Bài giảng Điện tử cơ bản: Phần 2 - ĐH Phạm Văn Đồng

(NB) Bài giảng Điện tử cơ bản: Phần 2 cung cấp những thông tin như Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, Các mạch khuếch đại ghép tầng, Khuếch đại thuật toán và mạch ứng dụng. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung của bài giảng.

Chương 6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 6.1 Giới thiệu chung

Cấu trúc cơ bản, kí hiệu và các đặc tính của transistor đã được giới thiệu ở chương

3 và chương 4 Phân cực cho transistor đã trình bày chi tiết ở chương 5 Chương này sẽ khảo sát đáp ứng tín hiệu ac của mạch khuếch đại transistor đối với tín hiệu nhỏ

Một trong những vấn đề quan tâm trong quá trình phân tích các mạch transistor là biên độ của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra Trước tiên cần phải xác định biên độ tín hiệu vào lớn hay nhỏ để kỹ thuật nào được áp dụng Không có một ranh giới nào để phân biệt nhưng trong các ứng dụng, biên độ có thể thay đổi liên quan đến các đặc tính của linh kiện Trong chương này sẽ trình bày phần phân tích biên độ tín hiệu vào nhỏ

Một mô hình thường được sử dụng trong phân tích ac tín hiệu nhỏ của mạch transistor là: mô hình thông số lai -h (hybrid)

6.2 Đặc trưng cơ bản của một tầng khuếch đại

Hình 6.1 Sơ đồ khối của mạch khuếch đại

Từ sơ đồ khối của bộ khuếch đại, ta có:

- Tổng trở vào Z i :

Tổng trở vào Zi được xác định bởi định luật Ohm có phương trình:

i

i i i

Tổng trở ra xác định theo phương trình:

0 v i

v Z

i 0

0 0

v

A 

Đối với hệ thống hình 6.1, độ lợi áp toàn mạch là: V

s i i s

o

RZ

Zv

vA

A 

Đối với hệ thống như hình 6.1 dòng điện ngõ vào và dòng điện ngõ ra được xác định:

i

i o i

i L o i

o i

R

Z A R

v

Z v Z

v R v i

i

i o i o i

o

i

iv

vp

p

- Mối quan hệ về pha:

Mối quan hệ và pha của tín hiệu vào và tín hiệu ra dạng sin rất quan trọng Đối với các mạch khuếch đại transistor ở dãi tần trung bình cho phép bỏ qua ảnh hưởng của các phần tử dung kháng, tín hiệu vào và tín hiệu ra có thể cùng pha hoặc ngược pha nhau

180 tùy theo đặc tính của mạch

6.3 Mô hình của BJT

6.3.1 Mạng 2 cửa

Một mạng 2 cửa tuyến tính có thể đưa về mô hình tương đương là mô hình , T hay mô hình h theo các tham số vi phân y, z hay h Ở đây ta chỉ khảo sát mô hình mạng

2 cửa theo tham số h

Xét mô hình mạng hai cửa tuyến tính như hình 6.2

Hình 6.2 Mạng hai cửa

Trong đó

- i i, v i: là dòng điện và điện áp ngõ vào của mạng hai cửa

- i o, v o: là dòng điện và điện áp ngõ ra của mạng hai cửa

Ta có phương trình theo tham số vi phân h của mạng hai cửa tuyến tính là:

o i

v  11  12

o i

i  21  22

Từ 2 phương trình trên ta suy ra được:

)(h0vi

v

o i

v

i o

i

o i

i

i o

 là điện dẫn ngõ ra khi hở mạch ngõ vào

Từ 2 phương trình theo hik ta vẽ được mô hình theo tham số hik như hình 6.3

Hình 6.3 Mô hình theo thông số h của mạng hai cửa tuyến tính

6.3.2 Mô hình tương đương của BJT

(Xét cho từng mạch CE, CB, CC)

