Bài giảng điện tử công nghiệp - chương 14

Chia sẻ: Minh Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

0
110
lượt xem
40
download

Bài giảng điện tử công nghiệp - chương 14

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguyên lí xây dựng tầng khuếch đại đùng tranzito trường cũng giống như tầng dùng tranzito lưỡng cực, điểm khác nhau là tranzito trường điều khiển bằng điện áp.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng điện tử công nghiệp - chương 14

  1. Chương 14: Khuếch đại dùng tranzito trường (FET) Nguyên lí xây dựng tầng khuếch đại đùng tranzito trường cũng giống như tầng dùng tranzito lưỡng cực, điểm khác nhau là tranzito trường điều khiển bằng điện áp. Khi chọn chế độ tĩnh của tầng dùng tranzito trường cần đưa tới đầu vào (cực cửa) một điện áp một chiều có trị số và cực tính cần thiết. a - Khuếch đại cực nguồn chung (SC) Hình 2.71a: Sơ đồ tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC) 1
  2. ID mA PDmax IDmax d D UGS P • ID0 UPmax UDS V UDS0 C Hình 2.71b: Đồ thị xác định chế độ tĩnh của tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC) Sơ đồ khuếch đại SC dùng MOSFET có kênh n đặt sẵn cho trên hình 2.71a. Tải RĐ được mắc vào cực máng, các điện trở R1, RG, RS dùng để xác lập UGSO ở chế độ tĩnh. Điện trở RS sẽ tạo nên hồi tiếp âm dòng một chiều để ổn định chế độ tĩnh khi thay đổi nhiệt độ và do tính tản mạn của tham số tranzito. Tụ CS để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều. Tụ Cp1 để ghép tầng với nguồn tín hiệu vào. Nguyên tắc chọn chế độ tĩnh cũng giống như sơ đồ dùng tranzito lưỡng cực (h.2.64). Công thức (2.119) và (2.120), ở đây có thể viết đước dạng. UDso > Urm + ∆UDS (2- 2
  3. 158) IDo > IDm (2- 159) Điểm làm việc tĩnh P dịch chuyển theo đường tải một chiều sẽ qua điểm a và b (h.2.71). Đối với điểm a, ID= 0, UPS = +ED, đối với điểm b, UDS = 0, ID = ED(RD + RS). Đường tải xoay chiều xác định theo điện trở Rt~ = RD//Rt. Trong bộ khuếch đại nhiều 3
  4. tầng thì tải của tầng trước chính là mạch vào của tầng sau có điện trở vào Rv đủ lớn. Trong những trường hợp như vậy thì tải xoay chiều của tầng xác định chủ yếu bằng điện trở RD (được chọn tối thiểu cũng nhỏ hơn RV một bậc nữa). Chính vì vậy đối với tầng tiền khuếch đại thì độ dốc của đường tải xoay chiều (đường c-d) không khác lắm so với đường tải một chiều và trong nhiều trường hợp người ta coi chúng là ở chế độ tĩnh có : UDSO = ED – IDO(RD + RS) (2-160) trong đó IDO là dòng máng tĩnh. UDSO là điện áp cực máng - nguồn tĩnh. Điện áp UGSO chính là tham số của đặc tuyến ra tĩnh (máng) đi qua điểm tĩnh P (h.2.71). Dựa vào đặc tuyến của FET ta thấy ở chế độ tĩnh, điện áp phân cực có thể có cực tính dương hoặc âm đối với cực nguồn và thậm chí có thề bằng không. Khảo sát trường hợp UGSO < 0 Điện trở RS và RG (h.2.71) để xác định điện áp UGSO < 0 trong chế độ tĩnh. Trị số và cực tính của điện áp trên điện trở RS là do dòng điện ISO = IDO chảy qua nó quyết định, điện trở RS được xác định bởi : RS = UGSO / IDO (2-161) Điện trở RG để dẫn điện áp UGSO lấy trên RS lên cực cửa của FET. Điện trở RG phải chọn nhỏ hơn điện trở vào vài bậc nữa. Điều này rất cần thiết để loại trừ ảnh hưởng của tính không ổn định theo nhiệt độ và tính tản mạn của các tham số mạch vào đến điện trở vào của tầng. Trị số RS thường chọn từ 1 ÷ 5MΩ. Ngoài việc đảm bảo điện áp yêu cầu UGSO, điện trở RS còn tạo ra hồi tiếp âm dòng 1 chiều trong tầng, ngăn cản sự thay đổi dòng IDO do tác dụng của nhiệt độ và tính tản mạn của tham số tranzito và vì thế ổn định chế độ tĩnh của tầng. Để tăng tính ổn định thì cần tăng RS nhưng phải đảm bào giá trị UGSO.Trong trường hợp này phải bù điện áp USO bằng cách cung cấp cho cực cửa điện áp UGO qua điện trở R1. R UGSO = − = .R (2-162) − ED .G US UG ID S R +R O O O G 4
  5. 1 ED R1 = − (2-163) .R G R USO − G UGSO Điện áp nguồn cung cấp ED = UDSO + USO + IDO.RD (2-164) Trị số RD có ảnh hưởng đến đặc tính tần số của tầng, nó được tính theo tần số trên của dải tần. Với quan điểm mở rộng dải tần thì phải giảm RD. Sau khi đã chọn điện trở trong của tranzito ri, thì ta có thể chọn RD = (0,05 ÷ 0,15)ri Việc chọn điện áp USO cũng theo những điều kiện giống như điện áp UEO trong tầng EC, nghĩa là tăng điện áp USO sẽ làm tăng độ ổn định của điểm làm việc tĩnh do RS 5
  6. tăng, tuy nhiên khi đó cần tăng ED. Vì thế USO thường chọn khoảng (0,1÷ 0,3)ED. Cũng tương tự (2-125) ta có : E = UDO + (2-165) IDORD D 0.7 ÷ 0.9 Khi UGSO ≥ 0 phải mắc điện trở RS để đạt yêu cầu về độ ổn định chế độ tĩnh. Lúc đó bắt buộc phải mắc R1. Chọn các phần tử dựa vào các công thức (2-162) đến (2-165), khi đó công thức (2-162), (2-163) cần phải hoặc cho UGSO= 0, hoặc là thay đổi dấu trước điện áp UGSO. Chế độ UGSO > 0 là chế độ điển hình cho MOSFET có kênh cảm ứng loại n. Vì thế nếu thực hiện việc đổi dấu trước UGSO trong công thức (2-162), (2- 163) có thể dùng chúng để tính mạch thiên áp của tầng nguồn chung. Chọn loại FET phải chú ý đến các tham số tương tự như trong tầng EC. Phải tính đến dòng máng cực đại IDmax, điện áp cực đại UDSmax và Công suất tiêu tán cực đại trong tranzito PDmax (h.271), và UDsmax. Giống như sơ đồ EC dùng tranzito lưỡng cực, tầng nguồn chung cũng làm đảo pha tín hiệu khuếch đại. Ví dụ đặt vào đầu vào nửa chu kì điện áp dương (h. 2.71) sẽ làm tăng dòng máng và giảm điện áp máng ; ở đầu ra sẽ nhận được nửa chu kì điện áp cực tính âm. Dưới đây ta sẽ phân tích tầng khuếch đại về mặt xoay chiều. Sơ đồ thay thế tầng SC vẽ trên hình 2.72a có tính đến điện dung giữa các điện cực của tranzito. Sơ đồ thay thế dựa trên cơ sở sử dụng nguồn dòng ở mạch ra. Điện trở RD, Rt mắc song song ở mạch ra xác định tải Rt~ = RD // Rt. Điện trở R1 và RG cũng được mắc song song. Vì điện trở vào thường lớn hơn điện trở Rn nhiều, nên điện áp vào của tầng coi như bằng En. Tụ phân đường Cp1, Cp2 và tụ CS khá lớn nên điện trở xoay chiều coi như bằng không. Vì thế trong sơ đồ thay thế không vẽ những tụ đó. Hệ số khuếch đại điện áp ở tần số trung bình K u Ut = SUv (ri //R t~i ) = = (2-166) UV U t~ hay S(r //R ) là v K 6
  7. = Sri .R t~ (2-167) u r +R i t~ Tích số S.ri gọi là hệ số khuếch đại tĩnh µ của FET. Thay µ = Sri vào (2.167) ta có : µ.R t Ku = (2-168) ~ r+ R t~ i Dựa vào (2-168) có thể vẽ sơ đồ thay thế của tầng SC với nguồn điện áp µUv (h.2.72b). Trong trường hợp nếu tầng SC là tầng tiền khuếch đại trong bộ khuếch đại nhiều tầng thì Rt~ =RD // RV = RD. Nếu như tính đến RD
  8. Ku = SRD (2- Điện trở vào của tầng Rv = R1 // RG (2- SC là: Khi chuyển sang miền tấnRr =cao thìri ≈ RD ý đến điện dung 170) số RD // phải chú vào và ra của tầng, nghĩa là cần chú ý đến điện dung giữa các điện cực CGS, CGD của tranzito (h.2.72a), cũng như điện dung lắp ráp mạch vào CL (điện dung của linh kiện và dây dẫn mạch vào đối với cực âm của nguồn cung cấp). a) b) Hình .2.72: Sơ đồ thay thế tầng SC a) Nguồn dòng ; b) Nguồn áp Ở tần số cao những điện đáng kể trên sẽ tạo nên thành phần kháng của dòng điện mạch vào. ICV = ICGS + ICGD + ICL (2-172) Dòng ICGS, ICL xác định bằng điện áp vào Uv’, còn dòng ICGD xác định bằng điện áp cực máng - cửa. Vì điện áp cực máng ngược pha với điện áp vào, nên điện áp giữa cực cửa và máng sẽ bằng : . . . UV + U = (1+ K u )UV Dòng điện vào điện dung của tầng . . . . . . . . là hay 100
  9. Icv = J w CGS .Uv + J wCGD (1+ K u ).UV + J wC L .Uv . . . IVC ≈ Jw Uv [CGS + (1+ KU )CGD + CL ]= JwC v .Uv ở đây Cv là điện dung vào của tầng Cv = CGS + ( 1+ Ku)CGD + CL (2-173) 101
  10. Điện dung ra của tầng phụ thuộc vào điện dung giữa các điện cực ở khoảng máng- nguồn và máng - cửa, cũng như điện dung lắp ráp mạch ra. Tính điện dung ra cũng theo phương pháp như đã tính đối với điện dung vào, có kết quả : 1+ K U .C Cr = CDS (2-174) GD + + CS KU e. Khuếch đại cực máng chung DC (lặp lại cực nguồn) Hình 2.73 là sơ đồ DC dùng FET có kênh đặt sẵn. Điện trở R1, RG cùng với Rs dùng để xác định chế độ làm việc tĩnh của tranzito. Hình 273 : Sơ đồ DC dùng FET có kênh đặt sẵn Việc chọn và đảm bảo chế độ tĩnh được tiến hành tương tự như tầng SC. Tải một chiều của tầng là RS còn tải xoay chiều là Rt~ = RS//Rt Đối với tầng DC thì điện áp tải trùng pha với điện áp vào Ut = Uv – UGS (2-175) Theo sơ đồ thay thế thì Ut lại là hàm số của UGS tác dụng lên đầu vào của tranzito 102
  11. Ut = SUGS (ri//rt~). hay Ut UGS = S(ri t~ (2-176) //R ) Hệ số khuếch đại điện áp của tầng tính theo 103
  12. . KU = = S(τ i //R t (2-177) Ut ~) . 1+ S τ ( ~ Uv //Ri t ) vì ri >> Rt~ nên Κ U SΡ t (2-178) ~ = 1+ Sht~ Hệ số khuếch đại Ku phụ thuộc vào độ hỗ đẫn S của tranzito và tải xoay chiều của tầng. Hệ số khuếch đại sẽ tiến tới 1 khi tăng S và Rt~. Vì vậy đối với tầng DC nên dùng tranzito có độ hỗ dẫn lớn. Để tìm được các tham số tương đương của sơ đồ thay thế, biến đổi công thức (2-177) sau khi thay vào nó S = µ/ ri và khai triển ta có : ri //Rr ~ = riR t~ + i rRt~ Và = µ.R t~ (2.179) ri + (1+ µ)R t~ K u Chia cả tử số là mẫu số vế phải của công thức (2-179) cho 1+µ và thay Ku = Ut/Uv, ta có µ U Rt Ut = v ~ (2-180) 1+ µ . ri (1+ µ)+ R t~ Dựa vào (2-180) ta vẽ được sơ đồ thay thế của tầng (h.2.73b). Ở mạch ra của sơ đồ thay thế có nguồn điện áp tương đương µ .U 1+ µ 104
  13. V với điện trở tương đương ri/(1 + µ). Mạch vào của sơ đồ thay thế (h.2.73b) gồm 3 phần tử giống nhau như sơ đồ thay thế SC. Dựa vào sơ đồ hình 2.73b xác định được điện trở ra của tầng DC. 1 ≈1 Rr = R s //1+ µ S (2-181) Điện trở ra của tầng DC nhỏ hơn tầng SC, và vào khoảng 100 ÷3000Ω. Vì điện áp giữa cực cửa và cực nguồn của tranzito trong sơ đồ lặp lại cực nguồn bằng hiệu Uv – Ur, nên dòng điện vào bản thân của tranzito sẽ nhỏ hơn trong sơ đồ SC, và độ không ổn định nhiệt độ của điện trở khoảng giữa cửa và nguồn nhỏ. Do đó cho phép ta dùng R1, RG lớn. Vì vậy tầng DC có điện trở vào Rv lớn (tới vài MΩ) hơn tầng SC. Điện dung vào của tầng DC sẽ nhỏ hơn của tầng SC. 105
  14. Đối với tầng lặp lại cực nguồn thì cần thiết phải tính đến thành phần dòng điện dùng vào mạch cửa - máng và cửa - nguồn của tranzito, cũng như thành phần dòng điện dung lắp ráp ở mạch vào của tầng. Vì điện áp cực máng không đổi, thành phần dòng điện dung CGD và C1 được xác định bằng điện áp vào Uv. Thành phần dòng điện điện dung CGS phụ thuộc vào điện áp. ŮGS = Ův – Ut =(1 – Ku)Ův Dòng vào tổng là Icv = jωUv[CGD + CGS( 1-Ku) + CL] từ đó Cv = CGD + CGS (1 – Ku) + CL (2-182) 106
  15. So sánh (2-182) với (2-173) thấy điện dung vào của tầng DC nhỏ hơn trong sơ đồ SC Từ (2-182) trong tầng DC nếu Ku ≈1 thì ảnh hưởng của điện dung CGS đến điện dung vào sẽ giảm. 107

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản