Mạch khuếch đại đa tầng

Chia sẻ: Nguyen Thi Ngoc Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

620
lượt xem 107
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạch khuếch đại đa tầng được dùng để làm tăng độ lợi hoặc làm thay đổi các chỉ tiêu kĩ thuật của các tầng khuếch dại riêng lẻ như: làm tăng hay giảm tổng trở vào, hay tổng trở ra của các tầng theo yêu cầu thực tế. Thông thường Mạch khuếch đại đa tầng được ghép chuỗi và mạch tương đương.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mạch khuếch đại đa tầng

Chương 3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦNG 3.1 CÁC YÊU CẦU TRONG MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦNG 3.1.1 Đại cương • Mạch khuếch đại đa tầng được dùng để làm gia tăng độ lợi hoặc làm thay đổi các chỉ tiêu kỹ thuật của các tầng khuếch đại riêng rẻ như: làm tăng hay giảm tổng trở vào, hoặc tổng trở ra của các tầng theo yêu cầu thực tế. Thông thường mạch khuếch đại đa tầng được ghép chuỗi như Hình 3.1, và mạch tương đương của toàn mạch như Hình 3.2 Ii1 Ii2 Iin Ion Zs Io1 Io2 AV1 AV2 AVn Vi1 Z = Vi2 Vin Zon=Von VL Vs ∼ i1 ZiT AI1 Zo1 Zi2 AI2 Zo2 Zin AIn ZoT Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch đa tầng ghép chuỗi dạng tứ cực Ii1 Iin Zs AVT Vi1 Z ZoTVoT R VL Vs ∼ iT AIT Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch đa tầng tương đương dạng tứ cực Với mạch điện theo hình 3.1 ta thấy ngay các kết quả o Tổng trở ngõ vào toàn mạch chính là tổng trở vào của tầng 1: Z iT = Z i1 . o Tổng trở ra toàn mạch chính là tổng trở của tầng cuối: Z oT = Z on . o Độ lợi điện thế toàn mạch và độ lợi dòng toàn mạch có thể có giá trị gần đúng như sau: AVT ≈ AV 1 . AV 2 .... AVn AIT ≈ Ai1 . Ai 2 .... Ain o Suy ra độ lợi công suất toàn mạch: APT = AVT . AIT
• Tuy khi ghép chuỗi các tầng khuếch đại lại với nhau một số vấn đề kỹ thuật mới đặt ra mà nếu không giải quyết sẽ làm ảnh hưởng đến cách hoạt động và chất lượng của toàn mạch như: o Vấn đề phân cực và ổn định cho mỗi tầng o Phối hợp trở kháng giửa các tầng o Đáp ứng tần số của toàn mạch đồi với tín hiệu vào o Nội âm của mạch…. • Và dĩ nhiên để làm giảm nhẹ công việc tính toán trong khi phân giải và thiết kế toàn mạch, ta phải tím ra phương pháp tổng quát và nhanh chóng hơn đồng thời có thể áp dụng cách tính thủ công và cả tính bằng phần mền áp dụng trên máy vi tính (PSPICE, MATLAB…). Các vấn đề ổn định cho mỗi tầng, và đáp ứng tần số …, vấn đề phối hợp trở kháng và phương pháp phân giải mạch. 3.1.2 Phối hợp trở kháng Trong mạch khuếch đại transistor có 3 cách ráp cơ bản và có các đặc tính khác nhau được tóm tắt như ở Hình 3.3 Zi nhỏ CB AV lớn; AI nhỏ CB ZO = 100 KΩ 25 - 30 Ω Hay tải lớn Zi TB ZO = vài KΩ - 50 KΩ CE AV TB; AI TB CE 300-1K Ω Hay tải trung bình Zi lớn ZO = vài chục Ω - 5 KΩ CC AV < 1; AI TB CC 100K Ω -500K Ω Hay tải thấp Hình 3.3 Sơ đồ tóm tắt ba dạng mạch khuếch đại dùng transistor • Nếu yêu cầu của mạch khuếch đại là phải có tổng trở vào trung bình và tổng trở ra nhỏ để tránh làm giảm độ lợi khi điện trở tải có trị số thấp. Trường hợp này được thực hiện với tầng ngõ vào ráp dạng cực phát chung, tầng ngõ ra ráp cực thu chung hay còn gọi khuếch đại thu phát. • Nếu yêu cầu của mạch khuếch đại tổng trở vào và tổng trở ra thấp. Ta phải thực hiện ngõ vào ráp theo cực nền chung, ngõ ra ráp theo cực thu chung.
