Tài liệu Chương 5: Mạch Transistor ghép liên tầng ppt

Chương 5 1Chương 5: MẠCH TRANSISTOR GHÉP LIÊN TẦNG 5.1 Giới thiệu 5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại 5.3 Mạch khuếch đại vi sai difference amplifier 5.4 Cấu hình Darlington 5.5 Mạ

Chương 5 1

Chương 5: MẠCH TRANSISTOR GHÉP LIÊN TẦNG

5.1 Giới thiệu

5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại

5.3 Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier)

5.4 Cấu hình Darlington

5.5 Mạch khuếch đại ghép Cascode

http://www.khvt.com

Chương 5 2

5.1 Giới thiệu

Yêu cầu thiết kế: Độ lợi (gain), công suất ra, đáp ứng tần số, … Ÿ Sử dụng nhiều hơn một TST

x Mạch khuếch đại DC: Ghép trực tiếp (direct coupling)

x Mạch khuếch đại AC: Ghép điện dung (capacitive coupling)

5.2 Ghép Cascade các mạch khuếch đại

Ghép Cascade: x Ngõ ra của tầng 1 là ngõ vào của tầng 2, …

x Mạch có thể gồm nhiều cấu hình ghép cascade (vd: CE-CC, CE-CE, …) Phân tích: x Xác định tĩnh điểm

x Phân tích mạch tương đương tín hiệu nhỏ Xét mạch ghép AC (ac-coupling) sau:

x Phân tích DC, xác định tĩnh điểm: Hai tầng độc lập (do ghép AC): Chương 2, 3

x Phân tích AC (tín hiệu nhỏ): Mạch tương đương: Chương 4

http://www.khvt.com

' 1 2

' 2

' 2 1 2

2 2 1

1

2

b ie

b

b fe L

C

C fe i

b b

b b

L i

L i

h R

R h

R

R h R

R

R h i

i i

i i

i i

i A

Giả sử: hie1 << R’b1; hie2 << R’b2; RL << RC2: Ai | (-hfe1)(-hfe2) Ÿ N tầng ???

Ví dụ 1: Xác định độ lợi áp và biên độ dao động cực đại điện áp ngõ ra Giả sử hfe = 100

x Xác định tĩnh điểm:

h R

R

V

V I

fe b

e

BEQ CC

/ 2

2 2





http://www.khvt.com

Chương 5 4

Tầng 1: Rb1 = R1 // R2 = 9.09K; VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V Ÿ mA

h R R

V

V I

fe b

e

BEQ BB

/ 1

1 1

1

CQ

T fe ie

I

V h

2 2

2

CQ

T fe

ie

I

V h

1 ( 1

1 ) 50 //(

100 //

1 100 50

50

2 2

1 1

2

K v

i i

v v

v v

v

ie i

b b

b b

L i

L

x Biên độ dao động cực đại điện áp ngõ ra:

MaxSwing = min(MaxSwing2 , Av2u MaxSwing1) với Av2 : Độ lợi điện áp tầng 2

http://www.khvt.com

Chương 5 5

9 Tầng 2:

RDC1 = 1K; Rac1 = 1K // 1K = 0.5K Từ DCLL và ACLL của tầng 2 ŸMaxSwing2 = 5V

9 Tầng 1:

Tầng 2 mắc CC: Zin2 = Rb2 // [hie2 + (hfe2 + 1)(Re2//RL) | 33K

Ÿ RDC1 = 1K + 1K = 2K; Rac1 = 1K // 33K | 0.97K

Từ DCLL và ACLL của tầng 1 ŸMaxSwing1 = 2.6V

Tầng 2 mắc CC: Av2 =

2 2

2

2 2

1 2

2

) //

)(

1 (

) //

)(

1 (

ie L

e fe

L e

fe out

in

in

h R

R h

R R

h Z

http://www.khvt.com

Chương 5 7

x Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: K

I

V h

h

CQ

T fe

1 1

I

V h

h

CQ

T fe

2 2



1 ) 8 0 //

6 0 (

) 8 0 //

6 0 ( )

//

8 1 //

6 0 ( 2

0

1 2

2

2 2 100 3

1 100

1 2

1 1

2

i i

i i

v v

v A

ie ie

i

b b

b b

L i

L v

Av = 4000 (| 72dB)

Oån định phân cực: Mạch khuếch đại AC: Các tầng độc lập DC: Chương 3

Mạch khuếch đại DC: Big problem !!!

