1
1
R
Chương 18: Tầng khuếch đại vi sai
Hình 2.95a là cấu trúc điển hình của 1 tầng khuếch đại vi
sai làm việc theo nguyên lý cầu cần bằng song song. Hai nhánh
cầu là hai điện trở R
cl
vả R
c2
, còn hai nhánh kia là các tranzito
T
1
và T
2
được chế tạo trong cùng 1 điều kiện sao cho R
c1
=
R
c2
và T
1
cùng T
2
có các thông số giống hệt nhau. Điện áp
lấy ra giữa hai
colec
t
ơ
(kiểu ra đối xứng) hay trên mỗi colectơ
đối với đất (kiểu ra không đối xứng). Tranzito T

, T
4
mắc thành điôt làm
phần tử bù nhiệt ổn
đ
ị
nh
nhiệt cho T
3
. Muốn xác
đ
ị
nh
dòng I
E
cần xác
đ
ị
nh
điện áp giữa điểm 1-2 trong sơ đồ. Nếu bỏ qua
dòng I
B3
rất nhỏ
h
ơ
n
dòng I
E
và coi I
E3

1
+R
2
R
1
+ R
2
Từ phương trình 2-222 tìm
đ
ượ
c
I .R + (U- U )
I =
1 2 BE 4
BE3
(2-223)
E
3
Tr
ị
số I
1
R
2
trong tử số của (2-223) rất lớn hơn hiệu điện áp
U
be
của các tranzito T
4
và T

Trong sơ đồ rút gọn (h.2.95b) phần nguồn ổn dòng dùng
T
3
được thay
b
ằ
ng
nguồn dòng I
E
.
Hình 2.95: Khuếch
đại vi
sai
a) Mạch nguyên lý; b) Sơ đồ đơn giản hóa; c,d) Phương
pháp đưa tín hiệu
vào
Tín hiệu vào tầng vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt (U
v1
và U
v2
) hoặc từ
m
ộ
t nguồn (h.2.95c,d). Trong trường hợp sau
tín hiệu vào đặt lên bazơ của một trong hai tranzito hay giữa hai
bazơ của chúng. Các đầu vào U
v1
và U
v2
nối theo sơ đồ như

Hãy xét cụ thể trong một số trường hợp điển hình sau:
Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu dùng tranzito T
1
, T
2
có tham số
giống nhau và R
c1
= R
c2
(h.2.94b), do đó khi tín hiệu vào bằng
3
không (h.2.96a). Cầu cần bằng, điện áp trên colectơ của hai
tranzito bằng nhau và điện áp ra lấy trên đường chéo cầu U
r
=
U
r1
-U
r2
= 0. Sơ đồ có độ ổn
đ
ị
nh
cao đối với sự tay đổi điện áp cung cấp,
nhiệt độ và các
y
ế
u
tố khác vì độ trôi theo hai nhánh giống nhau,

Hình 296:a) Sơ đồ khuếch đại vi sai khi tín hiệu vào bằng 0; b)
Biểu đồ của tín hiệu ra
Dòng emitơ I
E
chia đều giữa hai tranzito nghĩa là I
E1
= I
E2
=
I
E
/2 và được xác
đ
ị
nh
bởi dòng bazơ tĩnh:
I
BO1
= I
BO2
= I
E
/ 2(1+β) = l
vo
Dòng bazơ là một phần dòng emitơ chạy trong mạch có nguồn
ổn đòng I
E
và
điện áp E
c2

ch
ế
độ cân bằng tĩnh.
5
- Khi có tín hiệu đưa tới 1 trong các đầu vào, (giả sử U
v1
> 0; U
v2
= 0)
6
Hình 2.97: a) Sơ đồ tầng vi sai khi có tín hiệu vào với
U
v1
> 0; U
v2
=
0
;
b) Biểu đồ điện
t
h
ế
Do tác dụng của tín hiệu vào, xuất hiện dòng điện vào của
hai tranzito. Với
gi
ả
thiết U
v1
> 0, U
v2

= l
E
giữ nguyên không
đổ
i
.
Điện áp trên colectơ của tranlito T
1
là U
c1
= E
c1
-
I
CL
R
C1
giảm, một lượng
∆
U
c1
ngược dấu (đảo pha) với điện áp
vào. Điện áp U
c2
tăng và tạo ra gia số điện áp
+
∆
U
c2
cùng dấu

+
∆
U
c1
=
2
∆
U
c
=
2
|
+
∆
I
c
| . R
c
Ta sẽ xác
đ
ị
nh
hệ số khuếch đại điện áp của tầng vi sai. Khi
hai tranzito có tham số giống nhau thì dòng điện vào của tầng là.
130
B
B
e
n
e

(1
+
β
)r
ở đây r
v
là điện trở vào của tranzito.
Dòng điện vào tạo gia số dòng điện colectơ
±∆
I
c
=
±
βI
v
và
gia số điện áp trên colect
ơ
.
±∆
U
r12
=
±∆
I
c
.
R
c
=

=
r1,2
=
βR
C
=
β
R
C
(2-226)
1
,
2
n
R
n
+
2r
v
R
+
2
[
r
+
(1
+
β)r
E
]

]
(2-227)
n n v B E
Hệ số khuếch đại của tầng theo đầu ra vi sai (
Ur
) khi Rt ->
∞
là
2
∆
U
r1
,
2
K = =
2βR
C
=
2
β
R
C
(2-228)
v
.
s
n
R
n
+

; R
n
→ 0
K
v
.
s
β
R
=
C
=
r
v
r
B
β
R
c
+ (1+
β
).r
E
(2-230)
Công thức (2-228), (2-230) dùng để tính hệ số khuếch đại
của tầng vi sai. Hệ
s
ố
khuếch đại theo đầu ra U
r1

v
=U
v1
+ U
v2
còn điện áp ra vi sai là: U
r
= K
VS
(U
V1
- U
v2
)
- Ta sẽ khảo sát trường hợp tín hiệu vào có cực tính giống
nhau, nghĩa là hai tín hiệu vào đồng pha. Tất nhiên, trong trường
hợp này thì điện áp vi sai sẽ
t
ỉ
lệ với
hi
ệ
u
(U
V1
- U
v2
):
132
U

ch
đại đồng pha luôn khác không, và
thường rất nhỏ hơn 1. Chất lượng của tầng vi sai được đặc
trưng bằng
t
ỉ
số K
đ
/K
VS
,
ch
ỉ
rõ khả năng của tầng khuếch đại
phân biệt tín hiệu vi sai nhỏ trên nền điện áp đồng pha
l
ớ
n
.
Ở đây người ta đưa ra khái niệm hệ số nén tín hiệu đồng
pha của tầng vi
sai
được ký hiệu là N và được tính như sau:
N = 20 lg (K
đ
/K
vs
) (dB)
Trong các tầng khuếch đại vi sai hiện nay,
tr

. Điều này rất quan t
r
ọ
ng
khi thiết kế bộ khuếch đại một chiều nhiều tầng. Một trong
những sơ đồ như vậy
v
ẽ
trên hình 2.98. Tranzito T
5
, T
6
dùng
làm tải động của tầng có tham số giống nhau, T
5
134
B
E
n
B
được mắc thành điôt. Cách mắc như vậy còn được gọi là sơ
đồ gương dòng
đ
i
ệ
n
(xem thêm ở 2.6.4.b). Dòng I
c1
của
tranzito T

=
I
c2
= I
c6
= I
E
/2. Dòng
I
c6
chảy qua T
2
, dòng tải I
t
=
0 và U
r
= 0.
Giả thiết tín hiệu vào có cực tính như hình 2.98. Dưới tác
dụng của nguồn e
n
dòng điện vào sẽ làm tăng dòng I
B1
và làm
giảm dòng I
B2
Sự thay đổi dòng bazơ làm thay đổi dòng
colec
t
ơ

r
= 2βI
v
R
t
. Nếu tín hiệu vào
đổi dấu thì sẽ làm đổi chiều dòng điện I
V
, I
t
và
c
ự
c
tính điện áp ra
U
r
. Hệ số khuếch đại điện áp của t
ầ
ng
U
K =
r
=
2βR
t
=
2
β
R

)
r
(2-233)
135
Trong tử số của (2-230) có điện trở R
c
(h. 295a) còn
trong tử số (2-233) có
đ
i
ệ
n
trở tài R
t
Trong bộ khuếch đại
nhiều tầng thì R
t
là điện trở vào của tầng sau. Sơ
đồ
hình 2.98 có ưu điểm cơ bản là khả năng
ch
ị
u
tải cao và tải
có điểm nối đất, thêm vào đó hệ số khuếch đại K
vs
trong
tầng vi sai tải là R
c
khoảng tài chục, còn trong tầng có dải