Chương 5: Mạch Transistor ghép liên tầng

Chia sẻ: Doanvan Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

603
lượt xem 161
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giới thiệu: Yêu cầu thiết kế: Độ lợi (gain), công suất ra, đáp ứng tần số,...- sử dụng nhiều hơn một TST. Mạch khuếch đại DC: Ghép trực tiếp (direct coupling); Mạch khuếch đại AC: Ghép điện dung (capacitive coupling)

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 5: Mạch Transistor ghép liên tầng

0ҥFKÿLӋQWӱ Chöông 5: MAÏCH TRANSISTOR GHEÙP LIEÂN TAÀNG 5.1 Giôùi thieäu 5.2 Gheùp Cascade caùc maïch khueách ñaïi 5.3 Maïch khueách ñaïi vi sai (difference amplifier) 5.4 Caáu hình Darlington 5.5 Maïch khueách ñaïi gheùp Cascode Chöông 5 1 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ 5.1 Giôùi thieäu Yeâu caàu thieát keá: Ñoä lôïi (gain), coâng suaát ra, ñaùp öùng taàn soá, … Söû duïng nhieàu hôn moät TST. x Maïch khueách ñaïi DC: Gheùp tröïc tieáp (direct coupling) x Maïch khueách ñaïi AC: Gheùp ñieän dung (capacitive coupling) 5.2 Gheùp Cascade caùc maïch khueách ñaïi Gheùp Cascade: x Ngoõ ra cuûa taàng 1 laø ngoõ vaøo cuûa taàng 2, … x Maïch coù theå goàm nhieàu caáu hình gheùp cascade (vd: CE-CC, CE-CE, …) Phaân tích: x Xaùc ñònh tónh ñieåm x Phaân tích maïch töông ñöông tín hieäu nhoû Xeùt maïch gheùp AC (ac-coupling) sau: x Phaân tích DC, xaùc ñònh tónh ñieåm: Hai taàng ñoäc laäp (do gheùp AC): Chöông 2, 3. x Phaân tích AC (tín hieäu nhoû): Maïch töông ñöông: Chöông 4 Chöông 5 2 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ ' iL i L ib 2 ib1 § h fe 2 RC 2 ·§¨ h fe1 Rb 2 ·¸§ Rb' 1 · Ñoä lôïi doøng: Ai ¨¨ ¸¸ ¨ ¸ ¨ ' ¸ ¨ ' ¸ ii ib 2 ib1 ii © RC 2 R L ¹© Rb 2 hie 2 ¹© Rb1 hie1 ¹ Giaû söû: hie1
0ҥFKÿLӋQWӱ V BB V BEQ Taàng 1: Rb1 = R1 // R2 = 9.09K; VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V I CQ1 | 1.3mA Re1 Rb1 / h fe1 VT V x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: hie1 h fe1 | 1920: ; hie 2 h fe 2 T | 260: I CQ1 I CQ 2 x Ñoä lôïi aùp: vL v L v b 2 i b1 ª 50 K º ª1 (1 // 9) º Av « 50 K h » > 100 u 1K // 100 K //( h ie 2 50 K )
@ u «1K (1 // 9) 1.9 » | -32 vi v b 2 ib1 v i ¬ ie 2 ¼ ¬ ¼ x Bieân ñoä dao ñoäng cöïc ñaïi ñieän aùp ngoõ ra: MaxSwing = min(MaxSwing2 , Av2 u MaxSwing1) vôùi Av2 : Ñoä lôïi ñieän aùp taàng 2. Chöông 5 4 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ 9 Taàng 2: RDC1 = 1K; Rac1 = 1K // 1K = 0.5K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 2 MaxSwing2 = 5V 9 Taàng 1: Taàng 2 maéc CC: Zin2 = Rb2 // [hie2 + (hfe2 + 1)(Re2//RL) | 33K RDC1 = 1K + 1K = 2K; Rac1 = 1K // 33K | 0.97K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 1 MaxSwing1 = 2.6V Z in 2 ( h fe 2 1)( Re 2 // R L ) Taàng 2 