intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Mạch điện tử 2

Chia sẻ: TRẦN THỊ THANH HẰNG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST
Báo xấu
285
lượt xem 60
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mỗi mạch khuyếch đại đều có một khoảng tần số hoạt động nhất định gọi là băng thông(band width) hoạt động của hệ thống Ký hiệu: BW=[fH-FL] (Hz) Mạch khuyếch đại được đặc trưng bởi hàm số truyền hệ số khuếch đại,được gọi là Ai hay là Av Đáp tuyến băng thông của mạch khuyếch đại

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạch điện tử 2

  1. Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Khoa Công Nghệ Điện Tử Bài giảng T2 T1  + S2 C' Rg vL RL S1 vi C' L' ri L' ri - - Tp.HCM 08-2008
  2. Mục lục Chương 1: Đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại ghép RC ............................ 3 1.1 Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ................................................................ 3 1.2 Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ............................ 3 1.3 Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại BJT ghép RC ................... 6 1.4 Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại FET ghép RC ................ 11 Bài tập chương 1 ................................................................................................... 16 Chương 2: Đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC ............................ 19 2.1 Bộ khuếch đại transistor ở tần số cao .............................................................. 19 2.2 Phân tích mạch khuếch đại BJT ở tần số cao .................................................. 21 2.3 Phân tích mạch khuếch đại FET tần số cao .................................................... 26 2.4 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng BJT ........................................................... 29 2.5 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng FET ........................................................... 31 2.6 Tích số độ lợi khổ tần GBW ........................................................................... 32 Bài tập chương 2 ................................................................................................... 35 Chương 3: Mạch khuếch đại cộng hưởng ............................................................. 38 3.1 Mạch cộng hưởng đơn dùng BJT transistor .................................................... 38 3.2 Mạch cộng hưởng đơn dùng FET ................................................................... 43 3.3 Mạch khếch đại ghép biến áp dùng BJT thông dụng ...................................... 46 3.4 Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET ............................................... 47 3.5 Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET ghép 2 tầng ........................... 49 Bài tập chương 3 ................................................................................................... 51 Chương 4: Mạch lọc thụ động ............................................................................... 54 4.1 Mục đích ứng dụng ......................................................................................... 