PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ. ThS. Phan Như Quân

Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Thiết kế mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ Mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ S1 1N4007 1A Vo + R 220VAC/50hz 220VAC/12VAC/1A - Thông số Diode Vngược Vthuận 1N4001 30V 1.1V 1N4007 1000V 60V Ithuận 1A 5V f 60hz – 1Mhz 60hz – 1Mhz U R max  U max  U D  12   16V Chọn PRmax=1/8W PR max  7.8mA U R max U  R max  2.05k , chọn R=2.2k I R max I R max  Rmin Thiết kế mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ có tụ lọc: S2 1N4007 1A + + Vo C 220VAC/50hz R 220VAC/12VAC/1A - Tương tự trên: U R max  U max  U D  12   16V Chọn PRmax=1/8W PR max  7.8mA U R max U Rmin  R max  2.05k , chọn R=2.2k I R max  1 Chọn Z C     R  R  110 20  10 20  1 C   28.94uF 2fZ C  3.14  50hz  110 I R max  Chọn tụ 47uF/16V Khi thực hành lắp mạch, sinh viên cần quan tâm đến dạng sóng ngõ mạch lọc phẳng hay nhấp nhơ, tính chọn tụ C lại cho dạng sóng phẳng Bằng cách lắp ghép thêm tụ điện (lưu ý: tụ C1,C2 ghép song song C=C1+C2, Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự tụ C1, C2 ghép nối tiếp C=(C1C2)/(C1+C2)) Có thể gỡ bỏ tụ khỏi mạch để kiểm chứng Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu mạch lọc Mạch chỉnh lưu cầu S1 1A 220VAC/12VAC/1A + Vo 220VAC/50hz - R U R max  U max  2U D  12   15V Chọn PRmax=1/8W PR max  7.3mA U R max U  R max  1.8k , chọn R=1.8k I R max I R max  Rmin Thiết kế mạch chỉnh cầu có tụ lọc: S2 1A 220VAC/12VAC/1A + Vo 220VAC/50hz + R C Tương tự trên: U R max  U max  2U D  12   15V Chọn PRmax=1/8W PR max  7.3mA U R max U Rmin  R max  1.8k , chọn R=1.8k I R max  1 Chọn Z C     R  R  90 , lưu ý tần số ngõ 100hz 20  10 20  1 C   17.68uF 2fZ C  3.14  100hz  90 I R max  Chọn tụ 22uF/16V Khi thực hành lắp mạch, sinh viên cần quan tâm đến dạng sóng ngõ mạch lọc phẳng hay nhấp nhơ, tính chọn tụ C lại cho dạng sóng phẳng Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Bằng cách lắp ghép thêm tụ điện (ghi nhớ: tụ C1,C2 ghép song song C=C1+C2, tụ C1, C2 ghép nối tiếp C=(C1C2)/(C1+C2)) Có thể gỡ bỏ tụ khỏi mạch để kiểm chứng Lưu ý: Mỗi sinh viên có cách chọn lựa thơng số khác thiết kế mạch, nên có nhiều kết thiết kế, Sinh viên tính chọn lại đến đạt kết tối ưu dừng Tất phương pháp thiết kế mạch an toàn cho linh kiện lắp mạch, linh kiện khơng bị phá hỏng q dịng hay áp, chưa đạt đến mức tối ưu Sinh viên cần lưu ý điều Thiết kế mạch ổn áp song song dùng zener R 0-12VDC VR 6.2V Thông số zener 6.2V/500mW VZ (V) IZ (mA) RZmax() IZmax 1N753 6.2 20 60 Cách thiết kế: (trong kỹ thuật điện tử, giá trị A nhỏ giá trị B nhiều, nghĩa  1  A )  10 20  U  U Z 7V  6.2V Rmin    12 I Z  I L max 60mA  60mA 20 U max  U Z 12V  6.2V Rmax    92 I Z max  I L 60mA  60mA 20 A = (10÷20)B, B   R U UZ suy IZ  IL Chọn R=47 VR  UZ suy IL UZ 6.2V   0.1k I L max 60mA U 6.2V  Z   2.1k I L 60mA 20 VRmin  VRmax Chọn VR=2.2k Khi thực hành ráp mạch, đo đạt, sinh viên cần quan tâm đến giá trị điện áp nguồn U, giá trị điện áp VR (hay Zener) Nếu áp vào U nhỏ áp ngưỡng 6.2V zener, zener chưa bị đáng thủng (chưa hoạt động ổn áp) sinh viên hồn tồn rút zener khỏi mạch mà áp ngõ khơng thay đổi Khi áp vào lớn áp ngưỡng zener (sinh viên cần ý giá trị áp này) Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự zener bị đánh thủng, hoạt động ổn áp diễn ra, áp hai đầu VR không đổi mức 6.2V cho dù thay đổi áp ngõ vào max (12V) Thiết kế mạch ổn áp song song dùng zener với tải LED đơn R1 0-12VDC R2 6.2V LED Thông số zener 6.2V/500mW VZ (V) IZ (mA) RZmax() IZmax 1N753 6.2 20 60 Cách thiết kế: (trong kỹ thuật điện tử, giá trị A nhỏ giá trị B nhiều, nghĩa  1  A  10 20  A = (10÷20)B, B   R1  U UZ suy I Z  I LED U  U Z 7V  6.2V   24 I Z  I LED max 60mA  30mA 20 U max  U Z 12V  6.2V    82 I Z max  I LED 60mA  10mA R1  R1 max Chọn R=47 R2  U Z  U LED suy I LED R2 max U Z  U LED max 6.2    0.1k I LED max 30 U  U LED 6.2   Z   0.42k I LED 10 R2  Chọn R2=270 Khi thực hành ráp mạch, đo đạt, sinh viên cần quan tâm đến giá trị điện áp nguồn U, giá trị điện áp R2 LED (hay Zener), đặc biệt độ sáng tối LED Nếu áp vào U nhỏ áp ngưỡng 6.2V zener, zener chưa bị đáng thủng (chưa hoạt động ổn áp) sinh viên hồn toàn rút zener khỏi mạch mà áp ngõ khơng thay đổi gì, độ sáng LED phụ thuộc nguồn U lớn hay nhỏ Khi áp vào lớn áp ngưỡng zener (sinh viên cần ý giá trị áp này) zener bị đánh thủng, hoạt động ổn áp diễn ra, độ sáng LED không đổi cho dù thay đổi áp ngõ vào max (12V) Lưu ý: zener hoạt động với dòng 20mA tối ưu Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điều chỉnh 1N4001 1A 220VAC/24VAC/1A U3 + 220VAC/50hz - U1 U2 Vo OUT COM R1 + U4 LM317 IN R2 R3 + S1 C2 C1 LED1 LED2 VR U max  U max  2U D  24   32V Dạng sóng điện áp u3(t) u3(t) 32V t  n  n  u C1n (t )  U max  e   0.005s 0.01s t(s)   , n =2rDC1   Thời gian tụ nạp đầy U2max-2UD: t  n  U max  2U D  U max 1  e  n   t  n    e  n  2U D   t  ln 16    2.77    3 n n n n  U max 16  Khi thiết kế chọn tn=5n tụ đầy, kéo dãn độ nhấp nhơ Ở nhiệt độ phịng 270C, cho diode hoạt động với dòng định mức 0.1A, điện trở động diode là: rd  dU th kT kT 26mV 26mV      0.26 dI th q I  I s qI I 1A Tại 0.005s tụ phải nạp đầy: 0.005=5(20.26)C suy C=1923uF Chọn tụ C1: 2200uF/50V Điện áp đầu R1 là: U3max-ULED=32-2=30V, chọn dòng qua led 20mA, R1=30V/20mA=1.5k, chọn R1=1.5k Chọn VR R2 theo công thức:  VR    I adjVR , V4  1.251  R2   mà V4=(1.2÷37VDC), Iadj=(46÷100A): Do ta có: Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự  VR      46  10 6  VR   1.2V  1.251  R       VR      100  10 6  VR   37V  1.251   R2    (1) (2) Từ (1), chọn VR=5k=5000, suy R2 lớn Từ (2), chọn VR=5k=5000, suy R2=178 Vậy chọn R2=220, VR=5k Áp đầu R3: UR3max=37V-2V=35V, chọn dòng qua LED 20mA, R3=35/20=1.75k, chọn R3=1.8k Tụ C2 dùng lọc nhiễu nguồn ngõ Vout(t) fnoise ≠ Vout f=0 t(s) Chọn tụ C2 sau: Nhiễu có tần số khác khơng, fnoise≠0, Chọn fnoise-min=10hz, chọn trở kháng tụ nhỏ khoảng 