Khi BJT làm việc với tín hiệu nhỏ, nghĩa là trên cơ sở điện áp một chiều phân cực cho hai tiếp giáp JE và JC (xác định điểm làm việc tĩnh Q) khi có thêm tín hiệu xoay chiều ở ngõ vào có biên độ nhỏ thì BJT khuếch đại để đưa tín hiệu xoay chiều này đến ngõ ra nhưng có biên độ lớn hơn Ở trạng thái đó (trạng thái động tín hịêu nhỏ), một cách gần đúng có thể coi BJT như một phần tử tuyến tính Điều này hoàn toàn cho phép,

vì trên các đường đặc tuyến Vôn-Ampe của BJT ở chương 3 có thể xem là một đường thẳng tuyến tính trong những vùng lân cận của điểm làm việc của BJT nằm trong vùng khuếch đại

Mặc dù BJT có nhiều cách mắc khác nhau (CE, CB, CC) nhưng tất cả có thể xem

là một mạng hai cửa.Vì vậy có thể thay BJT ở trạng thái động tín hiệu nhỏ bằng một mạng hai cửa tuyến tính Khi đó có thể dùng mô hình tương đương của mạng hai cửa cho mô hình tương đương của BJT với các tham số vi phân được thể hiện bằng sự biến thiên nhỏ của dòng hay áp khi BJT hoạt động, được gọi là tham số vi phân của BJT Tùy theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn đại lượng phụ thuộc và không phụ thuộc thông qua các tham số để biểu diễn khả năng hoạt động của BJT

Lưu ý: Các tham số vi phân hik chính là các tham số xoay chiều, chúng biểu thị cho

độ dốc (hoặc nghịch đảo độ dốc) của các đặc tuyến tĩnh tương ứng, vì vậy chúng thay đổi theo điểm làm việc tương ứng

Mạch điện hình 6.3 có thể áp dụng đối với bất kỳ linh kiện điện tử 3 cực tuyến tính hoặc các hệ thống không có nguồn độc lập bên trong Do đó đối với transistor có 3 cấu hình cơ bản thì mạch điện tương cũng có dạng như hình 6.4

Hình 6.4 Cấu hình mạch tương đương của transistor

a Mạch CE

Cấu hình mạch tương đương của transistor E chung như hình 6.5, trong đó các thông số được thêm vào chữ e để phân biệt đây là cấu hình mạch tương đương E chung Chú ý: dòng vào i i i b, dòng ra i o i c, điện áp vào v be và điện áp ra v ce

Mạch CE trong hình 6.5a và mô hình tương đương của BJT mắc CE như hình 6.5b

Hình 6.5 a Mạch CE; b Mô hình tương đương của mạch CE

Phương trình của mạch CE: {v be h ie i b h re v ce

ce oe b fe

be ie

v i

be re

i v

c fe v i

c oe

i v

b

e e b b b

BE ie

i

r i r i i

u r

Trong đó:

) (

) ( 26

mA I

mV r

EQ

e Xét đường đặc tuyến ngõ vào khi cố định V CEV CEQ như hình 6.7

Hình 6.6 Mô hình r ik

Hình 6.7 Đặc tuyến ngõ vào trong mạch CE

Từ hình 6.7 ta có:

EQ T b

be CEQ

b

be ie

I

V i

v 0 V

T e

I

mV I

hưởng của điện áp ngõ ra đối với điện áp

ngõ vào, tức thể hiện sự truyền đạt điện áp

theo chiều ngược lại Trên thực tế, hre có

giá trị rất bé nên nguồn áp này được xem

như có giá trị bằng 0, có thể bỏ qua đại

v I

v

v

h

ce be BQ

c fe

i

i V

i

i h

- Xác định hoe:

Xét đường đặc tuyến ngõ ra, khi cố định I B I BQ như hình 6.10

Hình 6.8 Đặc tuyến ngõ vào trong mạch CE

Hình 6.10 Đặc tuyến ngõ ra trong mạch CE

v

i V

v

i h

ce c CEQ ce

Trong cấu hình E chung thì giá trị của thông số hr là một đại lượng tương đối nhỏ,

có thể xem h r 0 nên h r v o  0, kết quả là ngắn mạch phần tử này Đại lượng

oe h 1thường có giá trị rất lớn nên có thể bỏ qua nếu so sánh với điện trở tải

Kết quả mô hình tương

đương gần đúng của transistor

cấu hình E chung như hình 6.11

Thông thường người ta cũng sử dụng mô hình gần đúng của BJT như hình 6.12

Hình 6.12 Mô hình gần đúng của BJT

b Mạch CB

Hình 6.11 Mô hình tương đương gần đúng của BJT

Hình 6.13 a Mạch CB; b Mô hình tương đương của mạch CB

Cấu hình mạch tương đương của transistor B chung như hình 6.13a, trong đó các thông số được thêm vào chữ b để phân biệt đây là cấu hình mạch tương đương cực B chung Chú ý: Dòng vào i i i e;dòng ra io   ic; Điện áp vào vi veb; điện áp ra v ov cb Mạch CB trong hình 6.13a và mô hình tương đương của BJT mắc CE như hình 6.13b

Phương trình của mạch CB: { v eb h ib i eh rb v cb

cb ob e fb

eb

ib

v i

eb rb

i v

v

0vi

ih

cb e

c

ih

e cb

e e b b

e

EB ib

i

r i r i i

u r

h    .  .  ;

E e

e

c fb

i

iV

i

ih

- Xác định thông số hob: hob  0

Sơ đồ tương đương gần đúng của BJT mắc CB trong hình 6.15

Hình 6.15 Mô hình tương đương gần đúng của mạch CB

Bảng chuyển đổi thông số giữa các dạng mạch CE và CB cùng BJT:

e fe

ie

h1

hh

fe

oe ie

h h

hh

c Mạch CC

Mô hình mạch CC của BJT ít được sử dụng, nên ở đây không xây dựng mô hình cho mạch CC của BJT Đối với mạch CC, sử dụng mô hình BJT giống mạch EC

6.4 Mô hình của FET

Tương tự như BJT, để thực hiện việc phân tích ac của mạch dùng FET, cần phải xây dựng mô hình tương đương của FET Có nhiều dạng mạch khuếch đại dùng FET (CS, CD và CG) nhưng đều có thể coi tương đương như một mạng hai cửa và khi FET hoạt động với tín hiệu nhỏ thì hoàn toàn tương đương mạng hai cửa tuyến tính Vì vậy

ta có thể áp dụng mô hình tương đương của mạng hai cửa tuyến tính để mô hình hóa FET như hình 6.16

Hình 6.16 Mô hình tương đương của FET

6.4.1 JFET

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của JFET mắc SC như hình 6.17:

Hình 6.17 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của JFET mắc SC

Trong đó: Độ xuyên dẫn gm được định nghĩa:

DSS

D

m o P

GS

m o gs d gs

d m

I

I g V

V g

v

i V

Và rd điện trở máng nguồn:

d

ds V

d

ds d

i

v I

V r

GS DSS

D

V

V 1 I

Do phương trình truyền đạt của D_MOSFET cũng giống như JFET nên các thông

số tính toán trong mô hình cũng tương tự như JFET

2 P

GS DSS

D

V

V 1 I

I     ;

DSS

D mo P

GS mo

gs d gs

d m

I

Ig)V

V1(gv

iV

)VV(kv

iV

I

gs d gs

6.4.3 Các chỉ tiêu của bộ khuếch đại dùng FET

Các mạch khuếch đại dùng FET chỉ có 3 thông số:

- Tổng trở vào Z i :

Tổng trở vào Zi được xác định bởi định luật Ohm có phương trình:

i

i i i

v Z

i 0

0 0

v

A 

Đối với hệ thống hình 6.1, độ lợi áp toàn mạch là: v

s i i s

o

RZ

Zv

vA







Mối quan hệ về pha:

Mối quan hệ và pha của tín hiệu vào và tín hiệu ra dạng sin rất quan trọng Đối với các mạch khuếch đại transistor ở dãi tần trung bình cho phép bỏ qua ảnh hưởng của các phần tử dung kháng, tín hiệu vào và tín hiệu ra có thể cùng pha hoặc ngược pha nhau

180 tùy theo đặc tính của mạch

6.5 Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thông dụng dùng BJT

dụng cho tín hiệu xoay chiều đi qua, đồng thời

ngăn thành phần tín hiệu 1 chiều ảnh hưởng

đến nguồn xoay chiều

Hình 6.22 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Xác định các thông số của mạch gồm: tổng trở vào, tổng trở ra, hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện

- Tổng trở vào: Zi  RBB// Zb

Trong đó: RBB RB1//RB2;Zb  hie  rb  ( 1   re   re

- Tổng trở ra:

Được xác định khi tín hiệu

vào en = 0, suy ra ii = ib = 0 nên

có thể xem là hở mạch nguồn

dòng như hình 6.23

Kết quả là tổng trở ra:

C oe C o

o

h

R i

i

A Trong đó: vo  Rt io   ( RC// Rt) ic

b b i i

b

c t C i

i

o t i

o

Z

) R //

R ( i

Z

i ).

R //

R ( i

Z

i R v

Suy ra:

t C C

b i

t

t C

b i

b b t

c t C i

i

o i

R R

R Z

Z R

R R Z

Z i

Z R

i R R Z i

i A

o v

e

v v

v e

b

c t C i

i

o t i

o

Z

) R //

R ( i

Z

i ).

R //

R ( i

Z

i R v

n i i n

i

R Z

Z e

b

t C

n i

i o

n

o v

R Z

Z Z

R R e

v v

v e

v A

Nếu Rn = 0 thì:

b

t C v

Z

) R //

R (

A   

Ngoài ra, Av có thể xác định theo Ai như sau:

n i

t i n i i i

t i v

R Z

R A R Z

Z Z

R A A

t i v

Z

R A R Z

Z Z

R A



Xét mạch điện như hình 6.24:

Mạch điện tương đương được phân tích như

sau: Giả sử tín hiệu vào là ac đã được xác định, do

chỉ xét đến tín hiệu ac nên tất cả các nguồn dc có thể

xem như ngắn mạch do chúng chỉ xác định điện áp

dc ở ngõ ra mà không xác định biên độ dao động ngõ

ra

Mạch điện tương đương như hình 6.25 Các tụ

liên lạc ac xem như nối tắt, các tụ C1 và C2 được

chọn sao cho có tổng trở rất nhỏ tại tần số của tín

hiệu

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của mạch hình 6.25 như hình 6.26

Hình 6.26 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Xác định các thông số: tổng trở vào, tổng trở ra, hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện:

- Hệ số khuếch đại điện áp:

Điện áp ra: v o  i o R C  h fe i b R C; Điện áp vào: vi  ibhie

=> Hệ số khuếch đại điện áp:

e C ie

C fe ie

b

C b fe i

o v

r

Rh

Rhh

i

Rihv

v

- Hệ số khuếch đại dòng điện:

ie B

B fe C

i v i

o i

hR

RhR

ZAi

iA

Mối liên hệ về pha: Dấu trừ “-” trong

hệ số khuếch đại áp chứng tỏ tín hiệu ra

đảo pha 180 so với tín hiệu vào như hình

6.27:

oe

h

điện trở r o không lớn hơn điện trở R C hơn 10 lần) thì trong mạch điện hình 6.27 phần ngõ ra có dạng như hình 6.28

Tổng trở ra Zo được xác định: Z o r o||R C

Khi đó hệ số khuếch đại điện áp là:

e

o C

ie

o C fe v

r

r R h

r R h

A   ||   ||

Hệ số khuếch đại dòng điện:

Dòng điện ngõ ra:

C o

o b fe o

R r

r i h i





Suy ra hệ số khuếch đại dòng điện là:

ie B B C o

o fe i

o i

h R

R R r

r h i

i A

Xét mạch khuếch đại mắc CB như hình 6.29

Hình 6.29 Mạch khuếch đại cực B chung

Hình 6.27 Minh họa tín vào và ra đảo pha

Hình 6.28 Xét ảnh hưởng của

Ta có sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ như hình 6.30

Hình 6.30 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ CB

i

i

i R || h R || r i

o

0vi

o

o i R h i R

e ib i ib E

i ( R || h ) i h i

=>

e C ib

C fb e

ib

C e fb i

o v

r

Rh

Rhi

h

Rihv

v

rR

RhR

)h

||

R(.ih

R.ihi

iA

e E

E fb C

ib E e

ib

C e fb i

đại tần số cao

6.5.3 Mạch khuếch đại CC

Xét mạch khuếch đại mắc CC như hình 6.31 và sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ như hình 6.32

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ rút gọn

Hình 6.31 Mạch khuếch đại CC Hình 6.32 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

b

b E b

e b

o

0vi

v





Nếu RE lớn hơn nhiều lần re thì: Zo  re

* Hoặc ta có thể tính tổng trở ngõ ra theo sơ đồ mạch hình 6.35

o o v i

v

R

v i i R

v

E

o b b E

o

o         ;

e

o b

r

vi

=> (1 ) ( 1 1)

e E o e o E

o o

r R

v r

v R

o

Z r R v

)11



e E

Z  ||



- Hệ số khuếch đại điện áp:

Hệ số khuếch đại điện áp ac tín hiệu nhỏ của mạch khuếch đại CC là:

1 R ) 1 ( r

R ) 1 ( i

) 1 ( R i r

i ) 1 ( R v

v A

E e

E b

E b e

b E

R

Z R

b b

B B i

o i

Z R

R ) 1 ( i

i ) 1 ( Z R

R i

i A

Vậy mạch CC có điện áp vào và ra cùng pha, hệ số khuếch đại điện áp xấp xỉ bằng

1 có nghĩa là mạch CC là mạch lặp (lặp lại tín hiệu) nhưng do mạch có tổng trở ngõ vào lớn và tổng trở ra bé nên được sử dụng làm mạch đệm (cách ly ngõ vào và ra)

6.6 Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thông dụng dùng FET

6.6.1 Mạch CS

Xét mạch khuếch đại SC như hình 6.36 và sơ đồ mạch SC đối với tín hiệu nhỏ như hình 6.37

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ rút gọn:

Hình 6.36 Mạch khuếch đại SC Hình 6.37 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Hình 6.38 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ rút gọn

o

v i

trở ngõ vào lớn hơn nhiều

- Hệ số khuếch đại điện áp:

Ta có: v o i o R D   (R D||r d)i d ; vi  vgsnên:

DSS

D mo P

GS mo

gs d gs

d m

I

Ig)V

V1(gv

iV

||

R ( v g v

) r

||

R ( i v

v

gs

d D gs m gs

d D d i

Ta có:

d o s

o gs m o

r

vR

vv.g

d o s

o o m o

r

v R

v v g

=>

m o d o s

o o

g

v r

v R

v i

/1





o m d

s o

o

Z g r

R v

/1

111

o o

vZ

||

R(g1

)r

||

R(g)r

||

R(vgv

)r

||

R(vgv

vA

d S m

d S m d

S gs m gs

d S gs m i

RgA

S m

S m

Câu hỏi ôn tập Câu 6.1 Cho sơ đồ mạch khuếch đại như hình BT6.1 Đây là mạch khuếch đại

Câu 6.2 Cho sơ đồ mạch khuếch đại như hình

BT6.2 Đây là mạch khuếch đại mắc kiểu:

A Emitter chung

B Base chung

C Collector chung

D Chưa xác định

Câu 6.3 Cho sơ đồ mạch khuếch đại như hình

BT6.3 Đây là mạch khuếch đại mắc kiểu:

A Emitter chung

B Base chung

C Collector chung

D Chưa xác định

Câu 6.4 Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ BT6.4 Giá trị tổng trở ngõ vào được

xác định bằng biểu thức nào sau:

) mV ( 26 h

E

) mA ( I

) mV ( 26 h

Câu 6.6 Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ BT6.6 Giá trị tổng trở ngõ ra được xác

định bằng biểu thức nào sau:

A Z0  RC

B Z0  RC// hfe

C Z0  RC  hfe

D Z0  hfe

Câu 6.7 Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ BT6.7 Hệ số khuếch đại dòng điện

trong mạch được xác định bằng biểu thức nào sau:

A

b

L i

i

A 

Câu 6.8 Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ BT6.8 Hệ số khuếch đại điện áp trong

mạch được xác định bằng biểu thức nào sau:

A

i

L i v

Z

RA

A 

B

i

L i v

Z

RA

A 

C

ie

L i v

h

RA

D

ie

L i v

h

RA

A 

Câu 6.9 Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ BT6.9

Giá trị hfe được xác định bằng biểu thức nào sau:

A hfe   B hfe  

C

) mA ( I

) mV ( 26 h

E

) mA ( I

) mV ( 26 h

a Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch

b Vẽ sơ đồ tương đương đối với tín hiệu xoay

chiều

c Tính Z

i, Z

o

d Tính hệ số khuếch đại dòng điện, điện áp

Câu 6.11 Cho sơ đồ mạch khuếch đại Emitter chung như hình BT6.11

Biết BJT loại Silic có h

fe =β= 60, h

ie = βr

E = 600Ω, h

a Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch

b Vẽ sơ đồ tương đương đối với tín hiệu

xoay chiều

c Tính Z

i, Z

o

d Tính hệ số khuếch đại dòng điện, điện áp

Câu 6.12 Cho sơ đồ mạch khuếch đại

Emitter chung như hình BT6.12 với các thông

số như trên hình vẽ

a Nêu chức năng của các tụ trong mạch

b Xác định điểm làm việc tĩnh Q ở chế

độ 1 chiều

c Vẽ sơ đồ mạch tương đương đối với

tín hiệu xoay chiều

d Tính Z

i, Z

O và hệ số khuếch đại dòng điện, điện áp

Câu 6.13 Cho mạch khuếch đại ở

hình BT6.13 Hãy xác định:

a Điện trở vào của tầng khuếch đại

b Điện trở ra của tầng khuếch đại

c Hệ số khuếch đại điện áp của tầng

Chương 7 CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP TẦNG 7.1 Giới thiệu chung

Như chúng ta đã biết, hình thức mạch điện của các tầng khuếch đại có thể là không giống nhau, sử dụng các linh kiện khác nhau nhưng tổng quát chúng có thể được coi là những mạng 4 cực Mỗi mạng 4 cực được đặc trưng bằng các thông số trở kháng vào, trở kháng ra, hệ số khuếch đại dòng điện, điện áp,

Các mạch điện tử thường bao gồm nhiều tầng khuếch đại ghép nối tiếp nhau để nâng hệ số khuếch đại của mạch hay để phối hợp trở kháng,…, mỗi một tầng khuếch đại

có thể dùng một hay nhiều transistor để thực hiện nhiệm vụ riêng Để ghép nối tiếp nhiều tầng khuếch đại ta có thể dùng một trong ba cách ghép như sau:

- Ghép bằng tụ liên lạc (ghép RC)

- Ghép biến áp

- Ghép trực tiếp

Sơ đồ khối của mạch khuếch đại bao gồm nhiều tầng khuếch đại như hình 7.1

Hình 7.1 Sơ đồ khối của mạch khuếch đại ghép nhiều tầng Khi ghép các tầng khuếch đại với nhau, phải bảo đảm các yêu cầu sau:

- Thỏa điều kiện phối hợp trở kháng, tức trở kháng ra của tầng trước phải bằng trở kháng vào của tầng sau

- Băng thông của bộ khuếch đại bằng tổng độ rộng băng thông của các tầng khuếch đại

- Các tầng khuếch đại phải ở trạng thái khuếch đại

- Công suất của các tầng phải ổn định

- Phải phối hợp tương đồng các hệ số khuếch đại của các tầng khuếch đại để bảo đảm tín hiệu ngõ ra không bị méo

- Phối hợp các dãi thông của các tầng khuếch đại tương đương nhau

Các thông số của mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch đại:

Hệ số khuếch đại điện áp: A V T  A V A V A V   A V n

3 2 1

Hệ số khuếch đại dòng điện:

L

i V i

i i i i

R

Z A A

A A A A

T n

T     

3 2 1

o

v i

- Trở kháng ra của tầng cuối cùng chính là trở kháng ra của mạch

- Trở kháng vào của tầng sau chính là trở kháng ra của tầng trước

7.2 Mạch khuếch đại ghép tầng trực tiếp

Mạch hình 7.2 là dạng mạch khuếch đại ghép trực tiếp, trong đó các tầng khuếch đại được liên lạc trực tiếp với nhau

* Xét tầng khuếch đại Q2:

Hình 7.3 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của tầng Q 2

- Tổng trở vào của tầng 2:

2 E 2 fe 2

ie 2

2 2 E 2 fe 2

ie 2

2 i 2

i

i ).

R ) h 1 ( h ( i

v

- Tổng trở ra của tầng 2: C2

i o

o

0vi

2 2

2 2 2

2

2 2 2

2 2

)

||

()

1(

)

||

(

fe ie

L C fe i

b

L C c i

o v

R

R R R

h h

R R h Z

i

R R i v

C fe b

L C

C c

b o

i

o i

R R

R h

i

R R

R i i

i i

i A

2 2

2 2

2 2

Hình 7.4 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của tầng Q 1

1 1

2 1 1 1

1 1

1

2 1 1 1

1

)

||

()

1(

)

||

(]

)1([

fe ie

i C fe E

fe ie

b

i C c i

o v

R

Z R R

h h

Z R h R

h h

i

Z R i v

1 1

2 1

1 1

1 1 1

1

2 1

1 1

1 1

)(

.]

[

.]

)1([

E i C

i C

i

E fe b

i C

C c

i

E fe ie

b

i C

C c

i

o i

R Z R

Z R Z

R h i

Z R

R i

Z

R h h

i

Z R

R i i

i A

Vậy các thông số trong mạch là:

- Tổng trở vào của mạch chính là tổng trở vào tầng 1:

1 E 1 12 1

E 1 1 12 1

E 1 1

1 12

1 E 1 fe 1

ie 2 1 i

i 1 i i

R//

R)]

Rr//[

R]R)1(r//[

R

]R)h1(h//[

R//

Ri

vZZ

o

o 2

0vi

vZ







- Hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch: AvT  A 1 A 2

- Hệ số khuếch đại dòng điện toàn mạch: AiT Ai1Ai2

7.3 Mạch khuếch đại ghép tầng bằng tụ liên lạc (ghép RC)

Mạch khuếch đại ghép RC như hình 7.6

Hình 7.6 Các mạch khuếch đại ghép bằng RC

Các tụ liên lạc có trị số phụ thuộc vào tần số của tín hiệu được khuếch đại trong mạch Đối với tín hiệu âm tần thì tụ liên lạc thường có trị số từ 1µF đến 10µF, các tụ phân dòng hay tụ bypass (CE) có trị số phụ thuộc vào RE thường từ 10µF đến 100µF đối với tín hiệu âm tần

Dạng ghép RC có ưu điểm là cách ly dc giữa các tầng khuếch đại và khuyết điểm

là do đặc tuyến tần số là tổng hợp các đặc tuyến tần số của từng tầng, nên làm giảm độ lợi băng thông của toàn mạch so với từng tầng thành viên Ngoài ra còn gây lệch pha giữa tín hiệu vào và ra được đặc trưng bởi độ méo pha

