ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ pptx

Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 1 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ ỏn mụn hc - K thut mch in t 1 Trang 2 Nguyn Minh Hin Lp 00T2 Lý Thuyt A.Transistor lng cc. I./ Cu to v cỏch mc: 1./ Cu to: Transistor cú cu to gm cỏc min bỏn dn p va n xen k nhau,tựy thuc vo trỡnh t sp xp cỏc min p va n ma ta cú cỏc loi pnp hay npn. Transistor loaỷi NPN C N P N B E Mọ hỗnh lyù thuyóỳt Kyù hióỷu trón maỷch Transistor loaỷi PNP C P N P B E Mọ hỗnh lyù thuyóỳt Kyù hióỷu trón maỷch min Emitter cú nng tp cht ln nht. min Bazo cú nng tp cht nh nht. min Colector cú nng tp cht trung bỡnh. cỏc cỏch mc Transistor:cú 3 cỏch mc Transistor thụng dng. EC Emiter chung. i c i b C B U out U in i e E BC Bazo chung. i e i c U in E C B i b U out CC Colector chung. i e Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 3 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 E I b B U out U in C i c Trong 3 cách mắc trên thi cách mắc EC là thông dụng nhất. 2/Các chế đọ làm việc: Để Transistor làm việc được ta phải phân cực cho nó ứng với mỗi cách phân cực mà ta có các chế độ làm việc khác nhau: •chế độ bão hòa:các tiếp giáp J e và J c phân cực thuận. •chế độ khuếch đại:tiếp giáp J e phân cực thuận, tiếp giáp J c phân cực ngược. •chế độ ngưng dẫn: các tiếp giáp J e và J c phân cực ngược. III/Các đặc tuyến tĩnh: 1.Cách mắc EC: đặc tuyến ngõ vào: I b =f(U be ) biểu diễn sự phụ thuộc của dòng chạy qua cực nền theo điện áp cực nền khi cực thu xác định. đặc tuyến ngõ ra: I c =f(U ce )  biểu diễn mối quan hệ giũa dòng cực thu với áp rơi trên cực thu khi dòng nền không đổi. Đặc tuyến truyền đạt: I c =f(I b ) biểu diển sự phụ thuộc của dòng ra theo dòng vào. Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 4 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 2.cách mắc BC: đặc tuyến ngõ vào: I e =f(U be ) biểu diễn quan hệ giữa dòng I e và áp vào U be khi U cb không đổi. đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn quan hệ giữa dòng I c và áp giữ cực thu với cực nền khi dòng I e xác định. 3.cách mắc CC: đặc tuyến ngõ vào:biểu diễn quan hệ giữa I b và U cb khi U cc là hằng số. đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn mối quan hệ giữa I e và điện áp U ce khi có dòng vào I b không đổi. IV./phân cực và ổn định điểm làm việc: ٭Việc phân cực cho Transistor làm việc ở chế độ khuyếch đại phải bảo đảm các yêu cầu sau: • Tiếp giáp J e phân cực thuận, tiếp giáp J c phân cực ngược. •Dòng i c phải lớn hơn rất nhiều dòng ngược i ce0 . • Phải đảm bảo các yêu cầu về công suất nhiệt độ. ٭Đường tải tĩnh và điểm công tác tĩnh: • Đường t ải tĩnh được vẽ trên đặc tuyến của Transistor để nghiên cứu dòng điện và điện áp mắc trong mạch cụ thể nào đó. Điểm công tác tĩnh là điểm nằm trên đường tãi tĩnh xác định điều kiện phân cực cho Transistor. • Chế độ tĩnh của Transistor mắc kiểu EC được xác định bởi bốn tham số I b ,I c ,U be ,U ce trong đó thường cho trước một tham số, ba tham số còn lại sẽ được xác định thông qua đặc tuyến vào và ra của Transistor. Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 5 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 ٠Họ đặc tuyến vào:I b =f(U be ) khi U ce =const Họ đặc tuyến ra:I c =f(U ce ) khi I b =const  Quan hệ ràng buộc đó được bởi đường tãi tĩnh I c =f(U ce ) Xét mạch sau: I C (R C +R E )=2V CC cc-V CE  I C = EC CC RR V  2 - EC CE RR V  Đường tải tĩnh có độ dốc: CE c v i d d = - EC RR  1 như vậy khi thây đổi giá trị các điện trở thì đường tải tĩnh xoay xung quanh điểm P, còn khi điện áp nguồn thay đổi thì đường tải tĩnhdịch trái hoặc dịch phải. Điểm làm việc tĩnh đó là giao điểm của đường tải tĩnh và đặc tuyến ra ứng với dòng bảo hòa Ib phân cực cho