›
›

Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử (Phần 1) - Trương Văn Cập

pdf 409 trang ngocly 3410
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử (Phần 1) - Trương Văn Cập", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ky_thuat_mach_dien_tu_phan_1_truong_van_cap.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử (Phần 1) - Trương Văn Cập

  1. HäC VIÖN Kü THuËT QU¢N Sù Bé M¤N C¬ Së Kü THUËT V¤ TUYÕN - KHOA V« TUYÕn §IÖN Tö Pgs . ts tr−¬ng v¨n cËp (chñ biªn) Ths. NguyÔn Duy chuyªn - ts. trÇn h÷u vþ Ths. LuyÖn quang minh - ts. nguyÔn huy hoµng - ts. T¹ chÝ hiÕu Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö PhÇn mét Hµ néi - 2008 2
  2. Môc lôc Trang LêiTU nãi ®ÇuUT 9 CTU h−¬ng 1 Nh÷ng kh¸i niÖm chung vµ c¸c vÊn ®Ò c¬ së cña m¹ch ®iÖn töUT 11 1.1TU Kh¸i niÖm vÒ m¹ch ®iÖn tö vµ nhiÖm vô cña nãUT 11 1.2.TU Håi tiÕp trong bé khuÕch ®¹iUT 12 1.2.1.TU §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹iUT 12 1.2.2.TU Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m¹ng bèn cùc cã håi tiÕp.UT 13 1.2.3.TU Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕpUT 14 1.3.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i.UT 18 1.3.1.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn ®é æn ®Þnh cña hÖ sè khuÕch ®¹iUT 18 1.3.2.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn trë kh¸ng vµo.UT 19 1.3.3.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn trë kh¸ng raUT 20 1.3.4.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn d¶i ®éng vµ mÐo phi tuyÕn cña bé khuÕch ®¹i.UT 22 1.3.5.TU ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn ®Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng cña bé khuÕch ®¹i.UT 23 1.4.TU æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c cho c¸c tÇng dïng tranzistor l−ìng cùc.UT 29 1.4.1.TU §Æt vÊn ®ÒUT 29 1.4.2.TU HiÖn t−îng tr«i ®iÓm lµm viÖcUT 30 1.4.3.TU C¸c s¬ ®å æn ®Þnh tuyÕn tÝnh.UT 32 1.4.4.TU C¸c s¬ ®å æn ®Þnh phi tuyÕnUT 36 1.4.5.TU æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc trong c¸c m¹ch tæ hîp t−¬ng tù.UT 37 1.5.TU æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c cho c¸c tÇng dïng tranzistor hiÖu øng tr−êng.UT 39 1.5.1.TU ChÕ ®é tÜnh .UT 39 1.5.2.TU C¸c s¬ ®å æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc.UT 39 CTU h−¬ng 2 c¸c s¬ ®å c¬ b¶n cña tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá dïng tranzistorUT 42 2.1.TU c¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i.UT 43 3
  3. 2.2.TU c¸c s¬ ®å c¬ b¶n dïng mét tranzistor l−ìng cùcUT 45 2.2.1.TU M¹ch ®iÖn c¸c bé khuÕch ®¹iUT 45 2.2.2.TU C¸c tham sè c¬ b¶n cña tõng s¬ ®å:UT 47 2.2.3.TU C¸c c«ng thøc ®¬n gi¶n th«ng dôngUT 52 2.2.4.TU NhËn xÐt chung:UT 53 2.3.TU C¸c s¬ ®å bé khuÕch ®¹i dïng tranzistor hiÖu øng tr−êng (FET)UT 53 2.4.TU c¸c bé khuÕch ®¹i dïng nhiÒu tranzistor 56UT 2.4.1.TU S¬ ®å Dalington:UT 56 2.4.2.TU S¬ ®å tranzistor bïUT 59 2.4.3.TU S¬ ®å KaskodeUT 60 2.4.4.TU M¹ch kÕt hîp FET - tranzistor l−ìng cùc.UT 61 2.5.TU bé khuÕch ®¹i vi sai.UT 62 2.5.1.TU S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc:UT 63 2.5.2TU C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i vi sai:UT 65 2.5.3.TU HiÖn t−îng tr«i.UT 69 2.5.4.TU Mét sè s¬ ®å bé khuÕch ®¹i vi sai.UT 70 CTU h−¬ng 3 Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ øng dôngUT 75 3.1TU Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ bé khuÕch ®¹i thuËt to¸nUT 75 3.1.1TU C¸c tÝnh chÊt vµ tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n.UT 75 3.1.2.TU C¸c s¬ ®å c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸nUT 81 3.1.3.TU ¶nh h−ëng cña dßng ®iÖn tÜnh, cña ®iÖn ¸p lÖch kh«ng, cña hiÖn t−îng tr«i ®iÓm c«ng t¸c cña bé K§TT vµ c¸c biÖn ph¸p bï.UT 86 3.1.4.TU æn ®Þnh c«ng t¸c cña bé K§TT vµ c¸c biÖn ph¸p bï tÇn sè.UT 89 3.1.5.TU CÊu tróc bªn trong cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n.UT 97 3.2TU C¸c m¹ch tÝnh to¸n vµ ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸nUT 103 3.2.1TU Kh¸i niÖmUT 103 3.2.2TU M¹ch céng vµ m¹ch trõUT 104 3.2.3TU M¹ch biÕn ®æi trë kh¸ngUT 109 3.2.4TU M¹ch tÝch ph©nUT 123 3.2.5TU M¹ch PI (Propotional - Integrated)UT 2 3.2.6TU M¹ch vi ph©nUT 129 3.2.7TU M¹ch PID (Propotional – Integrated - Differential)UT 130 4
  4. 3.3TU C¸c m¹ch khuÕch ®¹i vµ t¹o hµm phi tuyÕn dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸nUT 132 3.3.1TU Kh¸i niÖmUT 132 3.3.2TU C¸c m¹ch khuÕch ®¹i vµ tÝnh to¸n phi tuyÕn liªn tôcUT 133 3.3.3TU C¸c m¹ch phi tuyÕn kh«ng liªn tôc.UT 148 CTU h−¬ng 4 KhuÕch ®¹i chuyªn dôngUT 163 4.1.TU KhuÕch ®¹i chän läcUT 163 4.1.1.TU Kh¸i niÖm.UT 163 4.1.2.TU Yªu cÇu vÒ chØ tiªu kü thuËt c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i chän läc.UT 163 4.1.3.TU VÊn ®Ò æn ®Þnh cña bé khuÕch ®¹i.UT 165 4.1.4.TU Bé khuÕch ®¹i chän läc t¶i céng h−ëngUT 168 4.1.5.TU Bé khuÕch ®¹i chän läc ®¬n ®iÒu chuÈn:UT 170 4.1.6.TU Bé khuÕch ®¹i chän läc m¾c so leUT 172 4.1.7TU Bé khuÕch ®¹i chän läc ®«i ®iÒu chuÈn:UT 174 4.1.8.TU Bé khuÕch ®¹i chän läc tËp trung:UT 177 4.2.TU Bé khuÕch ®¹i d¶i réngUT 177 4.2.1.TU Mét sè ®Æc ®iÓm chung.UT 177 4.2.2.TU C¸c biÖn ph¸p më réng d¶i tÇn cña bé khuÕch ®¹i.UT 178 4.2.3.TU Bé khuÕch ®¹i cã t¶i kh«ng céng h−ëng: 180UT 4.3TU m¹ch läc tÝch cùcUT 183 4.3.1TU Kh¸i niÖmUT 183 4.3.2TU M¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao bËc haiUT 186 4.3.3TU M¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao bËc cao (n > 2)UT 191 4.3.4TU M¹ch läc chän läc vµ m¹ch läc th«ng d¶i.UT 193 4.3.5TU M¹ch nÐn chän läc.UT 198 CTU h−¬ng 5 KHUÕCH ®¹I C«NG SUÊTUT 202 5.1TU NHIÖM Vô, YªU CÇU Vµ PH©N LO¹I TÇNG KHUÕCH ®¹I C¤NG SUÊT (K®CS).UT 202 5.1.1.TU NhiÖm vôUT 202 5.1.2.TU C¸c yªu cÇu vÒ chØ tiªu kü thuËt cña tÇng K§CSUT 202 5.1.3.TU Ph©n lo¹iUT 203 5.2.TU PH¦¥NG PH¸P PH¢N TÝCH TÇNG K§CSUT 203 5.2.1.TU ChÕ ®é c«ng t¸c vµ x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cho tÇng K§CSUT 203 5.2.2.TU Ph©n tÝch ®iÒu hßa xung dßng colectoUT 206 5.2.3.TU Quan hÖ n¨ng l−îng trong m¹ch colectoUT 208 5.2.4.TU §Æc tuyÕn t¶i cña tÇng K§CSUT 210 5
  5. 5.3.TU TÇNG K§CS TÇN Sè THÊP D¶I RéNGUT 212 5.3.1.TU TÇng K§CS ®¬nUT 212 5.3.2.TU TÇng K§CS m¾c ®Èy kÐoUT 214 5.4.TU TÇNG K§CS CAO TÇN D¶I RéNGUT 218 5.4.1.TU S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña tÇng K§CS cao tÇn d¶i réngUT 218 5.4.2.TU Mét sè ®Æc ®iÓm cña tÇng K§CS cao tÇn d¶i réngUT 219 5.5.TU TÇNG K§CS T¶I CéNG H¦ëNG.UT 221 5.5.1.TU S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc.UT 221 5.5.2.TU Quan hÖ n¨ng l−îng trong tÇng K§CSUT 222 CTU h−¬ng 6 C¸c bé t¹o dao ®éngUT 226 TU6.1 c¸c vÊn ®Ò chung vÒ t¹o dao ®éngUT 226 6.1.1TU NhiÖm vô, yªu cÇu vµ ph©n lo¹i.UT 226 6.1.2TU §iÒu kiÖn t¹o dao ®éng vµ ®Æc ®iÓm cña m¹ch t¹o dao ®éng.UT 227 6.1.3TU æn ®Þnh biªn ®é vµ tÇn sè dao ®éng.UT 231 6.2TU Bé t¹o dao ®éng RC.UT 232 6.2.1TU §Æc ®iÓm chung cña c¸c bé t¹o dao ®éng RCUT 232 6.2.2TU Bé t¹o dao ®éng dïng m¹ch di pha trong kh©u håi tiÕp.UT 232 6.2.3TU Bé t¹o dao ®éng dïng m¹ch läc T vµ T- kÐp trong kh©u håi tiÕp.UT 234 6.2.4TU Bé t¹o dao ®éng dïng m¹ch cÇu Viªn trong kh©u håi tiÕp.UT 236 6.3TU Bé t¹o dao ®éng LCUT 238 6.3.1TU C¸c lo¹i m¹ch t¹o dao ®éng LCUT 238 6.3.2TU VÊn ®Ò æn ®Þnh biªn ®é trong c¸c bé t¹o dao ®éng LC.UT 241 6.3.3TU VÊn ®Ò æn ®Þnh tÇn sè trong c¸c bé dao ®éng LC:UT 242 6.4.TU Bé t¹o dao ®éng th¹ch anhUT 246 6.4.1TU TÝnh chÊt vËt lý cña vµ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña th¹ch anh.UT 246 6.4.2TU Nh÷ng t¸c ®éng ¶nh h−ëng tíi ®é æn ®Þnh tÇn sè cña bé dao ®éng th¹ch anh vµ biÖn ph¸p kh¾c phôc.UT 250 6.4.3TU M¹ch ®iÖn bé t¹o dao ®éng th¹ch anhUT 251 6.5TU T¹o dao ®éng b»ng ph−¬ng ph¸p tæ hîp tÇn sè.UT 255 6.5.1TU §Æt vÊn ®Ò.UT 255 6.5.2TU Tæ hîp tÇn sè b»ng ph−¬ng ph¸p kÕt hîp. UT 255 6.5.3TU Tæ hîp tÇn sè theo ph−¬ng ph¸p tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè.UT 260 6.5.4TU Tù ®éng ®iÒu chØnh theo tÇn sè (T§T).UT 261 6.5.5.TU Tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè theo pha (T§F)UT 266 6.5.6TU T¹o m¹ng tÇn sè æn ®Þnh b»ng vßng kho¸ pha PLL.UT 277 CTU h−¬ng 7 §iÒu chÕ dao ®éng cao tÇnUT 278 6
  6. 7.1.TU Kh¸i niÖm chung:UT 278 7.2.TU §iÒu chÕ biªn ®éUT 278 7.2.1.TU Kh¸i niÖm vÒ ®iÒu chÕ biªn ®éUT 278 7.2.2.TU §iÒu chÕ l−íi mét vµ ®iÒu chÕ baz¬ (cùc gèc )UT 283 7.2.3.TU §iÒu chÕ An«t vµ ®iÒu chÕ colect¬ (cùc gãp)UT 285 7.2.4.TU §iÒu chÕ biªn ®é sö dông m¹ch nh©n t−¬ng tùUT 288 7.2.5.TU §iÒu biªn c©n b»ng.UT 289 7.3.TU §iÒu chÕ tÇn sèUT 291 7.3.1.TU Kh¸i niÖm c¬ b¶n.UT 291 7.3.2.TU BiÖn ph¸p kü thuËt thùc hiÖn ®iÒu chÕ tÇn sè.UT 293 7.4.TU §iÒu chÕ ®¬n biªnUT 298 7.4.1.TU B¶n chÊt cña ®iÒu chÕ ®¬n biªnUT 299 7.4.2.TU Nh÷ng ®Æc ®iÓm chñ yÕu cña th«ng tin ®¬n biªnUT 301 7.4.3.TU C¸c ph−¬ng ph¸p truyÒn tin tøc khi ®iÒu chÕ ®¬n biªn.UT 302 7.4.4.TU C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o tÝn hiÖu ®¬n biªn.UT 303 CTU h−¬ng 8 t¸ch sãng tÝn hiÖu v« tuyÕnUT 310 8.1.TU Kh¸i niÖm chungUT 310 8.2.TU T¸ch sãng biªn ®é (TSB§)UT 310 8.2.1.TU C¸c chØ tiªu chÊt l−îng cña TSB§:UT 311 8.2.2.TU Ph©n tÝch chÕ ®é cña bé t¸ch sãng dïng ®i«t.UT 312 8.2.3.TU T¸ch sãng ®ång béUT 321 8.2.4.TU HiÖn t−îng ph¸ch vµ hiÖn t−îng chÌn Ðp tÝn hiÖu trong bé t¸ch sãng ®iÒu biªn.UT 322 8.3.TU T¸ch sãng tÝn hiÖu xung.UT 324 8.3.1TU . T¸ch sãng xung v« tuyÕn.UT 324 8.3.2.TU T¸ch sãng xung thÞ tÇn (T¸ch sãng ®Ønh).UT 326 8.4.TU t¸ch sãng phaUT 327 8.4.1.TU C«ng dông, nguyªn lý t¸ch sãng pha.UT 327 8.4.2.TU C¸c d¹ng s¬ ®å t¸ch sãng pha.UT 328 8.5.TU Bé t¸ch sãng tÇn sèUT 330 8.5.1.TU C«ng dông, nguyªn lý t¸ch sãng tÇn sèUT 330 8.5.2.TU C¸c d¹ng s¬ ®å bé t¸ch sãng tÇn sè.UT 330 CTU h−¬ng 9 Trén tÇn 338UT 9.1.TU Lý thuyÕt chung vÒ trén tÇnUT 338 9.1.1.TU §Þnh nghÜa:UT 338 7
  7. 9.1.2.TU Nguyªn lý trén tÇnUT 338 9.1.3.TU Ph©n lo¹iUT 339 9.1.4.TU øng dôngUT 340 9.2.TU HÖ ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng vµ c¸c tham sè c¬ b¶n.UT .340 9.3.TU M¹ch trén tÇn.UT 344 9.3.1.TU M¹ch trén tÇn dïng ®i«t.UT 344 9.3.2.TU M¹ch trén tÇn dïng phÇn tö khuÕch ®¹iUT 347 9.4.TU NhiÔu trong m¹ch trén tÇn.UT 355 9.5.TU Trén tÇn ë siªu cao tÇn 357UT 9.5.1.TU Trén tÇn trªn ®Ìn th¸p 3 cùc.UT 357 9.5.2.TU Bé trén tÇn dïng ®Ìn th¸p 2 cùc.UT 358 9.5.3.TU Bé trén tÇn dïng ®i«t b¸n dÉn.UT 361 9.5.4.TU Chän chÕ ®é c«ng t¸c cho bé biÕn tÇn dïng ®i«t b¸n dÉn.UT 367 9.5.5.TU S¬ ®å cÊu tróc cña bé trén tÇn dïng ®i«t b¸n dÉn.UT 369 9.5.6.TU Bé trén tÇn c©n b»ng dïng ®i«t b¸n dÉnUT 374 CTU h−¬ng 10 M¹ch cung cÊp nguånUT 379 10.1.TU Kh¸i niÖmUT 379 10.2.TU BiÕn ¸p nguån vµ chØnh l−uUT 380 10.2.1.TU M¹ch chØnh l−u nöa sãng.UT 382 10.2.2.TU M¹ch chØnh l−u toµn sãng.UT 385 10.2.3.TU T¶i cña bé chØnh l−u.UT 388 10.2.4.TU M¹ch béi ¸p.UT 390 10.2.5.TU Kh©u läc trong c¸c bé chØnh l−u.UT 390 10.3.TU æn ¸pUT 393 10.3.1.TU M¹ch æn ¸p dïng ®i«t Zener.UT 393 10.3.2.TU M¹ch æn ¸p dïng ®i«t Zener víi m¹ch lÆp emito ë ®Çu ra.UT 395 10.3.3.TU M¹ch æn ¸p cã håi tiÕp.UT 397 10.3.4.TU æn ¸p xung.UT 404 10.4TU ChØnh l−u ®¶o.UT 405 10.5.TU BiÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu vµ bé nguån kh«ng dïng biÕn ¸p nguån.UT 407 10.5.1.TU BiÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒuUT 407 10.5.2.TU Bé nguån kh«ng dïng biÕn ¸p nguån.UT 408 TµiTU liÖu tham kh¶oUT 410 8
  8. Lêi nãi ®Çu Bé s¸ch “Kü THUËT M¹CH §IÖN Tö” bao gåm hai phÇn ®−îc dïng lµm tµi liÖu gi¶ng d¹y m«n häc cïng tªn sö dông ë Häc ViÖn Kü thuËt Qu©n Sù. PhÇn I bao gåm c¸c néi dung më réng dïng chung cho nhiÒu chuyªn ngµnh cã liªn quan. PhÇn II gåm c¸c néi dung chuyªn s©u, sö dông riªng cho hai lÜnh vùc víi ®Æc thï kh¸c nhau cña c¸c chuyªn ngµnh ®iÖn tö viÔn th«ng vµ Ra®a, Tªn löa, T¸c chiÕn ®iÖn tö. Ngoµi viÖc dïng lµm tµi liÖu häc tËp vµ tham kh¶o cho c¸c häc viªn chuyªn ngµnh V« tuyÕn ®iÖn tö, bé s¸ch còng cã thÓ dïng lµm tµi liÖu tham kh¶o bæ Ých cho c¸c kü s−, c¸n bé kü thuËt cña c¸c ngµnh cã liªn quan ®Õn kü thuËt ®iÖn vµ ®iÖn tö. Tham gia biªn so¹n bé s¸ch cã c¸c gi¶ng viªn thuéc Bé m«n c¬ së kü thuËt v« tuyÕn - Khoa v« tuyÕn ®iÖn tö . Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n chóng t«i ®· nhËn ®−îc nhiÒu ý kiÕn ®ãng gãp rÊt bæ Ých. Chóng t«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh vÒ sù gióp ®ì quý b¸u ®ã. MÆc dï ®· cã nhiÒu cè g¾ng, nh−ng v× xuÊt b¶n lÇn ®Çu nªn ch¾c ch¾n sÏ cßn nhiÒu h¹n chÕ vµ thiÕu sãt. Chóng t«i rÊt mong nhËn ®−îc c¸c ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u göi vÒ Khoa VT§T – Häc ViÖn KTQS. 9
  9. Ch−¬ng 1 Nh÷ng kh¸i niÖm chung vµ c¸c vÊn ®Ò c¬ së cña m¹ch ®iÖn tö 1.1 Kh¸i niÖm vÒ m¹ch ®iÖn tö vµ nhiÖm vô cña nã C¸c m¹ch ®iÖn tö cã nhiÖm vô gia c«ng tÝn hiÖu theo c¸c thuËt to¸n kh¸c nhau. VÝ dô: tÝn hiÖu cã thÓ ®−îc khuÕch ®¹i, ®iÒu chÕ, t¸ch sãng, chØnh l−u, nhí, ®o, truyÒn ®¹t, ®iÒu khiÓn, biÕn d¹ng, tÝnh to¸n Trªn quan ®iÓm kü thuËt, ng−êi ta ph©n biÖt hai lo¹i tÝn hiÖu: tÝn hiÖu t−¬ng tù vµ tÝn hiÖu sè. §Ó gia c«ng chóng, cã hai lo¹i m¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n t−¬ng øng: M¹ch t−¬ng tù vµ m¹ch sè. Trong thêi gian gÇn ®©y, kü thuËt xö lý tÝn hiÖu sè ®· ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ ®ãng vai trß rÊt quan träng trong viÖc gia c«ng tÝn hiÖu. Tuy vËy m¹ch sè còng kh«ng thÓ thay thÕ hoµn toµn m¹ch t−¬ng tù v× trong thùc tÕ cã nhiÒu thuËt to¸n kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc b»ng c¸c m¹ch sè hoÆc nÕu thùc hiÖn b»ng m¹ch t−¬ng tù th× tiÖn lîi h¬n. Ngay c¶ trong hÖ thèng sè, còng cã nhiÒu phÇn tö chøc n¨ng t−¬ng tù ë mét sè kh©u nµo ®ã. M¹ch sè ®−îc nghiªn cøu trong m«n häc kü thuËt sè, cßn ®èi t−îng cña m«n häc kü thuËt m¹ch ®iÖn tö chñ yÕu chØ nghiªn cøu c¸c m¹ch t−¬ng tù. Trong thêi gian gÇn ®©y, c¸c m¹ch tæ hîp t−¬ng tù ®· ®ãng vai trß rÊt quan träng trong kü thuËt m¹ch ®iÖn tö. Chóng kh«ng nh÷ng ®¶m b¶o tèt viÖc tho¶ m·n c¸c chØ tiªu kü thuËt mµ cßn cã ®é tin cËy cao vµ gi¸ thµnh h¹. Trong ®ã, sù ra ®êi cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®¸nh dÊu mét b−íc ngoÆt quan träng trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña kü thuËt m¹ch ®iÖn tö. Tr−íc ®©y, ®Ó gia c«ng tÝn hiÖu theo nhiÒu thuËt to¸n, ®· cã v« sè c¸c m¹ch chøc n¨ng kh¸c nhau. Ngµy nay, cã thÓ dïng mét sè l−îng h¹n chÕ c¸c m¹ch chøc n¨ng dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó thùc hiÖn nhiÒu thuËt to¸n kh¸c nhau nhê m¾c m¹ch håi tiÕp ngoµi thÝch hîp. Xu h−íng ph¸t triÓn cña kü thuËt m¹ch t−¬ng tù lµ n©ng cao ®é tÝch hîp cña m¹ch (gi¶m sè chñng lo¹i nh−ng l¹i t¨ng kh¶ n¨ng sö dông cña tõng chñng lo¹i). Khi ®é tÝch hîp t¨ng th× cã thÓ chÕ t¹o nh÷ng hÖ thèng cã chøc n¨ng ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n trªn mét chÝp. Tãm l¹i, cã hai h−íng ph¸t triÓn cña kü thuËt m¹ch t−¬ng tù, ®ã lµ: Gi¶m nhá kÝch th−íc bªn trong cña m¹ch trong chÕ t¹o vµ t¨ng tÝnh phæ biÕn cña m¹ch trong øng dông. 11
  10. 1.2. Håi tiÕp trong bé khuÕch ®¹i 1.2.1. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i: Håi tiÕp lµ qu¸ tr×nh ghÐp mét phÇn tÝn hiÖu ra cña m¹ng 4 cùc tÝch cùc vÒ ®Çu vµo th«ng qua mét m¹ng 4 cùc kh¸c gäi lµ m¹ng håi tiÕp (h×nh 1.1). Håi tiÕp ®ãng vai trß rÊt quan träng trong kü thuËt m¹ch t−¬ng tù. Nã cã kh¶ n¨ng lµm thay ®æi thuËt to¸n khi gia c«ng tÝn hiÖu ®ång thêi cho phÐp c¶i thiÖn c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i. X v X h X K r X ht Kht H×nh 1.1: S¬ ®å khèi bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp. K: Kh©u khuÕch ®¹i; KhtB :B kh©u håi tiÕp; XvB :B tÝn hiÖu vµo; XrB B tÝn hiÖu ra; XhB B : tÝn hiÖu hiÖu (hoÆc tæng); XhtB :B tÝn hiÖu håi tiÕp. Cã thÓ ph©n lo¹i håi tiÕp theo mét sè c¨n cø nh− sau: a) Theo pha gi÷a X ht vµ X v ta cã hai lo¹i: - Håi tiÕp ©m: X ht ng−îc pha víi X v . Khi ®ã X h lµ tÝn hiÖu hiÖu, nhá h¬n X v vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch gi¶m. Håi tiÕp ©m cã thÓ c¶i thiÖn ®−îc c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i. - Håi tiÕp d−¬ng: X ht B ®ång pha víi X v lµm cho hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch B t¨ng. Håi tiÕp d−¬ng ®−îc sö dông ®Ó t¹o dao ®éng vµ sÏ ®−îc xÐt ®Õn trong ch−¬ng 6 cña tµi liÖu nµy. b) C¨n cø vµo tÝn hiÖu håi tiÕp ta cã hai lo¹i håi tiÕp mét chiÒu vµ håi tiÕp xoay chiÒu. - Håi tiÕp ©m mét chiÒu ®−îc dïng ®Ó æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c. - Håi tiÕp ©m xoay chiÒu ®−îc dïng ®Ó æn ®Þnh c¸c tham sè cña bé khuÕch ®¹i. c) M¹ch ®iÖn cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp ®−îc ph©n thµnh 4 lo¹i: - Håi tiÕp nèi tiÕp - ®iÖn ¸p: tÝn hiÖu håi tiÕp ®−a vÒ ®Çu vµo nèi tiÕp víi nguån tÝn hiÖu ban ®Çu vµ tû lÖ víi ®iÖn ¸p ra . 12
  11. - Håi tiÕp song song - ®iÖn ¸p: TÝn hiÖu håi tiÕp ®−a vÒ ®Çu vµo song song víi nguån tÝn hiÖu ban ®Çu vµ tû lÖ víi ®iÖn ¸p ra. - Håi tiÕp nèi tiÕp - dßng ®iÖn: tÝn hiÖu håi tiÕp ®−a vÒ ®Çu vµo nèi tiÕp víi nguån tÝn hiÖu ban ®Çu vµ tû lÖ víi dßng ®iÖn ra. - Håi tiÕp song song - dßng ®iÖn: tÝn hiÖu håi tiÕp ®−a vÒ ®Çu vµo song song víi nguån tÝn hiÖu ban ®Çu vµ tû lÖ víi dßng ®iÖn ra. 1.2.2. Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m¹ng bèn cùc cã håi tiÕp. S¬ ®å khèi toµn phÇn cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp chØ ra trªn h×nh 1.2. X v X h X n X r K K n + − X ht Kht H×nh 1.2. S¬ ®å khèi toµn phÇn cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp KnB :B Kh©u ghÐp víi nguån tÝn hiÖu XnB :B tÝn hiÖu nguån ®−a ®Õn bé khuÕch ®¹i Gi¶ thiÕt c¸c khèi ®Òu lµ c¸c hÖ tuyÕn tÝnh vµ tÝn hiÖu chØ ch¹y theo chiÒu mòi tªn. Tõ s¬ ®å h×nh 1.2 ta rót ra c¸c quan hÖ sau: X v = X n . K n ; X γ = X h . K ; X ht = X γ .K ht vµ X h = X v − X ht (ë ch−¬ng nµy chñ yÕu xÐt håi tiÕp ©m). Tõ c¸c quan hÖ nµy, ta cã thÓ rót ra ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m¹ng bèn cùc cã håi tiÕp: X K K′ = r = (1.1) X V 1+ KK ht X r KKn KKKtp== n ′ = (1.2) X nht1+ KK Trong ®ã: K ′ - Hµm truyÒn ®¹t cña m¹ng bèn cùc tÝch cùc cã håi tiÕp, vµ: K tp - Hµm truyÒn ®¹t toµn phÇn Gäi: KV = K.K ht lµ hµm sè truyÒn ®¹t vßng, vµ: g = 1+ K.K ht =1 + KV lµ ®é s©u håi tiÕp. 13
  12. Nh− vËy cã thÓ x¶y ra hai tr−êng hîp: * g = 1 + KK ht K , ta cã håi tiÕp d−¬ng vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch t¨ng so víi khi kh«ng cã håi tiÕp. * g = 1+ KK ht > 1, K ′ > 1 tøc lµ g = 1+ KV ≈ KV , tõ (1.1) vµ (1.2) suy ra: X r 1 X r K n K′= ≈ vµ: K tp = ≈ (1.3) X V K ht X n K ht Tr−êng hîp ®Æc biÖt nµy ®−îc gäi lµ håi tiÕp ©m s©u. Nh− vËy, trong mét hÖ thèng khÐp kÝn víi håi tiÕp ©m s©u, khi hµm sè truyÒn ®¹t vßng cã gi¸ trÞ rÊt lín, th× hµm truyÒn ®¹t cña nã hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i mµ chØ phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña kh©u håi tiÕp. Sù thay ®æi c¸c tham sè cña phÇn tö tÝch cùc vµ ®é t¹p t¸n cña nã kh«ng ¶nh h−ëng tíi c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp. V× vËy cã thÓ lùa chän kh©u håi tiÕp mét c¸ch thÝch hîp ®Ó thay ®æi thuËt to¸n khi gia c«ng tÝn hiÖu. §©y chÝnh lµ mét øng dông rÊt quan träng cña håi tiÕp ©m. 1.2.3. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp: §Ó nhËn biÕt ®−îc nguyªn t¾c lµm viÖc cña c¸c m¹ch ®iÖn tö mét c¸ch thuËn tiÖn vµ nhanh chãng, còng nh− cã thÓ dÔ dµng chuyÓn tÊt c¶ c¸c m¹ch cã håi tiÕp vÒ d¹ng “cÊu tróc chuÈn” (thÓ hiÖn trªn h×nh 1.2), trong môc nµy sÏ tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch khèi (th−êng dïng trong kü thuËt ®iÒu khiÓn) ®Ó ph©n tÝch bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp. L−u ®å thuËt to¸n ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh ph©n tÝch bao gåm 6 b−íc nh− chØ ra ë b¶ng 1.1. * B−íc 1: X¸c ®Þnh X γ . 14
  13. - Chän ®¹i l−îng ra lµ ®iÖn ¸p nÕu m¹ch cã håi tiÕp ®iÖn ¸p hoÆc lµ dßng ®iÖn nÕu m¹ch cã håi tiÕp dßng ®iÖn. * B−íc 2: Chän X n , X V , X h . - Víi håi tiÕp nèi tiÕp: chän X n lµ ®iÖn ¸p kh«ng t¶i cña nguån tÝn hiÖu. BiÓu diÔn nguån tÝn hiÖu b»ng s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p vµ chän X h , X V lµ ®iÖn ¸p. - Víi håi tiÕp song song: chän X n lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®Çu ra cña nguån tÝn hiÖu. BiÓu diÔn nguån tÝn hiÖu b»ng s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng dßng ®iÖn Chän X h , X V lµ dßng ®iÖn. Th−êng chän X h cïng thø nguyªn víi X n (kh«ng b¾t buéc). * B−íc 3: X©y dùng hÖ hai ph−¬ng tr×nh m« t¶ qu¸ tr×nh xö lý tÝn hiÖu trong c¸c kh©u cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp. X γ = f1 ( X h ) v µ X h = f 2 ( X n , X γ ) Riªng ph−¬ng tr×nh f2 nÕu ¸p dông nguyªn lý xÕp chång ®Ó x©y dùng th× cã thÓ thùc hiÖn ®¬n gi¶n h¬n. * B−íc 4: VÏ s¬ ®å khèi theo cÊu tróc chuÈn (h×nh 1.2). * B−íc 5: X¸c ®Þnh c¸c hÖ sè truyÒn ®¹t K, K ht , K n vµ ®é s©u håi tiÕp g = 1 + KK ht . * B−íc 6: X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÇn thiÕt kh¸c. 15
  14. B¶ng 1.1: L−u ®å thuËt to¸n ph©n tÝch bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp. B¾t ®Çu X¸c ®Þnh Xr Chän Xn, Xv, Xh Xây dựng hệ phương trình Xr = f1(Xh) Xh = f2(Xn, Xr) VÏ s¬ ®å cÊu tróc chuÈn (H×nh 1.2) X¸c ®Þnh c¸c hÖ sè K, Kht, Kn, g X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÇn thiÕt kh¸c KÕt thóc XÐt mét vÝ dô ®¬n gi¶n ®Ó minh ho¹ ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®· xÐt. Trªn h×nh 1.3a tr×nh bµy mét bé khuÕch ®¹i dïng tranzistor l−ìng cùc m¾c E chung, cã ®iÖn trë RE ®ãng vai trß håi tiÕp ©m dßng ®iÖn; h×nh 1.3b lµ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña nã. 16
  15. B C +U CC I I B C I C Rn RC rbe β IB U I B r E Rn R IE RE IE RE C U n U n a) b) I I B IC U n 1 V RnbeE++rR K = β Iht RE C) RnbeE++rR H×nh 1.3: a) Bé K§ m¾c E chung cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. b) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng. c) CÊu tróc chuÈn m« t¶ theo l−u ®å thuËt to¸n. B−íc 1: Chän X r = I C v× m¹ch cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. B−íc 2: Chän X n = U n v× m¹ch cã håi tiÕp nèi tiÕp. Chän X h = I B sÏ thuËn lîi h¬n cho viÖc ph©n tÝch . U n − I C RE B−íc 3: I C = βI B vµ I B = (Dïng nguyªn lý xÕp chång) Rn + RE + rbe B−íc 4: VÏ h×nh 1.3c. 1 RE B−íc 5: KK==β;;nht K = REben+ rR+++ RrR Eben βRE B−íc 6: NÕu chän RE ®ñ lín th×: K.K ht = >> 1 do β >> 1. Rn + rbe + RE KXnn U n Nh− vËy: g >> 1 vµ XIrC=≈ = KRht E Vµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch: U r I C RC RC K u = = ≈ (1.4) U n U n RE 17
  16. 1.3. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i. 1.3.1. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn ®é æn ®Þnh cña hÖ sè khuÕch ®¹i: Trong thùc tÕ, hÖ sè khuÕch ®¹i lµ mét ®¹i l−îng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, vµo sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p nguån cung cÊp, vµo thêi gian sö dông còng nh− vµo ®é t¹p t¸n cña tranzistor. B»ng tÝnh to¸n sau ®©y ta cã thÓ chøng minh r»ng: Sö dông håi tiÕp ©m cã thÓ kh¾c phôc ®−îc c¸c ¶nh h−ëng trªn vµ ®¶m b¶o hÖ sè khuÕch ®¹i æn ®Þnh h¬n. Tr−íc hÕt, lÊy vi ph©n toµn phÇn hai vÕ biÓu thøc (1.2) vµ bá qua c¸c thµnh phÇn v« cïng bÐ bËc cao, ta nhËn ®−îc biÓu thøc: K (−1)K K n dK tp ≈ dK n + K n K 2 dK ht + 2 dK 1+ KK ht (1+ KK ht ) (1+ KK ht ) Víi sai sè nhá ta cã biÓu thøc gÇn ®óng ®èi víi ®é kh«ng æn ®Þnh t−¬ng ®èi cña hµm sè truyÒn ®¹t: ∆K ∆K KK ∆K 1 ∆K tp ≈ n − ht ht + (1.5) K tp K n 1+ KK ht K ht 1+ KK ht K Tõ (1.5) ta rót ra kÕt luËn: Sai sè t−¬ng ®èi cña hÖ sè khuÕch ®¹i khi cã håi tiÕp ©m nhá h¬n g lÇn (g = 1 + K.K ht ) so víi sai sè t−¬ng ®èi cña nã khi kh«ng cã håi tiÕp. Tuy vËy, kÕt luËn nµy chØ cã ý nghÜa khi c¸c hÖ sè K n vµ Kht æn ®Þnh. Do vËy, khi cÇn hÖ sè khuÕch ®¹i æn ®Þnh, ph¶i lùa chän c¸c phÇn tö cña c¸c m¹ch håi tiÕp vµ m¹ch ghÐp víi nguån tÝn hiÖu cã ®é chÝnh x¸c cao. Tõ ®ã, kÕt hîp víi biÓu thøc (1.3) suy ra: Håi tiÕp ©m gi÷ cho quan hÖ X v X γ X γ ≈ æn ®Þnh (tøc lµ ≈ h»ng sè). §¹i l−îng X γ ; X v cã thÓ lµ ®iÖn ¸p K ht X v 18
  17. hoÆc dßng ®iÖn. Nh− vËy, tuú thuéc vµo lo¹i m¹ch håi tiÕp, ta cã c¸c øng dông kh¸c nhau nh− chØ ra ë b¶ng 1.2. B¶ng 1.2: øng dông håi tiÕp ©m ®Ó æn ®Þnh c¸c tham sè cña bé khuÕch ®¹i Lo¹i m¹ch håi tiÕp §¹i l−îng ®−îc æn Lo¹i m¹ch øng ®Þnh dông Håi tiÕp nèi tiÕp - ®iÖn ¸p HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn KhuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ¸p U r U V Håi tiÕp nèi tiÕp - dßng ®iÖn §iÖn dÉn truyÒn ®¹t BiÕn ®æi U → I I r U V Håi tiÕp song song - ®iÖn ¸p §iÖn trë truyÒn ®¹t BiÕn ®æi tõ I →U U r IV Håi tiÕp song song - dßng HÖ sè khuÕch ®¹i dßng KhuÕch ®¹i dßng ®iÖn ®iÖn I r IV ®iÖn 1.3.2. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn trë kh¸ng vµo. Håi tiÕp ©m lµm thay ®æi trë kh¸ng vµo toµn phÇn cña bé khuÕch ®¹i. Sù thay ®æi nµy chØ phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p m¾c m¹ch håi tiÕp vÒ ®Çu vµo (nèi tiÕp hoÆc song song). V× vËy ta chØ cÇn ph©n biÖt hai tr−êng hîp nh− chØ ra trªn s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®Çu vµo. (H×nh 1.4.) a) Trë kh¸ng vµo cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp ©m nèi tiÕp (h×nh 1.4a) . Coi néi trë cña s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p cña kh©u håi tiÕp cã gi¸ trÞ kh¸ nhá (víi sai sè cã thÓ chÊp nhËn ®−îc): rrht << rh , ta cã thÓ tÝnh trë kh¸ng vµo khi cã håi tiÕp ©m: U V U h + K ht X r U h (1 + K.K ht ) ZV′ = ≈ = = gZ V (1.6) IV IV IV 19
  18. I Iv I v K h K 1 1 r rh U r Uh h h h U v U v rrht rrht KXht r KhtX r 1′ 1′ K K ht a)ht b) H×nh 1.4. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp a) Håi tiÕp nèi tiÕp; b) Håi tiÕp song song. b) Trë kh¸ng vµo cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp ©m song song ( h×nh 1.4b.) Coi néi trë cña s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng dßng ®iÖn cña kh©u håi tiÕp cã gi¸ trÞ kh¸ lín: rrht >> rh , ta cã thÓ tÝnh ®−îc dÉn n¹p vµo toµn phÇn khi cã håi tiÕp ©m: IIKXIKKV h++ ht r h(1 ht ) YgYVV′ =≈ = = UUVV U v 1 Zv ZV′ =≈ (1.7) Ygv′ Tõ (1.6) vµ (1.7) ta nhËn thÊy: Håi tiÕp ©m nèi tiÕp lµm t¨ng trë kh¸ng vµo cña phÇn m¹ch n»m trong vßng håi tiÕp g lÇn vµ håi tiÕp ©m song song lµm gi¶m trë kh¸ng vµo còng bÊy nhiªu lÇn. 1.3.3. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn trë kh¸ng ra: Håi tiÕp ©m còng lµm thay ®æi trë kh¸ng ra. Ng−îc l¹i víi trë kh¸ng vµo, sù thay ®æi nµy chØ phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p m¾c ®Çu ra cña kh©u khuÕch ®¹i víi ®Çu vµo cña kh©u håi tiÕp (håi tiÕp ®iÖn ¸p hay håi tiÕp dßng ®iÖn). Nh− vËy, ta còng chØ cÇn ph©n biÖt hai tr−êng hîp nh− chØ ra trªn s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®Çu ra. (H×nh 1.5.) 20
  19. K K 2 2 rr KXh rr t KX h U r R R t Ur t rvht rvht 2 2 Kht K ht a) b) Hình 1.5. Sơ đồ tương đương đầu ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp a) Hồi tiếp điện áp; b) Hồi tiếp dòng điện. Để tính trở kháng ra, ta cần xác định các đại lượng: Điện áp ra hở mạch U rh và dòng điện ra ngắn mạch I rng : U rh Z r = (1.8) I rng a) Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp (hình 1.5a). Ta có nhận xét: Khi ngắn mạch đầu ra 2 − 2′ ở sơ đồ hình 1.5a, sẽ không có điện áp đưa về đầu vào khâu hồi tiếp - mạch hồi tiếp không có tác dụng và X h = X v , như vậy: KX h KX V rVht KX v I rng = = và U rh = KX h ≈ rr rr rr + rvht 1+ KK ht Với giả thiết nội trở của sơ đồ tương đương điện áp của khâu khuếch đại có giá trị nhỏ (rr << rv ht ) . Như vậy: U rh rr Z r Z r′ = ≈ ≈ (1.9) I rng 1+ KK ht g Trong đó Z rrvhtr=≈rr// r 21
  20. b) Trë kh¸ng ra cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn (h×nh 1.5b). Ta còng nhËn xÐt: Khi hë m¹ch 2 − 2′ (Rt = ∞) ë s¬ ®å h×nh 1.5b sÏ kh«ng cã dßng ®iÖn ®−a vÒ ®Çu vµo kh©u håi tiÕp - tøc lµ m¹ch håi tiÕp kh«ng cã t¸c dông vµ X h = X v ; Nh− vËy: U rh = KX h .rr = KX v rr vµ: rr KX v I rng = KX h ≈ rr + rvht 1+ KK ht Víi gi¶ thiÕt néi trë cña s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng dßng ®iÖn cña kh©u khuÕch ®¹i cã gi¸ trÞ lín (rr >> r vht ) . Nh− vËy: Urh Zrhtrr′ =≈+(1KK ) r ≈ gZ (1.10) Irng Trong ®ã: Z r = rr + rvht ≈ rr Nh− vËy, håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p lµm gi¶m trë kh¸ng ra cña bé khuÕch ®¹i g lÇn, trong khi håi tiÕp ©m dßng ®iÖn lµm t¨ng trë kh¸ng ra cña bé khuÕch ®¹i còng bÊy nhiªu lÇn. 1.3.4. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn d¶i ®éng vµ mÐo phi tuyÕn cña bé khuÕch ®¹i. Khi kh«ng cã håi tiÕp ©m, toµn bé tÝn hiÖu X v ®−îc ®−a ®Õn ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i X h = X v ; ng−îc l¹i, khi cã håi tiÕp ©m, chØ cã mét phÇn tÝn hiÖu X v ®−îc ®Æt vµo ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i: X h = X v − K ht X r = X v − KK ht X h X v X v Nh− vËy: X h = = (1.11) 1+ KK ht g §iÒu ®ã chøng tá: Nhê håi tiÕp ©m, d¶i ®éng cña bé khuÕch ®¹i ®−îc më réng ra. Còng tõ (1.11), mÐo phi tuyÕn do ®é cong ®−êng ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i g©y ra, t−¬ng øng còng gi¶m ®i. §ã lµ mét −u ®iÓm lín cña håi tiÕp ©m nh»m n©ng cao chÊt l−îng cho bé khuÕch ®¹i. 22
  21. 1.3.5. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn ®Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng cña bé khuÕch ®¹i. 1.3.5.1. §Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng cña bé khuÕch ®¹i: a) §Æc tÝnh tÇn sè: §Æc tÝnh tÇn sè lµ ®Æc tÝnh biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a m«®un vµ gãc pha cña hµm sè truyÒn ®¹t phøc cña bé khuÕch ®¹i theo tÇn sè. §Ó minh ho¹, ta xÐt mét vÝ dô ®¬n gi¶n khi kh¶o s¸t bé khuÕch ®¹i d¶i réng tr×nh bµy trªn h×nh 1.6, víi gi¶ thiÕt hÖ sè khuÕch ®¹i lý t−ëng cña nã kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè vµ lµ h»ng sè: U 2 Kuf()===K u 0 const U 1 1 1′ 2′ 2 U1 U C1 Kuo 2 Uv Ur R′ 1′ 2′ R′ C2 1 2 2 1 a) R2 1 2 C1 U1 U R1 v KuoU1 C2 Ur 1 2 b) H×nh 1.6. Bé khuÕch ®¹i d¶i réng a) S¬ ®å khèi; b) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng R11= RRRRR′ //vr ; 2= 2′ // Trong thùc tÕ, ®Ó bé khuÕch ®¹i lµm viÖc, cÇn cã m¹ch ghÐp víi nguån tÝn hiÖu ë ®Çu vµo vµ ë ®Çu ra m¾c víi t¶i. Hµm sè truyÒn ®¹t cña c¸c m¹ch nµy phô thuéc vµo tÇn sè do sù cã mÆt cña c¸c phÇn tö ®iÖn kh¸ng (ë h×nh 1.6 lµ c¸c tô ®iÖn C1,C2 ). Do vËy c¨n cø vµo s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 1.6b, ta x¸c ®Þnh ®−îc hµm sè truyÒn ®¹t phøc: Ur UUr 1 KPTuo d KK()jPω === () = (1.12) UUUvv1 (1++ PTPT t ) (1 d ) Trong ®ã: 23
  22. 11 TRC== = d ωπ2 f 11 dd 11 TRCt == =22 ωπtt2 f Tõ (1.12) ta x¸c ®Þnh ®−îc m«®un cña hµm sè truyÒn ®¹t: KTω Kffd/ KK==uo d uo (1.13) u ()jω 22 2 2 1(++ωωTTtd ) 1( ) 1( + fftffd / ) 1( + / ) Vµ gãc pha cña hµm truyÒn ®¹t: π ϕ = − arctgωT − arctg ωT (1.14) 2 t d Theo (1.13) vµ (1.14) ta x©y dùng c¸c ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ ®Æc tuyÕn pha tÇn sè cña bé khuÕch ®¹i nh− chØ ra trªn h×nh 1.7. Trªn h×nh 1.7, ta gäi: ω t 1 ft = = (1.15) 2π 2πR2C2 ω d 1 lµ tÇn sè giíi h¹n trªn, vµ: f d = = (1.16) 2π 2πR1C1 lµ tÇn sè giíi h¹n d−íi. Th−êng cã: R C >> R C nªn f << f 1 1 2 2 d t ft vµ fd ®−îc x¸c ®Þnh ë c¸c tÇn sè, t¹i ®ã K u gi¶m 2 lÇn (3db) so víi gi¸ trÞ K uo (gi¸ trÞ cùc ®¹i). Kho¶ng tÇn sè tõ fd ®Õn ft ®−îc gäi lµ d¶i th«ng (d¶i tÇn lµm viÖc) cña bé khuÕch ®¹i. Nh− vËy, do tÝnh chÊt tÇn sè cña c¸c thµnh phÇn ®iÖn kh¸ng trong m¹ch ®iÖn, dÉn ®Õn hÖ sè truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i phô thuéc vµo tÇn sè. HiÖn t−îng ®ã g©y mÐo d¹ng tÝn hiÖu khi truyÒn qua bé khuÕch ®¹i. Lo¹i mÐo nµy ®−îc gäi lµ mÐo tuyÕn tÝnh. Trong ®ã mÐo do mo®un hÖ sè khuÕch ®¹i g©y ra gäi lµ mÐo tÇn sè, cßn mÐo do sù lÖch pha cña tÝn hiÖu khi truyÒn qua bé khuÕch ®¹i gäi lµ mÐo pha. Th«ng th−êng trong d¶i th«ng mÐo pha kh¸ nhá vµ Ýt ¶nh h−ëng. Do vËy ta chØ quan t©m tíi ®Æc tuyÕn pha khi cÇn x¸c ®Þnh tÝnh æn ®Þnh cña bé khuÕch ®¹i. 24
  23. Ku K uo 0,7Kuo f fd f t ϕ 900 f f 00 d t f − 900 H×nh 1.7. §Æc tuyÕn biªn ®é (a) vµ ®Æc tuyÕn pha (b) cña bé khuÕch ®¹i b) §Æc tÝnh ®éng cña bé khuÕch ®¹i. Cho t¸c dông vµo ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i mét xung ch÷ nhËt lý t−ëng, th× ë ®Çu ra ta nhËn ®−îc d¹ng xung nh− chØ ra ë h×nh 1.8. Uv a) t Ura A=KUuo v A b) t ttr1 ttr2 t X H×nh 1.8 D¹ng xung vµo (a) vµ ra (b) cña bé khuÕch ®¹i d¶i réng. §Æc tÝnh ®éng cña bé khuÕch ®¹i ®−îc ®¸nh gi¸ qua c¸c tham sè sau cña xung ra: - Thêi gian x¸c lËp t x - §é xôt ®Ønh xung ∆A - Thêi gian trÔ (tr−íc vµ sau)ttr1; ttr 2 25
  24. §Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng cã quan hÖ chÆt chÏ víi nhau. ThËt vËy, gi÷a c¸c tham sè cña ®Æc tÝnh ®éng ®· nªu vµ c¸c tham sè cña ®Æc tÝnh tÇn sè ( f t ; f d ) cã mèi liªn quan rµng buéc. Gi¶ thiÕt ®−a vµo ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i h×nh 1.6 hµm ®¬n vÞ 1(t). Tõ biÓu thøc (1.12), ta x¸c ®Þnh ®−îc hµm qu¸ ®é h( P ) 1 K uo T d h(P) = K (P) . = P (1+ PTt )(1+ PTd ) BiÕn ®æi ng−îc Laplas ta cã: −tTd/ −tT/ t Keuo ()− e h()t = (1.17) (1−TTtd / ) Víi bé khuÕch ®¹i d¶i réng Td >>Tt . * Khi xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®Ó x¸c ®Þnh t x , cã thÓ coi t > f d ) Nªn: t x .B ≈ 0,35 (1.19) Nh− vËy, thêi gian tX cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña mét bé khuÕch ®¹i d¶i réng tû lÖ nghÞch víi tÇn sè giíi h¹n trªn cña bé khuÕch ®¹i ®ã. * §Ó quan s¸t ®é xôt ®Ønh xung, ta xÐt ®Æc tÝnh xung trong kho¶ng thêi gian t−¬ng ®èi dµi, v× qu¸ tr×nh xôt ®Ønh diÔn biÕn chËm. Nh− vËy biÓu thøc (1.17) víi t >> Tt cã thÓ viÕt gÇn ®óng: −t / Td h(t) ≈ K uo e (1.20) Víi ®é réng xung τ kh«ng qu¸ lín τ<< Td biÓu thøc (1.20) cã thÓ viÕt gän h¬n: hK()tu≈− 0(1 tT / d ) Tøc lµ, ®é xôt ®Ønh xung cã gi¸ trÞ phô thuéc vµo τ vµ cã gi¸ trÞ: τ τ ∆=A hhKttuo==0 −τ = = A; Trong ®ã A= K uo lµ biªn ®é xung ë chÕ ®é x¸c TTdd lËp. 26
  25. ∆Α τ = = 2πf dτ Α Td Nh− vËy, ®é xôt ®Ønh xung tû lÖ thuËn víi tÇn sè giíi h¹n d−íi cña bé khuÕch ®¹i. 1.3.5.2. ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn c¸c ®Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng. a) Tr−êng hîp víi bé khuÕch ®¹i d¶i réng. Trong tr−êng hîp nµy, hµm sè truyÒn ®¹t (1.12) cã chøa 2 ®iÓm cùc: mét ®iÓm cùc ë tÇn sè thÊp P1 =−1/Td vµ mét ®iÓm cùc ë tÇn sè cao P2 = −1/Tt , víi c¸c tÇn sè nµy c¸ch kh¸ xa nhau ( f t >> f d ) . §å thÞ Bode cña bé khuÕch ®¹i ®ã ®−îc biÓu diÔn bëi ®−êng liÒn nÐt trªn h×nh 1.9 (a: §Æc tuyÕn biªn ®é; b: §Æc tuyÕn pha). Thay biÓu thøc (1.12) vµo (1.1) ta nhËn ®−îc hµm sè truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp: KPTuo d K′p = (1.21) (1+++PTdtuohtd )(1 PT ) K K PT LÇn l−ît xÐt hai tr−êng hîp: * ë tÇn sè t−¬ng ®èi thÊp ( f << f t ) khi ®ã ωTt = f / f t << 1, nh− vËy: KPT KPT′ ′ K′ ≈=uo d uo d (1.22) 1(1)1++PTduohtd K K + PT′ Kudb() Kuo +20db/ D −20db/ D a) Kuo′ f1 lg f ′ f fd d ft ft′ ϕ 900 lg f 0 0 −90 H×nh 1.9 §å thÞ Bode lý t−ëng ho¸ cña bé khuÕch ®¹i d¶i réng ( Kh«ng cã håi tiÕp; : cã håi tiÕp) 27
  26. K Trong ®ã: K′′===+uo ;;1T gT g KK uog d d uo ht Nh− vËy: f d′ = fd / g (1.23) Tøc lµ håi tiÕp ©m lµm gi¶m tÇn sè giíi h¹n d−íi g lÇn. * ë tÇn sè t−¬ng ®èi cao ( f >> fd hay ωTd >> 1) KPTduo K uo′ Nh− vËy: K ′p ≈= (1.24) PTPTKKPTdPTdtuohtt(1++ ) 1 +′ Víi Tt′ =Tt / g hay ftt′= gf (1.25) Tøc lµ, håi tiÕp ©m lµm t¨ng tÇn sè giíi h¹n trªn g lÇn. Tõ (1.23) vµ (1.25) ta kÕt luËn: håi tiÕp ©m cã t¸c dông më réng d¶i th«ng cña bé khuÕch ®¹i. Víi khuÕch ®¹i d¶i réng B = f t − f d ≈ f t th× d¶i th«ng t¨ng lªn g lÇn. T−¬ng øng mÐo tÇn sè vµ mÐo pha còng gi¶m. Tuy nhiªn khi cã håi tiÕp ©m, ph¶i chÊp nhËn hÖ sè khuÕch ®¹i trong d¶i th«ng gi¶m. K uo K uo K uo′ = = (1.26) 1+ K uo K ht g Nãi c¸ch kh¸c, tõ (1.25) vµ (1.26) ta cã: K uo′ .B′ = K uo .B = f1 (1.27) ë ®©y f1 lµ tÇn sè t¹i ®ã Ku = 1(0db ), gäi lµ tÇn sè ®¬n vÞ. NhËn xÐt: TÝch K uo B cña mét bé khuÕch ®¹i kh«ng phô thuéc vµo ®é s©u håi tiÕp, nã lµ mét h»ng sè vµ b»ng tÇn sè ®¬n vÞ cña bé khuÕch ®¹i ®ã. Víi quan hÖ gi÷a ®Æc tÝnh tÇn sè vµ ®Æc tÝnh ®éng nh− chØ ra ë trªn, ta nhËn thÊy khi cã håi tiÕp ©m, thêi gian x¸c lËp t x vµ ®é sôt ®Ønh xung sÏ cïng gi¶m g lÇn so víi khi kh«ng cã håi tiÕp. b) Tr−êng hîp víi bé khuÕch ®¹i tæng qu¸t. Ta xÐt tr−êng hîp khi hµm sè truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i viÕt d−íi d¹ng: K K = 0 (1.28) (1+ PT1 )(1+ PT2 ) (1+ PTn ) 1 Tøc lµ cã thÓ cã n ®iÓm cùc Pi = − víi i =1,2,3 , n) . Ti Tr−êng hîp nµy cã ý nghÜa thùc tÕ lín, v× hÇu nh− tÊt c¶ c¸c bé khuÕch ®¹i ®Òu cã hµm sè truyÒn ®¹t gÇn víi d¹ng (1.28). TiÕn hµnh ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña håi tiÕp ©m ®Õn c¸c tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i còng ®−îc thùc hiÖn theo ph−¬ng 28
  27. ph¸p ®· nªu ë trªn (xem [1]). Trong môc nµy ta kh«ng nghiªn cøu chi tiÕt, chØ nªu mét vµi nhËn xÐt sau: * Tr−êng hîp hµm sè(1.28) cã hai ®iÓm cùc: Khi t¨ng dÇn ®é s©u håi tiÕp g , hÖ sè phÈm chÊt Q cña bé khuÕch ®¹i t¨ng, t−¬ng øng hÖ sè suy gi¶m D =1/ 2Q sÏ gi¶m, c¸c ®iÓm cùc P1 ;P2 cã thÓ chuyÓn tõ gi¸ trÞ thùc thµnh gi¸ trÞ phøc, ®Æc tÝnh xung cã thêi gian x¸c lËp ng¾n, nh−ng thay vµo ®ã cã hiÖn t−îng dao ®éng (h×nh 1.10 vµ 1.11). H×nh1.10 §å thÞ Bode cña H×nh1.11. §Æc tuyÕn qu¸ ®é hÖ thèng tuyÕn tÝnh bËc 2. cña hÖ thèng tuyÕn tÝnh bËc 2. * Tr−êng hîp nhiÒu ®iÓm cùc: Víi hÖ thèng tuyÕn tÝnh bËc 2, c¸c nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng ®Òu n»m bªn tr¸i mÆt ph¼ng phøc víi mäi gi¸ trÞ cña D nªn hÖ thèng lu«n æn ®Þnh. Tuy nhiªn khi D nhá, møc an toµn cña hÖ thèng kh«ng cao. Ng−îc l¹i ë c¸c hÖ thèng tuyÕn tÝnh bËc cao (n > 2) , quü tÝch nghiÖm cña ph- −¬ng tr×nh ®Æc tr−ng cã thÓ c¾t trôc tung trong mÆt ph¼ng phøc lµm cho hÖ thèng mÊt æn ®Þnh vµ cÇn ph¶i sö dông c¸c biÖn ph¸p ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng. 1.4. æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c cho c¸c tÇng dïng tranzistor l−ìng cùc. 1.4.1. §Æt vÊn ®Ò: Trong c¸c tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá, ®iÓm lµm viÖc n»m trong miÒn tÝch cùc cña Tranzistor l−ìng cùc (víi c¸c tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lín ta xÐt riªng trong ch−¬ng khuÕch ®¹i c«ng suÊt). ë chÕ ®é tÜnh , nghÜa lµ khi ch−a cã tÝn hiÖu 29
  28. vµo, trªn c¸c cùc cña Tranzistor cã c¸c dßng ®iÖn tÜnh : I C 0 ; I B0 ; I E 0 còng nh− ®iÖn ¸p mét chiÒu gi÷a c¸c cùc: U BE 0 ;U CE 0 . §iÓm lµm viÖc øng víi chÕ ®é nµy gäi lµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh . Khi cã tÝn hiÖu vµo th× c¸c ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn thay ®æi xung quanh gi¸ trÞ tÜnh . §Ó ®¶m b¶o cho c¸c tÇng lµm viÖc b×nh th−êng trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau, ngoµi viÖc cung cÊp ®iÖn ¸p thÝch hîp cho c¸c cùc, cßn cÇn ph¶i æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh ®· chän. Trong tr−êng hîp ng−îc l¹i, khi ®iÓm lµm viÖc tÜnh kh«ng æn ®Þnh, chØ tiªu chÊt l−îng (®é mÐo, hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn, c«ng suÊt ra ) cña tÇng sÏ bÞ gi¶m. Thùc chÊt cña vÊn ®Ò æn ®Þnh lµ lµm cho ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Ýt phô thuéc vµo ®é t¹p t¸n tham sè cña tranzistor, vµo nhiÖt ®é, vµo ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. Cô thÓ lµ ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p gi÷ cho dßng colecto I C0 kh«ng ®æi. 1.4.2. HiÖn t−îng tr«i ®iÓm lµm viÖc: Tõ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña tranzistor lµm viÖc trong miÒn tÝch cùc, ta nhËn thÊy ®Æc tÝnh cña tranzistor ®−îc ®Æc tr−ng chñ yÕu bëi c¸c tham sè: HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn β hoÆc α ; Dßng ®iÖn ng−îc ICB0 ( hoÆc I CE 0 = βI CB0 ) vµ ®iÖn ¸p U BE . Sù thay ®æi c¸c tham sè nµy lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn sù thay ®æi ®iÓm lµm viÖc tÜnh , tøc lµ khi cã sù thay ®æi cña nhiÖt ®é, ®iÖn ¸p nguån, ®é t¹p t¸n cña tranzistor vµ cña c¸c linh kiÖn kh¸c th× sÏ dÉn tíi hiÖn t−îng tr«i ®iÓm lµm viÖc tÜnh . §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè ®Æc tr−ng ®· nªu ë trªn tíi sù thay ®æi cña dßng ®iÖn colecto IC , ta x¸c ®Þnh l−îng biÕn ®æi ∆Ic qua biÓu thøc vi ph©n toµn phÇn: ∂Ic ∂Ιc ∂Ιc ∆Ιc ≈ ∆U BE + ∆Ι CB 0 + ∆β (1.29) ∂U BE ∂Ι CB 0 ∂β Trong (1.29), c¸c l−îng biÕn ®æi ∆U BE , ∆Ι CB0 , ∆β gäi lµ c¸c ®¹i l−îng tr«i, ∂∂∂IcIcIc cßn c¸c ®¹o hµm riªng ,, lµ c¸c hÖ sè, ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng æn ∂∂∂UIBE CB0 β ®Þnh cña m¹ch. 30
  29. HiÖn t−îng tr«i cã t¸c h¹i nhÊt lµ tr«i nhiÖt. B¶ng (1.3) cho vÝ dô ®Ó minh ho¹ hiÖn t−îng nµy. B¶ng (1.3): Sù phô thuéc c¸c tham sè cña tranzistor vµo nhiÖt ®é 0 NhiÖt ®é (P cP ) Tham Lo¹i sè Tranzistor -65 +25 +70 +150 Silic <0,01 0,03 30 ICB0B (nA)B 3 3 Gecmani 2 10P P 30.10P P Silic 0,78 0,6 0,3 UBEB (V)B Giecmani 0,38 0,2 0,1 Silic 25 55 100 β Giecmani 20 55 90 Qua b¶ng 1.3, ta cã nhËn xÐt: ®èi víi tranzistor giecmani, sù phô thuéc cña ®iÓm lµm viÖc vµo nhiÖt ®é chñ yÕu ®−îc quyÕt ®Þnh bëi dßng ®iÖn ng−îc I CB0 . §èi víi tranzistor silic, dßng ®iÖn ng−îc t¨ng nhanh theo nhiÖt ®é, nh−ng gi¸ trÞ cña dßng nµy kh¸ nhá vµ cã thÓ bá qua ¶nh h−ëng cña nã. V× vËy, tranzistor silic th−êng ®−îc dïng ë nhiÖt ®é cao cã kh¶ n¨ng æn ®Þnh h¬n. Khi ®ã cÇn quan t©m ®Õn ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi ®iÖn ¸p U BE theo nhiÖt ®é. §Ó tÝnh to¸n ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p tr«i U BE ta dïng s¬ ®å h×nh 1.12, trong ®ã: U BE =U BE 0 + ∆U BE (1.30) Víi ®iÖn ¸p tr«i ∆U BE , sù thay ®æi cña nhiÖt ®é (tr«i nhiÖt) cã thÓ tÝnh to¸n gÇn ®óng cho c¶ hai lo¹i tranzistor theo biÓu thøc: ∆U BE ≈ ± 2,5 mv / 0 C ∆t 0 Víi dÊu + cho tranzistor p-n-p vµ dÊu - cho tranzistor n-p-n 31