Ví dụ 3: Xác định thay đổi của dòng tĩnh gây ra do ảnh hưởng của nhiệt độ lên VBE trong ví dụ 2

x Hồi tiếp:

x Xác định độ ổn định: 'IC1 /'T và 'IC2 /'T:

VB2 = 9V – 2.2K(IC1 + IB2) = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2)

Ÿ VE2 = VB2 – VBE2 = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2) – VBE2

Mặt khác: VE2 = 1.8KuIE2 + VBE1 | 1.8KuIC2 + VBE1

Ÿ IC2(1.8K + 2.2K / hfe2) = 9 – 2.2KuIC1 – VBE1 – VBE2

Tại B1: IC2 | IE2 = IB1 + VBE1 / 0.6K | IC1 / hfe1 + VBE1 / 0.6K

http://www.khvt.com

2 2

/ 5 2

T

V K T

I h

/ 5 2 6

0

' '

h R R

V

/ 2

7 0

http://www.khvt.com

Chương 5 10

Phân tích tín hiệu nhỏ:

Phản ánh mạch cực B (nguồn i1 và i2) về cực E:

Đặt i0 = (i1 + i2)/2 và 'i = i2 – i1 Ÿ i1 = i0 – ('i/2) và i2 = i0 + ('i/2)

Dùng phương pháp chồng trập cho mạch tương đương tín hiệu nhỏ, tách thành 2 mode:

x Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0

Do đối xứng: ie1c = ie2c Ÿ iRe = 2ie1c = 2ie2c

Ÿ ve = (2Re)ie2cTách đôi: Re o 2Re

Ÿ ie2c =

fe b ib

e

b

h R h

R

i R

/ 2

0





http://www.khvt.com

2 ib b fe

b

h R h

i R

 '

x Chồng trập (superposition):

h R h

R i

h R h

R

R

fe b ib

b fe

b ib

c i R R

e

b L

c

c

h R h

R

R R

2 ib b fe

b L

c

c

h R h

R R

: Độ lợi dòng mode vi sai

5.3.1 Tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMRR (Common Mode Rejection Ratio):

Mạch khuếch đại vi sai lý tưởng: Ac = 0: iL = Ad'i

Mạch thực tế: Định nghĩa: CMRR =

c

d

A A

CMRR =

fe b ib

e fe

b ib

fe b ib

e

h R h

R h

R h

h R h

R

/ )

/ (

2

/ 2

5.3.2 Nguồn dòng cực phát (Emitter)

Để tăng CMRR: Tăng Re : Sử dụng nguồn dòng tại cực E

Dùng TST T3 tại cực E:

iC3 =

e

BB EE

R

V

V   0 7

http://www.khvt.com

Chương 5 13

Do tính đối xứng: ICQ1 = ICQ2 =

e

BB EE

CQ

R

V V

I

2

7 0 2

VC3 = VE1 = VE2 = - RbIb – VBE =

fe

CQ b

h

I

7

h

I

7

h

I

7

0 

 ) - (-VEE + ReICQ3)

x Phân tích tín hiệu nhỏ:

Tương tự phần trên, thay Re bằng 1/hoe

Nhận xét: 1/hoe rất lớn: CMRR được tăng đáng kể

Chỉnh cân bằng: (Balance control)

Thực tế: T1 và T2 khác nhau Ÿ

Dùng biến trở Rv giữa E1 và E2 để

chỉnh cân bằng

http://www.khvt.com

Chương 5 14

Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2

KVL: RbIB1 + VBE1 + R1IEQ1 = RbIB2 + VBE2 + R2IEQ2

Ÿ (Rb / hfe1 + R1)IEQ1 + VBE1 = (Rb / hfe2 + R2)IEQ2 + VBE2

Giả sử VBE1 = VBE2, cân bằng Ÿ Rb / hfe1 + R1 = Rb / hfe2 + R2

1 1

2

b v

h h

R R

1 1

2

b v

h h

R R

Phân tích tín hiệu nhỏ:

Khi cân bằng: ICQ1 = ICQ2 Ÿ hib1 = hib2 = hib

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: Giống trường hợp đối xứng, trong đó

hib1 + Rb1 / hfe1 m hib1 + Rb1 / hfe1 + R1 = ¸ ¸ ¹

1 1

2

b v

ib

h h

R R

1 1

2

b v

ib

h h

R R

h

Ÿ Ad =

)]

/ 1 /

1 )(

2 / ( 2 / [

b L

c

c

h h

R R

h

R R

1 )(

2 / ( 2 / [

) /

1 (

b L

c

c

h h

R R

h h

R R

Chương 5 15

Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40dB) Tải 1K ghép AC TST có hfe = 100

Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 :; hfe1 = hfe2 = 100

Sử dụng công thức tính Ad và Ac ở phần chỉnh cân bằng, thay 1/hoe bằng Re, suy ra:

CMRR =

ib

e ib

ib e

c

d

h

R h

h R A

/ 2000 100

2

100 / 1000 50

http://www.khvt.com

CC CE

c

V V

4 1

2 1

2

fe fe b

e

BB CQ

h h R R

V I





Ÿ VCEQ2 tính từ DCLL TST T1: VCEQ1 = VCEQ2 – 0.7; ICQ1 = ICQ2 / hfe2

http://www.khvt.com

Chương 5 17

Phân tích tín hiệu nhỏ:

Phản ánh mạch cực B1 của T1 o Cực E1 và mạch cực E2 của T2 o Cực B2

Tĩnh điểm: ICQ2 = hfe2ICQ1 Ÿ hie2 =

1 1

2

2 2

2

CQ

T CQ

fe

T fe

CQ

T fe

I

V I

h

V h

1

1 1

2

) /

(

) /

(

ie ib

fe b

fe b fe L

c

c fe i

L

h h

h R

h R h

R R

R h i

1 2

2 fe ib

b

b fe L

c

C fe

h h R

R h R

R

R h

1

2 )

(

ie b

b L

c

c fe

fe

h R

R R

R

R h

Chương 5 18

Ví dụ 7: Xác định tĩnh điểm của mạch sau Giả sử hfe = 100

Nguồn dòng T5: VB5 =

3 1 9 2

9 2 6



 = -4.14V Giả sử IB5 << IC5

Ÿ IC5 =

K

3 1

) 6 ( ) 7 0 14 4

-http://www.khvt.com

Chương 5 19

5.5 Mạch khuếch đại ghép Cascode

MẠCH 1:

Cấu hình: CE – CB: Thường dùng trong các mạch tần số cao

Phân tích tín hiệu nhỏ:

Độ lợi truyền đạt (Transfer gain):

1 2

1

2 1

1 2

1 1

2

//

) (

ie fe

L fb i

b b

e e

L i

L T

h R

R

R R h

R h i

i i

i i

v i

v A





http://www.khvt.com

T2 và T3: Mạch Cascode, dùng để chuyển mức

DC của (vL) đến 0 (level shifting) dùng trong các mạch KĐ ghép trực tiếp (direct – coupled

amplifiers)

http://www.khvt.com

Xác định vL / vc1 : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của T2: Phản ánh trở kháng E2 o B2 , trong đó

R03 = 1/hob3 là tổng trở nhìn vào cực C của T3 (CB)

) /

1 ( 3

3

) /

1 (

3 2

2 2

3 2

ob fe

C

L

h h

K h

h

h h

v

v

 u

Ÿ Mạch Cascode (T2, T3) chỉ làm thay đổi mức DC ngõ ra mà không thay đổi độ lợi áp của mạch

KĐ T1 (CE)

http://www.khvt.com