Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 4 - Lý Chí Thông

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

0
107
lượt xem
19
download

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 4 - Lý Chí Thông

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

Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 4: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT, trình bày các nội dung: định nghĩa, ảnh hưởng của điện trở nguồn đối với mạch khuếch đại, ảnh hưởng của điện trở tải, mục đích phân cực DC, các chế độ làm việc của mạch BJT trong mạch khuếch đại, phân tích mạch khuếch đại cực phát chung,... Đây là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Điện.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 4 - Lý Chí Thông

  1. 19-Feb-11 Chương 4 M CH KHU CH I TÍN HI U NH DÙNG BJT I. NH NGHĨA - Khu ch i là quá trình bi n i m t i lư ng (dòng i n ho c i n áp) t biên nh thành biên l n mà không làm thay i d ng c a nó. - Khi xét BJT ho t ng dư i i u ki n tín hi u nh (s thay i c a tín hi u vào nh ) thì có th xem BJT như m t b khu ch i ac. I,V I,V B ∆out ∆in KHU CH I 1 - l i là t s c a m t lư ng tín hi u (dòng i n ho c i n áp) thay i ngõ ra và ngõ vào. Ký hi u là Ai ho c AV. ∆I out i o (rms ) + l i dòng: Ai = = ∆I in i i (rms ) ∆Vout v o (rms ) + l i áp: Av = = ∆Vin v i (rms ) Pout + l i công su t: AP = = Av. A i Pin A > 1: b khu ch i tín hi u. A < 1: b suy gi m tín hi u. Nh c l i: + giá tr rms: tr hi u d ng ( tính cho tín hi u ac). + giá tr amp: tr biên (ho c nh – peak). (amp) (rms) = 2 2 1
  2. 19-Feb-11 i n tr ngõ vào c a m t b khu ch i là t ng tr tương ương t i các u ngõ vào c a nó. Vin v in R in = ( DC) rin = (ac) I in i in Công su t ngõ vào ac nh nghĩa tương t cho i n tr và công su t ngõ ra. 3 nh hư ng c a i n tr ngu n i v i m ch khu ch i A * Khu ch i áp - i n áp vào b K :  r  vin =  in .vs r +r   s in  ⇒ i n áp ra :  r  vout = Av .vin = Av . in .vs r +r   s in  ⇒ có l i áp là Av thì rin >>rs . 4 2
  3. 19-Feb-11 * Khu ch i dòng - Dòng ngõ vào b K :  r  i in =  s .is r +r   s in  ⇒ Dòng ngõ ra :  r  i out = Ai .i in = Ai . s .is r +r   s in  ⇒ có l i dòng là Ai thì rs >>rin . 5 nh hư ng c a i n tr t i - M t b khu ch i ac dùng cung c p áp, dòng ho c/và công su t cho m t t i ngõ ra. - T i có th là loa, anten, còi, ng cơ i n ho c b t kỳ 1 thi t b h u ích nào. - Khi phân tích m ch này, ta thay th b ng 1 i n tr t i RL.  r  Áp ra trên t i: v L =  L .v out ⇒ r +r  có áp rơi t i a trên t i  o L thì rL>>ro. Xét c nh hư ng c a ngu n thì l i áp t ngu n n t i: vL  r  r  = A V . in . L  r +r r +r  vs  s in   o L  6 3
  4. 19-Feb-11 M t cách tương t khi xét n b khu ch i dòng, ta có:  r  Dòng trên t i: i L =  o .i out r +r   o L ⇒ có áp rơi t i a trên t i thì ro>>rL. l i dòng t ng: iL  rs   ro  = A i .  r + r . r + r    is  s in   o L  truy n công su t c c i thì c n có s ph i h p tr kháng: - T ngu n tín hi u n b khu ch i: rs = r in. - T b khu ch i n t i: rout = rL. 7 M c ích phân c c DC Khi thi t k phân c c cho BJT ng th i cũng là ch n i m làm vi c cho BJT. Khi ó, d ng sóng ngõ ra s ph thu c vào giá tr i m phân c c và s thay i c a tín hi u ngõ vào. vo(t) = VB + A sin ωt 8 4
  5. 19-Feb-11 Tùy thu c vào giá tr c a VB mà i n áp ra s có nh ng thay i như sau: 9 T ghép -Tính ch t c a t là ngăn tín hi u DC, thông thư ng t s ư c dùng ngăn nh hư ng c a tín hi u DC i v i ngu n ho c t i. - Các t này ph i l n có t ng tr th t nh i v i tín hi u AC. - Các t này ư c g i là t ghép (coupling capacitor) ho c t ch n (blocking capacitor). 10 5
  6. 19-Feb-11 ư ng t i m t chi u và ư ng t i xoay chi u VCC RC RC RB RL Xét m ch khu ch i CE: - i n tr t i DC: RL = RC. - i n tr t i AC: rL = RL // RC. 11 - ư ng t i DC là t p h p t t c các i m làm vi c tĩnh Q(IC,VCE), khi chưa có tín hi u AC. - ư ng t i AC là t p h p t t c các i m (iC,vCE), bao g m c i m Q. - Phương trình ư ng t i AC: IQ, VQ = Q(IC,VCE) IO, VO:giá tr iC và vCE c a ư ng t i AC. 12 6
  7. 19-Feb-11 - ư ng t i AC có d c hơn ư ng t i DC. - Áp ngõ ra ư c quy t nh b i ư ng t i AC s nh hơn n u ư c quy t nh b i ư ng t i DC. - N u Q d ch trên ư ng t i DC thì ư ng t i AC s d ch song song. 13 II. CÁC CH LÀM VI C C A BJT TRONG M CH KHU CH I iC IBmax Ch A (L p A) C M Khi ch n i m Q n m iCmax • kho ng gi a o n MN Q trên ư ng t i xoay iCQ • chi u, ta nói ph n t K làm vi c ch A. iCmin N IBmin • c i m c a ch VCE này là: vCEQ D - Khu ch i trung th c, ít méo phi tuy n. - Dòng và áp tĩnh luôn khác không. Biên dòng và áp xoay chi u l y ra t i a ch b ng dòng và áp tĩnh. Do ó hi u su t th p (25%). 14 7
  8. 19-Feb-11 nh nghĩa hi u su t η: o b ng t s gi a công su t c a tín hi u xoay chi u ưa ra trên t i và t ng công su t t ng khu ch i tiêu th c a ngu n cung c p. Ch A thư ng dùng trong các t ng khu ch i tín hi u nh . Ch B (L p B) Khi ch n i m Q n m trùng v i D (ho c N) thì ph n t khu ch i làm vi c ch B lý tư ng (ho c th c t ). c i mc a ch này là: - Méo phi tuy n tr m tr ng. - Hi u su t cao. (ηBmax = 78.5%). - Thư ng dùng trong các t ng khu ch i công su t (t ng cu i c a các thi t b khu ch i). kh c ph c méo phi tuy n, òi h i m ch ph i có 2 v i x ng thay phiên làm vi c trong 2 n a chu kỳ (g i là m ch “ y kéo”). 15 Th c t , ngư i ta còn dùng ch AB (trung gian gi a ch A và B): i m Q ch n phía trên i m N và g n i m này. Lúc ó phát huy ư c ưu i m c a m i ch , gi m b t méo phi tuy n, nhưng hi u su t kém hơn ch B. Ch khóa hay ch óng ng t (l p D) BJT có th làm vi c ch óng ng t (Switch BJT). Tuỳ theo giá tr i n áp vào mà BJT có th làm vi c 2 tr ng thái i l p: -Tr ng thái khóa (t t): khi Q n m phía dư i i m N. - Tr ng thái d n b o hòa (m ): khi Q n m phía trên i m M (g n i m C). 16 8
