›
›

Bài giảng Mạch điện tử 1

pdf 164 trang hapham 100
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạch điện tử 1", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mach_dien_tu_1.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạch điện tử 1

  1. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1 Moân hoïc: MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ 1 Tín chæ: 3 Thôøi löôïng: 42 Lyù thuyeát + 28 Baøi taäp 1. Muïc tieâu: Cung caáp cho SV caùc kieán thöùc cô baûn veà maïch ñieän töû: - Giôùi thieäu, tìm hieåu caùc tính chaát, hoaït ñoäng cuûa caùc linh kieän ñieän töû nhö Diode, Transistor. - Laøm quen vôùi caùc phöông phaùp phaân tích, thieát keá maïch ñieän töû. Nghieân cöùu caùc caáu hình maïch thöôøng gaëp. Tính toaùn, thieát keá caùc maïch ñieän töû döïa treân caùc yeâu caàu cho tröôùc. - Söû duïng caùc phaàn meàm moâ phoûng maïch ñieän töû. 2. Giaùo trình vaø Taøi lieäu tham khaûo (TLTK): Giaùo trình: 1. Leâ Tieán Thöoøng, Giaùo Trình Maïch Ñieän Töû 1, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2000. TLTK: 2. Schilling D. et al., Electronic circuits: Discrete and Integrated, McGraw- Hill Inc., 1968, 1992. 3. Savant C. et al., Electronic design: Circuits and Systems, Redwood City, CA, The Benjamin/Cummings Publishing Inc., 1987, 1991. 3. Chöông trình: Chöông 1: Diode baùn daãn Chöông 2: Transistor hai lôùp tieáp giaùp BJT Chöông 3: OÅn ñònh phaân cöïc cho BJT (Chöông naøy SV töï xem TLTK) Chöông 4: Phaân tích vaø thieát keá maïch tín hieäu nhoû taàn soá thaáp Chöông 5: Maïch transistor gheùp lieân taàng Chöông 6: Transistor hieäu öùng tröôøng FET Chöông 7: Maïch khueách ñaïi hoài tieáp 4. Baøi taäp, kieåm tra vaø thi: Baøi taäp lôùn cuoái khoùa : Thieát keá moät maïch cho tröôùc theo yeâu caàu cuûa giaûng vieân. Thi: Giöõa hoïc kyø : Chöông 1 o 4 Cuoái kyø : Chöông 1 o 7
  2. 0ҥFKÿLӋQWӱ KYÙ HIEÄU Giaù trò taïi tónh ñieåm Q (quiescent-point): IEQ, VCEQ Giaù trò moät chieàu (DC): IE, VCE Toång giaù trò töùc thôøi: iE, vCE Giaù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn thay ñoåi theo thôøi gian: ie, vce iE I E  ie Chöông 1 1
  3. 0ҥFKÿLӋQWӱ CHÖÔNG 1: DIODE BAÙN DAÃN 1.1 Giôùi thieâu 1.2 Vaät lieäu baùn daãn 1.3 Diode baùn daãn thoâng thöôøng 1.4 Chænh löu 1.5 Phaân tích maïch Diode 1.6 Maïch xeùn (Clippers) vaø maïch ghim ñieän aùp (Clampers) 1.7 Diode Zener 1.8 Caùc loaïi Diode khaùc 1.9 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø caùc thoâng soá kyõ thuaät Chöông 1 2
  4. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.1 GIÔÙI THIEÄU x Diode laø moät linh kieän ñieän töû phi tuyeán ñôn giaûn nhaát. x Caùc loaïi diode: Diode chaân khoâng, Diode khí, Diode chænh löu kim loaïi, Diode baùn daãn, vv. x Diode baùn daãn: Caáu taïo vaø tính chaát. Phöông phaùp phaân tích maïch. ÖÙng duïng. 1.2 VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN Caùc vaät lieäu baùn daãn thöôøng duøng: x Silicon (Si) x Germanium (Ge) x Gallium Arsenide (GaAs) Chöông 1 3
  5. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.2.1 Caáu truùc nguyeân töû vaø caáu truùc tinh theå Chöông 1 4
  6. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.2.2 Söï daãn ñieän x Caùc möùc naêng löôïng x Söï daãn ñieän trong chaát baùn daãn Doøng khueách taùn (diffusion current): Khi coù söï thay ñoåi maät ñoä electron (hole) Doøng chaûy (drift current): Khi coù ñieän tröôøng ngoaøi Chöông 1 5
  7. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.2.3 Baùn daãn loaïi p vaø baùn daãn loaïi n x “Doping”: Laø quaù trình ñöa vaøo chaát baùn daãn caùc chaát khaùc caàn thieát. x Baùn daãn loaïi p 9 Chaát ñöa vaøo: Chaát nhaän (acceptor material). Ví duï: Boron (III) 9 Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng 9 Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Loã troáng (positive): p-type material Chöông 1 6
  8. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Baùn daãn loaïi n 9 Chaát ñöa vaøo: Chaát cho (donor material). Ví duï: Phosphorus (V) 9 Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng 9 Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Electron (negative): n-type material Chöông 1 7
  9. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.3 DIODE BAÙN DAÃN THOÂNG THÖÔØNG 1.3.1 Caáu truùc cuûa Diode baùn daãn x Caáu truùc vaø kyù hieäu x Lôùp tieáp xuùc pn (pn junction) Chöông 1 8
  10. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Söï phaân cöïc cuûa Diode (bias) 1.3.2 Quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa Diode x Diode lyù töôûng iD ri + vi vD _ 9 vi > 0: iD > 0 vaø vD = 0 (Diode ngaén maïch: short circuit) 9 vi < 0: vD < 0 vaø iD = 0 (Diode hôû maïch: open circuit) Chöông 1 9
  11. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ñaëc tuyeán Volt-Ampere (VA) cuûa Diode v qvD D mkT mVT iD Io (e 1) Io (e 1) Io: Doøng phaân cöïc nghòch baõo hoøa (reverse saturation current), A vD mVT q = 1,6E-19 C Ioe k = 1,38E-23 J/ oK: Haèng soá Boltzmann T: Nhieät ñoä tuyeät ñoái, oK m: 1d m d 2: Haèng soá thöïc nghieäm kT VT | 25 mV, taïi nhieät ñoä phoøng q (27 oC) vD mVT 9 Phaân cöïc thuaän (vD > 0): Khi vD !! mVT : iD | Ioe 9 Phaân cöïc nghòch (vD < 0): Khi vD !! mVT : iD | Io Chöông 1 10
  12. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Diode thöïc teá vaø Xaáp xæ tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn (piecewise- linear approximation) 1.3.3 Maïch ñieän töông ñöông cuûa Diode 1.3.4 Caùc phöông phaùp phaân tích maïch duøng Diode Chöông 1 11
  13. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.4 CHÆNH LÖU (Rectification) Chænh löu laø quaù trình chuyeån ñoåi töø tín hieäu xoay chieàu (ac) thaønh tín hieäu moät chieàu (dc). Löu yù: Caùc ví duï trong phaàn naøy söû duïng ñaëc tuyeán Diode lyù töôûng. 1.4.1 Chænh löu baùn soùng (Half-wave rectification) v i ri + D _ D 1 Ideal diode + vi = Vimcos(Zot) RL 9 vL _ Nguoàn (Source) Taûi (Load) vi  vD x Ñònh luaät Kirchhoff veà ñieän aùp (KVL): iD ri  RL vi vi RL vi > 0: vD = 0 (Diode ngaén maïch), iD , vL RLiD ri  RL ri  RL vi < 0: Diode hôû maïch: iD 0, vL RLiD 0 Chöông 1 12
  14. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ñieän aùp treân taûi vL (Chænh löu baùn soùng): x Phaân tích tín hieäu chænh löu baùn soùng: 1 V V v (t)dt Lm Giaù trò trung bình: L,dc ³ L T T S § 1 1 2 2 · Khai trieån Fourier: vL (t) VLm ¨  cosZot  cos 2Zot  cos 4Zot  ¸ ©S 2 3S 15S ¹ Chöông 1 13
  15. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Loïc (filter) tín hieäu chænh löu baùn soùng: 9 Maïch loïc duøng ñeå loïc boû caùc haøi xoay chieàu (harmonics) nhaèm giöõ laïi thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu vL(t): Loïc thoâng thaáp (lowpass filter – LPF). 9 Caùc daïng maïch loïc cô baûn: R R L R L C C C C (a) (b) (c) 9 Giaû söû duøng maïch loïc (a) vôùi RC = 100/Zo vaø R >> RL. Bieân ñoä ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch loïc taïi taàn soá nZo (nt1) laø: VLn VLn Von | 2 100n 1 nZo RC vôùi VLn laø bieân ñoä ñieän aùp ngoõ vaøo cuûa maïch loïc taïi taàn soá nZo. Söû duïng nguyeân lyù choàng chaäp, ñieän aùp ngoõ ra: Chöông 1 14
  16. 0ҥFKÿLӋQWӱ § 1 1 1 1 · vo (t) | VLm ¨  sinZot  sin 2Zot  sin 4Zot  ¸ ©S 200 300S 3000S ¹ 9 Ñoä gôïn soùng (Ripple factor): VLm Thaønh phaàn DC: VL,dc S § 1 1 · Thaønh phaàn gôïn soùng: vr VLm ¨ sinZot  sin 2Zot  ¸ © 200 300S ¹ Giaù trò hieäu duïng (rms) cuûa thaønh phaàn gôïn soùng: 1/ 2 ­1 2 ½ §VLm · 1 1 VLm (vr )rms { vr (t) dt   | ®T ³ >@¾ ¨ 2 ¸ 2 2 280 ¯ T ¿ © ¹ (200) (300S ) (vr )rms S Ñoä gôïn soùng { | 0.011 VL,dc 280 “Nothing is difficult to those who have the will.” - Dutch Poet's Society Chöông 1 15
  17. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.4.2 Chænh löu toaøn soùng (Full-wave rectification) Ri D1 5 1 1 _ 1 + D4 D1 6 9 4 -+2 vi vL vi RL vL 4 RL Ri D2 _ 8 D3 D2 + 1 3 x Hoaït ñoäng vaø ñieän aùp ra treân taûi vL (Chænh löu toaøn soùng) Chöông 1 16
  18. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Phaân tích tín hieäu chænh löu toaøn soùng 2VLm Giaù trò trung bình: VL,dc S § 2 4 4 · Khai trieån Fourier: vL (t) VLm ¨  cos 2Zot  cos 4Zot  ¸ ©S 3S 15S ¹ x Loïc tín hieäu chænh löu toaøn soùng Giaû söû duøng maïch loïc nhö ôû phaàn chænh löu baùn soùng, ñieän aùp ngoõ ra: § 2 2 1 · vo (t) VLm ¨  sin 2Zot  sin 4Zot  ¸ ©S 300S 1500S ¹ VLm Giaù trò hieäu duïng cuûa thaønh phaàn gôïn soùng: (vr )rms | 210S 1 Ñoä gôïn soùng | 0.0024 420 Chöông 1 17
  19. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.4.3 Maïch loïc (Filtering) D1 5 1 + vi 6 C R vo 4 L D2 _ 8 x Hoaït ñoäng Tuï C ñöôïc naïp nhanh ñeán giaù trò Vmax cuûa ñieän aùp vo(t). t  RLC Khi vo(t) giaûm, tuï C phoùng ñieän qua RL vôùi quy luaät: vo (t) Vmaxe Quaù trình tuaàn hoaøn vôùi taàn soá cuûa ñieän aùp chænh löu fp: f p 2 fo : Chænh löu toaøn soùng f p fo : Chænh löu baùn soùng vôùi fo: Taàn soá cuûa nguoàn vi. Chöông 1 18
  20. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Phaân tích vaø tính toaùn maïch Xaáp xæ tín hieäu ngoõ ra baèng daïng soùng raêng cöa (sawtooth wave) Vmax Tuï C: C 'Vf p RL Vmax Vmin Ñieän aùp gôïn soùng hieäu duïng: (vr )rms 2 3 Chöùng minh: 1.4.4 Maïch nhaân ñoâi ñieän aùp (Voltage-doubling circuit) x Ví duï 1: (Nhaân ñoâi ñieän aùp moät baùn chu kyø) C1 D2 1 5 + + D1 C2 vS 4 8 9 Baùn kyø aâm cuûa vS: C1 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax 9 Baùn kyø döông cuûa vS: Ñieän aùp choàng chaäp cuûa C1 vaø vS naïp ñieän cho C2 qua D2 ñeán ñieän aùp 2VSmax Chöông 1 19
  21. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ví duï 2: (Nhaân ñoâi ñieän aùp hai baùn chu kyø) + D1 D2 RL 1 5 _ vS 4 8 ++C2 C1 9 Baùn kyø döông cuûa vS: C2 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C1 (ñöôïc naïp töø baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D1 9 Baùn kyø aâm cuûa vS: C1 naïp ñieän qua D2 ñeán ñieän aùp VSmax Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C2 (ñöôïc naïp töø baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D2 1.4.5 Nhaân taàn soá (Frequency multiplication) 9 Maïch chænh löu taïo ra tín hieäu (haøi – harmonics) taïi caùc taàn soá: nZo. 9 Söû duïng maïch loïc thích hôïp ñeå taùch laáy thaønh phaàn haøi caàn thieát. Chöông 1 20
  22. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.5 PHAÂN TÍCH MAÏCH DIODE Löu yù: Caùc ví duï trong phaàn naøy söû duïng ñaëc tuyeán Diode thöïc 1.5.1 Maïch Diode ñôn giaûn – Ñöôøng taûi moät chieàu (DC Load Line) ri iD iD _ + vD + + RT Diode hoaëc vi RL vL vD caùc phaàn töû _ vT _ phi tuyeán Maïch töông ñöông Thevenin cuûa phaàn tuyeán tính x Phöông phaùp ñoà thò 9 Phaàn töû phi tuyeán ñöôïc theå hieän baèng ñaëc tuyeán VA: iD f (vD ) 9 Phaàn coøn laïi (tuyeán tính) ñöôïc thay theá baèng maïch töông ñöông 1 vT Thevenin: vD vT  iD RT hay: iD  vD  (DCLL) RT RT x Tìm ñieåm hoaït ñoäng (tónh ñieåm Q – quiescent point) Chöông 1 21
  23. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ñieän aùp töông ñöông Thevenin vT thay ñoåi (Ví duï: vT = VTmsinZt) Chöông 1 22
  24. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.5.2 Phaân tích tín hieäu nhoû – Ñieän trôû ñoäng (Dynamic resistance) x Tín hieäu nhoû Thaønh phaàn thay ñoåi (ac) cuûa tín hieäu laø raát nhoû so vôùi thaønh phaàn dc. vT Vdc  vi Vdc Vim sinZt vôùi Vim << Vdc x Phöông phaùp keát hôïp ñoà thò – phaân tích (graphical-analytical) Chöông 1 23
  25. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tín hieäu nhoû: Chuyeån truïc toaï ñoä veà Q: id iD  I DQ vd vD VDQ vd Tín hieäu nhoû: Xem ab laø ñoaïn thaúng ñi qua Q vaø coù phöông trình: id rd 'vD Ñieän trôû ñoäng (dynamic resistance): rd i ' D Q Chöông 1 24
  26. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Tính giaù trò ñieän trôû ñoäng vD mVT Töø phöông trình: iD | Ioe , giaù trò ñieän trôû ñoäng: 'vD wvD mVT m u 25(mV ) rd | i i I I ' D Q w D Q DQ DQ vôùi: IDQ: Doøng ñieän tónh ñieåm qua Diode x Maïch töông ñöông _ + rd VDQ RT RT I i Vdc DQ vi d (a) (b) 9 Maïch (a): Tìm tónh ñieåm Q (IDQ vaø VDQ), söû duïng phöông phaùp ñoà thò 9 Maïch (b): Tìm ñaùp öùng tín hieäu nhoû (id vaø vd), söû duïng ñieän trôû ñoäng vaø caùc ñònh luaät Kirchhoff 9 Duøng nguyeân lyù xeáp choàng ñeå tìm toång ñaùp öùng Chöông 1 25
  27. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Maïch ñieän coù thaønh phaàn ñieän khaùng - reactive elements (LC) Ví duï: ri + vD _ C vi = VimsinZt R1 RL Vdc Giaû söû: 1/CZ << RL vaø Vim << Vdc Maïch töông ñöông: _ ri + ri r VDQ d Vdc vi IDQ R1 R1 RL (a) (b) Chöông 1 26
  28. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.5.3 Ñöôøng taûi xoay chieàu (AC Load Line - ACLL) Xeùt ví duï treân ri + vD _ C vi = VimsinZt R1 RL Vdc Giaû söû: 1/CZ << RL vaø Vim << Vdc x Tín hieäu dc Ñieän trôû maïch töông ñöông Thevenin nhìn töø Diode: RTdc = ri + R1 1 1 Ñoä doác cuûa DCLL: slopedc =   RTdc ri  R1 x Tín hieäu nhoû (ac) Ñieän trôû maïch töông ñöông Thevenin nhìn töø Diode: RTac = ri + R1//RL 1 1 Ñoä doác cuûa ACLL: slopeac =   RTac ri  R1 // RL Chöông 1 27
  29. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Phaân tích ñoà thò 1.5.4 Phaân tích tín hieäu lôùn – Söï meùo daïng vaø dòch chuyeån tónh ñieåm 1.5.5 Phaân tích tuyeán tính hoaù töøng ñoaïn vaø maïch töông ñöông Chöông 1 28
  30. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.6 MAÏCH XEÙN VAØ MAÏCH GHIM ÑIEÄN AÙP 1.6.1 Maïch xeùn (Clippers) Maïch xeùn duøng ñeå loaïi boû tín hieäu naèm döôùi (hay treân) moät möùc chuaån (reference level) x Ví du 1: (Giaû söû Diode lyù töôûng) R vi vo VB x Ví duï 2: (Giaû söû Diode lyù töôûng) R vi vo VB Chöông 1 29
  31. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ví duï 3: (Giaû söû Diode lyù töôûng) R vi vo VB1 VB2 1.6.2 Maïch ghim ñieän aùp (Clampers) Maïch ghim ñieän aùp thöïc hieän vieäc di chuyeån tín hieäu (shifting operation) theo truïc Y vôùi ñoä dòch chuyeån phuï thuoäc vaøo daïng soùng ngoõ vaøo sao cho tín hieäu ngoõ ra luoân ñöôïc ghim (clamped) taïi moät giaù trò coá ñònh. x Ví duï: Giaû söû Diode lyù töôûng, RC >> T vaø Vm > VB C VC = Vm -VB R vi vo VB Chöông 1 30
  32. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.7 DIODE ZENER x Diode Zener: Hoaït ñoäng chuû yeáu trong vuøng phaân cöïc nghòch x Kyù hieäu vaø Ñaëc tuyeán VA 9 Phaân cöïc thuaän: Nhö Diode thoâng thöôøng 9 Phaân cöïc nghòch: IZ max t iZ t IZ min , vZ = VZ = constant VZ: Ñieän aùp Zener IZmax: Doøng phaân cöïc nghòch toái ña cuûa Diode Zener IZmin: Doøng phaân cöïc nghòch toái thieåu ñeå vZ = VZ, thöôøng IZmin = 0.1 IZmax PZmax = VZIZmax: Coâng suaát toái ña tieâu taùn treân Diode Zener x ÖÙng duïng: Thöôøng duøng ñeå taïo ñieän aùp chuaån (reference voltage) Chöông 1 31
  33. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.7.1 Maïch oån aùp duøng Diode Zener (Zener regulator) iR Ri iL + vS iZ V _ Z RL vS vaø iL: Khoâng oån ñònh x Muïc ñích: Thieát keá maïch sao cho Diode Zener hoaït ñoäng trong vuøng oån aùp (vuøng gaõy – breakdown region): IZmax t iZ t IZmin , vZ = VZ x Phaân tích: vS VZ vS VZ vS VZ Ri Ÿ iZ  iL iR iZ  iL Ri Ñeå IZmax t iZ t IZmin vôùi moïi giaù trò cuûa vS vaø iL: min(iZ) t IZmin vaø max(iZ) d IZmax VS min VZ Ÿ min(iZ )  I L max t IZ min Ri VS max VZ vaø max(iZ )  I L min d IZ max Ri Chöông 1 32
  34. 0ҥFKÿLӋQWӱ VS min VZ VS max VZ Ÿ t Ri t I L max  IZ min I L min  IZ max Vôùi yeâu caàu veà nguoàn (vS) vaø taûi (iL) cho tröôùc, ñeå choïn ñöôïc Ri caàn phaûi coù VS min VZ VS max VZ t , thöôøng choïn IZmin = 0.1 IZmax I L max  IZ min I L min  IZ max I L max (VS max VZ )  I L min (VS min VZ ) Ÿ Choïn Diode Zener sao cho: IZ max t VS min  0.9VZ  0.1VS max vaø: IZ max t I L max vaø: IZ min 0.1IZ max d I L min Ÿ IZ max d 10I L min x Thieát keá: Laøm theo thöù töï ngöôïc laïi ñeå xaùc ñònh IZmax cuûa Diode Zener vaø Ri x Ví duï 1: Thieát keá maïch oån aùp duøng Diode Zener: VZ = 10 V a) vS : 14 y 20 V vaø iL: 100 y 200 mA I L max (VS max VZ )  I L min (VS min VZ ) IZ max t 0.533A VS min  0.9VZ  0.1VS max vaø IZ max t I L max 0.2A Chöông 1 33
  35. 0ҥFKÿLӋQWӱ vaø IZ max d 10I L min 1A Choïn IZmax = 0.533A Ÿ Ri = 15.8 : Caàn xeùt ñeán coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi treân Ri vaø Diode Zener: 2 Treân Ri: PRimax = (VSmax – VZ) / Ri = 6.33 W Treân Diode Zener: PDiode = IZmaxVZ = 5.33 W b) vS : 10.2 y 14 V vaø iL: 20 y 200 mA I L max (VS max VZ )  I L min (VS min VZ ) IZ max t 4A VS min  0.9VZ  0.1VS max Khoâng thieát keá ñöôïc !!! x Ví duï 2: VZ = 7.2 V; vS = Vdc = 12 V; iL: 12 y 100 mA; Tìm Ri VSmax = VSmin = Vdc = 12V I L max (VS max VZ )  I L min (VS min VZ ) IZ max t 97.8mA VS min  0.9VZ  0.1VS max vaø IZ max t I L max 100mA vaø IZ max d 10I L min 120mA Choïn IZmax = 100 mA Chöông 1 34
  36. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ÿ 43.5:t Ri t 40:: Choïn Ri = 43.5: Coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi: 2 Treân Ri: PRimax = (Vdc – VZ) / Ri = 0.53W Treân Diode Zener: PDiode = IZmaxVZ = 0.72 W 1.7.2 Diode Zener thöïc teá vaø Ñoä thay ñoåi ñieän aùp (percent regulation) x Diode Zener thöïc teá: 9 Ñaëc tuyeán VA 9 Duøng phöông phaùp ñoà thò ñeå phaân tích maïch. Chöông 1 35
  37. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ñoä thay ñoåi ñieän aùp: 9 Ví duï: Xeùt Ví duï 1a) trong phaàn tröôùc. Giaû söû IZmin = 0.1IZmax = 0.053A Diode Zener thöïc teá coù giaù trò ñieän trôû ñoäng: rd = 2: Maïch töông ñöông: Ri iL Diode Zener + lyù töôûng VZ iZ vo rd _ Ñieän aùp ra: Vomax = 10 + 0.53u2 = 11.1V Vomin = 10 + 0.053u2 = 10.1V 9 Ñoä thay ñoåi ñieän aùp: %Reg = (Vomax – Vomin) / Vo danh ñònh (nominal) %Reg = (11.1 – 10.1) / 10 = 10% “Never, never, never give up.” - Winston Churchill, Sir (1874-1965) Chöông 1 36
  38. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.8 CAÙC LOAÏI DIODE KHAÙC 1.9 AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NHIEÄT ÑOÄ VAØ CAÙC THOÂNG SOÁ KYÕ THUAÄT 1.9.1 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä x Aûnh höôûng leân ñaëc tuyeán VA 9 Ñieän aùp ngöôõng VJ (turn-on voltage) V V (T ) V (T ) k(T T ) ' J J 1  J o  1  o k = 2.5 mV/ oC 9 Doøng phaân cöïc ngöôïc baõo hoøa Io K (T2 T1 ) Io (T2 ) Io (T1)e K = 0.07 / oC x Quan heä giöõa coâng suaát vaø nhieät ñoä cuûa Diode 9 Ñònh luaät Ohm T2  T1 T21P o T21: Ñieän trôû nhieät (thermal resistance) giöõa 2 vaø 1 ( C / W) P: Coâng suaát tieâu taùn (power dissipation) taïi 2 (W) Chöông 1 37
  39. 0ҥFKÿLӋQWӱ Tj Tjc Pj Tc Tc Ta T T P j  c T jc j Tj d Tjmax: Cho tröôùc bôûi nhaø saûn xuaát Tc  Ta Tca Pj Tjc: Haèng soá, cho tröôùc bôûi nhaø saûn xuaát Tca: Coù theå thay ñoåi ñöôïc, söû duïng taûn nhieät (heat sink) ñeå giaûm Tca Ÿ Giaûm Tj vôùi cuøng coâng suaát Pj (Ta = constant) 9 Ñöôøng suy giaûm coâng suaát (Derating Curve) Chöông 1 38
  40. 0ҥFKÿLӋQWӱ 1.9.2 Thoâng soá kyõ thuaät x Diode thoâng thöôøng 1. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi (PIV – 4. Giaù trò trung bình cuûa chænh löu Peak Inverse Voltage) baùn soùng 2. Doøng phaân cöïc nghòch cöïc ñaïi 5. Nhieät ñoä cöïc ñaïi choã tieáp giaùp taïi PIV pn Tjmax 3. Ñieän aùp phaân cöïc thuaän cöïc ñaïi 6. Ñöôøng suy giaûm coâng suaát x Diode Zener 1. Ñieän aùp danh ñònh (nominal 6. Doøng ñieän taïi ñieåm goái IZk reference voltage) VZT 7. Ñieän trôû ñoäng taïi ñieåm goái RZk 2. Ñoä thay ñoåi (tolerance) giöõa caùc 8. Nhieät ñoä cöïc ñaïi choã tieáp giaùp Diode pn Tjmax 3. Coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi Pmax 9. Heä soá nhieät ñoä (temperature 4. Doøng ñieän thöû (test current) IZT coefficient) TC, theå hieän söï thay 5. Ñieän trôû ñoäng taïi doøng thöû RZT ñoåi cuûa VZ theo nhieät ñoä Chöông 1 39
  41. 0ҥFKÿLӋQWӱ CHÖÔNG 2: TRANSISTOR HAI LÔÙP TIEÁP GIAÙP - BJT 2.1 Giôùi thieäu 2.2 Doøng chaûy trong BJT 2.3 Khueách ñaïi doøng trong BJT 2.4 Giaûi tích maïch BJT baèng ñoà thò 2.5 Tính toaùn coâng suaát 2.6 Tuï Bypass voâ haïn 2.7 Tuï gheùp voâ haïn 2.8 Maïch Emitter Follower 2.9 Môû roäng “We make a living by what we get, we make a life by what we give”. - Winston Churchill, Sir (1874-1965) Chöông 2 1
  42. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.1 Giôùi thieäu x 1948: Transistor ñaàu tieân (Bell Lab) x Caùc loaïi transistor (TST): BJT, FET x BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lôùp tieáp giaùp 2.2 Doøng chaûy trong BJT x Caáu taïo vaø kyù hieäu x Doøng chaûy trong BJT EB: Phaân cöïc thuaän CB: Phaân cöïc nghòch IC DI E  ICBO I E I B  IC Ÿ I B (1D)I E  ICBO §1D · ICBO I B ¨ ¸IC  © D ¹ D D Ñaët: E 1D Löu yù: Caáu hình B chung (CB – Common Base configuration) Chöông 2 2
  43. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.2.1 Moái noái Emitter – Base (EB) Xem moái noái EB nhö moät Diode phaân cöc thuaän hoaït ñoäng ñoäc laäp (iD = iE; vD = vEB) x DCLL vaø Ñaëc tuyeán EB 1 VEE DCLL: iE  vEB  Re Re x Maïch töông ñöông ñôn giaûn vE = VEBQ = VJ (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium) rd = 0 VEE VEBQ I EQ Re Chöông 2 3
  44. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.2.2 Moái noái Collector – Base (CB) Töø quan heä: IC DI E  ICBO , maïch töông ñöông cuûa moái noái CB: E IE IC C E IE IC C VEBQ V DIE I EBQ IE Diode lyù CBO D töôûng IB I B B B VÍ du 1ï: Cho maïch ñieän nhö hình veõ: D| 1, ICBO | 0; VEE = 2V; Re = 1k; VCC = 50V; Rc = 20k; vi = 1sinZt. Tính iE vaø vCB. R C e E1 3 VEE  vi VEBQ 2 B i 1.3 1.0sin t R E  Z (mA) c Re vi V V EE CC vCB VCC  RciC VCC  RciE iE E C iC VEE VEBQ R v V R c v Re R CB  CC  c  i c Re Re VEBQ vi vCB 24  20sinZt (V) B V EE VCC Heä soá khueách ñaïi tín hieäu xoay chieàu: Av = 20 Chöông 2 4
  45. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.3 Khueách ñaïi doøng trong BJT D Quan heä giöõa iC vaø iB (boû qua ICBO): iC | E u iB vôùi E 1D Heä soá khueách ñaïi tín hieäu nhoû: 'iC E u 'iB  'E u iB 'iC 'E Suy ra: E  iB h fe 'iB 'iB Xem gaàn ñuùng: h fe | E { hFE Löu yù: E cuûa caùc TST cuøng loaïi coù theå thay ñoåi nhieàu theo töøng TST. Ví du 2ï: Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Xaùc ñònh heä soá khueách ñaïi doøng tín hieäu nhoû. 9 Caáu hình E chung (CE – Common Emitter configuration) 9 Transistor npn C VBB  vi VBEQ iB 1 iC i I i 2 x Ngoõ vaøo: B BQ  b 3 R R B c b E V V Rb BB  BEQ vi vôùi: I BQ vaø ib vi Rb Rb VCC x Ngoõ ra: iC | E uiB E u(I BQ  ib ) ICQ  ic VBB ic Heä soá khueách ñaïi doøng tín hieäu nhoû: Ai E ib Chöông 2 5
  46. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ñaëc tuyeán VA ngoõ ra caáu hình E chung x Vuøng baõo hoøa: vCE d VCEsat Quan heä giöõa iC vaø iB laø khoâng tuyeán tính x Vuøng chuû ñoäng: VCEsat d vCE d BVCEO Quan heä tuyeán tính: E iC E u iB  ICBO D Giôùi haïn doøng: IC-cutoff d iC d ICmax Ví duï 3: VCC = 10V, Rb = 10K, Rc = 1K. TST: E = 100, VBE = 0.7V, VCEsat = 0.1V. Tìm ñieàu kieän laøm vieäc (IC vaø VCE) cuûa TST khi: a) VBB = 1.5V b) VBB = 10.7V VBB VBE I B ; VCE VCC  IC Rc R 3 R b 2 b 1 Rc a) IB = 0.08mA; IC = EIB = 8mA VCE = 2V: TST hoaït ñoäng trong vuøng tích cöïc. VBB b) IB = 1mA; Giaû söû IC = EIB = 100mA Ÿ VCE = -90 !!! VCC TST hoaït ñoäng trong vuøng baõo hoøa: VCE = VCEsat = 0.1 VCC VCE 10  0.1 IC 9.9mA Rc 1K Chöông 2 6
  47. 0ҥFKÿLӋQWӱ Maïch töông ñöông ic 1 C + hfeib R0 vce _ 1 E 2.4 Giaûi tích maïch BJT baèng ñoà thò Maïch khueách ñaïi cô baûn Maïng phaân cöïc RL R2 RL B 1 1 R2 2 VCC 2 VCC 1 3 3 i i VCC B Rb i Rb i 1 œ Re R1 Re R1 VBB VBB Chöông 2 7
  48. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Maïng phaân cöïc (Maïch töông ñöông Thevenin): R1 Rb VBB VCC Thieát keá: R1 R1  R2 1VBB /VCC R1R2 VCC Rb R2 Rb R1  R2 VBB x Hoaït ñoäng cuûa maïch khueách ñaïi (DC) 9 Ngoõ ra: VCC vCE  iC RL  iE Re Vôùi iC = DiE | iE, suy ra: VCC vCE  iC (RL  Re ): DCLL 9 Ngoõ vaøo: VBB  iB Rb vBE  iE Re V v V v i BB  BE BB  BE Boû qua ICBO: iB = (1-D)iE, suy ra: E 1 Re  (1D)Rb Re  Rb 1 E Ñeå loaïi boû söï thay ñoåi cuûa iE do E thay ñoåi, choïn Re >> Rb/(1+E). 9 Tónh ñieåm Q (ICQ, VCEQ): V V BB  BEQ § RL · ICQ | I EQ ; VCEQ VCC  (VBB  0.7)¨1 ¸ R ¨ R ¸ e © e ¹ Chöông 2 8
  49. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Giaûi tích baèng ñoà thò 9 Tín hieäu nhoû: ic iC  ICQ vaø: vce vCE VCEQ 9 Quan heä pha: ib taêng, ic, ie taêng, vce giaûm 9 Ñieáu kieän ñeå iC coù theå dao ñoäng cöïc ñaïi (max swing): (Giaû söû VCEsat = 0 vaø IC-cutoff = 0) VCC / 2 ICQ RL  Re VCEQ VCC / 2 Chöông 2 9
  50. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 4: Tìm Q ñeå coù max swing: 1 +9V DCLL: 9 | VCEQ  ICQ (1000  200) R2 RL 1k VCC / 2 Max swing: I = = 3.75 mA CEQ R R E = 100 L  e VCEQ = VCC / 2 = 4.5 V R1 Re 200 Ví duï 5: Tìm R1 vaø R2 trong ví duï 4 ñeå ñaït ñöôïc Max Swing 1 +9V VBQ = VBE + VEQ = VBE + IEQ u Re | VBE + ICQ u Re RL 1 1k Choïn Re >> Rb/(1+E), thöôøng choïn: Rb Re (1 E ) = 2K Rb 10 E = 100 VBB = VRb + VBQ = IBQRb + VBQ | (ICQ/E)(0.1ERe) + VBE + ICQRe Re VBB = VBE + ICQ(1.1Re) = 0.7 + (3.75E-3)(1.1)(200) = 1.525 V 200 VBB Rb Suy ra: R1 = 2.4K 1VBB /VCC VCC R2 Rb = 11.8K VBB Chöông 2 10
  51. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.5 Tính toaùn coâng suaát x Coâng thöùc toång quaùt: 1 T 1 T P V (t)I(t)dt P (V v(t))(I i(t))dt ³ ³ av  av  T 0 T 0 T V(t) = Vav + v(t) 1 P Vav I av v(t)i(t)dt I(t) = Iav + i(t)  ³ T 0 Trong ñoù:Vav, Iav: Giaù trò trung bình v(t), i(t): Thaønh phaàn thay ñoåi theo thôøi gian coù trung bình baèng 0. x Coâng suaát trung bình tieâu taùn treân taûi (Coâng suaát xoay chieàu) T V 1 2 CC P i R dt MaxSwing: max(I ) = I = L,ac ³ c L cm CQ 2(R R ) T 0 L  e V 2 R Giaû söû ic laø tín hieäu sin: ic = IcmsinZt CC L I 2 R Suy ra: max(PL,ac) = 2 cm L 8(RL  Re ) PL,ac 2 Ñeå cöïc ñaïi hoùa coâng suaát tieâu taùn treân taûi: Choïn RL >> Re 2 VCC Suy ra: max(PL,ac) | 8RL Chöông 2 11
  52. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Coâng suaát nguoàn cung caáp trung bình TT 1 1 VCC P V i dt V (I i )dt Max Swing: I = CC ³³CC C CC CQ  c CQ 2(R R ) T 00T L  e 2 VCC P V I Suy ra: PCC = CC CC CQ 2(RL  Re ) 2 VCC Vôùi RL >> Re: PCC | 2RL x Coâng suaát trung bình treân Transistor 1 T 1 T 1 TT1 P v i dt V (R R )i i dt V i dt (R R ) i2 dt C ³ CE C ³>@CC  L  e C C ³³CC C  L  e C T 0 T 0 T 00T PC PCC  PL  PE : “Baûo toaøn naêng löôïng” 1 T 1 T I 2 i2 dt I I sin t 2 dt I 2 cm Khai trieån: ³ C ³ CQ  cm Z CQ  T 0 T 0 2 2 2 I cm Suy ra: PC PCC  (RL  Re )ICQ  (RL  Re ) 2 TST tieâu thuï coâng suaát cöïc ñaïi khi khoâng coù tín hieäu: Chöông 2 12
  53. 0ҥFKÿLӋQWӱ P R R I 2 max(PC) = CC  L  e CQ 2 2 VCC VCC Max Swing: max(PC) = | 4(RL  Re ) 4RL x Hieäu suaát PL,ac 9 Hieäu suaát: K PCC 2 I cm RL / 2 Max Swing: K 2 VCC / 2RL VCC Hieäu suaát cöïc ñaïi khi Icm cöïc ñaïi: max(Icm) = ICQ | (Giaû söû RL >> Re) 2RL 2 VCC /8RL Suy ra: max(K) 2 = 0.25 VCC / 2RL 9 Tyû soá coâng suaát tieâu taùn TST cöïc ñaïi treân coâng suaát taûi xoay chieàu cöïc ñaïi: (Thieát keá: Choïn TST coù chæ soá coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi thích hôïp) 2 max(PC ) VCC / 4RL | 2: max(P ) 2 L,ac VCC /8RL Chöông 2 13
  54. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.6 Tuï Bypass voâ haïn Re: + Taïo doøng phaân cöïc ICQ vaø taêng ñoä oån ñònh phaân cöïc (C3). _ Giaûm hieäu suaát; Giaûm heä soá khueách ñaïi ñoái vôùi tín hieäu nhoû xoay chieàu (C4) Ÿ Söû duïng tuï bypass (Giaû söû Ceov, ñoái vôùi tín hieäu xoay chieàu: ZC = 1/(jCZ) o 0) DCLL: RDC RL  Re RL 1 VCC i IC  VCE  iB C VCC RDC RDC v R i ii Rb iE ACLL: ce  L c R R Re ac L Ce 1 VBB Ÿ ic  vce (Goác toïa ñoä Q) Rac “Destiny is what we make”. - Anonymous Chöông 2 14
  55. 0ҥFKÿLӋQWӱ Max Swing: Q trung ñieåm ACLL Ÿ VCEQ ICQ Rac Thay vaøo DCLL: 1 VCC ICQ  ICQ Rac  RDC RDC VCC Ÿ ICQ RDC  Rac VCC VCEQ 1 RDC / Rac 2.7 Tuï gheùp (coupling capacitor) voâ haïn Tuï gheùp: Ngaên doøng DC qua taûi. VCC DCLL: RDC = Re + Rc 1 ACLL: Rac = Rc // RL Rc Cc VCC Max Swing: ICQ R R iC DC  ac iB iL V CC ii i VCEQ Rb E RL 1 R / R  DC ac VBB Re Ce Rc Doøng qua taûi (AC): iL ic RL  Rc Chöông 2 15
  56. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.8 Maïch Emitter Follower VCC VCC R2 vB = vBE + vE Xem vBE | VBE = 0.7 Cb Cb vi = vb | ve: “Follower” vi Rb vi R1 Re Re vE vE VBB a) Maïch Emitter Follower b) Maïch töông ñöông VCC DCLL: RDC = Re Cb ACLL: Rac = Re // RL Ce vi Rb Re RL vL VBB c) Maïch Emitter Follower vôùi taûi AC Chöông 2 16
  57. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.9 Môû roäng 2.9.1 Maïch phaân cöïc Base – Injection Xeùt maïch Emitter Follower vôùi maïch phaân cöïc Base – Injection sau: VCC x Tính toaùn maïch phaân cöïc: Ngoõ vaøo: VCC = VR2 + VBEQ + VRe R2 VCC | R2(ICQ/E) + VBEQ + ReICQ V V Cb CC  BEQ ICQ Ce Re R2 / E vi Ngoõ ra: VCEQ = VCC - ReICQ Re RL vL x Thieát keá maïch phaân cöïc: Choïn tónh ñieåm Q VCC VBEQ  Re ICQ Tính R2 = ICQ / E Chöông 2 17
  58. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.9.2 Nguoàn cuûa maïch khueách ñaïi Coù theå thay ñoåi ñieän aùp nguoàn cung caáp cho maïch khueách ñaïi ñeå thay ñoåi möùc DC cuûa ngoõ ra (Vaãn baûo ñaûm TST phaân cöïc ñuùng). Ví duï 6: Xeùt maïch CE sau +VCC DCLL: RDC = Rc + Re 1 V V I V CC  EE R2 Rc C  CE  RDC RDC Cb ACLL: Rac = Rc + Re Vôùi tín hieäu ac, caùc nguoàn moät chieàu vi v o (VCC, VEE) ngaén maïch: Phaân tích nhö caùc phaàn tröôùc. R1 Re Ví duï: Choïn RCICQ = VCC Möùc DC ngoõ ra: v0-DC = 0 (Khoâng caàn duøng tuï coupling ngoõ ra) -VEE Chöông 2 18
  59. 0ҥFKÿLӋQWӱ CHÖÔNG 3: OÅN ÑÒNH PHAÂN CÖÏC (Bias Stability) CHO BJT 3.1 Giôùi thieäu 3.2 Aûnh höôûng cuûa E leân tónh ñieåm Q 3.3 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân tónh ñieåm Q 3.4 Phaân tích heä soá oån ñònh 3.5 Boå chính nhieät duøng Diode 3.6 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø caùc thoâng soá kyõ thuaät Chöông 3 1