54 4.2 Phân loại mạch lọc .......................................................................................... 54 4.3 Lý thuyết cơ sở về mạch lọc ........................................................................... 55 4.4 Mạch lọc thụ động ........................................................................................... 55 Phần II: Thiết kế và mô phỏng ............................................................................. 59 Chương 5: Mạch khuếch đại công suất audio ....................................................... 73 5.1 Đặc điểm của mạch khuếch đại công suất ...................................................... 74 5.2 Mạch khuếch đại công suất ghép tải trực tiếp (lớp A) .................................... 74 5.3 Mạch khuếch đại công suất ghép tụ ra tải(lớp A) ........................................... 76 5.4 Mạch khuếch đại công suất ghép biến áp (lớp A) ........................................... 77 5.5 Khảo sát mạch khuếch đại công suất lớp B .................................................... 79 5.6 Các dạng mạch công suất lớp B ...................................................................... 82 Bài tập chương 5 ................................................................................................... 91
  3. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Chương 1 ĐÁP TUYẾN TẦN SỐ THẤP CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP RC 1.1. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại • Mỗi mạch khuếch đại đều có một khoảng tần số hoạt động nhất định, gọi là băng thông (Band width) hoạt động của hệ thống. Ký hiệu: BW = [fH – fL] (Hz) • Mạch khuếch đại được đặc trưng bởi hàm truyền hệ số khuếch đại, được gọi là Ai hay Av. • Đáp tuyến băng thông của mạch khuếch đại Ax ( dB ) Midband A Am 2 f(Hz) fL fH 1.2. Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại Các bước khảo sát: i. Bước 1: Vẽ mạch tương đương ở vùng tần số hoạt động ii. Bước 2: Thiết lập biểu thức của hàm truyền hệ số KĐ iii. Bước 3: Vẽ biểu đồ Bode cho tần số và pha Ví dụ: Cho mạch điện tương đương sau R1 Vo V1 + vi I1 R2 C ie Rc - 0 Vo i Rc i 1 Ta có A v = = − e × e = − Rc × 1 Vi ie vi R2 × jwC R1 + 1 R2 + jwC 1
  4. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại 1 (R 2 + ) (1 + jwCR 2 ) Rc jwC A v = − Rc × =− × (R + R 2 ) R 1 + R 2 1 + jwC(R 1 // R 2 ) R 1R 2 + 1 jwC (1 + jwCR 2 ) Rc Av = − × Vậy R 1 + R 2 1 + jwC ( R 1 // R 2 ) 1 1 w1 = w2 = Đặt , CR 2 C(R 1 // R 2 ) w (1 + j ) w1 Rc Av = − × => R 1 + R 2 (1 + j w ) w2 w2 1+ ( ) w1 Rc Av = × Vậy: (1) w2 R1 + R 2 1+ ( ) w2 w w θ = arctg( ) − arctg( ) (2) và w1 w2 • Vẽ biểu đồ Bode cho tần số tín hiệu Khai triển decibel ta được: Rc w w A v (dB) = 20 lg A v = 20 lg( ) + 20 lg 1 + ( ) 2 − 20 lg 1 + ( ) 2 (dB) R1 + R 2 w1 w2 Hay A v (dB) = A 0 + A1 + A 2 ⎧ ⎪ 0dB ( w = 0) w2 ⎪ Xấp xĩ gần đúng A1 = 20 lg 1 + ( ) ≈ ⎨ 3dB ( w = W1 ) w1 ⎪ w ⎪20 lg w ( w >> w 1 ) ⎩ 1 Biểu đồ Bode cho A1 2
  5. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại A1 ( dB ) 20 20dB/deca w(rad/s) w 10w Biểu đồ Bode cho các A0, A1, A2 Ax ( dB ) A1 A0 20 20dB/deca W2 10w2 w(rad/s) W1 10w1 A2 Biểu đồ Bode tổng của Av Av ( dB ) Mid-bank A 20dB/deca w(rad/s) W 1 W2 • Biểu đồ Bode cho pha tín hiệu w w Ta có θ = arctg( ) − arctg( ) w1 w2 Đặt θ = θ1 + θ2 ⎧ 0 o , ( w 10w 1 ) o ⎩ Biểu đồ Bode cho θ1, θ2 3
  6. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại θ 90o 45o w2 w(Rad/s) 10 w2 w2 10 10 w1 w1 w1 10 - 45o θ - 90o Biểu đồ Bode cho góc pha tổng θ θo w(rad/s) 10 w2 10 w1 w1 w2 10 10 1.3. Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại BJT ghép RC • Phương pháp khảo sát: Để đơn giản cho việc khảo sát ta tách ra 2 loại ghép RC riêng biệt Ghép tụ bypass cực E transistor (Emitter bypass capacitor). Khảo sát đáp tuyến tần số trên mạch này như các bước đã nêu trên Ghép tụ ngõ vào và ra (Coupling capacitor) Lưu ý: Do đặc điểm chức năng của mỗi loại tụ ghép trong mà nó quyết định sự ảnh hưởng đến hoạt động của mạch khuếch đại. Tụ Emitter quyết định tần số cắt dưới của mạch. Tụ coupling chỉ đóng vai trò là tụ lien lạc giữa ngõ vào và ra. Khi thiết kế mạch ta chọn các giá trị C coupling sao cho f L ( Bypassemit ter ) >> f L ( coupling ) • Ví dụ: khảo sát đáp tuyến tần số thấp của mạch khuếch đại sau 4
  7. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Vcc Beta = 100 hie = 1K Rc R1 Cc 1K 2k Cb i RL ri R2 Ce 100 Re 10k 2k 60 0 a. Đáp ứng của tụ Bypass Bỏ qua ảnh hưởng của các tụ Coupling bằng cách nối tắt chúng, xét mạch tương đương tín hiệu nhỏ như sau: hie i i Rc RL ii ri Rb Re βib Ce 1k ib 100 β 10k 1k 60 hie i Rc RL ri Rb Re βib Ce 1k 100 βib 10k 1k 60 ii hie iL ri//Rb ib Rc RL Re βib Ce 1k 100 ( ri // RB )ii 60 5
  8. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại ( ri // RB + hie ) iL β ie Rc RL Re ( ri // RB )ii Ce 1k 100 60 iL iL ie i (r // R b ) Ta có, A i = =× ×i i ii i e ii (ri // R b ) ii RC 1 =− × × (ri // R b ) 1 RC + RL Re × (R B // ri + h ie ) jωCe + 1 β Re + jωCe 1 Re + j ωC e R C (ri // R b ) =− × , với Ri Re RC + RL R iR e + + j ω C e j ωC e (R // r + h ie ) Ri = B i = 20Ω β 1 + jωCe R e R C (ri // R b ) =− × (R i + R e )[1 + jCe ω × ( R i // R e )] RC + RL 1 + j ωC e R e R C (ri // R b ) Hay, A i = − × (R C + R L )(R i + R e ) [1 + jC e ω × ( R i // R e )] ω 1+ j ω1 1K (10K // 1K ) =− × , Với (1K + 100)(20 + 60) 1 + j ω ω2 ⎧ 1 ⎪ω1 = R C = 33.3Rad / s ⎪ ee ⎨ 1 ⎪ω = = 133.23Rad / s ⎪ 2 (R e // R i )Ce ⎩ 6
  9. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại ω f 1+ j 1+ j ⎧ f = 5.3Hz ω1 f1 Vậy, A i = 10.33 × , hoặc A i = 10.33 × , với ⎨ 1 ω f ⎩ f 2 = 21.25Hz 1+ j 1+ j ω2 f2 2 2 ⎛ω⎞ ⎛ω ⎞ = 20 + 20 log 1 + ⎜ ⎟ + 20 log 1 + ⎜ ⎟ (dB) Ai ⎜ω ⎟ ⎜ω ⎟ dB ⎝ 1⎠ ⎝2 ⎠ Độ lợi trung tần (hệ số khuếch đại trung tần): Được định nghĩa là giá trị của hệ số khuếch đại tại tần số cắt dưới của mạch, hay A im = A i (f L ) . Biểu đồ Bode Ai ( dB ) Ai ( dB ) 32dB A1 20dB/decade 20 Mid-bank gain A0 20 20dB/decade w(rad/s) w2 10w2 w(Rad/s) 33.3 133.23 ωL w1 10w1 A2 Theo tính chất của biểu đồ Bode tần số cắt dưới của mạch ωL = 133.23Rad / s , hay f L = 21.25Hz Biểu đồ pha θ 90o 45o w2 w(Rad/s) 10 w2 w2 10 10 w1 w1 w1 10 - 45o θ - 90o Biểu đồ pha tổng hợp 7
