Mạch khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn PHẦN TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH OTL NGÕ VÀO ĐƠN Công suất: Trở kháng vào: Trở kháng loa: Điện áp vào: Méo phi tuyến: Băng thông: 60(W) Zi = 200 (kΩ) PL = (Ω) Vi = 0,5 (V) γ ≤ 0,30 % 30 Hz ÷ 15 kHz Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Tác dụng cuả linh kiện: Q1, Q3 Q2, Q4: cặp BJT ghép Dalington khếch đại công suất Q5: BJT khuếch đại thúc Q7: BJT khuếch đại đầu vào Q6, VR2, D4, D5, D6: tạo thành nguồn dòng Q8, Q9: Các BJT bảo vệ tải, ngắn mạch R1, R2: Điện trở ổn định nhiệt cân dòng R3, R4: Điện trở rẽ dòng nhiệt R15, R16, R17, R18,: Điện trở phân cực cho Q8, Q9 D1, D2, D3, VR1: Định thiên áp để BJT công suất Q1, Q2 làm việc chế độ AB R8: Điện trở ổn định nhiệt cho Q5 VR3, R9, C3: Thành phần hồi tiếp âm để mạch ổn định R10, R11: Cầu phân áp cho Q5 R13, R14: Cầu phân áp cho Q7 R12, CL: Mạch lọc nguồn loại bỏ thành phần tần số cao, chống tượng dao động tự kích mạch C1: Tụ liên lac ngõ vào C2: Tụ liên lac ngõ R20, C4: Thành phần cân trở kháng loa tần số cao Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Tính tốn tầng nguồn 1.1 Biên độ tín hiệu loa: Tín hiệu vào mạch khuếch đại có dạng: v= V.sinωt Nếu hệ thống tuyến tính tín hiệu tải là: v L = VLP.sinωt + VLo iL = ILP sinωt + ILo Trong đó: VLP, ILP biên độ điện áp dòng tải VLo, ILo điện áp dòng DC tải Do tầng công suất làm việc chế độ AB nên dòng tĩnh điện áp tĩnh tải không đáng kể nên: v L = VLP sinωt iL = ILP sinωt Gọi VL, IL điện áp dịng hiệu dụng tải Khi ta có: VL= VLP ; IL= I LP Cơng suất tải là: PL = IL2.R L = RL → VLP = VL R = L V2L V LP = RL 2R L PL RL → VLP = 2.60.8 = 31 (V) VLP 31 = Và ILP = = 3,87 (A) RL 1.2 Điện áp nguồn cung cấp: Do Q1, Q2 làm việc chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn ξ = 0,8 Để tránh méo tín hiệu chọn Vcc ≥ 2VLP → 2.VLP = ξ.VCC → VCC = 2VLP ξ = 2.31 = 77,5 (V) 0,8 Chọn nguồn cung cấp 80 (V) Tính tốn tầng công suất Để tránh méo xuyên tâm, đồng thời đảm bảo hiệu suất Chọn Q1, Q2 làm việc chế độ AB Vì mạch làm việc chế độ AB nên dịng tĩnh collector nằm khoảng 20÷50mA Ở đây, chọn IEQ1 = IEQ2 = 50 (mA) Dòng đỉnh qua Q1, Q2 là: IE1p = IE2p = ILp + IEQ1 = 3,87(A) + 0,05(mA) = 3,92(A) 2.1 Tính tốn R1, R2: R1, R2 có tác dụng ổn định nhiệt cân dịng cho Q1, Q2 tín hiệu R1, R2 tín hiệu qua loa: Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn ie1 = ie2 = ILP.sinωt ( khoảng → π ) ie 2π π 4π 3π 5π 6π t Nếu chọn R1, R2 lớn tổn hao loa nhiều Do phải chọn cho tín hiệu loa lớn Để tránh tổn thất tín hiệu người ta thường chọn: VR1P = 1 VLP = 31 = 1,55 (V) 20 20 Giá trị điện trở R1, R2 là: R1 = R2 = VR 1P IE1P = 1,55 ≈ 0,40( Ω) 3,92 Công suất tiêu tán R1, R2 là: PR1 = PR2 = R1.IL2 mà IL2 = π 2 π − cos 2ω t I LP d t I td t I = = ω ω ω sin LP LP ∫0 2π ∫0 2π ( Vì dịng qua R1 chu kỳ ) I2 (3,87) ⇒ PR1 = PR2 = R1 LP = 0,40 = 1,49(W ) 4 Vậy chọn RR1, RR2 loại: R1 = R2 = 0,4(Ω)/3(W) 2.2 Tính chọn Q1, Q2: Dịng cung cấp trung bình cho Q1, Q2 chu kỳ Itb = π I I sinω tdω t = LP π 2π ∫0 LP Công suất nguồn cung cấp: Pcc=Vcc.Icc = Vcc = Vcc.Itb= Vcc I LP π Công suất tiêu tán tải: PL = IL2RL= ( I LP ) RL = I 2LP RL * Nếu bỏ qua công suất tiêu tán R1, R2 cơng suất tiêu tán tiếp xúc Jc phân cực ngược 02 BJT Q1, Q2 là: Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 2PttAC = PCC - PL = VCC ICC - I2L RL= VCC Đạo hàm hai vế từ (2.1) theo ILP ta có: 2dPttAC VCC = − I LPR L = π dILP => I LP = I LP π − ILP RL (2.1) V cc π.R L Thay vào (2.1) ta có cơng suất tiêu tán cực đại BJT là: P tt AC max = 2 V CC VCC VCC 802 = ≈ 20,26( W) ( − )= 2 π RL π RL π RL 4.π * Nếu không bỏ qua công suất tiêu tán R1, R2 thì: PR1 = PR = R1 I L = R1 ( ILP 1 ) = R1I LP = 0,4.(3,87) = 1,49( W ) 4 Công suất tiêu tán BJT Q1, Q2 là: PttAC = Pcc − PL − 2PR1 = Vcc I LP π − RL I LP − R1I LP (2.2) Đạo hàm vế (2.2) theo ILP: d PttAC dILP = − R L I LP − .2.R1.I LP = Vcc Vcc Thay vào (2.2) ta có: = => I LP max = π π (RL + R1 ) V cc π => ( RL + R1 ) I LP max Công suất tiêu tán cực đại BJT là: 2 1 V RL.Vcc R1 Vcc ) PttACmax = ( cc − − π ( RL + R1 ) 2.π ( RL + R1 ) 2 π (R L + R1 )2 = 1 80 Vcc = = 19,29( W ) 2 π ( R L + R1 ) π (8 + 0,4) Công suất tiêu tán BJT dòng tĩnh: PttDC = V CEQ I EQ = Vcc 80(V ) I EQ = 50(mA ) = 2( W ) 2 Vậy công suất tiêu tán BJT là: PttΣ = PttAC + PttDC = 19,29 + = 21,29( W) Do Q1, Q2 chọn cho thoả mãn điều kiện sau: IC > IE1P = 3,92(A) VCEo > Vcc = 80(V) P C > Ptt , thường chọn PC>2 Ptt = 2.21,29 = 42,58(W) ∑ ∑ Sau tra cứu ta tìm đươc Chọn Q1, Q2 loại BJT 2SC5200, 2SA1943 BJT Pcmax (W) 2SC5200 150 2SA1943 150 Ic 15A 15A β (hfe) 55÷160 55÷160 VCEo 230V 230V fgh 30MHz 30MHz T(0C) 150 150 loại SN SP Băng thơng tín hiệu tải u cầu là: 30Hz÷15KHz nên tần số làm việc BJT phải lớn 16KHz Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Dải tần cho phép 2SA1943 là: fβ = fT 30 = = 187,5( KHZ) β 160 Nên BJT 2SA1943có BW = ( ÷ 187,5KHz) thoả mãn u cầu băng thơng (30Hz ÷ 15KHz) 2.3 Tính chọn điện trở rẽ dịng R3, R4: * Chọn hfe1 = hfemin = 55 Dòng I B1 Q = I B1 P = I E1Q (1 + hfe ) = 50mA = 0,89(mA ) 55 + I E1 P 3,92 = ≈ 0,07(A ) = 70(mA ) (1 + hfe1 ) 1+ 55 * Theo đặc tuyến vào BJT 2SC5200 I C 1Q = 50(mA) = 0,05( A) → VB1E1Q = 0,6( V ) I C1P = 3,92(A ) → VB1E1P = 0,78( V) Ta có R3, R4 điện trở rẽ dòng nhiệt: Vừa ổn định điểm làm việc tĩnh cho Q3, Q4 vừa làm tăng tốc độ chuyển mạch cho Q1, Q2 miền tần số thấp Đối với tín hiệu chiều: R3, R4 cho qua dễ dàng, cịn tín hiệu xoay chiều R3, R4 cho qua để khơng bị tổn hao tín hiệu xoay chiều R3, R4 Do đó, chọn R3, R4 phải thoả mãn điều kiện sau: - Nhỏ trở kháng vào DC Q1, Q2 để rẽ dịng nhiệt, xả điện tích dư transistor chuyển từ dẫn sang tắt - Lớn trở kháng vào AC Q1, Q2 để giảm tổn thất tín hiệu Nghĩa là: Zin ACQ1 I B P mà I B3 P 80,6 I E3 P = = = 1,31(mA) + h f (1 + 60) Để Q5 làm việc ổn định gây méo ta chọn I CQ = ( ÷ 10) I B P → chọn I CQ = 10.I B P = 10 1,31 = 13,1( mA) → chọn diode loại 1N914 Từ đặc tuyến diode với ID = 13,1(mA) → VD = 0,72 (V) Để thay đổi áp phân cực cho BJT công suất, người ta dùng VR thay cho D VR = VB3B4 − 3VD = 2,44 - 3.0,72 = 0,28 (V) Vậy RVR1 = VVR1 0,28 = = 21(Ω ) , I CQ5 13,1 Chọn VR1 biến trở 100 (Ω) sau hiệu chỉnh lại cho thích hợp 3.2 Tính chọn Q5: Q5 chọn làm việc chế độ A để lái BJT công suất tầng khuếch đại đẩy kéo Tầng lái Q5 ghép trực tiếp với tầng công suất, dòng tĩnh cấp nguồn dòng Q6 Do Q5 làm việc chế độ A nên công suất tiêu tán tính chế độ tĩnh tức công suất tiêu tán chiều Để Q5 làm nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu cho tầng cơng suất Z L / Q phải lớn Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Trở kháng tải Q5: Z L / Q5 = h ie3 + (1 + h fe3 )(R //( r be1 + R )) + (1 + h fe3 )(1 + h fe1 )R L với hie = rbe = β 3 hie1 = rbe1 = h fe1 25 VT = 60 = 405,4 (Ω) I E3 Q 3,7 25 VT = 55 = 27,5 (Ω) I E 1Q 50 ⇒ ZL / Q = 405,4 + (1 + 60)(220//(27,5 + 0,4)) + (1+60)(1+55).8 = 15,57 (KΩ) Do Q5 có tải lớn nên dễ rơi vào vùng bão hồ gây méo tín hiệu nên phải có R8 điện trở hồi tiếp để ổn định điểm làm việc R8 điện trở ổn định nhiệt cho Q5, R8 lớn ổn định nhiệt tốt tổn hao cơng suất DC lớn nên ảnh hưởng đến nguồn cung cấp → Chọn VR = 1 80 ÷ ⇒ V R8 = = (V) 10 40 40 I R = I CQ = 13,1 (mA) ⇒ R8 = VR = = 153(Ω ) (Ω), chọn R8 = 150 (Ω) → VR8 ≈ (V) I R 13,1 * Công suất tiêu tán DC Q5: P ttDC = VCEQ ICQ V CEQ5 V = cc − VR 2Q − VEB / Q − VEB / Q − VR8 = 40 - 0,02 - 0,6 - 0,6 - = 36,78 (V) → PttDC = 36,78.13,1 = 481,81 (mW) Chọn Q5 thoả điều kiện ⎧VCE > VCC = 80(V ) ⎪ ⎨IC > ICQ = 13,1(mA) ⎪ P > P ⇒ P > 2.P = 2.481,81 = 963,63( mW ) ≈ 0,963( W) ⎩ ttDC ttDC Sau tra cưu ta chọn → Chọn Q5 2SD401A Loại BJT P(W) VCE(V) T(0C) fT(MHz) IC(A) β 2SD401A 25 150 150 120 90÷400 → Chọn β = 150 3.3 Tính chọn nguồn dòng Q6: Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn * Chọn VR , D 4, D5 Nguồn dịng có nội trở lớn có tác dụng ổn định dòng điện cho Q5 tăng tải cho Q5 Muốn nội trở nguồn dịng lớn chọn Q6 BJT có β lớn dịng tĩnh I CQ6 = I CQ5 = 13,1 (mA) - Chọn diode loại 1N914 - Chọn ID = I D = ICQ = 13,1 (mA) → VD = 0,72 (V) VVR + VEB / Q = 2VD → VVR2 = 2VD − VEB / Q6 = 2.0,72 - 0,6 = 0,84 (V) 0,84 = 0,064( mΩ) ≈ 64( Ω) 13,1 ⇒ VR2 = VR = Chọn VR2 biến trở 220 (Ω) hiệu chỉnh lại cho thích hợp - Do Q6 làm việc chế độ A nên công suất tiêu tán chủ yếu công suất chiều P ttDC = VCE66 ICQ6 VCE6 = VCC - VVR2 - VBE/Q3- VBE/Q1 - VR1 = VCC VCC - VBE/Q3 - VBE/Q1 - VVR2 -VR1Q = 40 - 0,6 - 0,6 - 0,84 - 0,02 = 37,9 (V) → PttDC = VCE6.ICQ6 = 37,9 13,1 = 497 (mW) → Chọn Q6 thoả điều kiện: ⎧VCE > VCC = 80(V ) ⎪ ⎨IC > ICQ = 13,1( mA) ⎪ > ⎩ P PttDC ⇒ P > PttDC = 2.497 = 994( mW) ≈ 0,994( W) Sau Loại BJT P(W) 2SB546 25 tra cưu ta chọn → Chọn Q6 2SB546 VCE(V) IC(A) T(0C) fT(MHz) β 150 150 5.0 40÷200 VR6 = VCC - (VD4 +VD5) = 80 - 2.0,72 = 78,56 (V) IR6 = 13,1(mA) Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn → R6 = 78,56 = 6(KΩ ) , 13,1 → Chọn R6 = 5,7 (kΩ) Tính tầng vào ICQ5 = 13,1(mA) chọn hfe5 = 150 ⇒ IBQ5 = I CQ β = 13,1 = 0,09( mA) 150 Chọn ICQ7 >> IBQ5 để không ảnh hưởng đến VA ổn định điểm làm việc cho Q5 → Chọn ICQ7 = 10.IBQ5 = 10.0,09 = 10,9(mA) 4.1 Tính R9, R10, R11: R9 lớn tác dụng hồi tiếp âm dịng chiều lớn, điểm làm việc Q7 ổn định Điện áp chiều VR9 chọn: VR9 = ( → Chọn VR9= ÷ ) VA 10 10 VCC = 4(V) VA = 10 10 IR9 = ICQ7 ⇒ R9 = = 4,44( KΩ ) , 0,9 Chọn R9 = 4,4(kΩ) → VR9 ≈ 4(V) VR11 = VBE/Q5 + VR8 = 0,6 + = 2,6 (V) IR11 ≈ 0,9(mA) ⇒ R11 = V R 11 2,6 = 2,88(kΩ) = I R 11 0,9 Chọn R11 = 4,4 (kΩ) → VR11 ≈ 4(V) VR10 = VCC - VR9 - VCE/Q7 - VR11 * Để Q7 khuếch đại không bị méo biên độ điện áp đủ lớn → chọn Q7 hoạt động chế độ A, điểm tĩnh nằm đường tải động: ⇒ VCE/Q7 = VCC 80 = = 20 (V) 4 VR10 = 40 − −20 − = 12(V ) Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 12 = 13,4( KΩ) 0,9 R10 = Chọn R10 = 14,4 (kΩ) → VR10 ≈ 13(V) → VCE/Q7 = 19(V) 4.2 Tính Q7: Q7 làm việc chế độ A nên công suất tiêu tán công suất tiêu tán chiều Nên ta có: PttDC = VCEQ I CQ = 19.0,9 = 17 ,1( mW ) * Chọn Q7 thoả điều kiện: VCE > VCC = 40 (V) IC > ICQ7 = 0,9 (mA) P > PttDC , thường chọn P > PttDC= 2.117,1 = 34,2 (mW) Sau tra cưu ta chọn ⇒ Chọn Q7 2SA1015 Loại BJT 2SA1015 P(mW) 400 fT (MHz) 80 VCE (V) 50 IC (mA) 150 T(oC) 125 4.3 Tính R12, R13, R14: V E / Q = V A − V R = 40 − = 36 (V ) VR14 = VB / Q7 = VE / Q − VEB = 36 − 0,7 = 35,3(V ) I CQ = 0,9(mA ) 0,9 0,9 → I BQ7 = = = 3,75.10 −3 ( mA) h fe7 240 * Chọn IR14=10.IBQ7 = 10.3,75.10-3 (mA) = 375.10-3 (mA) → R14=VR 14 I R14 = 35,3 0,0375 = 941 (KΩ) →Chọn R14 = 900 (kΩ) Ta có Zin = R13 R14 = 200 (KΩ) R13 + R14 → 900 R13 − 200 R13 = 180000 ⇒ R13 = 180000 = 257,1( KΩ) 700 → Chọn R13 = 280 (kΩ) * VR12 = Vcc - VR13 - VR14 = 80 - (280 + 560).375.10-3 = 35,75 (V) → R12 = 35,75 VR12 = 953 (KΩ Ω) = I R12 = I R13 0,0375 Tính hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng vào β 240 Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 5.1 Hệ số khuếch đại điện áp Q5: B5 rbe5 rco5 rco6 ZinB3B4 r*be5 rco5 R8 r*be = rbe + (1 + h fe ).R8 = r be + (1 + 150) 153 VT 25 = 150 ≈ 290(Ω ) I CQ5 13,1 Với: r be = hfe ⎛ h fe R8 ⎞ ⎟⎟ Chọn r ce = 10 25 C ⎝ rbe + R8 ⎠ 150.153 rco = 104 (1 + 290 + 153 ) = 52,80.10 ≈ 530(KΩ ) rco = r ce ⎜⎜1 + ⎛ rco = r ce ⎜⎜1+ hfe VR ⎞ ⎟ Chọn r ce = 104 250C rd // R + rbe + VR ⎠⎟ ⎝ ⎛ V 25 V ⎞ Với r be = ⎜⎜ β6 T ⎟⎟ = 150 ≈ 286 (Ω) ; ( rd = T = 1,9Ω) 13 , I ID CQ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ 150.64 ⎟⎟ → r co = 104 ⎜⎜1 + ⎝ 3,8 // 5,7(K Ω ) + 286 + 64 ⎠ ⎛ ≈ 104 ⎜ 1+ ⎝ 150.64 ⎞ ⎟ = 281,3 (kΩ) 3,8 + 286 + 64 ⎠ * ZinB3B4 = ZL/Q =30,87(kΩ) → Zr/Q5 = ZinB3B4 // rco5 // rco6 ≈ 30,87 (kΩ) Vậy hệ số khuếch đại điện áp Q5 Zr Av5 = hfe β5 Q5 30,87 = 150 =190,5 24,15 r∗ be 5.2 Hệ số khuếch đại điện áp Q7: rco6 ZinB3B4 Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn B7 R14 R13 rbe7 rce7 R11 VR3 R10 ZV/Q5 R9 rbe = hfe V T = 250 25 = 6,94(kΩ ) 0,9 280.900 Zin = R13 // R14 = = 213,5 (kΩ) 280+ 900 I CQ7 * Khi chưa có hồi tiếp: ZinQ7 = (R13// R14 ) // rbe Vì (R13 // R14) >> rbe ⇒ ZinQ7 ≈ r be = 6,94 (kΩ) ZVQ5 = r be + (1 + hfe ).R8 = 290+(156).153≈24,15 (kΩ) ⇒ (R11// ZvQ ) + R10 = (4,4 // 24,15) + 14,4 ≈ 18,12 (kΩ) Vì rce >> 18,12 (kΩ) → ZrQ = 18,12 (kΩ) * Hệ số khuếch đại Q7 chưa có hồi tiếp: AV = hfe ZrQ 18,12 = 250 ≈ 653 6,94 ZinQ * Hệ số khuếch đại điện áp Q1, Q2, Q3, Q4 Do hai cặp Q1, Q2 Q3, Q4 mắc theo kiểu C - C → AVQ 1−3 = 1; AVQ 2− = * Hệ số khuếch đại vịng hở tồn mạch Av = AV AV AV 1−3 AV 2−4 = 653.190,5 = 12396 * Hệ số khuếch đại có hồi tiếp Avht = VR VR + R9 * Hệ số khuếch đại mạch 31 AV V V = L = LP = = 43,8 + Av Avht Vin 2Vin 0,5 V R3 = 0,022 ⇒ V R3 = 0,022.V R3 + 0,022R9 ⇒ Avht = 0,022 ⇒ V R3 + R A’v = Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn → VR = 99 (Ω) → chọn VR biến trở 470 (Ω Ω),Rồi hiệu chỉnh lại cho thích hợp * Trở kháng vào mạch: Khi chưa có hồi tiếp, trở kháng vào mạch trở kháng vào Q7: Zv = R13 // R14 // rbe R13 // R14 >> rbe ⇒ Zv ≈ rbe Khi có hồi tiếp, trở kháng vào tăng (1 + K.Kht ) lần → Z’v = r be (1 + K.Kht) với Kht = V R3 VR3 + R9 = 99 = 0,022 99 + 4400 → Z’v = 6,94 (1 + 2736,71) = 18,99(MΩ) >> rbe