• Với mạch khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo được ráp theo cực thu chung để có tổng trở ra rất nhỏ(vài Ω ) vì tải là loa có trị số Z L = 4Ω ÷ 8Ω . Kết quả mặc dù trong cách ráp này độ lợi thế AV = 1, độ lợi công suất rất lớn vì có sự phối hợp trở kháng ( Z 0 ≈ Z L ) theo nguyên lý truyền công suất cực đại. • Nguyên lý truyền công suất cực đại: o Xét mạch điện theo hình vẽ: Rs V ∼ s I RL Hình 3.4 Sơ đồ mạch nguồn thế truyền công suất cực đại VS o Ta có: I= RS + R L VS2 o Công suất trên tải: PL = RL .I 2 = RL ( RS + RL ) 2 o Vì khi I = 0 → PL = 0 , và PL là đường cong thay đổi theo RL đi qua một cực dPL đại PLmax cho bởi: =0 dRL dPL  ( R + R L ) 2 − 2 R L ( R L − RS )  2  RS − R L  2 2 = VS2  S  = V S  4  =0 dRL  ( RS + RL ) 4   ( RS + R L )  ⇒ Điều khiện công suất cực đại là: RL = RS RLVS2 VS2 Và khi đó trị số: PL max = = ( RS + R L ) 2 4 RS o Vậy điều kiện RL = RS gọi là điều kiện công suất cực đại o Chú ý trong trường hợp tổng quát: Z S = RS + jX S Z L = Rl + jX L Thì điều kiện để công suất cực đại phải là: Phần thực bằng nhau RS = RL Phần ảo bằng nhau X S = X L
3.1.3 Các mô hình mạch khuếch đại 3.1.3.1 Khuếch đại điện thế (Voltage Amplifier) • Mô hình được vẽ theo nguồn thế Thevenin như hình 3.4 Rs R0 IL Ii Io V ∼s Vi Ri ∼AV V i RL Vo Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại Tải Hình 3.4 Sơ đồ khối mạch khuếch đại nguồn thế o Theo định nghĩa: Vo AV = Vi Ri → ∞ I 0 =0 o Theo định luật cầu phân thế:  RL  Vo =   AV Vi  ( Ro + R S )   Ri  Vi =  VS  ( Ri + RS )  • Ở mạch ngõ vào, theo cầu chia thế ta có:  Ri  Vi Ri Vi =  VS ⇒ =  Ri + RS  VS Ri + RS • Ở mạch ngõ ra, ta có  RL  Vo RL Vo =   AV Vi → = AV  ( Ro + RL )  Vi Ro + RL • Độ lợi điện thế toàn mạch Vo Vo Vi  Ri   RL  AVS = = =  AV   ;AVS < AV VS Vi VS  RS + Ri   Ro + RL  o Khi mạch không có RL ( RL → ∞ ) và có RS: Ri AVS = AV Ri + RS
o Khi mạch không có RS (RS = 0) nhưng có RL: RL AVS = AV Ro + RL o Khi mạch không có cả RL và Rs: AVS = AV o Trong thực tế khi ta có thêm điều kiện tổng trở sau: Ri >> RS  Vi = VS ⇒ RL >> Ro  Vo = AV .Vi Ta có mạch khuếch đại lý tưởng độ lợi thế không bị giảm do tải RL và do nội trở nguồn nguồn RS IL Ii Vs ∼ Vi Ri ∼AV V i RL Vo Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại lý tưởng Tải Hình 3.5 Sơ đồ khối mạch khuếch đại nguồn thế lý tưởng 3.1.3.2 Khuếch đại dòng (Current Amplifier) • Mạch có dạng nguồn dòng Norton như Hình 3.6 Ii IL Io Rs V Ri RL V Is ↑ i ↑ R0 o AiIi Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại Tải Hình 3.6 Sơ đồ khối mạch khuếch đại nguồn dòng o Độ lợi ngắn mạch ngõ ra Io AI = Ii RL = 0 Vo = 0 o Theo định luật cầu chia dòng Ro RS Io = AI I i mà I i = IS Ro + R L RS + Ri
