Chuong 3 mach KD nhieu tang(20 7 15)

Sơ đồ tương đương xoay chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng 3.4 Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch 3.5.Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất toàn mạch 3.6.. Mạch kh

8/6/2015 1

CHƯƠNG 3

MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỀU TẦNG

Tương ứng với chương 14 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C Jaeger & Travis N Blalock

8/6/2015 2

3.1 Sơ đồ, chức năng, đặc điểm của các tầng

3.2 Sơ đồ tương đương một chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.4 Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch

3.5.Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất toàn mạch

3.6 Tính trở kháng ra của toàn mạch

3.7 Tính toán điều kiện khuếch đại tuyến tính của toàn mạch

3.8 Các phương pháp làm tăng hệ số KĐ điện áp

Nội dung chương 3

Tương ứng với chương 14 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C Jaeger & Travis N Blalock

8/6/2015 3

3.9 Khuếch đại nhiều tầng các BJT E chung

3.10 Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Sơ đồ mạch

3.11 Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Phân tích AC

3.12 Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Mạch Darlington

3.13.Nguyên tắc tính toán tụ liên lạc và tụ thoát tín hiệu xoay chiều

3.14.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại E chung và S chung

3.15.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại C chung và D chung

3.16.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại B chung và G chung

Nội dung chương 3

3.1 Sơ đồ, chức năng, đặc điểm của các tầng

 MOSFET M1hoạt động ở với thiết lập S chung cung cấp một trở kháng vào lớn và hệ số khuếch đại điện áp trung bình

 BJT Q2 hoạt động với thiết lập E chung, tầng thứ 2, cung cấp hệ số khuếch đại lớn

 BJT Q3, mạch emitter-follower cung cấp trở kháng ra thấp và cách tầng có

hệ số khuếch đại lớn ra khỏi điện trở tải thấp

 Các điện trở phân cực được thay thế bằng

 Trở kháng vào và trở kháng ra của mạch khuếch đại được ghép với nhau

thông qua tụ (ac-coupled) C1 và C6

 Tụ lọc C2 và C4 được dùng để lấy hệ số khuếch đại điện áp cực đại từ hai mạch khuếch đại đảo

 Tụ liên lạc nội tầng C3 và C5 truyền tính hiệu ac giữa các mạch khuếch đại

và ngăn cách tín hiệu dc, và ngăn cản sự ảnh hưởng đến Q-points của

transistors

21

2 R R

B

R 

43

Sơ đồ tương đương một chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.2 Sơ đồ tương đương một chiều

của mạch khuếch đại nhiều tầng

Sơ đồ tương đương xoay chiều

Sơ đồ tương đương đối với tín hiệu nhỏ

3.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

Bảng giá trị các thông số

3.4 Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch





G

R in R

?1

11

v2

v

1 g m R L 

vt A

?32

2 R I R in 

L R

?2

22

?3)

13

(3

3)

13(3

r

L

R o

in

R vt

A vt

A vt

A v A

?21

1R I R in 

L R

2.17Ω620

I

R

kΩ31.4kΩ8.51kΩ7.4

I

R

Ω232Ω

250kΩ

3

33





G

R in R

-4.78Ω

478S

01.01

11

(32

32

r I R

in

R I

R L

R





-222kΩ

54.3mS8.62

2

22

v3

v2

950.03)

13

(3

3)

13(3

r

L

R o

in

R vt

A vt

A vt

A v A

Ω478Ω

2390Ω

5982

5982

2x

khuếch đại, test voltage được đặt

vào đầu ra của mạch khuếch đại ?

xi

xv

3

xv3300

x

ve

irixi

out R

3.5.Tính toán trở kháng ra

54200Ω

4310

22

2x

ix

v3

R RCE out I

R th

6280

3990S

0796

0

13300

13

33

13300

3

3300x

i

xv

3

xv3300

x

ve

irixi

o

th R m

g out

R out

R

out R



Để tìm trở kháng ra của mạch

khuếch đại, test voltage được đặt

vào đầu ra của mạch khuếch đại

3.5.Tính toán trở kháng ra

3.6 Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất

Dòng điện ở ngõ vào được cung cấp

cho mạch khuếch đại bởi nguồn:

Và dòng được cung cấp cho bởi mạch

khuếch đại:

?i

vi

?250iv250

o

vo

i   A v 

?ii

?i

i

oiiv

o

P P A

vi

sv99

3250

s

998v250

i

v250

o

vo

i   A v  

61003.4iv

71090.9

i3.99vi

io

91002.461003.4998i

ioiivo

A s

P o

P P A

Dòng điện ở ngõ vào được cung cấp

cho mạch khuếch đại bởi nguồn:

Và dòng được cung cấp cho bởi mạch

khuếch đại:

3.6 Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất

3.7 Tính toán điều kiện khuếch đại tuyến tính của

toàn mạch

 Đối với tầng thứ nhất,

 Đối với tầng thứ hai,

 Đối với tầng thứ ba,

 Toàn mạch,

V202

0990

.0

)21(2.0)

(2



i

v TN

V GS

V 1

v

mV06

10.990

mV05.1mV

05

14.78

0.005mV

5

mV5

A 1

v

1

v v1

A 2

v be2 v

μV7.92005

0)990.0(21

33

1mV

53

331

)sv990.0(213

31

3

vbe3

L

R m

g i

v be

v

L

R m g v

A v A L

R m g

μV7.92μV)

7.92mV,06.1mV,202



i v

mV5.92μV)

7.92(998μV)

7.92

 A v o

v

3.8 Các phương pháp làm tăng hệ số KĐ điện áp

nghịch với căn bậc 2 của dòng máng, vì vậy hệ số khuếch

đại điện áp có thể được tăng lên bằng cách giảm ID1 trong

khi vẫn duy trì một điện áp không đổi trên RD1 Biên độ tín hiệu có thế được cải thiện bằng cách tăng dòng điện trong

tầng ngõ ra và điện áp đặt trên RE3

 Q1 có thể được thay thể bởi FET Điều này có thể làm

giảm hệ số khuếch đại ở tầng thứ 3 của mạch khuếch đại bởi vì hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại D chung thì nhỏ hơn của mạch khuếch đại C chung Tuy nhiên, sự sụt giảm này có thể được bù lại bằng cách tăng hệ số khuếch đại ở tầng thứ nhất và thứ hai

3.9 Khuếch đại nhiều tầng các BJT E chung

Để đạt được hệ số khuếch đại cực

đại, nhiều tầng khuếch đại E chung

có thể được mắc liên tiếp

Đối với tầng cuối cùng,

Đối với các tầng khác,

12

31

nvo

-v

1v2v

iv

1

v

v

A v

A v

A v

CC

V L

R mn g vn

A  10

)1

R mi

g vi

A



Nếu hệ số khuếch đại bị hạn chế bởi các điện trở nội tầng, mỗi tầng có hệ số

khuếch đại vào khoảng -10V CC và hệ số

khuếch đại toàn mạch là:

Nếu hệ số khuếch đại bị hạn chế bởi trở

kháng vào của transistor:

Thông thường khi tín hiệu và mức năng lượng tăng lên ở mỗi tầng của mạch khuếch đại Vì o < 10V CC , trường hợp này thường biểu thị giới hạn thực

n CC

V vn

o

o Cn I C

I n vn

32

I 

3.10 Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Sơ đồ mạch

• Các tụ liên lạc được mắc nối tiếp với đường

dẫn tín hiệu- C1, C3, C5, với C6 được loại bỏ vì

chúng ngăn cản mạch khuyếch đại làm việc tại

dc hoặc với các tần số rất thấp

• Các điện trở phân cực bổ xung trong mỗi tầng

được loại bỏ để tiết kiệm chi phí khi thiết kế

• Các tụ lọc nhiễu C2 và C4 ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại tại các tần số thấp nhưng không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch khuếch đại tại dc

• Các nguồn cung cấp đối xứng được dùng để đưa điện áp của Q-point tại ngõ vào và ngõ ra về

không

•pnp hoặc p-channel và npn hoặc n-channel transistors được

sử dụng xen kẽ trong các tầng khuếch đại để tận dụng tối đa các nguồn cung cấp có sẵn

3.11 Mạch khuếch đại nối trực tiếp:

Phân tích AC

 Giá trị của of tụ nội sinh trong các

tầng thì cao hơn so với trong mạch

khuếch đại ac nối trực tiếp do sự

vắng mặt của các điện trở phân cực

 Tất cả các đặc tính là tương tự với

các đặc tính của mạch khuếch đại ac

nối trực tiếp khi Q-points và các

tham số tín hiệu nhỏ của transistor là

tương tự

• Ghép nối dc cần ít thành phần hơn so với ghép nối ac nhưng Q-points của các tầng trở nên

phụ thuộc lẫn nhau

• Nếu Q-point của một tầng thay đổi, Q-points của các tầng khác cũng thay đổi

3.12 Mạch khuếch đại nối trực tiếp:

Mạch Darlington

Mạch Darlington hoạt động tương tự

như một transistor, nhưng có hệ số

khuếch đại dòng điện được cung cấp

bởi hệ số khuyếch đại dòng điện của

tường transistor riêng rẽ

I C1

I C

Phân tích mạch AC: Đối với composite

transistor,

212

111

o y

'

m g y

m

o2 r y

211

21'

o

o v

21v2

v'

f i





8/6/2015 21

TÍNH TOÁN TỤ LIÊN LẠC VÀ TỤ

THOÁT TÍN HIỆU XOAY CHIỀU

Jaeger/Blalock

7/1/03

Microelectronic Circuit Design

McGraw-Hill

3.13.Nguyên tắc tính toán tụ liên lạc

và tụ thoát tín hiệu xoay chiều

 Vì trở kháng của tụ tỉ lệ nghịch với tần số, nên trong khoảng tần số thấp trở kháng của tụ tăng lên làm điện áp xoay chiều tổn hao trên tụ tăng lên, do đó điện áp xoay chiều đưa vào mạch giảm đi

 Để tính chọn các tụ, ta sử dụng phương pháp thời hằng ngắn mạch

Nghĩa là khi tín toán giá trị một tụ thì nối tắt tất cả các tụ còn lại

 Nguyên tắc tính chọn tụ là giá trị trở kháng của tụ (tại tần số nhỏ nhất trong băng thông) phải nhỏ hơn nhiều so với giá trị trở kháng tổng

(thông thường ta chọn nhỏ hơn hoặc bằng 1/10)

Chap 14 - 22

củ tụ C1 nhỏ hơn rất nhiều so với trở kháng (RI+Rin)

R I R in C R I R in

C

in R R C

1 1

1 1

1

R in

R 

Đối với mạch C-E,

RiG G

R in

11

3.14.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại E

chung và S chung

Đối với mạch C-S,

R out

Đối với mạch C-S

RiD RD

14

12

R R

C

14

12

Nhắc lại các thông số mạch khuếch đại dùng

BIT

Nhắc lại các thông số mạch khuếch đại dùng

FET

 Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1, C2 và C3?

 Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như dưới đây

?



 R B RiB in

C



?2

?)

/1(4

12

R R

C



Chap 14 - 29

B

R in

R

F02.011.99nF

F0.682

nF2

67)

/1(4

12

R R C

  1.31nF 3 0.015 F3

C

Chap 14 - 30

Ví dụ tính toán tụ trong mạch KĐ E chung và

S chung



G

R in R

pF18001

C



F0.562

nF3

55)

/1(6

12

R R C

  1.31nF 3 0.015 F3

C

Chap 14 - 31

Ví dụ tính toán tụ trong mạch KĐ E chung và

S chung

 Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1, C2 và C3?

 Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như dưới đây

R in

R 

Đối với mạch C-C,

RiG G

R in

C



11

Chap 14 - 32

3.15.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại C

chung và D chung

Đối với mạch C-D,

R  6

RiS R

B

R in

R

pF82001

816pF

11

C



pF82003

pF7953

13

C



kΩ892





G

R in R

pF10001

89pF

11

C



pF82003

pF7823

13

 Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1, C2 và C3?

 Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như dưới đây

Đối với mạch C-D:

R  6

RiS R

C



11

R out

RiD D

R out

)(

1(

21

R R RCG eq

I R R o

r R

R RCB eq

in R

F82.0175.8nF

  1.31nF 3 0.015 F3

C

kΩ9.21MΩ

93.3kΩ

  2.38nF 0.027 F

)6

)(

1(

21

r R R C

Chap 14 - 38

Ví dụ Tính toán tụ trong mạch KĐ B chung và

G chung

 Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1, C2 và C3?

 Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như trong hình

in R

F42.0142.6nF

  1.31nF 3 0.015 F3

C

kΩ9.20kΩ

410kΩ



out R

pF1800pF

1782

8/6/2015 40

Kết thúc chương 3