Bài giảng Mạch điện tử 1 - Chương 4: Phân tích & thiết kế mạch tín hiệu nhỏ tần số thấp

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

Chöông 4: PHAÂN TÍCH & THIEÁT KEÁ MAÏCH TÍN HIEÄU NHOÛ TAÀN SOÁ THAÁP

4.1 Giôùi thieäu

4.2 Caùc thoâng soá Hybrid

4.3 Caáu hình E chung (Common Emitter – CE)

4.4 Caáu hình B chung (Common Base – CB)

4.5 Caáu hình C chung (Common Collector – CC)

4.6 Toùm taét caùc thoâng soá cô baûn trong ba caùch maéc BJT

Chöông 4

1

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

4.1 Giôùi thieäu

9 Phöông phaùp ñoà thò

9 Tín hieäu nhoû

9 Moâ hình maïch töông ñöông tín hieäu nhoû

4.2 Caùc thoâng soá Hybrid

x Maïng hai cöûa: v₁, i₁, v₂, i₂

x Caùc thoâng soá ñaëc tröng: Trôû khaùng (impedance); daãn naïp (admittance), hybrid, …

x Caùc thoâng soá hybrid:

v₁ h₁₁i₁ꢀ h₁₂v₂

i₂ h₂₁i₁ꢀ h₂₂v₂

Vôùi TST:

v₁ h_ii₁ꢀ h_rv₂

i₂ h _fi₁ꢀ h_ov₂

Ñònh nghóa:

v₁

i₁

h_i

= Trôû khaùng ngoõ vaøo khi ngoõ ra ngaén maïch

v₂ 0

Chöông 4

2

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

v₁

v₂

i₂

i₁

i₂

h_r

h _f

h_o

= Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc (reverse voltage gain) khi ngoõ vaøo hôû maïch

i₁ 0

v₂ 0 ^{= Ñoä lôïi doøng thuaän (forward current gain) khi ngoõ ra ngaén maïch}

= Daãn naïp ngoõ ra khi ngoõ vaøo hôû maïch

i₁ 0

v₂

Löu yù: - v₁, i₁, v₂, i₂, laø caùc ñaïi löôïng tín hieäu nhoû

- Caùc thoâng soá hybrid h phuï thuoäc vaøo tónh ñieåm Q cuûa TST

- Caùc thoâng soá hybrid h cho caùc caáu hình khaùc nhau (CE, CB, CC) ñöôïc kyù hieäu baèng

caùch theâm vaøo caùc chæ soá thích hôïp (e, b, c): Ví duï: h_felaø h_fcho caáu hình CE, …

4.3 Caáu hình E chung (Common Emitter – CE)

Söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng

(Superposition):

- DC: Chöông 2

- AC: Tín hieäu nhoû: Bieán ñoåi maïch

töông ñöông

Chöông 4

3

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

Xaùc ñònh caùc heä soá hybrid cho caáu hình CE:

x Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc h_re: Thöôøng raát nhoû, boû qua.

i_c

v_ce

'i_C

'i_B

x Daãn naïp ngoõ ra h_oe: h_oe

: Heä soá goùc cuûa ñaëc tuyeán (i_C,v_CE) taïi Q.

i_b 0

Q

Thöôøng h_oed 10^{- 4}S, vaø (1/h_oe) // R_L(| 1 y 2K) Boû qua h_oe.

i_c

i_b

'i_C

'i_B

x Ñoä lôïi doøng thuaän h_fe: h _fe

| h_FE E

Q

v_be

i_b

'v_BE

'i_B

'v_BE

Q

'i_E

V_T

I_CQ

x Trôû khaùng ngoõ vaøo h_ie: h_ie

| h _fe

| mh _fe

Q

Maïch töông ñöông cuûa TST:

Chöông 4

4

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

Maïch töông ñöông cuûa caáu hình CE:

Xaùc ñònh caùc tham soá cuûa caáu hình CE:

i_b

R_b

R_bꢀ h_ie

i_Li_L

ꢁ

ꢂ

Ñoä lôïi doøng: A

ꢃ h _fe

i

i_ii_bi_i

Trôû khaùng ngoõ vaøo: Z_i R_b//h_ie

1

h_oe

Trôû khaùng ngoõ ra: Z_o

(Neáu boû qua h_oe, Z_oov)

Ví duï 1: Cho maïch sau, giaû söû h_fe= h_FE= 50. Xaùc ñònh:

a) Tónh ñieåm Q

b) Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû, giaû söû boû

qua h_oevaø h_re

c) Ñoä lôïi doøng A_i= i_L/ i_i

d) Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng

e) Trôû khaùng ngoõ ra nhìn töø taûi 1K

Chöông 4

5

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

a) Tónh ñieåm Q:

10

10u50

10 ꢀ 50

V_BB

24 4V; R_b

= 8.3K

10 ꢀ 50

V_BBꢃV_BEV_BBꢃV_BE

4 ꢃ.7

I_CQ

|

= 1.5mA; V_CEQ V_CCꢃ (R_cꢀ R_e)I_CQ= 15V

R_eꢀ R_b/ E

R_e

2.2

b) Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû:

25mV

I_CQ

25

1.5

h_ie h _fe

50

= 833:

Boû qua h_oevaø h_re, maïch töông

ñöông tín hieäu nhoû:

c) Ñoä lôïi doøng A_i:

i_b

i_Li_L

A

;

i

i_ii_bi_i

R_c

R_cꢀ R_L

i_b

(R_b// r )

i_L

i_b

i

(ꢃ50)

= - 39.6;

= 0.85 A_i= (0.85)(-39.6) = - 34

i_i(R_b// r ) ꢀ h_ie

i

d) Trôû khaùng ngoõ vaøo:

Z_i r // R_b// h_ie= 700:

i

e) Trôû khaùng ngoõ ra:

Z_o= R_C= 3.8K

Chöông 4

6

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

Ví duï 2: Tìm ñoä lôïi doøng cuûa maïch khueách ñaïi trong ví duï 1, giaû söû: h_re= 10^-4vaø h_0e= 10^-4mho

Maïch töông ñöông:

[(1/ h_oe) // R_c]

Ngoõ ra: i_L ꢃh

i_b= - 36.7i_b

^fe[(1/ h_oe) // R_c] ꢀ R_L

v_ce= R_Li_L= - 36.7u10³u i_b

Söû duïng KVL ngoõ vaøo: v_b= 830i_b+ 10^-4u v_ce= (830 – 3.67)i_b| 830i_b

Nhaän xeùt 1: Aûnh höôûng cuûa h_relaø khoâng ñaùng keå

1

§

¨

©

·

¸

¹

§

¨

©

·

¸

¹

Söû duïng KCL ngoõ vaøo: i_i v_b

ꢀ

ꢀ i 830i

ꢀ

ꢀ i 1.183i

b b

b

10K 8.3K

10000 8300

i

i_Li_{L b}

Suy ra: A

(ꢃ36.7)(1/1.183) -31

i

i_ii_bi_i

Nhaän xeùt 2: So saùnh vôùi ví duï 1 (A_i= -34), aûnh höôûng cuûa h_oeleân A_ilaø khoâng ñaùng keå.

Chöông 4

7

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

4.4 Caáu hình B chung (Common Base – CB)

x Caùc thoâng soá hybrid:

v_eb= h_ib(-i_e) + h_rbv_cb

i_c= h_fbi_e+ h_oev_cb

Löu yù: Chieàu qui öôùc cuûa i_e, i_c.

x Xaùc ñònh caùc thoâng soá hybrid: Duøng maïch töông ñöông CE

ꢃ v_eb

h_ie

i_e i_bꢀ i_c (1ꢀ h _fe)i_b (1ꢀ h _fe)

, suy ra:

v_ebv_eb

h_ie

h _feꢀ1 I_EQ

V_T

9 Trôû khaùng ngoõ vaøo h_ib: h_ib

v_cb 0

ꢃ i_e

i_i

Chöông 4

8

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

9 Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc h_rb: h_rb| 10 ^–4: Thöôøng boû qua.

h _fe

i_c

i_e

9 Ñoä lôïi doøng thuaän h_fb: h _fb

v_cb 0

h _feꢀ1

9 Daãn naïp ngoõ ra h_ob: Söû duïng maïch töông ñöông CE coù h_oe:

Töø maïch 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)

i_c

v_cb

h_oe

1ꢀ h_fe

h_ob

i_c

i_e 0

Theo ñònh nghóa: h_ob

i_e 0

v_cb

Nhaän xeùt: i) h_rbvaø h_obthöôøng raát nhoû: Boû qua

ii) Caùc thoâng soá hybrid CB (h_ib, h_fb, h_ob) coù ñöôïc baèng caùch laáy caùc thoâng soá CE

töông öùng chia cho (1+h_fe)

Ví duï 3: a) Xaùc ñònh caùc thoâng soá CB cuûa ví duï 1, cho 1/h_oe= 10K.

b) TST treân ñöôïc söû duïng trong caáu hình CB vôùi r_i= 100; R_L= 5K. Xaùc ñònh ñoä lôïi

doøng A_i; aùp A_v, trôû khaùng vaøo Z_i; ra Z_o

a) Töø ví duï 1: h_fe= 50; h_ie= 0.83K; h_oe= 10 ^–4mho; h_re= 0.

h _fe

h_ie

1ꢀ h _fe

h_oe

1ꢀ h _fe

Suy ra: h _fb

0.98; h_ib

= 16:; h_ob

= 2u10^-6; h_rb= 0.