  60. 0ҥFKÿLӋQWӱ 3.1 Giôùi thieäu 9 Tónh ñieåm Q 9 Söï thay ñoåi cuûa tónh ñieåm Q: Nhieät ñoä, E, nguoàn cung caáp, 3.2 AÛûnh höôûng cuûa E leân tónh ñieåm Q x Toång quaùt: Rc Khueách ñaïi doøng: IC EI B  (E 1)ICBO DI E  ICBO KVL moái noái BE: V I R V I R VCC BB B b  BE  E e D(VBB VBE )  ICBO (Re  Rb ) Rb Ÿ ICQ Re R (1 )R VBB e  D b x Xeùt aûnh höôûng cuûa E leân tónh ñieåm Q: Xem D| 1; VBE | 0.7(Si) vaø ICBO(Re + Rb) > Rb / E VBB  0.7 Ÿ ICQ | Re Thieát keá: 1. Choïn tónh ñieåm Q Emin Re 2. Choïn Rb ; tính toaùn maïch phaân cöïc nhö trong chöông 2 10 Chöông 3 2
  61. 0ҥFKÿLӋQWӱ Caùc kyõ thuaät phaân cöïc söû duïng hoài tieáp (feedback) x Khaùi nieäm hoài tieáp x Hoài tieáp doøng (current feedback) VCC VBE ICQ RE  RB / E VCC VBE hay I BQ ERE  RB x Hoài tieáp doøng vaø aùp (current & voltage feedback) VCC | ICQ RC  I BQ RF VBE  ICQ RE ICQ RF œ VCC ICQ RC  VBE  ICQ RE E VCC VBE Ÿ ICQ RC  RE  RB / E VCC VBE hay: I BQ E (RC  RE )  RB Chöông 3 3
  62. 0ҥFKÿLӋQWӱ 3.3 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân tónh ñieåm Q x Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä: o 9 Ñieän aùp ngöôõng: 'VBE VBE2 VBE1 k(T2  T1) vôùi k = 2.5 mV / C (Si) K(T2 T1) 9 Doøng phaân cöïc nghòch baõo hoøa: ICBO2 ICBO1 e vôùi K = 0.07 / oC K'T 'ICBO ICBO2  ICBO1 ICBO1(e 1) Ÿ 'T 'T 'T x Tónh ñieåm Q: Xem D| 1 vaø Re >> Rb / E; töø coâng thöùc toång quaùt: VBB VBE Rb Ÿ ICQ |  ICBO (1 ) Re Re I ' CQ 1 'VBE § Rb · 'ICBO Ÿ   ¨1 ¸ T R T ¨ R ¸ T ' e ' © e ¹ ' I K'T ' CQ k § Rb · § e 1· Ÿ  ¨1 ¸ICBO1¨ ¸ T R ¨ R ¸ ¨ T ¸ ' e © e ¹ © ' ¹ k T R ' § b · K'T Ÿ 'ICQ  ¨1 ¸ICBO1 e 1 R ¨ R ¸ e © e ¹ o x Ví duï: Xeùt maïch ñieän trong phaàn (3.2) vôùi: Rb = 400; Re = 100; ICQ = 10 mA taïi 25 C. Tìm o söï thay ñoåi cuûa ICQ khi nhieät ñoä leân ñeán 55 C vôùi a) Silicon; b) Germanium. Chöông 3 4
  63. 0ҥFKÿLӋQWӱ 2.5 103(55 25) 400 u  § · 0.07u(5525) Toång quaùt: 'ICQ  ¨1 ¸ICBO1 e 1 100 © 100 ¹ 3 'ICQ 0.75u10  36ICBO1 a) Silicon: ICBO1 = 1 PA Ÿ'ICQ = 0.786 mA b) Germanium: ICBO1 = 100 PA Ÿ'ICQ = 4.35 mA Nhaän xeùt: i) 'ICQ (Silicon) << 'ICQ(Germanium) ii) Vôùi Silicon, 'ICQ chuû yeáu do 'VBE 3.4 Phaân tích heä soá oån ñònh (stability analysis) x Baøi toaùn: ICQ = ICQ(ICBO, VBE, E, ) seõ thay ñoåi nhö theá naøo khi caùc bieán phuï thuoäc thay ñoåi x Giaû thuyeát: Giaû söû caùc bieán phuï thuoäc thay ñoåi moät löôïng nhoû, söû duïng khai trieån Taylor: § wICQ · § wICQ · § wICQ · dICQ ¨ ¸dICBO  ¨ ¸dVBE  ¨ ¸dE  ¨ I ¸ ¨ V ¸ ¨ ¸ © w CBO ¹ © w BE ¹ © wE ¹ x Ñònh nghóa: Heä soá oån ñònh (stability factors) 'ICQ wICQ 'ICQ wICQ 'ICQ wICQ S S S I | ; V | ; E | 'ICBO wICBO 'VBE wVBE 'E wE Löu yù 1: Caùc heä soá oån ñònh ñöôïc tính taïi ñieåm Q danh ñònh (nominal Q) Vôùi caùc thay ñoåi nhoû: 'ICQ | dICQ; 'ICBO | dICBO; 'VBE | dVBE; 'E | dE Suy ra: 'ICQ | SI'ICBO + SV'VBE + SE'E + Chöông 3 5
  64. 0ҥFKÿLӋQWӱ Löu yù 2: Thöïc teá, E thay ñoåi raát nhieàu, khi ñoù 'ICQ vaãn ñöôïc tính töø coâng thöùc treân vôùi SE 'ICQ ñöôïc tính tröïc tieáp theo ñònh nghóa: S E 'E D(VBB VBE )  ICBO (Re  Rb ) x Xeùt maïch trong phaàn 3.2: ICQ Re  (1D)Rb Tính caùc heä soá oån ñònh: (Giaû söû Re >> Rb / E| (1-D)Rb ) I w CQ Re  Rb Rb 9 SI | 1 wICBO Re  (1D)Rb Re wICQ D 1 9 SV |  wVBE Re  (1D)Rb Re E 9 Tính SE: Tính tröïc tieáp töø ñònh nghóa, söû duïng D vaø giaû söû boû qua ICBO 1 E E (VBB VEE ) Ÿ ICQ | Rb  (E 1)Re I I I I CQ2 E2 Rb  (E1 1)Re CQ2  CQ1 ' CQ 'E (Rb  Re ) Ÿ Ÿ ICQ1 E1 Rb  (E2 1)Re ICQ1 ICQ1 E1>@Rb  (E2 1 )Re I I ' CQ § CQ1 ·ª Rb  Re º Ÿ S { ¨ ¸ E ¨ ¸«R ( 1)R » 'E © E1 ¹¬ b  E2  e ¼ Chöông 3 6
  65. 0ҥFKÿLӋQWӱ I § Rb · § 1 · § CQ1 ·ª Rb  Re º Suy ra: 'ICQ | ¨1 ¸'ICBO  ¨ ¸'VBE  ¨ ¸ 'E  ¨ R ¸ ¨ R ¸ ¨ ¸«R ( 1)R » © e ¹ © e ¹ © E1 ¹¬ b  E2  e ¼ K'T Trong ñoù: 'ICBO ICBO1(e 1) 'VBE k'T 'E E2  E1 I S I S V S S V S R x Môû roäng: ' CQ I ' CBO  V ' BE  E 'E  VCC ' CC  Re ' e wICQ wICQ S S Vôùi VCC | ; Re | wVCC wRe x Ví duï: a) Tìm ICQ taïi nhieät ñoä phoøng, söû duïng caùc giaù trò danh ñònh o b) Tính 'ICQ vôùi caùc thay ñoåi treân VCC, Re, E; nhieät ñoä thay ñoåi töø 25 – 125 C. R1 a) VBB VCC ; Rb = R1 // R2 R1  R2 Duøng coâng thöùc toång quaùt: D(VBB VBE )  ICBO (Re  Rb ) ICQ = 10.6 mA Re  (1D)Rb b) i Tính caùc heä soá oån ñònh: Chöông 3 7
  66. 0ҥFKÿLӋQWӱ Re  Rb S I = 5.25 mA/mA Re  (1D)Rb 1 SV |  = - 10 mA/V Re I § CQ1 ·ª Rb  Re º S | ¨ ¸ = 0.0116 mA E ¨ ¸«R ( 1)R » © E1 ¹¬ b  E2  e ¼ D(VBB VBE )  ICBO (Re  Rb ) Tính SVcc vaø SRe, töø coâng thöùc toång quaùt: ICQ , suy ra: Re  (1D)Rb wICQ V R S D w BB D 1 VCC = 0.91 mA/V wVCC Re  (1D)Rb wVCC Re  (1D)Rb R1  R2 I w CQ D(VBB VBE ) SR | = - 0.1 mA/: e R 2 w e >@Re  (1D)Rb i Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng bieán thieân: K'T R 'ICBO ICBO1(e 1) = 0.11 mA 'E E2  E1 = 50 ' e = 20 : V = 4V 'VBE k'T = -250 mV ' CC i Suy ra ñoä dòch tónh ñieåm Q nhieàu nhaát I S I S V S S V S R ' CQ I ' CBO  V ' BE  E 'E  VCC ' CC  Re ' e = 9.3 mA Ñoä dòch tónh ñieåm Q xung quanh giaù trò danh ñònh | 9.3 / 2 = r 4.65 mA Chöông 3 8
  67. 0ҥFKÿLӋQWӱ 3.5 Boå chính nhieät duøng Diode x Nhaän xeùt: Thay ñoå nhieät ñoä aûnh höôûng leân doøng phaân cöïc ICQ chuû yeàu do 'VBE. Ÿ Giaûm SV: Taêng Re, tuy nhieân laøm giaûm doøng phaân cöïc. Giaûm 'VBE: Boå chính nhieät x Boå chính nhieät duøng Diode: 'VD 'VBE Choïn Diode sao cho: 'T 'T I EQ Nguoàn doøng: I BB I D  I BQ I D  E 1 Maët khaùc: VB VD  I D Rd VBEQ  I EQ Re V V I R I D  BEQ  BB d ' EQ 'VD / 'T  'VBE / 'T Suy ra: I EQ Ÿ = 0 Re  [Rd /(E 1)] 'T Re  [Rd /(E 1)] x Caáu hình thöïc teá: - Giaûi quyeát ñöôïc baøi toaùn löïa choïn Diode thích hôïp (matching) vôùi TST - Söû duïng trong caùc maïch tích hôïp (Integrated Circuit) Chöông 3 9
  68. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Ví duï: Xaùc ñònh aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân tónh ñieåm Q VB VB VD VB VB VD Maïch töông ñöông: I BB   I BQ ; giaû söû I BQ  vaø I B  Rb Rd Rb Rd VB VB VD § VD ·§ Rb Rd · Ÿ I BB |  Ÿ VB ¨ I BB  ¸¨ ¸ R R ¨ R ¸¨ R R ¸ b d © d ¹© b  d ¹ V V B  BEQ § 1 ·§ VCC Rd VD Rb · Ÿ I EQ ¨ ¸¨  VBEQ ¸ R ¨ R ¸¨ R R R R ¸ e © e ¹© b  d b  d ¹ I V w EQ § 1 ·§ Rb wVD w BEQ · Bieán thieân theo nhieät ñoä: ¨ ¸¨  ¸ T ¨ R ¸¨ R R T T ¸ w © e ¹© b  d w w ¹ V I wVD w BEQ w EQ k 1 Vì hai TST laø gioáng nhau: k , suy ra: wT wT wT Re 1 Rb / Rd Chöông 3 10
  69. 0ҥFKÿLӋQWӱ 3.6 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø caùc thoâng soá kyõ thuaät Ví duï: Transistor 2N1016, Silicon npn o 1. Ñieän trôû nhieät toái ña: Tjc = 0.7 C/W o 2. Coâng suaát tieâu taùn toái ña vôùi boä taûn nhieät lyù töôûng taïi 25 C: PC = 150 W o 3. Nhieät ñoä moái noái toái ña: Tj,max = 140 C 4. Caùc thoâng soá cöïc ñaïi tuyeät ñoái taïi 25 oC: 1) IC = 7.5 A 2) IB = 5 A 3) Breakdown voltage: a) BVCBO = 30 V b) BVEBO = 25 V c) BVCEO = 30 V o 5. Doøng ICBO cöïc ñaïi taïi ñieän aùp VCB cöïc ñaïi taïi 25 C = 10 mA 6. Heä soá khueách ñaïi doøng E taïi VCE = 4V, IC = 5A: 10 dEd 18 7. Taàn soá caét CE (cutoff frequency): fE = 30 kHz Chöông 3 11
  70. 0ҥFKÿLӋQWӱ 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
  71. 0ҥFKÿLӋQWӱ 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 h11i1  h12v2 i2 h21i1  h22v2 Vôùi TST: v1 hii1  hrv2 i2 h f i1  hov2 Ñònh nghóa: v1 hi = Trôû khaùng ngoõ vaøo khi ngoõ ra ngaén maïch i1 v2 0 Chöông 4 2
  72. 0ҥFKÿLӋQWӱ v1 hr = Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc (reverse voltage gain) khi ngoõ vaøo hôû maïch v2 i1 0 i2 h f = Ñoä lôïi doøng thuaän (forward current gain) khi ngoõ ra ngaén maïch i1 v2 0 i2 ho = Daãn naïp ngoõ ra khi ngoõ vaøo hôû maïch v2 i1 0 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: hfe laø hf cho 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
  73. 0ҥFKÿLӋQWӱ Xaùc ñònh caùc heä soá hybrid cho caáu hình CE: x Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc hre : Thöôøng raát nhoû, boû qua. ic 'iC x Daãn naïp ngoõ ra hoe : hoe : Heä soá goùc cuûa ñaëc tuyeán (iC,vCE) taïi Q. vce ib 0 'iB Q - 4 Thöôøng hoe d 10 S, vaø (1/hoe) // RL (| 1 y 2K) Ÿ Boû qua hoe. ic 'iC x Ñoä lôïi doøng thuaän hfe : h fe | hFE E ib Q 'iB Q vbe 'vBE 'vBE VT x Trôû khaùng ngoõ vaøo hie : hie | h fe | mh fe ib Q 'iB Q 'iE Q ICQ Maïch töông ñöông cuûa TST: Chöông 4 4
  74. 0ҥFKÿLӋQWӱ Maïch töông ñöông cuûa caáu hình CE: Xaùc ñònh caùc tham soá cuûa caáu hình CE: iL iL ib Rb Ñoä lôïi doøng: Ai  h fe ii ib ii Rb  hie Trôû khaùng ngoõ vaøo: Zi Rb // hie 1 Trôû khaùng ngoõ ra: Zo (Neáu boû qua hoe, Zo ov) hoe Ví duï 1: Cho maïch sau, giaû söû hfe = hFE = 50. Xaùc ñònh: a) Tónh ñieåm Q b) Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû, giaû söû boû qua hoe vaø hre c) Ñoä lôïi doøng Ai = iL / ii d) Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng e) Trôû khaùng ngoõ ra nhìn töø taûi 1K Chöông 4 5
  75. 0ҥFKÿLӋQWӱ a) Tónh ñieåm Q: 10 10 u 50 VBB 24 4 V; Rb = 8.3K 10  50 10  50 VBB VBE VBB VBE 4  .7 ICQ | = 1.5mA; VCEQ VCC  (Rc  Re )ICQ = 15V Re  Rb / E Re 2.2 b) Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: 25mV 25 hie h fe 50 = 833: ICQ 1.5 Boû qua hoe vaø hre, maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: c) Ñoä lôïi doøng Ai: iL iL ib Ai ; ii ib ii iL Rc ib (Rb // ri ) (50) = - 39.6; = 0.85 Ÿ Ai = (0.85)(-39.6) = - 34 ib Rc  RL ii (Rb // ri )  hie d) Trôû khaùng ngoõ vaøo: Zi ri // Rb // hie = 700: e) Trôû khaùng ngoõ ra: Zo = RC = 3.8K Chöông 4 6
  76. 0ҥFKÿLӋQWӱ -4 -4 Ví duï 2: Tìm ñoä lôïi doøng cuûa maïch khueách ñaïi trong ví duï 1, giaû söû: hre = 10 vaø h0e = 10 mho Maïch töông ñöông: [(1/ hoe ) // Rc ] Ngoõ ra: iL h fe ib = - 36.7ib [(1/ hoe ) // Rc ]  RL 3 Ÿ vce = RLiL = - 36.7u10 u ib -4 Söû duïng KVL ngoõ vaøo: vb = 830ib + 10 u vce = (830 – 3.67)ib | 830ib Nhaän xeùt 1: Aûnh höôûng cuûa hre laø khoâng ñaùng keå § 1 1 · § 1 1 · Söû duïng KCL ngoõ vaøo: ii vb ¨  ¸  ib 830ib ¨  ¸  ib 1.183ib ©10K 8.3K ¹ ©10000 8300¹ iL iL ib Suy ra: Ai (36.7)(1/1.183) -31 ii ib ii Nhaän xeùt 2: So saùnh vôùi ví duï 1 (Ai = -34), aûnh höôûng cuûa hoe leân Ai laø khoâng ñaùng keå. Chöông 4 7
  77. 0ҥFKÿLӋQWӱ 4.4 Caáu hình B chung (Common Base – CB) x Caùc thoâng soá hybrid: veb = hib(-ie) + hrbvcb ic = hfbie + hoevcb Löu yù: Chieàu qui öôùc cuûa ie, ic. x Xaùc ñònh caùc thoâng soá hybrid: Duøng maïch töông ñöông CE  veb ie ib  ic (1 h fe )ib (1 h fe ) , suy ra: hie veb veb hie VT 9 Trôû khaùng ngoõ vaøo hib: hib ii  ie vcb 0 h fe 1 I EQ Chöông 4 8
  78. 0ҥFKÿLӋQWӱ –4 9 Ñoä lôïi ñieän aùp ngöôïc hrb : hrb | 10 : Thöôøng boû qua. h ic fe 9 Ñoä lôïi doøng thuaän hfb : h fb ie vcb 0 h fe 1 9 Daãn naïp ngoõ ra hob : Söû duïng maïch töông ñöông CE coù hoe : Töø maïch CE: ic = - ib; ihoe = (hfe +1)ib Ÿ vcb = vce + veb = (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) + (-ib)(hie) Ÿ vcb | (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) = (ic)(hfe + 1)(1/hoe) i h h c oe i Ÿ ob c vcb ie 0 1 h fe Theo ñònh nghóa: hob vcb ie 0 Nhaän xeùt: i) hrb vaø hob thöôøng raát nhoû: Boû qua ii) Caùc thoâng soá hybrid CB (hib, hfb, hob) coù ñöôïc baèng caùch laáy caùc thoâng soá CE töông öùng chia cho (1+hfe) Ví duï 3: a) Xaùc ñònh caùc thoâng soá CB cuûa ví duï 1, cho 1/hoe = 10K. b) TST treân ñöôïc söû duïng trong caáu hình CB vôùi ri = 100; RL = 5K. Xaùc ñònh ñoä lôïi doøng Ai ; aùp Av , trôû khaùng vaøo Zi; ra Zo –4 a) Töø ví duï 1: hfe = 50; hie = 0.83K; hoe = 10 mho; hre = 0. h fe h h ie oe -6 Suy ra: h fb 0.98; hib = 16:; hob = 2u10 ; hrb = 0. 1 h fe 1 h fe 1 h fe Chöông 4 9
  79. 0ҥFKÿLӋQWӱ b) Maïch töông ñöông: iL 500 § 100 · Ai (0.98) ¨ ¸ = 0.83 ii 500  5© 100 16¹ vL RL iL Av = 41.5 vi ri ii Zi = 16: Z0 = 500K 4.5 Caáu hình C chung (Common Collector – CC) (Maïch Emitter Follower - EF) x Tính chaát: - Ñoä lôïi aùp Av | 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
  80. 0ҥFKÿLӋQWӱ 9 Nhìn töø cöïc B: vb = vbe + ieRe. Do vbe = ibhie vaø ieRe = (hfe + 1)ibRe v i h i (h 1)R Ÿ b b ie  b > fe  e @ Ÿ Maïch töông ñöông (chuaån ib) (1 h )R R // h (1 h )R ve ª  fe e ºª b > ie   fe e @ º Ÿ Av v «h (1 h )R »«r R // h (1 h )R » i ¬ ie   fe e ¼¬ i  b >@ie   fe e ¼ vaø Zi hie  (h fe 1)Re 9 Nhìn töø cöïc E: Bieán ñoåi töông ñöông Thevenin ngoõ vaøo: Thay TST baèng maïch töông ñöông caáu hình CE: , , KVL: vi ri ib  vbe  ve ie ie Do ib vaø vbe hieib hie hibie h fe 1 h fe 1 , , § ri · Ÿ v ¨ ¸ie  hibie  ve Ÿ Maïch töông ñöông (chuaån ie) i ¨ h 1¸ © fe  ¹ Chöông 4 11
  81. 0ҥFKÿLӋQWӱ , ri Ÿ Zo hib  h fe 1 Phaûn aùnh trôû khaùng: Phaûn aùnh töø Emitter o Base (chuaån ib) Phaûn aùnh töø Base o Emitter (chuaån ie) Doøng / (hfe + 1) (Ví duï: ie o ie/(hfe + 1)) Doøng u (hfe + 1) (Ví duï: ib o ib(hfe + 1)) Trôû khaùng u (hfe + 1) (Ví duï: Re o Re(hfe + 1)) Trôû khaùng / (hfe + 1) (Ví duï: r’i o r’i / (hfe + 1)) Aùp: Khoâng ñoåi (Ví du: ve o ve) Aùp: Khoâng ñoåi Ví duï 4: Phaân tích maïch sau duøng phaûn aùnh trôû khaùng Bieán ñoåi maïch töông ñöông: , Rc ri Ai h fe R R , c  L ri  >@hie  (h fe 1)Re Chöông 4 12
  82. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 5: Tính v1 vaø v2 cuûa maïch ñaûo pha (phase inverter) sau: Phaûn aùnh trôû khaùng cöïc E leân maïch cöïc B Ÿ Maïch töông ñöông (b) R (h 1) Rb e fe  Ÿ v1 vi Rb  ri (ri // Rb )  hie  Re (h fe 1) v1 v1 Doøng ie : ie Ÿ ic h fbie h fb Re Re Rc Ngoõ ra cöïc C: v2 ic Rc h fb v1 Re Neáu choïn hfbRc (| Rc) = Re Ÿ v2 = - v1 : Ñaûo pha. 4.6 Toùm taét caùc thoâng soá cô baûn trong ba caùch maéc BJT Chöông 4 13
  83. 0ҥFKÿLӋQWӱ Chöông 5: MAÏCH TRANSISTOR GHEÙP LIEÂN TAÀNG 5.1 Giôùi thieäu 5.2 Gheùp Cascade caùc maïch khueách ñaïi 5.3 Maïch khueách ñaïi vi sai (difference amplifier) 5.4 Caáu hình Darlington 5.5 Maïch khueách ñaïi gheùp Cascode Chöông 5 1
  84. 0ҥFKÿLӋQWӱ 5.1 Giôùi thieäu Yeâu caàu thieát keá: Ñoä lôïi (gain), coâng suaát ra, ñaùp öùng taàn soá, Ÿ Söû duïng nhieàu hôn moät TST. x Maïch khueách ñaïi DC: Gheùp tröïc tieáp (direct coupling) x Maïch khueách ñaïi AC: Gheùp ñieän dung (capacitive coupling) 5.2 Gheùp Cascade caùc maïch khueách ñaïi Gheùp Cascade: x Ngoõ ra cuûa taàng 1 laø ngoõ vaøo cuûa taàng 2, x Maïch coù theå goàm nhieàu caáu hình gheùp cascade (vd: CE-CC, CE-CE, ) Phaân tích: x Xaùc ñònh tónh ñieåm x Phaân tích maïch töông ñöông tín hieäu nhoû Xeùt maïch gheùp AC (ac-coupling) sau: x Phaân tích DC, xaùc ñònh tónh ñieåm: Hai taàng ñoäc laäp (do gheùp AC): Chöông 2, 3. x Phaân tích AC (tín hieäu nhoû): Maïch töông ñöông: Chöông 4 Chöông 5 2
  85. 0ҥFKÿLӋQWӱ ' ' i i i i  h fe2 RC2 §  h fe1Rb2 ·§ R · A L L b2 b1 § ·¨ ¸ b1 Ñoä lôïi doøng: i ¨ ¸ ' ¨ ' ¸ ii ib2 ib1 ii ¨ RC2  RL ¸¨ R h ¸¨ R h ¸ © ¹© b2  ie2 ¹© b1  ie1 ¹ Giaû söû: hie1 << R’b1; hie2 << R’b2; RL << RC2: Ai | (-hfe1)(-hfe2) Ÿ N taàng ??? Ví duï 1: Xaùc ñònh ñoä lôïi aùp vaø bieân ñoä dao ñoäng cöïc ñaïi ñieän aùp ngoõ ra. Giaû söû hfe = 100. x Xaùc ñònh tónh ñieåm: VCC VBEQ Taàng 2: I CQ2 | 9.65mA Re2  Rb2 / h fe2 Chöông 5 3
  86. 0ҥFKÿLӋQWӱ VBB VBEQ Taàng 1: Rb1 = R1 // R2 = 9.09K; VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V Ÿ I CQ1 | 1.3mA Re1  Rb1 / h fe1 VT VT x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: hie1 h fe1 |1920:; hie2 h fe2 | 260: I CQ1 I CQ2 x Ñoä lôïi aùp: vL vL vb2 ib1 ª 50K º ª 1 (1// 9) º Av  100 u 1K //100K //(hie2  50K) u | -32 v v i v «50K h »>@ «1K (1// 9) 1.9» i b2 b1 i ¬  ie2 ¼ ¬  ¼ x Bieân ñoä dao ñoäng cöïc ñaïi ñieän aùp ngoõ ra: MaxSwing = min(MaxSwing2 , Av2 u MaxSwing1) vôùi Av2 : Ñoä lôïi ñieän aùp taàng 2. Chöông 5 4
  87. 0ҥFKÿLӋQWӱ 9 Taàng 2: RDC1 = 1K; Rac1 = 1K // 1K = 0.5K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 2 Ÿ MaxSwing2 = 5V 9 Taàng 1: Taàng 2 maéc CC: Zin2 = Rb2 // [hie2 + (hfe2 + 1)(Re2//RL) | 33K Ÿ RDC1 = 1K + 1K = 2K; Rac1 = 1K // 33K | 0.97K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 1 Ÿ MaxSwing1 = 2.6V (h 1)(R // R ) Zin2 fe2  e2 L Taàng 2 maéc CC: Av2 = | 1 vôùi Zout1 = RC1 = 1K Zin2  Zout1 (h fe2  1)(Re2 // RL )  hie2 9 Suy ra: MaxSwing = 2.6V Chöông 5 5
  88. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 2: Cho maïch khueách ñaïi gheùp tröïc tieáp sau. Xaùc ñònh tónh ñieåm, ñoä lôïi aùp, maxswing ngoõ ra x Xaùc ñònh tónh ñieåm: Ñeå ñôn giaûn, xem IB = 0 trong caùc tính toaùn tónh ñieåm. VBE1 = 0.7V Ÿ I3 = 0.7/600 = 1.17 mA Ÿ IC2 = IE2 = I3 = 1.17 mA Ÿ VCE2 = 9 – (1.17mA)(1.3K + 1.8K + 0.6K) = 4.7V VE2 = (1.17mA)(1.8K + 0.6K) = 2.8V VC1 = VB2 = VBE + VE2 = 0.7 + 2.8 = 3.5V = VCE1 Ÿ IC1 = (9 – 3.5)/2.2K = 2.5 mA x Xaùc ñònh MaxSwing: Vì taàng 2 maéc CE (Av thöôøng >> 1) Ÿ MaxSwing = MaxSwing2. Xeùt taàng 2: RDC = 1.3K + 1.8K + 0.6K = 3.7K Rac = 1.3K Töø DCLL vaø ACLL cuûa taàng 2 Ÿ MaxSwing = MaxSwing2 = 1.5V Chöông 5 6
  89. 0ҥFKÿLӋQWӱ VT VT x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: hie1 h fe1 | 1K ; hie2 h fe2 | 2.14K I CQ1 I CQ2 vL vL ib2 ib1 ª 100 u 2.2ºª 1 (0.6 // 0.8) º Suy ra: Av  100 u1.3K v i i v >@« 2.2 h »«0.2K (0.6 //1.8 // h )K (0.6 // 0.8) 1» i b2 b1 i ¬  ie2 ¼¬  ie1  ¼ Av = 4000 (| 72dB) Oån ñònh phaân cöïc: Maïch khueách ñaïi AC: Caùc taàng ñoäc laäp DC: Chöông 3 Maïch khueách ñaïi DC: Big problem !!! Ví duï 3: Xaùc ñònh thay ñoåi cuûa doøng tónh gaây ra do aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân VBE trong ví duï 2. x Hoài tieáp: x Xaùc ñònh ñoä oån ñònh: 'IC1 /'T vaø 'IC2 /'T: VB2 = 9V – 2.2K(IC1 + IB2) = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2) Ÿ VE2 = VB2 – VBE2 = 9 – 2.2K(IC1 + IC2 / hfe2) – VBE2 Maët khaùc: VE2 = 1.8KuIE2 + VBE1 | 1.8KuIC2 + VBE1 Ÿ IC2(1.8K + 2.2K / hfe2) = 9 – 2.2KuIC1 – VBE1 – VBE2 Taïi B1: IC2 | IE2 = IB1 + VBE1 / 0.6K | IC1 / hfe1 + VBE1 / 0.6K Chöông 5 7
  90. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ÿ IC1(2.2K + 1.8K / hfe1 + 2.2K / (hfe1hfe2)) = 9 - VBE1(1 + 1.8K / 0.6K + 2.2K / (hfe20.6K)) - VBE2 9  4VBE1 VBE2 I Ÿ C1 | 2.2K I 5 2.5mV / 0 C 0 ' C1  u 0 Khi nhieät ñoä thay ñoåi: 'VBE / 'T = -k = -2.5 mV/ C Ÿ = 5.7 PA/ C 'T 2.2K I 1 I 1 V 2.5mV / 0 C ' C2 ' C1 ' BE1  0 Taïi B1:IC2 = IC1 / hfe1 + VBE1 / 0.6K Ÿ  | = -4.2 PA/ C 'T h fe1 'T 0.6K 'T 0.6K 5.3 Maïch khueách ñaïi vi sai (difference amplifier) Söû duïng: Phaân tích: Giaû söû maïch ñoái xöùng, caùc TST gioáng nhau, maïch cöïc B gioáng nhau Chöông 5 8
  91. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tónh ñieåm: VE1 = VE2 = (IE1 + IE2)Re – VEE = 2IE1Re – VEE = 2IE2Re – VEE Do tính ñoái xöùng, taùch thaønh 2 maïch (Re o 2Re): VEE  0.7 Ÿ IEQ1 = IEQ2 = 2Re  Rb / h fe VCEQ1 = VCEQ2 = VCC + VEE – ICQ(Rc + 2Re) Ví duï 4: Trong maïch treân, cho VCC = VEE = 10V; Rb = 0.2K; Re = 0.9K; Rc = 0.2K; RL = 10:. Tính dao ñoäng cöïc ñaïi doøng taûi. Xem 2Re >> Rb / hfe Theo phaân tích tónh ñieåm: ICQ = (10 – 0.7) / (2u0.9) = 5.17 mA VCEQ = 10 + 10 – 5.17(0.2 + 2u0.9) = 9.66V DCLL: RDC = Rc + 2Re = 2K ACLL: Rac = Rc // RL | 10: (???) Döïa vaøo ñoà thò: IC2max = 5.17 mA Ÿ ILmax | 5.17 mA Chöông 5 9
  92. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tín hieäu nhoû: Phaûn aùnh maïch cöïc B (nguoàn i1 vaø i2) veà cöïc E: Ñaët i0 = (i1 + i2)/2 vaø 'i = i2 – i1 Ÿ i1 = i0 – ('i/2) vaø i2 = i0 + ('i/2) Duøng phöông phaùp choàng traäp cho maïch töông ñöông tín hieäu nhoû, taùch thaønh 2 mode: x Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0 Do ñoái xöùng: ie1c = ie2c Ÿ iRe = 2ie1c = 2ie2c Ÿ ve = (2Re)ie2c Taùch ñoâi: Re o 2Re Rbi0 Ÿ ie2c = 2Re  hib  Rb / h fe Chöông 5 10
  93. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Mode vi sai (differential mode): i2 = - i1 = 'i/2 ie1d = - ie2d Ÿ iRe = 0 Ÿ ve = 0. Rb 'i Ngaén maïch Re Ÿ ie2d = 2(hib  Rb / h fe ) x Choàng traäp (superposition): Rb Rb ie2 = ie2c + ie2d = i0  'i 2Re  hib  Rb / h fe 2(hib  Rb / h fe )  Rc iL = iie2 = Aci0 + Adid Rc  RL  Rc Rb trong ñoù: Ac = : Ñoä lôïi doøng mode chung Rc  RL 2Re  hib  Rb / h fe  Rc Rb Ad = : Ñoä lôïi doøng mode vi sai Rc  RL 2(hib  Rb / h fe ) 5.3.1 Tyû soá trieät tín hieäu ñoàng pha CMRR (Common Mode Rejection Ratio): Maïch khueách ñaïi vi sai lyù töôûng: Ac = 0: iL = Ad'i Ad Maïch thöïc teá: Ñònh nghóa: CMRR = Ac 2R h R / h e  ib  b fe Re CMRR = | (Giaû söû Re >> hib + Rb/hfe) 2(hib  Rb / h fe ) hib  Rb / h fe Chöông 5 11
  94. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 5: Cho maïch trong ví duï 4. Tính CMRR. Giaû söû i0 = 1PA, xaùc ñònh giaù trò tín hieäu ngoõ vaøo mode vi sai ñeå ngoõ ra mode vi sai toái thieåu lôùn hôn 100 laàn ngoõ ra mode chung. Ac | - 0.1 Ad | - 14 Ÿ iL = -0.1i0 – 14'i CMRR = Ad / Ac = 140 (43dB) Ñeå ngoõ ra mode vi sai t 100ungoõ ra mode chung: 14'i t 100u(0.1i0) Ÿ'i t 100u(i0 / CMRR) = 0.7 PA 5.3.2 Nguoàn doøng cöïc phaùt (Emitter) Ñeå taêng CMRR: Taêng Re : Söû duïng nguoàn doøng taïi cöïc E. Duøng TST T3 taïi cöïc E: VEE VBB  0.7 iC3 = = const. Re Ÿ Xem T3 laø nguoàn doøng x Phaân tích tónh ñieåm: VEE VBB  0.7 ICQ3 = Re 12 Chöông 5
  95. 0ҥFKÿLӋQWӱ I CQ3 VEE VBB  0.7 Do tính ñoái xöùng: ICQ1 = ICQ2 = 2 2Re Rb I CQ1 VC3 = VE1 = VE2 = - RbIb – VBE =  0.7  h fe Rb I CQ1 Ÿ VCEQ1 = VCEQ2 = VC1 – VE1 = (VCC – RcICQ1) – ( 0.7  ) h fe Rb I CQ1 VCEQ3 = VC3 – VE3 = ( 0.7  ) - (-VEE + ReICQ3) h fe x Phaân tích tín hieäu nhoû: Töông töï phaàn treân, thay Re baèng 1/hoe. Nhaän xeùt: 1/hoe raát lôùn: CMRR ñöôïc taêng ñaùng keå. Chænh caân baèng: (Balance control) Thöïc teá: T1 vaø T2 khaùc nhau Ÿ Duøng bieán trôû Rv giöõa E1 vaø E2 ñeå chænh caân baèng. Chöông 5 13
  96. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ñieàu kieän caân baèng: ICQ1 = ICQ2 KVL: RbIB1 + VBE1 + R1IEQ1 = RbIB2 + VBE2 + R2IEQ2 Ÿ (Rb / hfe1 + R1)IEQ1 + VBE1 = (Rb / hfe2 + R2)IEQ2 + VBE2 Giaû söû VBE1 = VBE2, caân baèng Ÿ Rb / hfe1 + R1 = Rb / hfe2 + R2 Maët khaùc: R1 + R2 = Rv Rv Rb § 1 1 · Rv Rb § 1 1 · Ÿ R1 =  ¨  ¸ vaø R2 =  ¨  ¸ 2 2 ¨ h h ¸ 2 2 ¨ h h ¸ © fe1 fe2 ¹ © fe1 fe2 ¹ Phaân tích tín hieäu nhoû: Khi caân baèng: ICQ1 = ICQ2 Ÿ hib1 = hib2 = hib Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Gioáng tröôøng hôïp ñoái xöùng, trong ñoù Rv Rb § 1 1 · hib1 + Rb1 / hfe1 m hib1 + Rb1 / hfe1 + R1 = hib   ¨  ¸ 2 2 ¨ h h ¸ © fe1 fe2 ¹ Rv Rb § 1 1 · hib2 + Rb2 / hfe2 m hib2 + Rb2 / hfe2 + R2 = hib   ¨  ¸ 2 2 ¨ h h ¸ © fe1 fe2 ¹  Rc Rb Ÿ Ad = : Giaûm so vôùi tröôøng hôïp khoâng duøng Rv Rc  RL 2[hib  Rv / 2  (Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe2 )]  Rc Rb Ac = Rc  RL 2(1/ hoe3 )  [hib  Rv / 2  (Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe2 )] Chöông 5 14
  97. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 6: Thieát keá maïch sau ñeå coù CMRR = 100 (40dB). Taûi 1K gheùp AC. TST coù hfe = 100. Theo hình veõ: R1 = R2 = 50 :; hfe1 = hfe2 = 100. Söû duïng coâng thöùc tính Ad vaø Ac ôû phaàn chænh caân baèng, thay 1/hoe baèng Re, suy ra: Ad 2Re  hib  50  1000 /100 Re CMRR = | Ac 2hib  100  2000 /100 60  hib Yeâu caàu: CMRR t 100 Ÿ Re t 100(60 + hib) Giaû söû ICQ1 = ICQ2 = 1mA Ÿ hib = 25 :Ÿ Re t 8.5K. Choïn Re = 10K. Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8V DCLL: RDC = Rc + R2 + 2Re ACLL: Rac = Rc // RL Chöông 5 15
  98. 0ҥFKÿLӋQWӱ 5.4 Caáu hình Darlington Phaân tích tónh ñieåm: 9 DCLL cho T2: VCC = VCE2 + Rc(IC1 + IC2) + ReIE2 Do IC1 | IE1 = IB2 = IC2 / hfe2 << IC2 Ÿ IC1 + IC2 | IC2 | IE2 Ÿ VCC = VCE2 + (Rc + Re)IC2 1 VCC Ÿ DCLL: IC2 =  VCE2  Re  Rc Re  Rc 9 ACLL cho T2: Rac = (RL // Rc) 9 Tính tónh ñieåm Q: TST T2: VBB = VCCR1 / (R1 + R2); Rb = R1 // R2 VBB  1.4 Ÿ I CQ2 Ÿ VCEQ2 tính töø DCLL Re  Rb /(h fe1h fe2 ) TST T1: VCEQ1 = VCEQ2 – 0.7; ICQ1 = ICQ2 / hfe2 Chöông 5 16
  99. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tín hieäu nhoû: Phaûn aùnh maïch cöïc B1 cuûa T1 o Cöïc E1 vaø maïch cöïc E2 cuûa T2 o Cöïc B2 VT VT VT Tónh ñieåm: ICQ2 = hfe2ICQ1 Ÿ hie2 = h fe2 h fe2 = hib1 I CQ2 h fe2 I CQ1 I CQ1 h R h (R / h ) h R h R iL  fe2 c fe1 b fe1  fe2 C fe1 b Suy ra: Ai = | = ii Rc  RL (Rb / h fe1 )  hib1  hie2 Rc  RL Rb  2h fe1hib1 Rc Rb Ai =  (h fe1h fe2 ) Rc  RL Rb  2hie1 Ÿ Xem 2TST gheùp Darlington œ 1 TST coù: hìe = 2hie1 vaø hfe = hfe1hfe2 Chöông 5 17
  100. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 7: Xaùc ñònh tónh ñieåm cuûa maïch sau. Giaû söû hfe = 100. 2.9 Nguoàn doøng T5: VB5 =  6 = -4.14V 2.9  1.3 Giaû söû IB5 << IC5 (4.14  0.7)  (6) I = = 0.9 mA Ÿ C5 1.3K Maïch ñoái xöùng: IC3 = IC4 = IC5 / 2 = 0.45 mA Ÿ IC1 = IC2 = IC3 / hfe = 4.5 PA Ÿ IB1 = IB2 = IC1 / hfe = 45 nA KVL: VC1 = VC2 = VC3 = VC4 = VCC – 10K(IC3 + IC1) | 7.5V 5 -9 VE1 = VE2 = 0 – (10 )(45u10 ) – 0.7 | -0.7V Ÿ VE3 = VE4 = VE1 – 0.7 = -1.4V -3 VC5 = VE3 – 50IC3 = -1.4 – 50(0.45u10 ) | - 1.4V Chöông 5 18
  101. 0ҥFKÿLӋQWӱ 5.5 Maïch khueách ñaïi gheùp Cascode MAÏCH 1: Caáu hình: CE – CB: Thöôøng duøng trong caùc maïch taàn soá cao. Phaân tích tín hieäu nhoû: vL vL ie2 ib1 R1 // R2 Ñoä lôïi truyeàn ñaït (Transfer gain): AT h fb2 RL (h fe1 ) ii ie2 ib1 ii R1 // R2  hie1 Chöông 5 19
  102. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích DC: Giaû söû boû qua IB1 vaø IB2: VB1 = VCCR1 / (R1 + R2 + R3) Ÿ VE1 = VB1 - VBE1 = VB1 – 0.7 VB1  0.7 Ÿ IC1 = = IC2 Re VB2 = VCC(R1 + R2) / (R1 + R2 + R3) Ÿ VE2 = VB2 - VBE2 = VB2 – 0.7 Ÿ VCE1 = VC1 - VE1 = (VE2 – RcIC1) – VE1 VCE2 = VC2 – VE2 = (VCC – RLIC2) – VE2 MAÏCH 2: T1: CE T2 vaø T3: Maïch Cascode, duøng ñeå chuyeån möùc DC cuûa (vL) ñeán 0 (level shifting) duøng trong caùc maïch KÑ gheùp tröïc tieáp (direct – coupled amplifiers). Chöông 5 20
  103. 0ҥFKÿLӋQWӱ Phaân tích tónh ñieåm: Giaû söû boû qua IB2, IB3. VB3 = (-6)(2.3K) / (2.3K + 3.7K) = -2.3V VE3 = VB3 - VBE3 = -2.3 – 0.7 = -3V Ÿ IC3 = 3V / 3K = 1 mA Caàn phaûi xaùc ñònh Rb sao cho VLDC = 0. IB1 = (12 – 0.7) / Rb Ÿ VC1 = 12 – 8KuIC1 = 12 – 8Ku[hfe1(12 – 0.7) / Rb] = VB2 VLDC = VE2 – 3.3KuIC2 = (VB2 – 0.7) – 3.3 = VB2 – 4 Ñeå VLDC = 0 Ÿ VB2 = 12 – 8Ku[hfe1(12 – 0.7) / Rb] = 4 Ÿ Rb = hfe1(12 – 0.7) / 1mA Phaân tích tín hieäu nhoû: T1: Maéc CE. T2: Maéc CC. T3: Maéc CB. Xaùc ñònh vL / vc1 : Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû cuûa T2: Phaûn aùnh trôû khaùng E2 o B2 , trong ñoù R03 = 1/hob3 laø toång trôû nhìn vaøo cöïc C cuûa T3 (CB). h (1/ h ) vL fe2 ob3 | 1 vC1 hie2  h fe2 u 3.3K  h fe2 (1/ hob3 ) Ÿ Maïch Cascode (T2, T3) chæ laøm thay ñoåi möùc DC ngoõ ra maø khoâng thay ñoåi ñoä lôïi aùp cuûa maïch KÑ T1 (CE). Chöông 5 21
  104. CHÖÔNG 6: TRANSISTOR HIEÄU ÖÙNG TRÖÔØNG FET 6.1 Giôùi thieäu 6.2 Lyù thuyeát hoaït ñoäng cuûa JFET 6.3 Lyù thuyeát hoaït ñoäng cuûa MOSFET 6.4 Giaûi tích ñoà thò vaø phaân cöïc 6.5 Giaûi tích tín hieäu lôùn – Söï saùi daïng 6.6 Giaûi tích tín hieäu nhoû 6.7 Môû roäng Chöông 6 1
  105. 6.1 Giôùi thieäu Transistor hieäu öùng tröôøng (Field Effect Transistor – FET): 9 JFET: Junction FET 9 MOSFET: Metal-Oxid Semiconductor FET (Insulated-Gate – IGFET) Tính chaát (Phaân bieät vôùi BJT) 9 Nhaïy vôùi ñieän aùp (voltage-sensitive) 9 Trôû khaùng vaøo raát cao 6.2 Lyù thuyeát hoaït ñoäng cuûa JFET 6.2.1 Caáu taïo (n-channel JFET): Chöông 6 2
  106. 6.2.2 Hoaït ñoäng: ƒ Giaû söû S vaø G noái ñaát; vDS > 0: ⇒ Doøng iD : D → S: Phuï thuoäc vaøo vDS vaø Ñieän trôû keânh n (Rn-Channel) Doøng iChannel – Gate ≈ 0: Do Diode taïo bôûi tieáp xuùc pn Channel-Gate phaân cöïc nghòch (a) Khi vDS taêng: Vuøng khuyeát (depletion region – vuøng gaïch cheùo) taêng → Rn-Channel taêng (b) vDS = Vpo (Ñieän aùp ngheõn: pinch-off voltage): Hai vuøng khuyeát chaïm nhau: iD = Ipo Chöông 6 3
  107. (c) vDS > Vpo: Va = Vpo = const → iD = Ipo = const (d) vDS = BVDSS: Ñieän aùp ñaùnh thuûng. Ñoà thò: ƒ Giaû söû vDS = const; vGS thay ñoåi: vGS 0: Giaûm vuøng khuyeát → i) RChannel giaûm → iD taêng ii) Vpo taêng Chöông 6 4
  108. ⇒ “Voltage-Sensitive Device” Ñoà thò: Löu yù: n-JFET: Phaân cöïc sao cho khoâng coù doøng IChannel-Gate (vGS ≤ 0 hoaëc vGS nhoû > 0) 6.2.3 Ñaëc tuyeán: Ñieän aùp vDS taïi ñieåm ngheõn: vDS-Pinch Off = Vp = Vpo + vGS Ñieän aùp ñaùnh thuûng: BVDSX ≈ BVDSS + vGS Ñaëc tuyeán VA trong vuøng baõo hoøa (Giöõa ñieän aùp ngheõn vaø ñaùnh thuûng: Vp < vDS < BVDSX) ⎡ 3/ 2 ⎤ 3vGS ⎛ vGS ⎞ iD = I ⎢1+ + 2⎜− ⎟ ⎥ vôùi vGS < 0 po ⎢ V ⎜ V ⎟ ⎥ ⎣ po ⎝ po ⎠ ⎦ Nhaän xeùt: vGS = 0: iD = Ipo Chöông 6 5
  109. VGS = - Vpo: iD = 0 Trong vuøng baõo hoøa: iD khoâng phuï thuoäc vDS Aûnh höôûng nhieät ñoä: 3/ 2 T 3/ 2 ⎡ 3v ⎛ v ⎞ ⎤ ⎛ 0 ⎞ ⎢ GS ⎜ GS ⎟ ⎥ iD = I' po ⎜ ⎟ 1+ + 2 − ⎝ T ⎠ ⎢ V ⎜ V ⎟ ⎥ ⎣ po ⎝ po ⎠ ⎦ trong ñoù: I’po = iD khi vGS = 0 taïi nhieät ñoä T0. 6.3 Lyù thuyeát hoaït ñoäng cuûa MOSFET 6.3.1 Caáu taïo (n-channel MOSFET): Nhaän xeùt: Ban ñaàu chöa coù keânh daãn giöõa D vaø S (enhancement mode) Cöïc coång Gate: Metal – Oxide – Semiconductor (MOS) Chöông 6 6
  110. 6.3.2 Hoaït ñoäng: Hoaït ñoäng loaïi taêng (enhancement mode): vGS > 0: ƒ Hình thaønh keânh daãn caûm öùng: vGS > VTN : Ñieän aùp ngöôõng ⇒ Taïo keânh daãn n caûm öùng giöõa S vaø D vGS taêng → Beà roäng vaø ñieän daãn (conductivity) keânh daãn taêng ƒ Thay ñoåi vDS: Töông töï JFET: (a) Khi vDS taêng → Taêng vuøng khuyeát → Rn-Channel taêng: Vuøng tuyeán tính Chöông 6 7
  111. (b) vDS = Vp = vGS - VTN: Ñieän aùp ngheõn: Rn-Channel → ∞ (100 KΩ) Chöông 6 8
  112. (c) vDS > Vp: iD ≈ const: Vuøng baõo hoøa Ñoà thò: Löu yù: enhancement mode n-MOSFET: Phaân cöïc vGS ≥ VTN Chöông 6 9
  113. 6.3.3 Ñaëc tuyeán: Ñieän aùp vDS taïi ñieåm ngheõn: vDS – Pinch Off = Vp = vGS – VTN = vGS + Vpo (Vôùi Vpo = - VTN 0; Enhancement mode n-MOSFET: vGS > 0, Vpo < 0 Ñaëc tuyeán VA: JFET: Baäc 3/2 ≈ MOSFET: Baäc 2 2 ⎛ v ⎞ ⇒ Xem gaàn ñuùng cho caû hai loaïi FET: i = k [v −V ]2 = I ⎜1+ GS ⎟ DS n GS TN po ⎜ ⎟ ⎝ V po ⎠ Aûnh höôûng nhieät ñoä: 3/ 2 ' ⎛To ⎞ I po = I po ⎜ ⎟ ⎝ T ⎠ Chöông 6 10
  114. 6.4 Giaûi tích ñoà thò vaø phaân cöïc 6.4.1 Phaân cöïc JFET: 9 DCLL: VDD = vDS + iD (Rd + Rs) 9 Phöông trình phaân cöïc: vGS = - iD Rs (Xem iG ≈ 0) Nhaän xeùt: Maïch töï phaân cöïc (self-bias): Do vGS < 0 taïo ra bôøi Rs Ví duï: Thieát keá maïch vôùi tónh ñieåm Q: VDSQ = 15V; IDQ = 3,5 mA Thay vaøo DCLL: Rd +Rs = (VDD – VDSQ) / IDQ = (30 – 15) / 3,5 = 4,3 KΩ Töø ñaëc tuyeán VA: VGSQ = -1 V ⇒ Rs = - VDSQ / IDQ = 1V / 3,5 mA = 286 Ω ⇒ Rd ≈ 4 KΩ Choïn Rs = 270 Ω vaø Rd = 3,9 KΩ Chöông 6 11