  9. 19-Feb-11 III. SƠ TƯƠNG ƯƠNG C A BJT - M c ích c a vi c chuy n v sơ tương ương là làm cho m ch tính toán ơn gi n và d dàng hơn. - Khi s bi n thiên tín hi u vào nh t o s thay i v dòng và áp ngõ ra n m trong c tính gi i h n c a BJT, ta có th xem BJT là m t ph n t 4 c c tuy n tính: I1 I2 I1, V1(i1, v1): dòng và áp ngõ vào. V1 V2 I2, V2(i2, v2): dòng và áp ngõ ra. 17 Tham s xoay chi u c a BJT Tuỳ theo t ng sơ c th c a BJT (BC, EC hay CC) thì các i lư ng trên s là nh ng i n áp hay dòng i n trên các c c tương ng, ng th i tùy theo lo i BJT( NPN hay PNP) mà chúng có d u ho c chi u thích h p. Tuỳ theo vi c ch n bi n và hàm mô t m i quan h gi a các ngõ vào và ra c a BJT mà ta có các lo i tham s c trưng cho BJT. Bi n I1 , I2 V1,V2 I1,V2 V1,I2 v2,I2 V1,I1 Hàm V1,V2 I1,I2 V1,I2 I1,V2 V1,I1 V2,I2 Tham s y Tham s z Tham s h 18 9
  10. 19-Feb-11 B tham s h V1 = f(I1,V2)  ∂ V1 ∂ V1  dV 1 = ∂ I dI 1 + dV 2 v1 = h11i1 + h12 v2 ∂V2 I2 = f(I1,V2)   1  dI = ∂ I 2 dI + ∂I2 ⇒ i2 = h21i1 + h22 v2 dV 2   2 ∂I1 1 ∂V2 Ý nghĩa c a t ng tham s v1 Tr kháng vào c a BJT khi áp xoay chi u h 11 ( hi ) = i1 V2 = 0 ngõ ra b ng n m ch. i2 H s khu ch i dòng i n ( l i dòng) h 21 (hf ) = c a BJT khi áp xoay chi u ngõ ra b i1 V2 = 0 ng n m ch. i2 i n d n ra c a BJT khi dòng xoay chi u h 22 (ho ) = v2 I1 = 0 ngõ vào b h m ch. v1 H s truy n ngư c v i n áp (h i ti p h12 (hr ) = i n áp) c a BJT khi dòng xoay chi u19 v2 I1 = 0 ngõ vào b h m ch. - Vì v y, ph m ch t, tính năng c a BJT s th hi n giá tr các tham s hij c a chúng. - Các hij ư c g i là các tham s xoay chi u (ho c tham s vi phân) c a BJT. -V ơn v o: - h11(ho c hi): i n tr (Ω). Ω - h22(ho c ho): i n d n (mho ( ) ho c siemient). Ω - h12(ho c hr) và h21(ho c hf) ch là các h s nên không có th nguyên. Do ó, b tham s hij còn ư c g i là tham s h n h p (hybrid). - Tùy theo BJT m c theo ki u nào (BC, EC hay CC) mà các tham s có thêm ch s tương ng. 20 10
  11. 19-Feb-11 M ch tương ương c a BJT i1 i2 • • v1 = h11i1 + h12 v2 h11(hi) 1 i2 = h21i1 + h22 v2 v1 h21i1 v2 h 22 h12v2 • • - i n tr vào h11 (ho c hi). -Ngu n i n áp h12v2 (ho c hr vo): th hi n s h i ti p i n áp n i b c a BJT. Th c t h12 (hay hr) có giá tr r t bé(103 ÷104), vì v y i lư ng h12v2 có th b qua. - Ngu n dòng i n h21i1(ho c hfii): ph n ánh kh năng khu ch i dòng. - i n d n ra h22(ho c ho), th c t giá tr này r t bé, nên i n tr 21 ra s vô cùng l n và có th b qua. M ch tương ương ơn gi n hóa c a BJT (toán h c) i1(ii) i2(io) • • v1(vi) h11(hi) h21i1 (hf) v2(vo) • • M ch tương ương ơn gi n hóa c a BJT m c ki u CE iB(ii) iC(io) B C • hiE = (β+1)rE ≈ βrE • rE = VT/IE vBE(vi) hiE hfEiB vCE(vo) hfE = β 22 • • E 11
  12. 19-Feb-11 M ch tương ương c a BJT m c ki u CE (v t lý) β iB iB rB iC C B B’ • • iCEO • riE iE rE rCE • • • E - rE: i n tr c a vùng nghèo emitter i v i tín hi u xoay chi u. 26[mV] 26[mV] nhi t thư ng: rE = ≈ I E [mA] I C[mA] - rB: i n tr b n thân c a mi n base i v i dòng IB. i v i các BJT công su t nh rB = (100÷300)Ω. ÷ Ω - rC: i n tr c a vùng nghèo collector, có giá tr r t l n (hàng MΩ). Ω 23 M ch tương ương c a BJT m c ki u CE (v t lý) B iC C • • iB ICEO riE β iB rCE riE= rB+(β+1)rE β • • E M ch tương ương c a BJT m c ki u CE (v t lý) ơn gi n hơn iB iC B C • • Vì β >>1 và rB
  13. 19-Feb-11 IV. PHÂN TÍCH M CH KHU CH I C C PHÁT CHUNG 1.Phương pháp th Xét m ch khu ch i CE: - Dòng ngõ vào iB. - Dòng ngõ ra iC. - l i dòng: Ai = iC/iB= β Gi s VBE phân c c thu n 0.65V. Khi: vS = - 0.03V ÷ +0.03V thì VBE = -0.62V ÷ +0.68V 25 Xét trên c tuy n ngõ vào: VBE = - 0.62V ÷ + 0.68V IB = 20µA ÷ 40 µA µ Khi BJT d n VBE =0.65V: IB = 30µA µ Phương trình ư ng t i: IC. 3.103 + VCE = 18 ⇒ ư ng t i c t tr c IC, VCE trên c tuy n ra t i: IC = 6mA; VCE = 18V 26 13
  14. 19-Feb-11 Xét trên c tuy n ngõ ra: IB = 30µA ⇒ Q(3mA;9V) µ Phương trình ư ng t i: D a vào c tuy n: IB = 20µA ÷ 40µA µ µ ⇒IC = 2mA ÷ 4mA Vì iB bi n thiên theo hình sin nên iC cũng bi n thiên theo hình sin. 27 Vi t l i phương trình ư ng t i t ng quát: 1 V IC = − VCE + CC RC RC N u áp ngõ vào tăng: IB tăng ⇒ IC tăng ⇒ VCE gi m và ngư c l i. Do ó, áp ngõ ra và ngõ vào ngư c pha nhau. D a vào th , ta có th tính các thông s sau: vout ∆VCE (6 − 12)V Av = = = = −100 vin ∆VBE (0.68 − 0.62)V iout ∆IC (4mA) − (2mA) 20.10−3 Ai = = = = iin ∆IB (40µA) − (20µA) 20.10−6 28 14
  15. 19-Feb-11 i n tr ngõ vào c a b khu ch i: v in ∆VBE 0.06V rin = = = = 3000Ω i in ∆I B 20µA i n tr ngõ ra c a b khu ch i: v out ∆VCE 6V rin = = = = 3000Ω i out ∆I C 2mA 29 2. Phương pháp sơ tương ương Xét m ch khu ch i EC, v i ki u phân c c c nh và n nh c c phát VCC RC RB C2 vo M ch tương ương vi C1 RE B C β iB RB E RE 30 15
  16. 19-Feb-11 M ch tương ương B C β iB RB E RE vo l i i n áp: A v = vi v 0 = − β .i B . R C v i = β .i B .rE + ( β + 1). i B . R E vo βi B R C ⇒ Av = =− vi βi BrE + (β + 1)i B RE 31 RC Do β >> 1, nên: ⇒ A v = − rE + R E RC N u RE >> rE : ⇒ A v = − RE D u (-) cho th y vo và vi ngư c pha nhau. vi T ng tr vào: Zi = ii vi t: Z b = iB β i r + (β + 1)i B R E ⇒ Zb = B E ≈ β(rE + R E ) ≈ β R E iB Suy ra: Zi = RB // Zb 32 16
  17. 19-Feb-11 io l i dòng i n: Ai = ii vo io = − RC vi ii = Zi v o Zi Z ⇒ Ai = − . = − AV . i v i RC RC 33 vo T ng tr ra: Zo = io Khi ng n m ch ngõ vào: vi = 0 ⇒iB = 0 ⇒ βiB = 0 (h m ch) vo ⇒ Zo = = RC io 34 17
  18. 19-Feb-11 Trư ng h p m c thêm t phân dòng song song v i i n tr RE, ho c không có i n tr RE c c phát thì m ch tương ương v xoay chi u s không có i n tr RE. 35 M ch tương ương xoay chi u như sau: Tính toán tương t : 36 18

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản