Bài giảng mạch điện tử 2 pptx

Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại  Mỗi mạch khuếch đại đều có một khoảng tần số hoạt động nhất định, gọi là băng thông Bank width hoạt động của hệ thống.. Phương pháp khảo sát đáp ứng

Trang 1

Người biên soạn

Nguyễn Hoàng Việt

Trang 2

Bài 1: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THẤP CỦA MẠCH

I.I> Lý thuyết cơ bản

1.1 Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại

 Mỗi mạch khuếch đại đều có một khoảng tần số hoạt động nhất định, gọi là băng thông (Bank width) hoạt động của hệ thống

Ký hiệu: BW = [fH – fL] (Hz)

 Mạch khuếch đại được đặc trưng bởi hàm truyền hệ số khuếch đại, được gọi là Ai

hay Av

 Đáp tuyến băng thông của mạch khuếch đại

1.2 Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại

a Phương pháp khảo sát:

i Bước 1: Vẽ mạch tương đương ở vùng tần số hoạt động

ii Bước 2: Thiết lập biểu thức của hàm truyền hệ số KĐ iii Bước 3: Vẽ biểu đồ Bode cho tần số và pha

Ví dụ: Cho mạch điện tương đương sau

m

A

Midband gain

Trang 3

Ta có

jwC R

jwC

R R

Rc v

i i

Rc i Vi

Vo A

i e e

e v

1

11

2

2 1

(1

)1

()

(

)

1(

2 1 2

1 2 1

2

R R jwC

jwCR R

R Rc jwC

R R R R

jwC

R Rc

(1

)1

(

2 1 2 2

jwCR R

(

1,

1

2 1 2

2 1

R R C

W CR

=>

)1

(

)1

(

2

1 2

1

W

w j W

w j R

2 1 2

)(1

W w W w

R R

 Vẽ biểu đồ Bode cho tần số tín hiệu

Khai triển decibel ta được:

2 2

1 2

1

)(1lg20)(1lg20)lg(

20lg

20

W

w W

w R

R

Rc A

lg20

)(

3

)0(0)

(1lg20

1 1

1 2

1 1

W w W w

W w dB

w dB W

w A

Biểu đồ Bode cho A1

Trang 4

Biểu đồ Bode cho các A0, A1, A2

Biểu đồ Bode tổng của Av

I.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm:

1 dB A

w(rad/s) w

Trang 5

V2

20mVac 0Vdc

0 Q1

Q2SC1815

Cc 10u

V3

12Vdc

Re 100

Rc 1k Rb1 100k

Ce 100u

0

RL 1k

R1 10k

Cb 10u Rb2 10k

Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 1):

2> Lắp ráp mạch, đo đạc đáp ứng giá trị thực tế của mạch

Trang 6

3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả

4> Đánh giá kết quả: Lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm

a> Nhận xét sự khác nhau giữa biểu đồ 2 và biểu đồ 3: Kết quả giữa 2 lần đo thực nghiệm b> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 1, 2 và 3: Kết quả giữa tính toán lý thuyết và đo thực nghiệm

c> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 2, 3 và 4: Kết quả giữa đo thực nghiệm và mô phỏng

II Dùng FET

II.I> Lý thuyết cơ bản

1> Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại FET ghép RC

Cho mạch khuếch đại FET đặc trưng như hình vẽ

Trang 7

Vcc

2 3 1

Cgs: giá trị cảm kháng ngỏ vào GS (vài

PF - vài chục PF)

Cgd: giá trị cảm kháng ngõ ra GD ( 0.1

PF - vài PF)

Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch FET cũng giống như với BJT, ta

chia mạch làm hai trường hợp: Đáp ứng của cụ Bypass Cs và đáp ứng của tụ Coupling

Đáp ứng của tụ Bypass

Mạch tương đương tín hiệu bé như hình vẽ

Mạch tương đương thevenin

i 0

gs ds

mr v g

Trang 8

Dùng phép biến đổi tương đương Thevenin cho đoạn mạch MO

Vậy,

i i i

L L i

L

v

v v

i i

i R v

[1//

1

S S

L d ds L

d

L

C j R R

R r R

R

S S

S d

L ds d L S

S

S d

L ds

d

L

C R j

R R

R r R R C

R j

R R

R r

1)

