ET.3230 Điện tử tương tự 1
Slide 1
Bài giảng: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ sử dụng transistor lưỡng cực
• Khái niệm sơ đồ tương đương
– Sơ đồ tương đương tham số hỗn hợp – Sơ đồ tương đương tham số dẫn nạp – Sơ đồ tương đương mô hình re – So sánh các loại sơ đồ tương đương
• Phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ sử dụng transistor
lưỡng cực – Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re – Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re – Phân tích bằng phương pháp đồ thị
• Sự phụ thuộc của chế độ làm việc xoay chiều vào chế độ
phân cực một chiều
• Tổng kết đặc điểm của các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ sử
dụng transistor lưỡng cực
Slide 2
Nội dung
4.1 Khái niệm sơ đồ tương đương và phân loại
• 4.1.1 Sơ đồ tương đương tham số hỗn
hợp
• 4.1.2 Sơ đồ tương đương tham số dẫn
nạp
Slide 3
• 4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re • 4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
– Sơ đồ tương đương BJT là 1 mạch điện tử miêu tả xấp xỉ hoạt động của thiết bị trong vùng làm việc đang xét
– Khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ được coi là
tuyến tính cho hầu hết các ứng dụng tuyến tính cho hầu hết các ứng dụng
Slide 4
4.1 Khái niệm sơ đồ tương đương và phân loại • Sơ đồ tương đương BJT:
4.1.1 Sơ đồ tương đương tham số hỗn hợp
iI
oI
oV
iV
=
+
Mạng 4 cực
I
=
+
h I 11 i h I 21
o
i
h V 12 o h V 22 o
V i
• Công thức mạng 4 cực
• Chỉ số e (hoặc b,c) cho các cấu trúc CE • Chỉ số e (hoặc b,c) cho các cấu trúc CE
Slide 5
(hoặc CB, CC)
4.1.1 Sơ đồ tương đương tham số hỗn hợp
• Bảng giá trị tham số tiêu biểu cho các cấu
Tham số
CE
CB
CC
1kΩ
20Ω
1kΩ
h11 (hi)
410−
410−
2,5x
3x
≈1
h12 (hr)
50
-0,98
-50
h21 (hf)
25µA/V
0,5µA/V
25µA/V
40kΩ
2MΩ
40kΩ
h22 (ho) 1/h22
Slide 6
hình CE, CB, CC
4.1.2 Sơ đồ tương đương tham số dẫn nạp
iI
oI
oV
iV
=
+
I
i
Mạng 4 cực
=
+
I
o
y V 11 i y V 21 i
y V 12 o y V 22 o
• Công thức mạng 4 cực
• Chỉ số e (hoặc b,c) cho các cấu trúc CE • Chỉ số e (hoặc b,c) cho các cấu trúc CE
Slide 7
(hoặc CB, CC)
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
• BJT được mô hình hóa bằng một diode và
như 1 diode
I I
– Đầu ra: nguồn dòng điều khiển được, với dòng Iβ= Iβ=
b
c
I
Iα=
điều khiển là dòng vào, mô tả quan hệ điều khiển là dòng vào, mô tả quan hệ hoặc
c
e
Slide 8
nguồn dòng điều khiển được – Đầu vào: tiếp giáp BE phân cực thuận làm việc
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
– Chung B giữa đầu
vào và đầu ra
er – Đầu vào: là điện trở xoay chiều của diode diode
=
r e
26 mV I
E
I
– Đầu ra: Nguồn dòng điều khiển bởi dòng Iα=
c
e
Slide 9
• Cấu hình CB
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
i
từ vài Ω tới 50 Ω thường khoảng M Ω
=
≈
A v
đồng pha
tương đối lớn oV V ,i
Z r= e oZ ≈ ∞ R α L r e
R L r e 1
α= − ≈ −
iA
Slide 10
• Cấu hình CB
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
– Chung E giữa đầu
vào và đầu ra
er – Đầu vào: là điện trở xoay chiều của diode diode
=
r e
26 mV I
E
I
– Đầu ra: Nguồn dòng điều khiển bởi dòng Iβ=
b
c
Slide 11
• Cấu hình CE
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
β
=
=
≈
Z
β
i
r e
V be I
b
b
I r b e I từ vài trăm Ω tới 6-7kΩ Z
o Z Z
từ 40kΩ tới 50kΩ ≈ ∞ ≈ ∞
r= o r= r= o
o
không được đưa vào không được đưa vào mô hình re
= −
oV V ngược pha ,i
A v
R L r e
=∞
r 0
i
r o
A A lớn
i
= A β =∞ Z Z trung bình; ,v ,i
o
Slide 12
• Cấu hình CE
4.1.3 Sơ đồ tương đương mô hình re
– Có thể áp dụng mô hình đã được định nghĩa
cho cấu hình CE
Slide 13
• Cấu hình CC
4.1.4 So sánh các loại sơ đồ tương đương
Mô hình H
Mô hình re
Có biến đổi theo điểm làm việc
Cố định. Không biến đổi theo điểm làm việc
Có xét đến tín hiệu hồi tiếp Có xét đến tín hiệu hồi tiếp
Bỏ qua tín hiệu hồi tiếp Bỏ qua tín hiệu hồi tiếp
Có xét đến điện trở ra
Bỏ qua điện trở ra
Slide 14
• So sánh sơ đồ tương đương H và re
4.2 Phân tích mạch KĐ tín hiệu nhỏ sử dụng BJT • 4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương
mô hình re
Slide 15
• 4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
4.2 Phân tích mạch KĐ tín hiệu nhỏ sử dụng BJT
– Không có giới hạn chính xác, phụ thuộc
tương quan giữa tín hiệu vào và tham số linh kiện
– Vùng làm việc được coi là tuyến tính
• Tín hiệu nhỏ:
– Pin>Pout
Slide 16
• Khuếch đại xoay chiều: • Khuếch đại xoay chiều:
Slide 17
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re • Cấu hình CE phân cực bằng dòng base cố định
• Cấu hình CE phân cực bằng dòng base cố định
Z
=
Z
≥
10
nếu
rβ
i
R B
e
R B
e
i Z
nếu
Z
=
r o
rβ R≥ 10 C
rβ≈ e R≈ C
o
o
R r C o
nếu nếu
r r o
R≥ R≥ 10 10 C
= − A = − A v
= −
A v
R r R r o C r e
=
nếu
CR R C r e oV V ngược pha ,i iA β≈
A i
+
+
R≥ , 10 C rβ ≥ 10
r o R B
e
β
R C
r e
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re
(
R r β B o R )( B
)
i
= −
A i
A v
r o Z R C
Slide 18
Slide 19
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re • Cấu hình CE phân cực bằng dòng emitter
≈
+
=
+
≈
β
β
β
β
r R + e E
R E
R E
R B
R B
r e
i
1 )
(
)
(
Z
o
R= C
= − = −
≈ − ≈ −
≈ − A ≈ − A v
A A v
A v
+
β
CR R C + r R e E
R E
r e
R R C R E
CR R β β C + ( β
)1
=
A i
+
+
β
R B
r e
R E
R β B ( + β
)1
Slide 20
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re • Cấu hình CE phân cực bằng dòng emitter R Z B
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re
Slide 21
• Cấu hình CE phân cực bằng bộ phân áp
'
R
Z
=
=
β
R R 1 2
• Cấu hình CE phân cực bằng bộ phân áp r e
i
β Z
nếu
Z
=
r o
R≥ 10 C
o
r e R≈ C
o
R r C o
nếu nếu
R≥ R≥ 10 10 C
r r o
= − A = − A v
= −
A v
'
=
≈
A i
nếu
R≥ 10 C
'
+
β
R C
r o
r e
β
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re
(
r e
R r R r o C r e R r ' β o )( R '
)
i
= −
A i
A v
nếu
