mach-dien-tu_nguyen-phuoc-bao-duy_chuong5-dap-ung-tan-so-cua-mach-khuech-dai - [cuuduongthancong.com]

- Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên có thể chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát.• Tần số dãy giữa: ngắn mạch các tụ coupling và bypa

Trang 1

Chương 5 - Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại

 1 Giới thiệu

2 Đáp ứng tần số thấp của mạch KĐ

3 Đáp ứng tần số cao của BJT và MOSFET

4 Hiệu ứng Miller trong mạch CE, CS

5 Đáp ứng tần số cao của một số mạch khác

Trang 2

- Trong các mạch khuếch đại, hệ số khuếch đại sẽ giảm khi ở vùng tần số thấp hoặc tần số cao, do ảnh hưởng của các tụ coupling, bypass và các

tụ ký sinh bên trong linh kiện

1 Giới thiệu

Nguyễn Phước Bảo Duy - HCMUT

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Trang 3

- Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên có thể chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát.

• Tần số dãy giữa: ngắn mạch các tụ coupling và bypass, các tụ ký sinh xem như hở mạch (là phương pháp sử dụng ở các chương trước)

• Tần số thấp: mạch tương đương AC cần xét tới các tụ coupling và bypass, các tụ ký sinh vẫn xem như hở mạch

• Tần số cao: các tụ coupling và bypass xem như ngắn mạch, mạch tương đương AC cần xét tới các tụ ký sinh bên trong linh kiện

Lưu ý: Các tụ luôn tồn tại ở mọi tần số, vấn đề là ảnh hưởng nhiều hay ít?

Trang 4

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

• Vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ (trường hợp tần số cao cần có thêm các tụ ký sinh)

• Chuyển mạch sang miền -s (dùng biến đổi Laplace: R  R, C  1/(sC))

tìm hàm truyền H(s) = Vo(s)/Vi(s)

• Sử dụng đồ thị Bode

• Yêu cầu xem lại:

ü Toán kỹ thuật: phép biến đổi Laplace và ứng dụng vào mạch điện

ü Giải tích mạch: phân tích mạch quá độ dùng biến đổi Laplace và các kỹ thuật giải mạch.

ü Tín hiệu & hệ thống: hàm truyền, đáp ứng tần số, đồ thị Bode, mạch lọc.

Trang 5

1 Giới thiệu

 2 Đáp ứng tần số thấp của mạch KĐ

Trang 6

• Xét mạch CS như hình

- Phân tích DC tương tự các chương

trước

- Phân tích AC: chuyển mạch sang

miền -s dùng biến đổi Laplace và tìm

hàm truyền:

2 Đáp ứng tần số thấp của mạch KĐ

) (

)

(

) (

)

( ) (

)

( )

(

)

( )

(

s I

s

V s

V

s

I s V

s

V s

V

s

V s

H

d

o g

d sig

g sig

o 



Trang 7

Đây là hàm truyền của mạch lọc thông

cao với tần số cắt

) (

1

)

(

) (

1 G sig C

sig G

G sig

g

R R

C s

s R

R

R s

V

s V

1

sig G

C

P

R R

C 





Trang 8

d

C

g s

s g

s V

) (

S

m P

Trang 9

cao với tần số cắt

) (

1

)

(

) (

2 D L C

L D

L D d

o

R R

C s

s R

R

R s

I

s V

1

2

3

L D

C

P

R R

C 





Trang 10

• Với

là độ lợi áp dãy giữa như đã phân tích ở các chương trước

• Không mất tính tổng quát, giả sử fP1 < fP3 < fP2, có đồ thị Bode như slide sau

1

2 2

1

.

)

(

P P

P M

P P

P L

D

L

D m

sig G

G

s

s s

s A

s

s s

s R

R

R g

R R

R s

L

D m

sig G

G M

R R

R

R g

R R

R A

Trang 11

cách khá xa các tần số còn

lại

Trang 12

• Xét mạch CE như hình

- Tương tự ví dụ trước, khi xét chế độ

AC: chuyển mạch sang miền -s dùng

biến đổi Laplace và tìm hàm truyền:

- Chỉ cần vài bước tính toán đơn giản,

có thể rút ra một kết luận quan trọng

) (

)

(

) (

)

( ) (

)

( )

(

)

( )

(

s I

s

V s

V

s

I s

V

s

V s

V

s

V s

H

c

o c

sig sig

Trang 13

• Một phương pháp khác: xét riêng tác động của từng tụ.

