Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 5: Các mạch khuếch đại BJI tín hiệu nhỏ - Võ Kỳ Châu

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 5: Các mạch khuếch đại BJI tín hiệu nhỏ - Võ Kỳ Châu

1. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử o lại. Vì vậy, áp vce hình sin ngược pha 180 với dòng ib và ic hình sin. Vì ib cùng pha o với vbe nên suy ra vce cũng ngược pha 180 với vbe. Hay nói cách khác, áp ngõ ra ac từ bộ khuếch đại mắc CE sẽ ngược pha 180o với pha của áp ngõ vào AC. Điều này được biểu diễn bằng phương trình đường tải như sau: −1 VCC I C = VCE + (5-15) RC RC Từ phương trình trên, ta thấy nếu IC thì VCE sẽ giảm. Vì vậy, khi áp ngõ vào tăng, IB tăng, IC tăng, và VCE giảm. Người ta nói rằng bộ khuếch đại áp CE gây ngược pha, hay là đảo ngược điện áp. Ta có thể sử dụng các giá trị đã vẽ trên đồ thị để tính các đặc tính quan trọng của bộ khuếch đại. Độ lợi dòng là: −3 io ∆I C (4mA) − (2mA) 2×10 Ai = = = = −6 = 100 iin ∆I B (40µA) − (20µA) 20×10 (việc tính toán trên bỏ qua dòng điện rất nhỏ sinh ra do vS trong hình 5-11, được đổ qua điện trở cực nền 576 k Ω và vì vậy không chảy vào cực nền transitor). Độ lợi áp Av là: vo ∆VCE (6 −12)V − 6V Av = = = = = −100 vin ∆VBE (0.68 − 0.62)V 0.06V Trong phép tính Av, chú ý rằng sự biến thiên VCE là ∆ VCE = (6-12)V = -6V, không phải ∆ VCE=(12-6)V = +6V. VCE = 6V khi VBE = 0.68V và VCE = 12V khi VBE = 0.62V. Trong biểu thức này AV có giá trị âm. Dấu âm chỉ rằng đặc tính bộ khuếch đại này là đảo pha. Độ lớn AV là 100, nghĩa là áp ac ngõ ra gấp 100 lần áp ngõ vào. Đừng nhầm lẫn độ lợi AV âm với giá trị AV bé hơn 1. Chú ý cả độ lợi dòng và độ lợi áp luôn lớn hơn 1 trong mạch khuếch đại mắc CE, nghĩa là nó khuếch đại cả dòng và áp. Độ lợi công suất bộ khuếch đại trong thí dụ này là Ap = (100)(100) = 10,000. Để ý rằng độ lớn của AV được sử dụng trong phép tính trên, vì độ lợi công suất luôn dương. Điện trở ngõ vào của bộ khuếch đại: vin ∆VBE 0.06V rin = = = = 3000Ω iin ∆I B 20µA Điện trở ngõ ra: vo ∆VCE 6V ro = = = = 3000Ω io ∆I C 2mA Trang 5.12
2. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử a)Điểm Q nằm quá gần vùng bão b) Tín hiệu vào quá lớn gây ra hòa và áp ngõ ra bị xén âm xén âm và xén dương Hình 5-15 Như đã chỉ trên hình, dòng ngõ ra sớm bằng 0, tức bị xén. Cùng lúc đó, VCE đặt giới hạn 18V và dạng sóng ngõ ra bị xén dương. Với vị trí điểm Q mới, sự thay đổi áp ngõ ra không vượt quá 18-16.5 = 1.5V mà không có xén dương xảy ra. Vì vậy, áp ngõ ra đỉnh - đỉnh là 2x1.5 = 3V, và chúng ta nói rằng bộ khuếch đại đạt được dao động ngõ ra lớn nhất là 3V. Điều này cho thấy sự quan trọng của việc định điểm Q phải gần giữa đường tải. Nếu điểm Q được chọn ở trên quá xa đường tải, dao động ngõ ra sẽ bị giới hạn bởi điểm bắt đầu bão hòa. Điều này được minh họa trên hình 5-15(a). Ở đây, sự gia tăng quá lớn của dòng nền làm cho transitor bị bão hòa. Dòng cực thu không thể vượt