Một trong những đặc điểm quan trọng của transistor là nó có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại. Transistor có thể hoạt động như bộ khuếch đại khi chúng đang hoạt động trong vùng tích cực hoặc khi được phân cực đúng. Nhu cầu về transistor làm bộ khuếch đại nảy sinh khi chúng ta muốn tăng hoặc khuếch đại tín hiệu đầu vào. Transistor có thể nhận một tín hiệu yếu rất nhỏ qua mối nối cơ sở và phát ra tín hiệu được khuếch đại qua bộ thu.
Bộ khuếch đại transistor được sử dụng thường xuyên trong RF (tần số vô tuyến), OFC (truyền thông sợi quang), khuếch đại âm thanh, v.v. Trong bài học này, chúng ta sẽ thảo luận về cách một transistor hoạt động như một bộ khuếch đại.
Bạn có thể tham khảo Transistor mắc theo kiểu c chung
Bài tập mạch khuếch đại e chung
Để transistor hoạt động như một bộ khuếch đại, chúng ta thường sử dụng cấu hình emitter chung. Hình dưới đây cho thấy cách transistor được thiết lập khi nó được kết nối với mạch dưới dạng bộ khuếch đại.
Trong hình trên, đầu vào được kết nối ở chế độ phân cực thuận và đầu ra được kết nối ở chế độ phân cực nghịch. Tín hiệu đầu vào được đặt trên mối nối cơ sở-emitter và đầu ra được lấy qua tải trong mối nối emitter-collector. Cũng có áp dụng điện áp DC trong mạch đầu vào để khuếch đại. Bên cạnh đó, một sự thay đổi nhỏ trong điện áp tín hiệu dẫn đến sự thay đổi của dòng emitter, chủ yếu là do điện trở thấp trong mạch đầu vào.
Đầu ra được lấy qua tải được kết nối với phía đầu ra. Tải có thể ở bất kỳ tổ hợp nào của R, L hoặc C. Điện trở tải có giá trị cao, gây ra độ sụt áp lớn. Nhìn chung, tín hiệu yếu do đó được khuếch đại trong mạch collector.
Tuy nhiên, để hoạt động như một bộ khuếch đại, transistor phải hoạt động trong vùng tích cực của đường cong điện áp đầu ra so với điện áp đầu vào, như trong hình dưới đây.
Trong biểu đồ trên, chúng ta có AB là vùng cắt, BC là vùng tích cực và từ C, chúng ta có một đường thẳng song song với trục X, đó là vùng bão hòa.
Độ lợi về Công suất, Dòng điện và Điện áp
Từ hình trên, ta thấy rõ ràng rằng ở phía đầu ra, V0 = VCC – ICRC, trong đó V0 là điện áp đầu ra, IC là dòng collector, RC là điện trở tải và VCC là điện áp cố định ở phía đầu ra.
Nếu chúng ta xem xét ΔV0 và ΔVi là những thay đổi nhỏ trong điện áp đầu ra và đầu vào, tương ứng, thì ΔV0 / ΔVi được gọi là độ lợi điện áp tín hiệu nhỏ, Av của bộ khuếch đại.
Do đó, ΔV0 = 0 – RCΔIC
Độ lợi theo điện áp khi có sự thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra được quan sát được gọi là độ lợi điện áp.
Tương tự, ở phía đầu vào
Vin = IBRB + VBE
Hoặc
ΔVin = ΔIBRB + ΔVBE ~ ΔVin = ΔIBRB (ΔVBE << ΔIBRB)
Hoặc
Av = ΔV0 / ΔVin = – RCΔIC / RBΔIB = -βac RC / RB
Trong đó βac = ΔIC / ΔIB là độ lợi dòng AC.
Khi có độ lợi theo dòng do sự thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, nó được gọi là độ lợi dòng. Giá trị β có thể dao động từ 20 đến 500.
Độ lợi công suất của một bộ khuếch đại được định nghĩa là tích của độ lợi dòng và độ lợi điện áp của bộ khuếch đại. Nó cũng được định nghĩa là tỷ lệ thay đổi công suất đầu ra so với sự thay đổi công suất đầu vào.
Về mặt toán học, Ap = βac x Av.
