MDT_C2B_BJT_FET_da tang_01012025_SV.pptx

MDT_C2B_BJT_FET_da tang_01012025_SV

1. 1 TS. Nguyễn Thanh Tuấn Bộ môn Viễn thông, Khoa Điện-Điện tử Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ([email protected]) Chương 2: MKĐ BJT & FET

2. 2 Chương 2: MKĐ BJT & FET Nội dung 1. MKĐ BJT & FET đơn tầng 1.1 Tổng quan BJT 1.2 Tổng quan FET 1.3 Phân tích mạch BJT chế độ tín hiệu nhỏ 1.4 Phân tích mạch FET chế độ tín hiệu nhỏ 2. MKĐ BJT & FET đa tầng 2.1 Cascade 2.2 Vi sai 2.3 Darlington 2.4 Cascode 3. MKĐ hồi tiếp

3. Các mạch khuếch đại dùng BJT 3    

4. Các mạch khuếch đại dùng FET 4    

5. Ghép DC và AC Ghép DC: trực tiếp , hay sử dụng trong IC Đơn giản Không phụ thuộc tần số Phức tạp tính toán phân cực DC Nhạy với sự thay đổi Ghép AC: dùng tụ , sử dụng trong các mạch riêng lẻ Cách ly DC mỗi tầng Đơn giản tính toán phân cực DC Cồng kềnh Hạn chế tần số thấp 5

6. Ngõ ra tầng trước tương ứng với ngõ vào tầng sau CE / CC / CB CS / CD / CG 2.2.1 Ghép liên tầng (cascade) 6 Name BJT 1 st stage 2 nd stage Voltage Amp CE CE Cascode CE CB Op-Amp CE CC Current buffer CB CC Current buffer CB CE Not common CB CB Not common CC CE Differential Amp CC CB Darlington CC CC

7. Ví dụ 1 Tính độ lợi áp toàn mạch và các trở kháng ngõ vào/ngõ ra? 7  1 = 173  2 = 157

8. Ví dụ 2 8 Tính độ lợi áp toàn mạch và các trở kháng ngõ vào / ngõ ra?  

9. Ví dụ 3 Tính độ lợi áp toàn mạch và các trở kháng ngõ vào / ngõ ra?    9

10. Ví dụ 4 Tính độ lợi áp toàn mạch và các trở kháng ngõ vào / ngõ ra? h fe1 = h fe2 = 100 10

11. Ví dụ 5 11

12. Ví dụ 6 12

13. 2.2.2 Ghép vi sai v o = A 1 .v 1 + A 2 .v 2 = A d . v d + A cm . v cm MKĐ vi sai: ngõ ra phụ thuộc hiệu số hai ngõ vào Ghép vi sai: cặp BJT/FET đồng nhất, mạch đối xứng 13 Tín hiệu mode chung Tín hiệu mode vi sai

14. Ghép vi sai Chế độ DC (mode chung) Dòng và áp không phụ thuộc V CM (loại bỏ tín hiệu mode chung) 14

15. Ví dụ 7 V DD = V SS = 1.5 V, k ’ n W / L = 4 mA/V 2 , V t = 0.5 V, I = 0.4 mA, R D = 2.5 k. Giả sử nguồn dòng yêu cầu điện áp tối thiểu 0.4V để hoạt động. Tính dòng và áp của FET trong trường hợp V CM = 0V? Tính dòng và áp của FET trong trường hợp V CM = 1 V? Tính dòng và áp của FET trong trường hợp V CM = - .2 V? Tìm phạm vi của V CM để FET hoạt động đúng chế độ bão hòa (khuếch đại)? 15

16. Ghép vi sai cặp BJT Chế độ AC (sơ đồ tương đương) Giả sử mạch đối xứng và nguồn dòng I Q có trở kháng R o 16     Giả sử Q1 và Q 2 đồng nhất và phân cực như nhau

17. Ghép vi sai cặp BJT Chế độ AC (tính toán trực tiếp) 17 Tính v c1 , v c2 , v o = v c1 - v c2 theo v b1 và v b2 ? Tính v c1 , v c2 , v o = v c1 - v c2 theo v cm và v d ?     Tín hiệu mode chung Tín hiệu mode vi sai

18. Ghép vi sai cặp BJT Chế độ AC (mode chung và mode vi sai) 18             Ngõ ra một phía v c2 (v c1 ) = A d .v d + A cm .v cm Ngõ ra hai phía v o = v c1 - v c2 = A d .v d + A cm .v cm   Tỉ số loại bỏ tín hiệu mode chung CMRR dB = 20log 10 CMRR Mạch khuếch đại vi sai lý tưởng : A cm = 0, CMRR = 

19. Ví dụ 8 Tính A d và A cm của trong trường hợp R c1  R c2   19

20. Ghép vi sai cặp FET Chế độ AC (mode chung và vi sai) 20    

21. Ghép vi sai cặp FET C hế độ AC (mode chung) Mạch đối xứng, nguồn đối xứng 21

22. Ghép vi sai cặp FET C hế độ AC (mode vi sai) Mạch đối xứng, nguồn phản đối xứng 22 đất ảo

23. Ví dụ 9 23

24. Ví dụ 10 Mạch đối xứng R1 = R2 = 0 24

25. Mạch tương đương tín hiệu nhỏ 25

26. Phân tích mode chung và mode vi sai 26

27. Chế độ tín hiệu mode chung 27

28. Chế độ tín hiệu mode vi sai 28

29. Xếp chồng mode chung và mode vi sai Ac Ad 29

30. Hệ số triệt tín hiệu mode chung Để tăng CMRR thì ta nên tăng R E Nhưng R E quá lớn thì có thể không phân cực đúng 30

31. Ví dụ 11 Cải tiến CMRR R E3 = r o3 rất lớn  CMRR rất lớn 31

32. Ví dụ 12 Cải tiến CMRR R E → ∞ CMRR → ∞ 32

33. Ví dụ 13 33

34. Ví dụ 14 34

35. 2.2.3 Ghép Darlington Mô hình tương đương DC Tăng thông số khuếch đại của BJT theo cấp số nhân 35

36. Ghép Darlington Mô hình tương đương AC 36            

37. Ví dụ 15 Vcc = 10 1 = 100 2 = 200 V 1 = V 2 = 0.7 R1 = 1K R2 = 2K Re = 100 Rc = 200 RL = 300 37

38. Ví dụ 16 38

39. Ví dụ 17 39

40. 2.2.4 Ghép Cascode 40

41. Ghép cascode với BJT 41 Tầng CE tăng trở kháng ngõ vào tầng CB.

42. Mạch CG và CB 42

43. Ôn tập Ghép đa tầng Nhận biết đặc tính của các dạng mạch ghép đa tầng cơ bản dùng transistor: liên tầng, vi sai, Darlington, Cascode. Nắm vững các thông số đặc trưng của các mạch ghép đa tầng cơ bản dùng transistor và các phương pháp cải tiến. Biết tính toán phân cực (DC) và phân tích tín hiệu nhỏ (AC) của các dạng mạch ghép đa tầng cơ bản dùng transistor. Biết cách xác định dao động lớn nhất không méo trong mạch ghép liên tầng dùng BJT. Biết mô hình tương đương khi ghép Darlington dùng BJT. Biết điều kiện cân bằng và cách phân tích mạch đối xứng trong ghép vi sai. Có khả năng thiết kế mạch khuếch đại đa tầng dùng transistor thỏa một số yêu cầu cho trước. 43

44. Câu hỏi lý thuyết Ghép đa tầng Ý nghĩa của ghép liên tầng? Ư u nhược điểm của ghép DC và AC? Ý nghĩa của ghép Darlington? Có giới hạn nào trong việc ghép BJT theo kiểu Darlington không? Ý nghĩa của ghép vi sai? Thông số đánh giá? Ưu nhược điểm của việc dùng BJT/FET? 44

45. Tìm A i = i L /i i và tầm dao động cực đại của dòng i L ? Bài tập 1 45

46. Bài tập 2 Tìm các giá trị mới của R 11 , R 21 , R 12 , R 22 sao cho dòng i L dao động cực đại. Tìm A i theo những điều kiện này? 46