quá giá trị bão hòa và VCE lại luôn lớn hơn 0. Chính vì vậy, áp ngõ ra có dạng sóng bị xén âm, như trên hình. Ngay cả khi điểm Q nằm giữa đường tải, xén âm và xén dương vẫn có thể có nếu tín hiệu vào quá lớn. Hình 5 – 15 (b) minh họa trường hợp dòng cực nền quá lớn làm cho transitor vào trạng thái bão hòa và bị xén. Ta thấy rằng cả xén âm và dương xuất hiện khi bộ khuếch đại bị lái qua mức (overdriven). Tuyến tính và méo dạng Một bộ khuếch đại tốt phải có dạng sóng ngõ ra là một bản sao “thật giống” với dạng sóng ngõ vào (hoặc là bản sao nhưng ngược pha với ngõ vào). Dĩ nhiên điều này không cho phép xén xảy ra. Nếu không xét đến xén, việc sóng ngõ ra có giống sóng ngõ vào hay không còn phụ thuộc vào độ tuyến tính mạch khuếch đại. Tuyến tính nghĩa là bất kỳ sự biến thiên nào của ngõ ra đều phải tỉ lệ trực tiếp với sự biến thiên ngõ vào. Thí dụ, ∆=VVo 1 khi ∆Vin =0.01V, ∆Vo bằng 2V khi ∆Vin =0.02V, và ∆Vo =0.5V khi ∆Vin =0.005V. Độ tuyến tính của transitor được quyết định bằng cách tính phạm vi mà tương đương với việc tăng dòng cực nền áp ứng với các đường cong Trang 5.14
3. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Ảnh hưởng điện trở tải trong hoạt động AC Chúng ra sẽ xét xem ảnh hưởng của điện trở tải RL được nối vào ngõ ra mạch khuếch đại CE. Hình 5 – 17 cho thấy 1 tụ điện được ghép với 1 điện trở tải 6kΩ . Chú ý rằng khi xét AC, thì điện trở RL sẽ song song với RC. Nguồn áp DC bị ngắn mạch khi phân tích tín hiệu AC, cho nên điện trở 3kΩ trên hình 5 – 17 bị nối đất qua nguồn 18V, và áp AC tại cực thu “nhìn” 3k Ω song song với 6kΩ . Nói tóm lại, cần để ý rằng khi phân tích AC, như nguồn vs, chúng ta ngắn mạch tất cả nguồn áp DC. Hình 5 – 17: Bộ khuếch đại CE của hình 5 – 11, được bổ sung thêm tụ ghép vào điện trở tải Điện trở tải ac, kí hiệu là rL, chính là RC song song với RL: RC RL rL = RC || RL = (5 – 16) RC + RL Trong thí dụ này, rL = (3k Ω )//(6kΩ ) = 2k Ω . Dĩ nhiên là điện trở tải DC vẫn là 3k Ω , bởi vì tụ điện đã ngăn không cho dòng DC qua điện trở 6kΩ . Sự khác nhau giữa điện trở tải ac và DC có nghĩa là chúng ta không tính áp ngõ ra bằng đường tải với RC = 3kΩ . Thay vào đó, chúng ta sẽ dùng đường tải ac, với rL=2k Ω . Đường tải dựa trên RC được gọi là đường tải DC. Bởi vì đường tải ac là tập hợp tất cả các điểm kết hợp giữa dòng và áp cực thu, nên nó phải gồm cả điểm mà ngõ vào ac = 0. Điểm này chính là điểm Q của đường tải DC, suy ra là đường tải ac và DC giao nhau tại điểm Q. Hình 5 – 18 cho thấy đường tải DC và ac cùng được vẽ trên 1 đặc tính ngõ ra. Chú ý là đường tải ac dốc hơn đường tải DC. Nhớ rằng độ dốc đường DC là - 1/RL, trong khi của đường ac là -1/rL, mà rL<RL. Phương trình đường tải ac: VQ I o = + I Q (5 – 17) rL Vo = VQ + I Q rL (5 – 18 ) Trang 5.16
4. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 5 – 19: áp ngõ ra được quyết định Hình 5 – 20: Nếu điểm Q dịch trên bởi đường tải ac sẽ nhỏ hơn nếu như đường tải dc, thì đường tải ac sẽ dịch Hìnhđượ c5 quy – 19ết định b ởi đường tải dc song song Nếu điện trở nền RB thay đổi, điểm Q sẽ dịch đến 1 vị trí mới trên đường tải DC. Do đường tải ac cũng đi qua điểm Q nên nó cũng sẽ bị dịch theo. Như trên hình 5 – 20, các đường tải ac song song ứng với các điểm Q khác nhau, vì chúng có cùng độ dốc là -1/rL. 5.3 Phân tích mạch khuếch đại sử dụng các mô hình tín hiệu nhỏ Các thông số tín hiệu nhỏ Các mạch transitor thường được phân tích bằng đại số hơn là bằng phương pháp đồ thị, cho nên rất thuận tiện nếu transitor được thay thế bằng một mạch tương đương nào đó. Có nhiều loại mạch tương đương đã được dùng cho transitor, mỗi loại có những điểm riêng mà nó sẽ tốt hơn hoặc chính xác hơn cho mỗi kiểu phân tích. Dạng mạch tương đương sẽ dựa trên các thông số transitor được chọn làm cơ sở cho mạch. Một thông số transitor là một đặc tính hoặc đặc trưng nào đó mà có thể được biểu diễn bằng giá trị số. Ví dụ, α và β là các thông số transitor. Chúng được tính từ mối quan hệ số giữa 2 lượng (trong trường hợp này là tỉ số của 2 dòng). Các thông số transitor cũng là các đặc tính vật lý cố hữu đặc biệt, chẳng hạn như điện trở vùng nền, hoặc độ rộng của vùng nghèo CB. Các giá trị của thông số tín hiệu nhỏ được xác định dưới điều kiện hoạt động tín hiệu nhỏ (AC). Thí dụ, giá trị tín hiệu nhỏ β là: i β = c (5 - 19) VCE =cons tan t ib Phương trình trên chỉ rằng β là tỉ số dòng AC cực thu và dòng nền AC với VCE cố định. β tín hiệu nhỏ được xác định từ tập hợp các đặc tính cực thu bằng cách xây dựng đường thẳng đứng ( một đường với VCE là hằng số) và tìm ∆ IC / ∆ IB. (như một Trang 5.18
5. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Trong mô hình 5 – 23 bao gồm nguồn điều khiển dòng AC cho 1 dòng điện α ie. Vì vậy, dòng cực thu ic bằng α ie, cho nên mô hình tương đối bị ảnh hưởng bởi mối quan hệ giữa ie và ic. Mô hình không trình bày ảnh hưởng hồi tiếp như đã đề cập ở chương 4; đó là, không thể hiện sự phụ thuộc ie vào VCB. Trong chương sau, chúng ta sẽ đề cập mô hình hybrid phức tạp và chính xác hơn và cũng bao gồm cả ảnh hưởng hồi tiếp. Đối với hầu hết các bài tập phân tích và thiết kế thực tế, hồi tiếp được bỏ qua. Rõ ràng là điện trở ngõ vào transitor bằng re trong mô hình xấp xỉ CB. Giá trị này tương đối nhỏ, thường nhỏ hơn 100 Ω . rin = re (5 – 24) Mặt khác, điện trở ngõ ra transitor có thể được xem là bằng rc: ro = rc ( 5 – 25) Để minh họa làm cách nào có thể sử dụng mô hình tín hiệu nhỏ để phân tích mạch khuếch đại thực tế, chúng ta sẽ kết hợp nó trong mô hình mạch khuếch đại CB như trong hình 5-24(a). Hình 5-24(b) trình bày mạch tương đương hình (a) bên ngoài transitor. Để ý rằng tất cả các nguồn DC đều bị ngắn mạch khi xét mạch tương đương AC. Cuối cùng, hình 5-24(c) cho thấy toàn bộ tương đương AC khi transitor được thay thế bởi mô hình tín hiệu nhỏ của nó vS = vin = ie re và vo = ic RC = αie RC (5 – 26) vì α ≈≈1,viroee nên độ lợi áp là: vo ie RC RC Av = ≈ = (5 – 27) vin ie re re a) Bộ khuếch đại CB được lái bởi nguồn tín hiệu nhỏ, vS Trang 5.20
6. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Độ lợi áp và độ lợi dòng tổng quát từ nguồn đến tải của bộ khuếch đại AC được cho trong phương trình 5 – 12 và 5 – 13, phần 5-1. Áp dụng các phương trình này cho hình 5 – 26(c), ta có: vL RC  re  RL  =    (5 – 29) vS re  rS + re  RC + RL  a) Bộ khuếch đại CB với tải RL và được lái bởi nguồn có nội trở rS b) Mạch tương đương ac của hình a) c) Mạch như hình b) với transitor được thay thế bằng 1 khối khuếch đại đơn giản Hình 5 – 26: Bộ khuếch đại CB có điện trở nguồn và điện trở tải Trang 5.22
7. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Một mạch khuếch đại CB như hình 5 – 27 với các ký hiệu quy ước như trên, chú ý: rin = re rin (stage) = re || RE ≈ re (5 – 32) ro = rc ro (stage) = rc || RC ≈ RC (5 – 33) Các phương trình 5 – 34 tổng kết tất cả phương trình trong phân tích tín hiệu nhỏ tầng khuếch đại mắc B chung (CB) Các phương trình tín hiệu nhỏ mắc B chung 0.026 re = Ω (tại nhiệt độ phòng) I E rin = re rin (stage) = re || RE ≈ re ro = rc ro (stage) = rc || RC ≈ RC (5 – 34) ro (stage) rc || RC RC Av ≈ = ≈ (output open) rin (stage) re || RE re v  r (stage)  R  L  in  L  = Av    vS  rS + rin (stage)  RL + RC   r  R   e  C  ≈ Av     rS + re  RL + RC  Ai = α ≈ 1 (output shorted) i  r  R  v L  S  C  S ≈ Ai    ,iS = iS  rS + re  RC + RL  rS Thí dụ 5 – 4 Cho một mạch như hình 5 – 28, tìm: (1) rin (2) rin(stage) (3) Av (4) vL (5) iL (6) iL/iS (giả sử α =1) (7) iL, sử dụng kết quả câu (6) Trang 5.24
8. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 5 – 30 Hình 5 – 31 Mạch ngõ vào transitor Mô hình xấp xỉ tín hiệu nhỏ của transitor trong trong cấu hình CE cấu hình E chung (CE) Một mô hình transitor mắc E chung được cho trên hình 5 – 31. Nguồn dòng phụ thuộc có giá trị βib , với ic = βib . Một lần nữa, chúng ta bỏ qua ảnh hưởng hồi tiếp, bởi đó ib phụ thuộc 1 cách nào đó vào VCE. Hình 5 – 32 trình bày một tầng khuếch đại mắc E chung và mạch tương đương AC của nó. Để ý là nguồn áp DC bị ngắn mạch khi phân tích AC, như trước đây. Trong hình 5 – 32(b), có thể thấy rc/ β song song với RC. Trong hầu hết các trường hợp, rc/ β >> RC, vì vậy rc/ β || RC ≈ RC. Thí dụ, tiêu biểu như rc = 10M Ω , β = 100, và RC = 1k Ω , nên (rc/ β ) || RC = (100k Ω ) || (1k Ω ) = 990 Ω . Như vậy, điện trở ngõ ra của tầng khuếch đại là ro(stage) = RC ( 5 – 36) và áp ngõ ra là: vo = ic ro(stage) = β ib RC (5 – 37) Dễ thấy từ hình 5 – 32(b) là: vin = (β re )ib ( 5 – 38) Vì vậy, vo − βib RC − RC Av = = = (5 – 39) vin βreib re Trang 5.26
9. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử   vL rin(stage)  RL  RC  RB || (βre )  RL  = Av    =    ( 5 – 42) vS rs + rin(stage)  RL + RC  re rs + RB || (βre ) RL + RC  iL  rS || RB  RC   rS || RB  RC  = Ai    = Ai    ( 5 – 43) iS rs || RB + rin  RL + RC  rs || RB + βre  RL + RC  với iS = vS/rS. Các phương trình 5 – 44 tổng kết lại tất cả phương trình phân tích tín hiệu nhỏ cho tầng khuếch đại mắc CE: Hình 5 – 33 Tầng khuếch đại E chung có điện trở nguồn và điện trở tải Các phương trình tín hiệu nhỏ mắc E chung 0.026 re = Ω (tại nhiệt độ phòng) I E rin = (β +1)re = rπ ≈ βre rin (stage) = RE || rin ≈ RB || (βre ) ro = rc / β ro (stage) = Rc || (rc / β ) ≈ RC (5 – 44) − ro (stage) − RC Av ≈ ≈ (output open) re re v  R || (βr )  R  L B e  L  = Av    vS rS + RB || (βre ) RL + RC   r  R   e  C  ≈ Av     rS + re  RL + RC  Ai = α ≈ 1 (output shorted) i  r  R  v L  S  C  S ≈ Ai    ,iS = iS  rS + re  RC + RL  rS Trang 5.28
10. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Áp dụng phương trình 5-46 cho thí dụ 5-5, ta có: v −×Ω(10 1033 ) || (1 ×Ω 10 ) L ==−249.7 vS 3.64Ω Vì vậy, biên độ của vL là vL = (249.7)vS = 249.7(20mV rms) = 4.99 V rms. Phương trình 5-46 chứng tỏ rằng độ lợi áp mạch khuếch đại tỉ lệ trực tiếp với điện trở tải rL = RL||RC. Vì RL||RC < RC, nên khi mắc thêm RL vào mạch khuếch đại luôn làm giảm độ lợi áp. Ảnh hưởng này tương tự như khi chúng ta phân tích đồ thị mạch khuếch đại CE (xem hình 5-19 và thí dụ 5-3). Hình 5 – 35 Đường tải ac giới hạn dao động áp ngõ ra khoảng nhỏ nhất giữa VQ và IQrL Một kết quả nữa của việc mắc điện trở tải RL ghép tụ là giảm dao động áp ngõ ra cực đại của bộ khuếch đại. Ta thấy từ phương trình 5-17, 5-18 là đường tải AC giao với trục VCE tại Vo = VQ+IQrL và giao với trục IC tại Io = IQ + VQ/rL, với IQ và VQ là tọa độ điểm Q. Chính vì vậy, dễ thấy rằng biên độ dương áp ngõ ra không thể vượt quá áp phân cực 1 lượng lớn hơn IQrL (xem hình 5-35). Áp ngõ ra có thể dao động trên điểm Q 1 lượng IQrL và dưới điểm Q 1 lượng là VQ. Suy ra, sự biến thiên lớn nhất áp ngõ ra là min giữa VQ và IQrL. Bởi vì, nếu ngõ ra dao động dương quá IQrL, đỉnh dương của nó sẽ bị xén, và nếu ngõ ra dao động dưới quá VQ , đỉnh âm sẽ bị xén. Thí dụ 5-6 Tìm áp đỉnh-đỉnh cực đại mà nguồn ở hình 5-36 có thể cung cấp mà không gây xén ngõ ra bộ khuếch đại. Trang 5.30
11. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Mô hình khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CC (C chung) Hình 5-39(a) cho thấy một mạch khuếch đại mắc C chung (collector) và hình 5-39(b) trình bày mạch đáp ứng tương đương tín hiệu nhỏ. Chú ý là cực thu ở hình 5-39(b) được nối đất, vì nguồn VCC được nối trực tiếp với cực thu và các nguồn DC được ngắn mạch khi xét AC. Điện trở tải RL không xét ở phần này. Như trong mô hình CE, điện trở giữa cực nền (B) và cực phát (E) là β re, xem như xấp xỉ bằng rπ =+(β 1) re. Điện trở tổng ngõ vào tại cực nền transitor (giữa nền và đất) là: vin vin rin = = (5-51) iin ib (a) Một bộ khuếch đại C chung (b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của (a) Hình 5 – 39 Bộ khuếch đại C chung và mạch tương đương tín hiệu nhỏ Để ý là mạch CC thì vin là áp AC giữa cực nền (B) và cực thu (C), cũng có nghĩa là áp giữa cực nền và đất. Dòng ngõ vào iin cũng chính là ib. Tạm thời chúng ta sẽ thay β re trong hình 5-39(b) bằng giá trị chính xác hơn là ( β +1)re. Dùng định luật Kirchhoff về áp cho cực B và đất trong hình 5-39(b), ta có: Trang 5.32
12. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử với đất), ngoại trừ bị mất 1 lượng nhỏ trên mối nối. Chú ý rằng không có đảo pha giữa ngõ ra và ngõ vào. Dòng ngõ vào và dòng ngõ ra là ib và ie, ta có độ lợi dòng như sau: ie (β +1)ib Aii = = = β +1 ≈ β (5-60) ib ib Do vậy, trong khi độ lợi áp CC thì bé hơn 1, độ lợi dòng lại lớn hơn 1, suy ra độ lợi công suất: Ap = Av Ai ≈ Ai (5-61) Ta đã có: ie = (β +1)ib , suy ra là điện trở nhìn vào cục nền lớn gấp ( β +1) lần điện trở thực sự nối giữa cực B và đất (phương trình 5-54). Ngược lại, điện trở nhìn vào cực E nhỏ hơn ( β +1) lần điện trở từ cực E trở về nguồn tín hiệu. Điện trở ngõ ra tầng CC trong hình 5.39, ro(stage), là điện trở nhìn vào cực E song song với RE. Vì vậy, ta có: ' (β +1)re + RB  ro (stage) = RE ||   (5-62)  β +1  với R’B là điện trở nhìn từ cực B trở về nguồn tín hiệu. Hình 5.40 cho thấy R’B được xác định trong mạch tương đương AC cực B. R’B được tính bằng cách ngắn mạch nguồn tín hiệu xuống đất, nên: ' RB = RB || rS (5-63) Lấy (5-63) trừ cho (5-62) ta được: (β +1)re + RB || rS  ro (stage) = RE ||    β +1  (5-64)  RB || rS   RB || rS  = RE || re +  ≈ RE || re +   β +1   β  Hình 5-40 R’B là điện trở tương đương Thevenin nhìn từ cực nền trở về nguồn. R’B = RB||rS Phương trình 5-64 cho thấy điện trở ngõ ra của bộ dẫn cực E có thể khá nhỏ. Thí dụ, với RE = 1k Ω , re = 25 Ω , RB = 100kΩ , rS = 50 Ω và β =100, ta có: r( stage )≈× (1 1033 ) ||{25 + [(100 × 10 ) || 50]/100} o =×(1 1033 ) || (25 + 0.5) =× (1 10 ) || 25.5 ≈ 25 Ω Khi rS = 0, chú ý rằng RB||rS = 0và phương trình 5-64 trở thành: Trang 5.34
13. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử theo cực phát rất hữu ích khi là một tầng trung gian giữa bộ khuếch đại và tải. Khi đó, nó được gọi là bộ khuếch đại đệm, hoặc là bộ khuếch đại cách ly, bởi vì nó cách ly rất hiệu quả bộ khuếch đại khác với ảnh hưởng tải RL. Điều này được minh họa với thí dụ sau đây. Thí dụ 5-9 Một bộ khuếch đại có điện trở ngõ ra là 1k Ω lái một tải 50Ω , như hình 5-42(a). Giả sử rằng độ lợi bộ khuếch đại là Av = 140 (khi không có tải) , tính: 1) Độ lợi áp khi có tải, và 2) Độ lợi áp khi bộ khuếch đại theo cực phát được đưa vào giữa bộ khuếch đại và tải, như hình 5-42(b). Giải 1) Độ lợi áp khi có tải 50Ω là: vRLL50 ==Av 140 = 6.67 vrRSoL++1000 50 Rõ ràng tải 50 Ω giảm đáng kể độ lợi áp 2) Để tính điện trở ngõ vào của bộ khuếch đại theo cực phát, ta phải tính re, tức là phải tính dòng phân cực DC IE: VCC − 0.7 9.3V I B ==33 =11.58µ A RRBE++(β 1) 470 ×Ω+ 10 101(3.3 ×Ω 10 ) IIEB=+(βµ 1) = 101(11.58 AmA ) = 1.16 (a) Trang 5.36
14. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Các phương trình mạch C chung tín hiệu nhỏ 0.026 re = Ω (tại nhiệt độ phòng), I E rin = (β +1)(re + RE ) ≈ β (re + RE ) rin (stage) = (β +1)(re + +rL ) || RB ≈ β (re + rL ) || RB ≈ βrL || RB (rL >> re ) (rL = RE || RL ) (5 – 71) R || r r (stage) = R || (r + B S ) o E e β +1 = RE || re (rS = 0) ≈ re (RE >> re ) Ai = β RE Av = (output open) re + RE ≈ 1 (RE >> re ) vL rL  rin (stage)  =   vS re + rL rS + rin (stage) rL = (rS = 0) re + rL ≈1 (rL >> re ) vL RE  RL  ≈   (rS = 0) vS re + RE  RL + ro (stage) 5.4 Sự phụ thuộc của điều kiện phân cực DC vào các thông số tín hiệu nhỏ Độ dẫn điện qua lại Như đã biết ở phần trước, một trong những thông số quan trọng được sử dụng trong các mô hình transitor, điện trở cực phát re, phụ thuộc dòng phân cực bằng mối quan hệ sau: VT 0.026 re =≈ Ω (nhiệt độ phòng) IIEE Thực ra, tất cả thông số tín hiệu nhỏ phụ thuộc các điều kiện hoạt động DC. Mục đích ở đây là phát triển một mô hình transitor mà phản ánh tính độc lập này hơn những mô Trang 5.38
15. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Figure 5-43 Điện trở ngõ ra mạch E chung Từ hình 5-43, dễ thấy rằng: VA +VQ ro = (5-76) I Q với VA = điện áp đầu VQ = điện áp tĩnh IQ = dòng tĩnh Thay vì dùng điện trở ngõ ra, người ta có thể sử dụng điện dẫn ngõ ra go trong nhiều mô hình transitor: 1 I Q g o = = (5-77) ro VA +VQ Mô hình BJT sử dụng điện dẫn Hình 5-44 trình bày 1 mô hình transitor CE dựa trên các thông số đã được đề cập ở phần trước. Chú ý rằng nguồn dòng ở cực thu C là gmvbe (do từ phương trình 5-73, chúng ta có ic=gmvbe). Bởi vì chúng ta sử dụng gm nên mô hình này được gọi là mô hình điện dẫn Hình 5 – 44: Mô hình điện dẫn của transitor mắc CE Trang 5.40
16. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 5 – 46: Mạch ac tương đương của hình 5 – 44 (thí dụ 5 – 10) Các kết quả của thí dụ trước đã tính được độ lợi áp của bộ khuếch đại là: vVL −0.716 ==−−3 143.2 vVS 510× dấu trừ chỉ sự ngược pha. Sử dụng phương trình 5-46, tính độ lợi áp dựa trên mô hình chúng ta đã phát triển trước đó, ta có: vr− −×1.8 103 LL≈= =−143.3 vrSe12.56Ω BÀI TẬP Bài 5-1. Một bộ khuếch đại có độ lợi áp là 55 và độ lợi công suất 456.6. Dòng ac ngõ ra là 24.9mA rms và điện trở ac ngõ vào là 200Ω . Tính: a. Độ lợi dòng, b. Giá trị hiệu dụng (rms) của dòng ac ngõ vào, c. Giá trị hiệu dụng (rms) của áp ac ngõ vào, d. Giá trị hiệu dụng (rms) của áp ac ngõ ra, e. Điện trở ac ngõ ra, f. Công suất ngõ ra? Bài 5-2. Một bộ khuếch đại có độ lợi dòng là 0.95 và độ lợi áp là 100. Áp ac ngõ vào là 120mV rms và điện trở ac ngõ vào là 25 Ω . Tính công suất ngõ ra? Bài 5-3. Một bộ nguồn tín hiệu nội trở 1.2k Ω được nối với ngõ vào bộ khuếch đại ac. Độ lợi áp của bộ khuếch đại từ ngõ vào đến ngõ ra là 140. Giá trị nhỏ nhất của điện trở ngõ vào bộ khuếch đại là bao nhiêu để độ lợi áp (từ nguồn tín hiệu đến ngõ ra bộ khuếch đại) tối thiểu là 100? Trang 5.42