Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch điện 1 là một quá trình sáng tạo và kỹ thuật để tạo ra một mạch điện đơn giản, gồm một nguồn cấp điện, một công tắc và một tải. Mục đích của thiết kế mạch điện 1 là để điều khiển việc bật tắt tải theo ý muốn của người dùng.
Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien Ôn Thiết Kế Mạch Điện Tử I Độ lợi áp, Độ lợi dòng BJT Mosfet: BJT (NPN): Bước 1: Tính Ic Vce: 𝐼𝑐 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + 𝑅𝐸 𝛽 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝑐 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) Bước 2: Tính gm: 𝑔𝑚 = 𝐼𝐶 𝐼𝐶 = (𝐴/𝑉) 𝑉𝑇 25𝑚𝑉 Bước 3: Chọn vẽ loại sơ đồ tín hiệu nhỏ: a) Sơ đồ 𝜋 : Chỉ dành cho mạch E chung: 𝑟𝜋 = 𝛽 (𝛺) 𝑔𝑚 b) Sơ đồ T: 𝑟𝑒 = 𝛼 ≈ (𝛺) 𝑔𝑚 𝑔𝑚 Bước 4: Ghép linh kiện vào sơ đồ: Bước 5: Tính tốn Av, Gv ( đề cho nguồn vào nguồn áp): 𝐴𝑣 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 𝐺𝑣 = 𝐴𝑣 𝑍𝑖𝑛 𝑍𝑖𝑛 + 𝑅𝑠𝑖𝑔 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien a) Đối với sơ đồ 𝝅: (Mạch E chung): * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = − 𝑔𝑚 𝑉𝑏𝑒 𝑅𝑐 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = − 𝑔𝑚 𝑉𝑏𝑒 𝑅𝑐 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân E nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑏𝑒 + Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = 𝑉𝑏𝑒 + 𝑔𝑚 𝑉𝑏𝑒 𝑅𝐸 b) Đối với sơ đồ T: * Mạch E chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼 𝑖𝑒 𝑅𝑐 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼 𝑖𝑒 𝑅𝑐 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân E nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 𝑟𝑒 + Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) *Mạch B chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼 𝑖𝑒 𝑅𝑐 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝛼 𝑖𝑒 𝑅𝑐 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝑐 có chiều ngược với 𝑖𝑐 ) Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân B nối đất: 𝑉𝑖 = −𝑖𝑒 𝑟𝑒 𝑅 𝐵 + Nếu chân E có thêm điện trở 𝑅𝐸 : 𝑉𝑖 = − 𝑖𝑒 (𝑟𝑒 + 𝛽+1 ) *Mạch C chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝑒 𝑅𝐸 + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝑒 𝑅𝐸 //𝑅𝑙 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân C nối đất (E khơng có tải 𝑅𝑙 ) : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) + Nếu chân C nối đất (E có tải 𝑅𝑙 ) : 𝑉𝑖 = 𝑖𝑒 (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 //𝑅𝑙 ) + Nếu chân C nối với điện trở (Kệ khơng quan tâm đến chân C cho lắm) * Cách xác định 𝒁𝒊𝒏 = 𝑽𝒊 /𝑰𝒊 - Để dễ cần xác định dòng 𝐼𝑖 tách nhánh xác định 𝑍𝑖𝑛 : Ví dụ hình ta thấy 𝐼𝑖 tách thành nhánh 𝑖 qua 𝑅𝐵 𝑖𝑏 trở thành 𝑖𝑒 qua 𝑟𝑒 𝑅𝐸 nên ta suy 𝑍𝑖𝑛 sơ 𝑅𝐵 // (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) phải lấy ib làm chuẩn nên ta phải tách nhánh 𝑖𝑒 trở thành dịng 𝑖𝑏 nên ta phải nhân vào (𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) lượng (𝛽 + 1) Theo nguyên tắc vào đầu lấy dịng làm chuẩn Bước 6: Tính Gi (Nếu đề nguồn dòng): Gi = il ii Theo nguyên tắc lấy i gần để nhân liên hợp Ví dụ mạch E chung: Gi = il il ic ib = ii ic ib ii (𝑆𝑎𝑢 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔 𝑝ℎâ𝑛 𝑑ò𝑛𝑔 để 𝑔𝑖ả𝑖 𝑡ỉ 𝑠ổ 𝑐ủ𝑎 𝑡ừ𝑛𝑔 𝑐ặ𝑝 𝑖) Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien Mosfet (N-mode): Bước 1: Tìm 𝑰𝑫 𝑽𝑫𝑺 : *Tính 𝑰𝑫 Đầu tiên giả sử mạch hoạt động chế độ Saturation: 𝐼𝐷 = 𝐾𝑛 𝑉𝑜𝑣 2 𝑊 Trong 𝐾𝑛 = 𝜇𝑛 𝐶0𝑥 ( 𝐿 ) Và 𝑉𝑜𝑣 = 𝑉𝐺𝐺 − 𝑉𝑆 − 𝑉𝑡 = 𝑉𝐺𝐺 − 𝐼𝐷 𝑅𝑆 − 𝑉𝑡 Giải hệ pt để tìm nghiệm tiến hành loại nghiệm: 𝑉𝐺𝑆 ≥ Thì nhận nghiệm cịn bé loại *Tính 𝑽𝑫𝑺 : 𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 (𝑅𝑆 + 𝑅𝐷 ) Bước 2: Tính gm: 𝑔𝑚 = 𝐼𝐷 (𝐴/𝑉) 𝑁ế𝑢 𝐼𝐷 𝑐ó đơ𝑛 𝑣ị 𝑙à 𝑚𝐴 𝑡ℎì 𝑛ℎớ đơ𝑛 𝑣ị 𝑔𝑚 𝑙à 𝑚𝐴/𝑉 𝑉𝑜𝑣 Nếu đề cho 𝛌 có 𝐫𝐨 , 𝐫𝐨 = 𝐕𝐀 𝐈𝐃 với 𝐈𝐃 = 𝟏 𝛌 Lưu ý: 𝐫𝐨 mắc thêm đầu cực D đầu cực S sơ đồ tín hiệu nhỏ Bước 3: Chọn sơ đồ tín hiệu nhỏ: a) Sơ đồ 𝝅 : Chỉ dành cho mạch S chung: Khum có 𝑅𝜋 : b) Sơ đồ T: Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien Bước 4: Ghép linh kiện vào sơ đồ: Bước 5: Tính tốn Av, Gv ( đề cho nguồn vào nguồn áp): 𝐴𝑣 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 𝐺𝑣 = 𝐴𝑣 𝑍𝑖𝑛 𝑍𝑖𝑛 + 𝑅𝑠𝑖𝑔 a) Đối với sơ đồ 𝝅: (Mạch S chung): * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) Lưu ý: Nếu có 𝐫𝐨 cho 𝐫𝐨 song song với 𝐑 𝐃 (trực tiếp nói thêm) * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân S nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑔𝑠 + Nếu chân S có thêm điện trở 𝑅𝑆 : 𝑉𝑖 = 𝑉𝑔𝑠 + 𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝑆 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien b) Đối với sơ đồ T: * Mạch S chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) Lưu ý: Nếu có 𝐫𝐨 cho 𝐫𝐨 song song với 𝐑 𝐃 (trực tiếp nói thêm) * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân S nối đất: 𝑉𝑖 = 𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 𝑔𝑚 = 𝑉𝑔𝑠 + Nếu chân S có thêm điện trở 𝑅𝑆 : 𝑉𝑖 = 𝑔𝑚 𝑉𝑔𝑠 (𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 ) * Mạch G chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑖𝐷 𝑅𝐷 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = −𝑖𝐷 𝑅𝐷 //𝑅𝑙 ( có dấu trừ 𝑖′𝐷 có chiều ngược với 𝑖𝐷 ) * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân G nối đất: 𝑉𝑖 = −𝑖𝐷 𝑔𝑚 + Nếu chân G có thêm điện trở 𝑅𝐺 : 𝑉𝑖 = − 𝑖𝐷 𝑔𝑚 – 𝑖𝐺 𝑅𝐺 (Do 𝑖𝐺 = 0) ➔ 𝑉𝑖 = −𝑖𝐷 𝑔𝑚 * Mạch D chung: * Cách xác định 𝑽𝒐 : + Nếu khơng có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝐷 𝑅𝑆 + Nếu có tải 𝑅𝑙 ➔ 𝑉𝑜 = 𝑖𝐷 𝑅𝑆 //𝑅𝑙 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien * Cách xác định 𝑽𝒊 : + Nếu chân D nối đất (Chân S khơng có tải 𝑅𝑙 ): 𝑉𝑖 = 𝑖𝐷 (𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 ) + Nếu chân D nối đất (Chân S có tải 𝑅𝑙 ): 𝑔𝑚 𝑉𝑖 = 𝑖𝐷 ( + 𝑅𝑆 //𝑅𝑙 ) + Nếu chân D nối với điện trở (Kệ khơng quan tâm đến chân D) * Cách xác định 𝒁𝒊𝒏 = 𝑽𝒊 /𝑰𝒊 - Để dễ cần xác định dịng 𝐼𝑖 tách nhánh xác định 𝑍𝑖𝑛 : Ví dụ hình ta thấy 𝐼𝑖 tách thành nhánh 𝑖 qua 𝑅𝐺 𝑖𝑔 trở thành 𝑖𝑠 qua 𝑔𝑚 𝑅𝑠 nên ta suy 𝑍𝑖𝑛 sơ 𝑅𝐺 // (𝑔𝑚 + 𝑅𝑆 ) 𝑖𝑔 = nên ta tính điện trở theo từ G sang S sang đất vô nên 𝑅𝐺 // ∞ nên 𝑍𝑖𝑛 = 𝑅𝐺 Theo nguyên tắc vào đầu lấy dịng làm chuẩn Bước 6: Tính Gi (Nếu đề nguồn dòng): ➔ Đề lỗi Mosfet khơng khuếch đại dịng có khuếch đại áp (𝐼𝐺 = 0) 10 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien II Ghép Liên Tầng: (tui lựa thưởng gặp thui nha) Ghép Cascade (Nối tiếp): a) Ghép Cascade RC (Nối tiếp qua C): Bước 1: Tính tốn thơng số Ic, Vce hay Id, Vds để tìm điểm Q1, Q2 theo đề bài: (Cách làm riêng lẻ ghép qua tụ nên chế độ DC transistor hoạt động riêng lẻ không đá động tới nhau) Bước 2: Chọn dạng sơ đồ tín hiệu nhỏ cho phù hợp vẽ sơ đồ: *Sơ đồ 𝜋 : Để dễ việc tính tốn ta tách nháp nhánh E sang thành nhánh B, theo nguyên tắc lấy đầu vào (nhánh B) làm chuẩn nên điện trở nhánh E ta nhân vào (𝛽 + 1) Do ta sữ dụng giá trị nguồn dịng thay mạch 𝛽 𝑖𝐵 - BJT EC với EC: ví dụ mạch có đầy đủ Re1, Re2, Rl: Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất: 𝑉𝑜2 −𝛽2 𝑖𝐵2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 −𝛽2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 𝐴𝑣2 = = = 𝑉𝑖2 𝑖𝐵2 (𝑟𝜋2 + 𝑅𝐸2 (𝛽2 + 1)) 𝑟𝜋2 + 𝑅𝐸2 (𝛽2 + 1) Tính Av1: Cái tương tự Vo2 ta thêm vào nhánh song song với Rb2 Rc1: 𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 𝑉𝑖1 = −𝛽1 𝑖𝐵1 𝑅𝑐1 //𝑅𝐵2 //(𝑟𝜋2 +𝑅𝐸2 (𝛽2 +1)) 𝑖𝐵1 (𝑟𝜋1 +𝑅𝐸1 (𝛽1 +1)) = −𝛽1 𝑅𝑐1 //𝑅𝐵2 //(𝑟𝜋2 +𝑅𝐸2 (𝛽2 +1)) (𝑟𝜋1 +𝑅𝐸1 (𝛽1 +1)) (Đây lời giải phiên đầy đủ nên khơng có phận tự động loại khỏi) 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2 11 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien - Mosfet SC với BJT EC: ví dụ mạch có đầy đủ Rs, Re, Rl: (Mosfet chủ yếu xài nguồn dòng thay gm.Vgs nên chủ yếu tập trung vào nhánh S) Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất: (Giống trên) 𝑉𝑜2 −𝛽 𝑖𝐵 𝑅𝑐 //𝑅𝑙 −𝛽 𝑅𝑐 //𝑅𝑙 𝐴𝑣2 = = = 