Giáo trình Mạch điện tử nâng cao - Chương 2: Đáp ứng tần số

Chương 2: Đáp ứng tần số

Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn

Bộ môn Viễn thông (B3)

[email protected]

1

Nội dung

• Tổng quan về đáp ứng tần số.

• Phân tích đáp ứng tần số thấp.

• Phân tích đáp ứng tần số cao.

2

Tổng quan về đáp ứng tần số

• Đáp ứng biên độ và đáp ứng pha

• Đáp ứng tần số dạng tổng quát của MKĐ

• Phương pháp vẽ tiệm cận (biểu đồ Bode)

3

Đáp ứng biên độ và đáp ứng pha

• A = a+bj = |A|∠A

| A| a²b²

– Biên độ

b

a

– Pha

A arctg( )

• Z_c= 1/jωC = 1/j2πfC là một hàm theo f

– f = 0: Z_c= ∞: Chế độ DC

– f ≠ 0: Chế độ AC

• Nguyên nhân của việc đáp ứng tần số là do:

– Bên ngoài: tụ ghép và tụ bypass (vùng tần số thấp)

– Bên trong: điện dung ký sinh giữa các chân BJT (vùng tần số cao)

4

Đáp ứng tần số dạng tổng quát

|A|

Am

Tần số

cao

Tần số

thấp

Am

-------

2

Tần số giữa

f_H

L

B f_Hf_L

• Ở dãy tần số thấp: các tụ gắn bên ngoài.

• Ở dãy tần dãy giữa: không xét ảnh hưởng của tụ.

• Ở dãy tần số cao: các điện dung ký sinh bên trong của linh kiện.

5

Phương pháp vẽ tiệm cận

1) Tìm độ lợi |A_i|, chuyển sang |A_i|_dB

2) Vẽ từng thừa số, sau đó cộng các đồ thị riêng lẻ lại với nhau

j

z

Chuyển sang dB:

VD:

A( ) A_m

j

p

2

A( ) _dB20lg A_m20lg

20lg

z

p

(2)

(3)

(1)

>> : 20dB/dec

z

p

Hằng số

<< : 20lg

Z

p

6

7

Thang logarith

|A|_dB

-2

-1

0

1

2

3

lgω

0.01 0.1

1

10 100 1000

ω (rad/s)

8

Trở kháng tương đương RC

9

Đáp ứng tần số thấp

• Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp

– BJT

– FET

• Ảnh hưởng của tụ thoát

• Ảnh hưởng của tụ ghép

• Ảnh hưởng của tụ thoát và tụ ghép

10

Mô hình tương đương của BJT/FET

tín hiệu nhỏ tần số thấp

11

Ảnh hưởng của tụ thoát

12

i_b

R / /R

R_C

^feR_CR_L

i_Li_L

i

b

A (s)

.

h

.

i

R / /R h R_e^*/ /C_e^*

i i i

i

b

i

ie

b

1

R_e.C_e

1

s

R / /R

R_C

i

b

A (s) h

.

i

^feR R R / /R h

i

ie

L

C

b

s

C_e^*.(R_e^*/ /(R / /R h )

i

ie

b

13

s

z1

A (s) A .

(s j )

i

im

p1

R_C

R_b/ /R

i

h_fe

.

• A_im= A_i(jω)| _{ω => +∞}

=

R_CR_LR_b/ /R h

i

ie

1

• ω_z1=

zero của hàm truyền đạt

R_e.C_e

1

• ω_p1=

cực của hàm truyền đạt

C_e^*.(R_e^*/ /(R_b/ /R h )

i

ie

14

Giản đồ bode của hàm truyền: ω_z1< ω_p1

– Ta có biểu thức:

2

z1

2

p1

| A ( ) | 20log| A | 20log

20log

i

im

dB

z1

| A ( ) | A 20log(| A | )

Độ dốc 0dB/dec

i

io

im

z1

dB

p1

1

| A ( )| 20log(| A |. ) 20log

i

im

z1

p1

dB

p1

Độ dốc 20dB/dec

| A( )| 20log(| A |)

Độ dốc 0dB/dec

i

im

p1

dB

15

z1

A A *

io

im

p1

ω_z1

ω_p1= ω_L

16

Tìm tần số cắt thấp ω_L= 2πf_L:

2

L

2

z1

| A |

im

| A ( )|

| A |

i

L

im

2

L

2

p1

2

L

2

z1

2

L

2

p1

2(

)

2

L

2

p1

2

z1

2

p1

2

z1

2

• Nhận xét: điều kiện để có ω_L>0:

2

p1

2

z1

2

L

p1

• Thực tế:

nên

17

Ảnh hưởng của tụ ghép

18

i^*

i_b

R_b

R_C

i_Li

R

i

A(s)

^L. . h

.

i

i i i

^feR_CR_LZ_Cc

R Z R^"

*

i

R h R_e^*

i

b

ie

b

Cb

R_b

R_C

R_CR_L

R

s

i

A (s) h

.

i

fe

R h R_e^*R R^"

1

ie

i

b

s

C_c.(R_CR_L)

C .(R R^")

i

b

19

s

A (s) A .

.

(s j )

i

im

s

p1

p2

R_b

R_C

R

i

h_fe

.

• A_im= A_i(jω)| _{ω => +∞}

=

R R_LR h R_e^*R R^"

ie

i

C

b

1

• ω_p1=

C_c.(R_CR_L)

1

• ω_p2=

là các cực của hàm truyền đạt

C .(R R^")

i

b

20

Giáo trình Mạch điện tử nâng cao - Chương 2: Đáp ứng tần số - Nguyễn Thanh Tuấn