  30. C I c t2 t1 ∆U BE ∆UBE B ∆ I c UBEO E a) 0 b) U BE H×nh 1.12. a) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña tranzistor do tr«i nhiÖt ∆U BE ; b) Sù thay ®æi ®iÓm lµm viÖc do tr«i nhiÖt ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn chÕ ®é c«ng t¸c cña tranzistor qua h×nh 1.12b, cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: muèn cho dßng Ic æn ®Þnh, th× khi nhiÖt ®é thay 0 ®æi mét l−îng ∆t , U BE còng ph¶i thay ®æi t−¬ng øng theo biÓu thøc: ⎛⎞mv 0 ∆=±UtBE 2,5⎜⎟0 ×∆ ⎝⎠C Ng−îc l¹i, nÕu gi÷ U BE cè ®Þnh th× dßng colecto sÏ thay ®æi mét l−îng: ⎛⎞∆U BE ∆ΙCE ≈ Ι0 ⎜⎟exp − 1 (1.31) ⎝⎠UT Trong ®ã, I Eo lµ dßng emito khi ∆U BE =0 . §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p tr«i ®Õn ®iÖn ¸p ra, ta dïng hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p tr«i K tr , x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: ∆U CO K tr = (1.32) ∆U BE Víi ∆U CO lµ l−îng biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu ë ®Çu ra. 1.4.3. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh tuyÕn tÝnh. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh tuyÕn tÝnh ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt hiÖn nay lµ s¬ ®å håi tiÕp ©m mét chiÒu nh»m biÕn ®æi thiªn ¸p cña tranzistor sao cho cã thÓ h¹n chÕ sù di chuyÓn ®iÓm lµm viÖc tÜnh trªn ®Æc tuyÕn ra, g©y nªn bëi c¸c yÕu tè mÊt æn ®Þnh. a) æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc b»ng håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p mét chiÒu (h×nh 1.13). 32
  31. H×nh 1.13. Cung cÊp vµ æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc b»ng håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p mét chiÒu a) M¹ch E chung; b) M¹ch b chung; c) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng. Trªn c¸c s¬ ®å 1.13a vµ b, viÖc cung cÊp thiªn ¸p cho baz¬ còng ®−îc lÊy tõ nguån chung víi m¹ch cung cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu cho colecto (U CC ), tuy nhiªn ®iÖn trë R1 lµm nhiÖm vô ®−a thiªn ¸p vÒ baz¬ ®−îc nèi víi colecto chø kh«ng ph¶i víi nguån cung cÊp, ®Ó dÉn ®iÖn ¸p håi tiÕp vÒ ®Çu vµo. Nguyªn t¾c æn ®Þnh cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: Khi dßng ®iÖn mét chiÒu ICO t¨ng (hoÆc gi¶m) do c¸c nh©n tè kh«ng æn ®Þnh g©y ra, th× ®iÖn ¸p U CEO gi¶m (hoÆc t¨ng), dÉn tíi thiªn ¸p U BEO gi¶m (hoÆc t¨ng) theo vµ ®iÒu ®ã ng¨n c¶n sù biÕn ®æi cña ICO . Nh− vËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh æn ®Þnh h¬n. Sö dông nguån ®iÖn ¸p t−¬ng ®−¬ng thay cho m¹ch cung cÊp thiªn ¸p mét chiÒu, ta cã s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 1.13c. Khi bá qua dßng ®iÖn ng−îc I CBO cã gi¸ trÞ kh¸ nhá, ta tÝnh ®−îc: R2 R2 R1 R2 U BEo =U CEo − I Bo = (U CC − I Co RC − I Bo R1 ) R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2 Thay I Bo = I Co β , ta x¸c ®Þnh ®−îc dßng colecto: β[]U CC −U BEo (1+ R1 R2 ) I Co = (1.33) βRC + R1 Theo (1.33), ®Ó m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh khi sö dông håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p mét chiÒu, cÇn ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn sau: 33
  32. - Chän tranzistor cã β lín, sao cho: β RRc >> 1 vµ Ico Ýt phô thuéc vµo β . - Chän 1+ R1 R2 cã gi¸ trÞ nhá ( R2 chän lín). Víi c¸c ®iÒu kiÖn trªn, hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p tr«i ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng theo biÓu thøc: ∆U C R1 K tr = ≈1+ (1.34) ∆U BE R2 S¬ ®å nµy cã −u ®iÓm: R1 vµ R2 lín nªn c«ng suÊt tæn hao nhá, Khi R2 =∞ th×: U BEo =U CEo − I Bo .R1 (1.35) b) æn ®Þnh lµm viÖc nhê håi tiÕp ©m dßng ®iÖn mét chiÒu. (H×nh 1.14). §iÖn trë RE m¾c trªn emito ®ãng vai trß phÇn tö håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. Nguyªn t¾c æn ®Þnh ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: Khi I Co t¨ng (hoÆc gi¶m) do hiÖn t−îng tr«i, th× ®iÖn ¸p h¹ trªn ®iÖn trë RE (U Eo = I Eo .RE ) t¨ng (hoÆc gi¶m), dÉn tíi thiªn ¸p gi÷a baz¬ vµ emito (U BEo =U Bo −U Eo ) gi¶m (hoÆc t¨ng). §iÒu ®ã ng¨n c¶n sù thay ®æi cña dßng colecto vµ nh− vËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh æn ®Þnh h¬n. Theo s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 1.14d, ta x¸c ®Þnh ®−îc quan hÖ: R2 R1R2 RE I Eo + I Bo Rn =U CC −U BEo Víi Rn = R1 + R2 R1 + R2 Dßng ®iÖn baz¬ ë chÕ ®é tÜnh ®−îc x¸c ®Þnh tõ quan hÖ cña c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn trong tranzistor: I Bo = I Eo (1 − α ) − I CBo (1.36) Nh− vËy: R RRR UUIRUUI2212−+ −+ CCR +++RRRRR BEo CBo n CC BEo CBo II≈=12 = 12 12 Co Eo RR RREn+−(1α ) 12 RE + ()(1)RR12++β 1 Víi:1−α = . (1.37) 1+ β 34
  33. Hình 1.14. Cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm dòng điện một chiều. a) Mạch E chung; b) Mạch B chung; c) Mạch C chung; d) Sơ đồ tương đương một chiều của mạch E chung. Tương tự, theo (1.37), để mạch làm việc ổn định khi sử dụng hồi tiếp âm dòng điện một chiều, cần phải đảm bảo các điều kiện sau: - Chọn điện trở hồi tiếp RE có giá trị đủ lớn, khi đó RE >> Rn (1+ β ) . và IC ít phụ thuộc vào β . - Coi dòng điện dư I CBo đủ nhỏ thì chỉ có sự thay đổi của U BEo ảnh hưởng tới dòng I Co . Ảnh hưởng này cũng nhỏ nếu ∆U BE nhỏ. Hệ số khuếch đại điện áp trôi được xác định theo biểu thức: ∆U Co ∆I Co .RC RC K tr = = ≈ (1.38) ∆U BE ∆U BE RE Như vậy hệ số khuếch đại điện áp trôi bằng hệ số khuếch đại điện áp tín hiệu. 35
  34. HiÖn nay, c¸c s¬ ®å æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc dïng håi tiÕp ©m dßng ®iÖn mét chiÒu ®−îc øng dông réng r·i. Chóng cho phÐp c«ng t¸c æn ®Þnh khi hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β thay ®æi kh¸ nhiÒu vµ nhiÖt ®é biÕn thiªn trong ph¹m vi tõ 30 0 c ÷100 0 c . Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ hÖ sè khuÕch ®¹i gi¶m. §Ó tr¸nh håi tiÕp ©m xoay chiÒu, th−êng m¾c song song víi RE mét tô ®iÖn CE cã trÞ sè ®iÖn dung lín. 1.4.4. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh phi tuyÕn: Trong c¸c s¬ ®å nµy, ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p bï nhiÖt nhê c¸c phÇn tö cã tham sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é ®Ó chèng l¹i ngay hiÖn t−îng tr«i nhiÖt. Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng dïng trong c¸c m¹ch tæ hîp vµ trong c¸c tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt. C¸c phÇn tö cã tham sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é nh− ®i«t, tranzistor, ®iÖn trë nhiÖt dïng ®Ó æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc, ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.15. Trªn h×nh 1.15a, nÕu ®i«t D vµ tranzistor T ®Òu ®−îc chÕ t¹o tõ cïng mét lo¹i b¸n dÉn nh− nhau vµ nÕu nhiÖt ®é mÆt ghÐp cña chóng gièng nhau, th× ®Æc tÝnh nhiÖt cña U BE vµ U D cã thÓ bï trõ lÉn nhau do chóng m¾c ng−îc chiÒu nhau. §Ó ®i«t ®−îc ph©n cùc thuËn gièng nh− mÆt ghÐp B − E cña tranzistor, ta dïng thªm mét nguån phô − E . S¬ ®å h×nh 1.15b còng lµm viÖc theo nguyªn t¾c t−¬ng tù. Tuy nhiªn ë s¬ ®å nµy cßn æn ®Þnh ®−îc thiªn ¸p cho transistor, do m¹ch ph©n ¸p gåm R1;R2 vµ mét sè ®i«t m¾c nèi tiÕp ®−îc ph©n cùc thuËn. Khi R2 << R1 th× ®iÖn ¸p ®−a ®Õn baz¬ hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo nguån cung cÊp U CC . S¬ ®å h×nh 1.15c dïng ®iÖn trë nhiÖt cã hÖ sè nhiÖt ®é ©m ®Ó bï. Khi nhiÖt ®é t¨ng th× Rt gi¶m, do vËy ®iÖn ¸p U E t¨ng lµm cho dßng IC cã xu h−íng gi¶m, (−) bï l¹i sù t¨ng cña nã theo nhiÖt ®é. T−¬ng tù, cã thÓ m¾c RT song song víi R2 (+) hoÆc mét ®iÖn trë cã cã hÖ sè nhiÖt ®é ®−¬ng RT song song víi R1 . 36
  35. H×nh 1.15. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh phi tuyÕn a) S¬ ®å bï ∆U BE b) S¬ ®å bï ∆U BE vµ bï nguån cung cÊp; c) S¬ ®å bï dïng ®iÖn trë nhiÖt. 1.4.5. æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc trong c¸c m¹ch tæ hîp t−¬ng tù. Trong c¸c m¹ch tæ hîp t−¬ng tù, ®Ó æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc, th−êng dïng c¸c nguån dßng ®iÖn, v× ph−¬ng ph¸p nµy dÔ thùc hiÖn d−íi d¹ng m¹ch tæ hîp. Nguån dßng ®iÖn dïng ®Ó æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc trong c¸c m¹ch tæ hîp t−¬ng tù ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.16. Gi¶ thiÕt c¸c tranzistor T1 ;T2 cña s¬ ®å h×nh 1.16a cã tham sè hoµn toµn gièng nhau vµ ë cïng nhiÖt ®é, khi ®ã v× U BE1 =U BE2 nªn I B1 =I B2 vµ I C1 = I C 2 ; nh− 2I vËy: I = I + I + I = I + 2I = I + C 2 1 C1 B1 B 2 C 2 B 2 C 2 β Tõ ®ã suy ra (víi β >> 1) I I = 1 ≈ I (1.39) C 2 1+ 2 β 1 37
  36. +Ucc I I I I C 2 1 C 2 1 R P IC1 IC1 T1 T2 T1 T2 I B1 I B2 U BE 2 U BE1 RE a) b) H×nh 1.16 M¹ch ®iÖn dïng nguån dßng ®Ó æn ®Þnh IC2 a) M¹ch ®¬n gi¶n; b). M¹ch dïng khi yªu cÇu dßng IC2 nhá. Nh− vËy, cã thÓ dïng I1 ®Ó ®iÒu khiÓn gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn IC2 . §Ó cã ®−îc I1 æn ®Þnh, c¸ch ®¬n gi¶n nhÊt lµ nèi ®iÓm P cña m¹ch tæ hîp t−¬ng tù víi nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu æn ®Þnh (+U CC ) qua ®iÖn trë R (I1 ≈U CC R do U BE kh¸ nhá). BiÓu thøc (1.39) ®−îc ¸p dông kh«ng nh÷ng cho thµnh phÇn mét chiÒu mµ cßn cho c¶ thµnh phÇn tÝn hiÖu. Khi yªu cÇu cÇn cã nguån dßng bÐ th× yªu cÇu R cÇn cã gi¸ trÞ lín (khi ®ã khã chÕ t¹o v× nã chiÕm thÓ tÝch lín), ta chuyÓn sang sö dông s¬ ®å h×nh 1.16b. Lóc nµy, theo biÓu thøc gÇn ®óng ®èi víi ®Æc tuyÕn vµo cña transistor ta cã: U BE 2 U BE1 − RE 2 I C 2 I C 2 ≈ I Ebh exp = I Ebh exp = U T U T U RI I ==I expBE1 / exp EC22 C 1 (1.40) Ebh UURI TTexp EC22 UT I C1 I1 RE 2 I C 2 Nh− vËy ≈ =exp víi UT ≈26mv lµ ®iÖn ¸p nhiÖt. I C 2 I C 2 U T Nh− vËy, Nhê m¾c thªm ®iÖn trë håi tiÕp RE2 nªn I C 2 << I1 vµ s¬ ®å h×nh 1.16b dïng ®Ó ®iÒu khiÓn mét dßng colecto æn ®Þnh, cã trÞ sè nhá h¬n trÞ sè cña I1 nhiÒu. 38
  37. 1.5. æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c cho c¸c tÇng dïng tranzistor hiÖu øng tr−êng. 1.5.1. ChÕ ®é tÜnh . VÒ nguyªn t¾c, viÖc cung cÊp vµ æn ®Þnh chÕ ®é c«ng t¸c ®èi víi c¸c tÇng dïng tranzistor hiÖu øng tr−êng còng t−¬ng tù nh− ®èi víi tranzistor l−ìng cùc. Trong tr−êng hîp khuÕch ®¹i tÝn hiÖu, FET lµm viÖc trong miÒn th¾t. ë chÕ ®é tÜnh , trªn c¸c cùc cña FET cã c¸c dßng tÜnh I Do , I Go , I So vµ gi÷a c¸c cùc cã c¸c ®iÖn ¸p mét chiÒu U GSo vµ U DSo . Thùc chÊt cña vÊn ®Ò æn ®Þnh còng lµ ¸p dông c¸c biÖn ph¸p gi÷ cho dßng ®iÖn m¸ng I Do Ýt biÕn ®æi theo nhiÖt ®é, theo thêi gian, Ýt phô thuéc vµo ®é t¹p t¸n tham sè cña FET vµ sù biÕn ®æi cña nguån cung cÊp. So víi tranzistor l−ìng cùc, FET cã −u ®iÓm ®Æc biÖt lµ kh«ng yªu cÇu dßng vµo lín (trë kh¸ng vµo cùc lín), do vËy nguån tÝn hiÖu chØ cÇn c«ng suÊt nhá, tøc lµ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña tÇng dïng FET lín. Ngoµi ra, ®iÖn dung ghÐp håi tiÕp nhá nªn lµm viÖc æn ®Þnh. Nh−îc ®iÓm cña FET lµ hç dÉn nhá vµ c¸c tham sè: U P (®iÖn ¸p th¾t) vµ I DSS (dßng m¸ng b·o hoµ) cã ®é t¹p t¸n lín. 1.5.2. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc. C¸c s¬ ®å æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc khi dïng FET còng t−¬ng tù nh− khi dïng tranzistor l−ìng cùc. Ta chØ tr×nh bµy ng¾n gän hai lo¹i s¬ ®å dïng håi tiÕp ©m. a) æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc dïng håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. (H×nh 1.17) +U DD +U DD +U DD RD RD RD R1 R1 R3 RG Rs C R2 RS S R2 RS CS CS a) b) c) H×nh 1.17. Cung cÊp vµ æn ®Þnh cho c¸c tÇng dïng FET víi håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. a) M¹ch dïng JFET ; b) M¹ch dïng MIS − FET kªnh cã s½n; c) M¹ch dïng MIS − FET kªnh ch−a cã s½n. 39
  38. §iÖn trë m¾c ë cùc nguån (Source) RS ®ãng vai trß phÇn tö håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. §Ó tr¸nh håi tiÕp ©m xoay chiÒu, cã thÓ m¾c song song víi RS mét tô ®iÖn CS cã ®iÖn dung lín. §èi víi FET tù ng¾t (kªnh ch−a cã s½n) (h×nh 1.17c), thiªn ¸p ®−îc dÉn vµo cùc cöa (Gate) nhê m¹ch ph©n ¸p R1 ; R2 lÊy tõ nguån cung cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu cho cùc m¸ng (Drain). §èi víi MIS − FET tù dÉn (Kªnh cã s½n)( h×nh 1.17b), hoÆc JFET (h×nh 1.17a), cã thÓ bá R1 (R1 =∞ ), lóc ®ã ®iÖn ¸p cùc cöa so víi cùc nguån chÝnh lµ m¹ch thiªn ¸p tù cÊp, víi gi¸ trÞ: U GS = − I D RS §Ó trë kh¸ng vµo cña tÇng kh«ng bÞ gi¶m ®¸ng kÓ cÇn chän RG hoÆc R2 cã gi¸ trÞ lín (cì MΩ ), hoÆc m¾c thªm R3 nh− s¬ ®å (h×nh 1.17c). C¸c s¬ ®å h×nh 1.17 ®Òu cã thÓ biÓu diÔn bëi s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 1.18a. I D RD JFET MOS FET I DSS R R G s CS UGS UG′ U P α UG′ a) b) H×nh 1.18. a) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch trªn h×nh 1.17 R b) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t I = f víi U ′ = U 2 . D ()UGS G DD R1 + R2 NÕu coi dßng cùc cöa I G ≈ 0 , ta cã: ' U GS =U G − I D .R S (1.41) BiÓu thøc (1.41) cho biÕt ®é dèc cña ®−êng ®iÖn trë RS trªn ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t (h×nh 1.18b) dI 1 tgα = − D = (1.42) dU GS RS 40
  39. Nh− vËy, thiªn ¸p vµ ®iÖn trë RS ph¶i ®−îc chän sao cho dßng m¸ng ID Ýt thay ®æi khi thay FET , vµ ®iÓm lµm viÖc n»m trong ®o¹n th¼ng cña ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t. b) æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc dïng håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p (h×nh 1.19). H×nh 1.19. Cung cÊp vµ æn ®Þnh cho c¸c tÇng dïng MOS-FET víi håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p. Thiªn ¸p lÊy tõ cùc m¸ng qua bé ph©n ¸p ®iÖn trë, ®Ó tr¸nh håi tiÕp ©m xoay chiÒu, m¾c thªm tô ®iÖn C′ cã gi¸ trÞ ®iÖn dung ®ñ lín. 41
  40. Ch−¬ng 2 c¸c s¬ ®å c¬ b¶n cña tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá dïng tranzistor KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu lµ mét trong c¸c chøc n¨ng quan träng nhÊt cña m¹ch ®iÖn tö. C¸c bé khuÕch ®¹i gåm phÇn tö khuÕch ®¹i (phÇn tö tÝch cùc) m¾c víi mét sè phÇn tö thô ®éng kh¸c. ViÖc ph©n lo¹i c¸c bé khuÕch ®¹i cã thÓ dùa trªn c¸c yÕu tè sau: - Theo tham sè cña tÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i: ta cã khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá, khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lín, khuÕch ®¹i tÇn sè thÊp, tÇn sè cao; KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu liªn tôc, khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xung. - Theo d¹ng phÇn tö dïng ®Ó khuÕch ®¹i: theo c¸ch ph©n lo¹i nµy ta cã c¸c bé khuÕch ®¹i dïng ®Ìn ®iÖn tö ch©n kh«ng vµ dïng dông cô b¸n dÉn, vi m¹ch - Theo ph−¬ng ph¸p khuÕch ®¹i dïng ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng thµnh tÝn hiÖu cã Ých ë ®Çu ra. Trong ch−¬ng nµy chóng ta chØ xÐt c¸c bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu liªn tôc (Analog) cã biªn ®é nhá dïng tranzistor l−ìng cùc hoÆc FET. C¸c bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá dïng tranzistor lµ phÇn tö tÝch cùc (phÇn tö khuÕch ®¹i) ®−îc m¾c víi mét sè phÇn tö thô ®éng kh¸c. Khi ®iÓm c«ng t¸c ®−îc lùa chän phï hîp, c¸c phÇn tö nµy ®−îc biÓu diÔn b»ng mét m¹ng bèn cùc tuyÕn tÝnh. Trong thùc tÕ ng−êi ta hay dïng s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh Π vµ c¸c tham sè hçn hîp H , dÉn n¹p Y ®Ó ph©n tÝch tÝnh to¸n c¸c m¹ch khuÕch ®¹i dïng tranzistor. ViÖc sö dông hÖ thèng tham sè nµo tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau. ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña c¸c m¹ng bèn cùc bé khuÕch ®¹i, ®Òu ph¶i ghÐp víi c¸c m¹ch phÝa tr−íc vµ phÝa sau. ë ®Çu vµo ghÐp víi nguån tÝn hiÖu (nguån dßng In hay nguån ®iÖn ¸p U n ) cã trë kh¸ng Z n (hoÆc dÉn n¹p Yn ). C¸c m¹ch phÝa sau ®−îc m« t¶ b»ng mét phô t¶i cã trë kh¸ng Z t (Yt ) . Tuú thuéc vµo t−¬ng quan gi÷a trë kh¸ng cña nguån tÝn hiÖu Z n víi trë kh¸ng vµo cña m¹ng bèn cùc Zv vµ trë kh¸ng phô t¶i Zt víi trë kh¸ng ra cña m¹ng bèn cùc Z ra , ng−êi ta cã thÓ biÓu diÔn phÇn tö tÝch cùc (khuÕch ®¹i) b»ng s¬ ®å nguån dßng hoÆc nguån ¸p. Trong 42
  41. c¸c tÝnh to¸n sau nµy ta coi trë kh¸ng Z n vµ Zt chØ lµ thuÇn trë nghÜa lµ chØ cã Rn vµ Rt . 2.1. c¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i. Mét bé khuÕch ®¹i - mét m¹ng bèn cùc - cã thÓ ®−îc ®Æc tr−ng b»ng ph−¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh chØ mèi quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng UIUI11,2,2, h×nh 2.1a. Khi sö dông tham sè h , ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh : UhIhU=+ 1111122 (2.1) I2211222=+hI hU S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña tÇng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá khi ®ã cã d¹ng h×nh 2.1b. H×nh 2.1. M¹ng 4 cùc khuÕch ®¹i (a) s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng (b) §Ó x¸c ®Þnh c¸c tham sè theo ®Þnh luËt KiÕc Khèp: UhIhU1111122=+ U2 (2.2) 0 =+hI21 1 hU 22 2 + Rt Tõ (2.2) ta x¸c ®Þnh trë kh¸ng ®Çu vµo: Uhh∆+hR h Zh==−11221 = t 11 (2.3) vao 11 1 IRh122t +1 h22 + Rt Víi ∆=hhhhh11 12 − 12 21 Trë kh¸ng ®Çu ra ®−îc x¸c ®Þnh víi ®iÒu kiÖn cho U n = 0 . 43
  42. Khi ®ã ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh : 0=h I +h U +R I 11 1 12 2 n 1 (2.4) I=hI+hU2211222 Suy ra: U hR+ Z = 2 11 n (2.5) ra Un =0 I222∆+hh. Rn Tõ (2.2), thay U 2 = − I 2 Rt , ta cã hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn: Ih221 Zra == (2.6) I1221++hRt HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: Uh hR R KK==−=−211211 = t (2.7) uiUhhRZh +∆ . 111∆h. 11 tv Rt Vµ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt: PhRUI. 2 KKK===ra22 21 t puiPUI.(1).(.)++∆ hRh hR vao1 1 22 t 11 t (2.8) 2 hR21 t = 2 (1+ hR22 tv ) . Z §©y lµ nh÷ng tham sè ®Æc tr−ng c¬ b¶n nhÊt cña m¹ng bèn cùc, trong thùc tÕ, nhÊt lµ khi lµm viÖc ë siªu cao tÇn, ng−êi ta ph¶i thùc hiÖn phèi hîp trë kh¸ng ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra. Tøc lµ thùc hiÖn ®iÒu kiÖn: RRZ== nvvao RRtrara== Z Khi phèi hîp trë kh¸ng: hh11∆ RRnopt== opt (2.9) h22 h11 RRtopt== opt (2.10) ∆hh. 22 2 h21 Vµ: K P max = 2 (2.11) ()∆h + h11 h22 Theo ®Æc ®iÓm ng−êi ta cã thÓ sö dông ba c¸ch m¾c: Emito chung, baz¬ chung vµ colecto chung. Sau ®©y ta sÏ ®−a ra c¸c tham sè cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c theo c¸c s¬ ®å nµy vµ nhËn xÐt chóng. 44
  43. 2.2. c¸c s¬ ®å c¬ b¶n dïng mét tranzistor l−ìng cùc 2.2.1. M¹ch ®iÖn c¸c bé khuÕch ®¹i ë ch−¬ng trªn, khi ph©n tÝch c¸c m¹ch cung cÊp cho tranzistor, ta ®· ®−a ra c¸c c¸ch m¾c c¬ b¶n. Trong thùc tÕ, c¸c m¹ch khuÕch ®¹i dïng tranzistor cã t¶i ®iÖn trë ®−îc vÏ theo h×nh 2.2. C¸c s¬ ®å nµy, kh«ng phô thuéc nhiÒu l¾m vµo ®Æc tÝnh phô t¶i lµ t¶i ®iÖn trë (phi chu kú) hay t¶i céng h−ëng. C +U +Ucc 3 cc R U 1 R U 2 R 4 1 C 1 1 C1 C U C 3 U R 3 R 2 2 R C 1 1 2 1 R 4 C 2 U 1 U 2 R R C b) U R 2 3 2 + cc 2 R 3 a) c) H×nh 2.2. Ba s¬ ®å c¬ b¶n dïng tranzitor Trong c¸c s¬ ®å trªn, viÖc tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ ®iÖn trë, tô ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o ®iÓm lµm viÖc cña tranzistor vµ ®¹t hÖ sè khuÕch ®¹i cao nhÊt th−êng dùa theo c¸c chÕ ®é ®· ®−îc giíi thiÖu trong sæ tay linh kiÖn vµ theo kinh nghiÖm cña ng−êi thiÕt kÕ. Trong h×nh 2.2a, khi sö dông tô ®iÖn C2 ®Ó ng¾n m¹ch c¸c thµnh phÇn xoay chiÒu th× kh©u R3C2 cã t¸c dông æn nhiÖt cho bé khuÕch ®¹i. Trong mét sè tr−êng hîp, ®Ó sö dông tÝnh chÊt cña håi tiÕp ©m (®Æc biÖt lµ tÝnh æn ®Þnh) ng−êi ta kh«ng m¾c tô C2 . Khi ®ã m¹ch cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn qua R3 . C¸c tham sè cña m¹ch håi tiÕp ©m ®· ®−îc nghiªn cøu ë ch−¬ng tr−íc. ViÖc lùa chän chÝnh x¸c ®iÓm lµm viÖc ®¶m b¶o cho bé khuÕch ®¹i cã tham sè ®Æc tr−ng tèt nhÊt vµ viÖc gi¶ ®Þnh coi phÇn tö khuÕch ®¹i lµ phÇn tö tuyÕn tÝnh ®−îc chÝnh x¸c h¬n. Tuy nhiªn trong thùc tÕ do ®Æc tuyÕn von-ampe cña tranzistor phi tuyÕn nªn vÉn tån t¹i mÐo kh«ng ®−êng th¼ng trong qu¸ tr×nh khuÕch ®¹i. Th«ng th−êng cã thÓ coi quan hÖ gi÷a dßng ®Çu vµo i1 (ib ) vµ dßng ra 45
  44. i2 (ic ) lµ tuyÕn tÝnh nªn nguyªn nh©n g©y mÐo tÝn hiÖu chñ yÕu do quan hÖ phi tuyÕn cña ®Æc tuyÕn vµo: ib = f (ube ) . Gi¶ sö ®−a tíi ®Çu vµo ®iÖn ¸p ®iÒu hoµ, khi ®ã ®iÖn ¸p trªn cùc baz¬ - emit¬: ube = U BEo + U BE sinωt (2.12) ë ®©y: U BEo - §iÖn ¸p mét chiÒu trªn cùc baz¬, nh»m x¸c ®Þnh ®iÓm c«ng t¸c cña tranzistor. U BE - Biªn ®é ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Æt vµo. Ph−¬ng tr×nh cña ®Æc tuyÕn vµo: ube ib ≈ I o exp (2.13) U T Thay u be vµo ta cã: ⎛⎞⎛U BEo U BE ⎞ iIbo= exp⎜⎟⎜ exp sinω t ⎟ (2.14) ⎝⎠⎝UUTT ⎠ U BEo §Æt I Bo = I o exp U T Khai triÓn (2.14) theo hµm Taylor vµ chØ xÐt mÐo phi tuyÕn do hµi bËc hai g©y ra, ta cã: 2 ⎡ U BE U BE ⎤ ib = I Bo ⎢1+ sin ω t + 2 ()1− cos 2ω t ⎥ (2.15a) ⎣ U T 4U T ⎦ VËy ngoµi thµnh phÇn tÇn sè c¬ b¶n ω , ë ®Çu ra cßn cã thµnh phÇn dßng ®iÖn cã tÇn sè lµ hµi bËc 2, chÝnh thµnh phÇn nµy do ®Æc tuyÕn ®Çu vµo phi tuyÕn g©y ra vµ x¸c ®Þnh hÖ sè mÐo phi tuyÕn theo biÓu thøc: U BE km = 100% (2.15b) 4U T VËy hÖ sè mÐo phi tuyÕn phô thuéc vµo biªn ®é ®iÖn ¸p ®Çu vµo U BE , ®Ó k < 1% th× U BE ≤ 0,04UT ≈ 1.04mV . 46
  45. Nh− vËy giíi h¹n cña ch−¬ng nµy chóng ta chØ xÐt c¸c bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá, khi ®ã ta cã thÓ coi c¸c bé khuÕch ®¹i lµm viÖc trong chÕ ®é tuyÕn tÝnh. (C¸c tham sè cña chóng kh«ng ®æi trong ph¹m vi lµm viÖc). Cßn khi ®iÖn ¸p vµo lín h¬n mét chót ta ph¶i sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i cã håi tiÕp ©m hay lµ c¸c bé khuÕch ®¹i vi sai. 2.2.2. C¸c tham sè c¬ b¶n cña tõng s¬ ®å: C¸c tham sè c¬ b¶n cña c¸c bé khuÕch ®¹i ®−îc tÝnh to¸n theo c¸c b¶ng (2.1); (2.2); (2.3); (2.4). C¸c b¶ng nµy cho phÐp tÝnh to¸n mét c¸ch ®Çy ®ñ nhÊt c¸c tham sè ®Æc tr−ng cña c¸c bé khuÕch ®¹i. Trong c¸c c«ng thøc, ®Ó thèng nhÊt c¸c ký hiÖu, ta cÇn l−u ý: UT re = : §iÖn trë khuÕch t¸n emit¬ (®i«t emito- baz¬) I Eo I Eo : Dßng ®iÖn emit¬ t¹i ®iÓm c«ng t¸c 1 1 ω β = 2πf β = = (2.16) ⎡ Cb′e ⎤ τ β re (1+ β )Cb′′e ⎢1+ ⎥ ⎣ Cb′e′ ⎦ RE : §iÖn trë m¾c ë cùc emit¬ ®Ó thùc hiÖn håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. §èi víi m¹ch baz¬ chung, trong mét sè tr−êng hîp ®Ó c¶i thiÖn tham sè cña s¬ ®å, ng−êi ta m¾c ®iÖn trë RB (cã t¸c dông víi c¶ thµnh phÇn xoay chiÒu) nh− lµ mét m¹ch håi tiÕp tr×nh bµy trªn h×nh 2.3. Rn Un Uvao Ura RB Rt H×nh 2.3. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng xoay chiÒu cña m¹ch baz¬ chung cã håi tiÕp 47
  46. B¶ng 2.1 C¸c tham sè cña s¬ ®å emit¬ chung. M¹ch Tham sè h Tham sè y EC h21Rt − ~ y21Rt h11 + ∆hRt − ~ K u 1+ y22 Rt h21Rt − − y21Rt h11 h21 y21 y21 Ki ~ h21 ~ 1+ h22 Rt y11 + ∆yRt y11 h11 + ∆hRt 1+ y22 Rt 1 Z V ~ h11 ~ 1+ h22 Rt y11 + ∆yRt y11 h11 + Rn 1+ y11 Rn Z ra ∆h + h22 Rn y22 + ∆y Rn Tham sè vËt lý Rt 1 Ku ≈− ; re rCRbb′′⎛⎞ b c t 11++Sτ β ⎜⎟ rrCrbb′′++()1 β0 e⎝⎠ b e e β0 Ki ≈ 1+ Sτ β rCRbb′′⎛⎞ b c t 11++Sτ β ⎜⎟ rrCrbb′′++()1 β0 e⎝⎠ b e e ZrV0≈++⎣⎦⎡⎤bb′ ()1 β r e ⎛⎞CRbc′ t 11++Sτ β ⎜⎟ ⎝⎠Crbe′ e rRbb′ + n 1+ Sτ β re rRbb′′+++ n()11ββ00 r e rR bb +++ n() r e ZR ≈ µβ()12++0 rRen rrRCebbnbc′ + ′ 1+ Sτ β µβ()12++0 rRCenbe′ 48
  47. B¶ng 2.2 Tham sè bé khuÕch ®¹i m¾c emit¬ chung cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. M¹ch EC cã håi Tham sè h Tham sè y tiÕp − h R y R 21 t − 21 E (∆h + h R )R + h + (1+ h )R 1+ y R + y R K 22 E t 11 21 E 21 E 22 t u − h R − y R ~ 21 t ~ 21 t h11 + (1+ h21 )RE 1+ y21RE y21 h y + ∆y(R + R ) K 21 ~ h 11 t E i 1+ h (R + R ) 21 y 22 t E ~ 21 y11 1+ y21RE + y22 Rt (∆h + h22 RE )Rt + h11 + (1+ h21 )RE y11 + ∆yRt Z V 1+ h22 Rt 1+ y21RE ~ h11 + (1+ Ki )RE ~ y11 Tham sè vËt lý R 1 K ≈− t ; u rReE+ rRbb′′+ E⎛⎞ RC t b c 11++Sτ β ⎜⎟ rrRrCbb′′++()()1 β0 e + E⎝⎠ e b e β0 Ki ≈ ; 1+ Sτ β rrbb′′+ e⎛⎞ RC t b c 11++Sτ β ⎜⎟ ()()1++β0 rReE⎝⎠ rC ebe′ ZrRV0≈+()()eE1; +β ⎛⎞RCtbc′ 11++Sτ β ⎜⎟ ⎝⎠rCebe′ 49
  48. B¶ng 2.3. C¸c tham sè cña s¬ ®å bé khuÕch ®¹i m¾c colecto chung. M¹ch Tham sè h Tham sè y CC (1+ h )R (y + y )R 21 t ~ 11 21 t (h + (1+ h + ∆h − h )R 1+ (y + y R K 11 21 12 t 11 21 t u (1+ h )R − y R ~ 21 t ~ 21 t h11 + (1+ h21 )Rt 1+ y21RE 1+ h21 y11 + y21 y21 Ki ~ −(1+ h21 ) − ~ − (1+ ) 1+ h22 Rt y11 + ∆yRt y11 1+ (y11 + y21 )Rt h11 + (1+ h21∆h − h12 )Rt ~ y11 + ∆yRt Z V 1+ h22 Rt 1 y21 ~ h11 + (1+ h21 )Rt ~ +1+ Rt y11 y11 h11 + Rn 1+ h + ∆h + h + h R 1+ y R 1+ y R Z 21 12 22 n 11 n ~ 11 n ra h + R y + y + ∆yR y + y ~ 11 n 11 21 n 11 21 (1+ h21 ) + h22 Rn C¸c tham sè vËt lý: τ 1+ S β Rt 1+ β 0 K u ≈ ⋅ re + Rt rbb′ + Rt 1+ Sτ β ⋅ rbb′ + ()()1+ β 0 re + Rt τ 1+ S β 1+ β K ≈ ()1+ β ⋅ 0 i 0 ⎛ C + R ⎞ ⎜ b′c t ⎟ 1+ Sτ β ⎜1+ ⎟ ⎝ Cb′e + re ⎠ r + R 1+ Sτ bb′ t β r + ()()1+ β r + R Z ≈ ()()1+ β R + r ⋅ bb′ 0 e t V 0 t e ⎛ C R ⎞ ⎜ b′c t ⎟ 1+ Sτ β ⋅⎜1+ ⋅ ⎟ ⎝ Cb′e re ⎠ r + R 1+ Sτ bb′ n ⎛ R ⎞ β r + R ()1+ β r ⎜ n ⎟ bb′ n 0 e Z r ≈ ⎜re + ⎟ ⋅ ⎝ 1+ β 0 ⎠ τ β ⎛ Cb′c Rn ⎞ 1+ S ⋅ ⎜1+ ⋅ ⎟ 1+ β 0 µ ⎝ Cb′e re ⎠ 50
  49. B¶ng 2.4 C¸c tham sè cña s¬ ®å bé khuÕch ®¹i m¾c baz¬ chung. M¹ch Tham sè h Tham sè y BC (h21 + h22 RB )Rt h21 y21Rt K u ~ Rt ~ y21Rt (h11 + RB (∆h + h22 RB )Rt h11 1 + ( y22 + ∆y + RB )Rt h − ∆h y − y 21 ~ − 21 22 1+ h − ∆h + h (R + R ) y + y + ∆y(R + R ) K 21 22 t B 11 21 t B i h y ~ 21 ~ 21 ) 1+ h21 y11 + y21 (∆h + h22 )(Rt + h11RB (1− h22 ) ( y + ∆yR )R +1+ R ( y + y ) 22 B t B 11 12 ~ [1+ h21 + ∆h + h22 (RB + Rt )](1+ h12 ) [ y11 + y21 − y22 + ∆y(RB + Rt )]( y11 − y12 ) Z V h + R 1+ y11 RB ~ 11 B ~ y11 + y21 1+ h21 h11 + RB + Rn (1+ h21 ) 1+ y11RB + Rn (y11 + y21 ) Z ra ∆h + h22 (RB + Rn y22 + ∆y(RB + Rn ) Tham sè vËt lý: R 1 K ≈ t ; u rR+ CR re bb′′ B b c t 1+ Sτ β rrCrbb′′++()1 β0 e b e e β0 1 Ki ≈ 1+ β0 τ β ⎛⎞CR′ 11++S ⎜⎟bc t 1+ β0 ⎝⎠Crbe′ e rCRbb′′ b c t 1+ Sτ β ⎛⎞RB rrCrbb′′++()1 β0 e b e e ZrV ≈+⎜⎟e 1+ β ⎛⎞ ⎝⎠0 CRbc′ t 11++Sτ β ⎜⎟ ⎝⎠Crbe′′ bb++()1 β0 r e RRBn+ 1+ Sτ β re rRbb′ +++ B()()1 β0 rR e + E rRbb′ +++ B()()1 β0 rR e + E ZR ≈ µβ()12++0 rRen()+ RB ⎛⎞Cbc′ 11++Sτ β ⎜⎟ ⎝⎠2µCbe′ 51
  50. 2.2.3. C¸c c«ng thøc ®¬n gi¶n th«ng dông Trong thùc tÕ ngay c¶ khi thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö vµ nhÊt lµ ®Ó ®¸nh gi¸ ®Þnh tÝnh c¸c s¬ ®å, ng−êi ta sö dông c¸c c«ng thøc sau: a) Víi m¹ch emit¬ chung HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: K u ≈ − y 21 Rt = − SR t (2.17) HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn: y21 Ki ≈ = β o (2.18) y11 §iÖn trë vµo: 1 ZV ≈ ≈ rbe (2.19) y22 §iÖn trë ra: 1 Z ra ≈ = rce (2.20) y22 b) Víi m¹ch baz¬ chung: HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: K u ≈ y 21 Rt = SR t (2.21) HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn: y21 K i ≈ ≈ 1 (2.22) y21 + y11 §iÖn trë vµo: 1 + y11 Rβ 1 1 RV = ≈ ≈ (2.23) y11 + y21 y21 S §iÖn trë ra: 1 Rra = y22 c) Víi m¹ch emit¬ chung: HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: (y11 + y21 ) Rt K u = = 1 (2.24) 1 + (y11 + y21 ) Rt HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn: 52
  51. y21 K i = −(1+ ) = −(β o + 1) (2.25) y11 §iÖn trë vµo cña m¹ch còng t−¬ng tù nh− ®iÖn trë vµo cña m¹ch emito chung cã håi tiÕp ©m s©u. §iÖn trë ra cña m¹ch rÊt nhá vµ phô thuéc vµo ®iÖn trë nguån tÝn hiÖu, c¸c tham sè cña tranzistor. 2.2.4. NhËn xÐt chung: Trong c¸c s¬ ®å bé khuÕch ®¹i dïng mét tranzistor l−ìng cùc, s¬ ®å m¾c emito chung hay ®−îc sö dông nhÊt. Nhê cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn lín, ®iÖn trë ra vµ ®iÖn trë vµo ®¹t kh¸ cao. Tuy nhiªn do håi tiÕp qua y12 nªn ®é æn ®Þnh cña s¬ ®å kh«ng cao, nhÊt lµ ë siªu cao tÇn. S¬ ®å baz¬ chung cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, trë kh¸ng ra gÇn gièng s¬ ®å emito chung nh−ng hÖ sè khuÕch ®¹i dßng (xÊp xØ b»ng 1) vµ trë kh¸ng vµo qu¸ nhá (dßng vµo chÝnh lµ dßng emito). Tuy vËy nã cã ®é æn ®Þnh cao. S¬ ®å colecto chung cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p nhá (coi nh− håi tiÕp ©m toµn phÇn). §iÖn trë ra nhá nhÊt trong ba lo¹i s¬ ®å. Nã ®−îc sö dông ®Ó phèi hîp víi c¸c phô t¶i cã trë kh¸ng nhá. Tuú thuéc vµo yªu cÇu cña tõng m¹ch mµ ta sö dông lo¹i m¾c vµ lo¹i tranzistor nµo. Tuy vËy, khi sö dông s¬ ®å dïng mét tranzistor kh«ng bao giê tr¸nh ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm. Ng−êi ta sö dông s¬ ®å bé khuÕch ®¹i dïng nhiÒu tranzistor ®Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm nµy. 2.3. C¸c s¬ ®å bé khuÕch ®¹i dïng tranzistor hiÖu øng tr−êng (FET) HiÖn nay c¸c b¸n dÉn tr−êng (FET) ®−îc sö dông rÊt réng r·i. Ng−êi ta sö dông chóng trong c¸c m¹ch ®éc lËp, hoÆc lµ c¸c tÇng ®Çu tiªn cña c¸c IC . S¬ ®å m¾c th«ng dông nhÊt ®åi víi c¸c b¸n dÉn tr−êng lµ s¬ ®å cùc nguån (S) chung vµ cùc m¸ng (D) chung. (H×nh 2.4). 53
  52. R t C C1 C1 3 U r C 2 U V UV U r C R 1 2 R 1 R2 R2 a) b) H×nh 2.4. Bé khuÕch ®¹i dïng FET;a) S chung; b) D chung. ChÕ ®é lµm viÖc cña b¸n dÉn tr−êng ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®Æc ®iÓm cña b¸n dÉn tr−êng cã dßng ®Çu vµo rÊt nhá (coi b»ng 0). Th«ng th−êng, ®iÖn ¸p ban ®Çu (®iÓm lµm viÖc) U gs do ®iÖn trë m¾c t¹i cùc nguån x¸c ®Þnh. Trong mét sè tr−êng hîp ng−êi ta cã thÓ sö dông m¹ch ph©n ¸p ë ®Çu vµo. ViÖc tÝnh to¸n c¸c tham sè cña s¬ ®å trªn c¬ së ph©n tÝch c¸c s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña chóng. H×nh 2.5a lµ s¬ ®å thay thÕ t−¬ng ®−¬ng cña bé khuÕch ®¹i dïng FET m¾c theo s¬ ®å cùc nguån chung (SC). Trong s¬ ®å nµy chóng ta ph¶i l−u ý ¶nh h−ëng ®iÖn dung cña trë kh¸ng phô t¶i. V× hç dÉn cña tranzistor tr−êng rÊt nhá h¬n so víi cña b¸n dÉn l−ìng cùc nªn ®iÖn trë phô t¶i Rt cña chóng lín h¬n nhiÒu vµ dÉn tíi ¶nh h−ëng cña ®iÖn dung phô t¶i còng t¨ng cao. H×nh 2.5. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña bé khuÕch ®¹i dïng FET; a) S chung b) D chung 54
  53. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: U& 2 K uo K uo K& u = ≈ = (2.26) U& 1 1+ jωRC L 1+ jω /ω t Gi¸ trÞ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ë vïng tÇn sè thÊp: K uo = − Rt′ g m (2.27) Víi: Rt′ = Rt // rds TÇn sè giíi h¹n x¸c ®Þnh khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p gi¶m 3 dB: 1 ω t = (2.28) Rt′Ct′ Víi: C t′ = C t + C ds + C gd (Gi¶ thiÕt r»ng K uo >>1 ). Víi s¬ ®å bé khuÕch ®¹i m¾c cùc m¸ng chung (t¶i ë cùc nguån) ta cã s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng trªn h×nh 2.5b. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: ω 1 + j U& ω K& = 2 = K . 1 (2.29) u U uo ω 1 1+ j ω 2 Víi gi¶ thiÕt Rt << rds g m Rt ë ®©y: K uo ≈ (2.30) 1+ g m Rt g m ω1 = (2.31a) C gs 1+ g m RL ω 2 = (2.31b) Rt (C gs + C ds ) Trë kh¸ng ®Çu ra: 1 Z ra = (2.32) (g m + jω C gs ) 55
  54. 1 ë vïng tÇn sè thÊp ( g m >>ωC gs ), Rra = . g m H×nh 2.6 giíi thiÖu mét s¬ ®å bé khuÕch ®¹i sö dông FET m¾c theo s¬ ®å cùc m¸ng chung. M¹ch nµy ®−îc sö dông ë ®Çu vµo c¸c «xil«. §iÖn trë R2 , tô ®iÖn C1 vµ c¸c ®i«t D1 , D2 ®Ó chèng qu¸ t¶i; R4 ; R5 ®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc. §iÖn trë R1 cã ¶nh h−ëng ®Õn ®iÖn trë vµo cña m¹ch. −14 M¹ch nµy cho dßng ®iÖn ®Çu vµo cì 10 A vµ Cvao = 0,4 PF . +Ucc R5 C1 D2 C2 Vao ra R2 R3 D1 R4 R1 −U cc H×nh 2.6. Bé khuÕch ®¹i sö dông ë ®Çu vµo c¸c «xil«. 2.4. c¸c bé khuÕch ®¹i dïng nhiÒu tranzistor. Trong nhiÒu tr−êng hîp, ®Ó gi¶i quyÕt mét yªu cÇu cô thÓ nµo ®ã, vÝ dô t¨ng hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn, t¨ng ®é æn ®Þnh s¬ ®å hoÆc t¨ng trë kh¸ng vµo, ng−êi ta cã thÓ sö dông nhiÒu tranzistor trong mét tÇng khuÕch ®¹i hoÆc sö dông kÕt hîp nhiÒu c¸ch nèi tranzistor víi nhau. D−íi ®©y ta sÏ xÐt mét sè s¬ ®å cô thÓ. 2.4.1. S¬ ®å Dalington: §Ó ®¹t ®−îc hÖ sè khuÕch ®¹i dßng lín vµ ®iÖn trë ®Çu vµo cao, ng−êi ta sö dông hai tranzistor nèi víi nhau nh− h×nh 2.7. S¬ ®å nµy ®−îc gäi lµ s¬ ®å Dalington. §Ó ®¬n gi¶n ta gi¶ thiÕt hÖ sè khuÕch ®¹i dßng mét chiÒu cña c¸c tranzistor gièng nhau, còng t−¬ng tù nh− hÖ sè khuÕch ®¹i dßng xoay chiÒu tÝn hiÖu nhá b»ng nhau. Trªn quan ®iÓm m¹ch ®iÖn, c¸c tranzistor nµy t−¬ng ®−¬ng nh− mét tranzistor. 56
  55. β 1 I β I C = []β1 + ()1 + β1 β 2 IB C I B ()1 + β β I T 1 1 2 B B T T 2 1 +β I ()1 B I E = ()()1 + β 1 1 + β 2 I B a ) E r E ()()1 + β 1 + β µ 1 2 r Z B ′E 1 B B B1′ B 1′ C r / µ ()1 + β C rE ()1 + β 2 E 2 2 B′C1 C B ′E α U µ 1 1 B ′E 1 1 C B ′ C r E ()1 + β 2 2 2 E B r 1 2 B 2 B 1′ α U ′ r E ()()1 + β 1 1 + β 2 1 B 2 E 2 rE C ′ B 2 E 2 µ rE 2 rE ()1 + β 1 E b ) E H×nh 2.7. S¬ ®å Dalington vµ m¹ch t−¬ng ®−¬ng cña chóng. Dßng emit¬ cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng ®−îc ký hiÖu I E , cßn dßng emit¬ cña T1 : I E I E1 = (2.33) 1 + β 2 Dßng Emito cña T2: I E2 = I E . HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ng¾n m¹ch ban ®Çu (tÜnh ): h21 = β = β1 + (1+ β1 ) β 2 ≈ β1 β 2 (2.34) GÇn b»ng tÝch hai hÖ sè khuÕch ®¹i; Trong khi ®ã ®iÖn trë vµo tÜnh : U T ⎡ U T ⎤ h // = r BB ′ + (1+ β 2 ) + (1+ β 1 ) ⎢r B B ′ + (1+ β 2 )⎥ ≈ 1 I ⎢ 2 2 T ⎥ E1 ⎣ E 2 ⎦ U T U T ≈ r + (1+ β ) r + 2 (1+ β ) ≈ 2 (1+ β ) = 2r (1+ β ) BB 1′ 1 B 2 B 2′ E I E I E (2.35) Nh− vËy ®iÖn trë vµo tÜnh t¨ng lªn hai lÇn. Hç dÉn cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng: h21 β I E α y21 = = . = h11 1+ β 2U T 2rE ChØ b»ng mét nöa hç dÉn cña tranzistor cã dßng emito lµ I E . 57
  56. ë vïng tÇn sè cao (h×nh 2.7b), c¸c thµnh phÇn ®iÖn dung trong c¸c m¹ch Z vµ Z t¹o ra sù phô thuéc tÇn sè cña hÖ sè khuÕch ®¹i. NÕu coi tÇn sè giíi B′E1 B′E2 h¹n cña c¸c tranzistor gièng nhau, th× tÇn sè giíi h¹n cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng phô thuéc vµo tÇn sè giíi h¹n cña c¸c tranzistor riªng biÖt. Khi ta xÐt ë vïng tÇn sè thÊp vµ tÝn hiÖu nhá ta ®· biÕt CB′E chñ yÕu do ®iÖn dung m¹ch ghÐp emito - baz¬, ®iÖn dung nµy kh«ng phô thuéc vµo dßng emit¬. Do vËy tÇn sè giíi h¹n cña tranzistor Tf nhá h¬n (1+ β ) lÇn tÇn sè giíi h¹n cña Tf . TÇn sè giíi h¹n 1()B1 2 2()B2 f cña m¹ch Dalington do tÇn sè giíi h¹n B1 quyÕt ®Þnh. Tuy vËy m¹ch Darlington còng cã mét sè nh−îc ®iÓm sau: - S¬ ®å Darlington cã dßng ®iÖn d− lín h¬n s¬ ®å dïng mét tranzistor v× dßng ®iÖn d− cña T1 ®−îc T2 khuÕch ®¹i lªn. - C¸c ®iÖn ¸p baz¬- emit¬ cña hai tranzistor trong m¹ch Darlington m¾c liªn tiÕp nhau. V× vËy dßng emito cña T1 phô thuéc vµo hÖ sè khuÕch ®¹i dßng cña T2, ®iÖn thÕ mét chiÒu baz¬ - emito còng nh− møc tr«i cña ®iÖn ¸p nµy lín gÊp ®«i so víi tr−êng hîp dïng mét tranzistor. - HÖ sè t¹p ©m cña bé khuÕch ®¹i Darlington trong tr−êng hîp ®iÖn trë nguån ®−îc chän ®Ó ®¶m b¶o hÖ sè t¹p ©m tèt nhÊt còng lín h¬n hÖ sè t¹p cña mét tranzistor. HÖ sè t¹p cña tÇng thø hai kh¸ lín, trong khi ®ã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña tÇng ®Çu l¹i nhá. V× vËy hÖ sè t¹p cña nã kh¸ lín. §Ó kh¾c phôc mét phÇn c¸c nh−îc ®iÓm nµy, ng−êi ta dïng c¸c s¬ ®å Darlington theo s¬ ®å (2.8a;b). Trong s¬ ®å (2.8a), R1 cÇn lùa chän ®Ó ®iÖn thÕ trªn baz¬ - emito kho¶ng (0,5 ÷ 0,7 )V vµ dßng ch¹y qua nã kho¶ng β 2 lÇn nhá h¬n dßng baz¬ cña T2. Khi ®ã dßng emit¬ cña T1 ®iÖn ¸p baz¬ - emito vµ sù phô thuéc nhiÖt ®é cña nã gÇn nh− kh«ng phô thuéc vµo dßng emit¬ cña T2. Ta còng cã thÓ chän ®iÖn trë nguån cho T2 víi môc ®Ých gi¶m nhá t¹p ©m. NÕu sö dông nguån dßng (kÕt hîp R1 ) th× ta sÏ cã hiÖu qu¶ lín h¬n nhiÒu.(H×nh 2.8b). 58
  57. C T C B T1 B 1 T 2 T 2 R 1 R1 E T3 E a) b) H×nh 2.8. C¸c s¬ ®å Dalington nh»m kh¾c phôc hiÖn t−îng tr«i vµ hÖ sè t¹p ©m lín. 2.4.2. S¬ ®å tranzistor bï Trong mét sè m¹ch ®iÖn cÇn cã hÖ sè khuÕch ®¹i dßng vµ dßng ®iÖn lín, ®ång thêi sö dông c¸ch m¾c nèi c¸c tranzistor t−¬ng ®−¬ng kh¸c lo¹i n-p-n vµ p- n-p. VÝ dô nh− ë c¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt, ng−êi ta sö dông c¸c m¹ch tranzistor bï. (H×nh 2.9 a;b). NÕu coi T cã c¸c dßng ®iÖn: I ,II1,+ β β th× T cã c¸c dßng t−¬ng 1 BBB( 11) 2 øng: I B2 = β1 I B I C 2 = β1 β 2 I B I E2 = (1+ β 2 ) β1 I B C C C C B B B B a ) E b) E E E H×nh 2.9. S¬ ®å Dalington bï C¸c dßng ®iÖn cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng: I B = I B1 (2.36) I C = (1+ β 2 ) β1 I B (2.37) I EE=+II12 C =++[1(1ββ 21 )] . I B (2.38) C¸c tham sè t−¬ng ®−¬ng cña chóng: - HÖ sè khuÕch ®¹i dßng cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng: h21 = β = (1+ β 2 ) β1 (2.39) 59
  58. - Hç dÉn cña tranzistor t−¬ng ®−¬ng: α y 21 ≈ (2.40) rE - §iÖn dÉn ra: µ1 h22 ≈ 2 (2.41) rE - §iÖn trë vµo: h = r + r (1+ β ) (2.42) 11 BB1′ E 2.4.3. S¬ ®å Kaskode §Ó kÕt hîp −u ®iÓm cña hai lo¹i s¬ ®å m¾c emito chung vµ baz¬ chung ng−êi ta sö dông s¬ ®å Kaskode. TÇng khuÕch ®¹i nµy dïng hai tranzistor: tranzistor ®Çu m¾c EC, c¸i sau m¾c BC theo s¬ ®å h×nh 2.10. +Ucc +Ucc RC R1 R4 R1 T2 U ra T2 U ra T1 R5 CB Uvao R2 R7 C1 C2 U ra′ R3 R6 T1 R2 Uvao a) b) H×nh 2.10. S¬ ®å Kaskode- a)Dïng tranzitorcïng lo¹i; b) Dïng tranzitor bï Khi dïng s¬ ®å Kaskode bï víi tranzitor kh¸c lo¹i (h×nh 2.10b), cã thÓ h¹ thÊp gi¸ trÞ cña nguån UccB B so víi s¬ ®å dïng tranzitor cïng lo¹i (h×nh 2.10a) V× b¸n dÉn T2 m¾c theo s¬ ®å baz¬ chung, do vËy theo c«ng thøc (2.23) ta cã: 1 RV (T2 ) = S 2 Phô t¶i cña tranzistor thø nhÊt bao gåm ®iÖn trë ra cña b¶n th©n T1 vµ ®iÖn trë RV (T2 ) vµ c¸c phÇn tö kh¸c m¾c ngoµi (nÕu cã). Gi¸ trÞ RV (T2 ) rÊt nhá so víi 60
  59. c¸c gi¸ trÞ kh¸c, do vËy nã quyÕt ®Þnh ®iÖn trë phô t¶i cña T1 . HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña tÇng thø nhÊt: 1 K 01 = S1 RV (T2 ) = S1. ≈ 1 (2.43) S 2 §iÒu nµy cã nghÜa lµ tÇng thø nhÊt kh«ng khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. Nã chØ khuÕch ®¹i dßng ®iÖn vµ ®¶m b¶o ®iÖn trë vµo lín nh− m¹ch emito chung th«ng th−êng. Cßn T2 lµm nhiÖm vô khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: K 02 ≈ S 2 R7 (2.44) Vµ tÊt nhiªn nã kh«ng khuÕch ®¹i dßng ®iÖn. HÖ sè t¹p ©m cña m¹ch t−¬ng ®−¬ng nh− cña mét tranzistor. VÒ tÝnh chÊt æn ®Þnh, ta thÊy m¹ch Kaskode cã ®iÖn dung Miller trong m¹ch vµo T1 nhá (v× K 01 ≈ 1). Do vËy tÇn sè giíi h¹n trªn cña nã (khi Rn nhá) cïng bËc víi tÇn sè giíi h¹n trªn cña m¹ch baz¬ chung, trong khi ®ã trë kh¸ng vµo l¹i lín h¬n trë kh¸ng vµo cña m¹ch baz¬ chung. §ã lµ −u ®iÓm c¬ b¶n cña m¹ch Kaskode, cã nghÜa lµ nã cho phÐp lµm viÖc ë tÇn sè cao víi ®é æn ®Þnh lín. 2.4.4. M¹ch kÕt hîp FET - tranzistor l−ìng cùc. §Ó tËn dông tÝnh chÊt −u viÖt cña FET lµ trë kh¸ng vµo rÊt lín (Dßng ®iÖn vµo rÊt nhá) ng−êi ta th−êng sö dông chóng trong c¸c m¹ch ë ®Çu vµo, theo s¬ ®å cùc nguån (Source) chung hoÆc cùc m¸ng (Drain) chung. +Ucc R 4 C4 R3 +U cc R R 5 R6 R7 1 R3 C2 R5 C2 T2 C1 C1 R 2 C3 R 4 C3 R 1 R2 R6 a) b) H×nh 2.11. S¬ ®å khuÕch ®¹i dïng tranzitor kÕt hîp. 61
  60. §Ó bï vµo hÖ sè khuÕch ®¹i cña FET nhá, ta m¾c tranzistor l−ìng cùc cã hç dÉn lín ë ®Çu ra cña FET. C¸c s¬ ®å (2.11) giíi thiÖu mét sè s¬ ®å kÕt hîp nµy. Trªn s¬ ®å (2.11a) nÕu tÇng ®Çu vµo sö dông tranzistor tr−êng kªnh n th× ®ièt cöa - kªnh nhËn ®iÖn thÕ kho¶ng −1V . §iÖn thÕ nµy cã thÓ ®−îc h×nh thµnh nh− sau: Dßng cùc m¸ng ID t¹o ra trªn ®iÖn trë R4 ®iÖn ¸p 5V . Nhê bé chia ¸p R1 ; R2 vµ qua R3 ®−a vµo cæng ®iÖn thÕ 4V . Do ®iÖn trë ®Çu vµo cña FET rÊt lín nªn thùc tÕ kh«ng cã dßng ch¹y qua R3 . HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña tÇng FET: g m Rt1 K 01 ≈ (2.45) 1+ g m Z S1 R = Rr// // R ë ®©y: tdsBE15 2 ZRSC14=−//( jX 3 ) S¬ ®å (2.11b) cã sö dông håi tiÕp ©m s©u qua c¸c m¹ch R5 ; R2 ; R6 . Nhê m¹ch R4 C4 cã thÓ t¨ng ®iÖn ¸p h¹ trªn ®iÖn trë R3 vµ nh− vËy lµm cho hÖ sè khuÕch ®¹i cña tranzistor tr−êng ®¹t ®−îc lín h¬n. Cã thÓ tÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i theo biÓu thøc: R K = 1+ 5 (2.46) 0 R // R 6 2 2.5. bé khuÕch ®¹i vi sai. Trong c¸c bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xoay chiÒu, ng−êi ta kh«ng quan t©m ®Õn hiÖn t−îng tr«i, v× qua phÇn tö ghÐp ®iÖn dung, tr«i kh«ng ®−îc ®−a ®Õn ®Çu ra. Tr«i chØ lµm thay ®æi hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch. ¶nh h−ëng nµy cã thÓ kh¾c phôc ®−îc b»ng håi tiÕp ©m. Ng−îc l¹i, trong c¸c bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu mét chiÒu, tr«i còng ®−îc khuÕch ®¹i vµ ®−a ®Õn ®Çu ra nh− tÝn hiÖu. V× vËy trong tr−êng hîp nµy ph¶i t×m c¸ch gi¶m tr«i. Trong thùc tÕ kh«ng thÓ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo tranzistor ®Ó gi¶m tr«i ®−îc, nªn ng−êi ta dïng bé khuÕch ®¹i vi sai. Bé khuÕch ®¹i vi sai khuÕch ®¹i 62
  61. hiÖu hai ®iÖn ¸p vµo cña tranzitor. Do ®ã bé khuÕch ®¹i vi sai cã møc tr«i rÊt thÊp. Tr−êng hîp m¹ch hoµn toµn ®èi xøng th× tr«i ®−îc khö hoµn toµn. §Ó ph¸t huy −u ®iÓm ®ã ng−êi ta kh«ng nh÷ng dïng bé khuÕch ®¹i vi sai ®Ó khuÕch ®¹i hiÖu hai ®iÖn ¸p mµ cßn dïng ®Ó khuÕch ®¹i mét ®iÖn ¸p. §iÖn ¸p ®ã ®−îc ®−a ®Õn mét ®Çu vµo, ®Çu vµo thø hai ®−îc nèi ®Êt. 2.5.1. S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc: S¬ ®å bé khuÕch ®¹i vi sai dïng tranzitor l−ìng cùc vµ FET ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh2.12. H×nh 2.12. Bé khuÕch ®¹i vi sai dïng tranzitor l−ìng cùc (a) vµ tranzitor tr−êng FET (b) Bé khuÕch vi sai lµ mét bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu mét chiÒu ®èi xøng, cã hai ®Çu vµo vµ hai ®Çu ra. §iÒu ®Æc biÖt ®¸ng chó ý lµ ë bé khuÕch ®¹i nµy, nÕu ®iÖn ¸p vµo hiÖu UdB =B Uv1B -UB B v2 B ®−îc khuÕch ®¹i lªn KudB B lÇn th× c¸c ®iÖn ¸p gièng nhau ë hai ®Çu vµo, gäi lµ ®iÖn ¸p vµo ®ång pha UcmB ,B chØ ®−îc khuÕch ®¹i lªn KcmB B lÇn, víi KcmB <<KB udB .B ThËt vËy, nÕu biÓu ®iÔn c¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p vµo theo c¸c biÓu thøc : UUUdvv=−12 (2.47) UU+ U = vv12 (2.48) cm 2 Th× trªn hai ®Çu vµo cña hai tranzitor, ta cã: 63
  62. UUUvcmd1 =+ 2 UUUvcmd2 =− 2 a) XÐt tr−êng hîp khi chØ cã ®iÖn ¸p hiÖu hai ®Çu vµo ud ≠ 0 vµ UcmB B= 0; khi ®ãUUUvvd12=− = . 2 V× gi¶ thiÕt m¹ch hoµn toµn ®èi xøng nªn ®iÖn thÕ emit¬ (®iÓm P h×nh 2.12) lu«n lu«n kh«ng ®æi. Khi ®ã cã thÓ quy vÒ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 2.13b lµ s¬ ®å emit¬ chung hoÆc nguån chung cã ®iÖn ¸p vµo trªn mçi tranzitor lµ ±Ud /2. §Ó tÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i KuB ,KB iB vµB trë kh¸ng vµo ZvB ,B trë kh¸ng ra ZrB B cã thÓ ¸p dông c¸c biÓu thøc cña s¬ ®å emit¬ chung vµ Source chung ®· biÕt (xem b¶ng 2.5) Riªng ®èi víi hÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu: UUrr21− Urd Kud == (2.49) UUdd víi gi¶ thiÕt UcmB B =0 ë tÇn sè thÊp còng nh− ë tÇn sè cao KudB B ®Òu cã gi¸ trÞ gièng nh− m¹ch emit¬ chung hoÆc Source chung. Tr−êng hîp cÇn lÊy tÝn hiÖu trªn mét ®Çu ra so víi ®Êt, ta cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®èi víi mét ®Çu ra: Ur1 UKrd ud KKud12=== ud b»ng mét nöa so víi khi lÊy ®iÖn ¸p ra ®èi UUdd22 xøng. b) XÐt tr−êng hîp ng−îc l¹i: Ucm ≠ 0 vµ U d = 0 : Khi ®ã chØ cã ®iÖn ¸p vµo ®ång pha UcmB =B Uv1B =UB v2B ,B th× m¹ch lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ång pha. Lóc nµy c¶ hai tranzitor ®Òu ®−îc ®iÒu khiÓn bëi mét ®iÖn ¸p cã biªn ®é vµ pha nh− nhau. Do m¹ch ®èi xøng, nªn dßng ®iÖn trªn c¸c cùc t−¬ng øng cña tranzitor b»ng nhau. Vµ cã thÓ quy vÒ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 2.13a. V× ®iÖn thÕ emit¬ cña tranzitor b»ng nhau, nªn trong s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng kh«ng vÏ d©y nèi hai emit¬. T¸ch s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng thµnh hai nöa ®èi xøng, mçi nöa t−¬ng øng víi mét m¹ch emit¬ chung cã ®iÖn trë emit¬ lµ 2REB B 64
  63. hoÆc mét m¹ch source chung cã ®iÖn trë nguån lµ 2RsB B vµ cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. +Ucc +Ucc R RC RC RC C Ur1 Ur1 Ur2 Ur2 U U v1 Uv2 v2 Uv2 2R E 2RE −UIRCC+ 0 E −UCC Ucm b ) U a ) d H×nh 2.13. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña bé khuÕch ®¹i vi sai dïng tranzistor l−ìng cùc. a) ®èi víi ®iÖn ¸p vµo ®ång pha; b) ®èi víi ®iÖn ¸p vµo hiÖu HÖ sè khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ång pha KcmB B cã thÓ suy ra tõ biÓu thøc ®· cã ®èi víi s¬ ®å emit¬ chung vµ source chung cã håi tiÕp ©m dßng ®iÖn. §iÖn trë håi tiÕp 2REB B hoÆc 2RSB B cµng lín th× KcmB B cµng nhá. NÕu c¸c ®iÖn trë nµy rÊt lín (t−¬ng øng UEEB B còng rÊt ©m) th× dßng emit¬ cña hai tranzistor hÇu nh− kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, nghÜa lµ trªn ®Çu ra ®iÖn ¸p hÇu nh− kh«ng ®æi, do ®ã KcmB B tiÕn tíi kh«ng. Tãm l¹i sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu hiÖu vµ chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ång pha lµ ë chç: ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu hiÖu, REB B vµ RSB B kh«ng cã t¸c dông håi tiÕp ©m; ng−îc l¹i ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ång pha chóng cã t¸c dông håi tiÕp ©m lín lµm cho hÖ sè khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ång pha gi¶m . 2.5.2 C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i vi sai: C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i vi sai ®−îc chØ ra theo b¶ng 2.5 65
  64. B¶ng 2.5. C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i vi sai Tham Tranzistor l−ìng Tranzistor tr−êng (FET) VÝ dô b»ng sè sè cùc L−ìng FET cùc (1) β (//)RrCce KudB B (1) S(RDB //B rdsB )B 180 9 Rrnbe+ −β RC −SRD 1 1 B B Kcm − − Rnbe++rR2(1 +β ) E 12+ SRs 4 4 CMMR 1 ⎡⎤RE 1 (3) ⎢⎥12+ β (2) []12+≈SR SR 400 20 2 Rr+ s s ⎣⎦nbe 2 rdB B 2rbeB B 2rgsB B 5kΩ ∞ 1 ⎡ 2SRsds r ⎤ 1 ⎢rRgs(1++ ) 2 s ⎥ rB B []rRbe++2(1β E ) 22rR++ R 1MΩ ∞ cm 2 ⎣ ds D s ⎦ C C C (4) ≈ bc SR(//) r ≈ gd SR(//) r 450pF 22,5pF V 2 iC ce 2 D ds rrdB B 2rceB B 2rdsB B 100kΩ 100kΩ Trong b¶ng 2.5: cho RcB B= RDB =B 5kΩ ; RR==10 kR Ω ; = 0; rr == 50 k Ω= ;β 100; r = 2,5 kr Ω ; =∞= ; S 40mA ; S = 2 mA Es n ceds be gs ()TFETVV() (1) NÕu β >>1;RccebeTE > 1; (3) rds →∞; (4) Bá qua CbeB B hoÆc Cgs;B B Trong bé khuÕch ®¹i vi sai, ng−êi ta cßn ®−a ra kh¸i niÖm vÒ hÖ sè nÐn tÝn hiÖu ®ång pha G (CMRR) lµ tû sè gi÷a hÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu vµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®ång pha: K GCMRR()= ud1 () dB (2.50) Kcm 66
  65. §Ó cã hÖ sè nÐn tÝn hiÖu ®ång pha lín, chän REB B hoÆc RSB B lín. Tuy nhiªn kh«ng thÓ chän REB ,B RSB B qu¸ lín sao cho IE.B B REB B hoÆc IS.B B RSB B nhá h¬n (10÷ 15)V ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu khiÖn vÒ c«ng suÊt tæn hao trªn ®iÖn trë vµ ®iÒu kiÖn vÒ nguån cung cÊp - UEEB .B V× vËy trong thùc tÕ, thay cho REB B vµ RSB B ng−êi ta dïng mét nguån dßng cã ®iÖn trë trong lín vµ h¹ ¸p trªn nã nhá (h×nh 2.14). Trªn s¬ ®å h×nh 2.14 ta cã ICE≈ I , trÞ sè cña nã thay ®æi ®−îc nhê thay ®æi UB,UB CCB B vµ RE′ . B»ng s¬ ®å nµy G cã thÓ ®¹t tíi gi¸ trÞ ( 60÷ 80 )dB. Trong thùc tÕ th−êng hay gÆp tr−êng hîp ®iÖn ¸p ®Æt vµo bé khuÕch ®¹i vi sai gåm c¶ hai thµnh phÇn U d vµ Ucm , lóc ®ã ®iÖn ¸p ra UKUKUr21=+ ud d cm cm (2.51) Trong bé khuÕch ®¹i vi sai, ng−êi ta ph©n biÖt trë kh¸ng vµo hiÖu: ZddV= UI/ vµ trë kh¸ng vµo ®ång pha: +Ucc Zcm= UI cm/ cm RC RC Tõ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng h×nh 2.13 ta thÊy r»ng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i hiÖu, nguån tÝn hiÖu m¾c nèi P IE2 IE1 tiÕp víi c¸c ®Çu vµo cña tranzistor, IC rco UB do ®ã trë kh¸ng vµo hiÖu t¨ng lªn hai lÇn so víi trë kh¸ng vµo cña b ) a) R′ m¹ch emit¬ chung hoÆc Source E chung ®¬n gi¶n. Ng−îc l¹i, trë −UCC kh¸ng vµo ®ång pha gi¶m ®i hai lÇn H×nh 2.14. Bé khuÕch ®¹i vi sai dïng so víi trë kh¸ng vµo cña m¹ch nguån dßng trong m¹ch emit¬: emit¬ chung hoÆc source chung cã a) s¬ ®å; b) s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng , rco ®−îc x¸c ®Þnh theo h×nh 2.14a trë kh¸ng håi tiÕp lµ 2REB B hoÆc 2RSB .B Th−êng trë kh¸ng vµo ®ång pha Zcm>100 Z d . 67
  66. §iÖn trë ra cña m¹ch chÝnh lµ ®iÖn trë rCOB B n»m gi÷a colect¬ T3B B vµ ®Êt, nã cã trÞ sè ®óng b»ng trÞ sè rCOB B cña s¬ ®å emit¬ chung hoÆc source chung cã ®iÖn trë håi tiÕp REB B// rd1B ,B trong ®ã rd1B B lµ ®iÖn trë ra khuÕch t¸n emit¬ cña T3B ;B rUIrTE11≈ / (®èi víi tranzistor l−ìng cùc) vµ rSd1 ≈1/ (®èi víi fet). §Ó ®¸nh gi¸ d¶i ®éng cña tÝn hiÖu vµo bé khuÕch ®¹i vi sai, ta xÐt ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t tÜnh IfUUcVV=−()12 cña nã. Khi gi¶ thiÕt exp (UBEB /UB TB )B >>1, ta cã biÓu thøc gÇn ®óng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a dßng colect¬ IcB B vµ ®iÖn ¸p baz¬ emit¬ UBEB B cña tranzitor T1B B vµ T2B B nh− sau: UUBUB1/ T IIcEEbh11≈= Ie 1 (2.52) UUBUB2/ T IIcEEbh22≈= Ie 2 (2.53) Trong ®ã : IE1B ,B IE2B -B dßng emit¬ cña transzitor T1B B vµ T2B ;B IEbh1B ,B IEbh2B -B dßng b·o hoµ emit¬ cña T1B B vµ T2B ;B UTB B - ®iÖn ¸p nhiÖt tranzistor. Gi¶ thiÕt c¶ hai tranzistor cã ®Æc tuyÕn tÜnh nh− nhau vµ cã cïng nhiÖt ®é, ta cã: B IB Ebh1B =B IEbh2B =B IEbhB ë chÕ ®é khuÕch ®¹i hiÖu, dßng qua REB B kh«ng ®æi vµ cã trÞ sè: IEB tæng B = IE1B B+ IEB 2 Thay vµo biÓu thøc (2.53) ta nhËn ®−îc UUBET2 / IEB tæng B - IBE1 B= IEB 2 B = IEbhe (2.54) Thay IEbhB B trong (2.54) vµo (2.52), rót ra ®−îc biÓu thøc sau: IEtæng IICE11≈= (2.55) 1+ e-(UBE1 -U BE2 )/UT T−¬ng tù nh− vËy ta t×m ®−îc biÓu thøc ®èi víi dßng colect¬ T2B :B I Etæng IICE22≈= (2.56) 1+ e()/UUBEBET12− U 68
  67. C¸c quan hÖ (2.55) vµ (2.56) ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.15 NhËn xÐt: 1) §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cã ®é dèc lín nhÊt khi UdB =B UBE1B B - UBE2B B = 0 dII S S cioio11===Etæng Ud =0 dU()Be12− U BE 4UT 42 IC 2) MiÒn khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh I c1 I E ∑ IC 2 I E ∑ giíi h¹n trong ph¹m vi - UTB 4U T . o −6 −2 0 2 4 6 Cã thÓ nãi r»ng mÐo phi tuyÕn −4 U d xuÊt hiÖn khi dïng bé khuÕch ®¹i H×nh 2.15. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t tÜnh cña vi sai nhá h¬n nhiÒu so víi tr−êng bé khuÕch ®¹ivi sai. hîp dïng m¹ch emit¬ chung. Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do sù bï trõ ®Æc tuyÕn vµo cña hai transistor. Trong bé khuÕch ®¹i vi sai cßn ph¶i l−u ý ®Õn ®iÖn ¸p vµo ®ång pha cho phÐp UcmcfB .B §iÖn ¸p vµo ®ång pha cho phÐp lµ mét thµnh phÇn cña ®iÖn ¸p vµo. TrÞ sè cña nã kh«ng ®−îc phÐp v−ît qu¸ mét gi¸ trÞ nµo ®ã ®Ó ®¶m b¶o cho bé khuÕch ®¹i lµm viÖc trong miÒn khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh cña tranzistor. 2.5.3. HiÖn t−îng tr«i. Trong c¸c bé khuÕch ®¹i vi sai, c¸c lo¹i tr«i h×nh thµnh do nh÷ng nguyªn nh©n kh¸c nhau (§iÖn ¸p nguån kh«ng æn ®Þnh, tham sè cña tranzistor vµ linh kiÖn thay ®æi, tr«i nhiÖt ) cã trÞ sè nh− nhau vµ ®Æt vµo hai tranzistor ®ång pha ®Òu kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn tÝn hiÖu ®Çu ra, v× c¸c lo¹i tr«i nµy t¸c ®éng vµo m¹ch gièng nhau nh− mét ®iÖn ¸p ®ång pha. Trong thùc tÕ m¹ch kh«ng hoµn toµn ®èi xøng, do ®ã sù thay ®æi nhiÖt ®é g©y ra mét ®iÖn ¸p hiÖu (tr«i ®iÖn ¸p lÖch 0). 69
  68. ∆U 0 = ∆u vao1 − ∆u vao 2 §iÖn ¸p nµy t¸c ®éng vµo m¹ch nh− mét ®iÖn ¸p hiÖu - Khi nhiÖt ®é thay ®æi o 1 C , ∆U o ≈ 2 2,5mV . Thªm vµo ®ã nÕu dßng colecto cña tranzistor thay ®æi 10 % th× ®iÖn ¸p lÖch 0 ®¹t tíi: ∆U o ≈ 2,5 3mV . Ta chøng minh ®−îc quan hÖ nµy. Tõ biÓu thøc: ⎡ U BE ⎤ I c = αI E ≈ I E = I E bh ⎢exp − 1⎥ ⎣ U T ⎦ Ta cã: ⎛⎞Ic1 UUlBE1 =+ T n ⎜⎟1 ⎝⎠IEbh ⎛⎞Ic2 UUlBE2 =+ T n ⎜⎟1 ⎝⎠IEbh §iÖn ¸p lÖch kh«ng ®Çu vµo (do sù kh¸c nhau cña dßng colecto g©y ra) chÝnh lµ hiÖu ®iÖn ¸p baz¬ - emito: I c1 ∆uvao = uvao1 − uvao 2 = U T ln I c2 Khi kh«ng cã tÝn hiÖu ë c¸c ®Çu vµo cã dßng mét chiÒu. HiÖu c¸c dßng mét chiÒu gäi lµ dßng lÖch kh«ng, trÞ sè trung b×nh cña chóng gäi lµ dßng tÜnh vµo: I + I I = vao1 vao 2 T 2 Dßng tÜnh nµy còng ch¹y qua c¸c ®iÖn trë ë hai cöa vµo vµ cïng víi sù kh«ng ®èi xøng cña m¹ch g©y nªn ë ®Çu ra ®iÖn ¸p ®Çu ra lÖch kh«ng. §iÖn ¸p lÖch kh«ng nµy cã thÓ ®−îc khö nhê ®−a vµo c¸c cöa bé khuÕch ®¹i vi sai mét ®iÖn ¸p phô cã chiÒu ng−îc l¹i chiÒu ®iÖn ¸p do t¸c ®éng cña dßng tÜnh . 2.5.4. Mét sè s¬ ®å bé khuÕch ®¹i vi sai. a) Bé khuÕch ®¹i vi sai Darlington: §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña bé khuÕch ®¹i vi sai th«ng th−êng lµ ®iÖn trë vµo kh«ng lín l¾m, ng−êi ta sö dông s¬ ®å khuÕch ®¹i vi sai Darlington. (H×nh 2.16a). 70
  69. Do dßng tÜnh cña s¬ ®å a rÊt nhá nªn ®iÖn trë vµo hiÖu cña chóng rÊt lín, cã thÓ ®¹t ®−îc (10 ÷ 20 )MΩ . Nh−îc ®iÓm cña m¹ch lµ ®iÖn ¸p lÖch kh«ng ®Çu vµo vµ tr«i nhiÖt lín. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy, ng−êi ta sö dông s¬ ®å (2.16b) lµ bé khuÕch ®¹i vi sai Darlington - Bï. S¬ ®å nµy chØ cã sù tr«i hai tranzistor ®Çu mµ kh«ng ph¶i cña c¶ 4 tranzistor ¶nh h−ëng ®Õn tr«i ®iÖn ¸p lÖch kh«ng. Tuy vËy ®iÖn trë vµo hiÖu cña chóng còng nhá h¬n. + + RC RC RC RC Ur1 Ur2U r1 Ur2 T 4 T T 5 T Uvao1 1 2 T 5 U T4 T1 T2 vao2 T3 T3 − − a) b) − − H×nh 2.16 a) Bé khuÕch ®¹i vi sai - Dalington b) Bé khuÕch ®¹i vi sai Dalington - bï b) Bé khuÕch ®¹i vi sai cã håi tiÕp ©m: S¬ ®å m¹ch ®iÖn trªn h×nh 2.17. + R C RC Ur1 Ur2 T 1 T2 UVao1 UVao2 2RE T3 T4 − − − H×nh 2.17 Bé khuÕch ®¹i vi sai cã håi tiÕp ©m 71
  70. Trªn h×nh 2.17 nÕu ta m¾c ®iÖn trë RE cã mét gi¸ trÞ vµi chôc Ω sÏ t¹o nªn m¹ch håi tiÕp ©m trong bé khuÕch ®¹i. §iÒu nµy c¶i thiÖn mét sè tÝnh chÊt cña chóng nh− ®iÖn trë vµo t¨ng, miÒn tuyÕn tÝnh cña ®Æc tuyÕn ®Çu vµo t¨ng, nh−ng l¹i gi¶m hÖ sè khuÕch ®¹i cña tÇng. §Ó thay ®æi gi¸ trÞ hÖ sè khuÕch ®¹i mµ kh«ng cÇn thay ®æi ®iÖn ¸p ®iÓm c«ng t¸c b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë 2RE trªn (h×nh 2.17). c) Bé khuÕch ®¹i vi sai cã t¶i ®éng (H×nh 2.18) Trong s¬ ®å nµy, phô t¶i cña bé khuÕch ®¹i vi sai lµ nguån dßng cã néi trë trong rÊt lín (1 ÷ 10 MΩ ). T1 lµm viÖc trong miÒn khuÕch ®¹i, h¹ ¸p mét chiÒu kho¶ng vµi v«n. S¬ ®å nµy cho phÐp ®¹t hÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu hµng ngh×n lÇn. H×nh 2.18. Bé khuÕch ®¹i vi sai cã t¶i ®éng 72
  71. d) Bé khuÕch ®¹i vi sai cã dïng s¬ ®å Kaskod(H×nh 2.19) Bé khuÕch ®¹i vi sai - Kaskod ®−îc sö dông rÊt nhiÒu. ¦u ®iÓm cña chóng lµ trë kh¸ng vµo lín, dßng tÜnh nhá, hÖ sè nÐn tÝn hiÖu ®ång pha lín, ®iÖn dung vµo nhá. Do ®ã nã cã thÓ lµm viÖc trong d¶i tÇn réng. H×nh 2.19. Bé khuÕch ®¹i vi sai Kaskode e) Bé khuÕch ®¹i vi sai dïng tranzistor tr−êng (H×nh 2.20) +Ucc Ura1 Ura 2 U vao1 T Uvao 2 1 T2 T3 a) -U cc H×nh 2.20 a. KhuÕch ®¹i vi sai dïng Tranzistor tr−êng. 73
  72. TÊt c¶ c¸c lo¹i s¬ ®å trªn vÒ c¬ b¶n cã thÓ sö dông tranzistor tr−êng còng nh− tranzistor l−ìng cùc. ¦u ®iÓm lµ dßng tÜnh cña chóng rÊt nhá, ®iÖn trë vµo rÊt lín. (H×nh 2.20). H×nh 2.20 b. KhuÕch ®¹i vi sai sö dông kÕt hîp tranzistor l−ìng cùc vµ FET. 74
  73. Ch−¬ng 3 Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ øng dông 3.1 Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n 3.1.1 C¸c tÝnh chÊt vµ tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. 3.1.1.1 C¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n M¹ch ®iÖn m« t¶ ë h×nh 3.1 +Ucc ®−îc gäi lµ m¹ch khuÕch ®¹i thuËt IP + Ir to¸n (K§TT), nã ®−îc øng dông rÊt Ud U - réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c P IN Ur U nhau cña kü thuËt ®iÖn tö. UN - cc M¹ch K§TT còng gièng nh− c¸c m¹ch khuÕch ®¹i th«ng th−êng H×nh 3.1 Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ ®Òu ®−îc dïng ®Ó khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn hoÆc c«ng suÊt c¸c tÝn hiÖu. Nh−ng nã kh¸c m¹ch khuÕch ®¹i th«ng th−êng c¬ b¶n lµ ë chç tÝnh chÊt cña m¹ch khuÕch ®¹i th«ng th−êng phô thuéc trùc tiÕp vµo kÕt cÊu bªn trong cña m¹ch, cßn tÝnh chÊt cña m¹ch K§TT hoµn toµn cã thÓ thay ®æi ®−îc vµ chØ phô thuéc vµo c¸c linh kiÖn m¾c ë m¹ch ngoµi. ChÝnh v× lÏ ®ã m¹ch K§TT ®−îc chÕ t¹o hµng lo¹t cã tÝnh c«ng nghiÖp, cßn trong thùc tÕ th× tuú yªu cÇu, chøc n¨ng mµ m¾c thªm c¸c linh kiÖn cho phï hîp víi m¹ch ®iÖn cÇn thiÕt kÕ. §Ó thùc hiÖn ®−îc ý t−ëng trªn, bé K§TT ph¶i cã hÖ sè khuÕch ®¹i (K) rÊt lín, trë kh¸ng vµo ( Zv ) lín vµ trë kh¸ng ra ( Zr ) rÊt nhá. VÒ b¶n chÊt bé K§TT khuÕch ®¹i hiÖu ®iÖn ¸p gi÷a hai ®Çu vµo P vµ N (xem h×nh 3.1). Ta gäi ®iÖn ¸p hiÖu gi÷a hai ®Çu vµo P vµ N lµ Ud , lóc ®ã: UUUdPN=− Trong ®ã: UP lµ ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo P ®èi víi ®Êt. U N lµ ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo N ®èi víi ®Êt. Víi K0 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n: ( K0 > 0 ) th× ®iÖn ¸p ra ®−îc tÝnh: UKUKUUrd=⋅=⋅00() PN − (3.1) Trong tr−êng hîp: U N = 0 th× UKUrP= 0 ⋅ 75