maéc CC: Av2 = | 1 vôùi Zout1 = RC1 = 1K Z in 2 Z out1 ( h fe 2 1)( Re 2 // R L ) hie 2 9 Suy ra: MaxSwing = 2.6V Chöông 5 5 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 2: Cho maïch khueách ñaïi gheùp tröïc tieáp sau. Xaùc ñònh tónh ñieåm, ñoä lôïi aùp, maxswing ngoõ ra x Xaùc ñònh tónh ñieåm: Ñeå ñôn giaûn, xem IB = 0 trong caùc tính toaùn tónh ñieåm. VBE1 = 0.7V I3 = 0.7/600 = 1.17 mA IC2 = IE2 = I3 = 1.17 mA VCE2 = 9 – (1.17mA)(1.3K + 1.8K + 0.6K) = 4.7V VE2 = (1.17mA)(1.8K + 0.6K) = 2.8V VC1 = VB2 = VBE + VE2 = 0.7 + 2.8 = 3.5V = VCE1 IC1 = (9 – 3.5)/2.2K = 2.5 mA x Xaùc ñònh MaxSwing: Vì taàng 2 maéc CE (Av thöôøng >> 1) MaxSwing = MaxSwing2. Xeùt taàng 2: RDC = 1.3K + 1.8K + 0.6K = 3.7K Rac = 1.3K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 2 MaxSwing = MaxSwing2 = 1.5V Chöông 5 6 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ VT VT x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: hie1 h fe1 | 1K ; hie 2 h fe 2 | 2.14 K I CQ1 I CQ 2 > 100 u 1.3K @« 100 u 2.2 » « 1 (0.6 // 0.8) º vL v L ib 2 ib1 ª ºª Suy ra: Av » vi ib 2 ib1 v i ¬ 2.2 hie 2 ¼ ¬ 0.2 K (0.6 // 1.8 // hie1 ) K (0.6 // 0.8) 1¼ Av = 4000 (| 72dB) Oån ñònh phaân cöïc: Maïch khueách ñaïi AC: Caùc taàng ñoäc laäp DC: Chöông 3 Maïch khueách ñaïi DC: Big problem !!! Ví duï 3: Xaùc ñònh thay ñoåi cuûa doøng tónh gaây ra do aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân VBE trong ví duï 2. x Hoài tieáp: x Xaùc ñònh ñoä oån ñònh: 'IC1 /'T vaø 'IC2 /'T: VB2 = 9V – 2.2K(IC1 + IB2) = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2) VE2 = VB2 – VBE2 = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2) – VBE2 Maët khaùc: VE2 = 1.8KuIE2 + VBE1 | 1.8KuIC2 + VBE1 IC2(1.8K + 2.2K / hfe2) = 9 – 2.2KuIC1 – VBE1 – VBE2 Taïi B1: IC2 | IE2 = IB1 + VBE1 / 0.6K | IC1 / hfe1 + VBE1 / 0.6K Chöông 5 7 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ IC1(2.2K + 1.8K / hfe1 + 2.2K / (hfe1hfe2)) = 9 - VBE1(1 + 1.8K / 0.6K + 2.2K / (hfe20.6K)) - VBE2 9 4V BE1 V BE 2 IC1 | 2.2 K 0 'I C1 5 u 2.5mV / 0 C Khi nhieät ñoä thay ñoåi: 'VBE / 'T = -k = -2.5 mV/ C = 5.7 PA/0C 'T 2.2 K 'I C 2 1 'I C1 1 'V BE1 2.5mV / 0 C Taïi B1:IC2 = IC1 / hfe1 + VBE1 / 0.6K | = -4.2 PA/0C 'T h fe1 'T 0.6 K 'T 0.6 K 5.3 Maïch khueách ñaïi vi sai (difference amplifier) Söû duïng: Phaân tích: Giaû söû maïch ñoái xöùng, caùc TST gioáng nhau, maïch cöïc B gioáng nhau Chöông 5 8 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tónh ñieåm: VE1 = VE2 = (IE1 + IE2)Re – VEE = 2IE1Re – VEE = 2IE2Re – VEE Do tính ñoái xöùng, taùch thaønh 2 maïch (Re o 2Re): V EE 0.7 IEQ1 = IEQ2 = 2 Re Rb / h fe VCEQ1 = VCEQ2 = VCC + VEE – ICQ(Rc + 2Re) Ví duï 4: Trong maïch treân, cho VCC = VEE = 10V; Rb = 0.2K; Re = 0.9K; Rc = 0.2K; RL = 10:. Tính dao ñoäng cöïc ñaïi doøng taûi. Xem 2Re >> Rb / hfe Theo phaân tích tónh ñieåm: ICQ = (10 – 0.7) / (2u0.9) = 5.17 mA VCEQ = 10 + 10 – 5.17(0.2 + 2u0.9) = 9.66V DCLL: RDC = Rc + 2Re = 2K ACLL: Rac = Rc // RL | 10: (???) Döïa vaøo ñoà thò: IC2max = 5.17 mA ILmax | 5.17 mA Chöông 5 9 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tín hieäu nhoû: Phaûn aùnh maïch cöïc B (nguoàn i1 vaø i2) veà cöïc E: Ñaët i0 = (i1 + i2)/2 vaø 'i = i2 – i1 i1 = i0 – ('i/2) vaø i2 = i0 + ('i/2) Duøng phöông phaùp choàng traäp cho maïch töông ñöông tín hieäu nhoû, taùch thaønh 2 mode: x Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0 Do ñoái xöùng: ie1c = ie2c iRe = 2ie1c = 2ie2c ve = (2Re)ie2c Taùch ñoâi: Re o 2Re Rb i 0 ie2c = 2 Re hib Rb / h fe Chöông 5 http://www.khvt.com 10
0ҥFKÿLӋQWӱ x Mode vi sai (differential mode): i2 = - i1 = 'i/2 ie1d = - ie2d iRe = 0 ve = 0. Rb 'i Ngaén maïch Re ie2d = 2( hib Rb / h fe ) x Choàng traäp (superposition): Rb Rb ie2 = ie2c + ie2d = i0 'i 2 Re hib Rb / h fe 2( hib Rb / h fe ) Rc iL = iie 2 = Aci0 + Adid Rc R L Rc Rb trong ñoù: Ac = : Ñoä lôïi doøng mode chung Rc R L 2 Re hib Rb / h fe Rc Rb Ad = : Ñoä lôïi doøng mode vi sai Rc R L 2( hib Rb / h fe ) 5.3.1 Tyû soá trieät tín hieäu ñoàng pha CMRR (Common Mode Rejection Ratio): Maïch khueách ñaïi vi sai lyù töôûng: Ac = 0: iL = Ad'i Ad Maïch thöïc teá: Ñònh nghóa: CMRR = Ac 2 Re hib Rb / h fe Re CMRR = | (Giaû söû Re >> hib + Rb/hfe) 2( hib Rb / h fe ) hib Rb / h fe Chöông 5 11 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 5: Cho maïch trong ví duï 4. Tính CMRR. Giaû söû i0 = 1PA, xaùc ñònh giaù trò tín hieäu ngoõ vaøo mode vi sai ñeå ngoõ ra mode vi sai toái thieåu lôùn hôn 100 laàn ngoõ ra mode chung. Ac | - 0.1 Ad | - 14 iL = -0.1i0 – 14'i CMRR = Ad / Ac = 140 (43dB) Ñeå ngoõ ra mode vi sai t 100ungoõ ra mode chung: 14'i t 100u(0.1i0) 'i t 100u(i0 / CMRR) = 0.7 PA 5.3.2 Nguoàn doøng cöïc phaùt (Emitter) Ñeå taêng CMRR: Taêng Re : Söû duïng nguoàn doøng taïi cöïc E. Duøng TST T3 taïi cöïc E: V EE V BB 0.7 iC3 = = const. Re Xem T3 laø nguoàn doøng x Phaân tích tónh ñieåm: V EE V BB 0.7 ICQ3 = Re Chöông 5 12 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ V EE V BB 0.7 I CQ 3 Do tính ñoái xöùng: ICQ1 = ICQ2 = 2 2 Re Rb I CQ1 VC3 = VE1 = VE2 = - RbIb – VBE = 0.7 h fe Rb I CQ1 VCEQ1 = VCEQ2 = VC1 – VE1 = (VCC – RcICQ1) – ( 0.7 ) h fe Rb I CQ1 VCEQ3 = VC3 – VE3 = ( 0.7 ) - (-VEE + ReICQ3) h fe x Phaân tích tín hieäu nhoû: Töông töï phaàn treân, thay Re baèng 1/hoe. Nhaän xeùt: 1/hoe raát lôùn: CMRR ñöôïc taêng ñaùng keå. Chænh caân baèng: (Balance control) Thöïc teá: T1 vaø T2 khaùc nhau Duøng bieán trôû Rv giöõa E1 vaø E2 ñeå