Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 6: Mạch khuếch đại đa tầng - Võ Kỳ Châu

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 6: Mạch khuếch đại đa tầng - Võ Kỳ Châu

1. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 6.2: n tầng khuếch đại được ghép cascade. Áp ngõ ra của mỗi tầng là ngõ vào của tầng kế tiếp Theo định nghĩa: vo1 = A1vi1 (6-1) vo2 = A2vi2 = A2vo1 (6-2) thay vo1 từ (6-1) vào (6-2): vo2 = (A1 A2 )vi1 (6-3) Tương tự: vo3 = A3vi3 = A3vo2 từ (6-3): vo3 = (A1 A2 A3 )vi1 Theo cách này ta tìm được: v o , n = ( A n A n −1 A 2 A1 )v i1 Từ đó: vo,n = An An−1 A2 A1 (6-4) vi1 Phương trình 6-4 cho thấy tổng độ lợi áp của n tầng cascade là tích độ lợi từng tầng (không phải tổng). Tổng quát, bất kỳ một hay nhiều tầng có độ lợi âm thì tầng đó gây ra một sự đảo pha 180o. Theo phương trình 6-4, mạch khuếch đại cascade sẽ có ngõ ra ở tầng cuối cùng không cùng pha với ngõ vào ở tầng thứ nhất nếu số tầng đảo pha là số lẻ, và cùng pha nếu là số chẵn (hoặc bằng 0). Để tìm độ lợi áp tổng của hệ thống ghép Cascade theo Decibel, ta bỏ qua dấu đại số của độ lợi mỗi tầng và tính như sau:  v   o,n  20log10   = 20log10 (An An−1 A2 A1 )  vi1  = 20log10 An + 20log10 An−1 + + 20log10 A2 + 20log10 A1 (6-5) = An (dB) + An−1 (dB) + + A2 (dB) + A1 (dB) Trang 6.2
2. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Chú ý rằng tích các độ lợi áp bằng độ lợi áp tổng. Trong ví dụ này, có thể tính độ lợi áp tổng trực tiếp: v3 / v1 = (21V ) /(900µV ) = 23.333 . 2. A1 (dB) = 20log10 40 = 32.04dB A (dB) = 20log (34.722) = 30.81dB 2 10 A3 (dB) = 20log10 (16.8) = 24.51dB v3 / v1 (dB) = A1 (dB) + A2 (dB) + A3 (dB) = 87.36dB −6 Để ý là 20log10 (v3 /v1) = 20log10[21/ 900x10 )] = 20log10 (23.333) = 87.36dB 3. Từ phương trình 6-6: v  1000   25  L =  (23.333)  = 2592.54. vL  2000 +1000   50 + 25  4. Độ lợi áp có nguồn và tải là 20log10 (2592.5) = 68.27dB . Do độ lợi tầng 2 giảm đi 6dB nên độ lợi tổng là: (68.27dB) − (6dB) = 62.27dB 5. Khi điện trở nguồn là 2000Ω được đưa vào ngõ vào thì v1 trở thành:  1000  v1 =  (900µV ) = 300µV  2000 +1000  Công suất ngõ vào là: 2 −6 2 vi (300x10 ) Pi = = = 90 pW ri1 1000 Khi đó điện áp qua tải 25Ω là:  R  v = v (A A A ) L  L 1 1 2 3  r + R   o3 L   25  = (300µV )(40)(34.722)(16.8)  = 2.33V  50 + 25  Công suất ngõ ra có tải là 2 2 vL (2.33) Po = = = 0.217W RL 25 Cuối cùng:  P   0.217  A (dB) =10log  o  =10log = 93.82dB v 10   10  −12   Pi   90x10  6. Nhắc lại Ap = Av Ai . Dùng kết quả câu 5, độ lợi công suất giữa ngõ vào và tầng thứ nhất, và tải là: Trang 6.4
3. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử  r  v = A v  i3  3 o2 2    ro,2 + ri3   r  v = A v  L  L o3 3    ro,3 + rL  Kết hợp các mối quan hệ này, ta có: v  r   r   r   r  L =  i1 A  i2 A  i3 A  L    o1   o2   o1   vS  rS + ri1   ro,1 + ri2   ro,2 + ri3   ro,3 + rL  Phương trình 6-7 cho thấy độ lợi áp tổng của mạch khuếch đại đa tầng là phép nhân độ lợi hở mạch với tỷ số phân áp tính vào tải của mỗi tầng. Chú ý rằng tỷ số phân áp tính cho tải giữa các cặp tầng khuếch đại. Nói cách khác, không được tính hiệu ứng tải hai lần: một lần xem điện trở vào như là tải của tầng trước đó và lần thứ hai lại xem điện trở ra của tầng trước đó là điện trở nguồn của tầng tiếp theo. Ví dụ 6-2: Độ lợi áp hở mạch của mạch khuếch đại 3 tầng và các giá trị điện trở vào, ra được cho trong bảng 6-1. Nếu 3 tầng ghép Cascade và tầng thứ nhất có nguồn tín hiệu 10mV rms, điện trở nguồn là 12k, tính điện áp qua tải 12Ω ghép vào ngõ ra của tầng thứ 3. Tầng khuếch đại Độ lợi áp không tải Điện trở ngõ vào Điện trở ngõ ra (dB) (k Ω ) (k Ω ) 1 24 10 4.7 2 20 20 1.5 3 12 1.5 0.02 Bảng 6.1: (Thí dụ 6 – 2) Giải: 20log10 Ao1 = 24 log10 Ao1 = 1.2 Ao1 = anti log(1.2) = 15.85 Tương tự: Ao2 = anti log(1) = 10 Ao3 = anti log(0.6) = 3.98 Từ phương trình 6-7: v  10kΩ   20kΩ   1.5kΩ  L =  15.85 10  v 12kΩ +10kΩ   4.7kΩ + 20kΩ  1.5kΩ +1.5kΩ  S  12kΩ  X (3.98)  = 43.53  20kΩ +12kΩ  Trang 6.6
4. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Số tầng f1(tổng) f2(tổng) 1 f1 f2 2 1.55 f1 0.64 f2 3 1.96 f1 0.51 f2 4 2.30 f1 0.43 f2 5 2.59 f1 0.39 f2 Bảng 6 – 2: Tần số cắt thấp và cắt cao của một bộ khuếch đại n tầng, mỗi tầng có tần số cắt thấp f1 và tần số cắt cao f2 Ví dụ 6-3: Một mạch khuếch đại âm thanh 4 tầng có tần số cắt thấp chung và tần số cắt cao chung là 20Hz và 20kHz. Tính tần số cắt cao và tần số cắt thấp của mỗi tầng. Giải: Từ bảng 6-2, với n=4, 2.3f1=20 và 0.43f2=20.103. Do đó, f1= 20/2.3=8.7Hz, và f2=20.103/0.43=46.5kHz. Như vậy, mỗi tầng phải có băng thông xấp xỉ 46kHz mới đạt được băng thông chung vào khoảng 20kHz 6.2 Các phương pháp ghép Lý thuyết mạch kết nối ngõ ra của một tầng trong một mạch khuếch đại đa tầng và ngõ vào của tầng kế tiếp gọi là phương pháp mắc hay nối mạch. Trong chương trước ta đã đến phương pháp mắc tụ gọi là ghép RC vì lý thuyết mạch liên tầng tương đương với mạch RC thượng thông. Trong chương này ta sẽ xét thêm hai cách mắc mạch khác là mắc trực tiếp và mắc biến thế. Mục tiêu của cách ghép RC là để hạn dòng dc. Thông thường cần phải hạn dòng DC giữa ngõ vào của một mạch khuếch đại và tín hiệu nguồn cũng như giữa ngõ ra và tải. Tương tự, cách ghép RC dùng để hạn dòng DC giữa ngõ ra của một tầng khuếch đại và ngõ vào của tầng kế tiếp. Ghép điện dung vào giữa các tầng khuếch đại làm cho nó có khả năng có điện áp phân cực tại ngõ ra của 1 tầng khác với điện áp phân cực tai ngõ vào của tầng kế tiếp. Ý tưởng này đươc mô tả trong hình 6-5, ngõ ra của một tầng khuếch đại nối với ngõ vào của của một tầng khác thông qua ghép tụ. Cực C của tầng 1 là 9V và cực B của tầng 2 là 3V. Điện áp làm việc của tụ là 9-3=6V. Trang 6.8
5. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 6-6: (Thí dụ 6 – 4) Giải: 1. Điện trở vào của tầng thứ nhất là: rin (stage1) = RB1 || βre = (1ΜΩ) || (2.5ΚΩ) ≈ 2.5kΩ Điện trở ra của tầng thứ nhất (tại cực C của Q1): ro (stage1) = RC1 || (rc / β ) = (3.3kΩ) || [(1ΚΩ) /100] = 2.48kΩ Độ lợi áp không tải của tầng thứ nhất: − ro (stage1) − 2.48kΩ Av1 = = = −99.2 re 25Ω Điện trở vào tầng thứ 2: r (stage 2) = R || R || β (r + R ) = (100kΩ) || (10kΩ) || (100[(25Ω) + (220kΩ)] in 1 2 e E 2 = (9.09kΩ) || (24.5kΩ) = 6.63kΩ Điện trở ra của tầng thứ 2 ( tại cực C của Q2): ro (stage 2) = RC 2 || (rc / β ) = (2.2kΩ) || (1ΜΩ) /100) = 148kΩ Độ lợi áp không tải của tầng thứ 2: − ro (stage2) −1.8kΩ Av2 = = = −7.35 re (220Ω) + (25Ω) Mạch khuếch đại hai tầng bây giờ được biểu diễn như hình 6-7. Trong hình này không có tụ điện vì ta đang xét hoạt động ở dải tần giữa. Từ phương trình 6-7 ta tìm được: vL  2.5kΩ   6.63kΩ   50kΩ  =  (−99.2) (−7.35)X   = 365.85 vS (1kΩ) + (2.5kΩ) (2.48kΩ) + (6.63kΩ) (1.8kΩ) + (50kΩ) Giá trị dương cho thấy vL cùng pha với vS Cách khác để tìm độ lợi áp chung là tìm độ lợi áp A1, A2 có tải và tính điện trở tải ac rL của mỗi tầng: Trang 6.10
6. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 6-8: (Thí dụ 6 – 4) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ cho tầng đầu tiên của bộ khuếch đại trong hình 6 – 6. Mạch này được dùng để tính dòng ib1 theo iS. Để tìm βib1 đổ vào cực base của Q2 ta phải xét tất cả các nhánh song song trong mạch trong mạch liên tầng giữa Q1 và Q2. Hình 6-9 là mạch tương đương của tầng thứ 2 và ngõ ra của tầng thứ 1. chú ý rằng r0 song song với rc/β và Rc1 và khối này lại song song với R1 và R2 tại ngõ vào tầng thứ 2. Tổng trở tương đương tại ngõ vào của Q2 là: rSH = ro (stage1) || R1 || R2 = (2.48kΩ) || (100kΩ) || (10kΩ) = 1.95kΩ Dòng ib2 vào cực base của Q2 theo quy tắc phân dòng là:  rSH   1.95kΩ  ib2 = 99.75iS   = 99.75iS   = 7.35iS rSH + β (re + RE ) (1.95kΩ) + (24.5kΩ) Hình 6-9: (Thí dụ 6 – 4) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của ngõ ra tầng 1 được nối với tầng 2. Mạch này được sử dụng tính iL theo iS. Suy hao dòng trong mạch liên tầng là do các nhánh rẽ xuống mass: chưa tới 1/10 ic1 tới được cực base của Q2. ic2 = βib2 = 100(7.35iS ) = 735iS Do Rc2, rc/β và RL song song nên: Trang 6.12
7. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Giải: 1. Điện trở cực E ở tầng 1 được bỏ qua do tác dụng của tụ nên điện trở vào của tầng thứ nhất là: rin (stage1) = R1 || R2 || β1re1 = (150kΩ) || (39kΩ) || (180)(15kΩ) = 2.48kΩ Điện trở ra của tầng thứ nhất, coi ro1 = ∞ là: ro (stage1) = ro1 || RC1 ≈ RC1 = 4.7kΩ độ lợi áp không tải tầng thứ nhất là: − Rc1 − 4.7kΩ Av1 ≈ = = −313.3 re1 15Ω Tải của tầng thứ hai là rL= (10K)// (50)= 50, nên tổng trở vào tầng 2 là: r (stage2) = R1 || R2 || β (r + r ) in 2 e2 L = (68kΩ) || (47kΩ) || (100)[(40Ω) + (50Ω)] = 6.8kΩ Chú ý rằng tác dụng của điện trở phân cực 68K lên độ lợi của mạch khuếch đại khi ta xét đến phân áp giữa tầng thứ nhất và tầng thứ 2. Do vậy ta không tính đến tác dụng phân áp tại ngõ ra của mạch E chung. Nghĩa là ta bỏ qua giá trị RB// rs/(ß+1) trong phương trình tính tổng trở ra của tầng thứ 2. Tổng trở ra của tầng thứ 2 chỉ bao gồm RE// re2 = 10K//40 ≈ 40. Độ lợi áp không tải ở tầng 2 là: RE 10kΩ Av2 = = = 0.996 re2 + RE (40Ω) + (10kΩ) Hình 6-6 là mạch khuếch đại 2 tầng tương đương. v  2.48kΩ   6.8kΩ  L = (−313.3) v (100kΩ) + (2.48kΩ) (4.7kΩ) + (6.8kΩ) S      50Ω  X (0.996)  = −98.46 (40Ω) + (50Ω) Điện áp tải ngược pha với điện áp nguồn. Tính lại độ lợi có tải và xác định rằng độ lợi cả mạch có giá trị như đã tìm được ở trên. 2. Để tìm tần số cắt thấp ta phải tìm tần số gãy theo các tụ C1, C2, C3 và C4 trong hình 6-10. Từ phương trình 10-16, 1 1 f1 (C1 ) = = 3 −6 = 10.3Hz 2π[rin (stage1) + rS ]C1 2π (2.48 x10 +100)6 x10 1 f1 (C2 ) = 2πReCE Trang 6.14
8. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Trong ví dụ này tần số gãy lớn nhất là f1(C2)=265.3 Hz và f1(C4)=122.6 Hz. Ta có thể kết luận tần số cắt thấp của mạch phải lớn hơn tần số lớn hơn la 265.3 Hz, nhưng do 2 tần số không đủ cách xa nhau để có thể nói f1 = 265.3 Hz. f1 phải có giá trị nào đó lớn hơn 265.3 Hz. Để tính giá trị này rất phức tạp. Trong ví dụ này f1 thực tế là 330 Hz Hình 6-12 là phác hoạ giản đồ Bode. Chú ý rằng độ lợi giảm xuống với một tỷ lệ tăng theo 20dB/decade phía dưới tần số gãy đã tìm được trong ví dụ trên. Hình 6-12: Biểu đồ Bode của độ lợi mạch khuếch đại đa tầng trong hình 6 – 10. Chú ý đường tiệm cận tăng độ dốc mỗi đoạn 20dB/decade tại các tần số gãy. 6.4 Mạch khuếch đại BJT ghép trực tiếp Trong chương 6 đã đề cập đến phương pháp phản ánh dòng để loại trừ tụ ghép trong mạch tích hợp. Hình 6-14 là ví dụ của mạch khuếch đại ghép trực tiếp sử dụng các phương pháp phân cực thông thường. Ngõ ra của tầng thứ nhất (cực thu Q1) được ghép trực tiếp vào ngõ vào của tầng thứ 2 (cực nền Q2). Trước tiên, phân tích phân cực DC của mạch rồi xét đến đáp ứng AC. Dòng qua RC1 là tổng của IC1 và IB2. Để đơn giản hoá ta xem như IB2 nhỏ hơn đáng kể so với IC1. Trang 6.16
9. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Nếu tải được ghép trực tiếp giữa ngõ ra ( cực C của Q2) và mass thì tải AC ở tầng 2 là rL = RC2//RL và phương trình 6-20 trở thành: − RC 2 || RL Av2 ≈ (6-22) re2 + RE 2 Ghép trực tiếp tải ngõ ra làm thay đổi giá trị DC của VC2 và VCE2. Xem transitor như một nguồn dòng cố định như trong hình 6-15(b), áp dụng nguyên lý chồng chập tính VL theo từng nguồn trong mạch, xem hình 6-15(c) và 6-15(d). Kết hợp tác dụng của mỗi nguồn dẫn tới:  R   L  VL = VC =  (VCC − I C RC ) (6-23)  RL + RC  a) Tầng ngõ ra với tải ghép b) Mạch tương đương DC của a) trực tiếp c) Áp DC trên RL theo VCC d) Áp DC trên RL theo IC Bằng phép chồng chất điện áp, ta có: Hình 6-15: Tính áp DC trên tải ghép trực tiếp RL, sử dụng phép chồng chất điện áp. Phương trình 6-23 cho thấy điện áp cực thu bằng với giá trị điện áp không tải ( VCC - ICRC ) chia cho phân áp qua RL và RC. Khi VCE=VC-VE, một giá trị RL rất nhỏ có thể làm giảm VC tới điểm mà VCE tiến gần tới 0. Trang 6.18
10. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Khi đó: VCE1 = VC1 −VE1 = 3.95 − 0.32 = 3.63V Cho VC1 = VB2 , ta có: VE 2 ≈ VC1 − 0.7 = 3.95 − 0.7 = 3.25V Do đó, VE 2 3.25V I C 2 ≈ I E 2 = = = 3.25mA RE 2 RE 2 Khi không mắc tải ở Q2, IT=IC2=3.25mA (Chú ý: vì IB2=IC2/ β 2 =(3.25mA)/60=0.054mA rất nhỏ so với IC1=4.26mA) Áp VC2 và VCE2 là: VC 2 = VCC − I C 2 RC 2 = 24 − (3.25mA)(3.3kΩ) = 13.3V VCE 2 = VC 2 −VE 2 = 13.3 − 3.25 = 10.05V − RC1 || β 2 (RE 2 + re2 ) − (4.7kΩ) || (60[(1kΩ) + (10Ω)] 2. Av1 ≈ = = −53.8 RE1 + re1 (75Ω + 6Ω) − RC 2 − 3.3kΩ Av2 ≈ = = −3.3 re2 + RE 2 (1kΩ) + (10Ω) Av(overall) = Av1 Av2 = (−53.8)(−3.3) = 177.5 3. Giá trị tĩnh của VCE1 không bị ảnh hưởng bởi điện trở tải ghép vào cực C của Q2 nên VCE1=3.63 V, IC2=3.25mA ( như câu 1). Từ phương trình 6-23:  10kΩ  VL = VC 2 =  [24 − (3.25mA)(3.3kΩ)] = 10V (10kΩ) + (3.3kΩ) Do đó: VCE 2 = VC 2 −VE 2 = 10 − 3.25 = 6.75V VL 10V I L = = = 1mA RL 10kΩ nên, IT = I C 2 + I L = (3.25mA) + (1mA) = 4.25mA Độ lợi áp ở tầng 1 vẫn là -53.8. Độ lợi áp ở tầng 2 là: − RC 2 || RL − (3.3kΩ) || (10kΩ) Av2 ≈ = = −2.48 RE 2 + re2 (1kΩ + (10Ω) Độ lợi áp cả mạch với tải 10K là Av(overall) = (−53.8)(−2.48) = 133. 4 Điện áp cực thu của transitor NPN luôn dương hơn điện áp cực base. Khi TST ghép nối tiếp, áp cực thu của một tầng bằng với áp cực base của tầng kế tiếp. Do đó, áp cực thu của mọi tầng Trang 6.20
11. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Hình 6-18: Cặp Darlington được sử dụng như 1 transitor đơn có cực thu, cực nền, cực phát là C, B, và E. Phân tích cách ghép Darlington để thấy hệ số β của TST mà nó đại diện cũng như một vài đặc tính tín hiệu nhỏ của nó. Gọi β1 và β2 là hệ số β của Q1 và Q2. Theo định nghĩa, I C1 = β1I B1 và I E1 = (β1 +1)I B1 Nhưng do IE1=IB2 nên: I C 2 = β 2 I B2 = β 2 (β1 +1)I B1 và I C = I C1 + I C 2 = β1I B1 + β 2 (β1 +1)I B1 = [β1β 2 + (β1 + β 2 )]I B1 Khi I B1 = I B2 , ta có I C = [β1β 2 + (β1 + β 2 )]I B1 hay, β DP = I C / I B = β1β 2 + β1 + β 2 (6-24) Hệ số β của cặp Darlington trong phương trình 6-24 là tổng của các hệ số β thành phần. Ta luôn có β1β 2 >> β1 + β 2 nên: β DP = β1β 2 + β1 + β 2 ≈ β1β 2 (6-25) Cặp Darlington thường được làm trên một chip sao cho đặc tính Q1 và Q2 phù hợp nhau. Khi β1 = β 2 =100 ta có : 2 2 β DP = β + 2β ≈ β (6-26) Ví dụ, nêú β1 = β 2 =100 , thì β DP = 10000+200 ≈ 10000. Cặp Darlington có thể xem như là một TST có hệ số β vô cùng lớn. Trong khi các phân tích ở trên biểu diễn được dòng DC và hệ số β , thì phân tích tín hiệu nhỏ cho thấy rằng giá trị tín hiệu nhỏ của β DP là tổng của giá trị tín hiệu nhỏ của β1 và β 2 . Ta có thể kết luận rằng giá trị tín hiệu nhỏ và giá trị DC của β là bằng nhau. Xác định hệ số tín hiệu nhỏ của điện trở vào từ cực B đến cực E, rin(DP), và điện trở cực E, re(DP), của TST ghép như thế nào? Từ phương trình 5-22: VT 0.026 re ≈ ≈ Ω (6-27) I E I E Trang 6.22
12. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Ví dụ này cho thấy cặp Darlington có thể được sử dụng để làm tăng đáng kể điện trở vào BE so với BJT thông thường. Cặp Darlington thường sử dụng với dạng E chung vì khả năng đệm tốt giữa trở kháng cao của nguồn và trở kháng thấp của tải. Với điện trở tải ac ghép vào cực E, tổng trở vào là: rin = rin(DP) + β DP rL (6-37) Khi mạch E chung tích cực, độ lợi dòng từ cực Base của Q1 tới cực E của Q2 là Ai = ie2/ib1. Do ie1=ib2, ta có: i  i  i e2  e2  e1 Ai = =   = (β1 +1)(β 2 +1) ≈ β1β 2 (6-38) ib1  ib2  ib1 Ví dụ sau sẽ mô tả một trường hợp cần có khả năng đệm tốt khi điện trở nguồn là 5 KΩ và điện trở tải là 10Ω Ví dụ 6-9: Hình 6-19 là một tầng CE mắc Darlington như một mạch E chung. Transistor có: β1 =200, β 2 =100 và β3 =100. 1. tìm vL/vS 2. Tìm vL/vS nếu không có cặp Darlington và trở tải 10 được ghép với tụ và cực C của Q1 Hình 6-19: (thí dụ 6 – 9) Giải:  R   10kΩ   2  1. VB1 ≈  VCC =  (15kΩ) = 2.6V  R1 + R2  (47kΩ) + (10kΩ) VE1 = VB1 − 0.7 = 2.6 − 0.7 = 1.9V VE1 1.9V I C1 ≈ I E1 = = = 1.9mA RE1 1kΩ 0.026 0.026 re1 ≈ = = 13.7Ω I E1 1.9mA Trang 6.24
13. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử − rL1 −10 Av1 ≈ = = −0.73 re1 13.7 Độ lợi cả mạch là: vL  2.1kΩ  =  (−0.73) = −0.22 vS (5kΩ) + (2.1kΩ) Nếu không có cặp Darlington đệm thì áp ngõ ra sẽ nhỏ hơn ½ mức tín hiệu vào, như vậy sẽ không còn chức năng khuếch đại nữa. Cặp Darlington tăng độ lợi áp lện 41.3/0.22=187.7 lần. Mạch khuếch đại ghép Cascode Một ví dụ khác của ghép nối tiếp Transistor là khuếch đại cascode gồm một TST CE và một TST CB. Hình 6-20 là một ví dụ. Q1 là một tầng CE dùng RB1 để khắc phục phân cực. Tụ CB nối đất tín hiệu ac từ cực base của Q2, Q2 là một tầng CB. Nó hoạt động như tải ở cực thu của Q1. Q1 được ghép nối tiếp vào ngõ vào của Q2 và ngõ ra của mạch khuếch đại Cascode là cực thu của Q2. Các điện trở R1 và R2 tạo phân áp cho Q2. Hình 6-20: Một ví dụ mạch khuếch đại cascode. Q1 là tầng E chung được nối trực tiếp với tầng B chung của Q2. Ưu điểm của cách ghép cascode là nó có điện dung nhỏ, yêu cầu quan trọng cho các mạch khuếch đại ở tần sồ cao. Điện dung vào nhỏ do độ lợi áp của Q1 gần bằng 1, nghĩa là điện dung Millers bị thu nhỏ. Mọi độ lợi áp đều thu được từ tầng CB. Độ lợi áp Q1 nhỏ vì điện trở tải ở mạch thu của nó là điện trở đầu vào nhỏ của tầng CB. Tính dòng và áp phân cực: VCC −VBE I B1 = (6-39) RB1 I C1 = I E1 = I C 2 = β1I B1 (6-40) Trang 6.26
14. Người soạn: NGUYỄN NGỌC MAI KHANH Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Av = Av1 Av2 ≈ −Av2 (6-50) Phương trình 6-50 cho thấy tầng CB cung cấp độ lợi áp. Độ lợi dòng của mạch khuếch đại Cascode không kể đến phân dòng ở ngõ vào hoặc ngõ ra là: Ai = β1α 2≈ β1 vì α 2 ≈1 (6-51) Tổng trở ra của mạch khuếch đại là : ro (stage) = rc2 || RC 2 ≈ RC 2 (6-52) Ví dụ 6-10 Transistor trong hình 6-22 có các thông số sau: Q1 : β1 = 100,rc1 ≈ ∞,Cbc = 4 pF,Cbe = 10 pF Q2 :α 2 ≈ 1,,rc2 ≈ ∞ Tìm: 1. Dòng và áp DC: IC1 ,IC2, VC1, VC2 2. Độ lợi áp tín hiệu nhỏ vL/vS 3. Tần số gãy f2(CA) do điện dung rẽ nhánh tại ngõ vào Q1. Hình 6-22: (thí dụ 6 – 10) Giải: 1. Điện áp giữa cực B va mass tại tầng vào (Q1) được xác định bằng phân áp tại đó:  10kΩ ||100kΩ  VB1 ≈  (12V ) = 2.6V (10kΩ) ||100kΩ) + (33kΩ) Do đó: VE1 = VB1 − 0.7 = 2.6 − 0.7 = 1.9V VE1 1.9V I C1 ≈ I E1 = = = 1.9mA = I E 2 ≈ I C 2 RE1 1kΩ Áp giữa cực B và mass của Q2 : Trang 6.28