bài giảng đáp ứng tần số của mạch khuếch đại (powerpoint)

Chương 1: Đáp ứng tần số
I. Giới thiệu –

Xét ảnh hưởng của tần số

1
Xc =
2πfC

Vcc

Rs

R b1

Rc

R b2

Re

C1

V in

ĐTCB 2

C 2 V out

Ce

Rl

 f nhỏ:
Xc tăng -> các tụ hở
mạch và không sinh
ra điện dung ký sinh.
 f lớn:
Xc giảm ->các tụ
ngắn mạch và sinh ra
điện dung ký sinh.

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

1


I. Giới thiệu
 fL: tần số cắt dưới.
Sv cho
cắt trên.
 fH: tần sốnhận
xét
 fmid: tần số trung bình

Đáp ứng tần số là đáp ứng giữa hệ
số khuếch đại và tần số của tín
hiệu. BW=fH-fL
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

2


I. Giới thiệu
 Nhận xét: Hệ số khuếch đại giảm
 =>Công suất:
Tại
vùng
tần số?

POmid =

Tại tần
số?

POH , L =

ĐTCB 2

2
O

V

RO

VO2
RO

=

AVmid Vi

lần

2

2

RO

 AVmid
V

 i
2


=
RO

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

2

= 0.5

AVmid Vi

2

RO
3


Đơn vị của hệ số khuếch đại:
Ap =

Po
Pi

A p ( Bell ) = log 10 A p
1dB =10 Bell
2

A p ( dB ) =10 log 10 A p =10 log10

V0 / R L
2

Vi / Z i

A V (dB)=20 log10A V
AV = AV 1 xAV 2 x...xAVn

AV ( dB ) = 20 log 10 ( AV 1 x...xAVn )
= 20 log 10 AV 1 + ... + 20 log10 AVn
= AV 1 ( dB ) +... + AVn ( dB )
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

4


Giản đồ Bode của đáp ứng tần số

ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

5


So sánh 2 giản đồ đáp ứng tần số

ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

6


II. Mạch lọc thông cao và thông thấp
2.1 Mạch lọc thông cao (vi phân)
 Định nghĩa:
Là mạch lọc lấy tín
hiệu ở vùng tần số
cao.

 Hệ số khuếch đại:

Từ:

Đặt:
ĐTCB 2

Xc =

VO
R
1
AV =
=
=
Vi
R − jX C 1 − j 1
2πfRC

1
2πfC

1
f1 =
2πRC

AV =
=>

1

f1
1− j
f

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

7


AV =

1
f1
1− j
f

1

 Biên độ của AV:

AV =

 Pha:

ϕ = arctg

1 +  f1 
 f

2

f1
f

 AV tính theo dB:
AV

ĐTCB 2

( dB )

= 20 log10

2

 f1  
1
= −10 log10 1 +   
2
f  


f




1+  1 
 f

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

8


Giản đồ Bode và đáp ứng pha của mạch lọc thông cao
AV

( dB )

= 20 log 10

1
2

f

1 +
 1 f 



2

 f1  
= −10 log 10 1 +
 f 
 

  




f1
ϕ = arctg
f

 Khi f=f1:
AV = −3dB ϕ = 45 0

 Khi f>>f1:
(Vd: f = 10f1)
AV = 0dB

ϕ = 00

 Khi f<(Vd: f = 0.1ff 1)
AV = −20 log10

1

f

AV = −20dB ϕ → 90 0
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

9

II. Mạch lọc thông cao và thông thấp
2.2 Mạch lọc thông thấp (tích phân)
 Định nghĩa:
Là mạch lọc lấy tín
hiệu ở vùng tần số
thấp.
 Hệ số khuếch đại:
Từ:

Đặt:
ĐTCB 2

Xc =

VO
− jXc
1
AV =
=
=
Vi
R − jX C 1 + j 2πfRC

1
2πfC

1
f2 =

2πRC

AV =
=>

1
f
1+ j
f2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

10


AV =

1
1+ j

f
f2

1

 Biên độ của AV:

AV =

 Pha:

ϕ = −arctg

1 +  f 
 f2 

2

f
f2

 AV tính theo dB:
AV

ĐTCB 2

( dB )

= 20 log10

2

 f  
1
= −10 log10 1 +   
2
  f 2  
f



1+ 

f
 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

11


Giản đồ Bode và đáp ứng pha của mạch lọc thông
  f  
thấp
1
f
 
A
= 20 log
= −10 log 1 + 
2

V ( dB )

