bài giảng điện tử tương tự

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Điện tử tương tự là môn học cơ sở, nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản
nhất để phân tích, thiết kế các mạch điện trong hệ thống mạch điện tử. Tập bài giảng này được
chia thành 7 chương. Trong mỗi chương có bốn phần. Phần giới thiệu chung nêu các vấn đề chủ
yếu của chương. Phần nội dung phân tích chi tiết các vấn đề chủ yếu đó. Phần tóm tắt tổng hợp lại
các yêu cầu quan trọng của chương mà người học cần nắm được. Phần cuối nêu các câu hỏi và bài
tập. Để nghiên cứu tài liệu được thuận lợi, người học cần có trước kiến thức của các môn học Lý
thuyết mạch và Cấu kiện điện tử.
Chương 1: Mạch khuếch đại tranzito. Đề cập các cách mắc mạch khuếch đại cơ bản, vấn đề
hồi tiếp trong mạch khuếch đại, cách ghép giữa các tầng trong một bộ khuếch đại, các mạch
khuếch đại công suất và một số mạch khuếch đại khác: như khuếch đại Cascade, khuếch đại
Darlingtơn, mạch khuếch đại dải rộng, mạch khuếch đại cộng hưởng.
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT) nêu các đặc điểm và tính chất của bộ khuếch
đại thuật toán, các biện pháp chống trôi và bù điểm không của khuếch đại thuật toán, cũng như
các ứng dụng của nó: mạch khuếch đại, mạch cộng, mạch trừ, mạch vi phân, mạch tích phân,
mạch tạo hàm lôga, hàm mũ, mạch nhân tương tự, mạch lọc tích cực.
Chương 3: Mạch tạo dao động sin: định nghĩa, điều kiện của mạch tạo dao động sin. Phân tích
mạch tạo dao động sin ghép biến áp, dao động sin ghép RC, mạch dao động sin ba điểm. Mạch tạo
dao động sin ổn định tần số dùng phần tử áp điện thạch anh. Mạch tạo sin kiểu xấp xỉ tuyến tính.
Chương 4: Mạch xung, nêu các tham số của tín hiệu xung, tranzito và BKĐTT làm việc ở chế
độ xung, các mạch tạo xung: gồm mạch đa hài tự dao động, đa hài đợi, trigger, dao động nghẹt,
mạch hạn chế, mạch tạo điện áp răng cưa, mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO).
Chương 5: Các mạch biến đổi tần số. Điều biên, các mạch điều biên, điều chế đơn biên.
Điều tần và điều pha, mạch điều tần điều pha. Tách sóng: các mạch tách sóng điều biên, điều tần,
điều pha. Trộn tần, mạch trộn tần. Nhân chia tần số dùng vòng giữ pha (PLL).
Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A. Giải thích quá trình biến đổi A/D và các mạch thực hiện.
Giải thích quá trình biến đổi D/A và các mạch thực hiện. Nêu tóm tắt quá trình chuyển đổi A/D,
D/A phi tuyến.
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn. Phân tích mạch cung cấp nguồn một chiều: biến áp, chỉnh

lưu, lọc và ổn áp. Phương pháp bảo vệ quá dòng, quá áp của bộ nguồn. Cuối chương trình bày
nguồn chuyển mạch: sơ đồ khối, chức năng các khối và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn này.
Cuối cùng là phần hướng dẫn trả lời các câu hỏi và giải các bài tập để giúp người học có thể
tự kiểm tra kiến thức của mình.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian ngắn, trình độ còn có hạn nên tập bài giảng
chắc còn thiếu sót, rất mong bạn đọc góp ý kiến để sửa chữa, bổ sung thêm, xin cảm ơn!

Tác giả

2


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRANZITO

GIỚI THIỆU CHUNG
Chương này cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về mạch khuếch đại, bao gồm
các vấn đề sau:
- Định nghĩa mạch khuếch đại, các chỉ tiêu và tham số chính của một bộ khuếch đại: Hệ số
khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, hệ số khuếch đại công suất, trở kháng vào, trở
kháng ra, méo tần số, méo phi tuyến, hiệu suất.
- Nguyên tắc chung phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại. Với tranzito lưỡng cực
thuận PNP cần cung cấp điện áp một chiều U BE < 0, UCE < 0. Với tranzito ngược NPN cần cung
cấp điện áp một chiều UBE > 0, UCE > 0. Mạch điện cung cấp nguồn một chiều phân cực cho
tranzito có: bốn phương pháp: phương pháp định dòng cho cực gốc, phương pháp định áp cho cực
gốc, phương pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm điện áp một chiều, phương
pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm dòng điện.
- Vấn đề hồi tiếp, hồi tíêp trong các tầng khuếch đại: hồi tiếp dương, hồi tiếp âm, hồi tiếp
dòng điện, hồi tiếp điện áp, hồi tiếp mắc song song, hồi tiếp mắc nối tiếp. ảnh hưởng của hồi tiếp

đến các chỉ tiêu kĩ thuật của mạch.
- Các sơ đồ khuếch đại cơ bản dùng tranzito lưỡng cực: tầng khuếch đại phát chung, tầng
khuếch đại góp chung và tầng khuếch đại gốc chung.
- Các sơ đồ khuếch đại dùng tranzito trường xét hai loại: tầng khuếch đại cực nguồn chung,
tầng khuếch đại cực máng chung.
- Tầng khuếch đại đảo pha có: mạch khuếch đại đảo pha chia tải, mạch khuếch đại đảo pha
ghép biến áp.
- Phương pháp ghép tầng trong bộ khuếch đại: phương pháp ghép tầng bằng tụ điện, ghép
tầng bằng biến áp, ghép tầng trực tiếp.
- Một số mạch khuếch đại khác: mạch khuếch đại Darlingtơn, mạch khuếch đại Cascốt,
mạch khuếch đại giải rộng, mạch khuếch đại cộng hưởng.
- Mạch khuếch đại công suất: đặc điểm của mạch khuếch đại công suất, các chế độ làm việc
của tầng khuếch đại A, B, AB, C. Yêu cầu của tầng khuếch đại công suất cho công suất ra lớn,
méo nhỏ và hiệu suất cao. Mạch khuếch đại công suất đơn làm việc ở chế độ A để giảm méo
nhưng có hiệu suất thấp. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng hai tranzito thường cho làm
việc ở chế độ AB (gần B) để có công suất ra lớn, méo nhỏ mà hiệu suất cao. Mạch khuếch đại
công suất đẩy kéo dùng tranzito cùng loại có mạch ghép biến áp, mạch không dùng biến áp. Các
mạch khuếch đại này cần có mạch khuếch đại đẩy pha phía trước. Mạch khuếch đại công suất đẩy
kéo dùng tranzito khác loại có ưu điểm không cần tầng khuếch đại đảo pha.

3


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Kết thúc chương 1 yêu cầu người học nắm được các mạch khuếch đại đã nêu. Hiểu được tác
dụng các linh kiện trong mạch. Chế độ cấp điện một chiều và nguyên lý làm việc của mạch. Tính
toán được một số chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu theo điều kiện cho trước.
Khi phân tích tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, ta dùng phương pháp mạch điện tương đương
xoay chiều, ở tần số trung bình. Phần mạch khuếch đại công suất, do tín hiệu vào lớn nên dùng
phương pháp đồ thị có độ chính xác cao.

NỘI DUNG
1.1. ĐỊNH NGHĨA, CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH
KHUẾCH ĐẠI
1.1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại
Một trong số những ứng dụng quan trọng nhất của tranzito là sử dụng nó trong các mạch để
làm tăng cường độ điện áp hay dòng điện của tín hiệu mà thường gọi là mạch khuếch đại.Thực
chất khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng lượng một chiều
của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thành năng lượng xoay chiều theo tín
hiệu điều khiển đầu vào, chứa đựng thông tin, làm cho tín hiệu ra lớn lên nhiều lần và không méo.
Phần tử điều khiển đó là tranzito. Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại như ở hình 1-1, trong đó
En là nguồn tín hiệu vào, Rn là điện trở trong của nguồn tín hiệu, Rt tải nơi nhận tín hiệu ra.

Iv
Uv

Rn
t

En

Uv

Ir
Mạch khuyếch
đại

Ur
Ur

Rt
t

~

Nguồn cung cấp
(EC)
Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.
Hình 1-2 đưa ra cấu trúc nguyên lý để xây dựng một tầng khuếch đại. Phần tử cơ bản là
phần tử điều khiển tranzito có điện trở thay đổi theo sự điều khiển của điện áp hay dòng điện đặt
tới cực điều khiển (cực gốc) của nó, qua đó điều khiển quy luật biến đổi dòng điện của mạch ra
bao gồm tranzito và điện trở R C. Tại lối ra giữa cực góp và cực phát, người ta nhận được một điện
áp biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhưng độ lớn được tăng lên nhiều lần. Để đơn giản,
giả thiết điện áp đặt vào cực gốc có dạng hình sin.
Từ sơ đồ hình 1-2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp xoay chiều ở mạch ra (tỷ lệ với dòng
điện và điện áp tín hiệu vào) cần phải coi là tổng các thành phần xoay chiều dòng điện và điện áp
trên nền của thành phần một chiều I0 và U0. Phải đảm bảo sao cho biên độ thành phần xoay chiều


không vượt quá thành phần một chiều, nghĩa là I 0  I và U 0 U . Nếu điều kiện đó không được
4


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
thoả mãn thì dòng điện, điện áp ở mạch ra trong từng khoảng thời gian nhất định sẽ bằng không
và sẽ làm méo dạng tín hiệu.
Như vậy để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại (khi tín hiệu vào là xoay chiều) thì ở
mạch ra của nó phải tạo nên thành phần dòng một chiều I 0 và điện áp một chiều U0. Chính vì vậy,
ở mạch vào của tầng, ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại, người ta cũng phải đặt thêm điện áp
một chiều UV0 (hay dòng điện một chiều IV0). Các thành phần dòng điện và điện áp một chiều đó

xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo mạch vào (I V0,
UV0) và theo mạch ra (I0, U0) đặc trưng cho trạng thái ban đầu của sơ đồ khi chưa có tín hiệu vào.

+E
C

Uv

i
t

Ur

ˆ
I

t

I0

C
B

Uv

RC

i

PĐK

0

R U
r

E

t

ura

ˆ
U

t

U0
0

a.
Hình 1-2:

b.
a. Nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại.

t

b. Biểu đồ thời gian.
1.1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của một tầng khuếch đại

Để đánh giá chất lượng của một tầng khuếch đại người ta đưa ra các chỉ tiêu và tham số cơ
bản sau:
1.1.2.1. Hệ số khuếch đại.

K=

Đại lượng đầu ra
Đại lượng tương ứng đầu vào

(1-1)

Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức.

K = K exp(j.k)
Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các đại lượng đầu ra và đầu
vào, phần góc k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ lớn của |K| và k phụ thuộc vào
tần số  của tín hiệu vào. Nếu biểu diễn |K| = f1() ta nhận được đường cong gọi là đặc tuyến biên
độ - tần số của tầng khuếch đại. Đường biểu diễn k=f2() gọi là đặc tuyến pha - tần số của nó.
Thường người ta tính |K| theo đơn vị logarit, gọi là đơn vị đề xi ben (dB)

5


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

K (dB) 20 lg K

(1-2)

Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tương ứng là K 1, K2,...Kn thì

hệ số khuếch đại chung của bộ khuếch đại xác định theo:
K = K1.K2...Kn.
hay
K(dB) = K1(dB) + K2(dB) +... + Kn(dB)

(1-3)

Đặc tuyến biên độ của tầng khuếch đại là đường biểu diễn quan hệ U ra=f3(Uv) lấy ở một tần
số cố định của giải tần của tín hiệu vào.
Dạng điển hình của K =f1() và Ura=f3(Uv) đối với một bộ khuếch đại điện áp tần số thấp
cho tại hình 1-3.
Ura
|K|

(V)
K0
K0

0

(a)

102

f
104 2.104

Uvào

0

(b)

(Hz)

(mV)

Hình 1-3: a. Đặc tuyến biên độ - tần số
b. Đặc tuyến biên độ (f = 1kHz) của một bộ khuếch đại tần số thấp

1.1.2.2. Trở kháng lối vào và lối ra
Trở kháng vµo, trë kh¸ng ra của tầng khuếch đại được định nghĩa (theo hình 1-1a)

ZV 

UV
;
IV

Zr 

Ur
Ir

(1-4)

Nói chung chúng là các đại lượng phức: Z = R+jX.
1.1.2.3. Méo tần số
Méo tần số là méo do độ khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm ở vùng hai đầu giải tần. ở
vùng tần số thấp có méo thấp M t, ở vùng tần số cao có méo tần số cao M C. Chúng được xác định

theo biểu thức:

Mt 

K0
;
Kt

MC 

K0
KC

(1-5)

6


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Trong đó:

K0 là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.
KC là hệ số khuếch đại ở vùng tần số cao.
Kt là hệ số khuếch đại ở vùng tần số thấp.

Méo tần số cũng có thể được tính theo đơn vị đề xi ben.
1.1.2.4. Méo không đường thẳng (méo phi tuyến).
Méo không đường thẳng do tính chất phi tuyến của các phần tử như tranzito gây ra thể hiện
trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (không có ở đầu vào). Khi u vào chỉ có thành
phần tần số  thì ura nói chung có các thành phần n (với n = 0,1,2...) với các biên độ tương ứng

là Ûn. Lúc đó hệ số méo không đường thẳng do tầng khuếch đại gây ra được đánh giá là:
 2  2
 2
( U 2  U 3  ...  U n )1 / 2

%

(1-6)
U1
1.1.2.5. Hiệu suất của tầng khuếch đại
Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lượng được tính bằng tỷ số giữa công suất tín hiệu
xoay chiều đưa ra tải Pr với công suất một chiều của nguồn cung cấp P0.



Pr
P0

Trên đây đã nêu một số chỉ tiêu quan trọng của một tầng (hay một bộ khuếch đại gồm nhiều
tầng). Căn cứ vào các chỉ tiêu này người ta có thể phân loại các bộ khuếch đại với các tên gọi với
đặc điểm khác nhau. Ví dụ theo hệ số khuếch đại K có bộ khuếch đại điện áp. Lúc này yêu cầu cơ
bản là có KUmax, Zvào >> Znguồn và Zra << Ztải; bộ khuếch đại dòng điện với K i max, Zvào<< Znguồn, Zra
>> Ztải hay bộ khuếch đại công suất cần KPmax, Zvào  Znguồn, Zra Ztải.
Cũng có thể phân loại theo dạng đặc tuyến tần số K = f1(), từ đó có bộ khuếch đại một
chiều, bộ khuếch đại tần số thấp, bộ khuếch đại tần số cao, bộ khuếch đại chọn lọc tần số...v.v.

1.2. PHÂN CỰC VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MỘT CHIỀU
1.2.1. Nguyên tắc chung phân cực tranzito
Muốn tranzito làm việc như là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải thoả mãn
điều kiện thích hợp. Những tham số này của tranzito như ở phần cấu kiện điện tử đã nghiên cứu,

chúng phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân cực các chuyển tiếp góp, phát. Nói một cách khác các
giá trị tham số phụ thuộc vào điểm làm việc của tranzito. Một cách tổng quát, dù tranzito được
mắc theo kiểu nào, muốn nó làm việc ở chế độ khuếch đại cần có các điều kiện sau: chuyển tiếp
gốc-phát luôn phân cực thuận, chuyển tiếp gốc - góp luôn phân cực ngược.
Đối với tranzito n-p-n điều kiện phân cực để nó làm việc ở chế độ khuếch đại là:
UBE = UB - UE > 0
UCE = UC - UE > 0

(1-7)
7


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
và

UE < UB < UC

Trong đó UE, UB, UC là điện thế các cực phát, gốc, góp của tranzito như trên hình 1-3.
Với tranzito p-n-p thì điều kiện phân cực có dấu ngược lại.
Hình 1-4 biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực của tranzito ở chế độ khuếch đại

IC

IB

UC
UB

UCE >0

UC
UB

UE
IE

UBE>0

IC

IB

UE
IE

UBE <0

(a)
Hình 1-4:

UCE <0

(b)

a) Biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực tranzito n-p-n.
b) Tranzito p-n-p.

1.2.2. Mạch cung cấp điện áp phân cực cho tranzito
Để cung cấp điện áp phân cực cho tranzito người ta thường dùng một nguồn chung. Hình 14 biểu thị các mạch cấp điện đó.

RB
CP1

RC

+EC
IP+IB0

IB0
UB

R1
IB0

CP2

+EC

RC
CP2

CP1
IP

UBE0
(a)

R2

(b)

Hình 1-5: Mạch cấp điện cho tranzito

Hình 1-5a cấp điện áp cho cực gốc theo phương pháp định dòng. Điện áp U BE0 được lấy từ
nguồn EC dẫn qua điện trở RB vào cực gốc. Điện trở RB có trị số lớn hơn nhiều so với điện trở một
chiều của mặt ghép gốc-phát, do đó dòng định thiên IB0 được xác định gần đúng.
8


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

I B0 

EC
RB

Dòng điện một chiều ở đầu ra (dòng cực góp) IC0 và điện áp một chiều ở đầu ra UCE0:
IC0 = .IB0; UCE0 = EC-IC0.RC

(1-8)

Mạch này đơn giản nhưng độ ổn định điểm làm việc kém.
Hình 1-5b cung cấp điện cho cực gốc theo phương pháp định áp nhờ bộ phân áp R 1, R2 mắc
song song với nguồn cung cấp cực góp E C. Điện áp tại điểm làm việc của cực gốc được xác định
theo biểu thức:
UBE0 = IP.R2 = EC -(IP+IB0).R1

(1-9)

Trong đó IP là dòng phân áp chạy qua điện trở R 1, R2. Thường chọn IP>>IB0, do đó biểu thức
trên gần đúng:

U BE  E C  I p .R1

(1-10)

Ta thấy UBE0 không phụ thuộc vào các tham số của tranzito và nhiệt độ nên ổn định. Rõ ràng
dòng IP càng lớn UBE0 càng ổn định, nhưng khi đó R1, R2 phải có giá trị nhỏ.
Thường chọn IP =(0,33).IBmax

(1-11)

Trong đó IBmax là dòng xoay chiều trong mạch cực gốc với mức tín hiệu vào lớn nhất. Lúc
này thiên áp UBE0 hầu như không phụ thuộc trị số dòng cực gốc I B0, do đó có thể dùng cho mạch
khuếch đại tín hiệu lớn (chế độ B). Tuy nhiên khi trị số R 1, R2 nhỏ thì công suất tiêu thụ nguồn
cũng tăng.
Để nâng cao độ ổn định điểm làm việc người ta hay dùng các mạch cung cấp điện áp phân
cực sau.
Hình 1-6 là sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp một chiều.

RB
IB
Cp1

UBE0

+EC

RC

R1

RC

Cp1

Cp2
UCE0

+EC

Cp2
UBE

UR2

Hình 1-6: Mạch cung cấp và ổn định
điểm làm việc bằng hồi tiếp âm điện áp
một chiều.

R2 U E

RE

CE

Hình 1-7: Sơ đồ cung cấp và ổn
định điểm làm việc nhờ hồi tiếp âm
dòng điện một chiều.

9

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Sơ đồ hình 1-6 chỉ khác sơ đồ hình 1-5a ở chỗ điện trở R B được nối lên cực góp. ở đây R B
vừa làm nhiệm vụ đưa điện áp vào cực gốc bằng phương pháp ổn định dòng cực gốc, vừa dẫn
điện áp hồi tiếp về mạch vào.
Nguyên lý ổn định như sau:
Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho dòng một chiều I C0 trên cực góp tăng
lên thì điện thế UCE0 giảm làm UBE giảm, kéo theo dòng IB0 giảm làm cho IC0 giảm (vì IC0= . I B 0 ),
nghĩa là dòng IC0 ban đầu được giữ nguyên.
Hình 1-7 là sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc nhờ hồi tiếp âm dòng điện một chiều.
Trong sơ đồ này RE làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dòng điện một chiều. Nguyên tắc ổn định như
sau: khi IC0 tăng do nhiệt độ tăng hay do độ tạp tán tham số của tranzito thì điện áp hạ trên R E
(UE0=IE0.RE) tăng. Vì điện áp UR2 lấy trên điện trở R2 hầu như không đổi nên điện áp UBE0 = UR2 UE0 giảm, làm cho IB0 giảm, do đó IC0 không tăng lên được, tức là IC0 được giữ ổn định. Nếu nhiệt
độ giảm làm IC0 giảm thì nhờ mạch hồi tiếp âm dòng điện một chiều, UBE0 lại tăng, làm cho IB0
tăng, IC0 tăng giữ cho IC0 ổn định.

1.3. HỒI TIẾP TRONG CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI
Hồi tiếp là việc thực hiện truyền tín hiệu từ đầu ra về đầu vào bộ khuếch đại. Thực hiện hồi
tiếp trong bộ khuếch đại sẽ cải thiện hầu hết các chỉ tiêu chất lượng của nó và làm cho bộ khuếch
đại có một số tính chất đặc biệt. Dưới đây ta sẽ phân tích những quy luật chung khi thực hiện hồi
tiếp trong bộ khuếch đại. Điều này cũng đặc biệt cần thiết khi thiết kế bộ khuếch đại bằng IC
tuyến tính.
Hình 1-8 là sơ đồ cấu trúc bộ khuếch đại có hồi tiếp

Đầu vào

Đầu ra

K


Hình 1-8: Sơ đồ khối bộ khuếch đại có hồi tiếp
Mạch hồi tiếp có hệ số truyền đạt , chỉ rõ quan hệ giữa tham số (điện áp, dòng điện) của
tín hiệu ra mạch đó với tham số (điện áp, dòng điện) của mạch ra bộ khuếch đại.
Hệ số khuếch đại K và hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp  nói chung là những số phức.

K = K.exp(jK)

 = .exp(j)
Nghĩa là phải chú ý đến khả năng dịch pha ở miền tần số thấp và tần số cao do tồn tại các
phần tử điện kháng trong mạch khuếch đại cũng như mạch hồi tiếp. Nếu bộ khuếch đại làm việc ở
tần số trung bình, còn trong mạch hồi tiếp - không có thành phần điện kháng thì hệ số K và  là
10


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
những số thực. Nếu điện áp hồi tiếp tỷ lệ với điện áp ra của bộ khuếch đại ta có hồi tiếp điện áp, nếu
tỷ lệ với dòng điện ra ta có hồi tiếp dòng điện. Có thể hồi tiếp hỗn hợp cả dòng điện và điện áp.
Iv
Ir
Rn
Iv
Ir
Rn
It
It


En

~

uv

uy

K

ur

Rt



En

~

uy

uv

uht

uht



ur

K



b.

Rt

It

a.
Hình 1-9: Một số mạch hồi tiếp thông dụng:
a. Hồi tiếp nối tiếp điện áp
b. Hồi tiếp dòng điện

Rn
c.


Ir



En ~

c. Hồi tiếp song song điện áp

Iht

Iv

K

ur

Rt

Xét ở đầu vào, khi điện áp đưa về hồi tiếp nối tiếp với nguồn tín hiệu vào thì ta có hồi tiếp
nối tiếp. Khi điện áp hồi tiếp đặt tới đầu vào bộ khuếch đại song song với điện áp nguồn tín hiệu
thì có hồi tiếp song song.
Hai đặc điểm trên xác định một loại mạch hồi tiếp cụ thể: hồi tiếp điện áp nối tiếp hoặc
song song, hồi tiếp dòng điện nối tiếp hoặc song song, hồi tiếp hỗn hợp nối tiếp hoặc song song.
Hình 1-9 minh hoạ một số thí dụ về những mạch hồi tiếp phổ biến nhất trong khuếch đại.
Nếu khi hồi tiếp nối tiếp ảnh hưởng đến trị số điện áp vào bản thân bộ khuếch đại u y, thì khi
hồi tiếp song song sẽ ảnh hưởng đến trị số dòng điện vào bộ khuếch đại. Tác dụng của hồi tiếp có
thể làm tăng, khi K +  = 2n, hoặc giảm khi  +  = (2n +1). (n là số nguyên dương) tín hiệu
tổng hợp ở đầu vào bộ khuếch đại được gọi là hồi tiếp dương và tương ứng gọi là hồi tiếp âm.
Hồi tiếp âm cho phép cải thiện một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại, vì thế nó được dùng rất
rộng rãi. Để đánh giá ảnh hưởng của hồi tiếp đến các chỉ tiêu của bộ khuếch đại ta sẽ xét thí dụ
hồi tiếp điện áp nối tiếp ở hình 1-9a.
Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp:

K ht 

Ur
UV

U Y U V  U ht

(1-12)

11


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Chia cả hai vế của (1-12) cho Ura, ta có:

U Y U V U ht


Ur Ur Ur
hay

1
1


K K ht

ở đây  

u ht
là hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp.
ur

(1-13)

Từ (1-13) ta tìm được:

K
K ht 
1   .K

(1-14)

Để đơn giản việc phân tích ta đưa vào trị số thực K và:

K
K ht 
1  K .

(1-15)

Theo (1-15) khi 1 > K. > 0 thì hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp K ht lớn hơn
hệ số khuếch đại của bản thân bộ khuếch đại K. Đó chính là hồi tiếp dương, U ht đưa tới đầu vào
bộ khuếch đại cùng pha với điện áp vào Uv, tức là Uy = Uv +Uht.
Điện áp ra bộ khuếch đại khi có hồi tiếp dương là:
Ur = K.(Uv + Uht) > K.Uv và do đó

Kht >K

Trường hợp K.  1 (khi hồi tiếp dương) đặc trưng cho điều kiện tự kích của bộ khuếch đại.
Lúc này đầu ra của bộ khuếch đại xuất hiện một phổ tần số không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào.
Với trị số phức K và  bất đẳng thức K .  1 tương ứng với điều kiện tự kích ở một tần số cố
định và tín hiệu ở đầu ra gần với dạng hình sin. Bộ khuếch đại trong trường hợp này làm việc như
một mạch tạo dao động hình sin.
Khi

K.<0 thì

K
K ht 
K
1  K .

(1-16)

đó là hồi tiếp âm (Uht ngược pha với Uv) và Uy = Uv - Uht, nghĩa là hệ số khuếch đại của bộ khuếch
đại có hồi tiếp âm Kht nhỏ hơn hệ số khuếch đại khi không có hồi tiếp.
Để đánh giá độ ổn định hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp, thực hiện vi phân biểu thức

K
K ht 
1  K .
Có

dK ht 

dK .(1  K )  dK .K
(1  K ) 2 .

=

12

dK
(1  K . ) 2

(1-17)

Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Biến đổi (1-17) và chú ý đến (1-16) ta nhận được biểu thức đặc trưng cho sự thay đổi tương
ứng của hệ số khuếch đại.

dK ht dK / K
=
K ht 1  K .

(1-18)

Từ (1-18) thấy sự thay đổi tương đối hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm
nhỏ hơn 1 + K. lần so với khi không hồi tiếp. Độ ổn định hệ số khuếch đại sẽ tăng khi tăng độ
sâu hồi tiếp. Ví dụ, giả thiết sự thay đổi tương đối của hệ số khuếch đại dK/K = 20% và
1+K.=100 thì sự thay đổi tương đối của hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp là
dKht/Kht = 0,2%.Tính chất này đặc biệt quý giá trong điều kiện hệ số khuếch đại thay đổi do sự
thay đổi của tham số theo nhiệt độ nhất là đối với tranzito và sự hoá già của chúng. Nếu hệ số
khuếch đại K lớn và hồi tiếp âm sâu thì thực tế có thể loại trừ sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại
vào sự thay đổi các tham số trong bộ khuếch đại. Khi đó trong mẫu số của (1-16) có thể bỏ qua 1
và hệ số khuếch đại của nó do hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp quyết định.

K ht 

1


(1-19)

Nghĩa là thực tế không phụ thuộc vào K và mọi sự thay đổi của nó.

Ví dụ K = 104 và  = 10-2 thì:

K ht 

1
100


Ý nghĩa vật lý của việc tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm là ở chỗ khi
thay đổi hệ số khuếch đại K thì điện áp hồi tiếp sẽ bị thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp U y (hình
1.9a) theo hướng bù lại sự thay đổi điện áp ra của bộ khuếch đại. Giả sử khi giảm K do sự thay
đổi tham số bộ khuếch đại sẽ làm cho U ht giảm và Ur giảm, điện áp Uy = Uv - Uht tăng dẫn đến Ur
tăng, chính là ngăn cản sự giảm của hệ số khuếch đại K (hình 1-9a).
Tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại bằng hồi tiếp âm được dùng rộng rãi để cải thiện đặc
tuyến biên độ, tần số (hình 1-10) của bộ khuếch đại nhiều tầng ghép điện dung. Vì ở miền tần số
thấp và cao hệ số khuếch đại bị giảm. Tác dụng hồi tiếp âm ở miền tần số kể trên sẽ yếu vì hệ số
khuếch đại K nhỏ và sẽ dẫn đến tăng độ khuếch đại ở giải biên tần và mở rộng giải thông f của bộ
khuếch đại.
K
Ku

Ku

2

Hình 1-10: Ảnh hưởng của hồi
tiếp âm đến đặc tuyến biên độ tần số

K uht
2

0

Kuht

f
fht

13

f


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Hồi tiếp âm cũng làm giảm méo không đường thẳng của tín hiệu ra và giảm nhiễu (tạp âm)
trong bộ khuếch đại.
Dưới đây ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến điện trở vào bộ khuếch đại.

RV =

UV
IV

Hình 1-9a thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp.

U V U Y  U ht .
Mặt khác ta có

U ht  K . .U Y . Vì vậy:

RVht =

(1  K . ).U Y
= RV .(1  K . )
IV

(1-20)

Như vậy thực hiện hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng điện trở vào của bộ khuếch đại lên (1+K.)
lần. Điều này rất cần thiết khi bộ khuếch đại nhận tín hiệu từ bộ cảm biến có điện trở trong lớn
hoặc bộ khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực.
Tương tự, điện trở ra của bộ khuếch đại là:

Rrht =

Rr
(1  K . )

(1-21)

Nghĩa là giảm đi (1+K.) lần. Điều này đảm bảo điện áp ra của bộ khuếch đại ít phụ thuộc
vào sự thay đổi điện trở tải Rt.
Từ những phân tích trên, có thể rút ra những quy luật chung ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến
chỉ tiêu bộ khuếch đại là:
Mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu trên đầu vào bộ khuếch đại (U y hay Iy) và do đó
làm giảm hệ số khuếch đại Kht, làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại.
Ngoài ra hồi tiếp âm nối tiếp hình 1-9a,b làm tăng điện trở vào.
Hồi tiếp điện áp nối tiếp (hình 1-9a) làm ổn định điện áp ra, giảm điện trở ra R rht. Còn hồi
tiếp dòng điện nối tiếp (hình 1-9b) làm ổn định dòng điện ra I t, tăng điện trở ra Rrht.
Hồi tiếp âm song song (hình 1-9c) làm tăng dòng điện vào, làm giảm điện trở vào R vht, cũng

như điện trở ra Rrht.
Cần nói thêm là hồi tiếp dương thường không dùng trong bộ khuếch đại nhưng nó có thể
xuất hiện ngoài ý muốn do ghép về điện ở bên trong hay bên ngoài gọi là hồi tiếp ký sinh, có thể
xuất hiện qua nguồn cung cấp chung, qua điện cảm hoặc điện dung ký sinh giữa mạch ra và mạch
vào của bộ khuếch đại.
Hồi tiếp ký sinh làm thay đổi đặc tuyến biên độ - tần số của bộ khuếch đại do làm tăng hệ
số khuếch đại ở các đoạn riêng biệt của giải tần hoặc thậm chí có thể làm cho bộ khuếch đại bị tự
kích nghĩa là xuất hiện dao động ở một tần số xác định.

14


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Để loại bỏ hiện tượng trên có thể dùng các bộ lọc thoát, dùng dây dẫn bọc kim, bố trí mạch
in và các linh kiện hợp lý.
Dưới đây là các thí dụ về những mạch hồi tiếp âm thường gặp (hình 1-11)

RC

R1
CP1
Rn
En

~

Uv

+E
R1

C

CP1

CP2
Rn

Ur
R2

a)

RC1

RE

En

Uv

~

R3

C

CP2
R
T1

R2

RE1

RC2

+E
C

CP3
R4

T2
RE2

Ur

b)
Hình 1-11: Sơ đồ các mạch hồi tiếp âm.
a) Hồi tiếp dòng điện trên RE; b) Hồi tiếp điện áp nhờ khâu RC

Ở hình 1-11a trên điện trở RE có hồi tiếp âm dòng điện mắc nối tiếp.
Trong mạch hình 1-11b ta thấy, nếu xét từng tầng riêng biệt thì trên R E1 , R E 2 đều thực hiện
hồi tiếp âm dòng điện mắc nối tiếp. Ngoài ra còn có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp lấy từ cực góp
của tranzito T2 về cực phát của tranzito T1 qua C và R. Như vậy trên RE1 có cả hai loại hồi tiếp âm
điện áp và dòng điện.

1.4. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT).
Dưới đây sẽ trình bày phương pháp phân tích tầng khuếch đại dùng tranzito lưỡng cực theo
ba cách mắc mạch: phát chung (EC), góp chung (CC), và gốc chung (BC). Giả thiết tín hiệu vào là

hình sin ở miền tần số trung bình vì vậy trở kháng của tụ coi như bằng không, còn ảnh hưởng điện
dung ký sinh của sơ đồ và tranzito, cũng như sự phụ thuộc về hệ số khuếch đại dòng ,  của
tranzito vào tần số coi như không đáng kể.
1.4.1. Tầng khuếch đại phát chung (EC)
Mạch điện nguyên lý một tầng khuếch đại EC cho trên hình 1-12.
Trong sơ đồ này CP1, CP2 là các tụ nối tầng. Tụ Cp1 loại trừ tác dụng ảnh hưởng lẫn nhau của
nguồn tín hiệu và mạch vào về dòng một chiều. Tụ CP2 ngăn thành phần một chiều và chỉ cho thành
phần xoay chiều ra tải. R1, R2 để xác định chế độ tĩnh của tầng, cấp điện một chiều cho cực B.
RC: tải một chiều của tầng.
RE: điện trở ổn định nhiệt, CE tụ thoát thành phần xoay chiều xuống mát.
En: nguồn tín hiệu vào,
Rn: điện trở trong của nguồn tín hiệu.
15


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Rt: điện trở tải.
+EC
R1

RC
I B0

IV

Hình 1-12: Tầng khuếch
đại E chung

CP1

T
U
UBE

IP

Rn

CP2

IC

It

CE0

IE0

En

~

UV

R2 U
E0

RE

Rt

Ur

CE

Nguyên lý làm việc của tầng EC như sau: khi đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào xuất hiện
dòng xoay chiều cực gốc của tranzito và do đó xuất hiện dòng xoay chiều cực góp ở mạch ra của
tầng. Dòng này gây hạ áp xoay chiều trên điện trở R C. Điện áp đó qua tụ CP2 đưa đến đầu ra của
tầng tức là tới Rt. Có thể thực hiện bằng hai phương pháp cơ bản là phương pháp đồ thị đối với
chế độ một chiều và phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độ xoay chiều tín
hiệu nhỏ.
Phương pháp đồ thị dựa vào đặc tuyến vào và ra của tranzito có ưu điểm là dễ dàng tìm

được mối quan hệ giữa các giá trị biên độ của thành phần xoay chiều (điện áp ra U r và dòng điện

ra I r ) và là số liệu ban đầu để tính toán. Trên đặc tuyến hình (1-13a), vẽ đường tải một chiều (AB). Sự phụ thuộc UCE0 = f(IC0) có thể tìm được từ phương trình cân bằng điện áp ở mạch ra của
tầng:

IC0
UCE0
.RE
IC = EC - IC0.RC - IE0RE = EC - IC0RC 
PCCP

(1-22)

Vì hệ số  gần đúng 1, nên có thể viết
D
UCE0 = EC - IC0 (RC+RE)
(1-23)

uC0
IB
B
Biểu thức (1-23) là phương trình đường tải một chiều của tầng. Dựa vào đặc tuyến vào I B =
f(UBE) ta chọn dòng cực gốc tĩnh cần thiết I B0, chính là xác định được toạ độ điểm P là giao điểm
ˆI
P
P
ˆ
IB=Iđặc
IB
CIB = IB0 với đường tải một chiều trên
của đường
B0 tuyến ra ở hìnhI1-13a.
B
IB2
Để xác
định
thành
phần
xoay
chiều
của
điện áp ra và dòng ra cực
0 góp của tranzito phải
IC0
I
dùng đường tải xoay chiều của tầng. Chú ý rằng
B1
IB=0điện trở xoay chiều trong mạch cực phát của

tranzito bằng không (vì có tụ C E mắc
Rt được mắc vào mạch
C song song với điện trở R E) còn tải 0
uBE
u
A
cực góp, vì điện trở xoay chiều củaIC0tụ
Cp
rất
nhỏ
bỏ
qua.
C
(E) 2

ˆC
u

a)

b)

uB

ˆv
u

E

UC0

16
Hình 1-13: Xác định chế độ tĩnh của tầng EC
a) Trên đặc tuyến ra
b) Trên đặc tuyến vào

uB0


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Nếu coi điện trở xoay chiều của nguồn cung cấp E C bằng không, thì điện trở xoay chiều của
tầng gồm hai điện trở RC và Rt mắc song song, nghĩa là
Rt~ =Rt//RC. Từ đó thấy rõ điện trở tải một chiều của tầng R t==RC + RE lớn hơn điện trở tải
xoay chiều Rt~. Khi có tín hiệu vào, điện áp và dòng điện là tổng của thành phần một chiều và
xoay chiều, đường tải xoay chiều đi qua điểm tĩnh P. Độ dốc của đường tải xoay chiều lớn hơn độ
dốc đường tải một chiều. Xây dựng đường tải xoay chiều theo tỷ số số gia của điện áp và dòng
điện U CE = I C .(RC // Rt). Khi cung cấp điện áp vào tới đầu vào của tầng thì trong mạch cực
gốc xuất hiện thành phần dòng xoay chiều ib  liên quan đến điện áp vào Uv theo đặc tuyến vào
của tranzito.Vì dòng cực góp tỷ lệ với dòng cực gốc qua hệ số , trong mạch cực góp cũng có
thành phần dòng xoay chiều iC  và điện áp xoay chiều Ura liên hệ với iC  bằng đường tải xoay
chiều. Khi đó đường tải xoay chiều đặc trưng cho sự thay đổi giá trị tức thời dòng cực góp i C và
điện áp trên tranzito UC hay người ta nói đó là sự dịch chuyển điểm làm việc. Điểm làm việc dịch
từ P đi lên ứng với 1/2 chu kỳ dương và dịch chuyển đi xuống ứng với 1/2 chu kỳ âm của tín hiệu
vào. Nếu chọn trị số tín hiệu vào thích hợp và chế độ tĩnh đúng thì tín hiệu ra của tấng khuếch đại
không bị méo dạng. Việc chọn điểm làm việc tĩnh và tính toán sẽ được thực hiện theo một tầng

khuếch đại cụ thể. Những tham số ban đầu để tính toán là biên độ điện áp ra U r và dòng điện tải

I t , công suất tải Pt và điện trở tải Rt. Giữa những tham số này có quan hệ chặt chẽ với nhau, nên
về nguyên tắc chỉ cần biết hai trong những tham số đó là đủ để tính các tham số còn lại.

17


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Để tín hiệu ra không bị méo dạng, các tham số của chế độ tĩnh phải thoả mãn những điều
kiện sau: (hình 1-13a).

U C 0  U r  U C 0
(1-24)

I C0  I C  I C 0 (E)
(1-25)
Ở đây U C 0 là điện áp cực góp ứng với đoạn đầu của đặc tuyến ra (còn gọi là điện áp U CE
bão hoà) I C 0 ( E ) là dòng cực góp ban đầu ứng với nhiệt độ cực đại, chính là độ cao của đường đặc
tuyến ra tĩnh ứng với dòng IB=0.

Quan hệ dòng I C với điện áp ra có dạng


IC 





Ur
Ur

R C // R t

Rt ~

(1-26)

Để tăng hệ số khuếch đại của tầng, trị số RC phải chọn lớn hơn Rt từ 35 lần.
Dựa vào dòng IC0 đã chọn, tính dòng cực gốc tĩnh:
IB0 =

I C0  I C 0 (E)


(1-27)

từ đó dựa vào đặc tuyến vào của trazito tìm được điện áp U BE 0 ứng với I B 0 đã tìm được.
Dòng cực phát tĩnh có quan hệ với dòng I B 0 và IC0 theo biểu thức.

I E 0 (1   ).I B 0  I C 0 ( E ) 

I C0  I C 0 (E)
.(1   )  I C 0 ( E )  I C 0


(1-28)

Khi chọn EC (nếu như không cho trước), cần phải theo điều kiện:
EC=UC0+IC0.Rc+UE0.

(1-29)

ở đây

UE0 = IE0.RE
Khi xác định trị số UE0 phải xuất phát từ quan điểm tăng điện áp U E0 sẽ làm tăng độ ổn định
nhiệt cho chế độ tĩnh của tầng (vì khi R E lớn sẽ làm tăng độ sâu hồi tiếp âm một chiều của tầng),
tuy nhiên lúc đó cần phải tăng điện áp nguồn cung cấp E C. Vì vậy mà UE0 thường chọn bằng
(0,10,3) EC
Chú ý đến biểu thức (1-29) ta có:

EC 

U C 0  I C 0 .RC
0,7 0,9

(1-30)

Điện trở RE có thể tính từ

18


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

RE 

U E0
I C0

(1-31)

Khi tính các phần tử của bộ phân áp đầu vào cần lưu ý với quan điểm ổn định nhiệt cho chế
độ tĩnh của tầng, sao cho sự thay đổi của dòng cực gốc tĩnh I B0 (do độ không ổn định nhiệt của

điện áp UBE0) phải ít ảnh hưởng đến sự thay đổi điện áp U B0.Muốn vậy thì dòng phân áp IP qua bộ
phân áp R1 R2 phải lớn hơn dòng IB0 qua điện trở R1. Tuy nhiên với điều kiện I P >> IB0 thì R1, R2 sẽ
phải nhỏ và chúng sẽ gây ra rẽ mạch tín hiệu vào, làm giảm điện trở vào của tầng khuếch đại.
Vì thế khi tính các phần tử của bộ phân áp vào ta phải hạn chế theo điều kiện:

RB  R1 // R2 (2 5)rV .

(1-32)

I P (2 5) I B 0 .

(1-33)

ở đây rV là điện trở vào của tranzito, đặc trưng cho điện trở xoay chiều mạch gốc - phát (r V=
U BE / I B )
Điện trở R1,R2 có thể tính theo:

R2 

U B 0 U BE  U E 0
=
Ip
Ip

(1-34)

EC  U B 0
I p  I B0

(1-35)

R1 

Khi chọn tranzito cần chú ý đến các tham số giới hạn như: dải tần số công tác (theo tần số f 
hay f) cũng như các tham số về dòng điện, điện áp và công suất. Dòng điện cực góp cho phép cực
đại IC.C.P phải lớn hơn trị số tức thời lớn nhất trong khi làm việc, nghĩa là
I max I  ˆI  I
. Về mặt điện áp người ta thường chọn tranzito theo U C0.C.P > EC. Công
C

CO

C

C .C. P

suất tiêu hao trên cực góp PC =UC0.IC0 phải nhỏ hơn công suất cực đại cho phép của tranzito P C.C.P.
Đường cong công suất giới hạn cho phép là đường hypecbon. Đối với mỗi điểm của nó ta có
UC0.CP.IC.CP=PC.CP.
Tóm lại việc tính chế độ của tầng khuếch đại là giải quyết nhiệm vụ chọn hợp lý các phần
tử của sơ đồ để nhận được những tham số cần thiết của tín hiệu ra trên tải.
Các hệ số khuếch đại dòng điện Ki, điện áp Ku và công suất Kp cũng như điện trở vào RV,
điện trở ra Rr là những chỉ tiêu quan trọng của tầng khuếch đại. Những chỉ tiêu đó có thể xác định
được khi tính toán tầng khuếch đại theo dòng xoay chiều. Phương pháp giải tích dựa trên cơ sở
thay thế tranzito và tầng khuếch đại bằng sơ đồ tương đương dòng xoay chiều ở chế độ tín hiệu
nhỏ. Sơ đồ thay thế tầng EC vẽ trên hình 1-14, ở đây tranzito được thay bằng sơ đồ thay thế tham
số vật lý. Tính toán theo dòng xoay chiều có thể thực hiện được khi sử dụng sơ đồ thay thế
tranzito với các tham số r , trong đó rB là điện trở khối vùng cực gốc, r E là điện trở vi phân của
tiếp giáp phát, rC điện trở vi phân của tiếp giáp góp.
Để đơn giản ta giả thiết tầng khuếch đại được tính ở miền tần số trung bình, tín hiệu vào là

hình sin và điện trở của nguồn cung cấp đối với dòng xoay chiều bằng không. Các tụ C p1, Cp2, CE có
19


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
trở kháng rất bé, xem như bằng không. Dòng điện và điện áp trong sơ đồ tính theo trị số hiệu
dụng. Điện trở vào của tầng:
RV=R1//R2//rV

IV

rB

B

<<

UV

IE

rE

CC

R1  R2

En ~

IC

C
It

rC

IB

Rn

(1-36)

IB

RC

Rt

Ut

E
Hình 1-14: Sơ đồ thay thế tầng khuếch đại EC bằng tham số vật lý.
Vì điện trở trong của nguồn dòng IB ở hình 1.14 rất lớn, còn rC(E) + RC//Rt >> rE nên:

U BE  I B .rB  I E .rE hay là
U BE  I B  rB  (1   ).rE 

(1-37)

Chia cả hai vế của phương trình (1-37) cho IB ta có:

rV= rB + (1+).rE.
Tính gần đúng bậc một của RV theo rV và giá trị có thể của rB, , rE với điều kiện R1//R2 
(23)rV ta sẽ có RV của tầng EC không vượt quá (13)K
Xác định hệ số khuếch đại dòng điện của tầng: K i = It/IV từ hình 1-14 có:

I B  IV

RV
rV

(1-38)

Khi xác định dòng It qua IB thì không tính đến rE vì nó rất nhỏ so với điện trở của các phần
tử mạch ra:

I t   .I B .

r C (E) // RC // Rt
Rt

(1-39)

Để ý đến biểu thức (1-38) ta có:

I t  I V . .

RV rC (E) // RC // Rt
.
rV
Rt

(1-40)

và hệ số khuếch đại dòng xác định bởi:

K i  .

RV rC (E) // RC // Rt
.
rV
Rt

(1-41)

20


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
Hệ số khuếch đại dòng Ki tỷ lệ với hệ số  của tranzito, các điện trở phân áp cấp điện một
chiều ở cực gốc và điện trở R C, Rt. Biểu thức (1-41) cho ta thấy cần chọn R 1//R2 >>rV và RC > Rt.
Nếu coi RV rV và rC(E) >>RC//Rt thì hệ số khuếch đại dòng gần đúng.

Ki  .

RC // Rt
Rt

(1-42)

Như vậy tầng EC có hệ số khuếch đại dòng tương đối lớn, và nếu như R C>> Rt thì nó gần

bằng hệ số khuếch đại  của tranzito.
Xác định hệ số khuếch đại điện áp của tầng

Ku 
Ku 

Ur
En

 I t .Rt
Rt
 K i .
I V .(Rn  RV )
Rn  RV

(1-43)

Thay (1-42) vào (1-43) ta có:

K u   .

RC // Rt
Rn  RV

(1-44)

Từ (1-44) ta thấy nếu  càng lớn và điện trở mạch ra của tầng càng lớn so với điện trở mạch
vào thì hệ số khuếch đại càng lớn. Đặc biệt, hệ số khuếch đại điện áp sẽ tăng khi điện trở trong
của nguồn tín hiệu giảm.
Tầng khuếch đại EC thực hiện đảo pha của điện áp ra đối với điện áp vào. Việc tăng điện áp

vào sẽ làm tăng dòng cực gốc và dòng cực góp của tranzito, hạ áp trên Rc tăng làm giảm điện áp trên
cực góp. Việc đảo pha trong tầng khuếch đại EC được biểu thị bằng dấu “-” trong biểu thức Ku
Hệ số khuếch đại công suất K P 

Pr
 K u.K i trong sơ đồ EC khoảng (0,2 5).103 lần.
PV

Điện trở ra của tầng.

Rr  RC // rC ( E )

(1-45)

Vì rC(E) >> RC nên Rr = RC
1.4.2. Tầng khuếch đại góp chung (CC)
Hình 1-15a là sơ đồ tầng khuếch đại CC, còn gọi là tầng lặp E vì điện áp ra của nó lấy ở
cực E của tranzito, về trị số gần bằng điện áp vào ( U r  U V  U BE  U V ) và trùng pha với điện
áp vào.
Điện trở RE trong sơ đồ đóng vai trò như R C trong EC, nghĩa là tạo nên một điện áp biến đổi
ở đầu ra trên nó. Tụ C có nhiệm vụ đưa tín hiệu ra tải R t. Điển trở R1, R2 là bộ phân áp cấp điện
một chiều cho cực gốc, xác định chế độ tĩnh của tầng. Để tăng điện trở vào thường người ta không

21

I
C


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

mắc điện trở R2. Tính toán chế độ một chiều tương tự như tính toán tầng EC. Để khảo sát các
tham số của tầng theo dòng xoay chiều, cần chuyển sang sơ đồ thay thế (hình 1.15b)
I
B
+ EC
R1
<<
IV
rB
C
B
IC0
I
C
IV
bo
P1
T
r
IB
IE C
Rn
IC
CP2
r
E
UBE
Rn
R1//R2 E
UV

IE R It Rt
Rt U r
RE
E n  Uv R
Ur En 
E
2
It

D
a.
b.
Hình 1-15: a. Sơ đồ tầng khuếch đại CC; b. Sơ đồ thay thế
Điện trở vào của tầng:
Ta có

RV=R1//R2//rV.

U V I B  rB  (1  ).( rE  R E // Rt ) .

Chia UV cho IB ta có:

rV rB  (1  ).(rE  R E // Rt ).

(1-46)

Từ biểu thức (1-46) ta thấy rV của tranzito trong sơ đồ CC lớn hơn trong sơ đồ EC. Vì r E
thường rất nhỏ hơn RE//Rt, còn rB nhỏ hơn số hạng thứ hai của vế phải biểu thức (1-46), nên điện
trở vào của tầng lặp cực phát E bằng:

R V R 1 // R 2 //(1  ).( R E // R t ).

(1-47)

Nếu chọn bộ phân áp đầu vào R 1, R2 lớn thì điện trở vào sẽ lớn. Tuy nhiên khi đó không thể
bỏ qua điện trở rC(E) mắc song song với mạch vào, nên điện trở vào phải tính:

R V R 1 // R 2 //  (1  ).(R E // R t ) //rC(E)

(1-48)

Điện trở vào lớn là một trong những ưu điểm quan trọng của tầng góp chung, dùng để làm
tầng phối hợp với nguồn tín hiệu có điện trở trong lớn.
Việc xác định hệ số khuếch đại dòng Ki cũng theo phương pháp giống như sơ đồ EC. Công thức
(1-38) đúng với tầng CC. Vì dòng It đây chỉ là một phần của dòng IE nên biểu thức (1-39) có dạng:

I t (1  ).I B .

R E // R t
Rt

(1-49)

R V R E // R t
.
rV
Rt

(1-50)

Và xét đến (1-39) ta có:

I t I V .(1  ).

Hệ số khuếch đại dòng trong sơ đồ CC:
22


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

K i (1  ).

R V R E // R t
.
rV
Rt

(1-51)

nghĩa là nó phụ thuộc vào quan hệ RV và rV, RE và Rt. Giả thiết RV=rV thì

K i (1  ).

R E // R t
Rt

(1-52)

Khi RE = RC và điện trở Rt giống nhau thì hệ số khuếch đại dßng ®iÖn trong sơ đồ phát
chung và góp chung gần bằng nhau.

Hệ số khuếch đại điện áp tính theo (1-43) ta có:

K u (1  ).

R E // R t
Rn RV

(1-53)

(1  ).(R E  R t ) thì K  1. Như vậy tầng khuếch đại góp
Khi RV >> Rn và gần đúng RV
u
chung để khuếch đại công suất tín hiệu trong khi giữ nguyên trị số điện áp của nó.
Vì Ku=1 nên hệ số khuếch đại Kp xấp xỉ bằng Ki về trị số.
Điện trở ra của tầng CC:

R r R E //( rE 

rB  R n // R 1 // R 2
) R E // rE
1

(1-54)

Điện trở ra của tầng nhỏ cỡ (1 50). Nó được dùng để phối hợp mạch ra của tầng khuếch
đại với tải có điện trở nhỏ, khi đó tầng góp chung dùng làm tầng ra của bộ khuếch đại có vai trò
như một tầng khuếch đại công suất đơn chế độ A không có biến áp ra.
1.4.3 Tầng khuếch đại gốc chung (BC).
Hình (1-16a) là sơ đồ một tầng khuếch đại gốc chung. Các phần tử R 1, R2, RE dùng để xác
định chế độ tĩnh IE. Các phần tử còn lại cũng có chức năng giống sơ đồ EC.