• Mạch ngõ vào theo định luật cầu chia dòng RS I RS Ii = IS → i = RS + Ri I S RS + Ri • Mạch ngõ ra Ro  Ro   RS  Io = AI I i =   AI   I S Ro + R L  Ro + RL   RS + Ri  • Độ lợi dòng toàn mạch I o  Ro   RS  AIS = =  AI   ; AIS < AI I S  Ro + RL   RS + Ri  • Muốn có sự truyền dòng điện tối ưu, ta phải có thêm điều kiện o Tổng trở vào nhỏ: Ri > RL → Io = AI Ii Ii IL Rs V RL V Is ↑ i ↑ o AiIi Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại lý tưởng Tải Hình 3.7 Sơ đồ khối mạch khuếch đại nguồn dòng lý tưởng Io o Khi đó : AIS = AI = , ta có mạch khuếch đại dòng lý tưởng Ii 3.1.3.3 Khuếch đại truyền dẫn (Operational Transconductance Amplifier) • Ta có dạng nguồn truyền dẫn như hình 3.8 Rs IL Ii Io V s ∼ Vi Ri ↑ GmVi R0 RL Vo Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại Tải Hình 3.8 Sơ đồ khối mạch khuếch đại truyền dẫn o Độ lợi truyền dẫn khi ngõ vào hở
Io I I V Gm = và Gms = o = o . i Vi I s Vi I s o Theo định luật phân thế và phân dòng Ri Ro Vi = V S và I o = G mVi Ri + R S Ro + R L • Mạch ngõ vào khi có RS Ri V Ri Vi = VS → i = Ri + RS VS Ri + RS • Mạch ngõ ra khi có tải Ro  Ri   Ro  Io = GmVi =  Gm  VS Ro + RL  Ri + RS   Ro + RL  • Độ truyền dẫn toàn mạch Vo  Ri   Ro  G ms = = Gm   VS  Ri + RS   Ro + RL  • Để có độ truyền dẫn cực đại, ta phải có điều kiện o Tổng trở vào lớn: Ri >> RS → Vi = VS o Tổng trở ra lớn: Ro >> RL → Io = Gm Vi Io o Khi đó: G ms = Gm = , ta có mạch khuếch đại truyền dẫn lý tưởng Vi IL Ii V ∼ s Vi Ri ↑ GmVi RL Vo Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại lý tưởng Tải Hình 3.9 Sơ đồ khối mạch khuếch đại tuyền dẫn lý tưởng 3.1.3.4 Khuếch đại truyền trở (Transresistance Amplifier) • Mạch dạng nguồn truyền trở như Hình 3.7
Ii R0 IL Io Is ↑ Rs V i Ri ∼R I RL V o m i Nguồn tín hiệu Mạch khuếch đại Tải Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch khuếch đại truyền trở • Độ truyền trở mạch ngõ ra hở: → Vo = Rm I i Vo Rm = RL → ∞ Ii • Mạch ngõ vào RS Ii = IS RS + Ri • Mạch ngõ ra  RL  RS V Vo =   Rm I i , ta có: I i = I S và Rm = o R L → ∞  R L + Ro  RS + Ri Ii  R L   RS  ⇒ Vo =   Rm   I S  RL + Ro   RS + Ri  • Độ truyền trở toàn mạch Vo  R L   RS  RMS = =  Rm   → RMS < Rm I S  RL + Ro   RS + Ri  • Để có độ truyền trở tối đa ta phải có thêm điều kiện sau: o Tổng trở vào nhỏ: Ri
• Từ mô hình khuếch đại thế và mô hình khuếch đại dòng, ta có mô hình khuếch đại cho: o Ta có: Vo = AV.Vi o Từ mô hình khuếch đại dòng ta có: Vo = AI.Ii.Ro Vi V o Mà I i = thay thế vào Vo = AI.Ii.Ro ta được: Vo = Ai i Ro Ri Ri Vi R o Từ Vo = AV.Vi và Vo = Ai Ro ta được: AV = Ai o Ri Ri • Từ mô hình khuếch đại điện thế và mô hình khuếch đại truyền dẫn: o Ta có: Vo = AV.Vi và Vo= Gm.Vi.Ro khi tải hở o Suy ra: AV = Gm Ro • Từ mô hình khuếch đại điện thế và mô hình khuếch đại truyền trở: Vi o Ta có: Vo = AV.Vi và Vo= Rm.Ii= Rm khi tải hở Ri Rm o Suy ra: AV = Ri 3.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN GIẢI MẠCH ĐA TẦNG Trong phương pháp thông thường ta phân giải lần lượt từ tầng khuếch đại, tầng đầu đến tầng cuối. Nhưng như vậy sẽ rất phức tạp và mất thời gian, hơn nữa dẫn tới sai sót, vì trong thực tế khi ghép chuỗi (cascade), sẽ xảy ra ảnh hưởng liên tác giửa tổng trở ra của tầng trước và tổng trở vào của tầng sau, làm ành hưởng đến các độ lợi của từng mạch và của toàn mạch. Để tìm phương pháp phân giải mạch nhanh chóng và chính xác, ta phải dùng đến các mạch tương đương của mỗi tầng sau đó dựa vào các định luật cơ bản về mạch điện để tính toán nhanh các kết quả. Nhưng vì mạch tương đương của mạch khuếch đại có nhiều dạng nên ta sẽ phân giải theo các trường hợp sau: 3.2.1 Phân giải bằng nguồn thế Thevenin
Io1 Ii2 Rs R01 R02 IL Ii Io2 V ∼ s Vi1 Ri1 ∼A V1Vi1 Vo1Vi2 Ri2 ∼A V2Vi2 RL Vo2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.12 Sơ đồ phân giải mạch bằng nguồn thế Thevenin Ta lần lược có: Ri1 Vi1 = Vs Ri1 + Rs Ri 2  Ri 2   Ri1  Vi 2 = Vo1 = AV 1Vi1 ⇔ Vi 2 = Vo1 =   AV 1  Vs Ri 2 + Ro1  Ri 2 + Ro1   Ri1 + Rs  RL  RL   Ri 2   Ri1  V L = Vo 2 = AV 2Vi 2 ⇔ Vo 2 =   AV 2   AV 1  Vs R L + Ro 2  R L + Ro 2   Ri 2 + Ro1   Ri1 + Rs  Độ lợi điện thế toàn mạch Vo Vo 2  RL   Ri 2   Ri1  AVs = = =  AV 2   AV 1   Vs Vs  RL + Ro 2  R  i2 + Ro1   Ri1 + Rs  Chú ý: nếu không ảnh hưởng liên tác, nghĩa là có điều kiện Ri1 >> R s ; Ri 2 >> Ro1 ; R L >> Ro 2 , ta còn lại V o2 AVs = AV = = AV 1 . AV 2 Vs Thí dụ: Cho mạch khuếch đại đa tầng có mạch tương đương như hình vẽ Io1 Ii2 Rs=1k R01=1k R02=5 Ω IL Ii Io2 RL V ∼ s Vi1 Ri1 5k ∼-100V i1 Vo1Vi2 Ri2 100k ∼ 1Vi2 50 ΩVo2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.13 Mạch tương dương của nguồn thế • Áp dụng công thức độ lợi thế
Vo Vo 2  RL   Ri 2   Ri1  AVs = = =  AV 2   AV 1   Vs Vs  RL + Ro 2   Ri 2 + Ro1   Ri1 + Rs  Vo Vo 2  50   100.10 3   5.10 3  AVs = = = (− 100 ) (1) 3   3  Vs Vs  50 + 5   (100 + 1).10   (5 + 1).10  AVs = 0,83 * (−100) * 0,99 * 1 * 0,91 = −75 • Độ lợi dòng toàn mạch Vo 2 Vo 2 I R RL R + Ri1 AIs = o = L = = AVs s Is Ii Vs RL R s + Ri1 (1 + 5).10 3 AIs = (−75) ≈ −9000 50 • Độ lợi công suất toàn mạch APT = AVs AIs = (−75)(−9000) = 675.000 w = 675 Kw 3.2.2 Phân giải bằng nguồn dòng Norton Io1 Io2 Ii Ii2 IL Rs V Ri1 Ri2 RL V Is ↑ i1 ↑ R01 Vo1 Vi2 ↑ R02 o Ai1Ii1 Ai2Ii2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.14 Sơ đồ phân giải mạch bằng nguồn dòng Norton • Ta lần lược có Ro 2 I o2 = Ai 2 I i 2 R o 2 + RL Ro1 I i 2 = I o1 = Ai1 I i1 Ro1 + Ri 2 Rs I i1 = Is Rs + Ri1 • Thay vào ta được  Ro 2   Ro1   Rs  I o 2 =   Ai1   Ai 2   I s  Ro 2 + R L   o1 R + Ri1  R  s + Ri1 
• Độ lợi dòng điện toàn mạch I o 2  Rs   Ro1   Ro 2  AIs = =  Ai1   Ai 2   I s  Rs + Ri1   Ro1 + Ri1   Ro 2 + R L  • Nếu có thêm điều kiện R s >> Ri1 ; Ro1 >> Ri 2 ; Ro 2 >> R L , thì I o2 AIs = AI = = AI 1 . AI 2 Is • Để tính AV ta có thể tính như sau Vo I I RL R + Ri1 RL AIs = o = o = = AVs s → AVs = AIs Is Ii Vs RL R s + Ri1 Rs + Ri1 • Hoặc trong trường hợp không có RL Vo I R R R AI = o = L = AV i → AV = AI L Is Vi RL Ri Ri Thí dụ: cho mạch khuếch đại đa tầng với mạch khuếch đại tương đương như hình vẽ Io1 Io2 Ii Ii2 IL Rs Ri1 R01 Ri2 R02 RL Is ↑ 10k Vi1 1k ↑ 5k Vo1 Vi2 1,4k ↑ 6k 1k Vo 60Ii1 75Ii2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.15 Mạch tương đương của nguồn dòng Giải • Độ lợi dòng cho toàn mạch I o 2  Rs   Ro1   Ro 2  AIs = =  Ai1   Ai 2   I s  Rs + Ri1   Ro1 + Ri1   Ro 2 + R L 
I o 2  10k   5k   6k  AIs = = (60) (75)  I s  10k + 1k   5k + 1,4k   6k + 1k  = (0,91)(60)(0,78)(75)(0,86)=2746,92 ≈ 2747 RL 1k AVs = AIs = 2747 = 249,72 ≈ 250 R s + Ri1 10k + 1k • Tổng trở vào mạch: Ri = Ri1 = 1k • Tổng trở ra mạch: Ro = Ro2 = 6k 3.2.3 Phân giải tổng quát cho nhiều tầng Ta thực hiện cho mạch ba tầng để suy ra cho mạch có nhiều tầng khuếch đại hơn Ii2 Ii3 Rs Io1 R02 Io2 R03 Io3 IL R01 Ii Ri2 Ri3 ∼V Vi1 Ri1 ∼A V1Vi1 Vo1Vi2 ∼A V2Vi2 Vo2Vi3 ∼A V3Vi3 RL Vo2 s Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tầng khuếch đại 3 Tải Hình 3.16 Sơ đồ khối mạch khuếch đại tổng quát (ba tầng) • Tương tự trên ta có: VL  Ri1   Ri 2   Ri 3   RL  AVs = =  AV 1   AV 2   AV 3   Vs  Ri1 + Rs   Ri 2 + Ro1   Ri 3 + Ro 2   RL + Ro 3  • Nếu có thêm điều kiện Ri1 >> Rs ; Ri2 >> Ro1 Ri3 >> Ro2 ; RL >> Ro3 Ta ⇒ AVs = AV 1 . AV 2 . AV 3 • Với n tầng tương tự: AVs = AV 1 . AV 2 . AV 3 ... AVn • Độ lợi dòng: AIs = Ai1 . Ai 2 . Ai 3 ... Ain • Độ lợi công suất: APT = AVs . AIs 3.3 PHÂN GIẢI MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐA TẦN CỦA TRANSISTOR 3.3.1 Phân giải mạch khuếch đại đa tầng dùng BJT theo nguồn thế Thevenin
Thí dụ: xét mạch khuếch đại hai tầng dùng BJT +VCC RC2 R1 RC1 R3 C3 C2 + Rs C1 Q2 Q1 R4 RE2 RL R2 RE1 Vs CE1 CE2 _ Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý mạch • Mạch tương đương trong chế độ AC Rs ib1 ib2 IL Is 1 1 ∼V RB1 hie1 ↓ hoe1 hfe1ib1 RC1 V01= RB2 Vi2 ↓ hie2 h i hoe 2 RC2 RL Vo2 s fe2 b2 Nguồn Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.18 Sơ đồ phân tích chế độ ac • Mỗi tầng khuếch đại transistor được vẽ R0 Vi1 Ri ∼ AVVi Vo RL Hình 3.19 Sơ đồ tương đương của một tầng  1  h fe  RC //  hoe Với Ri = R B // hie Av = −   hie 1 h fe Ro Ro = RC // Av = − hoe hie • Sơ đồ tương đương của toàn mạch được vẽ theo nguồn thế như sau
Io1 Ii2 Rs R01 R02 IL Ii Io2 V ∼ s Vi1 Ri1 ∼A V1Vi1 Vo1Vi2 Ri2 ∼A V2Vi2 RL Vo2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.20 Sơ đồ khối mạch khuếch đại truyền trở lý tưởng Ta có: 1 Ri1 = R1 // R2 // hie1 = R B1 // hie1 ; Ro1 = RC1 // hoe1 1 Ri 2 = R3 // R4 // hie 2 = R B 2 // hie 2 ; Ro 2 = RC 2 // hoe 2 • Áp dụng vào ta có ngay kết quả Vo Vo 2  Ri1   Ri 2   RL  AVs = = =  AV 2   AV 1   Vs Vs  Ri1 + Rs   Ri 2 + Ro1   RL + Ro 2  Hay: Vo Vo 2  Ri1  h fe1 R01  Ri 2  h fe 2 R02  RL  AVs = = =  −   −   Vs Vs  Ri1 + Rs  hie1  Ri 2 + Ro1  hie 2  RL + Ro 2  Cách giải trực quan o Từ công thức trên ta có thể viết lại: Vo Ri1  h fé1 Ro1 Ri 2  h fe 2 R0 RL  AVs = =  −  −  Vs Ri1 + Rs  hie1 Ri 2 + Ro1  hie 2 RL + Ro 2  o Và tải hiệu dụng của mỗi tầng là 1 R L1 = Ro1 // Ri1 = RC1 // // R B 2 // hie 2 hoe1 1 R L 2 = Ro 2 // R L = RC 2 // // R L hoe 2 o Vì thế công thức trên viết lại:
Vo Vo 2  Ri1  h fe1 R L1  h fe 2 R L 2  AVs = = =  −  −  Vs V s  Ri1 + Rs  hie1  hie 2  Vo Vo 2  Ri1  AVs = = =  AV 1 . AV 2 Vs V s  Ri1 + Rs  o Với AV1: độ lợi thế tầng 1 có tải hiệu dụng là RL1 o Với AV2: độ lợi thế tầng 1 có tải hiệu dụng là RL2 o Các AV1, AV2 là công thức tính độ lợi trực tiếp của mổi tầng theo công thức tổng quát với tải là RL1, RL2 Nếu hoe1 ≈ 0 → R L1 = RC1 // R B 2 // hie 2 hoe 2 ≈ 0 → R L 2 = RC 2 // R L Nếu R B 2 lớn R L1 ≈ RC1 // hie 2 R L lớn R L 2 ≈ RC 2 Đây là công thức để tính nhanh độ lợi thế mà không cần tính toán hay phân giải mạch chi tiết phức tạp o Tính các đại lượng khác: Vo I RL R + Ri AIs = o = = AVs s ; Ri = Ri1 ; Ro = Ro 2 Is Vs RL Ri + Rs Ta có thể chứng minh trực tiếp từ mạch tương đương theo nguồn dòng Norton của BJT như sau Rs ib1 ib2 IL Is 1 1 ∼V RB1 hie1 ↓ hoe1 hfe1ib1 RC1 V01= RB2 Vi2 hie2 h i h ↓ oe 2 RC2 RL Vo2 s fe2 b2 Ri1 = R B1 // hie1 1 1 Ro1 = // RC1 Ri 2 = R B 2 // hie 2 Ro 2 = // RC 2 hoe1 hoe 2 R L1 = Ro1 // Ri 2 R L 2 = Ro 2 // R L Hình 3.21 Sơ đồ tương đương mạch khuếch đại theo nguồn dòng Sơ đồ tương đương của toàn mạch được vẽ theo nguồn dòng Norton như sau
Rs ib1 ib2 Io2 Ii Vs ∼ Vi1 Ri1 ↓ hfe1ib1 Vo1Vi2 RL1 ↓ hfe2ib2 RL2 V o2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.22 Sơ đồ khối tính trực tiếp mạch khuếch đại theo nguồn dòng o Ta lần lược có: Vo = Vo 2 = −h fe 2 ib 2 R L 2 Vi 2 Với ib 2 = Ri 2 Vo1 = Vi 2 = −h fe1ib1 R L1 Vi1 Với ib1 = Ri1 Ri1 Và Vi1 = Vs Ri1 + R s Vo Ri1  h fe1 RL1  h fe 2 RL 2  o Lần lược thay vào ta có: AVs = =  −  −  , đây chính Vs Ri1 + Rs  h ie1  hie 2  là công thức có được trong phép giải trực quan và từ công thức này nếu ta thay lại các giá trị RL1 và RL2 ta được công thức cơ bản trên Vo Vo 2  Ri1  h fe1 R01  Ri 2  h fe 2 R02  RL  AVs = = =  −   −   Vs Vs  Ri1 + Rs  hie1  Ri 2 + Ro1  hie 2  RL + Ro 2  3.3.2 Phân giải mạch khuếch đại đa tầng dùng BJT theo nguồn dòng Norton Từ sơ đồ mạch tương đương ta có với hai tầng ráp CE ib1 ib2 Io Is 1 1 ∼V s Rs RB1 hie1 ↓ hoe1 hfe1ib1 RC1 V01= RB2 Vi2 hie2 h ↓ oe 2 RC2 RL V o2 hfe2ib2 R s' = R s // R B1 1 1 Ro1 = // RC1 Ri 2 = R B 2 // hie 2 Ro 2 = hoe 2 // RC 2 hoe1 Ri1 = Rs // hie1 Ro' 1 = Ro1 // Ri 2 Ro' 2 = Ro 2 // R L
Hình 3.23 Sơ đồ tương đương mạch khuếch đại theo nguồn dòng Sơ đồ tương đương của toàn mạch được vẽ theo nguồn dòng Norton như sau ib1 ib2 Io2 Ii V ∼ s Rs' Vi1 hie1 ↓ hfe1ib1 Ro' 1 hie2 ↓ hfe2ib2 Ro' 2 RL V o2 Hình 3.24 Sơ đồ khối mạch tương đương o Ta lần lược có Ro 2 I o = I o2 = h fe 2 ib 2 Ro 2 + Ri1 Ro' 1 ib 2 = h fe1ib1 Ro' 1 + hie1 R B1 ib1 = I B1 R B1 + hei1 Rs I B1 = Is Rs + R B1      Rs       Io =    RB1   Ro' 1 h fe1 ' h fe 2  Ro 2   I s   R + hie 2  R +R  Rs + RB1  RB1 + hie1    o1   o2 L   R i1   Ri 2      I o  Rs  RB1   Ro' 1  h fe 2  Ro 2  AIs = =  h fe1  I s  Rs + RB1  RB1 + hie1   Ro' 1 + hie 2  R +R  o2      L  Ri 1   Ri 2  o Trường hợp Rs >> RB1 ta có          Ro 2  I o  RB1   Ro' 1  AIs = = h fe1 ' h fe 2   I s  RB1 + hie1   Ro1 + hie 2   Ro 2 + RL       Ri 1   Ri 2  o Tính AVs: Vo I o RL RL AVs = = = AIs Vs I i (Rs + Ri1 ) (Rs + Ri1 )