//

()1(1

)1(//

1)

//

(

Đặt

)1

R

Ta có,

S S i S i

S S d

L S

S

S i

d L v

R C R R j R

C R j R

R C

R j

R R

()1(1

1)

Rs

i v

s C

iv



+ _ i 0 D i L

rds

M

Trang 9

S S i

i S

S S S

i

d L S

i S S

i

S S d

L

C R R

R R j

C R j R

R

R R C

R R j R R

C R j R

)1(

1)//

()1(

Hay,

S S i

S S S

i

d L v

C R R j

C R j R

R

R R A

) //

( 1

1 //

) 1

/ 1

//

) 1

R

R R A

S i

d L

S S

C R R

C R

) //

( 1 1

L

C R

L

C R R

f

) //

( 2

Cs 110u

Rd 3.3k

0

Cg

10u

Rs 100 Rg

50mVac

0Vdc

0

RL 100k

Trang 10

Trang 11

Trang 12

Bài 2: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CAO CỦA MẠCH KHUẾCH

Cb’e,Cb’c, quyết định tần số giới hạn trên trong đáp ứng cao tần

Cb’c có giá trị vài chục ÷ vài pF, với BJT cao tần Cb’c < 1 pF

)(

C C r

f



Tần số giới hạn trên của BJT f T f B

Các thông số được cung cấp của nhà sản xuất cho BJT cao tần

maxmax,,,,,C be C bc f T P V BE

Vcc

+

R2 ri

i

+

Re Cb

i

Cc

Ce R1

Giá trị các tụ ghép thường được chọn sao cho thỏa mãn đáp ứng tần số thấp

Trang 13

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ dùng hiệu ứng Miller

L C L

e B i e

R R R

r R r R

g

C 

eQ e

e

I

mV m

h

r     25 ,

e m r

g



 

c b L m

M g R C

C (1 ) 

) 1

( '

c b

e b e

b

C

C r

m R C g

C  

Lưu ý: R và C chỉ dùng để tính trở kháng ngõ ra

)1//(

)//(

Z

C C R Z

C

c e e in

e m e m L i

L i

i

V V

V g V g

i i

[

1

M e L

C

C e m i

C C jwR R

R

R R g A

(

10

H

i

j

A A

L C

e C m

C C R

R R

R R g A

10



Tần số cắt trên của mạch là e e M

H

C C R

+v b'e

RL R

Rb'e gm v b'e

Trang 14

1> Tính toán lý thuyết

Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Tính độ lợi Av=

i v

v0

Tần số cắt fc=

Rb2 6.8k

Rc 1k Ri

1k

0

Rb1 33k

V3

12Vdc

Q1 Q2SC1815

Ce 10u

Cb 1u

Re 220

V2

20mVac

0Vdc

RL 470

0 Cc 1u

A

H

f

Trang 15

Trang 16

II Dùng FET

Phân tích mạch khuếch đại FET tần số cao

Mạch khuếch đại FET ở tần số cao dạng C-S:

Rg

Cd Rd

ri

Rs Vi

Trang 17

CM=[1 + gM(rds // Rd // RL)]Cgd

1

011

)(

1

1)

//

(

)(

1

)(

1)

//

(

w jw A

A

C C jwri R

R r g A

C C jw ri

C C jw V

R R r V g V

V V

V A

v

M gs L

d ds m v

M gs

M gs gs

L d ds gs m i

gs gs L i

L V

2

1)

(1

)//

//

(0

1

M gs i H

M gs

L d ds m

C C r

f C

C ri w

R R r g A

Cd 0.01u

0

Rs 270

0 J2

J2SK300 Cg

V3

50mVac

0Vdc

RL 1k Rg

390k

f

dB v

A

H

f

Trang 18

Trang 19

Trang 20

I.I> Lý thuyết cơ bản

Mạch cộng hưởng đơn dùng BJT transistor

1.1 Phân tích lý thuyết

Sơ đồ mạch lý thuyết

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ

Trang 21

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ dạng rút gọn

(bỏ qua thành phần R-C giữa cực C và E)

Các thông số liên quan

Các thông số của Transistor 2SC1815:



Trong đó :

r



 (L)Q C;

rc là nội trở của cuộn dây

QC là hệ số phẩm chất của cuộn dây (thường QC = 100) Điện dung tổng tương đương:

' '

Trang 22

  /   /  

1

1 //

R R R g r

R A A

i

i L C m i

L i v

Băng thông

Ta có tại tần số cắt:

1 3

1, 2 1

1

2 2

i

n n

R C R L

Trang 23

1.2 Tính toán các giá trị trên lí thuyết

.6,8 12.6,8

2,05

33 6,8 39,8

V CC

100 300

r g C

T e T

m

10.80.2614300

m

b e

g r

'

' C C

R

R R

g A

L C

C i

m i

1

1 //

R R R g r

R A A

i

i L C m i

L i v

Băng thông

31, 6 12

R C i

Trang 24

1 //

R R R g A

i

L C i m v

2

/ 1

log 20 )

v

r

R R R g A

Biểu đồ Bode lí thuyết

Dựa vào biểu thức trên ta nhận thấy rằng :

 Khi  =0: tức là lúc giá trị trong biểu thức trong căn tiến về

0 => G = AVm = dB

 Khi  càng xa 0, lúc này biểu thức trong căn có giá trị rất lớn => Av có giá trị rất bé

Dựa vào yếu tố trên, sinh viên tự vẽ được biểu đồ Bode cho mạch cộng hưởng

Rb2 5.6k

Re 220

Cc 10u Ri

1k

Rb1 27k Cb 10u L1

0.58uH

1 2

RL 500

Trang 25

Trang 26

a> Nhận xét sự khác nhau giữa biểu đồ 2 và biểu đồ 3: Kết quả giữa 2 lần đo thực nghiệm

b> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 1, 2 và 3: Kết quả giữa tính toán lý thuyết và đo

thực nghiệm

c> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 2, 3 và 4: Kết quả giữa đo thực nghiệm và mô

phỏng

II Dùng FET

Mạch cộng hưởng đơn dùng FET

1> Phân tích lí thuyết

Sơ đồ mạch lí thuyết

Trang 27

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ dạng rút gọn

Với : R i r i//R P, và CC'C'eC M

Các thông số liên quan:

Các thông số của FET: rds, Cgs, Cgd, gm được cho bởi nhà sản xuất

Thiết lập hàm truyền:

i

gs gs

gs m gs m

L i

i

v v

v g v g

i i

i

)

1 (

1

1 //

//

L j C j R

g r R R

r R

i

m ds d L

ds d

i R i

gs

m v g

Trang 28

) (

1 //

//

L j

R CR j

R g

r R R

r R

i i

i m

ds d L

ds d

1

1 //

//

L

R CR j

R g r R R

r R

i i

i m ds d L

ds d

C R i i

2

11

1

1 //

r R

ds d L

ds d i

) (

1

1 //

r R r

R r

R A

ds d L

ds d i

L i

L i v

) (

1

1 )

R R r R g A

i

i L ds d m v

Giải phương trình này ta sẽ được băng thông là:

C R r

BW

P

i // ) (

Trang 29

r R r

R R g A

i P i

P i

i P ds

d L m v



1

1 //

) //

R C i

1log20)3.0log(

20

L

R CR j

i dB

Dựa vào biểu thức trên ta nhận thấy rằng :

 Khi  = c: tức là lúc giá trị trong biểu thức trong căn tiến về 0

=> Av (max)= -10 dB

 Khi  càng xa c, lúc này biểu thức trong căn có giá trị rất lớn

=> Av có giá trị rất bé

Dựa vào yếu tố trên, sinh viên tự vẽ được biểu đồ Bode cho mạch cộng hưởng

II.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm:

1> Tính toán lý thuyết

Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Tính độ lợi Av=

i v

v0

Tần số cộng hưởng f0=

Rs 1k

0 Rd

1k Cg

10u L1

0.5uH

1

2

RL 1.5k

J2 J2SK300 C1

1n Rg 470k

Ri

50

Cs 100u

0

Trang 30

Trang 31

thực nghiệm

phỏng

III Mạch khuếch đại phối hợp trở kháng

III.I> Lý thuyết cơ bản

Mạch khếch đại ghép biến áp dùng BJT thông dụng

Rc

Trang 32

Mạch tương đương rút gọn

Với: C=C’+a2(Cb’e + CM)), và Ri= ri //RP//( //2 '

a

e rb

R b

) Trong đó

a

Z i a

U



a n

n U

1 2 1

2   ; a

n

n i

i



2 1 1 2

Ta có:

)'

1(

1

' '



L C j R

R R

R ag

i a v

a v

v gm v

g

i i

i Ai

i

L C

C m

i

e b

e b e

b m L i

R

R R

ag Ai

i i L

C

C i

m

Lý luận tương tự phần trên ta được:

L C

C i m im

R R

R R g a A

R b

Sinh viên tự vẽ biểu đồ Bode

III.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm:

i R

e

m v

g '

Trang 33

R2 10k

10mVac

0Vdc

L2 0.3uH

1 2

R1 2k

C2 1u

R3 1k

C3 0.1u Q1

Q2SC945

V2

12Vdc

C4 10n

R4 1.5k 0

Trang 34

thực nghiệm

phỏng

Trang 35

Bài 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG CỦA MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG

 Mạch lọc sẽ làm suy giảm năng lượng qua nó mà không có khả năng khuyếch đại Khó phối hợp tổng trở với các mạch ghép

 Để bổ túc các nhược diểm trên người ta thêm vào đó các phần tử khuếch đại như transistor, vi mạch, v.v, để có thể khuyếch đại tín hiệu , phối hợp tổng trở, điều chỉnh

độ suy giảm

2 Phân loại mạch lọc

Dựa vào đặc điểm cấu tạo, ta phân ra hai loại: mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực

Bài này khảo sát mạch lọc thụ động Cả hai loại mạch lọc này đều có các dạng đáp ứng

tần số sau:

 Mạch lọc thông cao (High pass Filter)

 Mạch lọc thông thấp (Low pass Filter)

 Mạch lọc thông dãi (Band pass Filter)

 Mạch lọc chặn dãi (Reject Band Filter)

out

v

dB in

out

v v

Trang 36

Mạch lọc thông dãy (Band pass) Mạch lọc chặn dãy (Band Stop)

Với K là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của mạch và

A i const B; k const cũng phụ thuộc vào cấu tạo của mạch

A  , đa thức bậc không với : A1 A2   A m0

Đáp ứng biên độ chuẩn hóa :

out

v v

f H

f

Trang 37

Hàm truyền (đáp ứng tần số của mạch)

1

10

Vo H

j RC Vi

-45 -90 1

2

Trang 38

Đáp ứng pha Đáp ứng biên độ

090

R R

C R j

R R

Z R

R Z v

v H

L

L i

L L L

C I

L C i

Trang 39

L

L I

R H

c f

Trang 40

R R

Trang 41

jX jX V



 

 Thay X c 1 ,X L L

Ơ tần số cao cho mẫu số bằng 12LC    A

Tần số này được gọi là tần số ccộng hưởng của mạch LC , ký hiệu : o

độ giảm nhanh vì A tỉ lệ nghịch với nghịch đảo bình phương của o

Trang 42

L L

R

j C Z

j R C R

42

Sinh viên tự chứng minh hàm truyền

Trang 43

Từ cầu phân áp jX C và jX L ta tính được điện áp ra V o :

Sinh viên tự chứng minh hàm truyền:

Trang 44

2

jR C R C LC X

41

2

jR C R C LC X

v0

Tần số cắt fc=

Ri 1k

0

C1 0.01u

RL 1k

Trang 45

Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) theo giá trị tính toán lý thuyết (Av1 biểu đồ 1), đo thực nghiệm (Av2 biểu đồ 2) và mô phỏng (Av3 biểu đồ 3)

a> Nhận xét sự khác nhau giữa biểu đồ 1 và biểu đồ 2: Kết quả giữa tính toán lý thuyết và

RL 1k

R1 1k

C2 0.01u

Trang 46

R 10k

Trang 47

C2 0.01u R1 10k

C1 0.01u

đo thực nghiệm

b> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 1, 2 và 3: Kết quả giữa tính toán lý thuyết, đo thực nghiệm và mô phỏng

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	4,91 MB