11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

MẠCH ĐIỆN TỬ
Chương 4.
MẠCH KHUẾCH ĐẠI LIÊN TẦNG

1


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

NỘI DUNG
• Mạch khuếch đại Cascade
• Mạch khuếch đại vi sai (difference amplifier)
• Mạch khuếch đại Darlington

• Mạch khuếch đại Cascode

2


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại Cascade
• Xét mạch ghép AC (ac-coupling) sau

3


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012

Mạch khuếch đại Cascade
• Phân tích DC, xác định tĩnh điểm:
• Hai tầng độc lập (do ghép AC)
• Có thể gây méo dạng.
• Phân tích AC (tín hiệu nhỏ): Mạch tương đương

• Độ lợi dòng:

'
iL iL ib 2 ib1  h fe 2 RC 2   h fe1Rb 2   Rb' 1 
Ai  




ii ib 2 ib1 ii  RC 2  RL   Rb' 2  hie 2   Rb' 1  hie1 

4


11/26/2012


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

5

Mạch khuếch đại Cascade
Ví dụ 1: Xác định độ lợi áp và biên độ dao động cực đại điện áp
ngõ ra. Giả sử hfe = 100


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012

6

Mạch khuếch đại Cascade
• Xác định tĩnh điểm:
• Tầng 2:

• Tầng 1:

Rb1 = R1 // R2 = 9.09K;
VBB = VCCR1/(R1 + R2) = 1.82V
V BB  V BEQ
I CQ1 
 1.3mA
Re1  Rb1 / h fe1

• Mạch tương đương tín hiệu nhỏ


hie1  h fe1

VT
 1920
I CQ1

hie2  h fe 2

VT
 260
I CQ 2


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại Cascade

• Độ lợi áp:

7


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại Cascade
• Xét mạch khuếch đại ghép trực tiếp


8


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại Cascade
• Ảnh hưởng DC giữa 02 tầng
• Không bị méo dạng.
• Xác định tĩnh điểm:
• Để đơn giản, xem IB = 0 trong các tính toán tĩnh điểm.
• VBE1 = 0.7V  I3 = 0.7/600 = 1.17 mA
 IC2 = IE2 = I3 = 1.17 mA
 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
 IC1 = (9 – 3.5)/2.2K = 2.5 mA

9


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

10

Mạch khuếch đại Cascade

• Mạch tương đương tín hiệu nhỏ:
V
V
hie2  h fe 2 T  2.14 K
hie1  h fe1 T  1K
I CQ 2
I CQ1

Av 

v L v L ib2 ib1
  100  2.2  
1
(0.6 // 0.8) 

  100  1.3K 


v i ib2 ib1 v i
 2.2  hie2   0.2 K  (0.6 // 1.8 // hie1 ) K (0.6 // 0.8)  1

Av = 4000


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Xét mạch khuếch đại


11


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Phân tích tĩnh điểm

VE1 = VE2 = (IE1 + IE2)Re – VEE = 2IE1Re – VEE = 2IE2Re – VEE
• Do tính đối xứng, tách thành 2 mạch (Re  2Re)

VCEQ1 = VCEQ2
= VCC + VEE – ICQ(Rc + 2Re)

12


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
Ví dụ 4: Trong mạch bên
Cho VCC = VEE = 10V; Rb = 0.2K; Re = 0.9K;
Rc = 0.2K; RL = 10.
Theo phân tích tĩnh điểm:
ICQ = (10 – 0.7) / (20.9) = 5.17 mA

VCEQ = 10 + 10 – 5.17(0.2 + 20.9) = 9.66V

13


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

14

Mạch khuếch đại vi sai
• Phân tích tín hiệu nhỏ :
• Phản ánh mạch cực B (nguồn i1 và i2) về cực E:

• Đặt i0 = (i1 + i2)/2 và i = i2 – i1  i1 = i0 – (i/2) và i2 = i0 + (i/2)


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Dùng phương pháp chồng chập cho mạch tương đương tín

hiệu nhỏ, tách thành 2 mode:
• Mode chung (common mode): i1 = i2 = i0

• Tách đôi: Re  2Re
• Do đối xứng: ie1c = ie2c  iRe = 2ie1c = 2ie2c  ve = (2Re)ie2c


15


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Mode vi sai (differential mode): i2 = - i1 = i/2

• ie1d = - ie2d  iRe = 0  ve = 0

• Ngắn mạch Re 

16


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012

Mạch khuếch đại vi sai
• Chồng chập tín hiệu:
• ie2 = ie2c + ie2d =

• iL =

 Rc
iie 2

Rc  RL

Rb
Rb
i0 
i
2 Re  hib  Rb / h fe
2(hib  Rb / h fe )

= Aci0 + Adid

• Trong đó:
• Độ lợi mode chung Ac 

 Rc
Rb
Rc  RL 2 Re  hib  Rb / h fe
 Rc
Rb
A

• Độ lợi mode vi sai: d
Rc  RL 2(hib  Rb / h fe )

17


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012


Mạch khuếch đại vi sai
• Tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMRR (Common Mode

Rejection Ratio)
• Mạch khuếch đại vi sai lý tưởng: Ac = 0: iL = AdI
• Định nghĩa:
Ad
CMRR 
Ac
• Mạch thực tế:

2 Re  hib  Rb / h fe

Re
CMRR 

2(hib  Rb / h fe )
hib  Rb / h fe
• (Giả sử Re >> hib + Rb/hfe)

18


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

19


Mạch khuếch đại vi sai
Ví dụ 5: Cho mạch trong ví dụ 4. Tính CMRR.
Giả sử i0 = 1A, Xác định giá trị tín hiệu ngõ vào mode vi sai
để ngõ ra mode vi sai tối thiểu lớn hơn 100 lần ngõ ra mode
chung.
Ac  - 0.1
Ad  - 14
 iL = -0.1i0 – 14i
CMRR = Ad / Ac = 140 (43dB)
Để ngõ ra mode vi sai  100ngõ ra mode chung:
14i  100(0.1i0)
 i  100(i0 / CMRR) = 0.7 A


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Phương pháp tăng CMRR

20


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012

Mạch khuếch đại vi sai
• Mạch T3 xem như nguồn dòng.

• Phân tích tín hiệu nhỏ: Tương tự như mạch trên thay

Re = 1/hoe

1
1
2.  hib  Rb / h fe
hoe
hoe
CMRR 

2(hib  Rb / h fe )
hib  Rb / h fe
• Do 1/hoe rất lớn nên CMRR rất lớn.

21


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
• Mạch Chỉnh cân bằng: (Balance control)

22


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM


11/26/2012

23

Mạch khuếch đại vi sai
• Điều kiện cân bằng: ICQ1 = ICQ2
Rv Rb  1
1 
R1 
 



2
2  h fe1 h fe 2 

• Suy ra

Rv Rb  1
1 
R2 
 



2
2  h fe1 h fe 2 

• Phân tích AC
Giảm so với

 Rc
Rb
Ad 
Rc  RL 2[hib  Rv / 2  ( Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe 2 )] không dùng RV
Ac 

 Rc
Rb
Rc  RL 2(1/ hoe3 )  [hib  Rv / 2  ( Rb / 2)(1/ h fe1  1/ h fe 2 )]


11/26/2012

Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

Mạch khuếch đại vi sai
Ví dụ 6: Thiết kế mạch sau để có CMRR = 100 (40dB). Tải 1K
ghép AC. TST có hfe = 100

24


Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM

11/26/2012

25

Mạch khuếch đại vi sai
• Theo hình vẽ: R1 = R2 = 50 ; hfe1 = hfe2 = 100 .

• Sử dụng công thức tính Ad và Ac ở phần chỉnh cân bằng, thay

1/hoe bằng Re, suy ra

Ad 2 Re  hib  50  1000 /100
Re
CMRR 


Ac
2hib  100  2000 /100
60  hib
• Yêu cầu: CMRR  100  Re  100(60 + hib)
• Giả sử ICQ1 = ICQ2 = 1mA  hib = 25 

 Re  8.5K. Chọn Re = 10K.
• Tính VEE: VEE = Rb1IB1 + VBE1 + R1IE1 + Re(2I1) = 20.8VA