Để khảo sát các tham số của tầng khuếch đại BC theo dòng xoay chiều ta sử dụng sơ đồ
tương đương hình 1-16b.

RV R E // rE  (1   ).rB 

(1-55)

Từ (1-55) ta thấy điện trở vào của tầng được xác định chủ yếu bằng điện trở r E vào khoảng
(1050). Điện trở vào nhỏ là nhược điểm cơ bản của tầng BC vì tầng đó sẽ là tải lớn đối với
nguồn tín hiệu vào.
+EC
IC
IC
.
Đối với thành phần xoay
là:  
và 
RCchiều thìRhệ số khuếch đại dòng Iđiện của tranzito
<<
I
IV
I
1
E
E
E
E
C
CP2
<1. Hệ Isố khuếch

đại
dòng
của
tầng
là:
C
V
P
rE
rC I
Rn
C
R
//
R
C R t
T
1
Rn
K . IB
t
(1-56)
U R E IB r
Rt U r
RC
REi
Rt
B
uV
En  V

I1
Ur
En 
R2
CB
23
B

a.

Hình 1-16: a. Sơ đồ khuyếch đại BC
b. Sơ đồ thay thế

b.


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Hệ số khuếch đại điện áp:

K u .

R C // R t
Rn  RV

(1-57)

Từ (1-57) ta thấy khi giảm điện trở trong của nguồn tín hiệu vào sẽ làm tăng hệ số khuếch
đại điện áp.
Điện trở ra của tầng BC là:

Rr  RC // rC ( E )  RC

(1-58)

Cần chú ý rằng đặc tuyến tĩnh của tranzito mắc BC có độ tuyến tính lớn nên tranzito có thể
dùng với điện áp cực góp lớn hơn sơ đồ EC. Chính vì vậy tầng khuếch đại BC được dùng khi cần
có điện áp ở đầu ra lớn.

1.5. TẦNG KHUẾCH ĐẠI ĐẢO PHA
Tầng đảo pha dùng để khuếch đại tín hiệu và cho ra hai tín hiệu có biên độ bằng nhau
nhưng pha lệch nhau 1800 (hay ngược pha nhau).
Sơ đồ tầng khuếch đại đảo pha chia tải vẽ ở hình 1-17a. Tín hiệu lấy ra từ cực phát và cực góp
của tranzito. Tín hiệu ra U r 2 lấy từ cực phát đồng pha với tín hiệuvào
U UV còn tín hiệu ra U r1 lấy từ
V

cực góp ngược pha với tín hiệu vào. Dạng tín hiệu vẽ trên
b) hình 1-17b, c, d.
+EC
Ta sẽ khảo
R1 sát chỉ
RC tiêu của tầng tính tương tự như tầng CC.
0
R V R 1 //CRP22 // rB  (1  ).( rE  R E // R t 2 ) 
(1-59)
Ur2
CP1
T
hoặc tính gần đúng:

c)
ˆ
Rn
CP3 R
U
U
r 2 (1-60)
R V (1  ).(rE t  R E //r1R t 2 )
UV R2
UC0
1
RE

En
Ur2
Rt
0
_
Ur
a)
2
d)
ˆ
U
24
r1
Hình 1-17: a) Sơ đồ tầng đảo pha
b) c) d) Biểu đồ thời gian

t

t

UC0
t
0


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito

Hệ số khuếch đại điện áp ở đầu ra 1 xác định tương tự như sơ đồ EC, còn ở đầu ra 2 xác
định tương tự như sơ đồ CC.

K u1 .

(R C // R t1 )
Rn  RV

K u 2 (1  ).

(1-61)

( R E // R t 2 )
Rn  RV

(1-62)

Nếu chọn RC=RE và có R t1 R t 2 thì

+EC

giá trị hệ số khuếch đại K u1 gần đúng bằng

R1

K u 2 và sơ đồ này còn gọi là mạch đảo pha
chia tải.
Tầng đảo pha cũng có thể dùng biến
áp, sơ đồ nguyên lý như hình 1-18.
Hai tín hiệu lấy ra từ hai nửa cuộn thứ
cấp có pha lệch nhau 1800 so với điểm 0.
Khi hai nửa cuộn thứ cấp có số vòng
bằng nhau thì hai điện áp ra sẽ bằng nhau.
Mạch này có hệ số khuếch đại lớn, dễ dàng
thay đổi cực tính của điện áp ra và còn có tác
dụng phối hợp trở kháng nhưng cồng kềnh,
nặng nề và méo lớn nên hiện nay ít được dùng.

CP

L1

L2

Ur1
Ura2

T

Rn

En



UV

R2

RE

CE
_

Hình 1-18: Sơ đồ tầng đảo pha dùng biến áp

1.6. CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN DÙNG TRANZITO TRƯỜNG(FET).
Nguyên lý xây dựng tầng khuếch đại dùng tranzito trường cũng giống như tầng dùng
tranzito lưỡng cực. Điểm khác nhau là tranzito trường điều khiển bằng điện áp. Khi chọn chế độ
25


Chương 1: Mạch khuếch đại Tranzito
tĩnh của tầng dùng tranzito trường cần đưa tới đầu vào (cực cửa G) một điện áp một chiều có giá
trị và cực tính cần thiết.
1.6.1. Tầng khuếch đại cực nguồn chung (SC)
Sơ đồ khuếch đại SC dùng MOSFET có kênh n đặt sẵn cho trên hình 1-19a.
Tải RD được mắc vào cực máng D, các điện trở R 1, RG, RS dùng để xác lập UGS0 ở chế độ
tĩnh. Điện trở RS sẽ tạo ra hồi tiếp âm dòng điện một chiều để ổn định chế độ tĩnh khi thay đổi
nhiệt độ và do tính tản mạn của tham số tranzito. Tụ C S dùng để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều.

Tụ CP1 để ghép tầng với nguồn tín hiệu vào. Nguyên tắc chọn chế độ tĩnh cũng giống như sơ đồ
tranzito lưỡng cực hình 1-12. Công thức (1-24) và (1-25) dùng để chọn chế độ tĩnh, ở đây có thể
viết dưới dạng:


(1-63)

U DS0  U r  U DS


(1-64)

I D0  I D
ID

PDMax

IDMax
D

+E
D

ID

CP1
Rn
En 

R1

ID0
T

V

UG

CP2



ID

UDS

UGS0
U

B

RD

RG US0
IS0

R

0

Ur

I

RS CS

1

UDS0

UDS
U0S

0

a)
Hình 1-19:

UGS

ID0

i
t

P

I1

C

US0+URD

A

UPMax

UDS

Uˆr
Ur

b)

a) Sơ đồ tầng khuyếch đại SC.

b) Đồ thị xác định chế độ tĩnh.
Điểm làm việc tĩnh P dịch chuyển theo đường tải một chiều sẽ qua điểm A và B (hình 119b). Đối với điểm A: IDS = 0, UDS = +ED, đối với điểm B: U DS= 0, ID = ED/(RD+RS). Điện trở tải
xoay chiều xác định theo Rt= RD//Rt. Trong bộ khuếch đại nhiều tầng thì tải của tầng trước chính
là mạch vào của tầng sau có điện trở vào R V đủ lớn. Trong những trường hợp như vậy thì tải xoay
chiều của tầng xác định chủ yếu bằng điện trở R D được chọn tối thiểu cũng nhỏ hơn R V một bậc
nữa. Chính vì vậy đối với tầng tiền khuếch đại thì độ dốc của đường tải xoay chiều (đường C-D)
26