Sử dụng Tụ điện
Chúng ta có một tụ điện ghép nối được sử dụng để ghép thành phần AC và tách thành phần DC có trong tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại. Tại đầu ra của bộ khuếch đại, thành phần DC sẽ luôn hiện diện do quá trình khuếch đại. Điều này được loại bỏ bởi tụ ghép nối ở đầu ra, và do đó chúng ta sẽ có một tín hiệu AC thuần được cung cấp cho tải được kết nối ở đầu ra.
Tương tự, chúng ta có Tụ điện bỏ qua Emitter CE. Khi một tín hiệu AC được áp dụng cho mạch khuếch đại, dòng điện biến đổi sẽ chạy qua các điện trở được kết nối ở bộ thu và bộ phát, tức là RC và RE. Dòng điện này trong RE sẽ tạo ra một độ sụt áp biến đổi qua RE và cung cấp phản hồi âm bổ sung cho mối nối emitter.
Điều này sẽ dẫn đến sự giảm tổng thể độ lợi điện áp liên quan đến bộ khuếch đại. Tụ điện CE được kết nối qua RE cung cấp một đường dẫn đoản mạch cho tín hiệu AC và giảm ảnh hưởng của phản hồi âm bổ sung do tín hiệu AC và sự giảm tương ứng trong độ lợi điện áp.
Vai trò của Điện trở
Các điện trở R1 và R2 tạo thành mạch chia áp để cung cấp điện áp DC cho cơ sở của transistor. Các điện trở RC và RE kiểm soát dòng collector và emitter tương ứng. Lựa chọn đúng các điện trở này giúp chúng ta kiểm soát giá trị của dòng giới hạn. Các điện trở này cung cấp các điện áp mối nối cần thiết giữa E-B, C-B, C-E và các dòng điện IE, IB và IC để transistor hoạt động trong vùng tích cực của đặc tính đầu ra.
Điện trở emitter RE tạo ra những thay đổi sau trong hiệu suất của bộ khuếch đại CE:
- Nó gây ra sự ổn định phân cực.
- Nó làm cho độ lợi dòng điện về cơ bản không thay đổi.
- Tăng trở kháng đầu vào và đầu ra.
- Nó ổn định độ lợi điện áp.
Sự cần thiết của Cấu hình CE
Chúng ta thường sử dụng cấu hình CE cho transistor làm bộ khuếch đại vì nó cung cấp giá trị lớn về độ lợi dòng điện, độ lợi điện áp và độ lợi công suất. Hơn nữa, có một dịch pha 180 độ giữa đầu vào và đầu ra. Điều này ngụ ý rằng tín hiệu đầu ra sẽ là một phiên bản khuếch đại bị đảo ngược của tín hiệu đưa vào đầu vào.
Khi chúng ta đến cuối bài học, chúng ta nên nhớ rằng một bộ khuếch đại transistor, để hoạt động bình thường, phải có những điều sau:
- Trở kháng đầu vào cao
- Độ lợi cao
- Tốc độ trượt cao
- Băng thông rộng
- Hiệu suất cao
- Độ ổn định cao
- Tính tuyến tính cao
Bài toán đã giải
1. Xét một transistor CE được chế tạo để hoạt động như một bộ khuếch đại. Điện áp tín hiệu âm thanh qua điện trở bộ thu 2 KΩ là 2 volt. Giả sử hệ số khuếch đại dòng điện của transistor là 100 và điện trở cơ sở là 1 KΩ. Xác định điện áp tín hiệu đầu vào và dòng cơ sở.
Đáp án:
Cho RC = 2 KΩ = 2000 Ω; VC = 2V; βac = 100; RB = 1KΩ = 1000 Ω
Dòng collector, IC = VC / RC = 2 / 2000 = 1 mA
- IB = VB / RB = VB / 1000 = VB mA
- βac = 100 = IC / IB = 1 / VB
- VB = 1 / 100 = 0,01 V
Do đó, IB = VB mA = 0,01 / 1000 = 10 * 10-6 A = 10 µA.
2. 2 bộ khuếch đại được kết nối nối tiếp (xếp tầng). Độ lợi điện áp của bộ khuếch đại thứ nhất là 10 và bộ thứ hai là 20. Tín hiệu đầu vào được đưa ra là 0,01 V. Tính đầu ra của tín hiệu AC.
Đáp án:
- Độ lợi điện áp tổng là AV = AV1 * AV2 = ΔV0 / ΔVi
- ΔV0 = ΔVi * AV1 * AV2 = 0,01 * 10 * 20 = 2V
