bài giảng mạch khuếch đại ghép tầng (powerpoint)

CHệễNG 7:
MAẽCH KHUECH ẹAẽI GHEP
LIEN TANG


I. GIỚI THIỆU:
• Để ghép nối tiếp nhiều tầng khuếch đại ta có thể dùng một
trong ba cách ghép như sau:
- Ghép bằng tụ liên lạc (ghép RC).
- Ghép biến áp.
- Ghép trực tiếp.
• Sơ đồ khối của mạch khuếch đại bao gồm nhiều tầng
khuếch đại


 Khi ghép các tầng khuếch đại với nhau, phải bảo đảm các
yêu cầu sau:
1. Các tầng khuếch đại phải ở trạng thái khuếch đại .
2. Công suất của các tầng phải ổn đònh
3. Phải phối hợp tương đồng các hệ số khuếch đại của các tầng
khuếch đại để bảo đảm tín hiệu ngõ ra không bò méo.
4. Phối hợp các dãi thông của các tầng khuếch đại tương
đương nhau.


Các thông số của mạch khuếch đại ghép nhiều tầng khuếch
đại:
• Hệ số khuếch đại điện áp: AVT = AV1 × AV2 × AV3 ×  ×

AVn

• Hệ số khuếch đại dòng điện:

Zi
AiT = Ai1 × Ai2 × Ai3 ×  × Ain = − AVT
RL
• Tổng trở ngõ vào:

• Tổng trở ngõ ra:

Vi
Z i = = Z i1
Ii
VO
ZO =
= Z On
I O Vi = 0


II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BẰNG TỤ LIÊN LẠC
(GHÉP RC)

Ưu điểm là cách ly dc giữa các tầng khuếch đại
Khuyết điểm là do đặc tuyến tần số là tổng hợp các đặc tuyến tần
số của từng tầng do đó nguyên nhân này làm giảm độ lợi băng thông
của toàn mạch so với từng tầng thành viên. Ngoài ra còn gây lệch pha
giữa tín hiệu vào và ra được đặc tưng bởi độ méo pha.


• Tổng trở ngõ vào:
• Tổng trở ngõ ra:

Zi =

Vi
= Z i1 = hie1 || RB1
Ii

ZO =

VO
= Z O 2 = RC 2
I O Vi = 0

• Hệ số khuếch đại điện áp:

AVT = AV1 × AV2


Trong đó
Với

AV1 = −

h fe1 ( RC1 || Z i 2 )
hie1

Z i 2 = R1 || R2 || hie 2
AV2 = −

h fe 2 ( RC 2 || RL )

hie 2

• Hệ số khuếch đại dòng điện:
AiT = Ai1 × Ai 2 = − AVT

Zi
RL


III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP BIẾN ÁP

• Ưu điểm: là dạng ghép này là cách ly dc rất tốt và ghép
biến áp có hiệu quả hơn ghép RC do RC trong mạch ghép
biến áp gần như bằng không dó đó hiệu suất của mạch được
cải tiến.
• Khuyết điểm: là kích thước mạch lớn và đáp ứng tần số của
mạch bò giảm do cảm kháng của cuộn dây, giá thành cao.


ẹaởc ủieồm cuỷa maựy bieỏn aựp:

vp
vs

=

Np
rin =
NS

Np
NS
2

=a


rL = a 2 RL



Tổng trở vào:
Tổng trở ngõ ra:

Zi =

Vi
= R1 || R2 || híe1
Ii

VO
ZO =
IO

Hệ số khuếch đại điện áp:

Vi = 0

= Z O2

ro 2
= 2
a2

1
1
AV = AV1 ×
× AV2 ×
a a1
a2


Trong đó

AV1 = −

h fe1 (rO1 || a12 hie 2 )

AV2 = −

hie1

h fe 2 (rO 2 || a22 RL )
hie 2

• Hệ số khuếch đại dòng điện:

Zi
Ai = Ai1 × a1 × Ai2 × a 2 = − AV
RL

IV. MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP TRỰC TIẾP

• Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo dưới dạng IC mạch tích hợpintegrated circuit. Đáp ứng được với tín hiệu tần số thấp. Ví
dụ tín hiệu DC.
• Khuyết điểm: Không cách ly DC, mạch khó phân tích và
thiết kế phân cực


V. MAẽCH KHUECH ẹAẽI GHEP DARLINGTON

Hai transistor npn maộc Darlington

Maùch tửụng ủửụng


Hệ số khuếch đại dòng điện dc của
transistor Q1 và Q2 là:

I C1 = β 1 I B1
I E1 = ( β 1 + 1) I B1
nhưng IB2 =IE1 , nên:
Và:

I C 2 = β 2 I B 2 = β 2 ( β 1 + 1) I B1

I C = I C1 + I C 2 = β1 I B1 + β 2 ( β1 + 1) I B1 = [ β1 β 2 + ( β1 + β 2 )]I B1

I B = I B1

Ta có:
I C = [ β 1 β 2 + ( β 1 + β 2 )]I B
Và
Vậy transistor tương đương có hệ số β là:
β=

IC
= β1 β 2 + β1 + β 2 ≅ β1 β 2
IB

Vậy hai transistor mắc
darlington sẽ tương
đương một transistor
có hệ số khuếch đại
dòng rất lớn (“superβ”) vậy đâu là ưu
điểm của mạch mắc
darlington?


Xét đối với tín hiệu ac:
Xét đến điện trở ngõ vào giữa cực B và E (re) đối với tín hiệu nhỏ
của transistor tương đương.

• Ta có:

• Vì I C 2 ≈ I E 2 nên:

VT 0.026
re ≈

≈
Ω
IE
IE
0.026
re2 ≈
Ω
IC2

I C = I C1 + I C 2 ≈ I C 2
• Vậy:

re 2 ≈

0.026
Ω
IC

• Điện trở nhìn vào từ cực B của Q2
• và

hie 2 ≈ β 2 re 2

0.026
re1 ≈
Ω
I E1


I E 2 ≈ β 2 I B 2 = β 2 I E1

 0.026 
 = β 2 re 2
re1 ≈ β 2 
 I E2 

• Tổng điện trở nhìn vào từ cực B và E của transistor tương
đương, hay điện trở ngõ vào của transistor tương đương là:

hie = β1 (re1 + β 2 re 2 ) ≈ 2 β1 β 2 re 2
hie 2 β 1 β 2 re 2
re =
=
= 2re 2
β
β1 β 2

• Vậy ưu điểm thứ hai của mạch ghép darlington là có điện
trở ngõ vào rất lớn. Trong trường hợp mạch mắc CC nếu sử
dụng hai transistor mắc darlington sẽ cho điện trở ngõ vào
lớn hơn nhiều so với trường hợp sử dụng một transistor.


IV. MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP CASCODE

• Sơ đồ tương tương tín hiệu nhỏ của mạch


• Ta có
Mà
• Vậy

• Nếu re 2 〈〈 RC , thì:

Z in 2 = hib 2 = re 2
R L1 = Z in 2
Av1 ≈ −

Av1 ≈ −

h fe1 ( R L1 // RC )
hie1

h fe1 ( RL1 // RC )
hie1

=−

h fe1 re 2
hie 2

re 2
=−
re1

• Nếu 2 transistor Q1 và Q2 có cùng thông số, thì:
Av1 ≈ −1
• Và
• Vậy

Av 2 ≈ −

RL
re 2

Av = Av1 Av 2 = − Av 2
Ai = Ai1 Ai 2 = Ai1

Ai 2 ≈ 1

• Và:
vì
• Từ các công thức trên ta thấy rằng mạch CB đóng vai trò là


VII. MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI.
 Có hai ngõ vào có các tín hiệu vào
gồm:
• Tín hiệu cách chung (common):
nếu hai tín hiệu ngõ vào giống hệt
nhau (cùng pha và cùng biên độ):
vic1 = vic 2 = vic
• Tín hiệu vi sai (differential): nếu
hai tín hiệu ngõ vào ngược pha với
nhau vvà
cùng biên độ:
id = v id 1 − v id 2 = 2v id 1 = −2v id 2
vid 1 = −vid 2 = vid / 2

Hay
• Có hai ngõ ra đơn cực (vo1 , vo2) vàø
một ngõ ra vi sai (vo12 ).

 Xeùt phaân cöïc DC
VE = 0 − VBE = −0,7(V )
IE =

VE − (−VEE ) VEE − 0,7
≈
RE
RE

I C1 = I C 2 =

IE
2

VCE1 = VCE 2 = VCC + V EE −

IE
RC − I E RE
2


Hoạt động của mạch với tín hiệu ac .

• Xét với tín hiệu cách chung

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu
vào là cách chung.
• Ta có

vO1 = vO 2 = −h fe RC
• và hệ số khuếch đại đối với tín hiệu cách chung là:
AVC1 = AVC 2

h fe RC
vO
= AC =
=−
vC
hie + 2(h fe + 1) RE


•Xét với tín hiệu vi sai

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của mạch vi sai với tín hiệu vào
là vi sai.
• Ta cóù hệ số khuếch đại đối với tín hiệu vi sai của tầng 1
AVd 1

h fe RC
vO
=
=−
vid 1
hie

• và hệ số khuếch đại đối với tín hiệu vi sai của tầng 2
AVd 2

• Đặt:

h fe RC
VO
=
=−
Vid 2
hie

Ad = −

h fe RC
hie


• Vì vậy

vO1 = AC viC + Ad

vid

vO 2 = AC viC − Ad

2

vid

2

vO12 = vO1 − vO 2 = Ad vid
• Suy ra

• Tỉ số triệt tín hiệu đồng pha (CMRR: Common Mode
Rejection Ratio)
Trong khuếch đại vi sai thì một bộ khuếch đại vi sai lý
tưởng có AVC =0, hay nói cách khác tín hiệu nhiễu tại mỗi
ngõ ra đơn cực phải bằng không, nhưng thực tế khó đạt được
vì để AVC =0 thì RE =>∞. Để đo sự sai lệch so với lý tưởng
người ta đònh nghóa một hệ số gọi là tỉ số triệt tín hiệu đồng
A
pha (CMRR):
CMRR = d
AC

 Biện pháp làm tăng hệ số CMRR
Để tăng CMRR biện pháp thường dùng là thay bằng một
nguồn dòng


Maùch khueỏch ủaùi vi sai vụựi nguon doứng.