BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện

MẠCH KHUẾCH Chương 7 :7 : MẠCH KHUẾCH Chương ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ

7.1. CÁC CHỈ TIÊU MẠCH KHUẾCH ĐẠI

Ii Io RS VO

VS

RL + Vi - ANL.Vi + -

~

Zo Zi

Độ lợi công suất

ViVo

RS ZO VO

RL ANL.Vi VS

~

2

+ - + Vi - Zi

7.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG BJT 7.2.1. Mạng hai cửa theo tham số H

3

7.2.1. Mạng hai cửa theo tham số H

hi

hfIi

4

1/ho hrVo

7.2.2. Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC và CB Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC

hie

hfeIb

hreVce 1/hoe CECE

5

CCCC

Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC

hie

hfeIb

hreVce

1/hoe

6

Đặt

7.2.2. Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC và CB

Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC

hie

hfeIb

hreVce

hoe

7

7.2.2. Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC và CB

Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC

hie

hfeIb

hreVce

hoe

8

7.2.2. Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC và CB

Mô hình tương đương của BJT cho mạch CE, CC

hie

hfeIb

hreVce

hoe

9

Tóm lại với CC và CE

hie

hfeIb

hrevce

1/hoe

CCCC

CECE

Gần đúng

IC

B C

hie

I b

hfeIb

E

hhieie= = ββrree hhrere= 0= 0 hhfefe = = ββ hhoeoe = 0= 0 rree= = 26mV/I

26mV/IEQEQ  26mV/ I

26mV/ ICQCQ

10

Mô hình tương đương của BJT cho mạch CB

hib

C E

hfbIe

hrbvcb

1/hob

B

Gần đúng

IC

C

E

Ie

hib

hfbIe

11

B

7.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG BJT 7.3.1. Mạch CE a. Không tải

Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ

TụTụ  ngắnngắn mạchmạch VccVcc  massmass tương BJT BJT  mômô hìnhhình tương

   đương đương

BJTBJT

CC BB

hhfefeiibb hhieie

12

EE

7.3.1. Mạch CE a. Không tải

BJTBJT

CC BB

hhfefeiibb hhieie

13

EE

7.3.1. Mạch CE a. Không tải

I

( DCLL

)

C

V CC R

V CE R

C

C

p

p

)

max

swing

(

(

p

p

))

2

x

min(

V

,

I

xR

)

V o

(max

v ce

CEQ

CQ

AC

V

i

I

(

R

R

)

C

CQ

AC

C

CEQ R

v CE R

AC

AC

14

7.3.1. Mạch CE b. Có tải RL

RL

15

RL

7.3.1. Mạch CE b. Có tải RL

(

R

//

R

R

C

) ihR fe

b

C

L







A V

V o V

L . i

i

// r e

b

hie V o

R L

i







A V

A V

Z R

V i

i o i i

L

Z

16

i

RL

7.3.1. Mạch CE

b. Có tải RL

I

( DCLL

)

C

V CC R

V CE R

C

C

p

p

)

max

swing

(

(

p

p

))

2

x

min(

V

,

I

xR

)

V o

(max

v ce

CEQ

CQ

AC

V

i

I

(

R

R

//

R

)

C

CQ

AC

C

L

CEQ R

v CE R

AC

AC

17

RL

7.3.2. Mạch CC

BB BJTBJT CC

hhfefeiibb hhieie

18

EE

7.3.2. Mạch CC

BB BJTBJT CC

hhfefeiibb hhieie

19

EE

7.3.3. Mạch CB

BJTBJT CC EE

hhfbfbiiee hhibib

20

BB

7.3.3. Mạch CB

BJTBJT CC EE

hhfbfbiiee hhibib

21

BB

Tóm tắt Tóm tắt

Zi

Zo

Av

Ai

Pha

>1

>1

Ngược pha

CE

Nhỏ

1

>1

Cùng pha

CC

Nhỏ

>1

1

Cùng pha

CB

22

7.4MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU DÙNG FET

Id

gmVgs rd

23

Vgs

MOSFET Mô hình tương đương cho JFET và D--MOSFET Mô hình tương đương cho JFET và D

I d gmVgs

24

r d Vgs

MOSFET Mô hình tương đương cho JFET và D--MOSFET Mô hình tương đương cho JFET và D

I d gmVgs

25

r d Vgs

Tóm lại

I d gmVgs

r d Vgs

26

rd>>

MOSFET Mô hình tương đương cho E--MOSFET Mô hình tương đương cho E

I d gmVgs

r d Vgs

27

rd>>

CácCác chỉchỉ tiêutiêu củacủa mạchmạch khuếch

khuếch đạiđại dùngdùng FETFET

Ii Io RS VO

VS RL

~

ANL.Vi + - + Vi -

28

Zo Zi

MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG JFET

29

7.4.1. Mạch CS

30

7.4.1. Mạch CS

31

7.4.2. Mạch CD

32

7.4.2. Mạch CD

33

7.4.3. Mạch CG

34

7.4.3. Mạch CG

35

Tóm tắt Tóm tắt

Zi

Zo

Pha

Av

CS

>1

Ngược pha

CD

Nhỏ

1

Cùng pha

CG

Nhỏ

>1

Cùng pha

36

7.5 Đáp ứng tần số Xét ảnh hưởng của tần số

Xc

1 fC 2

 f nhỏ:

Xc tăng -> các tụ hở mạch và không sinh ra điện dung ký sinh.  f lớn:

Xc giảm ->các tụ ngắn mạch và sinh ra điện dung ký sinh.

37

Xét ảnh hưởng của tần số

Đáp ứng tần số là là giản đồ Bode mô tả sự phụ thuộc của hàm truyền AvAi của bộ khuếch đại... BW=fH-fL

38

Xét ảnh hưởng của tần số

 Công suất tín hiệu tại vùng tần số trung bình:

2

2 V O

P Omid

R

O

VA Vmid i R O

 công suất tín hiệu tại vùng tần số cắt:

2

A

Vmid

2

2 V O

2

  

 V  i 

5.0

P , LOH

R O

R O

VA Vmid i R O

39

7.5.1. Mạch lọc thông cao và thông thấp 7.5.1.1 Mạch lọc thông cao

 Định nghĩa:

Là mạch lọc lấy tín hiệu ở vùng tần số cao.  Hệ số khuếch đại:

A V

1 1

R jX

R

1

j

V O V i

C

Xc

2

fRC

1 fC 2

1

A V

1

1

j

f

Từ:

1 

1 RC 2

f f

40

=> Đặt:

7.5.1.1 Mạch lọc thông cao

1

AV

1

j

f 1 f

1

AV

2

Biên độ của AV:

f

1

1

f

  

  



Pha:

f arctg 1 f

AV tính theo dB:

2

1

A

20

log



10

log

V

10

10

(

dB

)

2

f 1 f

  

  

f

 1   

   

1

1

f

  

  

41

Giản đồ Bode và đáp ứng pha của mạch lọc thông cao

2

1

1

A

20

log



10

log

1

V

10

10

(

dB

)

2



arctg

f f

  

  

f

   

   

1

1

f 1 f

f

  

  

 Khi f=f1:

3

dB

AV

045

 Khi f>>f1: (Vd: f = 10f1)

00

0

dB

AV

 Khi f<

20

log

AV

10

f 1 f

20

dB

090

AV

42

7.5.1.2 Mạch lọc thông thấp

 Định nghĩa:

Là mạch lọc lấy tín hiệu ở vùng tần số thấp.  Hệ số khuếch đại:

Xc

A V

1 fC 2

 R 

jXc jX

1 2

1

j

fRC

V O V i

C

1

A V

Từ:

f

2 

1

j

1 RC 2

f f

2

43

=> Đặt:

1

7.5.1.2 Mạch lọc thông thấp

AV

1

j

f f

2

1

AV

2

f

Biên độ của AV:

1

f

2

  

  

Pha:



arctg

f 2f

AV tính theo dB:

2

1

A

20

log



10

log

V

10

10

(

dB

)

2

f f

2

  

  

f

  1  

   

1

f

2

  

  

44

2

1



log

log

10

20

A

10

10

V

dB

)

(



arctg

2

f f

2

  

  

f

  1  

   

Giản đồ Bode và đáp ứng pha của mạch lọc thông thấp f 2f

1

f

2

  

  

 Khi f=f2:

3

dB

AV

045

 Khi f>>f2: (Vd: f = 10f2)

090

20

dB

AV

 Khi f<

20

log

AV

10

f 1 f

0

dB

00

AV

45

7.5.2. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số trung bình

Sơ đồ tương dương tín hiệu nhỏ

Vi

VO

Zin

Io

VS

Zi

Zo

VS

R

)

L

Av

x



x

S

V 0 V

V i V

( Rhfe // C hie

Z i 

Z

R

S

V 0 V i

S

i

S

46

Zi = Rb1//Rb2//hie; Zo = RC

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp

Vcc

Rb1

Rc

C2

Vout

Rs

C1

Rl

Rb2

Re

Ce

VS Vin

47

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Ảnh hưởng của tụ CS:

 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh hưởng của các tụ còn lại.

)

(

//

ef

Av

x



x

Smid

V 0 V S

V 0 V i

V i V S

RRh L C h ie

Z i  RZ S

i

)

(

//

fe

x



x

Av S

V 0 V S

V 0 V i

V i V S

RRh C L h ie

Z i  RZ  S

i

jXc S

S

Av Av

Z

Z i  R

R 

S jXc

Smid

i

S

S

f

f

LC

1

S

1 

 (2

Z

i

) CR S

S

48

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CS:

fLCs

S

fLCs

Av Av

Smid

( dB

)

Nhận xét: điện áp ngõ vào mạch khuếch đại giảm đi 70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng giảm đi 3dB.

49

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Ảnh hưởng của tụ CC:  Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh hưởng của các tụ còn lại.

S

Av Av

Z

Z 

0 R

R 

L jXc

Smid

o

L

C

f

f

LC

1

C

1 

 (2

Z

0

) CR L

C

50

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CC:

fLCc

Av S Av

Smid

(dB )

S

fLCs

Av Av

Smid

( dB

)

Nhận xét: điện áp ngõ vào mạch khuếch đại giảm đi 70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng giảm đi 3dB.

51

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Ảnh hưởng của tụ CE:

 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh hưởng

của các tụ còn lại.

S

Av Av

R

R 

e jXc

Smid

e

E

f

f

LC

1 

E

2

1 CR e

E

//

R

h ie

S

R

R

//

e

E

  1

R 

BB h

fe

   

   

52

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CE:

fLce

Av S Av

Smid

(dB )

S

fLCs

Av Av

Smid

( dB

)

Nhận xét: điện áp ngõ vào mạch khuếch đại giảm đi 70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng giảm đi 3dB.

53

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Giản đồ Bode ( đáp ứng tần số) ảnh hưởng của 3 tụ ở tần số thấp

fL=max[fLCS;fLCC;fLCE]

54

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Mạch khuếch đại dùng FET Xét mạch sau

55

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Mạch khuếch đại dùng FET

56

7.5.3. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số thấp Mạch khuếch đại dùng FET

fL=max[fLS;fLC;fLE]

57

7.5.4. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số cao

Dùng BJT

Vcc

Rb1

Rc

C2

Vout

Rs

C1

Rl

Rb2

Re

Ce

VS Vin

58

7.5.4. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số cao Dùng BJT Mô hình hybrid – π của BJT

59

7.5.4. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần số cao C

1( 

) CA V

bc

Mi

Dùng BJT

C

C

C

C

o

Wo

ce

Mo

C

C

C

C

i

Wi

be

Mi

C

1

C

Mo

bc

1 A

V

  

  

Trong đó:  CWi, CWo: điện dung của dây dẫn ngõ vào và ngõ ra của mạch khuếch

đại, thường các điện dung này rất bé có thể bỏ qua.

 CMi và CMo :điện dung do ảnh hưởng của hiệu ứng Miller ở ngõ vào và

ngõ ra

60

Ảnh hưởng của tụ Ci:

 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh hưởng của các

tụ còn lại.

)

(

//

ef

Av

x



x

Smid

V 0 V S

V 0 V i

V i V S

RRh L C h ie

Z i  RZ S

i

)

(

//

fe

x



x

Av S

V 0 V S

V 0 V i

V i V S

RRh C L h ie

 //  Z jX i  //  ZR  S i

 Ci i jXc

i

f

f

Hi

2

 Z

R

Z

S

i

Ci

S

i

1 //

(2 

Z

i

) CR S

i

1 CR 2  i

i

x

Av Av

 Z

i

Smid

i

R

S

jX   Z

Z Ci jX jX 

Z Ci jX

i

Ci

Z

R

Z

jX

Ci

S

i

Ci

x

i 

 Z

jX

Z

ZR S

i

 jX jXR S

Ci

i

i

Ci

jX

Ci

 RR S 

R

R

S

61

LPF

Tần số cắt cao:

Tần số cắt cao ngõ vào:

f

Hi

2

1 CR i

i

C

C

C

C

i

Wi

be

Mi

C

1( 

Mi

) CA V

bc

// RZ i S

R i

Tần số cắt cao ngõ ra:

f

Ho

 2

1 CR o

0

C

C

C

C

o

Wo

ce

Mo

C

1

C

//0 LRZRo

Mo

bc

1 A

V

  

  

62

fH=min[fHi; fHo]

BW = fH - fL

63

Dùng FET xét mạch sau

64

Sơ đồ mạch tương đương ở tần số cao

65

Dùng FET Áp dụng thevenin ta có

fH=min[fHi; fHo]

66