47. Bài tập 3 a) Tìm R 11 , R 21 , R 12 , R 22 sao cho v L có thể đạt đến max-swing b) Tìm i L /i i 47

48. Bài tập 4 Giả sử Q1 và Q2 được phân cực có h ie1 = h ie2 = 1KΩ, xác định độ lợi áp xoay chiều A v = v o /v i . Trong trường hợp R1 = 11KΩ và Vdc = 12V, xác định biên độ dao động lớn nhất không méo của v o . β 1 = β 2 = 100 48

49. Bài tập 5 Cho V  = 0.5V ; h fe1 =80; h fe2 =70. Tìm A v , Z i , Z o Tìm v imax để đạt v Lmax mà không méo . Nếu v i (t) = 2sin  t (V). Vẽ v L (t). 49

50. Bài tập 6 Cho Q 1 , Q 2 có h fe = 100; V γ = 0.5V; Xác định A v , Z i , Z o Tìm v i max để đạt v L max mà không méo . 50

51. a) Tìm R sao cho v 01 /i i = -v 02 /i i b) Tìm v 01 /i i , cho h fe =100, h ie =1k Bài tập 7 51

52. Bài tập 8 Tìm v L theo i i ? 52

53. Bài tập 9 Tìm i L theo i i1 và i i2 ? 53

54. Bài tập 10 Tìm i L theo i i ? 54

55. Bài tập 11 Tìm v L theo i i ? Tính Z i và Z o ? 55

56. Bài tập 12 Tính v o ? 56

57. Bài tập 13 Tính v o ? Tính R in ? 57

58. Bài tập 14 Tìm v o ? 58

59. Bài tập 15 Tìm v o ? 59

60. Tìm v o ? Q1: µ = 30; r ds = 5 K  Q2: h fe = 80; h ie = 2K  Q3: h fe = 70; h ie = 1K    Bài tập 16 60

61. Bài tập 16 (tt) Với nguồn vào vi(t) và tải R L =20K  , ta ghép cascade giữa 2 mạch trên. Cách kết hợp giữa 2 mạch này ra sao để mạch đạt thông số tối ưu nhất. Cho biết các thông số A v , Z i , Z o trong trường hợp này? 61

62. Bài tập 17 62

63. Bài tập 17 (tt) Cho Q 1 có µ = 40; r ds = 5KΩ, Cho Q 2 có h fe = 60; h ie = 2KΩ Vẽ sơ đồ tương đương ở tín hiệu nhỏ và tần số thấp ? Tìm Av, Zi , Zo ? Công dụng của C3, C5. Nếu không có 2 tụ này , các kết quả nào trong câu b sẽ thay đổi ? Vì sao ? 63

64. Bài tập 18 64

65. Bài tập 18 (tt) Q1: hfe = 40, h ie1 = 2k Q2: hfe = 50, h ie2 = 2k Các tụ C có giá trị rất lớn Vẽ sơ đồ tương đương ở tín hiệu nhỏ tần số thấp ? Tính A v , Z i , Z o ? Cho biết đặc điểm của tầng khuếch đại thứ 1 và tầng khuếch đại thứ 2? 65

66. Bài tập 19 66

67. Bài tập 19 (tt) Trong trường hợp Vdc = 12V và các BJT có β 1 = 100, β 2 = 200, β 3 = 50, β 4 = 40, xác định I­ CQ2 và V ECQ3 . Trong trường hợp điểm A kết nối tới vị trí 2 và các BJT có h fe1 = h fe2 = h fe3 = h fe4 = 100, h ie1 = h ie2 = h ie3 = 1KΩ, xác định độ lợi áp xoay chiều A V = v o /v i . 67

68. Bài tập 20 3 BJT (có chung thông số V  =0.6V) với Q1 (β 1 =h fe1 =50), Q2 (β 2 =h fe2 =40), Q3 (β 3 =h fe3 =100) 68

69. Bài tập 20 (tt) Xác định giá trị của nguồn V dc để Q2 có dòng phân cực tĩnh I CQ2 =50mA. Khi đó, tìm điều kiện của giá trị điện trở tải R L để Q3 được phân cực đúng (hoạt động ở vùng tuyến tính). Giả sử mạch được phân cực đúng và giá trị các thông số h ie1 =2KΩ, h ie2 =40Ω và h ie3 =200Ω. Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ và xác định trở kháng ngõ vào Z i và độ lợi dòng xoay chiều A i =i L /i i . 69