Mạch bảo vệ tải 6.1 Trường hợp tải: Mạch tải Vin > 500(mV) → VLP > 31 (V) * Trường hợp tải lớn Q1, Q2 xấp xĩ dẫn bão hoà V CC 80 = = 40 (V) 2 40 V Dòng đỉnh qua tải: I’LP = LP = = (A) RL → VA = VLP = Công suất loa: P L = I 2L R L = RL ILP = RL 402 VLP V2 = LP = = 100 (W) 2.8 RL R L Công suất nguồn cung cấp: P CC = VCC Itb = 60 I '2 LP = 80 = 127,3 (W) π π Công suất tiêu tán điện trở R1, R2 P R1 = PR2 = R2 52 I 'LP =0,4 =1,25 (W) 8 * Do R1, R2 0,4 Ω/3W → R1, R2 không bị đánh thủng * Công suất tiêu tán BJT Q1,Q2 : 2PC = PCC - PR1 - PR2 - PL = 127,3-2.1,25-100 = 24,8 (W) → PC = 24,8 =12,4(W) < 150(W) → Q1,Q2 hoạt động bình thường 6.2 Trường hợp ngắn mạch tải: Khi ngắn mạch tải: R1, R2 tải mạch Trường hợp nặng máy làm việc bình thường ngắn mạch tải, áp xoay chiều cực đại đặt lên R1, R2 Dòng qua R1, R2 là: Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn IR1 = IR2 = VLP 31 = 38,75 (A) = R1 2.0,4 * Công suất tiêu tán R1, R2 2 P R1 = PR2 = I R1.R1 = (38,75) 0,4 = 600,62 (W) * Công suất nguồn cung cấp: P CC = VCC.Itb = VCC I LP π = VCC VLP 80.31 ≈ 1975 (W) = π R1 π.0,4 * Công suất BJT Q1 PC = PCC − PR1 − PR 1975 − 600,62.2 = =386,88(W) > 150(W) 2 → Các BJT Q1 Q2 bị đánh thủng → PR1 = PR2 = 600,62 (W) → R1, R2 bị đánh thủng 6.3 Tính mạch bảo vệ Q8, Q9: Bình thường, mạch bảo vệ Q8, Q9 ngắt mạch khuếch đại công suất làm việc, không ảnh hưởng đến hoạt động mạch Khi ngắn mạch, dòng qua R1, R2 tăng làm Q8, Q9 dẫn, dòng ICQ8, ICQ9 tăng → IB3, IB4 giảm, Dòng đỉnh qua Q1, Q2 3,92(A) → chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động: I'E1P = 3,92 + 10%.3,92 → I'E1P = 4,31 (A) V'R1 = R1.I'E1P = 0,4.4,31 = 1,72 (V) * Chọn ICQ8 = ICQ9 = 1mA VCE8 = VBE3 + VBE1 + V’R1 = 0,6 +0,6 +1.72 = 2,92 (V) P ttDC = VCE8.IC8 = 2,92.1 = 2,92 (mW) * Chọn Q8, Q9 thoả: VCE > 2.VCE8 = 2.2,92(V ) = 5,84(V ) IC > ICQ8 = 1(mA) P > PttDC ⇒ P > PttDC = 2.2,92 = 5,84( mW) Sau tra cưu ta chọn ⇒ Chọn Q8:2SC458,Q9:2SA1029 Tên Loại BJT P(mW) fT(MHz) T(oC) Q8 2SC458 200 230 150 Q9 2SA1029 200 230 150 IBQ8 = I CQ8 β = VCE(V) 30 30 IC(mA) 100 100 = 0,01 (mA) 100 * Chọn IR15 >> IBQ8 → IR15 = 15.IBQ8 = 15.0,01= 0,15 (mA) * Ở chế độ làm việc bình thường VLP = 31(V); VR1P = 1,55(V) * Để Q8, Q9 ngắt mạch tốt→ Chọn VBEQ8 = VBEQ9 = 0,4 (V) R15 + R17 = VR1P/IR15 = 1,55/0,15 = 10,3 (kΩ) R17 = VBEQ8/IR15 = 0,4/0,15 = 2,67 (kΩ), chọn R17 = 2,7 (kΩ) β 100÷500 100÷500 Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn → R15 = 10,3 - 2,7 = 7,6 (kΩ) Chọn R15 = 7,6 (kΩ Ω) • Chọn R15= R16 = 4,3 (kΩ); • R17= R18 = 2,7 (kΩ) Q8, Q9 dẫn bão hoà VBE8 = VBE9 = 0,7 (V) VR1P = VBE8 ( R15 + R17 ) 0,7.(2,67 + 7,6) = 2,69 (V) = 2,67 R17 IR1= VR1P = 2,69 = 6,72( A) 0,4 R1 → Khi dịng tăng lên 6,72 (A) mạch bảo vệ làm việc Tính tụ - Tụ C1 tụ liên lạc với ngõ vào Để tín hiệu không bị giữ lại tụ → Chọn Xc1 = 1 Z = 213,5 = 10,67( KΩ ) 20 in 20 Do tần số âm mà cho qua 30Hz ÷ 15kHz nên tần số cắt lọc phải nhỏ 30Hz → Chọn tần số cắt lọc 30Hz X C1 = 1 = 10,67.10 3( Ω) ⇒ C1 = = = 0,49.10− (F ) = 0,5(μF ) 2πf C 2π fX C1 2π 30.10,67.103 → Chọn C1 = 0,5 μF - Tụ C2 R12 tạo thành mạch lọc nguồn, khử ghép kí sinh tầng ra, tầng lái tầng vào đơn, ổn định chế độ làm việc mạch, chống dao động tự kích Chọn Xc2 = Xc2 = 1 R12 = 953(KΩ ) = 95,3(KΩ ) 10 10 1 ⇒ C2 = = 0,056( μF ) 2πf C 2π 30.95,3.103 → Chọn C2 = 0,1 (μF) -Tụ C3 cắt thành phần AC cho cầu hồi tiếp VR3, R9 Chọn C3 cho tỉ số hồi tiếp phụ thuộc vào VR3, R9 sụt áp AC C3 nhỏ nhiều so với VR3 * Chọn XC3= * XC3= 2π f C 1 VR = 99 = 9,9(Ω ) 10 10 1 ⇒ C3 = = = 5,35.10 − ( F ) = 536( mF ) 2π fX C3 2π 30.9,9 * Chọn C3 = 510(μF) - Tụ CL tụ liên lạc Để tín hiệu khơng bị giữ lại CL tần số thấp Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 1 R = = 2(Ω ) L 1 XCL= → CL = = = 2,65.10 − ( F ) 2πf CL 2πf X CL 2π 30.2 → Chọn XCL= * Chọn CL=2600(μF) Mạch cân trở kháng loa Loa có cấu tạo cuộn dây đồng mảnh nên trở kháng loa ZL=RL+jωL Trở kháng loa phụ thuộc tần số Ở tần số cao, trở kháng loa lớn nên dể phát sinh dao động Để khắc phục, ta mắc thêm mạch Zobel gồm R20 C4 song song với loa Thành phần tín hiệu có tần số cao qua tụ C4 xuống mass Ở tần số cao, XL tăng XC4 giảm nên RL không đổi ZL= (R20+ ) // (RL+jωL) j ωC4 RL L )(RL + jω L ) R 20 R L + j ωL.R 20 + + j ωC jω C C = 1 R 20 + R L + + + R L + j ωL jω C jωC + jωL ( R 20 + = R 20 Để ZL không phụ thuộc vào tần số → ZL= RL ⇒ R20.RL+jωL.R20 ⇒ + RL L R + = R20 R L + R 2L + L + j ωL R L jωc4 C4 jωc L L = R 2L → C4 = RL C4 jωL R20 =jωL.RL ⇒ R20 = RL = Vì L loa thường nhỏ, cỡ ≈ 0,1 μH −6 ⇒ C4 = 0,1.10 = 1,56.10−9 (F ) Chọn C4 = 1,3 (nF) 64 Ở tần số cao, tụ ngắn mạch, công suất R20 lớn không cần công suất chịu đựng R20 lớn có xung hẹp, bên độ nhỏ Do tần số cao, tụ ngắn mạch, nên người ta thường chọn R20 lớn RL → trở kháng tải khơng đổi, chọn R20 = 8,4 (Ω) Kiểm tra độ méo phi tuyến Trong mạch BJT làm việc chế độ A, có Q1, Q2 làm việc chế độ AB nên méo phi tuyến mạch chủ yếu Q1, Q2 định Khi tín hiệu vào hình sin Vin= 500(mV) Lúc áp đặt lên tiếp giáp BE Q1: v BE1(t) = VBE1Q + VBE1m Sim ωt Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Với VBE1Q = 0,4 (V) VBE1m= VBE1P - VBE1Q = 0,8 - 0,4 = 0,4 (V) vBE Dòng IC Q1, Q2: IC = ICo e V ICO dòng rò T Khai triển biểu thức IC dạng chuổi Taylor: x x + + 2! 