Giáo trình mạch điện tử - Chương 6-2 potx

Chương 6 14

6.6 Giải tích tín hiệu nhỏ
6.6.1 Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:
Mạch tương đương tìn hiệu nhỏ (tần số dải giữa):

 Điện trở gate-source:
h
i
= r
gs
= ∞→
∂
∂
Q
G
GS
i
v
: Hở mạch
 Hệ số khuếch đại áp ngược: h
r
≈ 0
Chương 6 15

 Độ xuyên dẫn (transconductance):
g
m
=
Q
GS

DS
v
i
∂
∂
(S)
Từ công thức:
2
2
1][
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=−=
po
GS
poTNGSnDS
V
v
IVvki


⇒ g
m
=

DSQn
Ik2
 Điện trở drain-source:
r
ds
=
Q
DS
DS
i
v
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
∂

Lý thuyết: r
ds
→ ∞
Thực tế: r
ds
≈ 20 – 500 KΩ; r
ds
∼ 1/I

DQ

 Hệ số khuếch đại:

Q
GS
DS
v
v
∂
∂
−=
µ
= g
m
r
ds


6.6.2 Mạch khuếch đại áp cực nguồn chung (CS):
Mạch CS
:
Chương 6 16


Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
:

Trở kháng vào nhìn từ nguồn: Z
i

= R
3
+ (R
1
// R
2
)
Trở kháng ra nhìn từ tải: Z
o
= R
d
// r
ds

Hệ số khuếch đại áp:
ii
i
oLm
i
L
v
rZ
Z
ZRg
v
v
A
+
−== )//(

Chương 6 17

Ví dụ: Xác đònh A
v
, Z
i
, Z
o
của mạch KĐ dùng MOSFET sau:


Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:

Tại D:
Lds
ds
gsm
f
dsgs
Rr
v
vg
R
vv
i
//
+=
−
=

Chương 6 18

Với v
gs
= v
i
⇒ )//(
1
//
1
)/1(
1
Ldsm
fLds
fm
i
ds
v
Rrg
RRr
Rg
v
v
A −≈
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
+−−==
−
= - 12
Z
i
=
v
f
fdsi
ii
A
R
Rvv
v
i
v
−
=
−
=
1/)(
= 7,7 KΩ
Z
o
=
dsf
v
o

ds
rR
i
v
i
//
0
=
=
= 13 KΩ

6.6.3 Mạch theo nguồn (Source follower – CD):
Mạch CD
:

DCLL: V
DD
= v
DS
+ i
DS
(R
s1
+ R
s2
)
Điện áp phân cực: V
GSQ
= - I
DSQ

R
s1

Thông thường, để Q nằm giữa DCLL: v
DS
≈ (V
DD
/ 2) >> V
GSQ
⇒ R
s1
<< R
s2

Chương 6 19

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: (Giả sử bỏ qua R
1
rất lớn)

 Trở kháng ngõ ra (nhìn từ R
s
):
0=
=
i
v
o
s
o

i
v
Z

Ngõ ra: v
s
= µv
gs
+ i
o
r
ds

Do v
i
= 0 → v
gs
= - v
s

⇒ v
s
= - µv
s
+ i
o
r
ds

⇒ Z

o
=
1+
µ
ds
r
≈
m
g
1
(Giả sử µ >> 1)
 Độ lợi áp hở mạch (không có R
s
):
g
s
R
v
v
v
A
s
=
∞→
'

Ngõ ra: v
s
= µv
gs

= µ (v
g
– v
s
)
⇒
1
'
+
=
µ
µ
v
A
≈ 1 (Giả sử µ >> 1)
Chương 6 20

 Trở kháng ngõ vào:
i
g
i
i
v
Z =

Để xác đònh Z
i
, sử dụng nguồn tương đương Thevenin ngõ ra:

⇒

sm
sm
sm
sv
g
s
i
s
v
Rg
Rg
Rg
RA
v
v
v
v
A
+
×
+
=
+
===
11/1
'
µ
µ

Với giả sử R

1
>> R
s2
: i
i
R
1
= v
g
– v
a
≈ v
g
-
s
ss
s
v
RR
R
12
2
+
= v
g
-
gv
ss
s
vA

RR
R
12
2
+

⇒
i
g
i
i
v
Z =
≈
21
2
1
1
1
ss
s
RR
R
R
+
×
+
−
µ
µ

≈ (µ + 1)R
1
(Giả sử R
s2
>> R
s1
)
 Nhận xét: Giống như mạch Emitter Follower (BJT): Z
i
lớn; Z
o
nhỏ; A
v
≈ 1




Chương 6 21

6.6.4 Phản ánh trở kháng:
 Xét mạch sau:


Mạch tương đương tin hiệu nhỏ:
Chương 6 22


⇒
ddss

gs
ds
RrR
vvv
i
++
−+
=
23
µ

trong đó: v
gs
= v
1
– v
2
– i
ds
R
s

⇒
ddss
ds
RrR
vvv
i
+++
+

−+
=
)1(
)1(
231
µ
µ
µ
⇒ Mạch tương đương khi phản ánh vào cực D:
Chương 6 23


Viết lại:
)1/()1/(
)1/()1/(
231
++++
−
+
+
+
=
µµ
µ
µ
µ
ddss
ds
RrR
vvv

i
⇒ Mạch tương đương khi phản ánh vào cực S:

Chương 6 24

 Các bước thực hiện phản ánh trở kháng:
1) Tương đương đoạn DS của FET bằng điện trở r
ds
nối tiếp nguồn áp (µv
1
) [cực
dương ở S]. Xem đoạn mạch này gắn liền với phần mạch cực D
2) Phản ánh vào D:
Giữ nguyên phần mạch cực D và đoạn tương đương DS
Phần mạch cực S
× (µ + 1)
3) Phản ánh vào S:
Giữ nguyên phần mạch cực S
Phần mạch cực D và đoạn tương đương DS : (
µ + 1)
 Ví dụ:
Phân tích lại mạch CD bằng cách phản ánh trở kháng vào phần mạch cực S
Mạch tương đương:
Chöông 6 25


Phaân tích maïch: KVL, KCL
Chương 6 26

6.6.5 Mạch tách pha (phase-splitting circuit):

Tín hiệu nhỏ: i
ds
=
s
o
d
o
R
v
R
v
21
=− ⇒
12 o
d
s
o
v
R
R
v −=

Nếu R
s
= R
d
⇒ v
o2
= - v

o1
: Mạch tách pha
Để xác đònh A
v1
, A
v2
, Z
o1
, Z
o2
: Sử dụng pp phản ánh trở kháng với v
2
= v
3
= 0
⇒
ddss
d
i
o
v
RrR
R
v
v
A
+++
−==
)1(
1

1
µ
µ



ddss
s
i
o
v
RrR
R
v
v
A
+++
−==
)1(
2
2
µ
µ


])1(//[
1 sdsdo
RrRZ ++=
µ

]
11
//[
2
+
+
+
=
µµ
dds
so
Rr
RZ


Chương 6 27

6.6.6 Mạch khuếch đại cực cổng chung (CG):
Mạch CG:

 Trở kháng ngõ vào:
Phản ánh vào mạch cực S:

⇒ Z
i
= R
sg
=
1+

+
µ
dds
Rr

 Trở kháng ngõ ra:
Phản ánh vào mạch cực D:
Chửụng 6 28


Z
o
= r
ds
+ (à + 1)r
i

Heọ soỏ khueỏch ủaùi:
idsd
d
i
d
v
rrR
R
v
v
A
)1(
)1(

+++
+
==
à
à













Chương 6 29

6.7 Mở rộng
6.7.1 FET kênh p:
 p-channel JFET
Cấu tạo:

Đặc tuyến VA:

Chửụng 6 30

p-channel MOSFET

Caỏu taùo:

ẹaởc tuyeỏn VA:

Chương 6 31


Nhận xét: p-channel FET (i
SD
, v
SD
, v
SG
) tương tự n-channel FET (i
DS
, v
DS
, v
GS
)

6.7.2 Depletion-mode MOSFET:
 So sánh:
Khi v
GS
= 0: Enhancement-mode: Không có kênh dẫn giữa D và S
Depletion-mode: Có kênh dẫn giữa D và S
⇒ Enhancement-mode: V
TN
> 0: Điện áp ngưỡng hình thành kênh dẫn.

Depletion-mode: V
TN
< 0: Điện áp ngưỡng tắt kênh dẫn.

 Đặc tuyến: