ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN. KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ OTA DÙNG CẤU TRÚC THREE
CRURRENT MIRROR

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Phương Huy
Sinh viên thực hiện : Bùi Thanh Dương
Mssv : K205520207011
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đăng Hải Anh
Mssv : K185520207002
Lớp : K56KĐT.01

Thái Nguyên – 2024

KHOA ĐIỆN TỬ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MẠCH TÍCH HỢP SỐ

Sinh viên: Bùi Thanh Dương - K205520207011

Nguyễn Đăng Hải Anh - K185520207002

Lớp: 56KĐT.01 Ngành : Kỹ thuật điện tử

1. Tên đề tài

Thiết kế bộ OTA dùng cấu hình Three Current Mirror

2. Nội dung thực hiện

- Phân tích tìm hiểu tổng quan vai trò ý nghĩa của bộ OTA trong đời sống thực tiễn.
- Tìm hiểu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bộ OTA
- Thiết kế bộ OTA sử dụng cấu hình Three Current Mirror .
- Mơ phỏng bộ OTA bằng phần mềm cadence.
- Báo cáo đồ án.

3. Ngày giao nhiệm vụ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 2024

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 2024
GIÁO VIÊN CHẤM
(Ký ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................iv
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ.........................1

1.1 Mạch tích hợp tương tự....................................................................................1
1.1.1 Tổng quan mạch tích hợp tương tự............................................................1
1.1.2 Vai trò và ứng dụng trong thực tế..............................................................2

1.2 Thiết kế mạch tích hợp tương tự.......................................................................3
1.2.1 Quy trình thiết kế.......................................................................................3

1.2.2 Các công nghệ thiết kế...............................................................................4

1.3 Các chỉ tiêu thiết kế..........................................................................................4
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN OTA THREE CRURRENT MIRROR........................6

2.1 Mạch khuếch đại..............................................................................................6
2.1.1 Mạch khuếch đại đơn tầng.........................................................................6
2.1.2 Mạch khuếch đại đa tầng.........................................................................10

2.2 Tổng quan về OTA.........................................................................................11
2.2.1 OTA là gì ?..............................................................................................11
2.2.2 Đặc điểm của OTA..................................................................................12
2.2.3 Các cấu trúc cơ bản của OTA..................................................................13
2.2.4 Các ứng dụng của OTA...........................................................................16

2.3 Mạch gương dòng...........................................................................................17
2.3.1 Hạn chế của mạch gương dòng................................................................19
2.3.2 Ứng dụng của mạch gương dịng.............................................................20

2.4 Cấu hình OTA Three current mirror...............................................................21
2.4.1 Một số công thức cơ bản..........................................................................22
2.4.2 Cấu trúc của OTA Three current mirror...................................................23

2.5 Ý tưởng thiết kế..............................................................................................24

CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN THƠNG SỐ................................................................26
3.1 Tính tốn và lựa chọn thơng số.......................................................................26
3.1.1 Lựa chọn thông số...................................................................................26
3.1.2 Tính tốn thơng số...................................................................................27

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................38

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢN

Hình 1. 1: IC tương tự....................................................................................................1
Y

Hình 2. 1: Sơ đồ chung cho mạch khuếch đại đơn tầng.................................................6
Hình 2. 2: Sơ đồ tương đương hình π và hình T...........................................................7
Hình 2. 3: Các đặc trưng cơ bản của bộ khuếch đại đơn tầng dùng MOS......................7
Hình 2. 4: Sơ đồ khối chung cho mạch khuếch đại hai tầng........................................10
Hình 2. 5: Kí hiệu OTA..............................................................................................11
Hình 2. 6: Cấu trúc lý tưởng và mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ của OTA.............12
Hình 2. 7: Mạch sử dụng MOSFET tạo nguồn dịng cơ bản.......................................17
Hình 2. 8: Đặc tính đầu ra điện cực nguồn và sự biến đổi của Q 2 tương ứng với Q 1.19
Hình 2. 9 Mạch OTA sử dụng cấu hình three current mirror......................................21

Hình 3. 1: Mạch OTA dùng cấu hình Three Current Mirror.......................................25

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Các cấu trúc tương tự cơ bản.........................................................................15
Bảng 2: Yêu cầu thiết kế cụ thể bộ OTA Three Current Mirror..................................26
Bảng 3:Các thông số kĩ thuật......................................................................................27

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc thiết kế và phát triển các mạch tích hợp
tương tự đóng vai trị quan trọng trong nền công nghiệp điện tử. Cùng với sự tiến bộ
trong công nghệ, nhu cầu về các mạch tích hợp tương tự ngày càng tăng cao, đặc biệt là

trong các ứng dụng như điện tử tiêu thụ, y tế, và viễn thơng. Các thiết bị điện tử có mặt ở
hầu hết các lĩnh vực đời sống con người. Mà IC hầu hết đều có mặt trong các thiết bị điện
tử dẫn đến sự phát triển của ngành công nghệ chế tạo và sản xuất IC rất mới mẻ và đầy
tiềm năng. Cơng nghệ chế tạo IC tích hợp hay mạch tích hợp cũng đặt ra những hạn chế
và mang lại những cơ hội cho kỹ sư thiết kế mạch. Do đó, việc thiết kế chip bắt buộc
phải thay đổi theo nhu cầu của sự phát triển các linh kiện điện tử. Việc sử dụng các liên
kiện điện tử lớn như ta đã từng sử dụng cho việc ghép tầng tín hiệu đã bộc lộ những hạn
chế nhất định, việc sử dụng số lượng lớn những linh kiện truyền thống dẫn việc tiêu thụ
năng lượng lớn, hiệu năng xử lý kém, sai lệch tín hiệu lớn. Vì vậy cơng nghệ chế tạo IC
này càng được phát triển để đáp ứng được các linh kiện truyền thống bằng các linh kiện
bán dẫn dẫn với kích thước nhỏ đến picofarad và nhỏ hơn picofarad thế. IC đang được sử
dụng rộng rãi nhất với cả tương tự và số cũng như đã kết hợp các ứng dụng tương tự và
số. Tuy nhiên, mạch tích hợp transistor lưỡng cực vẫn mang lại nhiều thú vị với kỹ sư
thiết kế mạch điện tương tự. Điều này đặc biệt đối với các khối mạch đa chức năng, ví dụ
như transistor cao tần lắp trên các bo mạch in. Tương tự, các mạch transistor lưỡng cực
có thể cung cấp các dòng ra lớn hơn và được sử dụng nhiều trong các ứng dụng hiện nay,
như là trong cơng nghiệp tự động, vì độ tin cậy cao của chúng dưới điều kiện môi trường
khắc nghiệt. Cuối cùng, các mạch lưỡng cực có thể được kết hợp với CMOS theo các
hướng sáng tạo và thú vị.

Để thiết kế một bộ khuếch đại sinh học phù hợp với mức tiêu thụ điện cực thấp với sự
thay đổi biên độ dao động, một công nghệ mới là cần thiết để thiết kế mạch của bộ khuếch
đại sinh học. Dựa trên các tài liệu, cấu trúc OTA đối xứng hay cấu trúc gương dòng được
thực hiện trong việc thiết kế bộ khuếch đại sinh học để đạt được công suất tiêu thụ cực thấp
với khả năng chống ồn tốt hơn. Ngồi việc có những đặc điểm tiêu thụ điện cực thấp và
tiếng ồn thấp, bộ khuếch đại sinh học cũng có thể khuếch đại tín hiệu lên trên mức nhận
được để xử lý tốt hơn trong giai đoạn tiếp theo của hệ thống phát hiện.

Với thực hiện đề tài: “ Thiết kế bộ OTA sử̉ dụng cấu hình Three Current Mirror ”

chúng em mong muốn áp dụng kiến thức môn học đã và đang học hỏi được trong quá

trình học tập và phần để hiểu thêm về các kiến thức chuyên ngành liên quan.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phương Huy đã tận tình chỉ dẫn và

giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án. Chúng em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô

trong Khoa Điện tử và Bộ môn Kỹ thuật điện tử đã hỗ trợ và tạo điều kiện để chúng em
hoàn thành đồ án tốt nhất.

Do điều kiện thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của bản thân của bản thân còn hạn
chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được
sự thơng cảm và đóng góp của thầy, cơ và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn. Chúng em
xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ
1.1 Mạch tích hợp tương tự

1.1.1 Tổng quan mạch tích hợp tương tự
Mạch tích hợp (integrated circuit) cịn được gọi là mạch tích hợp nguyên

khối, chip, vi mạch và IC có thể được định nghĩa là một tập hợp các mạch điện tử
với hàng triệu điện trở, tụ điện, bóng bán dẫn và các thành phần khác được tích

hợp trên một tấm bán dẫn hoặc tấm vật liệu bán dẫn nhỏ, nói chung là silicon.
Thơng thường, mọi thiết bị điện và điện tử chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng
ngày đều là ứng dụng của các mạch tích hợp. Mặc dù IC bao gồm hàng tỷ bóng
bán dẫn và các thành phần khác nhưng chúng vẫn có kích thước nhỏ hơn, rất nhỏ
gọn. Với sự tiến bộ trong công nghệ vi mạch, độ rộng của đường dẫn trong mạch

tích hợp giảm xuống chỉ cịn hàng chục nanomet.

Có nhiều loại IC khác nhau nhưng chủ yếu IC được phân thành hai loại là
mạch tích hợp tương tự và mạch tích hợp số. Trong bài viết này, chúng em thảo
luận về mạch tích hợp tương tự.

Hình 1. 1: IC tương tự
Mạch tích hợp tương tự (analog integrated circuit) về cơ bản có nghĩa là các
tụ điện, điện trở, bóng bán dẫn và các thành phần khác thuộc mạch tương tự được
tích hợp để xử lý tín hiệu tương tự. Các mạch tích hợp tương tự chủ yếu được thiết
kế bằng cách sử dụng tính tốn thủ công và các bộ phận của bộ xử lý trước khi
phát minh ra bộ vi xử lý và các công cụ thiết kế phụ thuộc vào phần mềm khác.
Thiết kế mạch tích hợp tương tự được sử dụng để thiết kế bộ khuếch đại hoạt động
, bộ điều chỉnh tuyến tính, bộ tạo dao động, bộ lọc tích cực và vịng lặp khóa pha.
Các thơng số bán dẫn như công suất tiêu tán, độ lợi và điện trở được quan tâm
nhiều hơn trong thiết kế mạch tích hợp tương tự.

1.1.2 Vai trò và ứng dụng trong thực tế

Việc sử dụng các mạch tích hợp tương tự đã được các sản phẩm điện tử tiêu dùng,
duy trì tăng trưởng ổn định trong những năm gần đây. Theo một nghiên cứu của
Databeans, báo cáo nghiên cứu thị trường cho thấy thị trường của vi mạch tương tự trên
toàn thế giới những năm 2003-2009 có tốc độ CAGR là 12%. Con số này sẽ cao hơn so
với tốc độ tăng trưởng của các sản phẩm khác. Điều này cũng chỉ ra rằng thị trường
tương tự đạt hiệu suất cao trong một thời gian và rất có tiềm năng phát triển trong tương
lai. Trong Hiệp hội Cơng nghiệp bán dẫn Mỹ (SIA) có một số liệu thống kê thị trường
cho thấy trong 2 đến 3 năm phát triển tiếp theo, thị trường tương tự sẽ nhanh chóng vượt
qua thị trường kỹ thuật số. Thiết bị tương tự sẽ trở thành thị trường và sản phẩm của
chính các ứng dụng mạch kỹ thuật số tích hợp.

Có nhiều ví dụ khác nhau về thiết kế mạch tích hợp tương tự như mạch quản lý
nguồn, bộ khuếch đại hoạt động và cảm biến được sử dụng với tín hiệu liên tục để thực
hiện các chức năng như lọc tích cực, phân phối điện cho các thành phần có trong chip,

Ứng dụng của IC tương tự để lọc chủ động
Thiết kế mạch tích hợp tương tự được sử dụng để lọc tích cực. Bộ lọc tích cực hoặc
bộ lọc điện tử tương tự sử dụng các thành phần điện tử tích cực như bộ khuếch đại được
sử dụng để cải thiện hiệu suất và khả năng dự đoán của bộ lọc bằng cách tránh cuộn cảm
cồng kềnh và đắt tiền. Có các cấu hình khác nhau của bộ lọc tích cực (cấu trúc liên kết bộ
lọc điện tử) bao gồm bộ lọc khóa sallen, bộ lọc biến trạng thái, nhiều bộ lọc phản hồi,
Ứng dụng của IC tương tự cho mạch quản lý nguồn
Trong thiết kế mạch tích hợp tương tự (hoặc bất kỳ mạch tích hợp nào) tất cả các
thành phần điện và điện tử được sử dụng và tích hợp để thiết kế mạch tích hợp đều cần
nguồn điện. Công suất điện cần thiết này được phân phối đến các thành phần trên chip
bằng mạng lưới các dây dẫn được thiết kế trên chip. Mạch quản lý nguồn bao gồm phân
tích và thiết kế các loại mạng này (mạng các dây dẫn) được sử dụng để phân phối điện
trong mạch.
Ứng dụng của IC tương tự để trộn tần số
Bộ trộn tần còn được gọi là bộ trộn (mạch điện phi tuyến) là một thiết kế mạch tích
hợp tương tự được sử dụng để trộn tần số. Trộn tần số có thể được định nghĩa là tạo ra

một tần số mới từ hai tín hiệu khác nhau được đưa vào mạch. Chúng cũng được sử dụng
để chuyển các tín hiệu hình thành dải tần số này sang dải tần số khác.
1.2 Thiết kế mạch tích hợp tương tự

1.2.1 Quy trình thiết kế
Thiết kế mạch tích hợp tương tự thực tế bao gồm các bước sau:

Hệ thống cấp độ khối

Mạch mức thành phần

Bố cục mạch tích hợp

Chế tạo vi mạch

Kiểm tra và gỡ lỗi IC
Quy trình thiết kế mạch tích hợp tương tự
Hệ thống cấp độ khối (Block Level System): Chủ yếu các ý tưởng được
thực hiện để thiết kế thiết kế mức khối cho mạch tích hợp tương tự mong muốn.
Các khối khác nhau được thiết kế và kết nối để có được một hệ thống cấp khối
hoàn chỉnh.
Mạch mức thành phần (Component Level Circuit): Dựa trên hệ thống mức
khối, các thành phần phù hợp khác nhau được sử dụng và kết nối để tạo thành
mạch mức thành phần. Sử dụng mạch này làm mạch cơ bản để thiết kế vi mạch
tương tự, nó được sử dụng để mô phỏng. Mạch mức thành phần được sử dụng để
xác minh. Thiết kế mạch này được mô phỏng và dựa trên kết quả mô phỏng, mạch
mức thành phần của mạch tích hợp tương tự được xác nhận.
Bố cục mạch tích hợp (Intergrated Circuit Layout): Sau khi xác minh mạch
mức thành phần của mạch tích hợp tương tự bằng cách sử dụng mô phỏng. Bố cục
mạch tích hợp tương tự được thiết kế bằng cách sử dụng bản dịch vật lý. Do đó,
một bố trí mạch tích hợp tương tự được thiết kế.

Chế tạo vi mạch (Fabrication of IC): Việc chế tạo mạch tích hợp tương tự
bao gồm một số bước như tạo ra wafer bán dẫn bằng vật liệu bán dẫn (hoặc có thể
sử dụng trực tiếp wafer bán dẫn). Tích hợp các thành phần điện và điện tử khác
nhau như điện trở, bóng bán dẫn,… trên tấm wafer và đóng gói chip để tạo thành
gói IC.

Kiểm tra và gỡ lỗi IC (Testing and Debugging IC): Mạch tích hợp tương tự

được kiểm tra và gỡ lỗi cho bất kỳ kết quả kiểm tra nào với kết quả ước tính. Sau
đó, nguyên mẫu IC được thiết kế và sử dụng để mơ tả đặc tính của mạch tích hợp
và bảng đánh giá được sử dụng để đánh giá mạch tích hợp tương tự.

1.2.2 Các cơng nghệ thiết kế

- Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất, và theo thứ tự lớp thực hiện lai ghép
điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện, cực gate của MOSFET. Ví dụ cơng
nghệ TTL, CMOS, CCD, BiCMOS, DMOS, BiFET, transistor lưỡng cực.

- Mạch màng mỏng hay mạch phim, là những phần tử được tạo bằng lắng đọng hơi trên
nền thủy tinh. Nó thường là các mạng điện trở. Chúng có thể được chế tạo bằng cách
cân bằng điện tử với độ chính xác cao, và được phủ nhúng bảo vệ. Trong nhóm này
bao gồm cả các mạch của transistor màng mỏng (TFT), ví dụ trong ứng dụng màn hình
phẳng.

1.3 Các chỉ tiêu thiết kế

Khi thiết kế một mạch khuếch đại thuật toán các chỉ tiêu thiết kế cần được xem xét
cẩn thận để đảm bảo rằng mạch đáp ứng được yêu cầu chính xác và đáng tin cậy. Dưới
đây là các chỉ tiêu quan trọng cụ thể:

1. Hệ số khuếch đại (Gain): Đo lường mức độ khuếch đại của mạch, là tỷ lệ giữa
biên độ của tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào.

2. Băng thông (Bandwidth): Là phạm vi tần số mà mạch có thể hoạt động một
cách hiệu quả mà khơng làm biến đổi tín hiệu quá mức cho phép.

3. Trở kháng vào và trở kháng ra (Input and Output Impedance): Trở kháng
của mạch đối với tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra cần được thiết kế sao cho phù hợp

với các điều kiện đặc biệt của ứng dụng trong thực tế. Trở kháng vào thường cần phải

thấp để khơng làm suy giảm tín hiệu từ cảm biến, trong khi trở kháng ra cần phải cao để
không làm giảm độ khuếch đại của mạch.

4. Slew Rate: Là tốc độ tối đa mà mạch có thể thay đổi biên độ của tín hiệu đầu ra..
5.Nhiễu (Noise): Đo lường mức độ nhiễu và biến động trong tín hiệu đầu ra của
mạch.
6. Công suất (Power Consumption): Là lượng điện năng mà mạch tiêu tốn trong
quá trình hoạt động..
Các chỉ tiêu thiết kế này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng mạch khuếch
đại thuật tốn trong y sinh đáp ứng được u cầu chính xác và đáng tin cậy của ứng dụng.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN OTA THREE CRURRENT MIRROR

2.1 Mạch khuếch đại
2.1.1 Mạch khuếch đại đơn tầng
Mạch khuếch đại đơn tầng là một loại mạch điện tử được sử dụng để tăng cường tín

hiệu điện áp hoặc dịng điện tại một tần số cố định. Mạch này thường được sử dụng trong
các ứng dụng như công suất âm thanh, truyền dẫn tín hiệu, và các hệ thống điện tử khác.
Mạch khuếch đại 1 tầng bao gồm một giai đoạn khuếch đại duy nhất, trong đó tín hiệu
vào được khuếch đại lên để tạo ra tín hiệu ra có điện áp hoặc dòng điện lớn hơn. Mạch
này thường được thiết kế để có độ phản hồi thấp và độ tuyến tính tốt ở mức điện áp và
dòng điện đầu ra mong muốn. Các loại mạch khuếch đại 1 tầng phổ biến bao gồm các

mạch khuếch đại cực cố định (fixed bias amplifiers), mạch khuếch đại cực tự phát (self-
bias amplifiers), và mạch khuếch đại cực dòng nguồn chung (common emitter amplifiers)
trong các ứng dụng transistor. Đối với các ứng dụng kỹ thuật số, các mạch khuếch đại 1
tầng cũng có thể sử dụng các loại IC (integrated circuit) khuếch đại.

Hình 2. 1: Sơ đồ chung cho mạch khuếch đại đơn tầng
Mạch khuếch đại đơn tầng hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của khuếch đại tín hiệu
bằng cách sử dụng một bộ khuếch đại thuật tốn đơn giản. Thơng thường, mạch này bao
gồm một transistor hoạt động ở chế độ tích cực (active mode), được phân cực dưới dạng
(self-biasing) hoặc nguồn dịng cố định (fixed bias). Khi một tín hiệu được đưa vào cực
cửa(Gate) của transistor, nó sẽ điều chỉnh dịng qua transistor và do đó tạo ra một tín hiệu
đầu ra lớn hơn.

Hình 2. 2: Sơ đồ tương đương hình π và hình T

Hình 2. 3: Các đặc trưng cơ bản của bộ khuếch đại đơn tầng dùng MOS
 Các cơng thức tính tốn
Trở kháng đầu vào R¿ đại diện cho ảnh hưởng tải của đầu vào bộ khuếch đại lên nguồn
tín hiệu.

R¿= V i
Ii

Và cùng với trở kháng Rsig tạo thành một bộ phân áp làm giảm vsig đến giá trị vi xuất hiện
ở đầu vào bộ khuếch đại:
vi= R¿

R ¿+¿ R sig vsig ¿

Hầu hết các mạch khuếch đại được nghiên cứu trong phần này đều là đơn tầng. Nghĩa là,
chúng khơng có phản hồi nội bộ, và do đó R¿ sẽ độc lập với RL. Tuy nhiên, nhìn chung R¿
có thể phụ thuộc vào tải RL.
Tham số thứ hai trong việc mô tả đặc trưng của bộ khuyếch đại là hệ số khuếch đại điện
áp hở mạch Avo được định nghĩa là:

| Avo= v0
v i R L=∞
Tham số thứ ba và cuối cùng là trở kháng đầu ra RO. RO là trở kháng nhìn từ đầu ra
của bộ khuếch đại đầu ra với vi đặt bằng khơng. Vì vậy, RO có thể được xác định như sau
RO= vx i x

Vì RO được xác định với vi=0, giá trị của RO không phụ thuộc vào Rsig.
Nguồn dòng được điều khiển Avo vi và trở kháng đầu ra RO đại diện cho Th'evenin
của mạch khuếch đại ở đầu ra, và điện áp đầu ra vo có thể được tìm thấy từ:

v0= RL R A L+ R0 vo vi
Do đó hệ số khuếch đại vịng kín của bộ khuếch đại, Av:

A v= v0 v = A i v 0 R L R L+ R 0
Và hệ số khuếch đại toàn bộ mạch điện Gv:
Gv= v0 vsig
Có thể được xác định như sau

Gv= R¿
RL
R¿+¿ Rsig A v 0 R L+ R 0 ¿

 Ưu điểm

- Đơn Giản và Chi Phí Thấp: Mạch khuếch đại đơn tầng thường có cấu trúc đơn giản

và sử dụng ít thành phần hơn so với các mạch khuếch đại đa tầng. Điều này làm giảm

chi phí sản xuất và thiết kế, đồng thời giúp tối ưu hóa hiệu suất kinh tế của mạch.

- Dễ Thiết Kế và Triển Khai: Với cấu trúc đơn giản, mạch khuếch đại đơn tầng dễ

dàng thiết kế và triển khai trong các ứng dụng điện tử. Việc chỉ cần một transistor và

một số linh kiện phụ trợ giúp việc lập trình và sử dụng mạch trở nên dễ dàng hơn.

- Tiêu Thụ Điện Năng Thấp: Mạch khuếch đại đơn tầng thường tiêu thụ ít điện năng

hơn so với các mạch khuếch đại phức tạp hơn. Điều này làm giảm nguy cơ quá nhiệt

và gia tăng tuổi thọ của mạch, đồng thời giúp tiết kiệm năng lượng trong các ứng

dụng di động và pin dự phòng.

 Nhược Điểm
- Hệ Số Khuếch Đại Thấp: Một trong những nhược điểm lớn của mạch khuếch đại

đơn tầng là hệ số khuếch đại thường thấp hơn so với các mạch khuếch đại đa tầng.
Điều này có thể làm giảm độ nhạy của mạch và làm giảm chất lượng của tín hiệu đầu
ra.
- Băng Thông Hạn Chế: Mạch khuếch đại đơn tầng thường có băng thơng hạn chế,
giới hạn khả năng tái tạo các tín hiệu có tần số cao hoặc biến đổi nhanh. Điều này có
thể làm giảm độ chính xác và độ phản ứng của mạch đối với các tín hiệu đầu vào biến
động nhanh.
- Nhiễu và Nhiệt Độ: Do cấu trúc đơn giản và số lượng linh kiện ít, mạch khuếch đại
đơn tầng thường dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường và biến đổi nhiệt độ. Điều
này có thể gây ra các sai số và biến dạng tín hiệu trong môi trường yếu tố nhiễu hoặc
biến đổi.

2.1.2 Mạch khuếch đại đa tầng
Mạch khuếch đại đa tầng, một trong những cấu trúc phổ biến nhất trong điện tử,

đóng vai trò quan trọng trong việc khuếch đại và xử lý tín hiệu trong nhiều ứng dụng.

Hình 2. 4: Sơ đồ khối chung cho mạch khuếch đại hai tầng
Mạch khuếch đại 2 tầng là một cấu trúc mạch phức tạp được hình thành từ hai tầng
khuếch đại, mỗi tầng cung cấp một mức độ khuếch đại riêng biệt. Cấu trúc này thường
bao gồm một tầng khuếch đại đầu tiên, thường là một tầng khuếch đại nhỏ gần tín hiệu
đầu vào, và một tầng khuếch đại thứ hai, cung cấp một mức độ khuếch đại cao hơn và
tinh chỉnh tín hiệu ra từ giai đoạn trước
Trong tầng đầu tiên, thường sử dụng một transistor làm khuếch đại trong chế độ
common source. Tín hiệu đầu vào được đưa vào cổng gate của transistor này, và tín hiệu
đầu ra được lấy ra từ cực drain. Tầng đầu tiên thường là giai đoạn khuếch đại sơ bộ và
cung cấp một mức độ khuếch đại đầu ra nhỏ gần với tín hiệu đầu vào.Nó cũng có thể
được sử dụng để điều chỉnh và tinh chỉnh biên độ và pha của tín hiệu đầu ra trước khi nó
được đưa vào tầng thứ hai.
Tầng thứ hai thường sử dụng một transistor trong chế độ common source (CS),
nhưng với các kỹ thuật và thành phần phụ trợ được sử dụng để tăng cường hiệu
suất.Mạch khuếch đại 2 tầng cung cấp một sự linh hoạt cao cho việc tinh chỉnh và điều
chỉnh hiệu suất mạch. Bằng cách kết hợp hai giai đoạn khuếch đại, mạch này có thể cung
cấp một hệ số khuếch đại lớn hơn và băng thông rộng hơn, đồng thời đảm bảo độ ổn định
và độ chính xác của tín hiệu đầu ra. Mỗi tầng đều có vai trị quan trọng trong việc cung
cấp khuếch đại cho tín hiệu đầu vào vào đầu ra ổn định và chính xác