Mạch điện tử

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

1

Chương 4. MẠCH KHUẾCH ĐẠI LIÊN TẦNG

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

2 NỘI DUNG

• Mạch khuếch đại Cascade • Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier) • Mạch khuếch đại Darlington • Mạch khuếch đại Cascode

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

3 Mạch khuếch đại Cascade

• Xét mạch ghép AC (ac-coupling) sau

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

4 Mạch khuếch đại Cascade

• Phân tích DC, xác định tĩnh điểm:

• Hai tầng độc lập (do ghép AC)

• Có thể gây méo dạng. • Phân tích AC (tín hiệu nhỏ): Mạch tương đương

• Độ lợi dòng:

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

5 Mạch khuếch đại Cascade

Ví dụ 1: Xác định độ lợi áp và biên độ dao động cực đại điện áp ngõ ra. Giả sử hfe = 100

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

6 Mạch khuếch đại Cascade

• Xác định tĩnh điểm:

• Tầng 2:

• Tầng 1: Rb1 = R1 // R2 = 9.09K; VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V

• Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

7 Mạch khuếch đại Cascade

• Độ lợi áp:

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

8 Mạch khuếch đại Cascade

• Xét mạch khuếch đại ghép trực tiếp

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

9 Mạch khuếch đại Cascade

• Ảnh hưởng DC giữa 02 tầng

• Không bị méo dạng. • Xác định tĩnh điểm:

• Để đơn giản, xem IB = 0 trong các tính toán tĩnh điểm. • 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

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

10 Mạch khuếch đại Cascade

• Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:

Av = 4000

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11 Mạch khuếch đại vi sai

• Xét mạch khuếch đại

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

12 Mạch khuếch đại vi sai

• Phân tích tĩnh điểm VE1 = VE2 = (IE1 + IE2)Re – VEE = 2IE1Re – VEE = 2IE2Re – VEE • Do tính đối xứng, tách thành 2 mạch (Re  2Re)

VCEQ1 = VCEQ2

= VCC + VEE – ICQ(Rc + 2Re)

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

13 Mạch khuếch đại vi sai

Ví dụ 4: Trong mạch bên Cho VCC = VEE = 10V; Rb = 0.2K; Re = 0.9K; Rc = 0.2K; RL = 10.

Theo phân tích tĩnh điểm: ICQ = (10 – 0.7) / (20.9) = 5.17 mA VCEQ = 10 + 10 – 5.17(0.2 + 20.9) = 9.66V

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

14 Mạch khuếch đại vi sai

• Phân tích tín hiệu nhỏ :

• Phản ánh mạch cực B (nguồn i1 và i2) về cực E:

• Đặt i0 = (i1 + i2)/2 và i = i2 – i1  i1 = i0 – (i/2) và i2 = i0 + (i/2)

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

15 Mạch khuếch đại vi sai

• Dùng phương pháp chồng chập cho mạch tương đương tín

hiệu nhỏ, tách thành 2 mode:

• Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0

• Tách đôi: Re  2Re

• Do đối xứng: ie1c = ie2c  iRe = 2ie1c = 2ie2c  ve = (2Re)ie2c

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

16 Mạch khuếch đại vi sai

• Mode vi sai (differential mode): i2 = - i1 = i/2

• ie1d = - ie2d  iRe = 0  ve = 0

• Ngắn mạch Re 

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

17 Mạch khuếch đại vi sai

• Chồng chập tín hiệu: • ie2 = ie2c + ie2d =

• iL = = Aci0 + Adid

• Trong đó:

• Độ lợi mode chung

• Độ lợi mode vi sai:

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

18 Mạch khuếch đại vi sai

• Tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMRR (Common Mode

Rejection Ratio) • Mạch khuếch đại vi sai lý tưởng: Ac = 0: iL = AdI • Định nghĩa:

• Mạch thực tế:

• (Giả sử Re >> hib + Rb/hfe)

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

19 Mạch khuếch đại vi sai

Ví dụ 5: Cho mạch trong ví dụ 4. Tính CMRR. Giả sử i0 = 1A, Xác định giá trị tín hiệu ngõ vào mode vi sai để ngõ ra mode vi sai tối thiểu lớn hơn 100 lần ngõ ra mode chung. Ac  - 0.1 Ad  - 14  iL = -0.1i0 – 14i CMRR = Ad / Ac = 140 (43dB) Để ngõ ra mode vi sai  100ngõ ra mode chung: 14i  100(0.1i0)  i  100(i0 / CMRR) = 0.7 A

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

20 Mạch khuếch đại vi sai

• Phương pháp tăng CMRR

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

21 Mạch khuếch đại vi sai

• Mạch T3 xem như nguồn dòng. • Phân tích tín hiệu nhỏ: Tương tự như mạch trên thay Re = 1/hoe

• Do 1/hoe rất lớn nên CMRR rất lớn.

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

22 Mạch khuếch đại vi sai

• Mạch Chỉnh cân bằng: (Balance control)

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

23 Mạch khuếch đại vi sai

• Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2

• Suy ra

• Phân tích AC

Giảm so với không dùng RV

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

24 Mạch khuếch đại vi sai

Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40dB). Tải 1K ghép AC. TST có hfe = 100

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

25 Mạch khuếch đại vi sai

• Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 ; hfe1 = hfe2 = 100 . • Sử dụng công thức tính Ad và Ac ở phần chỉnh cân bằng, thay

1/hoe bằng Re, suy ra

• Yêu cầu: CMRR  100  Re  100(60 + hib) • Giả sử ICQ1 = ICQ2 = 1mA  hib = 25   Re  8.5K. Chọn Re = 10K. • Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8VA

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

26 Mạch khuếch đại DarlingTone

• Dạng mạch:

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

27 Mạch khuếch đại DarlingTone

• Phân tích tín hiệu nhỏ:

• Do ICQ2 = hfe2ICQ1, nên

• Suy ra

• Xem 2TST ghép Darlington  1 TST có: hie=2hie1 và hfe=hfe1hfe2

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

28 Mạch khuếch đại DarlingTone

Ví dụ 7: Xác định tĩnh điểm của mạch sau. Giả sử hfe = 100.

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

29 Mạch khuếch đại DarlingTone

• Xét mạch chế độ AC

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

30 Mạch khuếch đại DarlingTone

• Nguồn dòng T5 :

• Giả sử IB5 << IC5 :

• Mạch đối xứng: IC3 = IC4 = IC5 / 2 = 0.45 mA •  IC1 = IC2 = IC3 / hfe = 4.5 A • IB1 = IB2 = IC1 / hfe = 45 nA

• KVL:

• VC1 = VC2 = VC3 = VC4 = VCC – 10K(IC3 + IC1)  7.5V • VE1 = VE2 = 0 – (105)(4510-9) – 0.7  -0.7V • VE3 = VE4 = VE1 – 0.7 = -1.4V • VC5 = VE3 – 50IC3 = -1.4 – 50(0.4510-3)  -1.4V

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

31 Mạch khuếch đại Cascode

• Dạng mạch

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

32 Mạch khuếch đại Cascode

• Phân tích DC: Giả sử bỏ qua IB1 và IB2: VB1 = VCCR1 /(R1 + R2 + R3)  VE1 = VB1 - VBE1 = VB1 – 0.7  IC1 = (VB1-0.7 )/ Re = IC2 VB2 = VCC(R1 + R2) /(R1 + R2 + R3)  VE2 = VB2 - VBE2 = VB2 – 0.7  VCE1 = VC1 - VE1 = (VE2 – RcIC1) – VE1 VCE2 = VC2 – V= = (VCC – RLIC2) – VE2

11/26/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM