Tài liệu Bài giảng điện tử tương tự

L I NÓI Ð U Ði n t tuong t là môn h c co s , nh m cung c p cho ngu i h c nh ng ki n th c co b n nh t d phân tích, thi t k các m ch di n trong h th ng m ch di n t . T p bài gi ng này du c chia thành 7 chuong. Trong m i chuong có b n ph n. Ph n gi i thi u chung nêu các v n d ch y u c a chuong. Ph n n i dung phân tích chi ti t các v n d ch y u dó. Ph n tóm t t t ng h p l i các yêu c u quan tr ng c a chuong mà ngu i h c c n n m du c. Ph n cu i nêu các câu h i và bài t p. Ð nghiên c u tài li u du c thu n l i, ngu i h c c n có tru c ki n th c c a các môn h c Lý thuy t m ch và C u ki n di n t . Chuong 1: M ch khu ch d i tranzito. Ð c p các cách m c m ch khu ch d i co b n, v n d h i ti p trong m ch khu ch d i, cách ghép gi a các t ng trong m t b khu ch d i, các m ch khu ch d i công su t và m t s m ch khu ch d i khác: nhu khu ch d i Cascade, khu ch d i Darlington, m ch khu ch d i d i r ng, m ch khu ch d i c ng hu ng. Chuong 2: B khu ch d i thu t toán (BKÐTT) nêu các d c di m và tính ch t c a b khu ch d i thu t toán, các bi n pháp ch ng trôi và bù di m không c a khu ch d i thu t toán, cung nhu các ng d ng c a nó: m ch khu ch d i, m ch c ng, m ch tr , m ch vi phân, m ch tích phân, m ch t o hàm lôga, hàm mu, m ch nhân tuong t , m ch l c tích c c. Chuong 3: M ch t o dao d ng sin: d nh nghia, di u ki n c a m ch t o dao d ng sin. Phân tích m ch t o dao d ng sin ghép bi n áp, dao d ng sin ghép RC, m ch dao d ng sin ba di m. M ch t o dao d ng sin n d nh t n s dùng ph n t áp di n th ch anh. M ch t o sin ki u x p x tuy n tính. Chuong 4: M ch xung, nêu các tham s c a tín hi u xung, tranzito và BKÐTT làm vi c ch d xung, các m ch t o xung: g m m ch da hài t dao d ng, da hài d i, trigger, dao d ng ngh t, m ch h n ch , m ch t o di n áp rang cua, m ch t o dao d ng di u khi n b ng di n áp (VCO). Chuong 5: Các m ch bi n d i t n s . Ði u biên, các m ch di u biên, di u ch don biên. Ði u t n và di u pha, m ch di u t n di u pha. Tách sóng: các m ch tách sóng di u biên, di u t n, di u pha. Tr n t n, m ch tr n t n. Nhân chia t n s dùng vòng gi pha (PLL). Chuong 6: Chuy n d i A/D, D/A. Gi i thích quá trình bi n d i A/D và các m ch th c hi n. Gi i thích quá trình bi n d i D/A và các m ch th c hi n. Nêu tóm t t quá trình chuy n d i A/D, D/A phi tuy n. Chuong 7: M ch cung c p ngu n. Phân tích m ch cung c p ngu n m t chi u: bi n áp, ch nh luu, l c và n áp. Phuong pháp b o v quá dòng, quá áp c a b ngu n. Cu i chuong trình bày ngu n chuy n m ch: so d kh i, ch c nang các kh i và nguyên lý ho t d ng c a b ngu n này. Cu i cùng là ph n hu ng d n tr l i các câu h i và gi i các bài t p d giúp ngu i h c có th t ki m tra ki n th c c a mình. M c dù dã có nhi u c g ng, nhung do th i gian ng n, trình d còn có h n nên t p bài gi ng ch c còn thi u sót, r t mong b n d c góp ý ki n d s a ch a, b sung thêm, xin c m on! Tác gi Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito CHUONG 1: M CH KHU CH Ð I TRANZITO GI I THI U CHUNG Chuong này cung c p cho ngu i h c các ki n th c co b n v m ch khu ch d i, bao g m các v n d sau: - Ð nh nghia m ch khu ch d i, các ch tiêu và tham s chính c a m t b khu ch d i: H s khu ch d i di n áp, h s khu ch d i dòng di n, h s khu ch d i công su t, tr kháng vào, tr kháng ra, méo t n s , méo phi tuy n, hi u su t. - Nguyên t c chung phân c c cho tranzito ch d khu ch d i. V i tranzito lu ng c c thu n PNP c n cung c p di n áp m t chi u UBE < 0, UCE < 0. V i tranzito ngu c NPN c n cung c p di n áp m t chi u UBE > 0, UCE > 0. M ch di n cung c p ngu n m t chi u phân c c cho tranzito có: b n phuong pháp: phuong pháp d nh dòng cho c c g c, phuong pháp d nh áp cho c c g c, phuong pháp cung c p và n d nh di m làm vi c dùng h i ti p âm di n áp m t chi u, phuong pháp cung c p và n d nh di m làm vi c dùng h i ti p âm dòng di n. - V n d h i ti p, h i tíêp trong các t ng khu ch d i: h i ti p duong, h i ti p âm, h i ti p dòng di n, h i ti p di n áp, h i ti p m c song song, h i ti p m c n i ti p. nh hu ng c a h i ti p d n các ch tiêu ki thu t c a m ch. - Các so d khu ch d i co b n dùng tranzito lu ng c c: t ng khu ch d i phát chung, t ng khu ch d i góp chung và t ng khu ch d i g c chung. - Các so d khu ch d i dùng tranzito tru ng xét hai lo i: t ng khu ch d i c c ngu n chung, t ng khu ch d i c c máng chung. - T ng khu ch d i d o pha có: m ch khu ch d i d o pha chia t i, m ch khu ch d i d o pha ghép bi n áp. - Phuong pháp ghép t ng trong b khu ch d i: phuong pháp ghép t ng b ng t di n, ghép t ng b ng bi n áp, ghép t ng tr c ti p. - M t s m ch khu ch d i khác: m ch khu ch d i Darlington, m ch khu ch d i Casc t, m ch khu ch d i gi i r ng, m ch khu ch d i c ng hu ng. - M ch khu ch d i công su t: d c di m c a m ch khu ch d i công su t, các ch d làm vi c c a t ng khu ch d i A, B, AB, C. Yêu c u c a t ng khu ch d i công su t cho công su t ra l n, méo nh và hi u su t cao. M ch khu ch d i công su t don làm vi c ch d A d gi m méo nhung có hi u su t th p. M ch khu ch d i công su t d y kéo dùng hai tranzito thu ng cho làm vi c ch d AB (g n B) d có công su t ra l n, méo nh mà hi u su t cao. M ch khu ch d i công su t d y kéo dùng tranzito cùng lo i có m ch ghép bi n áp, m ch không dùng bi n áp. Các m ch khu ch d i này c n có m ch khu ch d i d y pha phía tru c. M ch khu ch d i công su t d y kéo dùng tranzito khác lo i có uu di m không c n t ng khu ch d i d o pha. 3 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito K t thúc chuong 1 yêu c u ngu i h c n m du c các m ch khu ch d i dã nêu. Hi u du c tác d ng các linh ki n trong m ch. Ch d c p di n m t chi u và nguyên lý làm vi c c a m ch. Tính toán du c m t s ch tiêu k thu t ch y u theo di u ki n cho tru c. Khi phân tích t ng khu ch d i tín hi u nh , ta dùng phuong pháp m ch di n tuong duong xoay chi u, t n s trung bình. Ph n m ch khu ch d i công su t, do tín hi u vào l n nên dùng phuong pháp d th có d chính xác cao. N I DUNG 1.1. Ð NH NGHIA, CÁC CH TIÊU VÀ CÁC THAM S KHU CH Ð I CO B N C A M CH 1.1.1. Ð nh nghia m ch khu ch d i M t trong s nh ng ng d ng quan tr ng nh t c a tranzito là s d ng nó trong các m ch d làm tang cu ng d di n áp hay dòng di n c a tín hi u mà thu ng g i là m ch khu ch d i.Th c ch t khu ch d i là m t quá trình bi n d i nang lu ng có di u khi n, dó nang lu ng m t chi u c a ngu n cung c p, không ch a thông tin, du c bi n d i thành nang lu ng xoay chi u theo tín hi u di u khi n d u vào, ch a d ng thông tin, làm cho tín hi u ra l n lên nhi u l n và không méo. Ph n t di u khi n dó là tranzito. So d t ng quát c a m ch khu ch d i nhu hình 1-1, trong dó En là ngu n tín hi u vào, Rn là di n tr trong c a ngu n tín hi u, Rt t i noi nh n tín hi u ra. Iv Uv Rn Uv t Ir M ch khuy ch d i Ur Rt Ur En ~ t Ngu n cung c p (EC) Hình 1-1: So d t ng quát c a m ch khu ch d i. Hình 1-2 dua ra c u trúc nguyên lý d xây d ng m t t ng khu ch d i. Ph n t co b n là ph n t di u khi n tranzito có di n tr thay d i theo s di u khi n c a di n áp hay dòng di n d t t i c c di u khi n (c c g c) c a nó, qua dó di u khi n quy lu t bi n d i dòng di n c a m ch ra bao g m tranzito và di n tr RC. T i l i ra gi a c c góp và c c phát, ngu i ta nh n du c m t di n áp bi n thiên cùng quy lu t v i tín hi u vào nhung d l n du c tang lên nhi u l n. Ð don gi n, gi thi t di n áp d t vào c c g c có d ng hình sin. T so d hình 1-2 ta th y r ng dòng di n và di n áp xoay chi u m ch ra (t l v i dòng di n và di n áp tín hi u vào) c n ph i coi là t ng các thành ph n xoay chi u dòng di n và di n áp trên n n c a thành ph n m t chi u I0 và U0. Ph i d m b o sao cho biên d thành ph n xoay chi u không vu t quá thành ph n m t chi u, nghia là I 0 4 I và U 0 U . N u di u ki n dó không du c Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito tho mãn thì dòng di n, di n áp và s làm méo d ng tín hi u. m ch ra trong t ng kho ng th i gian nh t d nh s b ng không Nhu v y d d m b o công tác cho t ng khu ch d i (khi tín hi u vào là xoay chi u) thì m ch ra c a nó ph i t o nên thành ph n dòng m t chi u I0 và di n áp m t chi u U0. Chính vì v y, m ch vào c a t ng, ngoài ngu n tín hi u c n khu ch d i, ngu i ta cung ph i d t thêm di n áp m t chi u UV0 (hay dòng di n m t chi u IV0). Các thành ph n dòng di n và di n áp m t chi u dó xác d nh ch d làm vi c tinh c a t ng khu ch d i. Tham s c a ch d tinh theo m ch vào (IV0, UV0) và theo m ch ra (I0, U0) d c trung cho tr ng thái ban d u c a so d khi chua có tín hi u vào. i +E C Uv i t Ur RC Î t I0 C 0 B PÐK Uv R Ur E t ura t Û U0 0 a. Hình 1-2: t b. a. Nguyên lý xây d ng m t t ng khu ch d i. b. Bi u d th i gian. 1.1.2. Các ch tiêu và tham s co b n c a m t t ng khu ch d i Ð dánh giá ch t lu ng c a m t t ng khu ch d i ngu i ta dua ra các ch tiêu và tham s co b n sau: 1.1.2.1. H s khu ch d i. K= Ð i lu ng d u ra Ð i lu ng tuong ng d u vào (1-1) Nói chung vì t ng khu ch d i có ch a các ph n t di n kháng nên K là m t s ph c. K = K exp(j. k) Ph n mô dun |K| th hi n quan h v cu ng d (biên d ) gi a các d i lu ng d u ra và d u vào, ph n góc k th hi n d d ch pha gi a chúng. Nhìn chung d l n c a |K| và k ph thu c vào t ns c a tín hi u vào. N u bi u di n |K| = f1( ) ta nh n du c du ng cong g i là d c tuy n biên d - t n s c a t ng khu ch d i. Ðu ng bi u di n k=f2( ) g i là d c tuy n pha - t n s c a nó. Thu ng ngu i ta tính |K| theo don v logarit, g i là don v d xi ben (dB) 5 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito K (dB) 20 lg K (1-2) Khi ghép liên ti p n t ng khu ch d i v i các h s khu ch d i tuong ng là K1, K2,...Kn thì h s khu ch d i chung c a b khu ch d i xác d nh theo: K = K1.K2...Kn. hay K(dB) = K1(dB) + K2(dB) +... + Kn(dB) (1-3) Ð c tuy n biên d c a t ng khu ch d i là du ng bi u di n quan h Ura=f3(Uv) l y s c d nh c a gi i t n c a tín hi u vào. m tt n D ng di n hình c a K =f1( ) và Ura=f3(Uv) d i v i m t b khu ch d i di n áp t n s th p cho t i hình 1-3. Ura |K| (V) K0 K0 Uvào f 0 10 2 (a) 4 4 10 2.10 0 (Hz) (b) (mV) Hình 1-3: a. Ð c tuy n biên d - t n s b. Ð c tuy n biên d (f = 1kHz) c a m t b khu ch d i t n s th p 1.1.2.2. Tr kháng l i vào và l i ra Tr kháng vµo, trë kh¸ng ra c a t ng khu ch d i du c d nh nghia (theo hình 1-1a) ZV UV ; IV Zr Ur Ir (1-4) Nói chung chúng là các d i lu ng ph c: Z = R+jX. 1.1.2.3. Méo t n s Méo t n s là méo do d khu ch d i c a m ch khu ch d i b gi m vùng hai d u gi i t n. vùng t n s th p có méo th p Mt, vùng t n s cao có méo t n s cao MC. Chúng du c xác d nh theo bi u th c: Mt K0 ; Kt MC K0 KC (1-5) 6 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Trong dó: K0 là h s khu ch d i vùng t n s trung bình. KC là h s khu ch d i vùng t n s cao. Kt là h s khu ch d i vùng t n s th p. Méo t n s cung có th du c tính theo don v d xi ben. 1.1.2.4. Méo không du ng th ng (méo phi tuy n). Méo không du ng th ng do tính ch t phi tuy n c a các ph n t nhu tranzito gây ra th hi n trong tín hi u d u ra xu t hi n thành ph n t n s m i (không có d u vào). Khi uvào ch có thành ph n t n s thì ura nói chung có các thành ph n n (v i n = 0,1,2...) v i các biên d tuong ng là Ûn. Lúc dó h s méo không du ng th ng do t ng khu ch d i gây ra du c dánh giá là: (U 2 2 U3 2 2 ... U n )1 / 2 U1 % (1-6) 1.1.2.5. Hi u su t c a t ng khu ch d i Hi u su t c a m t t ng khu ch d i là d i lu ng du c tính b ng t s gi a công su t tín hi u xoay chi u dua ra t i Pr v i công su t m t chi u c a ngu n cung c p P0. Pr P0 Trên dây dã nêu m t s ch tiêu quan tr ng c a m t t ng (hay m t b khu ch d i g m nhi u t ng). Can c vào các ch tiêu này ngu i ta có th phân lo i các b khu ch d i v i các tên g i v i d c di m khác nhau. Ví d theo h s khu ch d i K có b khu ch d i di n áp. Lúc này yêu c u co b n là có KUmax, Zvào >> Zngu n và Zra << Zt i; b khu ch d i dòng di n v i Ki max, Zvào<< Zngu n, Zra >> Zt i hay b khu ch d i công su t c n KPmax, Zvào Zngu n, Zra Zt i. Cung có th phân lo i theo d ng d c tuy n t n s K = f1( ), t dó có b khu ch d i m t chi u, b khu ch d i t n s th p, b khu ch d i t n s cao, b khu ch d i ch n l c t n s ...v.v. 1.2. PHÂN C C VÀ CH Ð LÀM VI C M T CHI U 1.2.1. Nguyên t c chung phân c c tranzito Mu n tranzito làm vi c nhu là m t ph n t tích c c thì các tham s c a nó ph i tho mãn di u ki n thích h p. Nh ng tham s này c a tranzito nhu ph n c u ki n di n t dã nghiên c u, chúng ph thu c r t nhi u vào di n áp phân c c các chuy n ti p góp, phát. Nói m t cách khác các giá tr tham s ph thu c vào di m làm vi c c a tranzito. M t cách t ng quát, dù tranzito du c m c theo ki u nào, mu n nó làm vi c ch d khu ch d i c n có các di u ki n sau: chuy n ti p g c-phát luôn phân c c thu n, chuy n ti p g c - góp luôn phân c c ngu c. Ð i v i tranzito n-p-n di u ki n phân c c d nó làm vi c ch d khu ch d i là: UBE = UB - UE > 0 UCE = UC - UE > 0 (1-7) 7 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito và UE < UB < UC Trong dó UE, UB, UC là di n th các c c phát, g c, góp c a tranzito nhu trên hình 1-3. V i tranzito p-n-p thì di u ki n phân c c có d u ngu c l i. Hình 1-4 bi u di n di n áp và dòng di n phân c c c a tranzito ch d khu ch d i IC IB IC U UCE >0 C UB IB U UB U E UBE <0 (a) Hình 1-4: C U E UBE>0 UCE <0 (b) a) Bi u di n di n áp và dòng di n phân c c tranzito n-p-n. b) Tranzito p-n-p. 1.2.2. M ch cung c p di n áp phân c c cho tranzito Ð cung c p di n áp phân c c cho tranzito ngu i ta thu ng dùng m t ngu n chung. Hình 14 bi u th các m ch c p di n dó. +EC RB CP1 +EC RC IP+IB0 IB0 R1 RC IB0 CP2 CP2 UB CP1 IP UBE0 (a) R2 (b) Hình 1-5: M ch c p di n cho tranzito Hình 1-5a c p di n áp cho c c g c theo phuong pháp d nh dòng. Ði n áp UBE0 du c l y t ngu n EC d n qua di n tr RB vào c c g c. Ði n tr RB có tr s l n hon nhi u so v i di n tr m t chi u c a m t ghép g c-phát, do dó dòng d nh thiên IB0 du c xác d nh g n dúng. 8 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito I B0 EC RB Dòng di n m t chi u d u ra (dòng c c góp) IC0 và di n áp m t chi u IC0 = .IB0; UCE0 = EC-IC0.RC M ch này don gi n nhung d d u ra UCE0: (1-8) n d nh di m làm vi c kém. Hình 1-5b cung c p di n cho c c g c theo phuong pháp d nh áp nh b phân áp R1, R2 m c song song v i ngu n cung c p c c góp EC. Ði n áp t i di m làm vi c c a c c g c du c xác d nh theo bi u th c: UBE0 = IP.R2 = EC -(IP+IB0).R1 (1-9) Trong dó IP là dòng phân áp ch y qua di n tr R1, R2. Thu ng ch n IP>>IB0, do dó bi u th c trên g n dúng: U BE EC I p .R1 (1-10) Ta th y UBE0 không ph thu c vào các tham s c a tranzito và nhi t d nên n d nh. Rõ ràng dòng IP càng l n UBE0 càng n d nh, nhung khi dó R1, R2 ph i có giá tr nh . Thu ng ch n IP =(0,3 3).IBmax (1-11) Trong dó IBmax là dòng xoay chi u trong m ch c c g c v i m c tín hi u vào l n nh t. Lúc này thiên áp UBE0 h u nhu không ph thu c tr s dòng c c g c IB0, do dó có th dùng cho m ch khu ch d i tín hi u l n (ch d B). Tuy nhiên khi tr s R1, R2 nh thì công su t tiêu th ngu n cung tang. Ð nâng cao d c c sau. n d nh di m làm vi c ngu i ta hay dùng các m ch cung c p di n áp phân Hình 1-6 là so d cung c p và n d nh di m làm vi c b ng h i ti p âm di n áp m t chi u. +EC RB IB Cp1 +EC RC R1 RC Cp1 Cp2 Cp2 UCE0 UBE UBE0 UR2 Hình 1-6: M ch cung c p và n d nh di m làm vi c b ng h i ti p âm di n áp m t chi u. R2 UE RE CE Hình 1-7: So d cung c p và n d nh di m làm vi c nh h i ti p âm dòng di n m t chi u. 9 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito So d hình 1-6 ch khác so d hình 1-5a ch di n tr RB du c n i lên c c góp. dây RB v a làm nhi m v dua di n áp vào c c g c b ng phuong pháp n d nh dòng c c g c, v a d n di n áp h i ti p v m ch vào. Nguyên lý n d nh nhu sau: N u có m t nguyên nhân m t n d nh nào dó làm cho dòng m t chi u IC0 trên c c góp tang lên thì di n th UCE0 gi m làm UBE gi m, kéo theo dòng IB0 gi m làm cho IC0 gi m (vì IC0= . I B 0 ), nghia là dòng IC0 ban d u du c gi nguyên. Hình 1-7 là so d cung c p và n d nh di m làm vi c nh h i ti p âm dòng di n m t chi u. Trong so d này RE làm nhi m v h i ti p âm dòng di n m t chi u. Nguyên t c n d nh nhu sau: khi IC0 tang do nhi t d tang hay do d t p tán tham s c a tranzito thì di n áp h trên RE (UE0=IE0.RE) tang. Vì di n áp UR2 l y trên di n tr R2 h u nhu không d i nên di n áp UBE0 = UR2 UE0 gi m, làm cho IB0 gi m, do dó IC0 không tang lên du c, t c là IC0 du c gi n d nh. N u nhi t d gi m làm IC0 gi m thì nh m ch h i ti p âm dòng di n m t chi u, UBE0 l i tang, làm cho IB0 tang, IC0 tang gi cho IC0 n d nh. 1.3. H I TI P TRONG CÁC T NG KHU CH Ð I H i ti p là vi c th c hi n truy n tín hi u t d u ra v d u vào b khu ch d i. Th c hi n h i ti p trong b khu ch d i s c i thi n h u h t các ch tiêu ch t lu ng c a nó và làm cho b khu ch d i có m t s tính ch t d c bi t. Du i dây ta s phân tích nh ng quy lu t chung khi th c hi n h i ti p trong b khu ch d i. Ði u này cung d c bi t c n thi t khi thi t k b khu ch d i b ng IC tuy n tính. Hình 1-8 là so d c u trúc b khu ch d i có h i ti p Ð u vào Ð u ra K Hình 1-8: So d kh i b khu ch d i có h i ti p M ch h i ti p có h s truy n d t , ch rõ quan h gi a tham s (di n áp, dòng di n) c a tín hi u ra m ch dó v i tham s (di n áp, dòng di n) c a m ch ra b khu ch d i. H s khu ch d i K và h s truy n d t c a m ch h i ti p nói chung là nh ng s ph c. K = K.exp(j K) = .exp(j ) Nghia là ph i chú ý d n kh nang d ch pha mi n t n s th p và t n s cao do t n t i các ph n t di n kháng trong m ch khu ch d i cung nhu m ch h i ti p. N u b khu ch d i làm vi c t n s trung bình, còn trong m ch h i ti p - không có thành ph n di n kháng thì h s K và là 10 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito nh ng s th c. N u di n áp h i ti p t l v i di n áp ra c a b khu ch d i ta có h i ti p di n áp, n u t l v i dòng di n ra ta có h i ti p dòng di n. Có th h i ti p h n h p c dòng di n và di n áp. Rn En ~ uv Iv Ir uy It ur Iv Rn Rt K En ~ uy uv uht Ir It ur K Rt uht It b. a. Hình 1-9: M t s m ch h i ti p thông d ng: Rn a. H i ti p n i ti p di n áp Iht Ir c. b. H i ti p dòng di n En ~ c. H i ti p song song di n áp Iv u v K ur Rt Xét d u vào, khi di n áp dua v h i ti p n i ti p v i ngu n tín hi u vào thì ta có h i ti p n i ti p. Khi di n áp h i ti p d t t i d u vào b khu ch d i song song v i di n áp ngu n tín hi u thì có h i ti p song song. Hai d c di m trên xác d nh m t lo i m ch h i ti p c th : h i ti p di n áp n i ti p ho c song song, h i ti p dòng di n n i ti p ho c song song, h i ti p h n h p n i ti p ho c song song. Hình 1-9 minh ho m t s thí d v nh ng m ch h i ti p ph bi n nh t trong khu ch d i. N u khi h i ti p n i ti p nh hu ng d n tr s di n áp vào b n thân b khu ch d i uy, thì khi h i ti p song song s nh hu ng d n tr s dòng di n vào b khu ch d i. Tác d ng c a h i ti p có th làm tang, khi K + = 2n , ho c gi m khi + = (2n +1). (n là s nguyên duong) tín hi u t ng h p d u vào b khu ch d i du c g i là h i ti p duong và tuong ng g i là h i ti p âm. H i ti p âm cho phép c i thi n m t s ch tiêu c a b khu ch d i, vì th nó du c dùng r t r ng rãi. Ð dánh giá nh hu ng c a h i ti p d n các ch tiêu c a b khu ch d i ta s xét thí d h i ti p di n áp n i ti p hình 1-9a. H s khu ch d i khi có h i ti p: K ht Ur UV UY UV U ht (1-12) 11 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Chia c hai v c a (1-12) cho Ura, ta có: hay dây UY Ur UV Ur U ht Ur 1 K 1 K ht (1-13) u ht là h s truy n d t c a m ch h i ti p. ur T (1-13) ta tìm du c: K K ht 1 (1-14) .K Ð don gi n vi c phân tích ta dua vào tr s th c K và: K 1 K. K ht (1-15) Theo (1-15) khi 1 > K. > 0 thì h s khu ch d i c a b khu ch d i có h i ti p Kht l n hon h s khu ch d i c a b n thân b khu ch d i K. Ðó chính là h i ti p duong, Uht dua t i d u vào b khu ch d i cùng pha v i di n áp vào Uv, t c là Uy = Uv +Uht. Ði n áp ra b khu ch d i khi có h i ti p duong là: Ur = K.(Uv + Uht) > K.Uv và do dó Kht >K Tru ng h p K. 1 (khi h i ti p duong) d c trung cho di u ki n t kích c a b khu ch d i. Lúc này d u ra c a b khu ch d i xu t hi n m t ph t n s không ph thu c vào tín hi u d u vào. b t d ng th c K . V i tr s ph c K và 1 tuong ng v i di u ki n t kích m tt ns c d nh và tín hi u d u ra g n v i d ng hình sin. B khu ch d i trong tru ng h p này làm vi c nhu m t m ch t o dao d ng hình sin. Khi K. <0 thì K ht K 1 K. K (1-16) dó là h i ti p âm (Uht ngu c pha v i Uv) và Uy = Uv - Uht, nghia là h s khu ch d i c a b khu ch d i có h i ti p âm Kht nh hon h s khu ch d i khi không có h i ti p. Ð dánh giá d K ht Có dK ht n d nh h s khu ch d i khi có h i ti p, th c hi n vi phân bi u th c K 1 K. dK .(1 K ) dK .K (1 K ) 2 . = 12 dK (1 K . ) 2 (1-17) Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Bi n d i (1-17) và chú ý d n (1-16) ta nh n du c bi u th c d c trung cho s thay d i tuong ng c a h s khu ch d i. dK ht dK / K = K ht 1 K . (1-18) T (1-18) th y s thay d i tuong d i h s khu ch d i c a b khu ch d i khi có h i ti p âm nh hon 1 + K. l n so v i khi không h i ti p. Ð n d nh h s khu ch d i s tang khi tang d sâu h i ti p. Ví d , gi thi t s thay d i tuong d i c a h s khu ch d i dK/K = 20% và 1+K. =100 thì s thay d i tuong d i c a h s khu ch d i c a b khu ch d i có h i ti p là dKht/Kht = 0,2%.Tính ch t này d c bi t quý giá trong di u ki n h s khu ch d i thay d i do s thay d i c a tham s theo nhi t d nh t là d i v i tranzito và s hoá già c a chúng. N u h s khu ch d i K l n và h i ti p âm sâu thì th c t có th lo i tr s ph thu c c a h s khu ch d i vào s thay d i các tham s trong b khu ch d i. Khi dó trong m u s c a (1-16) có th b qua 1 và h s khu ch d i c a nó do h s truy n d t c a m ch h i ti p quy t d nh. K ht 1 (1-19) Nghia là th c t không ph thu c vào K và m i s thay d i c a nó. Ví d K = 104 và = 10-2 thì: 1 K ht 100 Ý nghia v t lý c a vi c tang d n d nh c a h s khu ch d i có h i ti p âm là ch khi thay d i h s khu ch d i K thì di n áp h i ti p s b thay d i d n d n thay d i di n áp Uy (hình 1.9a) theo hu ng bù l i s thay d i di n áp ra c a b khu ch d i. Gi s khi gi m K do s thay d i tham s b khu ch d i s làm cho Uht gi m và Ur gi m, di n áp Uy = Uv - Uht tang d n d n Ur tang, chính là ngan c n s gi m c a h s khu ch d i K (hình 1-9a). Tang d n d nh c a h s khu ch d i b ng h i ti p âm du c dùng r ng rãi d c i thi n d c tuy n biên d , t n s (hình 1-10) c a b khu ch d i nhi u t ng ghép di n dung. Vì mi n t n s th p và cao h s khu ch d i b gi m. Tác d ng h i ti p âm mi n t n s k trên s y u vì h s khu ch d i K nh và s d n d n tang d khu ch d i gi i biên t n và m r ng gi i thông f c a b khu ch d i. K Ku Ku 2 Hình 1-10: nh hu ng c a h i ti p âm d n d c tuy n biên d t ns K uht Kuht 2 0 f fht 13 f Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito H i ti p âm cung làm gi m méo không du ng th ng c a tín hi u ra và gi m nhi u (t p âm) trong b khu ch d i. Du i dây ta s kh o sát nh hu ng c a h i ti p âm d n di n tr vào b khu ch d i. UV IV RV = Hình 1-9a th c hi n h i ti p âm n i ti p. UV M t khác ta có UY U ht RVht = U ht . K . .U Y . Vì v y: (1 K . ).U Y = RV .(1 K . ) IV (1-20) Nhu v y th c hi n h i ti p âm n i ti p làm tang di n tr vào c a b khu ch d i lên (1+K. ) l n. Ði u này r t c n thi t khi b khu ch d i nh n tín hi u t b c m bi n có di n tr trong l n ho c b khu ch d i dùng tranzito lu ng c c. Tuong t , di n tr ra c a b khu ch d i là: Rrht = Rr (1 K . ) (1-21) Nghia là gi m di (1+K. ) l n. Ði u này d m b o di n áp ra c a b khu ch d i ít ph thu c vào s thay d i di n tr t i Rt. T nh ng phân tích trên, có th rút ra nh ng quy lu t chung nh hu ng c a h i ti p âm d n ch tiêu b khu ch d i là: M i lo i h i ti p âm d u làm gi m tín hi u trên d u vào b khu ch d i (Uy hay Iy) và do dó làm gi m h s khu ch d i Kht, làm tang d n d nh c a h s khu ch d i c a b khu ch d i. Ngoài ra h i ti p âm n i ti p hình 1-9a,b làm tang di n tr vào. H i ti p di n áp n i ti p (hình 1-9a) làm n d nh di n áp ra, gi m di n tr ra Rrht. Còn h i ti p dòng di n n i ti p (hình 1-9b) làm n d nh dòng di n ra It, tang di n tr ra Rrht. H i ti p âm song song (hình 1-9c) làm tang dòng di n vào, làm gi m di n tr vào Rvht, cung nhu di n tr ra Rrht. C n nói thêm là h i ti p duong thu ng không dùng trong b khu ch d i nhung nó có th xu t hi n ngoài ý mu n do ghép v di n bên trong hay bên ngoài g i là h i ti p ký sinh, có th xu t hi n qua ngu n cung c p chung, qua di n c m ho c di n dung ký sinh gi a m ch ra và m ch vào c a b khu ch d i. H i ti p ký sinh làm thay d i d c tuy n biên d - t n s c a b khu ch d i do làm tang h s khu ch d i các do n riêng bi t c a gi i t n ho c th m chí có th làm cho b khu ch d i b t kích nghia là xu t hi n dao d ng m t t n s xác d nh. 14 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Ð lo i b hi n tu ng trên có th dùng các b l c thoát, dùng dây d n b c kim, b trí m ch in và các linh ki n h p lý. Du i dây là các thí d v nh ng m ch h i ti p âm thu ng g p (hình 1-11) +E RC R1 CP1 Rn Ur Uv ~ R2 a) RC1 CP1 CP2 Rn En R1 Uv RE En ~ R3 C CP2 R T1 R2 RE1 RC2 +E CP3 R4 T RE2 Ur b) Hình 1-11: So d các m ch h i ti p âm. a) H i ti p dòng di n trên RE; b) H i ti p di n áp nh khâu RC hình 1-11a trên di n tr RE có h i ti p âm dòng di n m c n i ti p. Trong m ch hình 1-11b ta th y, n u xét t ng t ng riêng bi t thì trên R E1 , RE 2 d u th c hi n h i ti p âm dòng di n m c n i ti p. Ngoài ra còn có h i ti p âm di n áp n i ti p l y t c c góp c a tranzito T2 v c c phát c a tranzito T1 qua C và R. Nhu v y trên RE1 có c hai lo i h i ti p âm di n áp và dòng di n. 1.4. CÁC SO Ð CO B N DÙNG TRANZITO LU NG C C (BJT). Du i dây s trình bày phuong pháp phân tích t ng khu ch d i dùng tranzito lu ng c c theo ba cách m c m ch: phát chung (EC), góp chung (CC), và g c chung (BC). Gi thi t tín hi u vào là hình sin mi n t n s trung bình vì v y tr kháng c a t coi nhu b ng không, còn nh hu ng di n dung ký sinh c a so d và tranzito, cung nhu s ph thu c v h s khu ch d i dòng , c a tranzito vào t n s coi nhu không dáng k . 1.4.1. T ng khu ch d i phát chung (EC) M ch di n nguyên lý m t t ng khu ch d i EC cho trên hình 1-12. Trong so d này CP1, CP2 là các t n i t ng. T Cp1 lo i tr tác d ng nh hu ng l n nhau c a ngu n tín hi u và m ch vào v dòng m t chi u. T CP2 ngan thành ph n m t chi u và ch cho thành ph n xoay chi u ra t i. R1, R2 d xác d nh ch d tinh c a t ng, c p di n m t chi u cho c c B. RC: t i m t chi u c a t ng. RE: di n tr n d nh nhi t, CE t thoát thành ph n xoay chi u xu ng mát. En: ngu n tín hi u vào, 15 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Rn: di n tr trong c a ngu n tín hi u. Rt: di n tr t i. +EC R1 RC I B0 IV CP2 IC CP1 T U Hình 1-12: T ng khu ch d i E chung UBE IP Rn CE0 It Rt Ur IE0 En ~ R2 UE0 RE UV CE Nguyên lý làm vi c c a t ng EC nhu sau: khi dua di n áp xoay chi u t i d u vào xu t hi n dòng xoay chi u c c g c c a tranzito và do dó xu t hi n dòng xoay chi u c c góp m ch ra c a t ng. Dòng này gây h áp xoay chi u trên di n tr RC. Ði n áp dó qua t CP2 dua d n d u ra c a t ng t c là t i Rt. Có th th c hi n b ng hai phuong pháp co b n là phuong pháp d th d i v i ch d m t chi u và phuong pháp gi i tích dùng so d tuong duong d i v i ch d xoay chi u tín hi u nh . Phuong pháp d th d a vào d c tuy n vào và ra c a tranzito có uu di m là d dàng tìm du c m i quan h gi a các giá tr biên d c a thành ph n xoay chi u (di n áp ra U r và dòng di n ra I r ) và là s li u ban d u d tính toán. Trên d c tuy n hình (1-13a), v du ng t i m t chi u (AB). S ph thu c UCE0 = f(IC0) có th tìm du c t phuong trình cân b ng di n áp t ng: UCE0 = EC - IC0.RC - IE0RE = EC - IC0RC Vì h s IC0 .RE m ch ra c a (1-22) g n dúng 1, nên có th vi t UCE0 = EC - IC0 (RC+RE) (1-23) Bi u th c (1-23) là phuong trình du ng t i m t chi u c a t ng. D a vào d c tuy n vào IB = f(UBE) ta ch n dòng c c g c tinh c n thi t IB0, chính là xác d nh du c to d di m P là giao di m c a du ng IB = IB0 v i du ng t i m t chi u trên d c tuy n ra hình 1-13a. Ð xác d nh thành ph n xoay chi u c a di n áp ra và dòng ra c c góp c a tranzito ph i dùng du ng t i xoay chi u c a t ng. Chú ý r ng di n tr xoay chi u trong m ch c c phát c a tranzito b ng không (vì có t CE m c song song v i di n tr RE) còn t i Rt du c m c vào m ch c c góp, vì di n tr xoay chi u c a t Cp2 r t nh b qua. 16 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito IC PCCP D IB B Î C P IB=IB0 IB2 IC0 Î B IB uC P IB1 IB=0 C IC0(E) A û C a) uBE 0 uC b) uB û v UC0 uB0 Hình 1-13: Xác d nh ch d tinh c a t ng EC a) Trên d c tuy n ra b) Trên d c tuy n vào N u coi di n tr xoay chi u c a ngu n cung c p EC b ng không, thì di n tr xoay chi u c a t ng g m hai di n tr RC và Rt m c song song, nghia là Rt~ =Rt//RC. T dó th y rõ di n tr t i m t chi u c a t ng Rt==RC + RE l n hon di n tr t i xoay chi u Rt~. Khi có tín hi u vào, di n áp và dòng di n là t ng c a thành ph n m t chi u và xoay chi u, du ng t i xoay chi u di qua di m tinh P. Ð d c c a du ng t i xoay chi u l n hon d d c du ng t i m t chi u. Xây d ng du ng t i xoay chi u theo t s s gia c a di n áp và dòng di n U CE = I C .(RC // Rt). Khi cung c p di n áp vào t i d u vào c a t ng thì trong m ch c c g c xu t hi n thành ph n dòng xoay chi u ib liên quan d n di n áp vào Uv theo d c tuy n vào c a tranzito.Vì dòng c c góp t l v i dòng c c g c qua h s , trong m ch c c góp cung có thành ph n dòng xoay chi u iC và di n áp xoay chi u Ura liên h v i iC b ng du ng t i xoay chi u. Khi dó du ng t i xoay chi u d c trung cho s thay d i giá tr t c th i dòng c c góp iC và di n áp trên tranzito UC hay ngu i ta nói dó là s d ch chuy n di m làm vi c. Ði m làm vi c d ch t P di lên ng v i 1/2 chu k duong và d ch chuy n di xu ng ng v i 1/2 chu k âm c a tín hi u vào. N u ch n tr s tín hi u vào thích h p và ch d tinh dúng thì tín hi u ra c a t ng khu ch d i không b méo d ng. Vi c ch n di m làm vi c tinh và tính toán s du c th c hi n theo m t t ng khu ch d i c th . Nh ng tham s ban d u d tính toán là biên d di n áp ra U r và dòng di n t i I t , công su t t i Pt và di n tr t i Rt. Gi a nh ng tham s này có quan h ch t ch v i nhau, nên v nguyên t c ch c n bi t hai trong nh ng tham s dó là d d tính các tham s còn l i. 17 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito Ð tín hi u ra không b méo d ng, các tham s c a ch d tinh ph i tho mãn nh ng di u ki n sau: (hình 1-13a). dây U C0 Ur IC0 IC U C0 (1-24) I C 0 (E) (1-25) U C 0 là di n áp c c góp ng v i do n d u c a d c tuy n ra (còn g i là di n áp UCE bão hoà) I C 0 ( E ) là dòng c c góp ban d u ng v i nhi t d c c d i, chính là d cao c a du ng d c tuy n ra tinh ng v i dòng IB=0. Quan h dòng I C v i di n áp ra có d ng IC Ur R C // R t Ur Rt ~ (1-26) Ð tang h s khu ch d i c a t ng, tr s RC ph i ch n l n hon Rt t 3 5 l n. D a vào dòng IC0 dã ch n, tính dòng c c g c tinh: IB0 = IC0 I C0 (E) (1-27) t dó d a vào d c tuy n vào c a trazito tìm du c di n áp U BE 0 ng v i I B 0 dã tìm du c. Dòng c c phát tinh có quan h v i dòng I B 0 và IC0 theo bi u th c. I E0 (1 ).I B 0 I C0 (E) IC0 I C0 (E) .(1 ) I C 0 (E) IC0 (1-28) Khi ch n EC (n u nhu không cho tru c), c n ph i theo di u ki n: EC=UC0+IC0.Rc+UE0. (1-29) dây UE0 = IE0.RE Khi xác d nh tr s UE0 ph i xu t phát t quan di m tang di n áp UE0 s làm tang d n d nh nhi t cho ch d tinh c a t ng (vì khi RE l n s làm tang d sâu h i ti p âm m t chi u c a t ng), tuy nhiên lúc dó c n ph i tang di n áp ngu n cung c p EC. Vì v y mà UE0 thu ng ch n b ng (0,1 0,3) EC Chú ý d n bi u th c (1-29) ta có: EC U C 0 I C 0 .RC 0,7 0,9 (1-30) Ði n tr RE có th tính t 18 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito U E0 IC0 RE (1-31) Khi tính các ph n t c a b phân áp d u vào c n luu ý v i quan di m n d nh nhi t cho ch d tinh c a t ng, sao cho s thay d i c a dòng c c g c tinh IB0 (do d không n d nh nhi t c a di n áp UBE0) ph i ít nh hu ng d n s thay d i di n áp UB0.Mu n v y thì dòng phân áp IP qua b phân áp R1 R2 ph i l n hon dòng IB0 qua di n tr R1. Tuy nhiên v i di u ki n IP >> IB0 thì R1, R2 s ph i nh và chúng s gây ra r m ch tín hi u vào, làm gi m di n tr vào c a t ng khu ch d i. Vì th khi tính các ph n t c a b phân áp vào ta ph i h n ch theo di u ki n: RB R1 // R2 IP dây rV là di n tr (rV= U BE / I B ) (2 5)rV . (1-32) (2 5) I B 0 . (1-33) vào c a tranzito, d c trung cho di n tr xoay chi u m ch g c - phát Ði n tr R1,R2 có th tính theo: R2 U B 0 U BE U E 0 = Ip Ip (1-34) R1 EC U B 0 I p I B0 (1-35) Khi ch n tranzito c n chú ý d n các tham s gi i h n nhu: d i t n s công tác (theo t n s f hay f ) cung nhu các tham s v dòng di n, di n áp và công su t. Dòng di n c c góp cho phép c c d i IC.C.P ph i l n hon tr s t c th i l n nh t trong khi làm vi c, nghia là I C max I CO Î C I C.C.P . V m t di n áp ngu i ta thu ng ch n tranzito theo UC0.C.P > EC. Công su t tiêu hao trên c c góp PC =UC0.IC0 ph i nh hon công su t c c d i cho phép c a tranzito PC.C.P. Ðu ng cong công su t gi i h n cho phép là du ng hypecbon. Ð i v i m i di m c a nó ta có UC0.CP.IC.CP=PC.CP. Tóm l i vi c tính ch d c a t ng khu ch d i là gi i quy t nhi m v ch n h p lý các ph n t c a so d d nh n du c nh ng tham s c n thi t c a tín hi u ra trên t i. Các h s khu ch d i dòng di n Ki, di n áp Ku và công su t Kp cung nhu di n tr vào RV, di n tr ra Rr là nh ng ch tiêu quan tr ng c a t ng khu ch d i. Nh ng ch tiêu dó có th xác d nh du c khi tính toán t ng khu ch d i theo dòng xoay chi u. Phuong pháp gi i tích d a trên co s thay th tranzito và t ng khu ch d i b ng so d tuong duong dòng xoay chi u ch d tín hi u nh . So d thay th t ng EC v trên hình 1-14, dây tranzito du c thay b ng so d thay th tham s v t lý. Tính toán theo dòng xoay chi u có th th c hi n du c khi s d ng so d thay th tranzito v i các tham s r , trong dó rB là di n tr kh i vùng c c g c, rE là di n tr vi phân c a ti p giáp phát, rC di n tr vi phân c a ti p giáp góp. Ð don gi n ta gi thi t t ng khu ch d i du c tính mi n t n s trung bình, tín hi u vào là hình sin và di n tr c a ngu n cung c p d i v i dòng xoay chi u b ng không. Các t Cp1, Cp2, CE 19 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito có tr kháng r t bé, xem nhu b ng không. Dòng di n và di n áp trong so d tính theo tr s hi u d ng. Ði n tr vào c a t ng: RV=R1//R2//rV (1-36) IB IV << rB B rC IB Rn UV IC IE rE It CC RC En ~ R1 C Rt Ut R2 E Hình 1-14: So d thay th t ng khu ch d i EC b ng tham s v t lý. Vì di n tr trong c a ngu n dòng IB hình 1.14 r t l n, còn rC(E) + RC//Rt >> rE nên: U BE I B .rB I E .rE hay là U BE I B rB (1 ).rE (1-37) Chia c hai v c a phuong trình (1-37) cho IB ta có: rV= rB + (1+ ).rE. Tính g n dúng b c m t c a RV theo rV và giá tr có th c a rB, , rE v i di u ki n R1//R2 (2 3)rV ta s có RV c a t ng EC không vu t quá (1 3)K Xác d nh h s khu ch d i dòng di n c a t ng: Ki = It/IV t hình 1-14 có: IB IV RV rV (1-38) Khi xác d nh dòng It qua IB thì không tính d n rE vì nó r t nh so v i di n tr c a các ph n t m ch ra: It .I B . r C ( E) // RC // Rt Rt (1-39) Ð ý d n bi u th c (1-38) ta có: It I V. . RV rC ( E) // RC // Rt . rV Rt (1-40) và h s khu ch d i dòng xác d nh b i: Ki . RV rC ( E) // RC // Rt . rV Rt (1-41) 20 Chuong 1: M ch khu ch d i Tranzito H s khu ch d i dòng Ki t l v i h s c a tranzito, các di n tr phân áp c p di n m t chi u c c g c và di n tr RC, Rt. Bi u th c (1-41) cho ta th y c n ch n R1//R2 >>rV và RC > Rt. N u coi RV rV và rC(E) >>RC//Rt thì h s khu ch d i dòng g n dúng. Ki . RC // Rt Rt (1-42) Nhu v y t ng EC có h s khu ch d i dòng tuong d i l n, và n u nhu RC>> Rt thì nó g n b ng h s khu ch d i c a tranzito. Xác d nh h s khu ch d i di n áp c a t ng Ku Ku Ur En I t .Rt I V .( Rn RV ) Ki . Rt Rn RV (1-43) Thay (1-42) vào (1-43) ta có: Ku . RC // Rt Rn RV (1-44) T (1-44) ta th y n u càng l n và di n tr m ch ra c a t ng càng l n so v i di n tr m ch vào thì h s khu ch d i càng l n. Ð c bi t, h s khu ch d i di n áp s tang khi di n tr trong c a ngu n tín hi u gi m. T ng khu ch d i EC th c hi n d o pha c a di n áp ra d i v i di n áp vào. Vi c tang di n áp vào s làm tang dòng c c g c và dòng c c góp c a tranzito, h áp trên Rc tang làm gi m di n áp trên c c góp. Vi c d o pha trong t ng khu ch d i EC du c bi u th b ng d u “-” trong bi u th c Ku H s khu ch d i công su t K P Pr PV K u .K i trong so d EC kho ng (0,2 5).103 l n. Ði n tr ra c a t ng. Rr RC // rC ( E ) (1-45) Vì rC(E) >> RC nên Rr = RC 1.4.2. T ng khu ch d i góp chung (CC) Hình 1-15a là so d t ng khu ch d i CC, còn g i là t ng l p E vì di n áp ra c a nó l y c c E c a tranzito, v tr s g n b ng di n áp vào ( U r U V U BE U V ) và trùng pha v i di n áp vào. Ði n tr RE trong so d dóng vai trò nhu RC trong EC, nghia là t o nên m t di n áp bi n d i d u ra trên nó. T C có nhi m v dua tín hi u ra t i Rt. Ði n tr R1, R2 là b phân áp c p di n m t chi u cho c c g c, xác d nh ch d tinh c a t ng. Ð tang di n tr vào thu ng ngu i ta không 21