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của mạch ghép RC như hình 7.7:

Hình 7.7 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ của mạch RC

o

v i

2

2 2 2

2 2 2

2

2 2 2

2 2 2

)

||

()

||

()

||

(

)

||

(

e

L C e

L C ie

L C fe ie

b

L C c i

i

L o i

o

v

r

R R r

R R h

R R h h

i

R R i Z

i

R i v

v



+ Tính hệ số khuếch đại áp tầng 1:

1

2 i 1 C 1

1

2 i 1 C 1 1

ie

2 i 4 1 fe

1 ie 1

2 i 1 C 1 1

ie 1 B i

2 i 2 i i

i

2 i 2 i i

1 1

r

)Z

||

R(r

)Z

||

R(.h

)Z

||

R(.h

h.i

)Z

||

R(i)h//

R.(

i

Z.iZ

.i

Z.iv

vA

- Hệ số khuếch đại dòng điện: AiT Ai1Ai2

+ Tính hệ số khuếch đại dòng tầng 2:

L

2 i 2 2 i

o 2 i

R

Z A i

i

+ Tính hệ số khuếch đại dòng tầng 1:

2 i

1 ie 1 B 1 2 i

i 1 i

2 i i

1 1 i

Z

) h //

R ( A Z

Z A i

i i

i v v L

i v i

i v i i iT

R

h R A R

Z A A R

Z A Z

Z A A A

2 1 2 2 2 1 2 1

//

Ví dụ 7.1 Hãy xác định các thông số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ số

khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện của mạch Biết BJT Q1 loại Silic, β1 =

50, hie1 = 1kΩ, BJT Q2 loại Silic, β2 = 40, hie2 = 700kΩ và các thông số mạch như trên hình 7.9

Hình 7.9 Mạch khuếch đại ghép RC

Ví dụ 7.2 Hãy xác định các thông số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ số

khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện của mạch hình 7.10

Hình 7.10 Mạch khuếch đại ghép RC

Biết BJT Q1 loại Silic, β1 = 50, hie1= 1kΩ, BJT Q

2 loại Silic, β2 = 40, hie2 = 700kΩ,

a Tính dòng điện và điện áp phân cực tại mỗi tầng

b Xác định các thông số trở kháng ngõ vào, trở kháng ngõ ra, hệ sô khuếch đại

điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện của mạch

7.4 Mạch khuếch đại ghép tầng bằng biến áp

Mạch khuếch đại ghép biến áp như hình 7.12 Trong đó tầng khuếch đại thứ nhất truyền tín hiệu qua tầng khuếch đại thứ hai bằng máy biến áp a1

Hình 7.12 Mạch khuếch đại ghép biến áp

Ưu điểm: Dạng ghép này là cách ly dc rất tốt và ghép biến áp có hiệu quả hơn ghép

RC do điện trở RC trong mạch ghép biến áp gần như bằng không, do đó hiệu suất của mạch được cải tiến

Khuyết điểm: Kích thước mạch lớn và đáp ứng tần số của mạch bị giảm do cảm

kháng của cuộn dây, giá thành cao

Xét máy biến áp như hình 7.13

Hình 7.13 Biến áp

Ta có: a

i

i N

N v

v

S p s

1 2

Mà

1

p in

v

R 

2 S p 1

2 S p S 2 1 p L

in

a N

N i

i v

v v

i i

v R

Xét mạch khuếch đại ghép biến áp như hình 7.12, mạch điện tương đương với tín hiệc ac như hình 7.14

Hình 7.14 Mạch điện tương đương khi xét với tín hịêu ac

v

Z  

Tổng trở ngõ ra:

2 oe 2 2 2 2

2 2 i

o

o o

h

1.a

1a

rZ0vi

11

2 1

a

A a A

a V

Hệ số khuếch đại dòng điện: AiT  a1Ai1 a2Ai2

- Xét tầng khuếch đại Q2:

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ của tầng Q2 như hình 7.15

Hình 7.15 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của tầng Q 2