Thí dụ: cho mạch khuếch đại hai tầng như hình vẽ +VCC RC2=2,2k RB1= 1M RC1=3,3k R1=100k C3 C2 + Rs=1k C1 Q2 Q1 R2=10k RE2=220 RL=50k Vs _ Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý mạch Cho hie1 = hie 2 = 2,5k h fe1 = h fe 2 = 100 hre1 = hre 2 = 0 hoe1 = hoe 2 = 10 −4 S Tính độ lợi thế AVs, tổng trở vào Ri, tổng trở ra Ro, suy ra AIs. Tính độ lợi dòng AIs và tìm lại AVs. Giải: Tính độ lợi thế AVs, tổng áp dụng phương pháp giải trực quan ta tính được: Ri1 = RB1 // hie1 = 1MΩ // 2,5kΩ ≈ 2,5kΩ 1 1 Ro1 = // RC1 = − 4 // 3,3kΩ = 10kΩ // 3,3kΩ = 2,48kΩ hoe1 10 S [ Ri1 = RB 2 // Ri 2 = RB 2 // hie1 + (h fe 2 + 1)RE 2 ] = (100k // 10k ) //(101 * 220) = 9,09k // 24,72k ≈ 6,65k 1 Ro 2 = // RC 2 = 10k // 2,2k = 1,8k hoe 2 Vo Vo 2  Ri1  h fe1 R01  Ri 2  h fe 2 R02  RL  AVs = = =  −   −   Vs Vs  Ri1 + Rs  hie1  Ri 2 + Ro1  hie 2 + (h fe 2 + 1) RE 2  R + R  L o2   2,5k  100 * 2,48k  6,65k  100 * 1,8k  50k  =  −   −    2,5k + 1k  2,5k  6,65k + 2,48k  24,72k  50k + 1,8k  = (0,714)( −99,2)(0,729)( −7,3)(0,965) = 364,23 ≈ 365 R + Ri1  1k + 2,5k  AIs = AVs s = 365  = 25,55 RL  50k 
Ri = Ri1 = 2,5 KΩ Ro = Ro 2 = 1,8kΩ Rs=1k R01=2,48k Io1 Ii2 Ri2 R02=1,8k IL Ii Ri1 =6,65k Io2 Vs ∼ Vi1 =2,5k ∼ -99,2V V Vi1 o1 i2 ∼ -7,3Vi2 RL =50k Vo2 Nguồn tín hiệu Tầng khuếch đại 1 Tầng khuếch đại 2 Tải Hình 3.26 Sơ đồ tương đương dùng nguồn thế Tính trực tiếp AIs từ mạch tương đương theo nguồn dòng ib1 ib2 Io Is 1 1 ↓hfe2ib2 ∼V s Rs RB1 hie1 ↓ hoe1 hfe1ib1 RC1 V01= RB2 Vi2 hie2 RE2 hoe 2 RC2 RL Vo2 Hình 3.27 Sơ đồ tương đương dùng nguồn dòng I o  RB1   Ro' 1   Ro 2  AIs = = h fe1  h fe 2   I s  RB1 + hie1   Ro' 1 + Ri 2   Ro 2 + R L  1 Ro' 1 = // RC1 // RB 2 = 10k // 3,3k // 9,09k = 1,95k hoe1 Ri 2 = hie 2 + (h fe 2 + 1)RR 2 = 2,5k + 101 * 0,22k = 24,72k Thay vào ta được I o  1M   1,95k   1,8k  AIs = = 100 100  I s  1M + 2,5k   1,95k + 24,72k   1,8k + 50k  = (0,997)100(0,073)100(0,035) = 25,3 ≈ 25,5  RL   50k  Suy ra AVs = AIs   = 25,5  = 364,28 ≈ 365  Ri1 + Rs   3,5k  3.3.3 Phân giải mạch khuếch đại đa tầng dùng FET Thí dụ xét mạch khuếch đại hai tầng dùng FET như hình vẽ