BUI THU CAO

UU
US Lu

™

sie

MẠGH BIỆN T

ed

GIAO TRINH

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP.
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


BUI THU CAO

GIAO TRINH

MACH DIEN TU NANG CAO

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHĨ HỎ CHÍ MINH


LOI NOI DAU
Giáo trình này được biên soạn dựa trên đề cương của môn học

Mạch điện tử nâng cao thuộc các chương trình đào tạo hệ đại học của Khoa

Cơng nghệ Điện tử, Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh. Nội dung biên
soạn theo tỉnh thần cô đọng ngắn gọn, dễ hiểu để áp dụng lý thuyết vào
thực hành.

Giáo trình biên soạn được tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu là sách

và tài liệu chuyên khảo từ các trường đại học có uy tín trong và ngồi nước.

Trong q trình biên soạn nội dung sẽ khơng tránh khỏi những thiếu
sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô đồng
nghiệp, các em sinh viên và các độc giả quan tâm tới giáo trình này. Mọi

góp ý xin gửi đến email buithucao(@iuh.edu.vn.
Trân trọng cảm ơn!

Tp. Hồ Chỉ Minh, tháng 02 năm 2023
TÁC GIÁ


THONG TIN CHUNG VE MON HOC
s“*.

Đấi

tượng sử dụng: S¡nh viên đại học các ngành điện, điện tử

công nghiệp, điện tử - viễn thơng, IoT và Trí tuệ nhân tạo.


Vị trí môn học: Đây là môn học thuộc khối kiến thức cơ sở ngành.
Mơn học này được bố trí học sau môn học Mạch điện tử.

Mục tiêu môn học:
Sau khi học mơn mạch điện tử nâng cao, sinh viên có khả năng:

Phân tích mạch khuếch đại, thiết lập được biểu thức hàm truyền
và vẽ được biểu đồ Bode tần số thấp, tần số cao của các mạch

khuếch đại và mạch lọc tương tự.

Giải thích được ảnh hưởng của hồi tiếp tới mạch khuếch đại và

ứng dụng của nó.

Tính tốn và thiết kế các loại mạch khuếch đại, mạch lọc và

mạch dao động.

Sử dụng các phần mềm mơ phỏng trong phân tích, tính tốn và

thiết kế các loại mạch khuếch đại, mạch lọc và mạch dao động.
s$2

Chuan dau ra của môn học:

STT
1

3


3
4

Tên chuẩn đầu ra (CDR)

Sử dụng các kỹ thuật tính tốn đa biến và

đại số tuyến tính để giải các bài mạch

điện tử tương tự.

Xác định đầu vào/ra bài toán thiết kế với
z

`

^

À

1IA

A

x

các ràng buộc về tiêu chuân ngành.

| Thiết kế sơ đồ khói và nguyên lý mạch.

Có khả năng sử dụng các phần mềm
phân tích, tính tốn, mơ phỏng trong lĩnh

tn

vực điện tử.

Liên kết với CĐR
chương trình

,

bl

dl

d2
a2

Biết tìm kiếm và tra cứu tài liệu chuyên
mon.

g4


M6 ta van tat mon hoc:
Môn học cung cấp cho sinh viên các kiến thức về phân tích, tính tốn
và thiết kế mạch tương tự. Nội dung bao gồm 4 chương:

Chương 1. Đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại.

Chương 2: Mạch khuếch đại cộng hưởng.
Chương 3: Mạch lọc tương tự.

Chương 4: Kỹ thuật hồi tiếp và dao động.


MUC

LUC

LOI NOI DAU

Chuong 1. DAP UNG TAN SO CUA MACH KHUECH DAI
1.1. Giới thiệu hàm truyền của mạch khuếch đại

1.2. Phương pháp vẽ đồ thị Bode cho hàm truyền độ lợi

1.3. Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại

1.3.1. Đáp ứng tân số thấp của mạch khuếch đại dùng BJT
1.3.2. Phân tích tần số thấp cho mạch khuếch đại sử dụng

MOSFET

1.4. Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại
1.4.1. Đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại dùng BJT
1.4.2. Đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại dùng FET
1.5. Khảo sát đáp ứng trên toàn miễn tần số cho mạch khuếch đại

1.5.1. Phương pháp phân tích mạch

1.5.2.

