Transistor mắc theo kiểu E chung (Phát Chung)
Transistor mắc theo kiểu E chung (Phát Chung) là bộ khuếch đại dựa trên BJT có mục đích chung thường được sử dụng để khuếch đại điện áp. Nó cung cấp Độ Lợi điện áp lớn và Độ Lợi Dòng điện ổn định . Trở kháng đầu vào vừa phải nhưng là nó có trở kháng đầu ra cao . Đầu ra đảo ngược so với đầu vào. Transistor mắc theo kiểu E chung (Phát Chung) thường được sử dụng như mạch đệm để giảm trở kháng đầu ra. Transistor mắc theo kiểu phát chung phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng âm thanh và RF.
| Độ Lợi điện áp | Cao |
| Độ Lợi Dòng điện | Trung bình |
| Độ Lợi Công suất | Trung bình |
| Trở kháng đầu vào | Trung bình |
| Trở kháng đầu ra | Cao |
| Chuyển pha | 180° |
Nguyên lý hoạt động của Transistor mắc theo kiểu E chung
- R1 và R2 được sử dụng để cung cấp điểm phân cực DC cho đế của bóng bán dẫn, sử dụng kỹ thuật bộ chia điện áp tiêu chuẩn (chính xác là bạn cũng phải tính đến việc bóng bán dẫn lấy một số dòng điện từ đầu ra của bộ chia điện trở, nhưng có thể bỏ qua điều đó).
- C1 được sử dụng để ghép AC tín hiệu đầu vào với điểm phân cực DC giá trị của nó bạn chọn là tụ điện AC
- RE là điện trở cực Phát và điện trở này làm cho bộ khuếch đại ổn định hơn .β.CE là tụ điện phân dòng và được sử dụng để loại bỏ tín hiệu AC tụ này được nối đất.
- RC là điện trở cực Thu giúp thiết lập độ lợi điện áp của bộ khuếch đại. Đôi khi, đây được gọi là điện trở tải , tuy nhiên điều này có thể gây nhầm lẫn, vì thông thường “tải” được đặt sau tụ điện ghép nối AC đầu ra.
- RL là điện trở tải.
- COUT là tụ điện ghép nối AC ở đầu ra, chặn thành phần DC, tương tự như CIN.
Tính toán độ lợi Transistor mắc theo kiểu E chung
Độ lợi điện áp của bộ khuếch đại E chung (theo định nghĩa) là :
Nhớ rằng vin và vout là chữ thường và biểu thị những thay đổi trong tín hiệu. Bây giờ, giả sử ic ≈ ie , sự thay đổi điện áp ở đầu ra là :
Và sự thay đổi điện áp ở đầu vào là:
Lưu ý rằng chúng ta phải tính đến điện trở cực E bên trong re . Thay thế các phương trình này cho vin và vout vào phương trình khuếch đại sẽ cho :
Hãy nhớ rằng giá trị của re phụ thuộc vào dòng của cự E tại điểm phân cực DC:
Do đó, đối với các tần số tín hiệu của chúng ta mà tại đó tụ điện CE rút ngắn điện trở bên ngoài RE , điện trở cực E chỉ là re và hệ số khuếch đại trở thành :
Độ lợi điện áp của Transistor mắc theo kiểu E chung (Phát Chung) không phụ thuộc vào độ lợi dòng điện β của BJT.Vì đặc tính này không thể được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình sản xuất và thường khác nhau giữa các bóng bán dẫn “giống hệt nhau” khoảng 100 hoặc hơn!
Thiết kế mạch Transistor mắc theo kiểu E chung
Thiết kế Transistor mắc theo kiểu E chung với Vcc = 12V và sử dụng BC548BTA NPN
Chọn dòng thu : Chọn dòng thu DC phù hợp cho bộ khuếch đại của bạn. Lựa chọn hợp lý sẽ là IC = 10 m A (IC tối đa của BC547B là 100 m A ).
Xác định điện trở bộ phát RE : Theo nguyên tắc thông thường, 10% VCC .
Tìm điện trở bộ thu RC : Chọn điện áp rơi Trên RE là 1,2 V . Điện áp rơi trên RC là 10,8 V Giả sử điện áp bão hòa là 200mV, điều này mang lại cho BJT điện áp 10,6 V . Để có đầu ra đối xứng tối đa, chúng ta muốn giảm một nửa 10,6 V này qua điện trở của bộ thu :
Tìm dòng điện IB : Tính toán IB bằng cách sử dụng độ lợi gần đúng:
Xác định điện áp cơ sở VB : VB chỉ là điện áp bộ phát cộng với điện áp rơi trên diode VBE :
Tính toán giá trị bộ chia điện trở : Chọn R1 và R2 để đặt đầu ra của bộ chia điện trở phù hợp với điện áp cực B này. Chúng tôi cũng muốn đảm bảo dòng điện chạy qua điện trở gấp 10 lần dòng điện sẽ bị hút ra khỏi nó vào cực B của bóng bán dẫn, theo cách đó chúng tôi có thể bỏ qua việc tải BJT khi tính toán các giá trị điện trở.
Bây giờ chúng ta có thể dễ dàng tính giá trị của R2 :
Tính toán tụ điện nối AC đầu vào: Đảm bảo trở kháng của tụ điện nhỏ hơn 10 lần so với trở kháng AC của bộ chia điện trở ở tần số quan tâm thấp nhất. Tần số là 20 Hz .
Tính toán tụ điện ở chân E : Trở kháng của nó phải nhỏ hơn gấp 10 lần so với RE :
Tính Độ lợi :
Hoặc tính bằng dB:
Sơ đồ đã hoàn thành, cùng với các nguồn điện áp sẵn sàng cho mô phỏng được hiển thị bên dưới :
Với Độ lợi lớn là 46,5 dB , tôi không muốn làm bão hòa đầu ra nên tôi đã chọn tín hiệu sóng hình sin đầu vào có biên độ 10 mV ở tần số 1 kHz . Điện áp đầu vào và đầu ra mô phỏng được hiển thị bên dưới (lưu ý sự thay đổi trong thang đo trục y – đầu vào tính bằng mV và đầu ra tính bằng V ).
Bạn có thể thấy rõ sự lệch pha 180∘ giữa đầu vào và đầu ra trong các biểu đồ ở trên. Ngoài ra, tụ tách rời đầu ra đang hoạt động tốt trong việc loại bỏ thành phần DC và xoay quanh tín hiệu xung quanh 0V .
Đáp ứng tần số mô phỏng hiển thị bên dưới gần với những gì chúng tôi mong đợi. Mức tăng mô phỏng khoảng 42dB đủ gần với mức tăng theo tính toán của chúng tôi là 46,5 dB khi xem xét tất cả các phép tính gần đúng mà chúng tôi đã thực hiện! Độ lệch pha là 180∘ đối với hầu hết băng thông tín hiệu của chúng tôi.
Độ lợi của mạch sẽ giảm đáng kể nếu điện trở tải giảm, do trở kháng đầu ra ở mức trung bình (lý tưởng nhất là 0 Ω ). Khi thiết kế bộ khuếch đại bộ phát thông thường, hãy đảm bảo rằng bạn không tải quá nhiều. Bạn có thể giảm trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại bộ phát chung bằng cách tăng lượng dòng tĩnh của bộ thu IC .
Cảm ơn bạn đã đọc bài tại Bảo Khang Electric