1ꢀ h _fe

Chöông 4

9

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

b) Maïch töông ñöông:

i_L

i_i

500

100

§

©

·

¸

¹

A (ꢃ0.98)

ꢃ

= 0.83

¨

i

500 ꢀ 5 100 ꢀ16

v_LR_Li_L

A_v

= 41.5

v_i

r i_i

i

Z_i= 16:

Z₀= 500K

4.5 Caáu hình C chung (Common Collector – CC) (Maïch Emitter Follower - EF)

x Tính chaát: - Ñoä lôïi aùp A_v| 1

- Trôû khaùng ngoõ vaøo lôùn, trôû khaùng ngoõ ra nhoû: Impedance transformer

x Phaân tích: - Maïch töông ñöông duøng thoâng soá hybrid caáu hình CC.

- Bieán ñoåi töông ñöông söû duïng thoâng soá hybrid caáu hình CE.

Thay TST baèng maïch töông ñöông caáu hình CE:

Chöông 4

10

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

9 Nhìn töø cöïc B:

v_b= v_be+ i_eR_e. Do v_be= i_bh_ievaø i_eR_e= (h_fe+ 1)i_bR_e

>

@

v_b i_bh_ieꢀ i_b(h_feꢀ1)R_e Maïch töông ñöông (chuaån i_b)

>

@

ª (1ꢀ h _fe)R_eºª R_b// h_ieꢀ (1ꢀ h _fe)R_eº

v_e

v_i

A

«

¬

»«

h_ieꢀ (1ꢀ h _fe)R_er ꢀ R_b// h_ieꢀ (1ꢀ h _fe)R_e

vaø Z_i h_ieꢀ (h _feꢀ1)R_e

»

v

>

@

i

¼¬

¼

9 Nhìn töø cöïc E:

Bieán ñoåi töông ñöông Thevenin ngoõ vaøo:

Thay TST baèng maïch töông ñöông caáu hình CE:

KVL: v^, r^,i_bꢀ v_beꢀ v_e

i

i_e

Do i_b

vaø v_be h_iei_b h_ie

h_ibi_e

h _feꢀ1

r^,

§

·

,

i

¨

©

¸

¹

v_i

i_eꢀ h_ibi_eꢀ v_e Maïch töông ñöông (chuaån i_e)

h _feꢀ1

Chöông 4

11

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

r^,

i

Z_o h_ibꢀ

h _feꢀ1

Phaûn aùnh trôû khaùng:

Phaûn aùnh töø Emitter o Base (chuaån i_b)

Doøng / (h_fe+ 1) (Ví duï: i_eo i_e/(h_fe+ 1))

Trôû khaùng u (h_fe+ 1) (Ví duï: R_eo R_e(h_fe+ 1))

Aùp: Khoâng ñoåi (Ví du: v_eo v_e)

Phaûn aùnh töø Base o Emitter (chuaån i_e)

Doøng u (h_fe+ 1) (Ví duï: i_bo i_b(h_fe+ 1))

Trôû khaùng / (h_fe+ 1) (Ví duï: r’_io r’_i/ (h_fe+ 1))

Aùp: Khoâng ñoåi

Ví duï 4: Phaân tích maïch sau duøng phaûn aùnh

trôû khaùng

Bieán ñoåi maïch töông ñöông:

r^,

R_c

R_cꢀ R_L

i

A ꢃh _fe

i

,

>

@

r ꢀ h_ieꢀ (h _feꢀ1)R_e

i

Chöông 4

12

http://www.khvt.com

0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ

Ví duï 5: Tính v₁vaø v₂cuûa maïch ñaûo pha (phase inverter) sau:

Phaûn aùnh trôû khaùng cöïc E leân maïch cöïc B Maïch töông ñöông (b)

R_e(h _feꢀ1)

R_b

v₁ v_i

R_bꢀ r (r // R_b) ꢀ h_ieꢀ R_e(h _feꢀ1)

i

v₁

R_e

v₁

R_e

Doøng i_e: i_e

i_c h _fbi_e h _fb

R_c

R_e

Ngoõ ra cöïc C: v₂ ꢃi_cR_c ꢃh _fb

v₁

Neáu choïn h_fbR_c(| R_c) = R_e v₂= - v₁: Ñaûo pha.

4.6 Toùm taét caùc thoâng soá cô baûn trong ba caùch maéc BJT

Chöông 4

13

http://www.khvt.com