10 C2  1   1592uF 2fZ C 2  3.14 10hz  10 Chọn fnoise-max=100khz, chọn trở kháng tụ nhỏ khoảng 10 C2  1   0.159uF 2fZ C 2  3.14  100000hz  10 Vậy chọn tụ C2: 1F/50V Diode dùng bảo vệ cố tải cuộn cảm, trả lượng nguồn, diode phân cực thuận dẫn dòng ngược xuống mass, chọn diode chịu dòng 1A, chọn loại 1N4001 Lưu ý: Biến áp phải chọn với dòng biến áp lớn 1A Bài tốn thiết kế mạch đóng mở relay tay 8.1 Trường hợp nguồn 12VDC Dùng cơng tắc S đóng mở relay Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 12V Relay 12V R1 D R3 S LED C1815 Khi thiết kế, sinh viên cần biết thông số linh kiện mà nhà chế tạo cung cấp, thông số cho sau: Thông số C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC  C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Relay 12VDC: Urelay=12V Thơng số LED ILED=10÷30mA ULED=2÷3V Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hịa / ngắt) dứt khốt để relay khơng chập chờn Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12-0.25=11.75V (lưu ý: điện áp đặt vào relay 9÷12V, relay on/off được) VE=0V VB=VBEsat+VE=1V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR3=12V-2V=10V, R3=10V/20mA=0.5k, chọn R2=470 Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA VR1=VCC-VB=12-1=11V R1=VR1/IB=11V/2mA=5.5k, chọn R1=5.6k Nguyên lý hoạt động: S chưa đóng, IB=0, IC=0, Transistor ngắt, relay khơng hoạt động, LED tắt Đóng S, có IB, có IC, transistor dẫn bão hịa, relay đóng, LED sáng Lưu ý: Khi Transistor khơng hoạt động, SV hồn tồn rút khỏi mạch để kiểm chứng Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 8.2 Trường hợp nguồn 24V Dùng công tắc S đóng mở relay 24V Relay 12V R1 D R3 S LED C1815 R2 Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hịa / ngắt) dứt khốt để relay khơng chập chờn Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12V VE=24-0.25-12=11.75V VB=VBEsat+VE=12.75V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR3=24-2=22V, R3=22V/20mA=1.1k, chọn R2=1k Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA R2=VE/IC=11.75V/50mA=0.235k, chọn R2=220 VR1=VCC-VB=24-12.75=11.25V R1=VR1/IB=11.25V/2mA=5.625k, chọn R1=5.6k Nguyên lý hoạt động: S chưa đóng, IB=0, IC=0, Transistor ngắt, relay khơng hoạt động, LED tắt Đóng S, có IB, có IC, transistor dẫn bão hịa, relay đóng, LED sáng Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Bài toán thiết kế mạch đóng mở relay quang trở 9.1 Trường hợp nguồn 12VDC 12V Relay 12V LDR D R2 LED C1815 VR R1 C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC  C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Quang trở LDR: Ánh sáng chiếu vào: RLDR=2k Che tối: RLDR = 30÷40 k Relay 12VDC: Urelay=12V Thơng số LED ILED=10÷30mA ULED=2÷3V Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hòa / ngắt) dứt khốt để relay khơng chập chờn Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12-0.25=11.75V (lưu ý: điện áp đặt vào relay 9÷12V, relay on/off được) Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR2=10V, R2=10V/20mA=0.5k, chọn