chænh caân baèng. Chöông 5 13 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Ñieàu kieän caân baèng: ICQ1 = ICQ2 KVL: RbIB1 + VBE1 + R1IEQ1 = RbIB2 + VBE2 + R2IEQ2 (Rb / hfe1 + R1)IEQ1 + VBE1 = (Rb / hfe2 + R2)IEQ2 + VBE2 Giaû söû VBE1 = VBE2, caân baèng Rb / hfe1 + R1 = Rb / hfe2 + R2 Maët khaùc: R1 + R2 = Rv R v Rb § 1 1 ·¸ R v Rb § 1 1 ·¸ R1 = ¨ vaø R2 = ¨ 2 2 ¨© h fe1 h fe 2 ¸¹ 2 2 ¨© h fe1 h fe 2 ¸¹ Phaân tích tín hieäu nhoû: Khi caân baèng: ICQ1 = ICQ2 hib1 = hib2 = hib Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Gioáng tröôøng hôïp ñoái xöùng, trong ñoù R v Rb § 1 1 ·¸ hib1 + Rb1 / hfe1 m hib1 + Rb1 / hfe1 + R1 = hib ¨ 2 2 ¨© h fe1 h fe 2 ¸¹ R R § 1 1 ·¸ hib2 + Rb2 / hfe2 m hib2 + Rb2 / hfe2 + R2 = hib v b ¨ 2 2 ¨© h fe1 h fe 2 ¸¹ Rc Rb Ad = : Giaûm so vôùi tröôøng hôïp khoâng duøng Rv Rc R L 2[hib Rv / 2 ( Rb / 2)(1 / h fe1 1 / h fe 2 )] Rc Rb Ac = Rc R L 2(1 / hoe3 ) [hib Rv / 2 ( Rb / 2)(1 / h fe1 1 / h fe 2 )] Chöông 5 14 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 6: Thieát keá maïch sau ñeå coù CMRR = 100 (40dB). Taûi 1K gheùp AC. TST coù hfe = 100. Theo hình veõ: R1 = R2 = 50 :; hfe1 = hfe2 = 100. Söû duïng coâng thöùc tính Ad vaø Ac ôû phaàn chænh caân baèng, thay 1/hoe baèng Re, suy ra: Ad 2 Re hib 50 1000 / 100 Re CMRR = | Ac 2hib 100 2000 / 100 60 hib Yeâu caàu: CMRR t 100 Re t 100(60 + hib) Giaû söû ICQ1 = ICQ2 = 1mA hib = 25 : Re t 8.5K. Choïn Re = 10K. Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8V DCLL: RDC = Rc + R2 + 2Re ACLL: Rac = Rc // RL Chöông 5 15 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ 5.4 Caáu hình Darlington Phaân tích tónh ñieåm: 9 DCLL cho T2: VCC = VCE2 + Rc(IC1 + IC2) + ReIE2 Do IC1 | IE1 = IB2 = IC2 / hfe2
0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tín hieäu nhoû: Phaûn aùnh maïch cöïc B1 cuûa T1 o Cöïc E1 vaø maïch cöïc E2 cuûa T2 o Cöïc B2 VT VT VT Tónh ñieåm: ICQ2 = hfe2ICQ1 hie2 = h fe 2 h fe 2 = hib1 I CQ 2 h fe 2 I CQ1 I CQ1 i L h fe 2 Rc h fe1 ( Rb / h fe1 ) h fe 2 RC h fe1 Rb Suy ra: Ai = | = ii Rc R L ( Rb / h fe1 ) hib1 hie 2 Rc R L Rb 2h fe1hib1 Rc Rb Ai = ( h fe1 h fe 2 ) Rc R L Rb 2hie1 Xem 2TST gheùp Darlington 1 TST coù: hìe = 2hie1 vaø hfe = hfe1hfe2 Chöông 5 17 http://www.khvt.com
0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 7: Xaùc ñònh tónh ñieåm cuûa maïch sau. Giaû söû hfe = 100. 2.9 Nguoàn doøng T5: VB5 = 6 = -4.14V 2.9 1.3 Giaû söû IB5
0ҥFKÿLӋQWӱ 5.5 Maïch khueách ñaïi gheùp Cascode MAÏCH 1: Caáu hình: CE – CB: Thöôøng duøng trong caùc maïch taàn soá cao. Phaân tích tín hieäu nhoû: vL v L i e 2 i b1 R1 // R2 Ñoä lôïi truyeàn ñaït (Transfer gain): AT h fb2 R L ( h fe1 ) ii i e 2 ib1 ii R1 // R2 hie1 Chöông 5 19 http://www.khvt.com