CR R C r e oV V ngược pha ,i R β A i + R iA β≈
r o R≥ , 10 C rβ ≥ 10
+ Z R C
e
r o R B
Slide 22
r e
=
i
1
+
Z
≈
o
R C R β F R R C F
= −
A v
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re • Cấu hình CE hồi tiếp collector Z
R R C r e R β F + β
= A i
≈
nếu
A i
β ≫ R C
R F
R C
Slide 23
R F R F R C
=
• Cấu hình CB
R r E e
i
trở kháng vào tương đối nhỏ
Z
trở kháng ra lớn
o
R= C
α
= =
≈ ≈
A A v v
R C r r e
R C r r e
tương đối đối lớn oV V cùng pha ,i
α= − ≈ − 1
iA
Slide 24
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re Z
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re
Slide 25
• Cấu hình CC
Z
+
=
+
≈
≈
β
β
β
β
R B
r e
i
R E
R B
r R + e E
R B
R E
(
)
4.2.1 Phân tích theo sơ đồ tương đương mô hình re
Z
=
≈
trở kháng ra nhỏ
vì
o
R r E e
r e
R E
r≫ e
=
≈
1
A v
R E +
R E
r e
=> mạch lặp emitter, dùng để phối hợp trở kháng
≈ −
A i
+
R B
oV V cùng pha ,i R β B + r R ( β e E
)
Slide 26
• Cấu hình CC 1 ) ( trở kháng vào lớn
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
Slide 27
• Đặc tuyến vào ra của BJT mắc CE
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
Slide 28
• Đặc tuyến vào ra của BJT mắc EC
=
−
V
V
CC
CE
I R C C
– Đường tải tĩnh (chế độ 1 chiều) – Đường tải động (chế độ xoay chiều) Dốc hơn so với
đường tải tĩnh => ảnh hưởng đến điện áp ra
Slide 29
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị • Điểm làm việc Q • Đường tải: có 2 loại
,
,
• Vị trí điểm làm việc khi thay đổi
I R V B C
CC
Slide 30
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
∆
∆ I
V
∆
BE ∆ I
,B V ,CE
C
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
C
=
=
A i
CE
=
=
A v
=
=
Z
i
=
=
Z
o
∆ I ∆ I B ∆ V∆ V ∆ V BE ∆ V BE ∆ I B ∆ V CE ∆ I
i o i i v v o v i v i i i v o i o
C
Slide 31
• Tín hiệu vào: thay đổi • Tín hiệu ra: thay đổi
Slide 32
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp đồ thị
5.3 Sự phụ thuộc của chế độ xoay chiều vào chế độ phân cực 1 chiều • Ảnh hưởng của vị trí điểm Q đến tín hiệu
– Q gần vùng bão hòa, BJT dễ bị rơi vào vùng – Q gần vùng bão hòa, BJT dễ bị rơi vào vùng
bão hòa => cắt phần âm điện áp ra
– Tín hiệu vào quá lớn => cắt cả phần dương
và âm điện áp ra
Slide 33
xoay chiều ra – Q gần vùng cắt, BJT sẽ rơi vào vùng cắt ngay cả khi tín hiệu vào bé => cắt phần dương điện áp ra
CE
CB
CC
Trung bình
Nhỏ
Zi
Lớn
Trung bình
Trung bình
Zo
Nhỏ
1≈
Lớn
Lớn
Av
1≈ −
Lớn
Ai
Lớn
Đảo pha
Đồng pha
Đồng pha
Pha giữa tín hiệu vào và ra
Slide 34
5.4 Tổng kết đặc điểm của mạch KĐ tín hiệu nhỏ sử dụng BJT
Tóm tắt
• Các sơ đồ tương đương của BJT • Phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ
Slide 35
sử dụng BJT
Bài tập
• Đọc chương 5, 6 (transistor trường, phân cực cho transistor trường) trong tài liệu tham khảo [1]
– Chương 7: 6, 8, 10, 13 – Chương 7: 6, 8, 10, 13 – Chương 8: 1, 4, 7, 11, 14, 15, 16, 19
Slide 36
• Bài tập [1]:
