Thiet ke mach dien tu 1 (electronic circuit design 1)

Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

Ôn Thiết Kế Mạch Điện Tử 1
I. Độ lợi áp, Độ lợi dòng của 1 BJT hoặc 1 Mosfet:
1. BJT (NPN):
Bước 1: Tính Ic và Vce:
𝐼𝑐 =

𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅𝐵
+ 𝑅𝐸
𝛽

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝑐 . (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 )
Bước 2: Tính gm:
𝑔𝑚 =

𝐼𝐶
𝐼𝐶
=
(𝐴/𝑉)
𝑉𝑇 25𝑚𝑉

Bước 3: Chọn và vẽ loại sơ đồ tín hiệu nhỏ:
a) Sơ đồ 𝜋 : Chỉ dành cho mạch E chung:
𝑟𝜋 =

𝛽
(𝛺)

𝑔𝑚

b) Sơ đồ T:
𝑟𝑒 =

𝛼
1
≈
(𝛺)
𝑔𝑚 𝑔𝑚

Bước 4: Ghép các linh kiện vào sơ đồ:
Bước 5: Tính tốn Av, Gv ( nếu đề cho nguồn vào là nguồn áp):
𝐴𝑣 =

𝑉𝑜
𝑉𝑖

𝐺𝑣 = 𝐴𝑣 .

𝑍𝑖𝑛
𝑍𝑖𝑛 + 𝑅𝑠𝑖𝑔

1


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

a) Đối với sơ đồ 𝝅: (Mạch E chung):
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = − 𝑔𝑚. 𝑉𝑏𝑒 . 𝑅𝑐
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = − 𝑔𝑚. 𝑉𝑏𝑒 . 𝑅𝑐 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân E nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑏𝑒
+ Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = 𝑉𝑏𝑒 +
𝑔𝑚. 𝑉𝑏𝑒 . 𝑅𝐸

b) Đối với sơ đồ T:
* Mạch E chung:
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼. 𝑖𝑒 . 𝑅𝑐
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

2


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼. 𝑖𝑒 . 𝑅𝑐 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

* Cách xác định 𝑽𝒊 :

+ Nếu chân E nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 . 𝑟𝑒
+ Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 . (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 )

*Mạch B chung:
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼. 𝑖𝑒 . 𝑅𝑐
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼. 𝑖𝑒 . 𝑅𝑐 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 )

3


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân B nối đất: 𝑉𝑖 = −𝑖𝑒 . 𝑟𝑒

𝑅

𝐵
+ Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = − 𝑖𝑒 . (𝑟𝑒 + 𝛽+1
)

*Mạch C chung:
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝑒 . 𝑅𝐸

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝑒 . 𝑅𝐸 //𝑅𝑙

4


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân C nối đất (E khơng có tải 𝑅𝑙 ) : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 . (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 )

+ Nếu chân C nối đất (E có tải 𝑅𝑙 ) : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 . (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 //𝑅𝑙 )

+ Nếu chân C nối với điện trở (Kệ nó khơng quan tâm đến chân
C cho lắm)

* Cách xác định 𝒁𝒊𝒏 = 𝑽𝒊 /𝑰𝒊
- Để dễ hơn thì cần xác định dịng 𝐼𝑖 tách nhánh như thế nào thì
có thể xác định được 𝑍𝑖𝑛 :
Ví dụ trên hình ta thấy 𝐼𝑖 tách thành 2 nhánh 𝑖 đi qua 𝑅𝐵 và 𝑖𝑏 trở
thành 𝑖𝑒 đi qua 𝑟𝑒 và 𝑅𝐸 nên ta suy ra được 𝑍𝑖𝑛 sơ bộ bằng 𝑅𝐵 //
(𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) nhưng do phải lấy ib làm chuẩn nên ta phải tách nhánh
𝑖𝑒 để cho nó trở thành dịng 𝑖𝑏 nên ta phải nhân vào (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) 1
lượng (𝛽 + 1).
Theo ngun tắc vào đầu nào thì lấy dịng đó làm chuẩn.

Bước 6: Tính Gi (Nếu đề bài là nguồn dòng):
Gi =

il
ii

Theo nguyên tắc lấy i gần nhất để nhân liên hợp. Ví dụ mạch E chung:
Gi =

il il ic ib
= . .
ii ic ib ii

(𝑆𝑎𝑢 đó 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔 𝑝ℎâ𝑛 𝑑ò𝑛𝑔 để 𝑔𝑖ả𝑖 𝑡ỉ 𝑠ổ 𝑐ủ𝑎 𝑡ừ𝑛𝑔 𝑐ặ𝑝 𝑖)

5


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

2. Mosfet (N-mode):
Bước 1: Tìm 𝑰𝑫 và 𝑽𝑫𝑺 :
*Tính 𝑰𝑫
Đầu tiên giả sử mạch hoạt động ở chế độ Saturation:
1
𝐼𝐷 = . 𝐾𝑛 . 𝑉𝑜𝑣 2
2
𝑊

Trong đó thì 𝐾𝑛 = 𝜇𝑛 . 𝐶0𝑥 . ( 𝐿 )

Và 𝑉𝑜𝑣 = 𝑉𝐺𝐺 − 𝑉𝑆 − 𝑉𝑡 = 𝑉𝐺𝐺 − 𝐼𝐷 . 𝑅𝑆 − 𝑉𝑡
Giải hệ pt để tìm ra nghiệm và tiến hành loại nghiệm: 𝑉𝐺𝑆 ≥ 0 Thì nhận nghiệm cịn bé hơn 0 thì loại.
*Tính 𝑽𝑫𝑺 :
𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 . (𝑅𝑆 + 𝑅𝐷 )
Bước 2: Tính gm:
𝑔𝑚 =

2. 𝐼𝐷
(𝐴/𝑉) 𝑁ế𝑢 𝐼𝐷 𝑐ó đơ𝑛 𝑣ị 𝑙à 𝑚𝐴 𝑡ℎì 𝑛ℎớ đơ𝑛 𝑣ị 𝑔𝑚 𝑙à 𝑚𝐴/𝑉
𝑉𝑜𝑣

Nếu đề cho 𝛌 thì có 𝐫𝐨 , 𝐫𝐨 =

𝐕𝐀
𝐈𝐃

với 𝐈𝐃 =

𝟏
𝛌

Lưu ý: 𝐫𝐨 được mắc thêm ở đầu cực D và đầu cực S của sơ đồ tín hiệu nhỏ.
Bước 3: Chọn sơ đồ tín hiệu nhỏ:
a) Sơ đồ 𝝅 : Chỉ dành cho mạch S chung:
Khum có 𝑅𝜋 :

b) Sơ đồ T:

6

Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

Bước 4: Ghép các linh kiện vào sơ đồ:
Bước 5: Tính tốn Av, Gv ( nếu đề cho nguồn vào là nguồn áp):
𝐴𝑣 =

𝑉𝑜
𝑉𝑖

𝐺𝑣 = 𝐴𝑣 .

𝑍𝑖𝑛
𝑍𝑖𝑛 + 𝑅𝑠𝑖𝑔

a) Đối với sơ đồ 𝝅: (Mạch S chung):
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . 𝑅𝐷
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . 𝑅𝐷 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )
Lưu ý: Nếu có 𝐫𝐨 thì cho 𝐫𝐨 song song với 𝐑 𝐃 (trực tiếp
sẽ nói thêm)
* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân S nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑔𝑠
+ Nếu chân S có thêm điện trở 𝑅𝑆 : 𝑉𝑖 = 𝑉𝑔𝑠 + 𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . 𝑅𝑆

7


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

b) Đối với sơ đồ T:
* Mạch S chung:
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . 𝑅𝐷
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . 𝑅𝐷 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )
Lưu ý: Nếu có 𝐫𝐨 thì cho 𝐫𝐨 song song với 𝐑 𝐃 (trực tiếp
sẽ nói thêm)

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân S nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 .

1
𝑔𝑚

= 𝑉𝑔𝑠
1

+ Nếu chân S có thêm điện trở 𝑅𝑆 : 𝑉𝑖 = 𝑔𝑚. 𝑉𝑔𝑠 . (𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 )

* Mạch G chung:

* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑖𝐷 . 𝑅𝐷
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )

8


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑖𝐷 . 𝑅𝐷 //𝑅𝑙
( có dấu trừ là do 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 )

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
1

+ Nếu chân G nối đất: 𝑉𝑖 = −𝑖𝐷 . 𝑔𝑚

1

+ Nếu chân G có thêm điện trở 𝑅𝐺 : 𝑉𝑖 = − 𝑖𝐷 . 𝑔𝑚 – 𝑖𝐺 . 𝑅𝐺
(Do 𝑖𝐺 = 0)
1

➔ 𝑉𝑖 = −𝑖𝐷 . 𝑔𝑚

* Mạch D chung:
* Cách xác định 𝑽𝒐 :
+ Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝐷 . 𝑅𝑆

+ Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝐷 . 𝑅𝑆 //𝑅𝑙

9


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

* Cách xác định 𝑽𝒊 :
+ Nếu chân D nối đất (Chân S khơng có tải 𝑅𝑙 ):
1

𝑉𝑖 = 𝑖𝐷 . (𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 )

+ Nếu chân D nối đất (Chân S có tải 𝑅𝑙 ):
1
𝑔𝑚

𝑉𝑖 = 𝑖𝐷 . (

+ 𝑅𝑆 //𝑅𝑙 )

+ Nếu chân D nối với điện trở (Kệ nó khơng quan tâm đến chân D)
* Cách xác định 𝒁𝒊𝒏 = 𝑽𝒊 /𝑰𝒊
- Để dễ hơn thì cần xác định dịng 𝐼𝑖 tách nhánh như thế nào thì
có thể xác định được 𝑍𝑖𝑛 :
Ví dụ trên hình ta thấy 𝐼𝑖 tách thành 2 nhánh 𝑖 đi qua 𝑅𝐺 và 𝑖𝑔 trở
1

thành 𝑖𝑠 đi qua 𝑔𝑚 và 𝑅𝑠 nên ta suy ra được 𝑍𝑖𝑛 sơ bộ bằng 𝑅𝐺 //
1

(𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 ) nhưng do 𝑖𝑔 = 0 nên ta tính được điện trở theo từ G
sang S sang đất là vô cùng nên 𝑅𝐺 // ∞ nên 𝑍𝑖𝑛 = 𝑅𝐺 .
Theo nguyên tắc vào đầu nào thì lấy dịng đó làm chuẩn.

Bước 6: Tính Gi (Nếu đề bài là nguồn dòng):
➔ Đề bài lỗi chứ Mosfet khơng khuếch đại dịng nó chỉ có khuếch đại áp do (𝐼𝐺 = 0)

10


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

II. Ghép Liên Tầng: (tui lựa ra những bài thưởng gặp thui nha)
1. Ghép Cascade (Nối tiếp):
a) Ghép Cascade RC (Nối tiếp qua C):
Bước 1: Tính tốn các thơng số Ic, Vce hay Id, Vds để tìm điểm Q1, Q2 theo đề bài:
(Cách làm như 1 con riêng lẻ do ghép qua tụ nên chế độ DC 2 con transistor hoạt động riêng lẻ không đá
động tới nhau)
Bước 2: Chọn dạng sơ đồ tín hiệu nhỏ cho phù hợp và vẽ sơ đồ:
*Sơ đồ 𝜋 :
Để dễ hơn trong việc tính tốn ta tách nháp nhánh E sang thành nhánh B, theo nguyên tắc lấy đầu vào
(nhánh B) làm chuẩn nên điện trở nhánh E ta nhân vào (𝛽 + 1).
Do đó ta sữ dụng giá trị của nguồn dòng thay thế trong mạch là 𝛽. 𝑖𝐵
- BJT EC với EC: ví dụ mạch có đầy đủ Re1, Re2, Rl:

Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất:
𝑉𝑜2
−𝛽2 . 𝑖𝐵2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙
−𝛽2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙
𝐴𝑣2 =
=
=
𝑉𝑖2 𝑖𝐵2 . (𝑟𝜋2 + 𝑅𝐸2 . (𝛽2 + 1)) 𝑟𝜋2 + 𝑅𝐸2 . (𝛽2 + 1)
Tính Av1: Cái này cũng tương tự như Vo2 nhưng ta thêm vào 1 nhánh song song với Rb2 và Rc1:
𝐴𝑣1 =

𝑉𝑜1
𝑉𝑖1

=

−𝛽1 .𝑖𝐵1 .𝑅𝑐1 //𝑅𝐵2 //(𝑟𝜋2 +𝑅𝐸2 .(𝛽2 +1))
𝑖𝐵1 .(𝑟𝜋1 +𝑅𝐸1 .(𝛽1 +1))

=

−𝛽1 .𝑅𝑐1 //𝑅𝐵2 //(𝑟𝜋2 +𝑅𝐸2 .(𝛽2 +1))
(𝑟𝜋1 +𝑅𝐸1 .(𝛽1 +1))

(Đây là lời giải của phiên bản đầy đủ nên khơng có bộ phận nào thì tự động loại nó ra khỏi)
𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 . 𝐴𝑣2

11

Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

- Mosfet SC với BJT EC: ví dụ mạch có đầy đủ Rs, Re, Rl:
(Mosfet chủ yếu xài nguồn dòng thay thế là gm.Vgs nên chủ yếu tập trung vào nhánh S).

Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất: (Giống như bài trên)
𝑉𝑜2
−𝛽. 𝑖𝐵 . 𝑅𝑐 //𝑅𝑙
−𝛽. 𝑅𝑐 //𝑅𝑙
𝐴𝑣2 =
=
=
𝑉𝑖2 𝑖𝐵 . (𝑟𝜋 + 𝑅𝐸 . (𝛽 + 1)) 𝑟𝜋 + 𝑅𝐸 . (𝛽 + 1)
Tính Av1: Cái này cũng tương tự như Vo2 nhưng ta thêm vào 1 nhánh song song với Rd và Rb:
𝑉

𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 =

−𝑔𝑚1 .𝑉𝑔𝑠 .𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //(𝑟𝜋 +𝑅𝐸 (𝛽+1))
𝑉𝑔𝑠 + 𝑔𝑚1 .𝑉𝑔𝑠 .𝑅𝑆

𝑖1

=

−𝑔𝑚1 .𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //(𝑟𝜋 +𝑅𝐸 (𝛽+1))
1 + 𝑔𝑚1 .𝑅𝑆

(Đây là lời giải của phiên bản đầy đủ nên khơng có bộ phận nào thì tự động loại nó ra khỏi)
*Sơ đồ 𝑇 :

Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất:
𝑉𝑜2 −𝛼2 . 𝑖𝑒2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 −𝛼2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙
𝐴𝑣2 =
=
=
𝑉𝑖2
𝑖𝑒2 . (𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 )
𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2
Tính Av1: Cái này cũng tương tự như Vo2 nhưng ta thêm vào 1 nhánh song song với Rc1 và Rb2:
𝑉

𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 =
𝑖1

−𝛼1 .𝑖𝑒1 .𝑅𝐶1 //𝑅𝐵2 //((𝑟𝑒2 +𝑅𝐸2 ).(𝛽2 +1))
𝑖𝑒1 .(𝑟𝑒1 +𝑅𝐸1 )

=

−𝛼1 .𝑅𝐶1 //𝑅𝐵2 //((𝑟𝑒2 +𝑅𝐸2 ).(𝛽2 +1))
𝑟𝑒1 +𝑅𝐸1

(Đây là lời giải của phiên bản đầy đủ nên khơng có bộ phận nào thì tự động loại nó ra khỏi)
𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 . 𝐴𝑣2

12

Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

- Mosfet SC với BJT EC: ví dụ mạch có đầy đủ Rs, Re, Rl:

Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất:
𝑉𝑜2 −𝛼2 . 𝑖𝑒2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 −𝛼2 . 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙
𝐴𝑣2 =
=
=
𝑉𝑖2
𝑖𝑒2 . (𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 )
𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2
Tính Av1: Cái này cũng tương tự như Vo2 nhưng ta thêm vào 1 nhánh song song với Rd và Rb:
𝑉

𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 =

−𝑔𝑚1 .𝑉𝑔𝑠 .𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //((𝑟𝑒 +𝑅𝐸 ).(𝛽+1))

𝑖1

𝑔𝑚1 .𝑉𝑔𝑠 .(

1
+ 𝑅𝑆 )
𝑔𝑚1

=

−𝑔𝑚1 .𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //((𝑟𝑒 +𝑅𝐸 ).(𝛽+1))
1 + 𝑔𝑚1 .𝑅𝑆

(Đây là lời giải của phiên bản đầy đủ nên khơng có bộ phận nào thì tự động loại nó ra khỏi)
𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 . 𝐴𝑣2
b) Ghép Cascade DC (Nối tiếp không qua C):
Đối với dạng mạch ghép trực tiếp khơng qua tụ thì Q2 sẽ khơng có trở kháng đầu.
Bước 1: Tính điểm Q1, Q2
+ Cần xác định chiều dòng điện tại nút C1 để tạo ra 1 phương trình 3 ẩn bao gồm Irc1, Ic1, Ic2
(Nếu dịng vào Q2 là Ib2 thì ta chuyển đổi sang Ic2 bằng cách chia Ic2 cho 𝛽2 )
+ Tính Ic1 như các công thức ở phần I để giảm bớt 1 ẩn.
+ Áp đụng Kirchhof 2 cho vòng đi qua Vbe2 hoặc Veb2 của Q2
(Sao cho chỉ dính vào Irc1 và Ic2).
+ Giả hệ phương trình để có được Ic2 và Irc1.
+ Áp dụng Kirchhof 2 để tìm ra Vce1 và Vce2. (Trực tiếp sẽ nói rõ)
Bước 2: Tính gm, chọn sơ đồ tính hiệu nhỏ, và tính re hoặc rpi (Giống như phần III.2.a)
Do khi hoạt động ở chế độ AC thì mạch Ghép Cascade DC hồn tồn tương tự với mạch Ghép Cascade
RC nên có thể xem lại phần trước để tính Av Gv Gi.

13


Thiết Kế Mạch Điện

BacSiDien

Sau đây là bài ví dụ về cách tính Q1 Q2 ở bước 1:

14