Chương 1 : Đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại ghép RC. 3
1.1 Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại.3
1.2 Phương pháp khảo sát cung ứng tần số của mạch khuếch đại. 31.3 Khảo sát phân phối tần số thấp của mạch khuếch đại BJT ghép RC. 61.4 Khảo sát cung ứng tần số thấp của mạch khuếch đại FET ghép RC. 11Bài tập chương 1. 16Chương 2 : Đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC. 192.1 Bộ khuếch đại transistor ở tần số cao. 192.2 Phân tích mạch khuếch đại BJT ở tần số cao. 212.3 Phân tích mạch khuếch đại FET tần số cao. 262.4 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng BJT. 292.5 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng FET. 312.6 Tích số độ lợi khổ tần GBW. 32Bài tập chương 2. 35Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng. 383.1 Mạch cộng hưởng đơn dùng BJT transistor. 383.2 Mạch cộng hưởng đơn dùng FET. 433.3 Mạch khếch đại ghép biến áp dùng BJT thông dụng. 463.4 Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET. 473.5 Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET ghép 2 tầng. 49Bài tập chương 3. 51
Chương 4: Mạch lọc thụ động.54
4.1 Mục đích ứng dụng. 544.2 Phân loại mạch lọc. 544.3 Lý thuyết cơ sở về mạch lọc. 554.4 Mạch lọc thụ động. 55Phần II : Thiết kế và mô phỏng. 59Chương 5 : Mạch khuếch đại hiệu suất audio. 735.1 Đặc điểm của mạch khuếch đại hiệu suất. 745.2 Mạch khuếch đại hiệu suất ghép tải trực tiếp ( lớp A ). 745.3 Mạch khuếch đại hiệu suất ghép tụ ra tải ( lớp A ). 765.4 Mạch khuếch đại hiệu suất ghép biến áp ( lớp A ). 775.5 Khảo sát mạch khuếch đại hiệu suất lớp B. 795.6 Các dạng mạch hiệu suất lớp B. 82Bài tập chương 5. 91
93 trang | Chia sẻ : trungkhoi17| Lượt xem : 513| Lượt tải : 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình Mạch điện tử 2, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
⎛ + − = × = = 31.4 – 2 Hw w1lg20 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + A 31,4 v ( dB ) 1,2 ( MHz ) f 2.3 Phân tích mạch khuếch đại FET tần số cao Ở tần số cao những điện dung ở những mối nối trong FET là và. gsC gdC tỷ suất với ( ) gsC 2/1 GSV − − 0VGS ≤ tỷ suất với ( ) gdC 2/1 GDV − − 0VGD ≤ Vì GSGD VV >> do đó < < gdC gsC gsC có giá trị khoảng chừng 50 pF ở những FET có tần số thấp nhỏ hơn 5 pF ở những FET cao tần. Tụ hồi tiếp thường nhỏ hơn 5 pF và ở những IG-FET cao tần thì nhỏ hơn 0.5 pF. gdC 24 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Mạch khuếch đại FET ở tần số cao dạng C-S : Rg Cd Rd ri RsVi Cs Vdd 0 Cg RL Sơ đồ tương tự : gm Vg rds Cgd RL G S D rds ri Vi Cgs Cgs từ vài chục ÷ vài pF Cgo từ vài pF → nhỏ hơn 1 pF Ở tần số cao xem như nối tắt Cg, Cs, Cd Ta xét 2 trường hợp : * Trường hợp 1 : 0 ri ≠ Sơ đồ tương tự Miller V rds / / Rd / / RL CMCgs + v gs Vi L gm v gs ri CM = [ 1 + gM ( rds / / Rd / / RL ) ] Cgd ( ) ( ) ( ) Mgsi Mgs gs Lddsgsm i gs gs L i L v CCjw 1 r CCjw 1 V R / / R / / rVg V V V V V VA + + + × − = × = = 25 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại ( ) ( ) MgsiLddsmv CCjwr1 1R / / R / / rgA + + × − = H vmv w jw1 1AA + × = Trong đó : ( ) ( ) ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + = − = Mgsi H Lddsmvm CCr 1 w R / / R / / rgA ( ) MgsiH CCr2 1 f + π = Biểu đồ Bode : f dBv A Hf * Trường hợp 2 0 ri = Sơ đồ tương tự của mạch RRd VL Cgd + Lds ( - g + jwCgd ) Vi - m r ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ × + − = gd LddsigdmL jwC 1 / / ) R / / R / / r ( VjwCgV 2H 1H vm i L v w w1 w w1 A V VA + + − = = 26 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Trong đó : ( ) ( ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ = = = gd m 2H Lddsgd 1H Lddsmvm C gw R / / R / / rC 1 w R / / R / / rgA ( ) ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ π = π = ⇒ gd m 2H Lddsgd 1H C2 gf R / / R / / rC2 1 f Biểu đồ Bode : 2.4 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng BJT VA 1H f 2H f f 27 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Trở kháng Miler được xác lập ' AAZ c'bm 22 mc'b c'b ' AA ' AA Cg / CRgsC / 1 1 sCY Z 1 + + = = Mạch tương tự tín hiệu nhỏ của mạch khuếch đại đa tần : Trong đó : e'b 1 bi1 r / / R / / rR = e'b 2 b1c2 r / / R / / RR = [ ] c'bL 2 cme'b 2 C ) R / / R ( g1CC + + = Độ lợi dòng điện : 28 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ωω + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω + ω + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω + ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω + − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − ≈ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = = 1 c'be ' b 21 2 21 2 1 2 2 m L2c 2 cm i 1 ' b 1 ' b 2 ' b 2 ' b L i L i C CCs11s1 s1R s1 Rg RR Rg i v v v v i i iA Trong đó : CR 1 ; CR 1 22 1 11 1 = ω = ω ( ) c'b 2 me'b 1 CRg1CC + + = Tần số cắt được xác lập từ phương trình : 2 h 2 1 c'be ' b 21 2 h w C CC ww w1 + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − 211 2 21 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω + ω Giải ra ta được : ( ) ( ) ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − + ω ω + ω ω + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − + ω ω + ω ω − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ωω = ω 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 21 h q4q12q12q2 Với 1 c'be ' b C CCq + =. 2.5 Mạch khuếch đại đa tần RC dùng FET Vdd Vi - + VL ir gR dR ∞ → 1 cC gR ∞ → 2 cCdR LR 29 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại dsgd r / / R / / Rir gR gsC gsC gdC gdC s1gmVg s2gmVg dsLd r / / R / / R + L Vi V Làm tựa như như với trường hợp BJT với những giá trị được xác lập : 2121 C, C, R, R - ( ) [ ] ( ) [ ] gdsd2 gi1 Lddsmgdgs2 gddsmgdgs1 R | | r | | RR R | | rR R | | R | | rg1CCC R | | R | | rg1CCC = = + + = + + = 2.6 Tích số độ lợi khổ tần GBW ( The gain-band width product ) GBW là một thông số kỹ thuật được dùng để ước đạt phân phối của mạch khuếch đại băng rộng trong bước phong cách thiết kế. himfAGBW = Trong đó : độ lợi dãy giữa : Aim tần số cắt cao : fh 2.6.1 Tích số độ lợi khổ tần của mạch khuếch đại BJT đơn tần : Mạch khuếch đại CE đơn tầng “ lý tưởng “ ( -> 0 ), độ lợi dãy giữa giao động và tần số cắt cao 3 dB là, thế cho nên : LR feh βf e’b m Tfe C2 gffhGBW π ≈ = = β Î được dùng để ước đạt số lượng giới hạn tần số cao của BJT và được cho bởi đơn vị sản xuất. Tf Giá trị thực tiễn bị giảm bởi điện dung Miller : ( ) ( ) Me’b m Me’be ‘ b e’bmBJT CC2 g CCR2 1R gGBW + π = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + π = 2.6.2 Tích số độ lợi khổ tần của mạch khuếch đại FET đơn tần : ( ) ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + π = MgsisdsmFET CCr2 1R | | rgGBW FETGBW thường được chuẩn hóa bằng cách giả sử rằng : 30 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại ddsi R | | rr = ⇒ ( ) MgsmFET CC2 1 gGBW + π = 2.6.3 Tích số độ lợi khổ tần của mạch khuếch đại đa tầng Ta xét mạch khuếch đại đa tầng sau : Giả sử : ; 0C r c’b ‘ bb = = RR cL < < e'bbie ' bbce'b r | | R | | rr | | R | | RR ≈ = e'be ' b 1 CR 1 w = n 1 e'bm 1 e'bm 1 e'bm 1 e'bm m i 1 b 1 b 2 b 1 bn bn bn L i L i w / s1 Rg w / s1 Rg w / s1 Rg w / s1 Rgg i v v v v v v i i iA ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = = − Κ Κ Độ lợi dãy giữa :. ( ) ne'bmim RgA − = Tần số 3 dB thỏa phương trình 2 / AA imi =. 2 / n2 1 h w w1 ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + = 2/12 12 f f w w n / 1 1 h 1 h − = = ⇒ Sự suy giảm tần số cắt cao theo số tầng khuếch đại : 31 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại n 1 2 3 4 5 1 h f / f 1.0 0.64 0.51 0.44 0.39 32 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Bài tập chương 2 2.1 Cho mạch như hình. Biết độ lợi băng thông giữa iL ii là 32 dB, tần số 3 dB trên là 800KH z và dòng tĩnh emitter 2 mA, giả sử 0C r c'b ' bb = =. Tìm. e'b, e'bfe Cr, h V 1K 1K LI BB Ii Vcc 2.2 Cho mạch như hình. Biết. mA10I ; 0 r ; pF5C ; 100 h ; s / rad10w EQbb'cb ' fe9T = = = = = 20 uF 1K10 K 20 uF Vcc I 20 uF100 L 1K RL = 1K10 KIi Tìm : a. iLim iiA = b. Tần số 3 dB trên hf 2.3 Transistor hai hình dưới có những thông số kỹ thuật sau : pF10C ; pF1000C ; K1r c'be ' be'b = = = và. Xác định độ lợi và GBW của mỗi dạng. 1 m 05.0 g − Ω = 33 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại Vi 1K Vcc LI Vcc L 1K V 10K 100K 20 uF - Ii 20 uF 10K 1K + 1K 2.4 Với tham số transistor như bài 2.3. Tìm độ lợi và GBW của mạch sau : 1K 20 uF IL 20 uF V 1K 20 uF 10K Vcc 1K Ii BB 100 20 uF 10K VBB 100 2.5 Cho mạch như hình. Biết gm = 5.10 - 3, Cgs = 50 pF, Cgd = 0.5 pF, rds = 15K Ω. 0 Vcc Ce Cc ReR2 Rc Vi Cbri RL 2 3 1 1 k 1K 2K 1001M 100 uF - + LV 34 Chương 2 : Đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại a. Vẽ mạch tương tự tín hiệu nhỏ ở miền tần số cao b. Tìm i L v v vA = c. Vẽ biểu đồ Bode cho cung ứng miền tần số cao 2.6 Cho mạch nối cascade như hình. Giá trị linh phụ kiện K10r ; M1R ; K1r dsgi = = = ; Tìm độ lợi dãy giữa và băng thông 3 dB. . K10R L = Vdd Vi - + VL ir gR dR ∞ → 1 cC gR ∞ → 2 cCdR LR 35 Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 36 Chương 3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỘNG HƯỞNG 3.1. Mạch cộng hưởng đơn dùng BJT transistor 3.1.1. Phân tích kim chỉ nan Sơ đồ mạch kim chỉ nan Mạch tương tự tín hiệu nhỏ Mạch tương tự tín hiệu nhỏ dạng rút gọn ( bỏ lỡ thành phần R-C giữa cực C và E ) Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 37 Các thông số kỹ thuật tương quan Các thông số kỹ thuật của Transistor 2SC1815 : fT = 80MH z, Cob = 2 pF, hFE = 300 Giá trị cảm kháng của cuộn L được tính theo công thức sau : r4. 