Ví dụ minh họa

1.6. Tích số độ lợi và băng thông của mạch khuếch đại

1.7. Bài tập về khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại

Chuong 2. MACH KHUECH DAI CONG HUONG
2.1. Giới thiệu mạch khuếch đại cộng hưởng

2.2. Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng đơn

2.2.1. Mạch khuếch đại cộng hưởng đơn dùng BJT
2.2.2. Mạch khuếch đại cộng hưởng đơn dùng FET

2.3. Khảo sát đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại cộng hưởng
ghép biên áp
2.4. Câu hỏi ôn tập

2.5. Bài tập về phân tích mạch khuếch đại cộng hưởng
Chương 3. MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ
3.1. Giới thiệu mạch lọc

3.1.1. Định nghĩa
3.1.2. Mô tả dạng tổng quát
3.1.3. Phân loại mạch lọc

10
11

14
14
20
26
26
34
38
38
38
41
42
52
53

54
59
62
67
67
73

74
74
74
75


3.2. Mạch lọc thông thap (Low-pass filter)
3.2.1. Mạch lọc thông thấp dùng RC


3.2.2. Mạch lọc thông thấp dùng LC

3.3. Mach loc thong cao (High-pass filter)
3.3.1. Mach loc théng cao dung RC
3.3.2. Mach loc théng cao dung LC
3.4. Mach loc théng dai (Band-pass filters)
3.4.1. Yêu câu thiết kế mạch lọc thông dải

3.4.2. Phương pháp thiết kế mạch lọc thông dải
3.5. Mach loc triét dai (Band-reject filters)
3.6. Một số mạch lọc khác

3.6.1.Mạch lọc công hưởng RLC nối tiếp (Resonant
serial RLC filter)
3.6.2. Mạch lọc cộng hưởng LC song song (Resonant
parallel LC filter)
3.7. Câu hỏi ôn tập
3.8. Bài tập mạch lọc tương tự

Chương 4. KỸ THUẬT HỎI TIẾP VÀ DAO ĐỘNG

4.1. Khái niệm cơ bản về mạch khuếch đại hồi tiếp

4.2. Phân tích mạch khuếch đại hồi tiếp âm
4.2.1. Phân tích mạch hồi tiếp sai lệch áp

4.2.2. Phân tích mạch hồi tiếp sai lệch dòng

4.2.3. Thiết kế mạch khuếch đại hồi tiếp


4.3. Nguyên tắc tạo đao động
4.4. Các loại mạch dao động

4.4.1. Mạch dao động dịch pha
4.4.2. Mạch dao động cdu Wien
4.4.3. Mạch dao động cao tan

4.4.4. Thiết kế mạch dao động
4.5. Câu hỏi ôn tập
4.6. Bài tập

TÀI LIỆU THAM KHẢO

76
76
79
81
81
82
84
84
86
89
91
91
95
97
98
103
104

105
106
108
110
117
118
118
121
123
129
131
132
138



Chương 1.

DAP UNG TAN SO CUA MACH KHUECH DAI

Muc tiéu:
Giới thiệu đáp ứng hàm truyền của mạch khuếch đại tín tần số thấp
tín hiệu nhỏ.

Phân tích, tính tốn và vẽ được đồ thị Bode cho đáp ứng tần số thấp
của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dung BJT va MOSFET.
Phân tích, tính tốn và vẽ được đồ thị Bode cho đáp ứng tần số cao
của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dung BJT va MOSFET.
Phân tích, tính tốn và vẽ được đồ thị Bode cho đáp ứng trên toàn
miền tần số của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dung BJT va

MOSFET.
Hiểu tính chất tích số độ lợi và băng thơng của mạch khuếch đại
dung transistor.

Sử dụng phần mềm Multisim để mô phỏng vẽ đồ thị Bode cho các
dạng mạch khuếch đại.


1.1.

Giới thiệu hàm truyền của mạch khuếch đại

Mạch khuếch đại tín hiệu là một trong những thành phần quan trọng của
các thiết bị viễn thơng. Khi tín hiệu ngõ vào có giá trị rất bé, ta phải khuếch

đại tín hiệu này để giá trị biên độ hay công suất của nó lớn lên. Từ đó đưa
ra loa hoặc ngõ vào của một mơ đun truyền thơng khác.

_TVpp
š Rp

,

$R
Rj

wI

lo


Cc,

mx

(ed

Ir

]

SES

i)
T

Cg

|

Q

R

sự|

sr,
7 1

&=


;|

"

Ie4

Ry T

Hình I1. Minh họa một mạch khuếch đại tín hiệu

Một mạch khuếch đại tín hiệu bất kỳ, đều có thể mơ tả bằng hàm truyền A
đặc trưng tổng quát của nó như phương trình (1.1) theo dạng hệ số khuếch

đại áp (4y) hoặc hệ số khuếch đại dịng (4,). Trong đó w là tần số góc,
bằng 2ƒ. Các thơng số q¿, bạ, p;, q¡ là các hằng số tính bởi các thành phần
R, L, C trong mach.

A(w)=A

aot jwa,t+(jw)2a2t..+Uw)"an

Ở po+/wb++(JW)2bạ+..+(JW)Ttbạ
jw

aoit—}la

8

( ”„


jw

+).(a

| 02 p2

jw

+)

\ 0n pm

(1422) (1+4)..+)

(1.1)

Với cdc ap; có giá trị bằng 1 hoặc 0.
Biên độ của hàm truyền hệ số khuếch đại,

lại = la,| t6
e2) ton Ge)
14(2) +(21)... +(27
10

2)


5

7


lg

a) “+(e

+
os

a

4

—

|g

N

|Aol

+
<—

lAlag = 20log |

w

2

"n


|Alag = 201og|4o| + 20log lao + (} —
20log

|1 + (*) +--- + 20log [Gon + (“) "

20log fa + AI

(1.4)

Góc pha của hàm truyền được suy ra từ phương trinh (1.1),

# = reg (2) ~areg (2) rea (2) rea (2).
-arctg (=)

1.2.

1.2.1.

(1.5)

Phương pháp vẽ đồ thị Bode cho hàm truyền độ lợi

Đồ thị Bode cho hàm truyền độ lợi

Để vẽ đồ thị Bode cho biên độ tín hiệu, ta vẽ đồ thị Bode cho từng thành
phần rồi cộng đồ thị lại.

Ví dụ: Cho hàm truyền biên độ thảm khảo trong [1], chương 1 mục
1.1.2:


Hị + ()
(*=\
|4lag _= 20log|Ao| + 20log_|1+
20log l1 if (=)

2

-

2

(1.6)

2

Đáp tuyến biên độ của thành phần được đơn giản hóa như sau,

Aiag = 20log |1+ (“) ~
0đB khi (w = 0)

3dB khi (w = w,)

20log

/4 + (2)

khi (w > wy)

(1.7)


20log(™) khi (w > 10w,)
1

11


Để vẽ đồ thị ta cần xác định các điểm đặc biệt theo trục tọa độ.
A lAvlap

Q3
Q2
Ợ;

Qo

|
Wy

W2

=>

W

10w,

Hinh 1.2. Do thi Bode đáp tuyến biên độ với 2 tham số W và W¿

Dé đơn giản hóa việc vẽ đồ thị, từ phương trình (1.6), ta thấy có các điểm

đặc biệt sau:

w=0,
W

=

Qo = Aạạp = 20log|Ao|

Wj,

Q;

=

Aoap

+ Arap

=

20log|Ao|

+

3dB

W = We, Q2 = Aoag + Aap + Azag = 20lo0g|Ao| +

20108


1+(“)

— 3dB

w = 10W2, Q3 = Aoas + Aiap + Azaz = 20l0g|Ao| +

20 log ca — 20 log (=) = 20log|Ay| + 20 log (2)

Vậy việc vẽ Biều đồ Bode lúc này chỉ đơn giản là kẻ đường thắng từ góc

tọa độ nối các điểm đặc biệt này với nhau như Hình 1.2. Kết quả cho thấy

độ lợi tín hiệu suy hao ở vùng tần số thấp từ [0..w] và bắt đầu tang do loi
tir [W,..w2]. Tur [W2.. +00) thì đạt cực đại.

1.2.2.

Đồ thi Bode cho góc pha

Dap tuyén pha cho ham truyén phuong trinh (1.6) nhu sau:
a
"
6 =arct
g ()

Ta dat
12

0= 0-6,


aca
arctg ()

(1.8)


Đáp tuyến pha thành phần cũng được đơn giản hóa như trong [1],
Chương I, mục 1.1.2.

0= |

0 khí w <2)
45 (1 + log~)

khi (4 < w < 10)

(1.9)

90 khi (w = 10w,)
Vậy ta vẽ được đồ thị từng thành phần pha và sử dụng phương pháp cộng
đồ thị ta được Biểu đồ pha tổng hợp của hàm truyền như Hình 1.3.

Ø(°)

Chủ thích:

- Dé thị 6, màu đỏ
- Dé thi 6. mau
xanh blue


- Dé thi pha tổng
hợp Ø màu xanh

green

Hình 1.3. Biéu dé pha của từng thành phan

Phương pháp đơn giản dé vẽ ta chỉ cần xác định các điểm đặc biệt. Biểu
đỗ pha được vẽ bằng cách nối các điểm đặc biệt này.

M(Ø,w)={(0,73); (đo, 52); (8, 10w,); (0,10w;)}
Với góc Øạ = 6¡ (Œ) —Ø; ().

tính theo phương trình (1.8).

Kết quả biểu đồ pha cho thấy pha của tín hiệu khơng thay đổi ở vùng tằn

số thấp từ [0.2]. bắt đầu tăng từ [3] va giam tir [.10w,..10w,] va dat
cuc dai tai i .10w].

13


1.3. Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại

1.3.1. Đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại dùng BJT
a)

Mạch tương đương của BJT

"h

7

sư

fe
ị lạc

ớ tần số thấp
Cy

:

i

i

mV be

T

|

Cụ;

E

)


[

&

2 Who.

xế

ĩ

]

E

Hình 1.4. Mạch tương đương BJT cấu hình E chung.
Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của transistor BỊT, tham khảo trong [I],
chương 2, mục 2.I.I, được minh họa như Hình 1.20. Trong đó: Cục là tụ

ký sinh của lớp tiếp giáp BE, Co. là tụ ký sinh của lớp tiếp giáp BC, họ là

trở dẫn ngõ ra của cực Cc, rụ› là điện trở lớp tiếp giáp BE. Các thông số
này được cung cấp trên datasheet của linh kiện nhà sản xuất. Thông thường
Cre >> Cre. Tiêu biểu Cre trong khoảng từ 100-5000pF. Thơng số 1/ho¿ có

ˆ giá trị rất lớn từ vài chục đến hàng trăm kO. Thông số z„p là điện trở nền
của điện cực B, thường rất bé từ vài Ohm đến vài chục Ohm. Thơng thường
trong phân tích mạch tần số thấp, ta bỏ qua thành phần C», Cp¿, hoc Và 7pp.
Do đó mạch tương đương tân số thấp của BIT được đơn giản nhu Hinh 1.5.

B


C
hij.

Co

E

Bly
;

{>

E

Hinh 1.5. So do twong duong BJT cấu hình E chung ở tân số thấp.

b)_ Phân tích mạch khuếch đại tần số thấp tín hiệu nhỏ
Ví dụ: Cho mạch khuếch đại dùng BỊT như Hình

1.6, Ri = 10Q, R1 =

4KQ, R2 = 6KQ, RE = 300Q, RC = RL = 500, Vcc = +5V. Cac tu Cp =

4.7uF, Ce = 100uF, Cc = 10uF. transistor BJT cé B = 100.

14


¢ Ole


Hình 1.6. Mạch khuếch đại dùng BJT ngõ vào áp
Phwong phap phan tich mach:

Đề đơn giản hóa cho việc khảo sát ta xem các tụ ngõ vào/ra nối tắt ở
vùng tần số hoạt động. Từ đó Vẽ sơ đồ mạch tương đương tín tần số

thấp tín hiệu nhỏ rồi thiết lập biểu thức hàm truyền độ lợi và vẽ đồ thị

Bode.

Các tụ ngõ vào/ra của mạch khuếch đại có chức năng chính là cách ly
DC, nên được dùng để tính tần số cắt cho tụ Cạ và C:, với điều kiện
xem như tụ Œpg được nối tắt.

Tìm phân cực DC của mạch điện
RiR2

Tacé Rg = ore
Ver

R

=

a

Vec

=


(1.10)

2.4 KQ

1†R2

(1.11)

2V

Giải thiết mạch phân cực ở chế độ khuếch đại,
Ta có:

lp

~

Ui

ER,

B

FG

-E+R
g
TRE


=

Ic

=

(1.12)
(1.13)

= Vpp—VpE

E>",
I

D

Vin

Vpp—Vp

oo

-#+R
8

=

(1.14)

4mA


E

Ver = Veco — Icg(Rc + Rg)

=18V>0.2V

15

-


Vay diém phan cuc tinh 14 Q (4mA, 1.8V).
s$%

Vẽ sơ đồ mạch tương đương tần số thấp tín hiệu nhỏ
Để đơn giản hóa cho việc khảo sát, ta xem các tụ ngõ vào/ra nói tắt ở
vùng tần số hoạt động. Các tụ ngõ vào/ra của mạch khuếch đại có chức

năng chính la cach ly DC, nên đáp ứng tần số sẽ được khảo sát sau.

Mạch tương đương tần số thấp tín hiệu nhỏ được vẽ như Hình 1.7. Để

đơn giản cho việc phân tích tính tốn, ta thực hiện một số phép biến đối

tương đương như Hình 1.8, Hình 1.9 và tiếp tục được rút gọn như Hình
1.10.

Hình 1.9. Sơ đồ tương đương cho nhánh vị và Rị.


16


Hình 1.10. Sơ đồ tương đương rut gon.

Với Rp = Rate

(1.15)

tị = vy Se

(1.16)

+ Độ lợi áp
i

tị

A,=t=2xtxts=
vi +
le
vj xi, i

1

X%
(—Rc//R.)
Rox
b X———x
C

ed

EXTyEE
1

Re*WwCp
Ri//Ri//R2
Ri

Do R; « R,//Rz nén ta có,
mw —RelfRi y _11jwCgRE—

(1.17)

Rị+Rg _ 1+ƒ@Cg(Rg//Rị)

s

cự
Trở kháng ngõ vào

—
p*
Rg(1/jW€E)
Bice
+
Ri
=
Z¡ = Rị + Re//Ce


(1.18)

Z; = Ri} +—2—
1+/wCgRE

(1.19)

—

+»

pt

Trở kháng ngõ ra

Zo =Re

(1.20)

+ Vẽ đồ thị Bode biên độ cho hệ số khuếch đại áp
Ta có:

Avap = Aoas + 20109

1+ (<)) = 20lau{
1

1+ G7)

(121)

L7


=> Qo =-1.8dB, O; = -1.8 + 3 =1.2dB, Q2 % 31.9-3 =28.9dB, Q3

=31.9dB.
Q3

+|A,
k

t lap

1...

Q

Qo

———

đ

:

:

:

2


>

fo fi)

f (Hz)

Hình 1.11. Dé thi Bode cho ham truyén biên độ
"

`

f=

1
2nw,

1
2nCgRe - 9.3Hz

==—=-——-=2567H
fi
Beka ee

(1.22)

Tần số cat duéi f, duoc tinh tai gia tri ma,
fi

=


f

|

|Al

|Au|max`

=1

/2

Hay độ lợi tại tần số cat dudi 1a Aggp - 3dB.

Đồ thị Bode cho hàm truyền độ lợi được vẽ dựa trên phương trình
(1.22), như Hình 1.11. Ta thấy tín hiệu tần số cao được cho qua (nối tắt)
và tần số cắt dudi f, tai tin sé fy.
¢ Vé dé thi Bode cho dap tng pha
%,

Hình 1.12. Đáp tuyến pha của hàm truyền

18


Nhận xét: Đáp ứng pha của hàm truyền mạch khuếch đại tần số thấp có

dạng hình thang như Hình 1.12. Tron đó góc pha bằng zero khi ƒ trong
khoảng từ [0.2] và [10ƒ;.. +oo] và đạt cực đại là Øạ khi ƒ trong khoảng

ooh

10ƒ;].

%$° Tinh tan sé cat cho tụ đầu vào và ra

7¬

1

Hị

;

cự

tore . Bip

Vịng ngõ vào
s%

ee

ee

ee

j1

Cr


Ÿ Re
1¬

|

Pie

TẾ->ÏL

<

mer kL)
pt
it
Be

a

m—=—=—=———————————~—

'

_
-

_
1

ee


Vịng ngõ ra

ee

Hình 1.13. Sơ đồ tương đương cho mạch có tụ đầu vào và ra

Ta tính tần số cắt cho tụ đầu vào ra để khảo sát đáp ứng của các tụ đầu
vào và ra. Dé don giản hóa tính toán, ta coi tu Cẹ nối tắt trong vùng tần số

hoạt động. Ta vẽ sơ đồ Hình 1.13.

Do mạch đầu vào có nguồn áp, ta có hàm truyền độ lợi áp như sau,

An

vin

a th
vi

—

Ralhẹ — _— _ jWM€s(Ris/Jhịe)

Rị+Riz//hie+Tyc_

1+/W€p(Rị+R1a2//hịe)

(


123

)

Do đó, tần số cắt cho tụ đầu vào là,
1
= ———_

So = 2 ENRrrRia/Re)

=

67

TƠ Hế

- Tương tự, do mạnh đầu ra có nguồn dịng, ta có độ lợi dịng là,
|a

Lout

i,

Bi,

Rc

=


Re+Ry+~—T—
—
JwCc

JwCcRc

1+jWC¿(Rc+Ri)

(

1.24

)

Do đó, tần số cắt tụ đầu ra là,
f

_

1

— 2m€e(Rc+Ri)

~ 16Hz

(125)

Các tụ ngõ vào/ra chỉ có chức năng cách ly DC là chính, để tần số cắt

của tụ đầu vào và ra không ảnh hưởng đến đáp ứng tần số thấp của mạch


19


thì các tụ ngõ vào và ra có các giá trị sao cho các tân sô cắt của chúng
bén hơn nhiêu so với tân sô cặt dưới ƒ, của mạch.
Do đó, với mạch khuếch đại này, ta thấy tu Ce co gid tri hop lý vì f. =
16Nz (<<ƒ, x 256Hz). Tuy nhiên tụ Cp có giá trị chưa hợp lý trong
mạch khuếch đại này nên hiệu chỉnh lại gia tri sao cho Cg tang hon

a)L lần => chọn Cs= 20uF. Khi đó ƒ, ~ 16Hz.
1.3.2. Phân tích tần số thấp cho mạch khuếch đại sử dụng MOSFET
q) Mạch tương đương tín tan sé thấp tín hiệu nhỏ của MOSFET
G

nh

——

=]

C cài

{2

Của

}-

T


|

Im Yos |

D

{>

|
;

S

i

S

Hình 1.14. Mạch tương đương MOSFET cầu hình S chung.

Mạch tương đương tín hiệu nhỏ của MOSFET

được thể hiện trong [1],

chương 2, mục 2.2, như Hình 1.14. Trong đó: C; là tụ ký sinh của lớp tiếp

giáp GS, Cạu là tụ ký sinh của lớp tiếp giáp GD, rạ; là trở ngõ ra của cực
DS. Các thông số này được cung cấp trên datasheet của linh kiện nhà sản
xuất. Thông thường Cø„; >> Cạu. Tiêu biểu Cạ; trong khoảng từ vài pF đến
vài chục pF. Thông số ra; có giá trị rất lớn từ vài trăm kQO đến hang MQ.


Ở tần số thấp, mạch tương đương tín hiệu nhỏ của MOSFET cấu hình S

chung được đơn giản hóa thành sơ đồ Hình 1.15.

G

L>—

oo -

Im Vgs
$

S

D

Yas

S

>

Hình 1.15. Sơ đồ tương đương MOSFET cấu hinh S chung.

20


b) Phân tích mạch khuếch đại tần số thap tin higu nhé cha MOSFET

~Vpp

|

|

|

¬_
& R

-

a

R

po

Rp

‘ef

—... |=+- oo

|

aan

)


7}

ac

sd

Q

at

|

Cg

L

$ R

|

eR. to
Py

_ Rs —

ss “4

LG


|

Ị

si

Hinh 1.16. Mach khuéch dai ding MOSFET

với ngỗ vào áp.

Ví dụ: Phân tích mạch khuếch đại tần số thấp như Hình 1.16. Với Ri =

20Q, Ri = 22KQ, Ro = 22KQ, Rs = 1KQ, Ri = 3.3KQ, Rp = 2.2KQ.
MOSFET dugc phan cuc tai gm = 4.5 x 1073(1/ohm), rds = 66KQ Cac

tu Cg = 22 uF, Cd = 22uF va Cs = 100uF.

s*

Phương pháp phân tích mạch:
Để đơn giản hóa cho việc khảo sát, ta xem các tụ ngõ vào/ra nối tắt ở

vùng tân số hoạt động. Từ đó vẽ sơ đồ mạch tương tín tần số thập tín
hiệu nhỏ rồi thiết lập biêu thức hàm truyền độ lợi và vẽ đồ thị Bode.
Các tụ ngõ vào/ra của mạch khuếch đại có chức năng chính là cách ly

DC, nên được dùng để tính tần số cắt ngõ vào với điều kiện xem như

tụ Œs nôi tắt ở tần số cắt ngõ vào/ra.
% Vẽ sơ đồ mạch tương đương tần số thấp tín hiệu nhỏ

Ta vẽ sơ đồ mạch tương đương tân số thấp tín hiệu nhỏ của mạch ở
Hình 1.17.

21


WA
R,

MA °

S
«

FR

=

`

|

s

R› g

3

ƒRs


1

|

te)
` vi

LL

i

=
s

s

Im Ugs

JCs

tụ

+

ÍRp

Rị
“

Hình 1.17. Sơ đơ tương đương tín hiệu nhỏ tấn số tháp.

Để đơn giản hóa cho mạch, ta áp dụng phép biến đổi tương đương
Thevenin cho đoạn mạch 7ps và đ„,1¿;, ta được sơ đồ mạch Hình 1.18.
S

2

I

Øm†asUạs

>

j Rs

TS
ự ¿ )

i

Ƒ
Tạ;
WA

U L

D

|*

2


22 Rr

2

Rp

† .

Hinh 1.18. Biến đôi tương đương đoạn mạch rps và ImVgs

Ta c6 Ug, = Vg — v; va đặt M = Øm†7ạ;, ta được mạch tương đương

Hinh 1.19. Mach tuwong duong khai trién nguon dong HUạs

Xét đoạn mạch trong khung màu đỏ, ta thấy điện áp rơi trên R¿//Œ là

1„s. Vậy †a có thé thay nguồn phụ thuộc HU gs bằng đoạn mạch có tổng
trở là u(R;//€Œ;).
Mặt khác, xét mạch của đoạn mạch T-S-GND, ta có thể tương đương

bằng:
22


zeq =

= ME = Wt IE = (M+ D(RS//Cs) (126)

ir


ir

Vậy ta được mạch tương đương tối giản như Hình 1.20, cũng được thé
hiện trong [1], chương 1, mục 1.2.

R,

G
2

I

Re

“3

$

m

r
ais

D

`

lL.


YL
<

2

+

scrapes Si

[Vg
TS

je

s

=

IRE)

Ese

3

-_a

] Rp

7R
-


=

Hình 1.20. Mạch tương đương khi thay thể nguồn phụ thuộc HUs

% Mơ tả hàm truyền độ lợi áp
Ta có:

oe "gu, "g
A, == ÈLa — _VL.,
"
_

Rp//RL

Tas+(M+1)(Rs//Cs)+Rp//RL

(1.27)
“pe

Rị//R;

(

RịtR1//Rạ

ace

(1-25)


ras+Rp/JRu+(M+1)(2R-cc)
(+1)

Tas†R

Grn

Ta đặt R* =
P—

Hay

//RL

by

—

hs

ies

#

.

|: “ete

1.29


(1.30)
:

= 2262.

= UL — HRp//RL |.

ựị —

_ HRp//RL „

uRp//RL

_

A.

)

HRp//RL
=
Tas†(M+1)G+Rges)+Rp/JRu

wRp//RL
mốc...

¬

1.28


(tl)

1+jwRsCs

=>

HRp//RL _ _

1+jWR:G

[RY+jWRYRCg+Rg] - (H+1)(RY+Rs) [r+ iw esc.5s

_— _— MRp/JR,

Ay = Gere

_.—

1*jWRsŒ

[1+j0€SŒ*//Ro)]

(131)

(1.82)

Trở kháng ngõ vào

Zi = Ri + Ri//R2


(1.33)

23


+ Trở kháng ngõra
(1.34)

Z2 = [+ 1)(Rg//Cs) +Tas]//(Rp//R.)
s+ Vẽ đồ thị Bode biên độ cho hệ số khuếch đại áp

Đề thị Bode cho độ lợi được vẽ dựa trên phương trình (1.32), như Hình

1.21.

Với

fe = Saggy = 16Hz
—

1

7

«135

—

Íề = 2E R,JJR9 CD HZ
Qo = 0.6dB, Q) = 3.6dB, Q2 = 12.3dB, Ø3 = 15.3dB.

Tần số cắt dưới ƒ„ của mạch được tính dựa vào phương trình sau,

%=fl

lau

_1

Do đó, ƒ, của mạch chính là tần số ƒ;.

Al4vlap

Q3
Q;

Qo

:

fh

ị

=

'

fh

|

10f;

Hình 1.21. Dé thị Bode cho hàm truyền biên độ

24

»

WwW


+» Vẽ đồ thị Bode cho đáp ứng pha

Hình 1.22. Đáp tuyến pha của hàm truyền.

+

Tính tần số cắt cho tụ đầu vào ra

Để tính tần số cắt dưới cho tụ đầu vào và ra, ta coi tụ Cs nối tắt trong

vùng tần số hoạt động. Khi đó ta có sơ đỗ tương đương Hình 1.23.

Mạch tụ đầu vào có nguồn áp, ta thiết làm hàm truyền độ lợi áp là,

A.
atte
vin
9,


Rịa
RitRizt ie

".....
1+/wCg(Rị¡+Rz)

(1.36)

Từ phương trình (1.36), ta tìm được tần số cắt dưới của tụ đầu vào là,

= FE RAR TTR

(1.37)

~ 0.6Hz

n —s

(4) oT

2
Ra

y

_

ae
PHỦ


ail

2

oR

1
j RB

Hình 1.23. Sơ đơ tương đương cho mạch tụ đâu vào và ra.

Ta thấy, mạch đầu ra có nguồn dịng, nên hàm truyền độ lợi dịng là,
A;

yout

wo
=—

Im¥gs_—

=

Tas//Rp

Tas//Ro+Rit+
aece,d

25