10

2

f

1 +

 f 
2 


10




f 
 2 


ϕ = −arctg

f2

 Khi f=f2:
AV = −3dB ϕ = −45 0

 Khi f>>f2:
(Vd: f = 10f2)
AV = −20dB ϕ = −90 0

 Khi f<(Vd: f = 0.1ff 2)
AV = −20 log10

1

f

AV = 0dB ϕ → 0 0
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

12


III. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần
số trung bình
Vcc

Sô ñoà töông ñöông tín hieäu nhoû
R b1
Rs

Rc

C1

V
V iSn

R b2

Re

C2 V out

Ce

Zin

V in

Rl
VS

Vi

Rs

Rbb

Zi

VO

h ie

Rc
hfe. Ib

Io
R l

Zo

V0 V0 Vi
hfe( RC // R L )
Zi
Av S =
=
x
=−
x
VS Vi VS
hie
Z i + RS
Zi = Rb1//Rb2//hie; Zo = RC
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

13


IV. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần
số thấp
1
Xc =
2πfC

Vcc

Rs

Rb1

Rc

Rb2

Re

C1

V
V iSn

ĐTCB 2

C2 V out

Ce

Rl

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

14


Ảnh hưởng của tụ CS:
 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh
hưởng của các tụ còn lại.

Av Smid

h f e ( RC // RL )
V 0 V 0 Vi
Zi
=
= x =−
x
V S Vi V S
hie
Z i + RS

Av S =

h fe ( RC // RL )
V0 V0 Vi
Zi
= x =−
x
VS Vi VS
hie
Z i + RS − jXc S

Av S
Z i + RS
=
Av Smid
Z i + RS − jXc S
f LCS = f 1 =
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

1
2π ( Z i + RS )C S
15


Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CS:
Av S
Av Smid

fLCs
(dB )

 Nhận xét: Điện áp ngõ vào của mạch khuếch đại giảm đi
70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng
giảm đi 3dB.
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

16


Ảnh hưởng của tụ CC:
 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh
hưởng của các tụ còn lại.

 Sinh viên tự chứng minh

Av S
Z 0 + RL
=
Av Smid Z o + R L − jXcC
f LCC = f1 =
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

1
2π ( Z 0 + RL )C C
17


Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CC:
Av S
Av Smid

fLCc
LCs
(dB )

 Nhận xét: Điện áp ngõ vào của mạch khuếch đại giảm đi
70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng
giảm đi 3dB.
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

18

Ảnh hưởng của tụ CE:
 Lưu ý: Khi xét ảnh hưởng của tụ nào thì phải bỏ qua ảnh
hưởng của các tụ còn lại.

 Sinh viên tự chứng minh

Av S
Re
=
Av Smid Re − jXc E
f LC E

1
= f1 =
2πRe C E

 hie + ( R BB // RS ) 
Re = R E // 

1
+
h


fe
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

19


Giản đồ Bode của ảnh hưởng tụ CE:
Av S
Av Smid

fLce
LCs
(dB )

 Nhận xét: Điện áp ngõ vào của mạch khuếch đại giảm đi
70,7% hay 3dB tại tần số này, do đó điện áp ngõ ra cũng
giảm đi 3dB.
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

20


Giản đồ Bode ( đáp ứng tần số) so
sánh ảnh hưởng của 3 tụ ở tần số
thấp

fL=max[fLCS;fLCC;fLCE]
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

21


IV. Phân tích mạch KĐ ở vùng tần
số cao
1
Xc =
2πfC

Vcc

Rb1
Rs

Rc

C1

V
V iSn

ĐTCB 2

Rb2

Re

C2 V out

Ce

Rl

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

22


Các tụ ký sinh trong tiếp giáp PN

ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

23


Mô hình hybrid - π

ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

24


C i = CWi + C be + C Mi
C Mi = (1 − AV )C bc

C o = CWo + C ce + C Mo

1
C Mo = 
1
−

AV




C bc


Trong đó:
 CWi, CWo: điện dung của dây dẫn ngõ vào và ngõ ra của mạch khuếch đại
thường các điện dung này rất bé có thể bỏ qua.
 CMi và CMo điện dung do ảnh hưởng của hiệu ứng Miller ở ngõ vào và ngõ ra.
ĐTCB 2

Dương Thị Cẩm Tú - K.ĐĐT Đh.SPKT Tp.HCM

25