  10. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại θ1 90o 45o 270 w(rad/s) 10 w2 w2 w1 10 w1 w1 w2 10 10 - 45o θ2 - 90o b. Đáp ứng của tụ coupling Bỏ qua ảnh hưởng của tụ Bypass bằng cách nối tắt nó, ta xét mạch tương đương tín hiệu nhỏ như hình dưới. Cb Ce iL ib βib Rc RL ii ri Rb hie 1k 100 10k 1k Dùng phép biến đổi tương đương Thevenin ta được Cb Ce ri ib iL 10k βib Rc RL Rb hie riii 1k 100 1k (error: nguồn áp, thiếu ký hiệu i0) i L i L β i b i b i 0 rii i Ta có, A i = = × ××× i i β i b i b i 0 riii i i RC RB 1 =− ×β× × × ri 1 1 R B + h ie r + RC + RL + + R b // h ie jωCC i jωCb β R C R b ri jω C C × jω C b =− × R b + h ie [1 + jω CC (R L + R C)]× [1 + jω C b (ri + R b // h ie)] 8
  11. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Để đơn giản ta chỉ cần xét các tần số cắt dưới: 1 1 ωL1 = , và ωL 2 = CC (R L + R C ) C b (ri + R b // h ie) Do mục đích thiết kế của ta là các tụ Coupling chỉ đóng vai trò tụ liên lạc giữa ngõ vào và ra. Nên để mạch hoạt động ổn định, tức các tần số cắt do tụ coupling sẽ không ảnh hưởng đến tần số cắt dưới của mạch (fL ứng với tụ Bypass), thì: ωL1 , ωL 2
  12. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại rds D i0 iL ri S G g m v gs Rg Vi Rs Rd Cs RL 1MEG 0 Mạch tương đương thevenin rds _ i0 D ri iL S G + g m rds vgs Rg Vi Rs Rd Cs RL 1MEG 0 Ta có, v gs = v g − vs , và dặt μ = g m rds rds _ _ i0 D iL S + + μvS μvi Rs Rd Cs RL 0 μvS μvi rds S_ _ i0 D +M iL + Rs Rd Cs RL 0 Dùng phép biến đổi tương đương Thevenin cho đoạn mạch MO 10
  13. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại μ v i_ i rds iL M + 0D (1 + μ ) Rs Cs Rd RL (1 + μ ) 0 μv vL Ri i Vậy, A v = =− L L × 0 × i μ vi vi vi i0 RR 1 =− L d × ×μ R d + R L r + R // R + (1 + μ )[R //( 1 )] j ωC S ds d L S 1 = −μ(R L // R d ) (1 + μ)R S rds + R L // R d + 1 + j ωR S C S μ 1 = ( R L // R d ) rds + R L // R d RS (1 + μ) + (1 + μ) 1 + jωR S C S r + R L // R d Đặt R i = ds (1 + μ) Ta có, 1 + jωR SCS μ μ 1 Av = = (R L // R d ) (R L // R d ) RS (1 + μ) R i + jωR S R i CS + R S (1 + μ) Ri + 1 + jωR S C S μ 1 + j ωR S C S μ R L // R d 1 + jωR SCS =− = (R L // R d ) R i + R S + jωR S R i CS (1 + μ) R i + R S 1 + jω R S R i C (1 + μ) Ri + RS S μ R L // R d 1 + jωR SCS Hay, A v = − (1 + μ) R i + R S 1 + jω(R i // R S )CS Viết gọn lại ta được: 11
  14. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại ⎧A vm = −g m (rds // R L // R d ) ⎪ ⎪ω1 = 1 ⎪ R S CS ⎨ s + ω1 A v = A vm , trong đó 1 ⎪ω = s + ω2 ⎪ 2 ( R // R )C ⎪ i S S ⎩ b. Đáp ứng của tụ ghép cực máng Mạch tương đương tín hiệu nhỏ như hình vẽ ri Cd + r Rd V Vi R + ds gs g RL VL gV m gs - - Hàm truyền của mạch: v L v L v gs Av = = × v i v gs v i ⎡ 1 ⎞⎤ ⎛ Rg gmR L × ⎢rds // R d // ⎜ R L + ⎟⎥ × Av = − ⎜ sC d ⎟⎦ R g + ri 1⎣ ⎝ ⎠ RL + sC d Rg ≈1 Vì R g rất lớn do đó R g + ri ⎧A vm = −g m (rds // R L // R d ) ⎪ s A v = A vm . Trong đó: ⎨ 1 ⎪ωL = C (R + r // R ) s + ωL ⎩ d L ds d c. Đáp ứng của tụ ghép cực cổng Mạch tương đương tín hiệu nhỏ như hình vẽ 12
  15. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Cd r i + + r Rd V Vi R RL VL ds gs g gV m gs - - Hàm truyền của mạch: v L v L v gs Av = = × v i v gs v i Rg A v = −g m (rds // R d // R L ) × 1 R g + ri + sC d ⎧A vm = −g m (rds // R L // R d ) ⎪ s A v = A vm . Trong đó: 1 ⎨ω = s + ωL C d (ri + R g ) ⎪ L ⎩ Giá trị R g thường rất lớn nên ωL rất nhỏ vì vậy Cd ảnh hưởng rất ít đến méo tần số thấp, méo chỉ ảnh hưởng do Cs gây ra. 13
  16. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Bài tập chương 1 1.1 Cho mạch như hình: IL Rb Ce Ii RL Re 4K 1K 5uF 100 Cho biết h ie = 1KΩ; h fe = 50. a. Vẽ mạch tương tín hiệu nhỏ tần số thấp i L (s) Tìm hàm truyền A i = b. i i (s) c. Vẽ biểu đồ Bode cho biên độ và pha 1.2 Vẽ biểu đồ Bode cho biên độ và pha của hàm truyền: ⎡ (s + 10 )(s + 300 )(s + 400 )⎤ A = 10 4 ⎢ ⎥ ⎣ (s + 2 )(s + 12 )(s + 2000) ⎦ 1.3 Cho mạch như hình: VCC IL 10K 10K 1K Ii 10uF 4K Cho biết h ie = 1KΩ; h fe = 100. i L (s) a. Tìm hàm truyền A i = i i (s) b. Vẽ biểu đồ Bode cho biên độ và pha 1.4 Cho mạch như hình: 14
  17. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại Vcc=10V 5K Cc 1K + 1K Vi 5K 1K Ve - Biết h fe = 100 . a. Tính toán phân cực cho mạch (I CQ , VCE ) b. Vẽ mạch tương tín hiệu nhỏ tần số thấp i L (s) c. Tìm hàm truyền A i = i i (s) d. Xác định Cc để tần số cắt thấp 3dB là 5Hz. 1.5 Cho mạch như hình: Vcc (12V) Rc R1 Cc 1K 47K Cb i RL ri Ce 1K Re 10K 100uF 180 0 Biết gm= 5.10-3, Cgs= 20pF, Cgd = 0.5pF, rds=17KΩ a. Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp của mạch điện trên iL b. Tính A i = ii c. Vẽ biểu đồ Bode và pha cho đáp ứng miền tần số thấp của mạch 15
  18. Chương 1: Đáp ứng tần số thấp mạch khuếch đại 1.6 Cho mạch như hình: Vdd 5K 5K Q2 FET N Vi + 100K 250 V L 250 100uF 100K - Biết rds = 5KΩ; g m = 5.10 −3 Ω -1 VL Tìm A v = a. Vi VL nếu tụ Bypass ở cực nguồn nối song song cả hai điện trở 250 Ω Tìm A v = b. Vi 16
  19. Chương 2: Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Chương 2 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CAO CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP RC 2.1 Bộ khuếch đại transistor ở tần số cao Ở tần số thấp mạch khuếch đại có đáp ứng phụ thuộc tụ ghép và bypass. Ở tần số cao đáp ứng tần số đáp ứng tần số bị giới hạn do các điện dung bên trong của BJT, FET 2.1.1 Mạch tương đương hình PI của BJT Trong đó: • rbb’: điện trở tỷ lệ trực tiếp với độ rộng base rbb’ ≈ 10 ÷ 50Ω 0.025h fe • rb 'e : điện trở mối nối rb 'e = (T= 300 ο K ) I EQ 1 1 • >> R L :trở kháng ra h oe h oe 0.025h fe • h ie = rbb ' + rb 'e = rbb ' + (T= 300 ο K ) I EQ Tần số cắt(cut off frequency) ic Tần số cắt β là tần số cắt 3dB của độ lợi dòng ngắn mạch ngõ ra ii v CE = 0 17
  20. Chương 2: Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại 1 1 fβ = = 2πrb 'e (C b 'e + C b 'c ) 2πrb 'e C b 'e Giới hạn tần số cao f T : là tần số mà tại đó độ lợi dòng mạch CE bằng 1 f T = f β h fe − 1 ≈ f β h fe 2 Mô hình CB ở tần số cao Tần số cắt α: là tần số cắt 3dB của độ lợi dòng ngắn mạch ngỏ ra và f α = h fefβ i sc h fb Ai = ≈ 1 + jω / h fe ωβ ii v cb = 0 Mô hình trên không tồn tại tại f T và tần số cắt có thể xác định bằng: f α = (1 + λ )f T ≈ (1 + λ )h fe f β , λ = 0.2 to 1; giá trị tiêu biểu là 0.4 Mô hình PI với nguồn áp: Trong đó: I h fe 1 ≈ EQ = 40I EQ (T= 300 ο K ), g m = gm = h ib rb 'e 0.025 Tóm tắt các phần tử mạch tương đương PI: • rbb’ ≈ 10 ÷ 50Ω 0.025h fe • rb 'e = I EQ I h fe • gm = ≈ EQ = 40I EQ rb 'e 0.025 18
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2