-7)
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Kết hợp các mối quan hệ này, ta có:
[SUB][/SUB]

Phương trình 6-7 cho thấy độ lợi áp tổng của mạch khuếch đại đa tầng là phép nhân độ lợi hở mạch với tỷ số phân áp tính vào tải của mỗi tầng. Chú ý rằng tỷ số phân áp tính cho tải giữa các cặp tầng khuếch đại. Nói cách khác, không được tính hiệu ứng tải hai lần: một lần xem điện trở vào như là tải của tầng trước đó và lần thứ hai lại xem điện trở ra của tầng trước đó là điện trở nguồn của tầng tiếp theo.

[tamadmin]

Ví dụ 6-2:

Độ lợi áp hở mạch của mạch khuếch đại 3 tầng và các giá trị điện trở vào, ra được cho trong bảng 6-1. Nếu 3 tầng ghép Cascade và tầng thứ nhất có nguồn tín hiệu 10mV rms, điện trở nguồn là 12k, tính điện áp qua tải 12Ω ghép vào ngõ ra của tầng thứ 3.

[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Tầng khuếch đại
[/TD]
[TD]Độ lợi áp không tải
(dB)
[/TD]
[TD]Điện trở ngõ vào
(k[SUB][/SUB])
[/TD]
[TD]Điện trở ngõ ra
(k[SUB][/SUB])
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1
2
3
[/TD]
[TD]24
20
12
[/TD]
[TD]10
20
1.5
[/TD]
[TD]4.7
1.5
0.02
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Bảng 6.1: (Thí dụ 6 – 2)

Giải:
[SUB][/SUB]
Tương tự:
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Từ phương trình 6-7:
[SUB][/SUB]

Do vậy:

[SUB][/SUB]




Đáp ứng tần số của các tầng ghép Cascade

Tần số cắt thấp của một tầng khuếch đại đơn chịu ảnh hưởng của không nhiều hơn 3 điểm gãy tần số khác nhau, có giá trị dựa trên các thành phần RC thay đổi trong mạch. Nếu các điểm gãy tần số có giá trị không gần nhau ta có thể xem như tần số cắt thấp thực tế trong mạch xấp xỉ bằng với điểm gãy tần số lớn nhất. Tương tự, xem tần số cắt trên xấp xỉ với điểm gãy tần số nhỏ nhất ảnh hưởng tới đáp ứng tần số trong mạch. Áp dụng tương tự với các tầng khuếch đại Cascade. Nếu tần số cắt thấp của các tầng riêng lẻ không gần nhau thì tần số cắt thấp chung của cả mạch bằng tần số cắt thấp lớn nhất của các tầng. Nếu tần số cắt cao của các tầng riêng lẻ không gần nhau thì tần số cắt cao chung của cả mạch bằng tần số cắt cao nhỏ nhất của các tầng.

Trong thực tế, một mạch khuếch đại đa tầng có thể có một vài điểm gãy tần số thấp bằng nhau, tương tự đối với tần số cao. Trong trường hợp này, tính tần số cắt thấp và cắt cao của một mạch khuếch đai đa tầng là một vấn đề phức tạp. Tần số cắt phải được xác định bằng thực nghiệm thông qua một chương trình máy tính tính toán đáp ứng tần số chung.

Trong các trường hợp đặc biệt khi tất cả các tầng có tần số cắt thấp, cắt cao xác định, thì tần số cắt chung là
[SUB][/SUB] (6-8)
[SUB][/SUB] (6-9)

Trong đó:
ƒ[SUB]1(overall)[/SUB]= Tần số cắt thấp chung của mạch đa tầng
ƒ[SUB]2(overall)[/SUB]= Tần số cắt cao chung của mạch đa tầng
n = Số tầng có tần số cắt thấp và/hay cao xác đinh
ƒ[SUB]1[/SUB] =Tần số cắt thấp của mỗi tầng
ƒ[SUB]2[/SUB] = Tần số cắt cao của mỗi tầng

Bảng 6-2 là giá trị của ƒ[SUB]1(overall)[/SUB] và ƒ[SUB]2(overall)[/SUB] theo ƒ[SUB]1[/SUB] và ƒ[SUB]2[/SUB], với n có giá trị từ 1 đến 5. Chú ý rằng số tầng khuếch đại càng nhiều, tần số cắt thấp càng lớn và tần số cắt cao càng nhỏ. Nói cách khác, các tầng khuếch đại ghép Cascade có đáp ứng tần số xác định làm giảm băng thông chung của cả mạch. Khi n tầng có đáp ứng tần số xác định ghép Cascade, thì đáp ứng tần số chung của cả mạch sẽ giảm tiệm cận với đường dốc 20n dB/decade (6n dB/octave) tại tần số nằm ngoài khoảng băng thông giữa. Các điểm tần số gãy trong mọi trường hợp đều bằng với tần số cắt của một tầng đơn.


