Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ

[thanhlong_company]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

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 V[SUB]BE[/SUB] của một transitor NPN được mắc CE sẽ làm tăng dòng I[SUB]B[/SUB] dẫn đến dòng I[SUB]C[/SUB] tăng theo vì I[SUB]C[/SUB] = βI[SUB]B[/SUB]. 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 A[SUB]v[/SUB], là tỉ số giữa độ thay đổi áp ngõ ra và độ thay đổi áp ngõ vào:

[SUB][/SUB] (5-1)
Vì vậy, một bộ khuếc đại AC sẽ có A[SUB]v[/SUB]>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.



Hình 5.1: Một bộ khuếch đại áp AC, tổng lượng biến thiên áp ngõ ra, [SUB][/SUB], lớn hơn tổng lượng biến thiên áp ngõ vào, [SUB][/SUB].

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:

[SUB][/SUB] (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 v[SUB]o[/SUB] và v[SUB]in[/SUB] là các giá trị rms.
Độ lợi dòng AC, A[SUB]i[/SUB], được xác định là tỉ số của tổng lượng biến thiên dòng ngõ ra và tổng lượng biến thiên dòng ngõ vào:

[SUB][/SUB] (5-3)

Thiết bị có A[SUB]i[/SUB]>1 gọi là bộ khuếch đại dòng. Tổng quát, một bộ khuếch đại AC có thể có A[SUB]v[/SUB]>1, hoặc A[SUB]i[/SUB]>1, hoặc cả hai; nói cách khác, có thể khuếch đại cả dòng hoặc áp hoặc cả hai. Độ lợi công suất, A[SUB]p[/SUB], 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:

[SUB][/SUB] (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, R[SUB]in[/SUB], là điện trở mà nguồn DC “nhìn vào” khi được kết nối với các đầu ngõ vào, và điện trở AC, r[SUB]in[/SUB], 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:
[SUB][/SUB] (5-5)

Công suất ngõ vào AC được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ công suất thông thường sau:

[SUB][/SUB] (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 R[SUB]o[/SUB], hoặc điện trở ac, r[SUB]o[/SUB]. 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 v[SUB]in[/SUB] = 0.7 + 0.008sin[SUP]3[/SUP]t (V). Bộ khuếch đại có độ lợi dòng AC là 80. Nếu dòng ngõ vào là i[SUB]in[/SUB](t) = 2.8x10[SUP]-5[/SUP]+4x10[SUP]-6[/SUP]sin10[SUP]3[/SUP]t A, và thành phần AC của áp ngõ ra là 0.4 Vrms, tính:
(1) A[SUB]v[/SUB], (2) R[SUB]in[/SUB], (3) r[SUB]in[/SUB], (4)i[SUB]o[/SUB] (rms), (5)r[SUB]o[/SUB], và (6) A[SUB]p[/SUB]?




Hình 5-2: thí dụ 5-1


Giải

1. v[SUB]in[/SUB](rms) = 0.707(0.008 A-pk) = 5.66x10[SUP]-3[/SUP] V rms

[SUB][/SUB]

1. Điện trở DC ngõ vào là tỉ số thành phần DC của điện áp ngõ vào và thành phần DC của dòng ngõ vào

[SUB][/SUB]

1. Điện trở AC ngõ vào là tỉ số các thành phần AC của áp ngõ vào và dòng ngõ vào:

[SUB][/SUB]

1. i[SUB]o[/SUB](rms) = A[SUB]i[/SUB]i[SUB]in [/SUB](rms)= 80(0.707)(4x10[SUP]-6[/SUP] A-pk) = 0.226 mA rms

1. [SUB][/SUB]

[SUB][/SUB]

1. [SUB][/SUB]

[SUB][/SUB]

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: A[SUB]p[/SUB] = A[SUB]v[/SUB]A[SUB]i [/SUB]= (70.7)80 = 5656. Sự sai khác nhỏ giữa hai kết quả này do lỗi làm tròn mà thôi.