- Xét riêng tác động của tụ CC1; hai tụ CE và CC2 xem như ngắn mạch

) (

P M

sig B

C

L C

m sig

B

B sig

o

s

s A

R r

R C

s

s R

R

g R

r R

r

R s

C

P

R r

Trang 14

- Xét riêng tác động của tụ CE; hai tụ CC1 và CC2 xem như ngắn mạch.

1

//

) 1

( //

) (

sig

B e

E

L

C e

sig B

B sig

o

R

R r

C s

s R

R r

R R

R s

1

2

sig

B e

E

r C

2

) (

P

M sig

o

s

s A

Trang 15

- Xét riêng tác động của tụ CC2; hai tụ CC1 và CE xem như ngắn mạch.

C 



2 3

) (

P M

L C

C

L C

m sig

B

B sig

o

s

s A

R R

C s

s R

R

g R

r R

r

R s

Trang 16

• Quan sát các kết quả đạt được, kết

hợp với các kiến thức về đáp ứng

tần số, hàm truyền ta thấy khi xét

đồng thời ảnh hưởng của cả ba tụ

thì:

3 2

1

.

)

(

)

( )

(

P P

P

M sig

o

s

s s

s A

s V

s

V s

Trang 17

• Đồ thị Bode của hàm truyền:

• Giả sử fP2 > fP1 > fP3 và fP2 cách khá xa hai tần số còn lại: fL  fP2 (fL: tần

số cắt của mạch)

Trang 18

• Lưu ý: Trường hợp các tần số cắt nằm gần nhau (không có tần số nào

lớn hơn nhiều so với các tần số còn lại) thì việc xác định tần số cắt thấp sẽ khó khăn hơn

• Nguyên tắc chung là giải phương trình:

để tìm tần số cắt thấp trong trường hợp này

2

.

3 2

1

M j

s P P

P M

A s

s s

Trang 19

Bài tập 1: Cho mạch NMOS, với gm = 5mA/V Xác định AM, fP1, fP2, fP3 và fL.

Trang 20

Bài tập 2: Cho mạch BJT, với Rsig

Trang 21

1 Giới thiệu

 3 Đáp ứng tần số cao của BJT và MOSFET

Trang 22

Sơ đồ tương đương tần số cao của MOSFET

- Cgs, và đặc biệt là Cgd đóng vai trò quan trọng trong đáp ứng tần số cao Ngược lại, Cdb ít quan trọng và thường được bỏ qua

3 Đáp ứng tần số cao của BJT và MOSFET

Trang 23

Khảo sát mạch CS ở tần số cao:

Trang 24

gs m

gd g v

i 

Trang 25

m gd

gs L

m gs

gd

o gs

gd gd

v R

g sC

v R g v

sC

v v

sC i

) ' 1

(

) '.

(

) (

Trang 26

Nhắc lại:

i gd << g m v gs

Trang 27

( )

R

R s

sig G

G gs

G

G sig

s A

s

R

g R

R

R s

'

( )

(

)

(

0 0

Trang 28

với A M là độ lợi dãy giữa, H là tần

số cắt cao

H

M sig s A s V

s V





 1 )

sig in H

R C f

R C

Trang 29

Ví dụ: Tìm AM và tần số cắt cao của mạch CS với Rsig = 100k, RG = 4.7M,

Trang 30

Sơ đồ tương đương tần số cao của BJT

- C có giá trị từ vài pF đến vài chục pF, C có giá trị khoảng 0.x - vài pF.

- rx có giá trị khoảng vài chục Ohm, thường bỏ qua ở tần số dãy giữa và tần số thấp do rx << r

Trang 31

Khảo sát mạch CE ở tần số cao

Trang 32

Trang 33

Lưu ý:

i << g m v

Trang 34

' 2

1

) //

( //

'

) ' 1

(

sig in H

sig B

x sig

L m in

R C f

R R

r r

R

R g C

Trang 36

1 Giới thiệu

 4 Hiệu ứng Miller trong mạch CE, CS

Trang 38

Phân tích mạch CS ở tần số cao dùng định lý Miller:

Định lý Miller giúp thay thế Cgd bằng hai tụ C1 và C2, lưu ý rằng các phân tích ở phần trước bỏ qua tụ CL (bao gồm cả tụ Cdb) và xấp xĩ vo = -

gmvgsRL' Ở phần này sẽ phân tích kỹ hơn

4 Hiệu ứng Miller trong mạch CE, CS

gs

gd gd

K C

C

0 2

1

1 1

) 1

Trang 39

Do hệ số K phụ thuộc vào vo, vo phụ thuộc C2 và C2 phụ thuộc K, nên

để đơn giản, khi xác định K cũng dùng xấp xĩ: vo = -gmvgsRL', khi đó

Sự xuất hiện của tụ C1 gọi là hiệu ứng Miller, tức là mặc dù giá trị Cgdrất nhỏ, nhưng tác động của nó lên mạch lại rất lớn

) ' 1

( '

2

1

L m gd

L m

R g

C

R g C

C

R g K

Trang 40

Chứng minh được

Trong đó

L m sig

o

s s

R

g s

V

s

V s

( '

)

( )

(

L sig L

L Po

in sig gs

sig Pi

C R

C C

R

C R

C C

R

' '

1 )

( '

1

'

1 )

( '

Trang 41

Tần số cắt cao:

- Nếu Pi << Po: H  Pi

(thực tế nếu Pi < Po/4 thì có thể xem Pi << Po)

- Tính chính xác tần số cắt cao: giải phương trình

2

1 1

Pi

s s

Trang 42

Ví dụ: Mạch CS với gm = 1.25mA/V2, Cgs = 20fF, Cgd = 5fF, CL = 25fF, R'sig = R'L = 10k Xác định fH?

Giải:

- Tính được fPi = 181.9MHz, fPo = 523,5MHz

- Trường hợp này nếu cho fH  fPi thì có sai số

- Tính chính xác:

MHz f

s Mrad H

H Po

H Pi

Trang 43

Phân tích mạch CE ở tần số cao dùng định lý Miller:

Có thể áp dụng phương pháp tương tự như mạch CS đối với mạch

CE ở tần số cao

Trang 44

Trang 46

1 Giới thiệu

 5 Đáp ứng tần số cao của một số mạch khác

Trang 48

R C

C g



Trang 49

Ví dụ: Mạch CG với gm = 1.25mA/V2, Cgs = 20fF, Cgd = 5fF, CL = 25fF, R'sig = R'L = 10k Xác định fH?

Giải:

- Tính được Pi = 67.67Grad/s, Po = 3.33Grad/s

- Trường hợp này có thể cho fH  fPi = 530MHz

- Nhận xét: rõ ràng mạch CG có đáp ứng tần số tốt hơn mạch CS.

5 Đáp ứng tần số cao của một số mạch khác

Trang 50

Phân tích mạch CB ở tần số cao:

Xét mạch CB như hình, tương tự mạch

CG, mạch CB không chịu ảnh hưởng của

hiệu ứng Miller -> đáp ứng tần số cao tốt

hơn

Trang 51

Phân tích mạch CB ở tần số cao:

Do V = -Ve:

0 /

V V

Z V

I

m i

e

e  1  1  

Trang 52

r

S E

Trang 56

Phân tích mạch Cascode ở tần số cao:

Xét mạch Cascode như hình:

- Đối với mạch CB, thì rõ ràng có đáp

ứng tần số cao tốt

- Riêng mạch CE, hiệu ứng Miller bị giảm

do trở kháng vào của mạch CB (đóng vai

trò như tải của mạch CE) nhỏ

Trang 57

Trang 58

Xét phần mạch CE:

Trang 59

Áp dụng định lý Miller:

Từ đó xác định được fH1 của mạch CE

(Thường thì fH1  fPi - chỉ phụ thuộc vào C1 và CM1)

Trang 60

Xét phần mạch CB:

Từ đó xác định được tần số cắt cao fH của toàn mạch

(Thường thì fH  fPo - chỉ phụ thuộc vào C1 và CL)

Tiêu đề	Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại
Tác giả	Nguyễn Phước Bảo Duy
Trường học	HCMUT
Thể loại	bài giảng

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	2,2 MB