Tài liệu Chương 4: Phân tích và thiết kế mạch tín hiệu nhỏ tần số thấp ppt

Chương 4 1
Chương 4: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ MẠCH TÍN HIỆU NHỎ TẦN SỐ THẤP
4.1 Giới thiệu
4.2 Các thông số Hybrid
4.3 Cấu hình E chung (Common Emitter – CE)
4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB)
4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC)
4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 2
4.1 Giới thiệu
9 Phương pháp đồ thò
9 Tín hiệu nhỏ
9 Mô hình mạch tương đương tín hiệu nhỏ
4.2 Các thông số Hybrid
x Mạng hai cửa: v
1
, i
1
, v
2
, i
2
x Các thông số đặc trưng: Trở kháng (impedance); dẫn nạp (admittance), hybrid, …
x Các thông số hybrid:
2121111
vhihv 
2221212
vhihi 
Với TST:

211
vhihv
r
i

212
vhihi
of


Đònh nghóa
:
0
2
1
1


v
i
v
h
i
= Trở kháng ngõ vào khi ngõ ra ngắn mạch
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 3
0
1
2

1


i
v
v
h
r
= Độ lợi điện áp ngược (reverse voltage gain) khi ngõ vào hở mạch
0
2
1
2


v
i
i
h
f
= Độ lợi dòng thuận (forward current gain) khi ngõ ra ngắn mạch
0
1
2
2


i
v
i

h
o
= Dẫn nạp ngõ ra khi ngõ vào hở mạch
Lưu ý
: - v
1
, i
1
, v
2
, i
2
, là các đại lượng tín hiệu nhỏ
- Các thông số hybrid h phụ thuộc vào tónh điểm Q của TST
- Các thông số hybrid h cho các cấu hình khác nhau (CE, CB, CC) được ký hiệu bằng
cách thêm vào các chỉ số thích hợp (e, b, c): Ví dụ: h
fe
là h
f
cho cấu hình CE, …
4.3 Cấu hình E chung (Common Emitter – CE)
Sử dụng nguyên lý xếp chồng
(Superposition):
- DC: Chương 2
- AC: Tín hiệu nhỏ: Biến đổi mạch
tương đương
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 4
Xác đònh các hệ số hybrid cho cấu hình CE:

x Độ lợi điện áp ngược h
re
: Thường rất nhỏ, bỏ qua.
x Dẫn nạp ngõ ra h
oe
:
Q
i
i
i
v
i
h
B
C
b
ce
c
oe
'
'



0
: Hệ số góc của đặc tuyến (i
C
,v
CE
) tại Q.

Thường h
oe
d 10
- 4
S, và (1/h
oe
) // R
L
(| 1 y 2K)  Bỏ qua h
oe
.
x Độ lợi dòng thuận h
fe
:
E
|
'
'

FE
B
C
b
c
fe
h
Q
i
i
Q

i
i
h
x Trở kháng ngõ vào h
ie
:
CQ
T
fe
E
BE
fe
B
BE
b
be
ie
I
V
mh
Q
i
v
h
Q
i
v
Q
i
v

h |
'
'
|
'
'

Mạch tương đương của TST:
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 5
Mạch tương đương của cấu hình CE:
Xác đònh các tham số của cấu hình CE:
Độ lợi dòng:

ieb
b
fe
i
b
b
L
i
L
i
hR
R
h
i
i

i
i
i
i
A


Trở kháng ngõ vào:
iebi
hRZ //
Trở kháng ngõ ra:
oe
o
h
Z
1

(Nếu bỏ qua h
oe
, Z
o
ov)
Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử h
fe
= h
FE
= 50. Xác đònh:
a) Tónh điểm Q
b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ, giả sử bỏ
qua h

oe
và h
re
c) Độ lợi dòng A
i
= i
L
/ i
i
d) Trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng
e) Trở kháng ngõ ra nhìn từ tải 1K
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 6
a) Tónh điểm Q:
424
5010
10