  74. §iÖn ¸p ra (U r ) ®ång pha víi ®iÖn ¸p vµo UP ta gäi cöa vµo P lµ cöa vµo kh«ng ®¶o (hoÆc cöa vµo thuËn) cña bé K§TT vµ ký hiÖu b»ng dÊu (+). Trong tr−êng hîp UP = 0 th× UKUrN= −⋅0 §iÖn ¸p ra U r ng−îc pha víi ®iÖn ¸p vµo U N , ta gäi cöa vµo N lµ cöa vµo ®¶o cña bé K§TT vµ ký hiÖu trªn s¬ ®å b»ng dÊu (−). Ngoµi ra bé K§TT cßn cã hai ®Çu vµo ®Êu víi nguån cung cÊp ®èi xøng lµ ±Ucc , mét ®Çu ra ®−a tÝn hiÖu ra vµ c¸c cöa ®Ó chØnh lÖch kh«ng vµ bï tÇn sè. Mét bé K§TT lý t−ëng cã nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n sau: 1. Trë kh¸ng vµo: Zv = ∞ 2. Trë kh¸ng ra: Zr = 0 (3.2) 3. HÖ sè khuÕch ®¹i: K0 = ∞ Trong thùc tÕ chÕ t¹o kh«ng bao giê cã ®−îc bé K§TT lý t−ëng mµ chØ cã c¸c bé K§TT gÇn lý t−ëng. §Ó ®¸nh gi¸ c¸c bé K§TT thùc so víi Ur c¸c bé K§TT lý t−ëng chóng ta Ur max cÇn c¨n cø vµo c¸c tham sè t−¬ng øng cña chóng. - Vµi mV 3.1.1.2. C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n 0 + Vµi Ud mV 3.1.1.2.1. HÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu K§ vi Ta gäi hÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu sai khi kh«ng t¶i lµ K0 ®−îc x¸c ®Þnh H×nh 3.2. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña bé K§TT theo biÓu thøc: ⎧ Ur ⎪ khi U N =0 UUrr⎪ UP K0 == =⎨ (3.3) UUUdPN− ⎪ Ur −=khi UP 0 ⎩⎪ U N ë kho¶ng tÇn sè thÊp K0 gÇn nh− kh«ng thay ®æi, th−êng ký hiÖu K000= K . 36 §èi víi c¸c bé K§TT th«ng dông, K0 cã gi¸ trÞ tõ 10÷ 10 , vµ cã ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®−îc m« t¶ trªn h×nh (3.2). 76
  75. Râ rµng trªn ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®· chØ râ: §iÖn ¸p ra U r tû lÖ víi Ud trong d¶i ®iÖn ¸p Urmax®Õn Urmin, d¶i ®iÖn ¸p nµy ®−îc gäi lµ d¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p ra cña bé K§TT. Ngoµi d¶i ®ã ®iÖn ¸p ra kh«ng thay ®æi vµ lóc ®ã kh«ng phô thuéc vµo ®é lín cña ®iÖn ¸p vµo t−¬ng øng, bé K§TT lµm viÖc trong chÕ ®é b·o hoµ. §iÖn ¸p hiÖu ®Çu vµo lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu vµ ®iÖn ¸p cã tÇn sè thÊp th× lóc ®ã hÖ sè khuÕch ®¹i K0 sÏ kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè vµ K000= K . Khi tÇn sè t¨ng ®Õn mét gi¸ trÞ nµo ®ã th× K0 gi¶m, ë tÇn sè giíi h¹n: K00 K0 = 2 Do tÇn sè giíi h¹n d−íi cña bé K§TT fd = 0 nªn ®é réng d¶i tÇn lµm viÖc B cña bé K§TT ®óng b»ng tÇn sè giíi h¹n trªn cña nã. Khi hÖ sè khuÕch ®¹i K0 gi¶m dÇn theo sù t¨ng cña tÇn sè th× gi÷a ®iÖn ¸p ra vµ ®iÖn ¸p vµo còng xuÊt hiÖn mét gãc lÖch pha phô thuéc tÇn sè. Trong nh−ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, gãc lÖch pha nµy sÏ g©y ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh æn ®Þnh cña bé K§TT. 3.1.1.2.2. §Æc tÝnh biªn ®é, tÇn sè cña bé K§TT. + R1 R 2 R3 K 00 +1 +1 +1 C − 1 C2 C3 H×nh 3.3. M« h×nh bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Bé K§TT cã cÊu tróc bªn trong gåm nhiÒu tÇng khuÕch ®¹i vµ mçi tÇng cã tÇn sè giíi h¹n kh¸c nhau. C¸c bé K§TT ®Òu cã thÓ ®−a vÒ m« h×nh ®¬n gi¶n ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.3. §©y lµ bé K§TT bao gåm: 77
  76. - Mét tÇng khuÕch ®¹i lý t−ëng cã K000= K kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè. - nhiÒu kh©u läc th«ng thÊp riªng rÏ ®Æc tr−ng bëi c¸c ®iÖn trë vµ tô ®iÖn t¹p t¸n cña m¹ch. - C¸c kh©u ghÐp kh«ng phô thuéc tÇn sè vµ cã hÖ sè truyÒn ®¹t b»ng 1. C¨n cø vµo m« h×nh trªn, ®Æc tÝnh tÇn sè cña bé K§TT sÏ ®−îc x¸c ®Þnh qua hµm sè truyÒn ®¹t: 111 KK=⋅ ⋅ ⋅ (3. 4) 000 f ff 11+⋅jj +⋅ 1 +⋅ j fα123ffαα Trong ®ã: fα1 lµ tÇn sè giíi h¹n cña kh©u läc th«ng thÊp RC11 fα2 lµ tÇn sè giíi h¹n cña kh©u läc th«ng thÊp RC22 fα3 lµ tÇn sè giíi h¹n cña kh©u läc th«ng thÊp RC33 K (dB) 0 K 00 -20 dB/D -40 dB/D -60 dB/D fα1 fα2 fα3 fT log f ϕ 0 0 -45 log f -900 -1350 -1800 -2250 -2700 H×nh 3.4. §Æc tÝnh biªn ®é - tÇn sè vµ ®Æc tÝnh pha - tÇn sè cña bé K§TT XÐt biÓu thøc (3.4), râ rµng K0 gi¶m khi tÇn sè t¨ng vµ K0 =1 khi tÇn sè ff= T . Khi tÇn sè t¨ng, gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p ra vµ ®iÖn ¸p vµo còng t¨ng vÒ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi. Lóc ®ã víi gi¶ thiÕt ffα123<<<<αα f ta cã thÓ minh ho¹ ®Æc 78
  77. tÝnh biªn ®é tÇn sè vµ ®Æc tÝnh pha tÇn sè cña bé K§TT biÓu thÞ d−íi d¹ng ®å thÞ Bode nh− trªn h×nh 3.4. XÐt trªn ®å thÞ: - Khi ff> α1 th× K0B B gi¶m víi ®é dèc – 20 dB/decade - Khi ff> α2 th× K0B B gi¶m víi ®é dèc – 40 dB/decade - Khi ff> α3 th× K0B B gi¶m víi ®é dèc – 60 dB/decade MÆt kh¸c, khi tÇn sè t¨ng lªn th× gãc lÖch pha ϕ gi¶m (t¨ng vÒ trÞ tuyÖt ®èi). 0 Khi gãc lÖch pha ϕ=−180 th× ®iÖn ¸p ra U r vµ ®iÖn ¸p vµo Ud ng−îc pha. Cöa thuËn vµ cöa ®¶o cña bé K§TT thay ®æi t¸c dông, ®iÒu ®ã ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh æn ®Þnh khi lµm viÖc cña bé K§TT. 3.1.1.2.3. HÖ sè khuÕch ®¹i ®ång pha: Khi ta ®Æt vµo cöa thuËn vµ cöa ®¶o c¸c ®iÖn ¸p b»ng nhau: UUPNcm== U ≠0 U r Trong ®ã: Ucm cßn gäi lµ ®iÖn ¸p ®ång pha, lóc ®ã: UUU=− =0 dPN Ucmmin Theo biÓu thøc (3.1) ta cã: 0 Ucmmax U cm UKUrd=⋅=0 0 nh−ng trong thùc tÕ Ur cña bé K§TT vÉn kh¸c kh«ng. Mèi quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ra U r vµ ®iÖn ¸p vµo H×nh 3.5. Quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®ång pha ®−îc m« t¶ ë h×nh 3.5. ra vµ ®iÖn ¸p vµo ®ång pha Râ rµng ®iÖn ¸p ra vµ ®iÖn ¸p vµo ®ång pha cã quan hÖ tû lÖ nµo ®ã. HÖ sè tû lÖ t−¬ng øng ®−îc gäi lµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®ång pha ký hiÖu KcmB B vµ x¸c ®Þnh theo biÓu thøc ∆Ur Kcm = (3.5) ∆Ucm HÖ sè khuÕch ®¹i ®ång pha hoµn toµn phô thuéc vµo ®iÖn ¸p vµo ®ång pha. Trong bé K§TT lý t−ëng Kcm = 0 . Trong c¸c sæ tay vi m¹ch gi¸ trÞ cùc ®¹i cña Ucm cho biÕt giíi h¹n cña Ucm ®Ó Kcm kh«ng v−ît qu¸ gi¸ trÞ ®· cho. HÖ sè khuÕch ®¹i ®ång pha Kcm lu«n lu«n nhá h¬n hÖ sè khuÕch ®¹i hiÖu K00 . 3.1.1.2.4. HÖ sè nÐn ®ång pha: HÖ sè nÐn ®ång pha ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña bé K§TT thùc so víi bé K§TT lý t−ëng cã Kcm = 0 . HÖ sè nµy ®−îc ký hiÖu lµ G vµ ®−îc ®Þnh nghÜa b»ng biÓu thøc: 79
  78. K G = 0 (3.6) Kcm 35 Th−êng th× G =÷10 10 . V× K0 > 0 , KcmB B cã thÓ ©m hoÆc ®−¬ng nªn G còng cã thÓ ©m hoÆc d−¬ng. G cho trong c¸c tµi liÖu kü thuËt lµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi. Khi cÇn tÝnh to¸n, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh dÊu cña nã. Khi tÝnh to¸n ®iÖn ¸p ra cã kÓ ®Õn c¶ hiÖn t−îng khuÕch ®¹i ®ång pha ta cã: ∂∂uurr ∆=UUUrdcm ∆+ ∆ (3.7) ∂∂uudcmKcm == const K0 const =∆K0 UKUdcmcm + ∆ cho ∆=Ur 0 rót ra: KU∆ G ==−0 cm (3.8) KUcm∆ d Uconstr = BiÓu thøc nµy cho biÕt ph¶i ®Æt mét ®iÖn ¸p vµo hiÖu b»ng bao nhiªu ®Ó bï ®−îc hiÖn t−îng khuÕch ®¹i ®ång pha. 3.1.1.2.5. §iÖn trë vµo hiÖu, ®iÖn trë vµo ®ång pha vµ ®iÖn trë ra: §iÖn trë vµo ®−îc ®Þnh nghÜa theo biÓu thøc sau: ⎧ ∆UP ⎪ Khi U N = 0 ⎪ ∆IP rd = ⎨ (3.9) ⎪∆U N Khi UP = 0 ⎩⎪ ∆IN §iÖn trë vµo ®ång pha: ∆U P ∆U N rUUUcm==Khi P == N cm (3.10) ∆∆IIPN §iÖn trë ra rr cho phÐp ®¸nh gi¸ sù biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p ra theo gi¸ trÞ cña t¶i vµ ®−îc ®Þnh nghÜa theo biÓu thøc: ∆U r rr = (3.11) ∆Ir 3.1.1.2.6. Dßng vµo tÜnh , dßng vµo lÖch kh«ng, ®iÖn ¸p vµo lÖch kh«ng: Dßng vµo tÜnh lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng vµo cöa thuËn vµ dßng vµo cöa ®¶o: I + I I = PN Víi UU==0 (3.12) t 2 PN Dßng vµo lÖch kh«ng lµ hiÖu cña c¸c dßng vµo tÜnh ë hai cöa thuËn vµ cöa ®¶o cña bé K§TT. 80
  79. I0 =−IIPN Víi UUPN==0 (3.13) Th«ng th−êng: I0 ≈ 0,1It Dßng ®iÖn lÖch kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, do ®ã khi nhiÖt ®é thay ®æi, trÞ sè cña dßng ®iÖn lÖch kh«ng thay ®æi theo. HiÖn t−îng nµy gäi lµ tr«i dßng lÖch kh«ng. §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é tr«i dßng lÖch kh«ng, ng−êi ta dïng hÖ sè nhiÖt ∂I0 0 cña dßng ®iÖn lÖch kh«ng cã thø nguyªn [nA/P CP ]. ∂to Trong c¸c bé K§TT thùc, khi UUPN= = 0 th× ®iÖn ¸p ra vÉn kh¸c kh«ng. §iÖn ¸p nµy lµ do ®iÖn ¸p lÖch kh«ng ë ®Çu vµo g©y nªn. §Ó ®iÖn ¸p ra b»ng kh«ng, ta ph¶i ®Æt mét ®iÖn ¸p U0 vµo ®Çu vµo: UUU0 = PN− Khi Ur = 0 (3.14) §iÖn ¸p nµy ®−îc gäi lµ ®iÖn ¸p lÖch kh«ng, nã phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Do vËy còng cã hiÖn t−îng tr«i ®iÖn ¸p lÖch kh«ng ®−îc ®Æc tr−ng bëi tham sè: 0 ∂U0 0 ∂∂Ut0 / , th«ng th−êng ≈÷(1 100) µVC ∂t0 3.1.2. C¸c s¬ ®å c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n Khi dïng bé K§TT, ta th−êng dïng håi tiÕp ©m mµ kh«ng dïng håi tiÕp ®−¬ng, v× håi tiÕp d−¬ng lµm cho bé K§TT lµm viÖc ë tr¹ng th¸i b·o hoµ lµ RN tr¹ng th¸i chØ dïng trong chÕ ®é kho¸, R 1 N thùc vËy, víi K0 ≈∞, theo c«ng thøc Uv Ud (3.1) víi U r h÷u h¹n th× Ud ≈ 0 . Do ®ã Ur chØ cÇn ®−a mét ®iÖn ¸p hiÖu cã trÞ sè rÊt nhá m¹ch ®· cã thÓ chuyÓn sang lµm viÖc ë tr¹ng th¸i b·o hoµ. M¹ch håi tiÕp H×nh 3.6. Bé khuÕch ®¹i ®¶o, s¬ ®å biÕn ®æi ®iÖn ¸p - ®iÖn ¸p ©m sÏ lµm gi¶m ®iÖn ¸p ra sao cho ®iÖn ¸p ®Çu vµo Ud ≈ 0 . Trong mét sè tr−êng hîp cã thÓ dïng c¶ håi tiÕp ©m vµ håi tiÕp d−¬ng nh−ng l−îng håi tiÕp ©m ph¶i lu«n lín h¬n l−îng håi tiÕp d−¬ng. §iÖn ¸p cÇn khuÕch ®¹i ®−îc ®−a vµo cöa thuËn hoÆc cöa ®¶o. Trong tr−êng hîp ®−a vµo cöa ®¶o, ®iÖn ¸p ra ng−îc pha víi ®iÖn ¸p vµo, ta cã bé khuÕch ®¹i ®¶o. Trong tr−êng hîp ®−a vµo cöa thuËn, ®iÖn ¸p ra ®ång pha víi ®iÖn ¸p vµo, ta cã bé khuÕch ®¹i thuËn. Sau ®©y ta xÐt mét sè s¬ ®å cña bé K§TT. 81
  80. 3.1.2.1. C¸c s¬ ®å khuÕch ®¹i ®¶o. 3.1.2.1.1. S¬ ®å biÕn ®æi ®iÖn ¸p - ®iÖn ¸p: (h×nh 3.6) a) Tr−êng hîp lý t−ëng: Kr0 = ∞=∞; d Theo s¬ ®å trªn h×nh 3.6 ta viÕt ®−îc: Ur U N =− (3.15) K0 V× U h÷u h¹n, K = ∞ nªn U = 0 r 0 N ViÕt ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn nót cho nót N ta cã U U v +=r 0 RR 1 N RN ⇒ UUrv= −⋅ (3.16) R1 Do cã håi tiÕp ©m qua RN nªn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc ®iÖn ¸p ra U r sÏ biÕn thiªn sao cho U N ≈ 0 . ChÝnh v× thÕ, cöa ®¶o N trong s¬ ®å nµy cßn ®−îc gäi lµ ®iÓm ®Êt ¶o. Theo c«ng thøc (3.16) hÖ sè khuÕch ®¹i khi cã håi tiÕp ©m ®−îc x¸c ®Þnh b»ng: RN K′ =<K0 (3.17) R1 BiÓu thøc nµy cho thÊy râ rµng hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé K§TT gi¶m khi cã håi tiÕp ©m vµ chØ phô thuéc vµo c¸c linh kiÖn m¾c ë m¹ch ngoµi. Trë kh¸ng vµo cña m¹ch ®−îc tÝnh: UUvv Zv == =R1 (3.18) IURvv1 b/ Tr−êng hîp K0 h÷u h¹n, rd = ∞ Lóc nµy ta cã: Ur U N =− ≠0 K0 MÆt kh¸c cã thÓ tÝnh U N nh− sau: (theo s¬ ®å h×nh 3.6) R1 UUN =−vvr() UU − RR1 + N Cho hai ph−¬ng tr×nh trªn b»ng nhau vµ gi¶i ra ta cã: ⎡⎤11R1 ⎛⎞ UU=−⎢⎥ +⎜⎟1 + (3.19) vrKR K ⎣⎦⎢⎥00N ⎝⎠ 82
  81. ⎛⎞1 Th«ng th−êng K0 >>1 nªn ⎜⎟11+ ≈ ⎝⎠K0 Do ®ã ta cã biÓu thøc tÝnh gÇn ®óng: U 111 −==+v (3.20) UKKKr 0 ′ Khi K0 >>1 th× (3.20) ®ång nhÊt víi (3.17) vµ lóc ®ã K kh«ng phô thuéc vµo K0 nghÜa lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé K§TT cã håi tiÕp kh«ng thay ®æi ngay c¶ khi K0 thay ®æi do mét nguyªn nh©n nµo ®ã. TÝnh sai sè cña hÖ sè khuÕch ®¹i khi ¸p dông (3.17) so víi (3.20). Tõ biÓu thøc (3.20) ta cã: 1 K KK′ =≈+ K(1 ) K K 1− 0 K0 K 2 Do ®ã sai sè tuyÖt ®èi: KK′ −≈ K0 Vµ sai sè t−¬ng ®èi: KK′ − K 1 == (3.21) K Kg0 K00⎛⎞11 K Víi: gK==0 ⎜⎟ + =+1 K ⎝⎠KK0 ′ K′ 1 1 R1 thùc chÊt lµ hÖ sè håi tiÕp cña m¹ch håi tiÕp ©m, nghÜa lµ: =≈Kht , do K′ KR′ N K ®ã g =+110 =+KK chÝnh lµ ®é s©u håi tiÕp cña bé khuÕch ®¹i. VËy g cµng K′ 0 ht lín th× sai sè gÆp ph¶i khi tÝnh theo biÓu thøc (3.17) cµng nhá. 3.1.2.1.2. S¬ ®å biÕn ®æi dßng ®iÖn - ®iÖn RN ¸p (h×nh 3.7). I v N − ë s¬ ®å nµy ®¹i l−îng dßng ®iÖn ë ®Çu vµo Ur ®−îc biÕn ®æi thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ¸p ë ®Çu ra. + §©y lµ m¹ch håi tiÕp ©m song song ®iÖn ¸p. Cã thÓ tÝnh gÇn ®óng hÖ sè truyÒn ®¹t nh− sau: Ta cã: UUdN= = 0 H×nh 3.7. Bé khuÕch ®¹i ®¶o theo s¬ URIU= ⋅+ =0 dNvr ®å biÕn ®æi dßng ®iÖn - ®iÖn ¸p Do ®ã: -UIrv= R N (3.22) 83
  82. Khi tÝnh biÓu thøc (3.22) ®· coi K0 = ∞ , thùc tÕ th× K0 lµ h÷u h¹n nh− tÝnh to¸n theo (3.22) th× sai sè gÆp ph¶i còng kh«ng ®¸ng kÓ. 3.1.2.2. C¸c s¬ ®å khuÕch ®¹i thuËn 3.1.2.2.1. S¬ ®å khuÕch ®¹i th«ng dông (h×nh 3.8) §©y lµ s¬ ®å biÕn ®æi ®iÖn ¸p - ®iÖn ¸p RN cã m¹ch håi tiÕp ©m nèi tiÕp ®iÖn ¸p. a) Tr−êng hîp bé khuÕch ®¹i thuËt R1 to¸n lý t−ëng: K0 = ∞ ; rd =∞. U V× K0 =∞ vµ U r h÷u h¹n nªn Ud ≈ 0 + r Uv nghÜa lµ: UUvN= . MÆt kh¸c theo s¬ ®å ta H×nh 3.8. Bé khuÕch ®¹i thuËn cã thÓ tÝnh ®−îc U N nh− sau: R1 UUNr= RR1 + N ⎛⎞RN Suy ra UUrv=+⎜⎟1 (3.23) ⎝⎠R1 HÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch ®−îc tÝnh: R K ′ =+1 N (3.24) R1 V× ®iÖn ¸p vµo UvB B ®−îc ®Æt trùc tiÕp vµo cöa thuËn nªn trë kh¸ng vµo trong tr−êng hîp nµy b»ng ®iÖn trë vµo hiÖu, nghÜa lµ: Zrvd= =∞ §©y lµ mét ®Æc ®iÓm rÊt quan träng cña s¬ ®å khuÕch ®¹i thuËn. Nã ®−îc sö dông trong c¸c bé khuÕch ®¹i yªu cÇu trë kh¸ng vµo lín. b) Tr−êng hîp bé khuÕch ®¹i thùc ( K0 h÷u h¹n). Theo s¬ ®å h×nh 3.8 ta cã: R1 UUN =⋅r RR1 + N Ur UUUdvN==−≠0 v× K0 < ∞ K0 Tõ hai biÓu thøc trªn ta cã: URr 1 =−UUvr ⋅ KRR01+ N 84
  83. U 11 R v == + 1 (3.25) UKKRRrN01+ HoÆc: U 111 v == + (3.26) UKKKr 0 ′ Râ rµng khi K0 =∞ th× biÓu thøc (3.24) ®ång nhÊt víi (3.26). c/ ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p ®ång pha: Bé khuÕch ®¹i thuËn kh¸c c¬ b¶n bé khuÕch ®¹i ®¶o lµ cã ®iÖn ¸p vµo ®ång pha: UUNv=≠0 . Do hÖ sè nÐn tÝn hiÖu ®ång pha trong bé khuÕch ®¹i thùc lµ h÷u h¹n nªn trong m¹ch cã thªm sai sè do ®iÖn ¸p ®ång pha g©y nªn. §Ó x¸c ®Þnh R1 sai sè nµy, ta sö dông biÓu thøc (3.7) trong ®ã thay: UUN =⋅r ; RR1 + N UUUdvN=− vµ UUcm= v . Ta cã: 1 R + 1 UKRR111+ ⎛⎞R ⎛⎞ vN==01 ≈ +1 ⋅−1 (3.27) K ⎜⎟⎜⎟ UKrN1+ cm ⎝⎠ KRR01+ ⎝⎠ G K0 So víi (3.25) cã thÓ thÊy ®−îc ¶nh h−ëng cña hÖ sè nÐn ®ång pha ®Õn hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch. Chóng ta cã thÓ minh ho¹ ¶nh h−ëng trªn b»ng biÓu thøc (3.28) vµ s¬ ®å h×nh 3.9. UKUrcmcm− U r U cm U d ==− (3.28) K00KG UKr 0 UGcm + Ud A1 − U P Ur U N A2 H×nh 3.9. ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p ®ång pha ®Õn bé K§TT A1B B - Bé khuÕch ®¹i lý t−ëng; A2B B - Bé khuÕch ®¹i thùc 3.1.2.2.2. C¸c s¬ ®å khuÕch ®¹i lÆp (h×nh 3.10) XÐt tr−êng hîp lý t−ëng Ud = 0 ; IIPN= = 0 85