𝑉𝑖2 𝑖𝐵 (𝑟𝜋 + 𝑅𝐸 (𝛽 + 1)) 𝑟𝜋 + 𝑅𝐸 (𝛽 + 1) Tính Av1: Cái tương tự Vo2 ta thêm vào nhánh song song với Rd Rb: 𝑉 𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 = −𝑔𝑚1 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //(𝑟𝜋 +𝑅𝐸 (𝛽+1)) 𝑉𝑔𝑠 + 𝑔𝑚1 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝑆 𝑖1 = −𝑔𝑚1 𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //(𝑟𝜋 +𝑅𝐸 (𝛽+1)) + 𝑔𝑚1 𝑅𝑆 (Đây lời giải phiên đầy đủ nên khơng có phận tự động loại khỏi) *Sơ đồ 𝑇 : Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất: 𝑉𝑜2 −𝛼2 𝑖𝑒2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 −𝛼2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 𝐴𝑣2 = = = 𝑉𝑖2 𝑖𝑒2 (𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 ) 𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 Tính Av1: Cái tương tự Vo2 ta thêm vào nhánh song song với Rc1 Rb2: 𝑉 𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 = 𝑖1 −𝛼1 𝑖𝑒1 𝑅𝐶1 //𝑅𝐵2 //((𝑟𝑒2 +𝑅𝐸2 ).(𝛽2 +1)) 𝑖𝑒1 (𝑟𝑒1 +𝑅𝐸1 ) = −𝛼1 𝑅𝐶1 //𝑅𝐵2 //((𝑟𝑒2 +𝑅𝐸2 ).(𝛽2 +1)) 𝑟𝑒1 +𝑅𝐸1 (Đây lời giải phiên đầy đủ nên khơng có phận tự động loại khỏi) 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2 12 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien - Mosfet SC với BJT EC: ví dụ mạch có đầy đủ Rs, Re, Rl: Đầu tiên ta tính Av2 dễ nhất: 𝑉𝑜2 −𝛼2 𝑖𝑒2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 −𝛼2 𝑅𝑐2 //𝑅𝑙 𝐴𝑣2 = = = 𝑉𝑖2 𝑖𝑒2 (𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 ) 𝑟𝑒2 + 𝑅𝐸2 Tính Av1: Cái tương tự Vo2 ta thêm vào nhánh song song với Rd Rb: 𝑉 𝐴𝑣1 = 𝑉𝑜1 = −𝑔𝑚1 𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //((𝑟𝑒 +𝑅𝐸 ).(𝛽+1)) 𝑖1 𝑔𝑚1 𝑉𝑔𝑠 ( + 𝑅𝑆 ) 𝑔𝑚1 = −𝑔𝑚1 𝑅𝐷 //𝑅𝐵 //((𝑟𝑒 +𝑅𝐸 ).(𝛽+1)) + 𝑔𝑚1 𝑅𝑆 (Đây lời giải phiên đầy đủ nên khơng có phận tự động loại khỏi) 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2 b) Ghép Cascade DC (Nối tiếp không qua C): Đối với dạng mạch ghép trực tiếp khơng qua tụ Q2 khơng có trở kháng đầu Bước 1: Tính điểm Q1, Q2 + Cần xác định chiều dòng điện nút C1 để tạo phương trình ẩn bao gồm Irc1, Ic1, Ic2 (Nếu dịng vào Q2 Ib2 ta chuyển đổi sang Ic2 cách chia Ic2 cho 𝛽2 ) + Tính Ic1 cơng thức phần I để giảm bớt ẩn + Áp đụng Kirchhof cho vòng qua Vbe2 Veb2 Q2 (Sao cho dính vào Irc1 Ic2) + Giả hệ phương trình để có Ic2 Irc1 + Áp dụng Kirchhof để tìm Vce1 Vce2 (Trực tiếp nói rõ) Bước 2: Tính gm, chọn sơ đồ tính hiệu nhỏ, tính re rpi (Giống phần III.2.a) Do hoạt động chế độ AC mạch Ghép Cascade DC hồn tồn tương tự với mạch Ghép Cascade RC nên xem lại phần trước để tính Av Gv Gi 13 Thiết Kế Mạch Điện BacSiDien Sau ví dụ cách tính Q1 Q2 bước 1: 14