3! 2 V BE Q ωt sin ωt V BE V m sin ⇒ I C = I Co (1+ BE 1m + + ) 2.V T VT VT ex = + Do méo phi tuyến chủ yếu thành phần hài bậc hai gây Loại bỏ − cos 2ωt hài bậc cao thay sim2ωt = 2 VB E 1m sin ωt V BE2 1m VBE V BE1 Q 1m cos 2ω t (1 + → I C = I Co + − ) 4V T 4V T2 VT VT Theo định nghĩa méo phi tuyến m γ= ∑I im đó: I1m: thành phần dòng i =1 I1 m Iim: thành phần hài * Méo phi tuyến chủ yếu thành phần hài bậc hai gây → γ / = I 2m I1m = VBE 1m V V T = BE 1m 4VT2 V BE m 4.VT * Khi chưa có hồi tiếp: γ = γ′ = VBÉm 4VT = ,4 =4 4.25.10 −3 * Khi có hồi tiếp: γ= γ/ (1 + g RL ) K : Trong đó: K độ sâu hồi tiếp AV 124396 = ≈ 2808 44,3 AV′ hfe1 IE Q = = VT VT h fe1 IE 1Q K = (1 + AV Aht ) = g= ⇒g= h fe1 rbe1 50 =2⇒γ = = 0,0750 < 0,30% 25 (1 + 2.8).2808 → thoả mản yêu cầu thiết kế Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 10 Tính tốn tản nhiệt cho BJT cơng suất Khi chuyển thành cơng có ích, phần cơng suất làm nóng BJT cơng suất Nếu nhiệt độ tăng lên nhiệt độ cho phép BJT dễ bị hỏng Giả sử nhiệt độ môi trường xung quanh (bình thường loa) 500C Nhiệt độ toàn phần: K= T j max − Tmt 1500 C − 50o C = = 4oC/W 25( W) PttΣQ1 P tt∑Q1 = 21,29(W) → Lấy P∑ = 25 (W) Nhiệt trở K có cánh tản nhiệt K = Kcm + Kvc + Ktv Kcm : nhiệt trở từ cánh đến môi trường Kvc: nhiệt trở từ vỏ đến cánh Ktv: nhiệt trở từ tiếp giáp đến vỏ K tv = 150 c =1 w 150 Chọn miếng đệm mica dày 0,4 mm.có kvc=2°c⁄w Ptt= Ttg − Tmt Ttg − Tmt 150 − 50 − − = 10 c ⇒ K cm = − Ktv − Kvc = w 25 K tv + K vc + K cm Ptt Chọn cánh tản nhiệt có hình vng có diện tích cánh tản nhiệt sau S= 1000 = 1000 cm Ta nhận thấy diện tích bị kồng kềnh ta phải dùng cánh tản nhiệt gồm nhiều cánh xác định sau Ttb=Ptt.Kcm=25.1=25°c Dựa vào đặc tuyến Kcm L ta xác định sau 0C Kcm = W ⇒ L = 130 mm Số cánh n n= 130 + 0,4 130 + 0,15.25 = 14,81 20 Vậy ta chọn phiến tản nhiệt có n =15 cánh Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn L =130mm .. .Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Tác dụng cuả linh kiện: Q1, Q3 Q2, Q4: cặp BJT ghép Dalington khếch đại công suất Q5: BJT khuếch đại thúc Q7: BJT khuếch đại đầu vào Q6, VR2, D4,... vào C2: Tụ liên lac ngõ R20, C4: Thành phần cân trở kháng loa tần số cao Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn Tính tốn tầng nguồn 1.1 Biên độ tín hiệu loa: Tín hiệu vào mạch khuếch đại có dạng: v= V.sinωt... VR12 = 953 (KΩ Ω) = I R12 = I R13 0,0375 Tính hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng vào β 240 Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn 5.1 Hệ số khuếch đại điện áp Q5: B5 rbe5 rco5 rco6 ZinB3B4 r*be5 rco5