  115. 6.4.2 Phaân cöïc MOSFET: Coång phaân cöïc thuaän (forward-biased gate) söû duïng maïch phaân cöïc ngoaøi (töông töï BJT): 9 DCLL: VDD = vDS + iD (Rd + Rs) ⎛ R1 ⎞ 9 Phöông trình phaân cöïc: vGS = ⎜ ⎟VDD − iD RS = VGG – iD Rs ⎝ R1 + R2 ⎠ ⎛ R1 ⎞ trong ñoù: VGG = ⎜ ⎟VDD : Ñieän aùp cung caáp cho cöïc coång ⎝ R1 + R2 ⎠ Nhaän xeùt: Rs: Caûi thieän söï oån ñònh tónh ñieåm Q baèng doøng DC hoài tieáp. R3: Khoâng coù taùc duïng DC, duøng ñeå taêng trôû khaùng ngoõ vaøo AC. 0 Baøi toaùn: Xaøc ñònh maïch phaân cöïc (VGG, Rs, Rd) ñeå cöïc tieåu hoùa söï thay ñoåi Q theo t Chöông 6 12
  116. 3/ 2 2 ⎛T ⎞ ⎛ v ⎞ Töø phöông trình: i = I ' 0 ⎜1+ GS ⎟ D po ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ T ⎠ ⎝ V po ⎠ iD diD / iD − 3/ 2 ⇒ Ñoä nhaïy: ST = = dT /T ⎛ V − R i ⎞ R 1+ 2I ' (T /T)3/ 2 ⎜1+ GG S D ⎟ S po o ⎜ ⎟ ⎝ V po ⎠V po 0 Nhaän xeùt: Rs ≠ 0 laøm giaûm ñoä nhaïy iD theo t → Caûi thieän ñoä oån ñònh iD Ñeå cöïc tieåu ST : ⇒ VGG = 2VGSQ + Vpo VGSQ +V po Rs = I DQ 6.5 Giaûi tích tín hieäu lôùn – Söï saùi daïng Chöông 6 13
  117. 6.6 Giaûi tích tín hieäu nhoû 6.6.1 Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Maïch töông ñöông tìn hieäu nhoû (taàn soá daûi giöõa): ƒ Ñieän trôû gate-source: ∂vGS hi = rgs = → ∞: Hôû maïch ∂iG Q ƒ Heä soá khueách ñaïi aùp ngöôïc: hr ≈ 0 Chöông 6 14
  118. ƒ Ñoä xuyeân daãn (transconductance): ∂iDS gm = (S) ∂vGS Q 2 ⎛ v ⎞ Töø coâng thöùc: i = k [v −V ]2 = I ⎜1+ GS ⎟ DS n GS TN po ⎜ ⎟ ⎝ V po ⎠ ⇒ gm = 2 kn I DSQ ƒ Ñieän trôû drain-source: ⎛ ∂vDS ⎞ rds = ⎜ ⎟ ⎜ ∂i ⎟ ⎝ DS ⎠ Q Lyù thuyeát: rds → ∞ Thöïc teá: rds ≈ 20 – 500 KΩ; rds ∼ 1/IDQ ƒ Heä soá khueách ñaïi: ∂vDS µ = − = gmrds ∂vGS Q 6.6.2 Maïch khueách ñaïi aùp cöïc nguoàn chung (CS): Maïch CS: Chöông 6 15
  119. Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Trôû khaùng vaøo nhìn töø nguoàn: Zi = R3 + (R1 // R2) Trôû khaùng ra nhìn töø taûi: Zo = Rd // rds vL Zi Heä soá khueách ñaïi aùp: Av = = −g m (RL // Z o ) vi Zi + ri Chöông 6 16
  120. Ví duï: Xaùc ñònh Av, Zi, Zo cuûa maïch KÑ duøng MOSFET sau: Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: vgs − vds vds Taïi D: i = = g mvgs + R f rds // RL Chöông 6 17
  121. −1 v ⎛ 1 1 ⎞ Vôùi v = v ⇒ A = ds = −(g −1/ R )⎜ + ⎟ ≈ −g (r // R ) = - 12 gs i v m f ⎜ ⎟ m ds L vi ⎝ rds // RL R f ⎠ vi vi R f Zi = = = = 7,7 KΩ i (vi − vds ) / R f 1− Av vds Zo = = R f // rds = 13 KΩ io vi =0 6.6.3 Maïch theo nguoàn (Source follower – CD): Maïch CD: DCLL: VDD = vDS + iDS (Rs1 + Rs2) Ñieän aùp phaân cöïc: VGSQ = - IDSQ Rs1 Thoâng thöôøng, ñeå Q naèm giöõa DCLL: vDS ≈ (VDD / 2) >> VGSQ ⇒ Rs1 << Rs2 Chöông 6 18
  122. Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: (Giaû söû boû qua R1 raát lôùn) vs ƒ Trôû khaùng ngoõ ra (nhìn töø Rs): Zo = io vi =0 Ngoõ ra: vs = µvgs + iords Do vi = 0 → vgs = - vs ⇒ vs = - µvs + iords rds 1 ⇒ Zo = ≈ (Giaû söû µ >> 1) µ +1 gm ' vs ƒ Ñoä lôïi aùp hôû maïch (khoâng coù Rs): Av = R →∞ s vg Ngoõ ra: vs = µvgs = µ (vg – vs) µ ⇒ A' = ≈ 1 (Giaû söû µ >> 1) v µ +1 Chöông 6 19
  123. vg ƒ Trôû khaùng ngoõ vaøo: Zi = ii Ñeå xaùc ñònh Zi, söû duïng nguoàn töông ñöông Thevenin ngoõ ra: ' vs vs Av Rs µ gmRs ⇒ Av = = = = × vi vg 1/ gm + Rs µ +1 1+ gmRs Rs2 Rs2 Vôùi giaû söû R1 >> Rs2: iiR1 = vg – va ≈ vg - vs = vg - Avvg Rs2 + Rs1 Rs2 + Rs1 vg R1 ⇒ Z = ≈ ≈ (µ + 1)R1 (Giaû söû Rs2 >> Rs1) i i µ R i 1− × s2 µ +1 Rs1 + Rs2 ƒ Nhaän xeùt: Gioáng nhö maïch Emitter Follower (BJT): Zi lôùn; Zo nhoû; Av ≈ 1 Chöông 6 20
  124. 6.6.4 Phaûn aùnh trôû khaùng: ƒ Xeùt maïch sau: Maïch töông ñöông tin hieäu nhoû: Chöông 6 21
  125. µvgs + v3 − v2 ⇒ ids = Rs + rds + Rd trong ñoù: vgs = v1 – v2 – ids Rs µv1 + v3 − (µ +1)v2 ⇒ ids = ⇒ Maïch töông ñöông khi phaûn aùnh vaøo cöïc D: (µ +1)Rs + rds + Rd Chöông 6 22
  126. µv1 /(µ +1) + v3 /(µ +1) − v2 Vieát laïi: ids = ⇒ Maïch töông ñöông khi phaûn aùnh vaøo cöïc S: Rs + rds /(µ +1) + Rd /(µ +1) Chöông 6 23
  127. ƒ Caùc böôùc thöïc hieän phaûn aùnh trôû khaùng: 1) Töông ñöông ñoaïn DS cuûa FET baèng ñieän trôû rds noái tieáp nguoàn aùp (µv1) [cöïc döông ôû S]. Xem ñoaïn maïch naøy gaén lieàn vôùi phaàn maïch cöïc D 2) Phaûn aùnh vaøo D: Giöõ nguyeân phaàn maïch cöïc D vaø ñoaïn töông ñöông DS Phaàn maïch cöïc S × (µ + 1) 3) Phaûn aùnh vaøo S: Giöõ nguyeân phaàn maïch cöïc S Phaàn maïch cöïc D vaø ñoaïn töông ñöông DS : (µ + 1) ƒ Ví duï: Phaân tích laïi maïch CD baèng caùch phaûn aùnh trôû khaùng vaøo phaàn maïch cöïc S Maïch töông ñöông: Chöông 6 24
  128. Phaân tích maïch: KVL, KCL Chöông 6 25
  129. 6.6.5 Maïch taùch pha (phase-splitting circuit): vo1 vo2 Rs Tín hieäu nhoû: ids = − = ⇒ vo2 = − vo1 Rd Rs Rd Neáu Rs = Rd ⇒ vo2 = - vo1 : Maïch taùch pha Ñeå xaùc ñònh Av1, Av2, Zo1, Zo2: Söû duïng pp phaûn aùnh trôû khaùng vôùi v2 = v3 = 0 vo1 µRd ⇒ Av1 = = − vi (µ +1)Rs + rds + Rd vo2 µRs Av2 = = − vi (µ +1)Rs + rds + Rd Zo1 = Rd //[rds + (µ +1)Rs ] r R Z = R //[ ds + d ] o2 s µ +1 µ +1 Chöông 6 26
  130. 6.6.6 Maïch khueách ñaïi cöïc coång chung (CG): Maïch CG: ƒ Trôû khaùng ngoõ vaøo: Phaûn aùnh vaøo maïch cöïc S: rds + Rd ⇒ Zi = Rsg = µ +1 ƒ Trôû khaùng ngoõ ra: Phaûn aùnh vaøo maïch cöïc D: Chöông 6 27
  131. ⇒ Zo = rds + (µ + 1)ri Heä soá khueách ñaïi: v d (µ + 1)Rd Av = = vi Rd + rds + (µ + 1)ri Chöông 6 28
  132. 6.7 Môû roäng 6.7.1 FET keânh p: ƒ p-channel JFET Caáu taïo: Ñaëc tuyeán VA: Chöông 6 29
  133. ƒ p-channel MOSFET Caáu taïo: Ñaëc tuyeán VA: Chöông 6 30
  134. Nhaän xeùt: p-channel FET (iSD, vSD, vSG) töông töï n-channel FET (iDS, vDS, vGS) 6.7.2 Depletion-mode MOSFET: ƒ So saùnh: Khi vGS = 0: Enhancement-mode: Khoâng coù keânh daãn giöõa D vaø S Depletion-mode: Coù keânh daãn giöõa D vaø S ⇒ Enhancement-mode: VTN > 0: Ñieän aùp ngöôõng hình thaønh keânh daãn. Depletion-mode: VTN < 0: Ñieän aùp ngöôõng taét keânh daãn. ƒ Ñaëc tuyeán: Chöông 6 31
  135. 0ҥFKÿLӋQWӱ Chöông 7: MAÏCH KHUEÁCH ÑAÏI HOÀI TIEÁP 7.1 Giôùi thieäu 7.2 Khaùi nieäm cô baûn veà maïch hoài tieáp 7.3 Ñoä lôïi cuûa maïch khueách ñaïi hoài tieáp ñieän aùp 7.4 Trôû khaùng ngoõ vaøo vaø ngoõ ra 7.5 Ví duï veà phaân tích maïch khueách ñaïi hoài tieáp 7.6 Maïch khueách ñaïi hoài tieáp vaø caùc haøm ñoä nhaïy 7.7 Kyõ thuaät thieát keá maïch khueách ñaïi hoài tieáp 7.8 Caùc öùng duïng khaùc cuûa kyõ thuaät hoài tieáp Chöông 7 1
  136. 0ҥFKÿLӋQWӱ 7.1 Giôùi thieäu Maïch khueách ñaïi lyù thuyeát Maïch khueách ñaïi thöïc teá Ÿ Kyõ thuaät hoài tieáp 7.2 Khaùi nieäm cô baûn veà maïch hoài tieáp 4 caáu hình maïch hoài tieáp cô baûn: Hoài tíeâp ñieän aùp, sai leäch doøng ñieän (voltage feedback and current error) Chöông 7 2
  137. 0ҥFKÿLӋQWӱ Hoài tieáp ñieän aùp, sai leäch ñieän aùp (voltage feedback and voltage error) Hoài tieáp doøng ñieän, sai leäch doøng ñieän (current feedback and current error) Chöông 7 3
  138. 0ҥFKÿLӋQWӱ Hoài tieáp doøng ñieän, sai leäch ñieän aùp (current feedback and voltage error) Thaønh phaàn chung: 1. Boä khueách ñaïi: Ri, ro, Ai’ (hoaëc Av’) 2. Maïch hoài tieáp E: RE, Rf, nguoàn doøng (aùp) phuï thuoäc 3. Maïch coäng hay tröø ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) Ñònh nghóa: 1. Ñoä lôïi toaøn boä (overall) hay ngoaøi (external) cuûa maïch khueách ñaïi coù hoài tieáp: Ñoä lôïi doøng: Aif = iL / ii (hình a vaø c) Ñoä lôïi aùp: Avf = vL / vi (hình b vaø d) 2. Ñoä lôïi thuaän (forward) hay trong (internal) cuûa maïch khueách ñaïi khoâng hoài tieáp: Ñoä lôïi doøng: Ai Aif (hình a vaø c) Gi 0 or Ki 0 Chöông 7 4
  139. 0ҥFKÿLӋQWӱ A A Ñoä lôïi aùp: v vf K 0 or K 0 (hình b vaø d) v E 7.3 Ñoä lôïi cuûa maïch khueách ñaïi hoài tieáp ñieän aùp 7.3.1 Hoài tíeâp ñieän aùp, sai leäch doøng ñieän Maïch hoài tieáp: RE >> RL Maïch töông ñöông: (Vôùi maïch hoài tieáp, thay vL baèng vL’ ) Chöông 7 5
  140. 0ҥFKÿLӋQWӱ Giaû söû trôû khaùng nhìn töø maïch hoài tieáp vaøo maïch tröø raát nhoû so vôùi Rf, suy ra: if = GivL’ Doøng sai leäch (Giaû söû Rf >> Ri): ie = ii – if = ii – GivL’ Doøng taûi (Giaû söû RL 0: Hoái tieáp döông (positive feedback) Ai Ÿ Overall gain: Aif 1  T Chöông 7 6
  141. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 1: Xaùc ñònh Aif cuûa maïch khueách ñaïi hoài tieáp aùp – sai leäch doøng sau: Ñöa ñieän trôû Rf veà ngoõ vaøo vaø ra, maïch töông ñöông (Chuù yù: Thay vL baèng vL’ ôû ngoõ vaøo) Chöông 7 7
  142. 0ҥFKÿLӋQWӱ Bieàn ñoåi töông ñöông Norton – Thevenin: Thoâng thöôøng: Ai >> Ri / Rf vaø Rf >> RL Ÿ Ngoõ ra: Rf xem nhö khoâng aûnh höôûng x Ñoä lôïi doøng thuaän khi khoâng coù hoài tieáp (vL’ = 0): (r // R ) iL ' ª i f º Ai Ai i v ' 0 «(r // R ) R » i L ¬« i f  i ¼» x Ñoä lôïi voøng T: (r // R ) vL ' i f RL T Ai ' i 0 (r // R ) R R vL i i f  i f x Ñoä lôïi toaøn maïch: Ai Aif (Kieåm chöùng: Xem TLTK [2]) 1  T x Nhaän xeùt: Neáu –T >> 1 Ÿ Aif | Ai / (-T) = - Rf / RL Ÿ Neáu T ñuû lôùn: 9 Aif chæ phuï thuoäc vaøo tyû soá cuûa ñieän trôû maïch hoài tieáp (Rf) vaø ñieän trôû taûi (RL) 9 Avr chæ phuï thuoäc vaøo tyû soá cuûa ñieän trôû maïch hoài tieáp (Rf) vaø ñieän trôû nguoàn (RL) [2] Chöông 7 8
  143. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 2: Tính ñoä lôïi doøng thuaän khoâng coù hoài tieáp vaø ñoä lôïi voøng cuûa maïch khueách ñaïi sau. x Tính ñoä lôïi doøng thuaän khoâng coù hoài tieáp Ai: Maïch töông ñöông (vL’ = 0): (r // R ) iL ' ª Rc ºª i f º Ÿ Ai (Ai )  h fe  i v ' 0 « R R »« (r // R ) 2h R » i L ¬ c  L ¼¬« i f  ie  T ¼» x Tính ñoä lôïi voøng T: Maïch töông ñöông (ii = 0): Chöông 7 9
  144. 0ҥFKÿLӋQWӱ (r // R ) vL § RL · ' ª Rc ºª i f º T ¨ ¸(Ai )  h fe  v ' i 0 ¨ R ¸ « R R »« (r // R ) 2h R » L i © f ¹ ¬ c  i ¼¬« i f  ie  T ¼» Ai x Ñoä lôïi toaøn maïch: Aif 1  T Nhaän xeùt: -T >> 1, Aif | Ai / (-T) = - Rf / RL :khoâng phuï thuoäc hfe vaø Ai’ 7.3.2 Hoài tieáp ñieän aùp, sai leäch ñieän aùp Maïch hoài tieáp: Chöông 7 10
  145. 0ҥFKÿLӋQWӱ Maïch töông ñöông: (Giaû söû maïch hoài tieáp khoâng aûnh höôûng ñeán ngoõ ra) Chuù yù: Thay vL baèng vL’ Giaû söû Rf khoâng aûnh höôûng maïch tröø Ÿ vf = KvvL’ Aùp sai leäch: ve = vi – vf = vi - KvvL’ Ñieän aùp ngoõ ra: (giaû söû ro << RL): vL = Av’ve = Av’(vi - KvvL’) ' vL Av Ñeå tính ñoä lôïi aùp toaøn boä, thay vL’ baèng vL Ÿ Avf v ' i 1  K v Av Neáu tính theo ñoä lôïi aùp thuaän khi khoâng coù hoài tieáp (Av) vaø ñoä lôïi voøng T: ' x Ñoä lôïi aùp thuaän khi khoâng coù hoài tieáp Av Avf Av K v 0 vL ' Ñoä lôïi voøng: T K A x ' v 0  v v vL i Chöông 7 11
  146. 0ҥFKÿLӋQWӱ Av Ÿ Overall gain: Avf 1  T Ví duï 3: Tính Avf cuûa maïch khueách ñaïi hoài tieáp sau. Giaû söû ro << R2. Maïch töông ñöông: Chöông 7 12
  147. 0ҥFKÿLӋQWӱ Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Ñoä lôïi aùp thuaän khi khoâng coù hoài tieáp: vL ª ' RL º ª  1 º Av Av  h fe (Rc // Ri ) v v ' 0 « R r »>@«r 2h R » i L ¬ L  o ¼ ¬« i  ie  f ¼» Ñoä lôïi voøng T: vL ª ' RL º ª R1 1 º T Av  h fe (Rc // Ri ) v ' v 0 « R r »>@«R R r 2h R » L i ¬ L  o ¼ ¬« 1  2 i  ie  f ¼» Ñoä lôïi aùp toaøn boä: Av Avf 1  T Chöông 7 13
  148. 0ҥFKÿLӋQWӱ 7.4 Trôû khaùng ngoõ vaøo vaø ngoõ ra 7.4.1 Trôû khaùng ngoõ vaøo (input impedance) i) Sai leäch doøng Xeùt maïch sau: v1 Theo ñònh nghóa, trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng: Zif ii Giaû söû Rf >> RL , töø maïch töông ñöông : v1 = ieRi r // R § vL ·ª i f º Vôùi ie ¨ii  ¸ ¨ R ¸«R r // R » © f ¹¬« i  i f ¼» Maët khaùc: vL = -Ai’ieRL R // r // R r // R i i f ' § RL ·ª i f º Ÿ Zif vôùi ñoä lôïi voøng T Ai ¨ ¸ 1 T ¨ R ¸«R r // R »  © f ¹¬« i  i f ¼» Trôû khaùng ngoõ vaøo khi khoâng coù hoài tieáp (vL’ = 0): Zi = Ri // ri // Rf Chöông 7 14
  149. 0ҥFKÿLӋQWӱ Zi Ÿ Toång quaùt: Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng: Zif 1  T Vôùi Zi: Trôû khaùng ngoõ vaøo khi khoâng coù hoài tieáp T: Ñoä lôïi voøng Chuù yù: Coâng thöùc treân chæ ñuùng trong tröôøng hôïp ri maéc song song. Trong tröôøng hôïp ri maéc noái tieáp nhö hình veõ döôùi, trôû khaùng ngoõ vaøo ñöôïc tính theo caùc böôùc sau: a) Bieán ñoài töông ñöông Thevenin o Norton, khi naøy ri seõ maéc song song b) Tính Zif theo coâng thöùc hoài tieáp treân 1 1 1 c) Zif goàm ri maéc song song vôùi Zif’ Ÿ  Ÿ Tính Zif’ Z r ' if i Zif d) Vôùi maïch ban ñaàu: Zifv = ri + Zif’ Chöông 7 15
  150. 0ҥFKÿLӋQWӱ ii) Sai leäch aùp Xeùt maïch trong ví duï 3: vi Theo ñònh nghóa, trôû khaùng ngoõ vaøo: Zifv , töø maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: ib1 r R 2h vi  [R1 /(R1  R2 )]vL i  f  ie Ÿ ib1 . Do Avf = vL/vi Ÿ Zifv ri  R f  2hie 1  [R1 /(R1  R2 )]Avf Av § R1 · [(R1  R2 ) / R1 ]T Maët khaùc: Avf vôùi T ¨ ¸Av Ÿ Avf  1 T ¨ R R ¸ 1 T  © 1  2 ¹  ri  R f  2hie Ÿ Zifv (1  T )(ri  R f  2hie ) 1  [T /(1  T )] Khi khoâng coù hoài tieáp (vL’ = 0) : Zi = ri + Rf + 2hie Ÿ Toång quaùt: Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn aùp: Zifv = (1-T)Zi Vôùi: Zi: Trôû khaùng ngoõ vaøo khi khoâng coù hoài tieáp Chöông 7 16
  151. 0ҥFKÿLӋQWӱ T: Ñoä lôïi voøng Chuù yù: Coâng thöùc treân chæ ñuùng trong tröôøng hôïp ri maéc noái tieáp. 7.4.2 Trôû khaùng ngoõ ra (output impedance) i) Hoái tieáp aùp – Sai leäch doøng Xeùt maïch hoài tieáp aùp – Sai leäch doøng sau: vL Theo ñònh nghóa, trôû khaùng ngoõ ra: Zof io vi 0 Giaû söû Rf khoâng aûnh höôûng ñeán ngoõ ra Ÿ io = iL + Ai’ie Treân taûi: iL = vL / RL r // R § vL · i f ÔÛ ngoõ vaøo: ie ¨ ¸ ¨ R ¸ R r // R © f ¹ i  i f ' r // R 1 1 § Ai ·ª i f º 1  T Ÿ Daãn naïp ngoõ ra (output admittance): Yof  ¨ ¸ Z R ¨ R ¸«R r // R » R of L © f ¹¬« i  i f ¼» L Chöông 7 17
  152. 0ҥFKÿLӋQWӱ RL Ÿ Trôû khaùng ngoõ ra: Zof 1  T Khi khoâng coù hoài tieáp: Zo = RL Zo Ÿ Toång quaùt: Trôû khaùng ngoõ ra: Zof 1  T Vôùi: Zo: Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp T: Ñoä lôïi voøng ii) Hoài tieáp aùp – Sai leäch aùp Xeùt maïch hoài tieáp aùp – sai leäch aùp sau: ' vL vL vL  Av ve Trôû khaùng ngoõ ra: Zof vôùi io  io vi 0 RL ro Chöông 7 18
  153. 0ҥFKÿLӋQWӱ ª§ h fe R1 · º§ 1 · ÔÛ ngoõ vaøo: ve  ¨ ¸vL ¨ ¸ Rc // Ri «¨ R R ¸ »¨ R r 2h ¸ ¬© 1  2 ¹ ¼© f  i  ie ¹ h R § fe 1 ·§ 1 · ª ' § RL ·º Maët khaùc, ñoä lôïi voøng T: T ¨ ¸¨ ¸ Rc // Ri Av ¨ ¸ ¨ R R ¸¨ R r 2h ¸ « ¨ r R ¸» © 1  2 ¹© f  i  ie ¹ ¬ © o  L ¹¼ ­ T ½ Ÿ ve vL ® A' [R /(r R )]¾ ¯ v L o  L ¿ 1 1 1 T § 1 1 · Ÿ Yof   ¨  ¸(1  T ) Z R r r R /(r R ) ¨ R r ¸ of L o o L o  L © L o ¹ Khi khoâng coù hoài tieáp: Zo = RL // ro Zo Ÿ Toång quaùt: Trôû khaùng ngoõ ra: Zof 1  T Vôùi: Zo: Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp T: Ñoä lôïi voøng Chöông 7 19
  154. 0ҥFKÿLӋQWӱ 7.5 Ví duï veà phaân tích maïch khueách ñaïi hoài tieáp Ví duï 4: Xaùc ñònh Avf, Aif, T, Zif, Zof cuûa maïch KÑ hoài tieáp sau, giaû söû caùc TST gioáng nhau coù hre = hoe = 0. Vì Rf >> RL, chuyeàn Rf veà ngoõ vaøo, maïch töông ñöông: Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch aùp Chöông 7 20
  155. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû ñeå tính ñoä lôïi voøng T (vi = 0): h R v 2 §  fe c ·§ 1 · T L h 1 R 2 fe  L ¨ ¸¨ ¸ vôùi RA = (hfe +1) RL + 2hie3 v ' v 0 >@¨ R R ¸¨ R r 2h ¸ L i © c  A ¹© f  i  ie1 ¹ x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû ñeå tính ñoä lôïi aùp thuaän Av (vL’ = 0): vL Av ' T vi vL 0 Av x Ñoä lôïi aùp: Ÿ Avf 1  T § ri · x Ñoä lôïi doøng: Ÿ Aif ¨ ¸Avf ¨ R ¸ © L ¹ Chöông 7 21
  156. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Trôø khaùng ngoõ vaøo: Xeùt maïch töông ñöông tín hieäu nhoû, trôû khaùng ngoõ vaøo khi khoâng coù hoài tieáp nhìn töø nguoàn aùp: Ziv = ri + Rf + 2hie1 Hoài tieáp aùp – sai leäch aùp Ÿ Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn aùp: Zifv = Ziv(1-T) Ÿ Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng: Zifi = ri // (Zifv – ri) x Trôû khaùng ngoõ ra: ª Rc º Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp: Zo RL //«2hib4  » (h 1)2 «¬ fe  ¼» Zo Ÿ Trôû khaùng ngoõ ra: Z of 1  T Chöông 7 22
  157. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 5: Xaùc ñònh T, Aif, Zif, Zof cuûa maïch sau. Chuyeån Rf veà ngoõ vaøo, maïch töông ñöông: Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch aùp: Chöông 7 23
  158. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû ñeå tính ñoä lôïi voøng T (vi = 0): vL ª Rc1 ºª 1 º T  h fe (h fe  1)(Rc2 // RL )  h fe  v ' v 0 >@« R 2h »« r 2h R » L i ¬ c1  ie3 ¼¬« i  ie1  f ¼» x Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû ñeå tính ñoä lôïi aùp thuaän Av (vL’ =0): vL Av ' T vi vL 0 x Trôû khaùng ngoõ vaøo: Trôû khaùng ngoõ vaøo khi khoâng coù hoài tieáp nhìn töø nguoàn aùp: Zi = ri + Rf + 2hie Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch aùp Ÿ Trôû khaùng ngoõ vaøo: Zif = Zi (1-T) Chöông 7 24
  159. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Trôû khaùng ngoõ ra: Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp: Zo = Rc2 // RL Zo Ÿ Trôû khaùng ngoõ ra: Zof 1  T Ví duï 6: Xaùc ñònh ñoä lôïi aùp Avf1 = vo1 / vi; Avf2 = vo2 / vi; trôû khaùng ngoõ vaøo Zif vaø trôû khaùng ngoõ ra Zof1 vaø Zof2 cuûa maïch KÑ hoài tieáp sau: Chöông 7 25
  160. 0ҥFKÿLӋQWӱ Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû: Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch doøng x Ñoä lôïi voøng T: Khoâng phuï thuoäc ngoõ ra laø vL1 hay vL2 2 r // R // R vL1 ª Rc // Rb º ª i b f º 1 T  h fe (Rc // RL )  h fe v ' v 0 >@« R // R h » «r // R // R h » R L1 i ¬ c b  ie ¼ ¬« i b f  ie ¼» f x Ñoä lôïi aùp: Ñoä lôïi aùp thuaän: R T vL1 f 9 Ngoõ ra laø vL1: Av1 ' vi vL1 0 ri 9 Ngoõ ra laø vL2: Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû (ñöa nguoàn vL2’ vaøo maïch hoài tieáp) Chöông 7 26
  161. 0ҥFKÿLӋQWӱ Bieán ñoåi töông ñöông Norton – Thevenin: r // R // R vL2 ª i f b º 1 Ÿ Av2  h fe (Rc // Rb // hie ) v v ' 0 >@«r // R // R h » r i L2 ¬« i f b  ie ¼» i Av1 Av2 Ñoä lôïi aùp: Avf 1 vaø Avf 2 1  T 1  T Chöông 7 27
  162. 0ҥFKÿLӋQWӱ x Trôû khaùng ngoõ vaøo: Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch doøng Ÿ Bieán ñoåi Thevenin – Norton nguoàn aùp vi – ri Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng khi khoâng coù hoài tieáp: Zi = ri//Rb//Rf//hie Zi Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn doøng: Zif 1  T Z r ' if i Do Zif = ri // Zif’ Ÿ Zif ri  Zif Ÿ Trôû khaùng ngoõ vaøo nhìn töø nguoàn aùp: Zifv = ri + Zif’ x Trôû khaùng ngoõ ra: 9 Nhìn töø vL1: Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp: Zo1 = RL // RC Zo1 Ÿ Zof 1 1  T 9 Nhìn töø vL2: Trôû khaùng ngoõ ra khi khoâng coù hoài tieáp: Zo2 = Rc // Rb // hie Zo2 Ÿ Zof 2 1  T 7.6 Maïch khueách ñaïi hoài tieáp vaø caùc haøm ñoä nhaïy Thöïc teá: Ai (Av) raát lôùn Ÿ Ñoä lôïi toaøn maïch chæ phuï thuoäc vaøo maïch hoài tieáp. x Ñoä nhaïy cuûa söï thay ñoåi ñoä lôïi (sensitivity to gain variations): dA / A Aif if if Ñònh nghóa: S Ai dAi / Ai Chöông 7 28
  163. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ai Aif 1 Töø coâng thöùc: Aif Ÿ S A 1 T i 1 T x Giaûm nhieãu noäi (reduction of internal disturbances): Xeùt sô ñoà khoái cuûa maïch hoài tieáp vôùi nhieãu noäi id nhö sau: Giaû söû maïch hoài tieáp coù Rf of; RE of. Ñieän aùp ngoõ ra: vL RL A1A2 (ii  GivL )  A2RLid § Ai RL ·§ id · Vôùi Ai = A1A2 vaø T = - AiGiRL Ÿ vL ¨ii  ¸ Ÿ Maïch töông ñöông ¨ 1 T ¸¨ A ¸ ©  ¹© 1 ¹ § Ai RL ·§ id · A2RL Ñieän aùp ngoõ ra gaây ra do nhieãu noäi: vL ¨ ¸ id i 0 ¨ 1 T ¸¨ A ¸ 1 T i ©  ¹© 1 ¹  Ñoä lôùn cuûa nhieãu noäi ôû ngoõ ra phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa id trong maïch KÑ (A2): 9 id xuaát hieän ôû taàng cuoái: A2 = 1 Ÿ id bò giaûm (1-T) ôû ngoõ ra 9 id xuaát hieän ôû ngoõ vaøo: A2 = Ai: Nhieãu vaø tín hieäu vaøo cuøng ñöôïc khueách ñaïi Chöông 7 29
  164. 0ҥFKÿLӋQWӱ Ví duï 7: Ñoä dôïn soùng (ripple voltage) cuûa nguoàn laø vcc, tính ñoä dôïn soùng ngoõ ra. Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû (Giaû söû ri >> Rf >> RL): Maïch hoài tieáp aùp – sai leäch doøng R f Khi khoâng coù hoài tieáp (vL’ = 0): Superposition: vL vcc  h fe RL ii R f  hie v h fe RL v h fe RL R f /(R f  hie ) T L v cc i Ñoä lôïi voøng: '  Ÿ L  i vL R f  hie 1 T 1 T vcc Giaû söû –T >> 1 Ÿ vL |  R f ii  T vcc Ñoä dôïn soùng ngoõ ra do vcc: vL ripple : Bò suy hao bôûi ñoä lôïi voøng T.   T 7.7 Kyõ thuaät thieát keá maïch khueách ñaïi hoài tieáp 7.8 Caùc öùng duïng khaùc cuûa kyõ thuaät hoài tieáp Xem TLTK [1], [2] Chöông 7 30