R2=470 Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA Khi ánh sáng chiếu vào RLDR=2k VB=1V, VLDR=11V, ILDR=11V/2k=5.5mA IVR+R1=ILDR-IB=3.5mA VR+R1=VB/IVR+R1=1V/3.5mA=0.28k, chọn VR+R1=270, chọn R1=100, chọn biến trở VR=1k Nguyên lý hoạt động: Bình thường as chiếu vào, RLDR =2k (nhỏ), VLDR=11V, VB=1V, transistor dẫn bão hịa, relay đóng, LED sáng Che tối, RLDR=30÷40k (lớn), VLDR lớn, VB nhỏ, transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt Trang Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 9.2 Trường hợp nguồn 24VDC 24V Relay 12V LDR D R2 LED C1815 VR R3 R1 Cách thiết kế: (phải gắm thêm R3, R3 chịu điện áp 11.75V) Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hịa / ngắt) dứt khốt để relay khơng chập chờn Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12V VE=24-0.25-12=11.75V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR2=24-2=22V, R2=22V/20mA=1.1k, chọn R2=1k Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA R3=VE/IC=11.75V/50mA=0.235k, chọn R3=220 Khi ánh sáng chiếu vào RLDR=2k VB=VBE+VE= 1+11.75=12.75V, VLDR=11.25V, ILDR=11.25V/2k=5.625mA IVR+R1=ILDR-IB=3.625mA VR+R1=VB/IVR+R1=12.75V/3.625mA=3.52k, chọn R1=1k, chọn biến trở VR=5k Nguyên lý hoạt động: Bình thường as chiếu vào, RLDR =2k (nhỏ), VLDR=11.25V, VB=12.75V, transistor dẫn bão hịa, relay đóng, LED sáng Che tối, RLDR=30÷40k (lớn), VLDR lớn, VB nhỏ, transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt Trang 10 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Đo kiểm tra VCE=6V, VBE=0.6V, transistor khuếch đại tốt (phạm vi cho phép 1 3 VCE    VCC  (3  9)V transistor khuếch đại) 4 4 Sau lắp tụ 1uF/16V vào, đưa nguồn tín hiệu ac (f=1khz, Vpp=100mV) Dùng dao động ký đo tín hiệu vào (đo máy phát sóng, cực B) tín hiệu (đo R5, cực C) Tín hiệu bị đão pha lớn nhiều lần so với tín hiệu mạch hoàn chỉnh Nếu chưa được, phải thiết kế lại Trường hợp đặc biệt Nếu khơng có máy phát sóng, phân áp từ nguồn 220VAC/50hz xuống 6VAC/50hz biến áp, tiếp tục phân áp nguồn 6VAC/50hz xuống 0.1VAC/50hz biến trở 50k sau: 220VAC/6VAC/1A + 220VAC/50hz/sine 50k 40% - 100mV/50hz/sin 12 Thiết kế mạch dao động đa hài 12V R1 R2 R4 R3 C1 C2 R5 R6 Q2 Q1 C1815 LED1 LED2 C1815 Nguyên lý hoạt động: Transistor phải hoạt động chế độ on/off dứt khoát Khi cấp nguồn transistor dẫn điện trước Nếu giả sử Q1 dẫn trước, Q2 bị khóa (phần lớn Q1 khống chế) Khi Q1 dẫn, có dịng điện chảy qua Q1: 12V-R1-C1-E1-mass; 12V-R3B1-E1-mass; 12V-R4-C2-B1-E1-mass, dòng làm cho Q1 dẫn bão hòa thật nhanh, C2 nạp điện ( thời nạp tụ C2 =R4C2 ) Đến C2 nạp đầy, Q1 ngắt, cực âm tụ C2 đặt vào cực B1 Q1 (vì tụ C2 nạp đầy dịng chảy qua tụ 0, khơng có dịng cấp cho IB1 Q1 ngắt), C2 phóng điện từ 12V-R3-C2-qua cực C2-E2-mass làm cho Q2 dẫn ( thời xã tụ C2 =R3C2 ) Khi Q2 dẫn, có dịng điện chảy qua Q2: 12V-R4-C2-E2-mass; 12V-R2B2-E2-mass; 12V-R1-C1-B2-E2-mass, dòng làm cho Q2 dẫn bão hòa thật nhanh, C1 nạp điện ( thời nạp tụ C1 =R1C1 ) Trang 14 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Đến C1 nạp đầy, Q2 ngắt, cực âm tụ C1 đặt vào cực B2 Q2 (vì tụ C1 nạp đầy dịng chảy qua tụ 0, khơng có dịng cấp cho IB2 Q2 ngắt), C1 phóng điện từ 12V-R2-C1-qua cực C1-E1-mass làm cho Q1 dẫn ( thời xã tụ C1 =R2C1 ) Do thiết kế cần quan tâm đến chế độ on/off transistor sau: VBEsat=1V VCEsat=0.25V Chọn IC=100mA Chọn =60 IB=IC/=1.66mA Chọn ILED=20mA Chọn VLED=2V VCC  VCEsat  0.11k , chọn R1=R4=100 IC V  VBEsat R2  CC  6.76k , chọn R2=R3=6.8k IB V  VLED R5  CC  0.5k , chọn R5=R6=470 I LED R1  Chọn tụ C1=C2=(47F÷100F) Sau ráp mạch, cấp nguồn, sinh viên cần quan sát bóng đèn LED luân phiên sáng theo tần số mạch Có thể dùng dao động ký quan sát tín hiệu ngõ cực C1 C2 transistor Để việc quan sát đèn LED sáng luân phiên tốt hơn, ta cần mắc mạch sau, mạch sau có thêm biến trở VR 10K cho phép sinh viên hiệu chỉnh tần số dao động mạch biến trở VR linh hoạt 12V VR 10k R1 R2 R4 R3 C1 C2 R5 R6 Q2 Q1 C1815 LED1 LED2 C1815 Lưu ý: Tần số dao động mạch tính biểu thức: T=1+2, 1=0.7R1C1, 2=0.7R2C1 Đặc biệt, chọn R1=R4=R, C1=C2=C, R2=R3=R, T=1.4RC Trang 15 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 13 Thiết kế mạch ghép Darlington 12V R1 V1 -50m/50mV R2 Q1 C1815 1uF Q2 H1061 1kHz VR R3 Lưu ý: ghép darlington, transistor đứng sau phải transistor cơng suất (vì IC2=(12)IB1=IB2,  lớn, nên dịng IC2 lớn) Thông số kỹ thuật C1815 H1061: VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC  C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 H1061 80V 100V 5V 4V 1V 1.5V 0.1÷4A 35÷200 Cách thiết kế: Mạch hoạt động chế độ khuếch đại, nên chọn: VCE2 = 4V, VBE2 = 1.5V, IC2 = 1A, 2 = 50, IB2 = IC1 = IC2/ = 20mA, VCE1 = 6V, VBE1 = 0.6V, 1 = 50, IB1 = IC1/1 = 0.4mA Suy ra: VR3=VE2= VCC-VCE2=8V, R3=VR3/IC2=8, chọn R3=10, PR3=R3IC2=8W VB1=VBE1+VBE2+VE2=10.1V Áp VR phải lớn 10.1V, chọn VVR=10.6V, R2=(VVR-VB1)/IB1=0.5V/0.4mA=1.25K, chọn R2= 1.2k Áp R1 là: VR1=VCC-VVR=12-10.6=1.4V Chọn dòng qua R1+VR là: IR1+VR=20IB1=8mA: VR=VVR/IR1+VR=10.6/8=1.325k, chọn VR 5k R1=VR1/IR1+VR=1.4/8=0.175k, chọn R1=180 Trang 16 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 14 Thiết kế mạch dao động dùng IC555 Sơ đồ cấu trúc bên IC555 sau: 5k U1 R Q 5k U2 Q1 S 5k Q2 1.4V Thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng IC555 5V DSCHG RST VCC R2 R1 CV OUT THR TRG GND NE555 C 01 Trang 17 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Phân tích mạch tạo xung vng dùng IC 555 phải kết hợp với sơ đồ cấu trúc bên 555, sau: 5V R2 R1 5k U1 R 01 Q 2VCC/3 5k U2 VCC/3 S Q1 + 5k C Q2 5V 1.4V Bảng trạng thái RS-FF: R S Q Q0 1 1 0 Cấm Q Q0 Vừa cấp nguồn, giả sử Q1 ngắt, Q  [0] ,Vout=[1], tụ C nạp từ VCC-R2-R1-C-mass Quá trình tụ C nạp: VCC  VC  VCC , S=[0], R=[0], Q  Q0  [0] , Vout=[1], Q1 ngắt, tụ C nạp 3 VC  VCC , S=[0], R=[1], Q  [1] , Vout=[0], Q1 dẫn bão hòa, tụ C xả điện từ mass3 C-chân 2- chân 6- R1-chân 7-Q1-mass Quá trình tụ C xả: VCC  VC  VCC , S=[0], R=[0], Q  Q0  [1] , Vout=[0], Q1 dẫn, tụ C xả 3 VC  VCC , S=[1], R=[0], Q  [0] , Vout=[1], Q1 ngắt, tụ C nạp lại Trang 18 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Quá trình nạp xả tụ diễn liên tục, nên ngõ chân ta có xung vng VCC Vout 2VCC/3 VCC/3 tx t(s) tn Tính tốn thiết kế: Nhận xét: tụ điện nạp đến giá trị 2Vcc/3 xả đến giá trị VCC/3: Phương trình nạp: t  n  n  VCn (t )  VCC  e   t  n  n  V  , CC  e  3  tn=ln3n=1.1n, n=(R2+R1)C  Phương trình xả: VCx (t )  VCC e t xn x tx  1  VCC  e  x  , 3 tx=ln3x=1.1x, x=R1C Thời gian tụ nạp xả tính: t=tn+tx=0.69(R2+2R1)C, lưu ý thời gian nạp xả không nhau, nên dạng sóng vng ngõ chân khơng đối xứng Tần số tín hiệu hình vng ngõ chân là: f  1  T 0.69( R2  R1 )C Ví dụ: R2=1.5k, R1=2.2k, C=4.7uF, f=52.2hz Sinh viên muốn thiết kế xung ngõ vuông đối xứng, lắp mạch hình sau (chỉ cần gắn thêm diode hình vẽ, để tụ nạp nạp qua R2-D2, tụ xả xả qua D1-R1, chọn R1=R2=R ngõ vng đối xứng: 5V DSCHG D2 NE555 RST R1 VCC R2 OUT C CV THR TRG GND D1 01 Trang 19 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự 15 Thiết kế mạch đơn ổn dùng IC 555 5V C NE555 TRG R1 GND VCC RST DSCHG THR OUT CV VCC R2 S 01 5V R2 5k U1 R 01 Q 2VCC/3 5k U2 VCC/3 5V Q1 S R1 5k Q2 5V 1.4V + S C Lưu ý: Chân nối với nguồn VCC qua điện trở R1 cho áp chân lớn VCC/3 Khi có xung âm (xung âm hẹp) tác động vào chân (chân Trigger), ngõ chân có xung dương, sau mạch trở trạng thái ban đầu Độ rộng xung chân lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mạch định thời R2C Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn, giả sử Vout=[0], Q  [1] , Q1 dẫn bão hòa, chân nối mass, tụ C không nạp, mạch điện giữ nguyên trạng thái có xung kích vào chân Trang 20 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Nhấn công tắc S sau nhả cơng tắc S ra, chân có áp 0V, S=[1], R=[0], Q  [0] , Vout=[1], Q1 ngắt, tụ C nạp từ VCC-R2-chân 6-C-mass Trong thời gian nạp, mạch giữ nguyên trạng thái, nên ngõ Vout=[1] Quá trình nạp: VC  VCC , S=[0], R=[1], Q  [1] , Vout=[0], Q1 dẫn bão hòa, tụ C xả điện từ mass3 C-chân 7- mass, mạch điện giữ nguyên trạng thái có xung kích vào chân Nhận xét: Thời gian có xung dương ngõ thời gian tụ C nạp từ đến 2VCC/3 Phương trình nạp: t  n   VCn (t )  VCC 1  e n   t  n    V e n  ,  CC  tn=ln3n=1.1n, n=R2C Vout t(s) n Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL: Vcc R20 C2 R11 R12 R5 R3 Q3 Q5 D1 C6 CF1 C4 D2 R14 R17 C5 V2 -1/1V 1kHz C9 Loa C1 R1 Q1 VR1 R15 VR2 C8 D3 R2 CF2 R6 R4 C3 R19 R8 R9 Q4 Q2 Q6 R7 R16 R10 R13 C7 Q1: tiền khuếch đại điện áp Q2: khuếch đại thúc Cặp Q3, Q4 Q5, Q6 khuếch đại công suất ghép Darlington R7, R8 hồi tiếp áp, hệ số hồi tiếp k=R7/R8 R12, R13 định lượng hồi tiếp dương D1, D2, D3 ổn định VBE R20 áp C2 lọc nguồn Trang 21 R18 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự C8, R19 chống dao động tự kích loa, triệt cao tần C9 tụ xuất âm CF1, CF2 tụ triệt cao tần (hồi tiếp âm) VR1 chỉnh Volume chế độ xoay chiều: R2 ổn định tổng trở ngõ vào (mắc song song) C1 liên lạc C6 hồi tiếp dương, lấy thành phần áp đưa vào B3 để tăng áp (gọi tự cử Boostrap) Cách thiết kế: Thiết kế mạch KĐCSAT OTL có Pout=20W, tải loa 8, AV=120 lần Bước 1: Xác định nguồn cung cấp: VCC P 8R , thông thường =70%, VCC  o L  43VDC RL  VCC VCC  VCE  VCE 21.5V  1.5V 2 , R17>IB3max, chọn IC2=10IB3max=12.5mA VCC  2VD1, D  21.5  1.2  20.3V 20.3V R11  R12   1.64k 12.5mA VR11 R12  Ở chế độ ac, R11//RL, chọn R11=20RL=160, R12=1k chọn VE  VCC  1.2V , IC = 12.5mA, R13 = 1.2V / 12.5mA = 96, chọn R13 = 10 100 VR2  VCC  VCE  VE VCC  VCC  VE 21.5  10.75  1.2    0.955k , chọn IC IC 10 VR2=1k Chọn tụ C7 (tụ bypass) 1  Z C     R13  10 20  1 1 Z C    R13  10 , C    318uF 2fZ C  3.14  50hz  10  10  1   Z C    R13  5 , C max    636uF 2fZ C  3.14  50hz  5  20  Chọn C7: 470uF/25V Chọn C6: 22uF÷47uF/25V Tính R10, VR1, R9: Chọn 2=200, IB2max=12.5mA/200=0.06mA Chọn IR9+VR1+R10 = 10IB2max = 0.6mA VB2 = VBE2 + VE2 = 0.6 + 1.2 = 1.8V R10 = 1.8V / 0.6mA = 3k, chọn R10 = 3.3k RVR1 R  VCC  VB 21.5  1.8   32.8k I R10VR1 R 0.6 Chọn R9 = 22k, VR1 = 50k Chọn IC1 = 1mA Chọn V’CC = 15V R20  VCC  V 'CC 43V  15V   28k , chọn R20 = 27k I C1 1mA C2 dùng ổn định nguồn (lọc nguồn) chọn C2 = 100uF ÷ 220uF / 50V Chọn VCE  V 'CC  7.5V Trang 23 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự V 'CC  1V 15 V ' V  V 15  7.5  R5  CC CE1 E1   6.5k , chọn R5 = 5.6k 6.8k I C1 V R6  R7  E1  1k , R6 >> R7, chọn R6 = 1k, R7 = 100 I C1 R AV   120 , R8 = AVR7 = 120100 = 12k R7 VE  Chọn tụ C5 (tụ hồi tiếp) 1  Z C     R8  10 20  1 1 Z C    R8  1.2k , C5    2.6uF 2fZ C  3.14  50hz  1200  10  1   Z C    R8  0.6k , C5 max    5.3uF 2fZ C  3.14  50hz  600  20  Chọn C5: 4.7uF ÷ 10uF / 25V C8, R19 chống dao động tự kích xác định thực nghiệm: C8 =.047uF ÷.1uF R19 = vài  ÷ 10 Tính C1, C4 tụ liên lạc ngõ vào, chọn ZC1, ZC4 21.5V, tăng R10, giảm R9 Đo VE2, lấy giá trị đo chia cho R13, IC3 = 5÷10mA đạt yêu cầu Đo điện áp R14, R16 hiệu chỉnh VR2 0.4÷0.5V đạt Đo VR17, lấy giá trị chia cho R17 dòng Ic5, điều chỉnh VR2 cho dịng đạt từ 1m100mA đạt yêu cầu Đo VCE1, phạm vi 1/2V’ CC =7.5V đạt yêu cầu Trang 24 Biên soạn: ThS Phan Như Quân Phương pháp thiết kế mạch tương tự Một số công thức mạch khuếch đại công suất âm tần sinh viên cần nhớ: Mạch có ghép cuộn chặn: Công suất nguồn cung cấp: PCC  Công suất transisotor: PC max  PC  VCC  I CQVCC RL VCC RL VCC  I CQVCC RL Công suất tải: PL max  Hiệu suất mạch:  Chỉ số cơng suất có ích: VCC RL PL  50% PCC P   C max  PL max Ý nghĩa: Khi cần cơng suất tải 10W, ta phải chọn transistor có công suất PC    20W Mạch khuếch đại cơng suất lớp A có RC: Cơng suất nguồn cung cấp: PCC  VCC RL Công suất transisotor: PC max  VCC RL Công suất tải: PL max  VCC RL Hiệu suất mạch:  Chỉ số cơng suất có ích: PL  25% PCC P   C max  PL max Mạch khuếch đại công suất lớp A ghép biến áp Công suất nguồn cung cấp: PCC  VCC R' L VCC , R' L Công suất transisotor: PC  Công suất tải: PL max  VCC R' L Trang 25 PC max  VCC R' L