BB
V
V;
5010
5010

u

b

R = 8.3K
2.2
7.4
/



|



e
BEBB
be
BEBB
CQ
R
VV
RR
VV
I
E
= 1.5mA;
CQecCCCEQ
IRRV
V
)(  = 15V
b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:
5.1
25

50
25

CQ
feie
I
m
V
hh = 833:
Bỏ qua h
oe
và h
re
, mạch tương
đương tín hiệu nhỏ:
c) Độ lợi dòng A
i
:
i
b
b
L
i
L
i
i
i
i
i
i

i
A
;
L
c
c
b
L
RR
R
i
i

 )50(
= - 39.6;
ieib
ib
i
b
hrR
r
R
i
i


)//(
)//(
= 0.85  A
i

= (0.85)(-39.6) = - 34
d) Trở kháng ngõ vào:
iebii
hRrZ //// = 700:
e) Trở kháng ngõ ra:
Z
o
= R
C
= 3.8K
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 7
Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng của mạch khuếch đại trong ví dụ 1, giả sử: h
re
= 10
-4
và h
0e
= 10
-4
mho
Mạch tương đương:
Ngõ ra:
b
L
coe
coe
feL
i

RRh
R
h
hi


]//)/1[(
]//)/1[(
= - 36.7i
b
 v
ce
= R
L
i
L
= - 36.7u10
3
u i
b
Sử dụng KVL ngõ vào: v
b
= 830i
b
+ 10
-4
u v
ce
= (830 – 3.67)i
b

| 830i
b
Nhận xét 1
: nh hưởng của h
re
là không đáng kể
Sử dụng KCL ngõ vào:
bbbbbi
iiii
KK
vi 183.1
8300
1
10000
1
830
3.8
1
10
1

¸
¹
·
¨
©
§
 
¸
¹

·
¨
©
§

Suy ra:
 )183.1/1)(7.36(
i
b
b
L
i
L
i
i
i
i
i
i
i
A
-31
Nhận xét 2
: So sánh với ví dụ 1 (A
i
= -34), ảnh hưởng của h
oe
lên A
i
là không đáng kể.

0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 8
4.4 Cấu hình B chung (Common Base – CB)
x Các thông số hybrid:
v
eb
= h
ib
(-i
e
) + h
rb
v
cb
i
c
= h
fb
i
e
+ h
oe
v
cb
Lưu ý
: Chiều qui ước của i
e
, i
c

.
x Xác đònh các thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE
ie
eb
febfecbe
h
v
hihiii

   )1()1(
, suy ra:
9 Trở kháng ngõ vào h
ib
:
EQ
T
fe
ie
cb
e
eb
i
eb
ib
I
V
h
h
v
i

v
i
v
h





1
0
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 9
9 Độ lợi điện áp ngược h
rb
: h
rb
| 10
–4
: Thường bỏ qua.
9 Độ lợi dòng thuận h
fb
:
1
0


fe
fe
cb
e
c
fb
h
h
v
i
i
h
9 Dẫn nạp ngõ ra h
ob
: Sử dụng mạch tương đương CE có h
oe
:
Theo đònh nghóa:
0

e
cb
c
ob
i
v
i
h
Từ mạch CE: i
c

= - i
b
; i
hoe
= (h
fe
+1)i
b
 v
cb
= v
ce
+ v
eb
= (-i
b
)(h
fe
+ 1)(1/h
oe
) + (-i
b
)(h
ie
)
 v
cb
| (-i
b
)(h

fe
+ 1)(1/h
oe
) = (i
c
)(h
fe
+ 1)(1/h
oe
)

fe
oe
e
cb
c
ob
h
h
i
v
i
h




1
0
Nhận xét

: i) h
rb
và h
ob
thường rất nhỏ: Bỏ qua
ii) Các thông số hybrid CB (h
ib
, h
fb
, h
ob
) có được bằng cách lấy các thông số CE
tương ứng chia cho (1+h
fe
)
Ví dụ 3: a) Xác đònh các thông số CB của ví dụ 1, cho 1/h
oe
= 10K.
b) TST trên được sử dụng trong cấu hình CB với r
i
= 100; R
L
= 5K. Xác đònh độ lợi
dòng A
i
; áp A
v
, trở kháng vào Z
i
; ra Z

o
a) Từ ví dụ 1: h
fe
= 50; h
ie
= 0.83K; h
oe
= 10
–4
mho; h
re
= 0.
Suy ra:
98.0
1



fe
fe
fb
h
h
h
;
fe
ie
ib
h
h

h


1
= 16:;
fe
oe
ob
h
h
h


1
= 2u10
-6
; h
rb
= 0.
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 10
b) Mạch tương đương:
¸
¹
·
¨
©
§





16100
100
5500
500
)98.0(
i
L
i
i
i
A
= 0.83
i
L
i
L
i
L
v
i
i
r
R
v
v
A
= 41.5

Z
i
= 16:
Z
0
= 500K
4.5 Cấu hình C chung (Common Collector – CC) (Mạch Emitter Follower - EF)
x Tính chất: - Độ lợi áp A
v
| 1
- Trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ ra nhỏ: Impedance transformer
x Phân tích: - Mạch tương đương dùng thông số hybrid cấu hình CC.
- Biến đổi tương đương sử dụng thông số hybrid cấu hình CE.
Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE:
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 11
9 Nhìn từ cực B:
v
b
= v
be
+ i
e
R
e
. Do v
be
= i
b

h
ie
và i
e
R
e
= (h
fe
+ 1)i
b
R
e

>
@
efebiebb
Rhihiv )1(   Mạch tương đương (chuẩn i
b
)

>
@
>@
»
¼
º
«
¬
ª



»
¼
º
«
¬
ª



efeiebi
efeieb
efeie
efe
i
e
v
RhhRr
RhhR
Rhh
Rh
v
v
A
)1(//
)1(//
)1(
)1(
và
efeiei

RhhZ )1( 
9 Nhìn từ cực E:
Biến đổi tương đương Thevenin ngõ vào:
Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE:
KVL:
ebeb
ii
vvirv 
,,
Do
1

fe
e
b
h
i
i
và
eib
fe
e
iebiebe
ih
h
i
hihv


1


eeibe
fe
i
i
vihi
h
r
v 
¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§


1
,
,
 Mạch tương đương (chuẩn i
e
)
0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 12

1

,


fe
i
ibo
h
r
hZ
Phản ánh trở kháng:
Phản ánh từ Emitter o Base
(chuẩn i
b
)
Dòng / (h
fe
+ 1) (Ví dụ: i
e
o i
e
/(h
fe
+ 1))
Trở kháng u (h
fe
+ 1) (Ví dụ: R
e
o R
e
(h

fe
+ 1))
p: Không đổi (Ví du: v
e
o v
e
)
Phản ánh từ Base o Emitter
(chuẩn i
e
)
Dòng u (h
fe
+ 1) (Ví dụ: i
b
o i
b
(h
fe
+ 1))
Trở kháng / (h
fe
+ 1) (Ví dụ: r’
i
o r’
i
/ (h
fe
+ 1))
p: Không đổi

Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh
trở kháng
Biến đổi mạch tương đương:
>@
efeie
i
i
Lc
c
fei
Rhhr
r
RR
R
hA
)1(
,
,



0ҥFKÿLӋQWӱ

Chương 4 13
Ví dụ 5: Tính v
1
và v
2
của mạch đảo pha (phase inverter) sau:
Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B  Mạch tương đương (b)


)1()//(
)1(
1




feeiebi
fee
ib
b
i
hRhRr
h
R
rR
R
vv
Dòng i
e
:
e
e
R
v
i
1



e
fbefbc
R
v
hihi
1

Ngõ ra cực C:
12
v
R
R
hRiv
e
c
fbcc
 
Nếu chọn h
fb
R
c
(| R
c
) = R
e
 v
2
= - v
1
: Đảo pha.

4.6 Tóm tắt các thông số cơ bản trong ba cách mắc BJT
<Xem TLTK [1], [2]>
0ҥFKÿLӋQWӱ