Chuong 3 Mach KD Nhieu Tang(20!7!15)

7/23/2019 Chuong 3 Mach KD Nhieu Tang(20!7!15)

http://slidepdf.com/reader/full/chuong-3-mach-kd-nhieu-tang20715 1/40

8/6/2015 1

CHƯƠNG 3

MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỀU TẦNG

Tương ứng với chương 14 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock



8/6/2015 2

3.1. Sơ đồ, chức năng, đặc điểm của các tầng

3.2. Sơ đồ tương đương một chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.3. Sơ đồ tương đương xoay chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.4 Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch

3.5.Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất toàn mạch

3.6. Tính trở kháng ra của toàn mạch

3.7. Tính toán điều kiện khuếch đại tuyến tính của toàn mạch 3.8. Các phương pháp làm tăng hệ số KĐ điện áp

Nội dung chương 3

Tương ứng với chương 14 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock



8/6/2015 3

3.9. Khuếch đại nhiều tầng các BJT E chung

3.10. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Sơ đồ mạch

3.11. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Phân tích AC

3.12. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Mạch Darlington

3.13.Nguyên tắc tính toán tụ liên lạc và tụ thoát tín hiệu xoay chiều

3.14.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại E chung và S chung

3.15.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại C chung và D chung 3.16.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại B chung và G chung

Nội dung chương 3



3.1. Sơ đồ, chức năng, đặc điểm của các tầng



MOSFET M 1hoạt động ở với thiết lập S chung cung cấp một trở kháng vào

lớn và hệ số khuếch đại điện áp trung bình. BJT Q2 hoạt động với thiết lập E chung, tầng thứ 2, cung cấp hệ số khuếch

đại lớn.

BJT Q3, mạch emitter -follower cung cấp trở kháng ra thấp và cách tầng có

hệ số khuếch đại lớn ra khỏi điện trở tải thấp

Các điện trở phân cực được thay thế bằng

Trở kháng vào và trở kháng ra của mạch khuếch đại được ghép với nhau

thông qua tụ (ac-coupled) C 1 và C 6.

Tụ lọc C 2 và C 4 được dùng để lấy hệ số khuếch đại điện áp cực đại từ haimạch khuếch đại đảo.

Tụ liên lạc nội tầng C 3 và C 5 truyền tính hiệu ac giữa các mạch khuếch đại

và ngăn cách tín hiệu dc, và ngăn cản sự ảnh hưởng đến Q- points của

transistors.

212 R R

B R

433 R R

B R

3.1. Chức năng, đặc điểm của các tầng



Sơ đồ tương đương một chiều của mạch khuếch đại nhiều tầng

3.2. Sơ đồ tương đương một chiều

của mạch khuếch đại nhiều tầng



Sơ đồ tương đương xoay chiều

Sơ đồ tương đương đối với tín hiệu nhỏ

3.3. Sơ đồ tương đương xoay chiều

của mạch khuếch đại nhiều tầng



Bảng giá trị các thông số



3.4. Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch

?1 I R ?2 I R ?3

I R

ΩM1 G Rin R

?111

v2

v

1 L Rm g vt A

?322

in R I R L R

?222

v

3v

2 L Rm g vt A

?

3)1

3(

3

3)1

3(

3v

ov3

L R

or

L R

ovt A

?123

in R

I R

in R

vt Avt Avt Av A

?211 in

R I R L R



Ω598k Ω2.17Ω6201

I

R

k Ω31.4k Ω8.51k Ω7.42

I

R

Ω232Ω250k Ω3.33

I

R

ΩM1 G Rin R

-4.78Ω478S01.0111

v2

v

1 L Rm g vt A

k Ω54.33

)13

(32

322

L R

or

I R

in R

I R

L R

-222k Ω54.3mS8.62

22

2v

3v

2

L Rm g vt A

950.0

3)1

3(

3

3)1

3(

3v

ov3

L R

or

L R

ovt A

998123

in R

I R

in R

vt Avt Avt Av A

Ω478Ω2390Ω5982

598211

r

in R

I R

L R

3.4. Tính toán hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch



?222

xixv

3 or I R RCE

out I Rth R

Để tìm trở kháng ra của mạchkhuếch đại, test voltage được đặtvào đầu ra của mạch khuếch đại. ?

xixv

3

xv

3300

xveir ixi

out R

out R

3.5.Tính toán trở kháng ra



Ω3990Ω54200Ω4310

222xixv

3

or

I R RCE

out I R

th R

4.6280

3990

S0796.0

13300

13

3

3

13300

33300

xi

xv

3

xv

3300

xveir ixi

o

th R

m g out

Rout R

out R

Để tìm trở kháng ra của mạchkhuếch đại, test voltage được đặtvào đầu ra của mạch khuếch đại.

3.5.Tính toán trở kháng ra



3.6. Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất

Dòng điện ở ngõ vào được cung cấpcho mạch khuếch đại bởi nguồn:

Và dòng được cung cấp cho bởi mạchkhuếch đại:

?iv

ii

in R

I R

?250

iv

250

ovoi v A

?

ii

oi i A

?

ii

oi

iv

ov i Av A

s P

o P P A



iv71090.9i

v

ii

in R

I R

sv99.3250

s998v250

iv250ovoi v A

61003.4

iv71090.9

i3.99v

iioi

i A

91002.461003.4998

iioi

ivov

i Av A

s P o P

P A

Dòng điện ở ngõ vào được cung cấp

cho mạch khuếch đại bởi nguồn:

Và dòng được cung cấp cho bởi mạchkhuếch đại:

3.6. Tính toán hệ số khuếch đại dòng điện và công suất



3.7. Tính toán điều kiện khuếch đại tuyến tính củatoàn mạch

Đối với tầng thứ nhất,

Đối với tầng thứ hai,

Đối với tầng thứ ba,

Toàn mạch,

V202.0990.0

)21(2.0)(2.0 iv

TN V

GS V

1v

m06.10.990

mV05.1mV05.1

4.78

0.005mV5

mV5

iv

v1 A1

v

1v

v1 A

2v

be2v

μV7.92005.0

)990.0(21

331

mV5

3

331

)sv990.0(21

331

3v

be3v

v Av A

L R

m g

i

v

be

v

L R

m g v

Av

A

L R

m g

μV7.92μV)7.92mV,06.1mV,202min( iv

mV5.92μV)7.92(998μV)7.92( v Aov



3.8. Các phương pháp làm tăng hệ số KĐ điện áp

Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại S chung tỉ lệnghịch với căn bậc 2 của dòng máng, vì vậy hệ số khuếchđại điện áp có thể được tăng lên bằng cách giảm I D1 trong

khi vẫn duy trì một điện áp không đổi trên R D1. Biên độ tín

hiệu có thế được cải thiện bằng cách tăng dòng điện trongtầng ngõ ra và điện áp đặt trên R E 3.

Q1 có thể được thay thể bởi FET. Điều này có thể làmgiảm hệ số khuếch đại ở tầng thứ 3 của mạch khuếch đại

bởi vì hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại D chung thìnhỏ hơn của mạch khuếch đại C chung. Tuy nhiên, sự sụtgiảm này có thể được bù lại bằng cách tăng hệ số khuếchđại ở tầng thứ nhất và thứ hai.



3.9. Khuếch đại nhiều tầng các BJT E chung

Để đạt được hệ số khuếch đại cựcđại, nhiều tầng khuếch đại E chungcó thể được mắc liên tiếp.

Đối với tầng cuối cùng,

Đối với các tầng khác,

1231-n

vov...

1v2

v

iv1

v

v A

v A

v Av A

CC V

L Rmn g vn A 10

)1

(

i

r Li

Rmi

g vi

A

Nếu hệ số khuếch đại bị hạn chế bởi cácđiện trở nội tầng, mỗi tầng có hệ số

khuếch đại vào khoảng -10V CC và hệ sốkhuếch đại toàn mạch là:

Nếu hệ số khuếch đại bị hạn chế bởi trởkháng vào của transistor:

Thông thường khi tín hiệu vàmức năng lượng tăng lên ở mỗi tầng củamạch khuếch đại. Vì o< 10V CC , trườnghợp này thường biểu thị giới hạn thực.

n

CC V

vn A

10

CC V onoo

Cn I C

I nvn A 10...

3211

1C I

Cn I



3.10. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Sơ đồ mạch

• Các tụ liên lạc được mắc nối tiếp với đườngdẫn tín hiệu- C 1, C 3, C 5, với C 6 được loại bỏ vìchúng ngăn cản mạch khuyếch đại làm việc tại

dc hoặc với các tần số rất thấp. • Các điện trở phân cực bổ xung trong mỗi tầng

được loại bỏ để tiết kiệm chi phí khi thiết kế.

• Các tụ lọc nhiễu C 2 và C 4 ảnh

hưởng đến hệ số khuếch đại tạicác tần số thấp nhưng khôngảnh hưởng đến hoạt động của

mạch khuếch đại tại dc

• Các nguồn cung cấp đối xứngđược dùng để đưa điện áp của

Q- point tại ngõ vào và ngõ ra vềkhông.

• pnp hoặc p-channel và npn

hoặc n-channel transistors đượcsử dụng xen kẽ trong các tầngkhuếch đại để tận dụng tối đacác nguồn cung cấp có sẵn.



3.11. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Phân tích AC

Giá trị của of tụ nội sinh trong cáctầng thì cao hơn so với trong mạchkhuếch đại ac nối trực tiếp do sựvắng mặt của các điện trở phân cực.

Tất cả các đặc tính là tương tự vớicác đặc tính của mạch khuếch đại acnối trực tiếp khi Q-points và các

tham số tín hiệu nhỏ của transistor làtương tự.

• Ghép nối dc cần ít thành phầnhơn so với ghép nối ac nhưngQ- points của các tầng trở nên

phụ thuộc lẫn nhau.

• Nếu Q- point của một tầngthay đổi, Q- points của cáctầng khác cũng thay đổi.



3.12. Mạch khuếch đại nối trực tiếp: Mạch Darlington

Mạch Darlington hoạt động tương tựnhư một transistor, nhưng có hệ sốkhuếch đại dòng điện được cung cấp bởi hệ số khuyếch đại dòng điện của

tường transistor riêng rẽ.

Phân tích mạch DC: với F 1, F 2 >>1,

V BE của composite transistor = 2 điệnáp trên diode .

Vì vậy V CE >(V BE 1 + V BE 2) .

B I

F2 F1C2 I

C1 I

C I

Phân tích mạch AC: Đối với compositetransistor,

212

1

11'

r o

yr

012

y

2/221' m g ym g

o2r yor )3/2(

1

22'

210

2

11

21'oo

v y

y

o

3/2

02

1v2

v'

f i

f



8/6/2015 21

TÍNH TOÁN TỤ LIÊN LẠC VÀ TỤTHOÁT TÍN HIỆU XOAY CHIỀU



Jaeger/Blalock7/1/03

Microelectronic Circuit DesignMcGraw-Hill

3.13.Nguyên tắc tính toán tụ liên lạcvà tụ thoát tín hiệu xoay chiều

Vì trở kháng của tụ tỉ lệ nghịch với tần số, nên trong khoảng tần số thấp

trở kháng của tụ tăng lên làm điện áp xoay chiều tổn hao trên tụ tăng

lên, do đó điện áp xoay chiều đưa vào mạch giảm đi.

Để tính chọn các tụ, ta sử dụng phương pháp thời hằng ngắn mạch.

Nghĩa là khi tín toán giá trị một tụ thì nối tắt tất cả các tụ còn lại

Nguyên tắc tính chọn tụ là giá trị trở kháng của tụ (tại tần số nhỏ nhất

trong băng thông) phải nhỏ hơn nhiều so với giá trị trở kháng tổng(thông thường ta chọn nhỏ hơn hoặc bằng 1/10)

Chap 14 - 22





3.14.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại Echung và S chung

Chap 14 - 23

Xét C1 (with vi=0): cho tất cả các

tụ khác nối tắt

Nguyên tắc chọn C1 là trở kháng

củ tụ C1 nhỏ hơn rất nhiều so với

trở kháng (R I+R in)

in R I

RC

in R I

RC

in R RC

101

11

11

1





RiB B

Rin

R Đối với mạch C-E,

RiGG

Rin

R

C 1 được chọn thỏa mãn điều kiện:

được chọn bằng: = min

Chap 14 - 24

in R I

RC

in R I

RC

101

11


Đối với mạch C-S,





Đối với mạch C-E, RiC C

Rout R

Đối với mạch C-S

RiD R Dout R

Chap 14 - 25

C3

C3

out R RC

out R RC

3

103

3

13


C 3 được chọn thỏa mãn điều kiện:

được chọn bằng: = min





Trường hợp xác định C2, ta nối tắt các tụC1 và C3

m g E R RC

14

1

2

m g S

R R

C

14

12

Chap 14 - 26

C2

C2




Nhắc lại các thông số mạch khuếch đại dùngBIT



Nhắc lại các thông số mạch khuếch đại dùngFET

Ví d í h á h KĐ E h à





Ví dụ tính toán tụ trong mạch KĐ E chung vàS chung

Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1, C

2 và C

3?.

Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như dưới đây

? RiB B Rin R

?1?

11

C

in R I

RC

?2

?)/1(4

1

2

C

m g E R RC

?3?

3

13

C

out R RC

Chap 14 - 29





k Ω1.78 RiB B

Rin

R

F02.01

1.99nF1

1

C

in R I R

C

F0.682

nF2.67)/1(

4

12

C

m g E R RC

F015.03nF31.13

1

3 C out R RC

Chap 14 - 30




Jaeger/Blalock7/1/03 Microelectronic Circuit DesignMcGraw-Hill

k Ω892G

Rin

R

pF1800

1

178pF1

1

C

in R I R

C

F0.562

nF3.55)/1(

6

12

C

m g S

R RC

F015.03nF31.1

3

13

C

out R RC

Chap 14 - 31



2 và C

3?.





RiB B

Rin

R

Đối với mạch C-C,

RiGG Rin R

C 1 được tính chọn như sau:

in R

I R

C

11

Chap 14 - 32

3.15.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại Cchung và D chung

Đối với mạch C-D,




RiE Rout R6

RiS Rout R 6

out R RC

313

Chap 14 - 33

C3

C3

3.15.Tính toán tụ trong mạch khuếch đại Cchung và D chung

Đối với mạch C-C,

Đối với mạch C-D,





Đối với mạch C-C:

k Ω5.95 RiB B

Rin

R

pF82001

816pF1

1

C

in R

I R

C

pF82003

pF795

3

13

C

out R RC

k Ω892G

Rin

R

pF1000

1

89pF1

1

C in

R I

RC

pF82003

pF782

3

13

C

out R RC

1206 RiE

Rout R k 74.1

6 RiS Rout R

Chap 14 - 34

Ví dụ tính toán tụ trong mạch KĐ C chung vàD chung


2 và C

3?.


Đối với mạch C-D:




RiE Rin R6

RiS Rin R 6

in

R I

RC

11

Chap 14 - 35

3.16.Tính toán tụ trong mạch KĐ B chung vàG chung

Đối với mạch C-B,

Đối với mạch C-G,





RiC C Rout R

RiD D Rout R

out R RC

3

1

3

Chap 14 - 36

C3

C3


Đối với mạch C-B,

Đối với mạch C-G,





Khi tính chọn C2 ta nối tắt các tụ C1 vàC3

21

)6)(1(21

R R RCGeq

I R Ror R R RCBeq

R CGCBeq

C

,

12

Chap 14 - 37

C2

C2





Đối với mạch KĐ C-B:

Ω100Ω102k Ω136 RiE Rin R

F82.01

75.8nF1

1

C

in R

I R

C

F015.03nF31.1

3

13

C

out R RC

k Ω9.21MΩ93.3k Ω22 RiC C Rout R

F0.027nF38.2)6

)(1(21

1

2

I R Ror R RC

Chap 14 - 38

Ví dụ Tính toán tụ trong mạch KĐ B chung vàG chung

Bài toán: Tính chọn các tụ liên lạc và tụ thoát xoay chiều C1

, C2

và C3

?.

Số liệu cho: f = 1000Hz, tất cả giá trị điện trở của mạch như trong hình




Đối với mạch KĐ C-G:

k Ω74.1k Ω04.2k Ω126

RiS Rin R

F42.01

42.6nF1

1

C

in R

I R

C

F015.03nF31.1

3

13

C

out R RC

k Ω9.20k Ω410k Ω22 RiD D Rout R

pF1800 pF178

21

12

R R

C

Chap 14 - 39

Ví dụ Tính toán tụ trong mạch KĐ B chung vàG chung



8/6/2015 40

Kết thúc chương 3

Documents

Chuong 3 Mach KD Nhieu Tang(20!7!15)