25 l9. 22 nr L 22 Trong đó : r : bán kín vòng dây ( cm ) n : số vòng dây l : chiều dài cuộn dây ( cm ) L : cảm kháng ( uH ) Trở kháng vào : e'bpbii r / / R / / R / / rR Với 2 CcC c 2 p QrwLQ r wL R rc là nội trở của cuộn dây. C Q là thông số phẩm chất của cuộn dây ( thường C Q = 100 ) Điện dung tổng tương tự : Me'b CC'CC Hàm truyền i e'b e'b e'bm e'bm L i L i i V V Vg Vg i i i A jwL 1 jwC R 1 1 g RR R i m LC C im Rg LC C RR R wL R CwRj1 1 i i i i LCm i L iV r R R / / Rg r R AA wL R CwRj1 1 i i Băng thông Ta có tại tần số cắt : Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 38 2 1 A A dB3 A A o i dBo i 2 1 wL R wCR1 1 wL R wCRj1 1 A A 2 i i i i o i 1 wL R wCR 2 i i Phương trình có hai nghiệm dương : 1 w w 41 2 w w 1 21 H 1 w w 41 2 w w 1 21 L Với CR 1 w i 1 ; L R w i 2 Băng thông 3 dB được xác lập : BW = CR2 1 w 2 1 ww 2 1 ff i 1LHLH Tích số độ lợi khổ tần : GBW = BWA im im Rg LC C RR R CR2 1 i GBW = CRR2 Rg LC Cm Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 39 Tần số cộng hưởng Tần số cộng hưởng khi độ lợi đạt giá trị cực lớn : LC2 1 f LC 1 w 0 wL R wCR ) A ( 00 i imaxi 3.1.2. Tính toán những giá trị trên lí thuyết ) V ( 05.2 8.39 8.612 8.633 8.6 V V CC BB ) ( K 64.5 338.6 338.6 R BB ) mA ( 22.12 1.0 100 K6. 5 6.005.2 R R VV I E BB BEBB CQ 614 22.12 25.300 I 25. rh CQ e'bie pF972 10.80.2 614 300 f2 rg C 6 T e'b T m e'b 49.0 614 300 r g e'b m pF5902. 60049.01 CR / / Rg1C c'bCLmM Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 40 100 nF590pF972pFnF100 CC'CC Me'b C = 100 nF Hàm truyền / / j1 1 RR R RgA 21LC C imi / / j1 1 r R R / / Rg r R AA 21 i i LCm i L iv Tần số cộng hưởng KHz 3.706 10.101548.10.5.02 1 LC2 1 f 1260 K2. 2 wLQR Cp 50 r / / R / / R / / rR e'bpBBii Băng thông KHz6. 31 10.101548502 1 CR2 1 BW 12 i Độ lợi / / j1 1 r R / / R RgA 21 i LC imv 2 21 i LC imdBv / / 1 log20 ) r R / / R Rglog ( 20A Biểu đồ Bode lí thuyết Dựa vào biểu thức trên ta nhận thấy rằng : Khi = 0 : tức là lúc giá trị trong biểu thức trong căn tiến về 0 => G = Aim = dB. Khi càng xa 0 , lúc này biểu thức trong căn có giá trị rất lớn => Ai có giá trị rất bé. Dựa vào yếu tố ta vẽ được biểu đồ Bode cho mạch cộng hưởng : Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 41 3.2. Mạch cộng hưởng đơn dùng FET 3.2.1. Phân tích lí thuyết Sơ đồ mạch lí thuyết Mạch tương tự tín hiệu nhỏ Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 42 Mạch tương tự tín hiệu nhỏ dạng rút gọn Với : Pii R / / rR , và Me’b CC’CC Các thông số kỹ thuật tương quan : Các thông số kỹ thuật của FET : rds, Cgs, Cgd, gm được cho bởi đơn vị sản xuất Thiết lập hàm truyền : i gs gs gsm gsm L i L i i v v vg vg i i i A ) Lj 1 Cj ( R 1 1 g r / / RR r / / R i m dsdL dsd ) Lj R CRj ( 1 R g r / / RR r / / R i i i m dsdL dsd ) L R CR ( j1 1 Rg r / / RR r / / R i i im dsdL dsd Đặt : L R CR 1 i 2 i 1 Ta được ) ( j1 1 Rg r / / RR r / / R A 2 1 im dsdL dsd i a vgs + _ CLiR i i i r v i Rd RL Li gsmvg Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 43 ) ( j1 1 Rg r / / RR r / / R r R r R AA 2 1 im dsdL dsd i L i L iv ) ( j1 1 r R ) R / / r / / R ( gA 2 1 i i Ldsdmv Làm tựa như như trường hợp BJT ta được : CR2 1 BW i GBW = Cr2 R / / r / / Rg BWA i Ldsdm vm Tần số cộng hưởng : LC 1 0 , hay LC2 1 f 0 3.2.2. Tính toán những giá trị trên lí thuyết Hàm truyền Ri = Rp / / ri = ri = 50 ( do Rp >> ri ) P GSQ P DSS DS D m V V 1 V I2 v i g = 0,5. 10 – 3 ( 1 / Ω ) ( xem thêm datasheet của JFET 2SK30 A ) gdLddsmM C. ) R / / R / / r ( g1C = 0.9 pF C = C ’ + ‘ CCC Mgs = 1003 pF L r / / R C ) r / / R ( j1 1 r r / / R ) r / / R / / R ( gA iP iP i iP dsdLmv Băng thông MHz17. 3 10.1003.50.2 1 CR2 1 BW 12 i Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 44 Tần số cộng hưởng MHz1. 7 10.1003.10.5.02 1 LC2 1 f 1260 Biểu đồ Bode lí thuyết ) L R CR ( j1log20 ) 3.0 log ( 20A i idBv Dựa vào biểu thức trên ta nhận thấy rằng : Khi = c : tức là lúc giá trị trong biểu thức trong căn tiến về 0 => Av ( max ) = – 10 dB. Khi càng xa c , lúc này biểu thức trong căn có giá trị rất lớn => Av có giá trị rất bé. Dựa vào yếu tố ta vẽ được biểu đồ Bode cho mạch cộng hưởng : 3.3. Mạch khếch đại ghép biến áp dùng BJT thông dụng Mạch tương tự AC Mạch tương tự rút gọn RL R1 L ‘ C ‘ n1 Cc CeR2 VCC ri n2 Re Ii Q1 Cb Rc Ii Rcgm. Vbe Cb’e + CMRb / / rb’e RLri n2 VL C ‘ n1 L ‘ Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 45 Với : C = C ’ + a2 ( Cb’e + CM ) ), và Ri = ri / / RP / / ( 2 b a e’rb / / R ) Trong đó 2 1 n n a Ztđ = 2 2 i U = 2 1 1 2 1 a Z ia U a 1 n n U U 1 2 1 2 ; a n n i i 2 1 1 2 Ta có : ) ‘ L 1 C ( j R 1 1 RR R ag i a v a v v. g v. g i i i Ai i LC C m i e’b e’b e’bm e’bm L i L ) 1 ‘ L R CR ( j1 1 RR R RagAi i i LC C im Tương tự lý luận ta được : LC C imim RR R RgaA Tần số cộng hưởng : f0 = C’L 2 1 với C = C ’ + a2 ( Cb’e + CM ) ) Ri = ri / / RP / / 2 b a e’rb / / R 3.4. Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET : a v eb ‘ + _ CLiRi i RC C RL Li ebmvg ‘ Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 46 Việc ghép những bộ khuếch đại điều hợp đồng bộ đạt được độ lợi cao và dãy thông hẹp hơn. Làm tương tự như như trên ta có được những hiệu quả : w w w w jQ1 1 r R / / rR / / rag v v A 0 0 i i piLdsm i L V Trong đó : ipi0i C’CR / / rwQ Ldsmgdgs 2 i R / / rg1CCaC ) C’C ( L 1 w i 2 0 Độ lợi tại tần số cộng hưởng 0 ww là : pi p Ldsmvm Rr R R / / ragA Băng thông 3 dB : ipi C’CR / / r2 1 BW Tích số độ lợi khổ tần : Mạch tương tự tín hiệu nhỏ tần số cao : Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 47 ii Ldsm C’C 1 r2 R / / rg aGBW 3.5. Mạch khuếch đại điều hợp đồng bộ dùng FET ghép 2 tầng : Mạch tương tự tín hiệu nhỏ tần số cao : Độ lợi áp : i 1 g 1 g 2 g 2 g L i L v v v v v v v v v A = 2 0 0 i Ldsmim w w w w jQ1 R / / rag ) r / R ( Rag Trong đó : ) C’C ( L 1 w i 0 pgdspi R / / R / / rR / / rR i0i C’CRwQ Độ lợi tại tần số cộng hưởng 0 ww là : pi p Ldsmmvm Rr R R / / ragRagA Băng thông 3 dB có được từ phương trình : 2 w w w w Q1 2 0 0 2 i RC’C 2 1 643.0 Q f 643.012 Q2 w BW ii 02/1 i 0 L ‘ T2 S2 C ‘ T1 S1 L ‘ C ‘ + – i r i i r v g R L R L v i i r v Lv L R ds r 2 gm vg a v 1 g 1 gm vg a v 2 g pR i C i C p R gR dsr i r L ‘ + – C ‘ – – + C ‘ L ‘ + Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 48 Tích số độ lợi khổ tần : ii Ldsmm2 / 1 i 0 vm C’Cr 2 RR / / ragag643. 0 12 Q2 w BW.AGBW Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 49 Bài tập chương 3 3.1 Cho mạch cộng hưởng như hình : a. Tìm L để mạch cộng hưởng tại 30M hz b. Tìm băng thông mạch khuếch đại c. Tính độ lợi dòng biết 2 pFC 500MH z ; f 100 ; h 0 ; r ; K1r cb’Tfebb ‘ e’b 3.2 Mạch như hình cộng hưởng tại tần số 10MHZ và có băng thông 3 dB là 1MH z. a. Tìm 21 nn để có độ lợi áp cực lớn tại 0 w. Độ lợi là bao nhiêu ? b. Tìm 1 nn để có băng thông mong ước c. Tính L cộng hưởng : ‘ ‘ C ; 100R ; pF1C ; pF10C ) ; 0 r ( K1h ; 50 h Lc’be ‘ b’bbiefe 10 pF 3.3 Mạch khuếch đại cộng hưởng đồng điệu được phong cách thiết kế để cộng hưởng tại tần số 100KH z và băng thông 2KH z. 10K LI 1K 1K L VCC 100 i i 1 c C 2 c C e C -. + 9K Vi L, n 2 n ‘ ‘ C L R 1 n L V Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 50 a. Tìm 2211 L, C, L, C và 1 R b. Tính độ lợi iL vv biết, MHz103f T , 100 h fe K1r e’b , , 50 r ‘ bb pF2C c’b 3.4 Cho mạch cộng hưởng như hình. Biết gm = 1310.5 , Cgs = 50 pF, Cgd = 0.5 pF, rds = 20K , n1 = n2 = 5. a. Tìm tần số cộng hưởng của mạch b. Tìm độ lợi áp Av của mạch c. Tìm BW và GBW 3.5 Cho mạch cộng hưởng như hình. Biết β = 100, VCC = + 5V, Cb’e = 120 pF, Cb’c = 10 pF, n1 = 8, n2 = 4 VCC n1 0 RFC + L1 0,12 uH 150 Ce Ren2 ri Rb 100K _ 500 47 p VL Cb Cc 330 Vi RL a. Vẽ mạch tương tự tín hiệu nhỏ tần số cao b. Xác tần số cộng hưởng của mạch khuếch đại trên 100 10K I L Ii 1 R 1 C 2 C 1 L 2 L i 2K Vi 20 uF 2K Cd 100 L Rs + r – Cb Rd L Vdd V C ‘ L n1 Csn2 R 0.5 uH 50 30 pF Chương 3 : Mạch khuếch đại cộng hưởng 51 c. Xác định độ lợi trung tần của mạch d. Xác định BW và GBW Chương 4 : Mạch lọc 52 Chương 4 MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 4.1. Mục đích ứng dụng Bộ lọc có vai trò quan trọng trong những mạch điện tử. Những thành phần cơ sở trong mạch lọc chỉ gồm điện trở ( R ), tụ điện ( C ), và cuộn cảm ( L ). Thông thường gồm 2 mạch lọc RC và RLC. Mạch lọc RC được dùng nhiều vì linh phụ kiện rẻ và chiếm ít diện tích quy hoạnh. Còn mạch lọc RLC ít thông dụng vì có điện cảm ( L ) khó tiêu chuẩn hóa và có giá trị rất lớn ở khoanh vùng phạm vi tần số thấp nên trong thực tiễn khó triển khai vì giá tiền đắt, lại cồng kềnh. Mạch lọc sẽ làm suy giảm nguồn năng lượng qua nó mà không có năng lực khuyếch đại. Khó phối hợp tổng trở với những mạch ghép. Để bổ túc những nhược diểm trên người ta thêm vào đó những thành phần khuếch đại như transistor, vi mạch, v.v, để hoàn toàn có thể khuyếch đại tín hiệu, phối hợp tổng trở, kiểm soát và điều chỉnh độ suy giảm. 4.2. Phân loại mạch lọc Dựa vào đặc thù cấu trúc, ta phân ra hai loại : mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực. Cả hai loại mạch lọc này đều có những dạng phân phối tần số sau : Mạch lọc thông cao ( High pass Filter ) Mạch lọc thông thấp ( Low pass Filter ) Mạch lọc thông dãi ( Band pass Filter ) Mạch lọc chặn dãi ( Reject Band Filter ) Đáp ứng tần số Mạch lọc thông thấp Mạch lọc thông cao f fH f fH dBin out v v dBin out v v Chương 4 : Mạch lọc 53 Mạch lọc thông dãy ( Band pass ) Mạch lọc chặn dãy ( Band Stop ) 4.3. Lý thuyết cơ sở về mạch lọc 4.3.1. Khái niệm về hàm truyền mạch lọc Maïch loïc 0 0 Hàm truyền của mạch lọc được định nghĩa là tỉ số giữa điễn áp tín hiệu ra Vo trên điện áp tín hiệu vào Vi theo biểu thức : 4.3.2. Hàm truyền tổng quát theo tham số S ( js ) 01 1 n 1 n n n 01 1 m 1 m m m BSB. .. SBSB ASA. .. SASA ) s ( H Với K là thông số nhờ vào vào cấu trúc của mạch và constB ; constA ki cũng nhờ vào vào cấu trúc của mạch Hàm truyền thường gặp có dạng : n n 2 21 SB. .. SBSB1 1 ) s ( H 1A 0 , đa thức bậc không với : 0A … AA m21 4.4. Mạch lọc thụ động 4.4.1. Mạch lọc thông thấp a. Mạch lọc RC C1 R1 Hàm truyền của mạch f fH dBin out v v fL f fL dBin out v v fH f Chương 4 : Mạch lọc 54 RCj1 1 Cj 1 R Cj 1 ) ( H b. Mạch lọc thông thấp RC bậc 1 : Sơ đồ mạch thực tiễn RL Vi C1 Vo Ri CRj1 R R 1 CRj1 R R / / ZR R / / Z v v ) ( H L L i L L LCI LC i 0 LiLi L L L RCRjwRR CjwR1 CjwR1 R C RR RR jw1RR R iL iL iL L jwRC1 1 RR R iL L , với iL R / / RR Hàm truyền : ) w ( H jwRC1 1 RR R iL L Với : iL R / / RR Tần số cắt : RC2 1 f C c. Mạch lọc thông thấp bậc 2 Sơ đồ mạch trong thực tiễn C RI C I1 VL IL RL Vi R 4.4.2. Mạch lọc thông cao Chương 4 : Mạch lọc 55 Hạ thông thượng thông Triệt dải Fc1 Fo Fc2 Vi Vo C1 R1 a. Mạch lọc thông cao bậc 1 Sơ đồ mạch C Vo RiVi RL jwRC 1 1 1 R / / RjwC 1 1 1 R / / RZ R / / R V V A Li LiC Li i o V Với Li R / / RR Hàm truyền : H = jwRC 1 1 1 Tần số cắt RC2 1 f C b. Mạch lọc thông cao bậc 2 Sơ đồ mạch : C Vo ILI RRVi RL CI1RI 0C2 0 R2 C1 Vi R1 Vo Đáp ứng tần số mạch lọc triệt dãi Chương 4 : Mạch lọc 56 Trong mạch lọc triệt dãi, R1 – C1 là mạch hạ thông sẽ cho tín hiệu tần số thấp đi qua, R2 – C2 là mạch lọc thượng thông sẽ cho tín hiệu tần số cao đi qua. Tần số cắt của hai mạch lọc là Fc1 và Fc2. Như vậy khoảng chừng tần số giữa Fc1 và Fc2 sẽ không qua được hai mạch lọc nên bị vô hiệu. Đường rời nét chính là đàp ứng tấn số cua mạch lọc triệt dãi. Do hai mạch lọc rắp song song nên ta có 1 1 2 2 2 1, Z R C Z R C là hai tổng trở của cầu phân áp. Suy ra : 0 2 1 2 i V Z V Z Z Một cách khác để có mạch lọc triệt dãi là mạch lọc cấu T đôi như hình vẽ dưới : C Vi R 2C 0 0 0 0 0.5 R R C Vo Nhánh thứ nhất gồm hai mạch lọc hạ thông ghép ngược đầu nên có tụ điện tương là 2C. nhánh thứ 2 là hai mạch lọc thượng thông ghép nối tiếp ngược đầu nên có điện trở tương tự là 0.5 R. Hai nhánh mạch lọc thượng thông và hạ thông có dạng hình chữ T lại được ghép song song nên được gọi là mạch lọc cầu T đôi Để nghiên cứu và phân tích phân phối tần số của mạch lọc triệt dãi T đôi. Ta có thề tính điện áp V1, V2 sau dó khử V1 và V2 để có Vo so với Vi Tần số cộng hưởng của mạch là : 0 1 2 f RC Mạch lọc triệt dãi hình trên có phân phối tần số : 0.1 1 10 f / f0 0.9 Chương 4 : Mạch lọc 57 PHẦN II THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG P.SPICE : A. THIẾT KẾ 1. Mạch lọc thông thấp RC Sơ đồ mạch RL 1 k Vi C1 0.01 uf Vo Ri 1 k 1 1 1 O C L L V LI I C L L I L V Z R R A RV R Z R j R C R j R C Hàm truyền : 1 1 L L I R H R R j RC Với : ; ( ) L i L i i L R R R R R R R Tần số cắt : 1 2 cf RC 6 1 1 1 1 500 31,8 2 2 500 0,01. 10 R K K f KHz RC 2. Mạch lọc thông cao RC Sơ đồ mạch : Hàm truyền : 1 1 1 H j RC Tần số cắt 1 2 Cf RC 6 1 1 10 1 15,9 2 2. 1000.0,01. 10 CR K K f KHz RC 3 Mạch lọc thông thấp LC : C 0.01 uf Vo Ri 10 k Vi RL 1 k Chương 4 : Mạch lọc 58 Sơ đồ mạch L1 0.2 uH 1 2 Vo RL ; 100 VI C2 220 1 1 1 L L A L L R Rj C Z j R C R j C 2 2 11 1 1 1 A L L L LA L L L L L L Z R R j R C H RZ X j R C j R C j L j R LC R j L j R C 2 2 2 1 ( 1 ) 1 L L L L L R j L j L R j R LC LC R R Với : 1 LR L với 1 là thông số tổn hao của mạch 2 1 LC tần số cắt của mạch Tần số cắt 24 f MHz 4. Mạch lọc thông cao LC : Sơ đồ mạch : L 1 2 VI RL C Vo LA L j R L Z j L R 2 2 ( ) 1 1 L L L LL L L L L j R L j R L j L R j C H j R Lj L R j L R j L R j R LC j C j L R 2 2 2 2 2 1 1 ( 1 ) L L L j R LC j R LC j R C LC , Với : 1 2 1 1 LR C LC Tần số cắt 6 12 1 1 5,2 2 2 0,2. 10. 4700.10 f MHz LC B. MÔ PHỎNG P.SPICE Chương 4 : Mạch lọc 59 1 Mạch lọc thông thấp ( RC ) : Sơ đồ mạch : 0 R11 1 k V3 1V ac 0V dc C4 0.01 uf R9 50 R10 1 k Tần số cắt : 30KH z Biểu đồ bode Biểu đồ bode thực tiễn : 1K 10K 20K 50K 70K 100K AvDb – 6 – 8 – 14 – 16.5 – 20 – 9 27K F 2 Mạch lọc thông thấp ( RC ) bậc 2 Sơ đồ mạch Chương 4 : Mạch lọc 60 V5 1V ac 0V dc R12 50 R13 1 k C5 0.01 uf R15 1 k C6 0.01 uf R14 1 k Biểu đồ bode mô phỏng : Biểu đồ bode thực tiễn : 1K 10K 20K 30K 40K AvDb – 6 – 8 – 14 – 16.5 – 20 – 9 – 9 – 12 – 16.5 – 20 – 22.5 AvdB F Chương 4 : Mạch lọc 61 3 Mạch lọc thông cao RC Sơ đồ mạch C7 0.01 uf R17 1 k R18 50 V8 2V ac 0V dc R16 10 k 0 Tần số cắt 15.9 KHz Biểu đồ bode mô phỏng : Biểu đồ bode trong thực tiễn : 500 1K 5K 10K 15K 20K 30K 40K 50K AvdB – 26 – 10.5 – 6 – 4.4 – 3.7 – 3 – 2.8 – 2 Chương 4 : Mạch lọc 62 4 Mạch lọc thông cao RC bậc 2 Sơ đồ mạch 0 R20 1 k V3 1V ac 0V dc C8 0.01 uf R1 50 R19 10 k C9 0.01 uf R4 10 k Biểu đồ bode mô phỏng : Biểu đồ bode trong thực tiễn : 1K 10K 20K 30K 40K 50K AvdB – 32 – 12 – 7 – 3.7 – 3 – 2.5 – 2 70 k F 500 Chương 4 : Mạch lọc 63 5 Mạch lọc thông dãi RC ( bandpass ) : Sơ đồ mạch C3 0.01 uF R5 1 k R7 1 k V2 1V ac 0V dc R6 10 k C2 0.01 uf R8 50 0 Biểu đồ bode mô phỏng : Biểu đồ bode trong thực tiễn : AvdB F 100 250 500 10 k 20 k 30 k 40 k 50 k 60 k 70 k – 10.5 – 14 – 15 – 16.5 Chương 4 : Mạch lọc 64 6 Mạch lọc chặn dãi ( band stop ) : Sơ đồ mạch R21 1 k V10 1V ac 0V dc R23 470 0 R25 50 0 C11 472 C10 472 0 0 R24 1 k R22 1 k 942 1 n Tần số cắt : Biểu đồ bode mô phỏng : Biểu đồ bode thực tiễn