[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Số tầng
[/TD]
[TD]f[SUB]1(tổng)[/SUB]
[/TD]
[TD]f[SUB]2(tổng)[/SUB]
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1
2
3
4
5

[/TD]
[TD]f[SUB]1[/SUB]
1.55 f[SUB]1[/SUB]
1.96 f[SUB]1[/SUB]
2.30 f[SUB]1[/SUB]
2.59 f[SUB]1[/SUB]
[/TD]
[TD]f[SUB]2[/SUB]
0.64 f[SUB]2[/SUB]
0.51 f[SUB]2[/SUB]
0.43 f[SUB]2[/SUB]
0.39 f[SUB]2[/SUB]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Bảng 6 – 2: Tần số cắt thấp và cắt cao của một bộ khuếch đại n tầng, mỗi tầng có tần số cắt thấp f[SUB]1[/SUB] và tần số cắt cao f[SUB]2[/SUB]

[codaco]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

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].

[thanhthangfurniture]

Cặp BJT ghép Darlington

Khi cực C của 2 BJT ghép chung và cực E của TST này ghép nối tiếp với cực B của TST kia như trong hình 6-18, ta có cách ghép Darlington.


[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE]
[TR]
[TD]Hình 6-18: Cặp Darlington được sử dụng như 1 transitor đơn có cực thu, cực nền, cực phát là C, B, và E.


[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Phân tích cách ghép Darlington để thấy hệ số [SUB][/SUB] của TST mà nó đại diện cũng như một vài đặc tính tín hiệu nhỏ của nó.
Gọi [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] là hệ số [SUB][/SUB] của Q[SUB]1 [/SUB]và Q[SUB]2[/SUB]. Theo định nghĩa,
[SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]

Nhưng do I[SUB]E1[/SUB]=I[SUB]B2[/SUB] nên:
[SUB][/SUB]
và
[SUB][/SUB]
Khi [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]hay,
[SUB][/SUB] (6-24)

Hệ số [SUB][/SUB] của cặp Darlington trong phương trình 6-24 là tổng của các hệ số [SUB][/SUB] thành phần. Ta luôn có [SUB][/SUB]nên:
[SUB][/SUB] (6-25)

Cặp Darlington thường được làm trên một chip sao cho đặc tính Q[SUB]1[/SUB] và Q[SUB]2[/SUB] phù hợp nhau. Khi [SUB][/SUB]ta có :
[SUB][/SUB] (6-26)

Ví dụ, nêú [SUB][/SUB], thì [SUB][/SUB]= 10000+200[SUB][/SUB]10000. Cặp Darlington có thể xem như là một TST có hệ số [SUB][/SUB] vô cùng lớn.

Trong khi các phân tích ở trên biểu diễn được dòng DC và hệ số [SUB][/SUB], thì phân tích tín hiệu nhỏ cho thấy rằng giá trị tín hiệu nhỏ của [SUB][/SUB] là tổng của giá trị tín hiệu nhỏ của [SUB][/SUB] và[SUB][/SUB]. Ta có thể kết luận rằng giá trị tín hiệu nhỏ và giá trị DC của [SUB][/SUB] là bằng nhau. Xác định hệ số tín hiệu nhỏ của điện trở vào từ cực B đến cực E, r[SUB]in(DP)[/SUB], và điện trở cực E, r[SUB]e(DP)[/SUB], của TST ghép như thế nào? Từ phương trình 5-22:
[SUB][/SUB] (6-27)
Vì [SUB][/SUB]ta có:
[SUB][/SUB] (6-28)
Theo hình 6-18, thấy rằng [SUB][/SUB] vì [SUB][/SUB] nên (6-28) có thể viết lại thành:
[SUB][/SUB] (6-29)
Điện trở ac nhìn từ cực B của Q[SUB]2[/SUB] là:
[SUB][/SUB] (6-30)
và
[SUB][/SUB] (6-31)
khi [SUB][/SUB] ta có:
[SUB][/SUB] (6-32)
thay (6-32) vào (6-31) ta được:
[SUB][/SUB] (6-33)
Hệ số tín hiệu nhỏ tín hiệu vào của cặp Darlington là
[SUB][/SUB] (6-34)
thay vào phương trình (6-33):
[SUB][/SUB] (6-35)

Do [SUB][/SUB], nên hệ số điện trở cực E, r[SUB]e(DP)[/SUB] là:
[SUB][/SUB] (6-36)

[tritinqn]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 6-8:

Một cặp Darlington có dòng cực C tổng là 2mA. Nếu [SUB][/SUB]=110 và [SUB][/SUB]=100, tìm các giá trị [SUB][/SUB], r[SUB]in(DP)[/SUB], và r[SUB]e(DP) [/SUB]ở nhiệt độ phòng.

Giải:

1. [SUB][/SUB]
2. Từ phương trình 6-29,
[SUB][/SUB]
Từ phương trình 6-35, [SUB][/SUB]
3. Từ phương trình 6-36, [SUB][/SUB]
Ví dụ này cho thấy cặp Darlington có thể được sử dụng để làm tăng đáng kể điện trở vào BE so với BJT thông thường.

Cặp Darlington thường sử dụng với dạng E chung vì khả năng đệm tốt giữa trở kháng cao của nguồn và trở kháng thấp của tải. Với điện trở tải ac ghép vào cực E, tổng trở vào là:
[SUB][/SUB] (6-37)
Khi mạch E chung tích cực, độ lợi dòng từ cực Base của Q[SUB]1[/SUB] tới cực E của Q[SUB]2[/SUB] là A[SUB]i[/SUB] = i[SUB]e2[/SUB]/i[SUB]b1[/SUB]. Do i[SUB]e1[/SUB]=i[SUB]b2[/SUB], ta có:
[SUB][/SUB] (6-38)
Ví dụ sau sẽ mô tả một trường hợp cần có khả năng đệm tốt khi điện trở nguồn là 5[SUB][/SUB] và điện trở tải là 10[SUB][/SUB]

Ví dụ 6-9:

Hình 6-19 là một tầng CE mắc Darlington như một mạch E chung. Transistor có:[SUB][/SUB] =200, [SUB][/SUB]=100 và [SUB][/SUB]=100.
1. tìm v[SUB]L[/SUB]/v[SUB]S[/SUB]
2. Tìm v[SUB]L[/SUB]/v[SUB]S[/SUB] nếu không có cặp Darlington và trở tải 10 được ghép với tụ và cực C của Q[SUB]1[/SUB]



Hình 6-19: (thí dụ 6 – 9)

Giải:

1. [SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]

cực C của Q[SUB]1[/SUB] ghép trực tiếp với cực base của Q[SUB]2[/SUB] trong cặp Darlington nên:
[SUB][/SUB]

Áp DC cực E của Q[SUB]3[/SUB] là 1.4V nhỏ hơn áp cực nền B của Q[SUB]2[/SUB], do đó có hai mối nối BE phân cực thuận giữa hai điểm:
[SUB][/SUB]
[SUB][/SUB]
Thấy rằng Q[SUB]1[/SUB] và Q[SUB]2[/SUB] trong phân tích trước bây giờ là Q[SUB]3[/SUB] và Q[SUB]4[/SUB], từ phương trình 6-28 ta có:
[SUB][/SUB]
Từ 6-36,
[SUB][/SUB]

từ 6-26
[SUB][/SUB]

từ 6-35:
[SUB][/SUB]

từ 6-37, tổng trở nhìn vào cặp Darlington khi có tải là:
[SUB][/SUB]

Giá trị điện trở vào này quá lớn so với điện trở cực thu của Q[SUB]1[/SUB] nên:
[SUB][/SUB]
Độ lợi áp của tầng E chung là ( từ 5-59)
[SUB][/SUB]

Đưa r[SUB]S[/SUB] vào tính toán tải thì độ lợi áp cả mạch là:

[SUB][/SUB]

2. Với tải 10[SUB][/SUB] nối với cực C của Q[SUB]1[/SUB], tải ac ở Q[SUB]1[/SUB] là: [SUB][/SUB] do đó:
[SUB][/SUB]

Độ lợi cả mạch là:
[SUB][/SUB]

Nếu không có cặp Darlington đệm thì áp ngõ ra sẽ nhỏ hơn ½ mức tín hiệu vào, như vậy sẽ không còn chức năng khuếch đại nữa. Cặp Darlington tăng độ lợi áp lện 41.3/0.22=187.7 lần.