Transistor. +Các biện pháp ổn định điểm làm việc tĩnh: ổn định dòng I c là tốt nhất. +Hiện trôi điểm làm việc: Đặc tính của Transistorlàm việc trong miền tích cực được đặc trưng bởi ba tham số U be ,I cb0 ,  . Sự thay đổi ba tham số này là ngyên nhân dẫn đến làm trôi điểm làm việc tĩnh. Như vậy hiện trôi điểm làm việc tĩnh là sự thay đổi điểm làm việc ban đầu đã được phân cực do ảnh hưởng của nhiệt độ. +Hệ số ổn định nhiệt: Khi nhiệt độ thay đổi thì U be ,I cb0 ,  , thay đổi theo nhưng dòng I cb0 là thay đổi nhiều nhất với Transistor Si nên ta có thể bỏ qua sự thay đổi của U be ,  . Để xét tính ổn định nhiệt của một mạch khi nhiệt độ thay đổi ta dùng hệ số ổn định nhiệt S T = CBO C I I   = C B I I       1 1 S càng nhỏ thì Transistor càng ổn định nhiệt. Để điểm làm việc tĩnh được ổn định thì khi phân cực phải giảm ảnh hưởng của nhiệt độ. Có các phân cực sau: V./Các Sơ Đồ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc Cho BJT. 1./ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc B ằng H ồi Tiếp Âm Dòng Điện Một Chiều: Sau đây là sơ đồ tiêu biểu cho Emiter chung Xét sơ đồ EC: Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 6 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 I b1 =I b +I b2  I b2 U be =U b +U e = 21 2 RR RV CC   -I E  R E Tính toán sao cho U be >>V  làm cho tiếp giáp BE phân cực thuận. Nguyên tắc ổn định: Khi I c tăng do nhiệt độ mặt ghép tăng hoặc do nồng độ tạp chất trong BJT tăng, thì điện áp hạ trên R E : U E0 = I E  R E tăng. Điện áp cực B tăng theo bộ phân áp R 1 ,R 2 hầu như không thay đổi nên điện áp giữa Bazo và Emiter giảm do U be  =U b -U e làm cho I b giảm theo mà I c =   I b , nên I c cũng giảm kéo dòng I c về giá trị ban đầu. Ngược lại, khi I c giảm thì U be tăng I b tăng làm cho I c tăng theo kéo dòng I c về giá trị ban đầu. Trong sơ đồ này, R E làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dòng điện một chiều để ổn định điểm làm việc tĩnh. Để tránh hồi tiếp âm dòng tín hiệu trên R E làm giảm hệ số khuyếch đại của mạch, ta mắc song song với điện trở R E một tụ thoát xoay chiều C E . Tụ C E có tác dụng ngắn mạch đối với tín hiệu xoay chiều. Thường chọn I E  R E =(1  2)V. Hệ số ổn định nhiệt: S T = C B I I       1 1 =1+  2./ Cung Cấp Và Ổn Định Điểm Làm Việc Bằng Hồi Tiếp Điện Áp. R b vừa là điện trở phân cực vừa là điện trở hồi tiếp Chọn R b thích hợp để BJT làm việc ở chế độ khuyếch đại Ta c ó U cc =(I b +I c )R c +U be +I b R b =I b (R b +R c )+I c R c +U be  I b = bc CC RR IR   + bc BECC RR UU   C B I I   = C B dI dI = bc C RR R   Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 7 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 Suy ra hệ số ổ định nhiệt: S T = BC C RR R      1 1 Nếu chọn R c >> R b thi S t 1 Nhưng R c là điện trở tải không được quá lớn. B./ Khuyếch đại tín hiệu bé. Transistor có ba cách mắc EC, BC, CC. Sau đây dùng sơ đồ tương đương để phân tích các mạch tín hiệu bé. 1./ Sơ đồ EC: a./ Trở kháng vào của BJT và mạch khuyếch đại. Trở kháng vào của BJT:r v =r be +(1+  )R e Trở kháng vào của mạch khuyếch đại:R v =R n +R b //r v ; với R b =R 1 //R 2 b./ Hệ số khuyếch đại dòng của mạch: K i =i t /i v =  tc c RR R  . beb b RR R  c./ Hệ số khuyếch đại áp: K u = v r U U = K i v R R 1 = vbn tc rRR RR // //  Mạch khuyếch đại này tín hiệu vào và ra ngược pha nhau. 2./ Mạch khuyếch đại BC: a./ Trở kháng vào của mạch khuyếch đại. R v = R n + r eb = R n + r e +r b /(1+  ) : nhỏ b./ Hệ số khuyếch đại dòng của mạch: K i = I t /I v =  tc c RR R  <1 c./ Hệ số khuyếch đại áp: K u = U r /U v = K i v t r R =  v tc r RR // Tín hiệu vào và ra đồng pha. Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 8 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 3./Mạch khuyếch đại CC: a./ Trở kháng vào : R v = R 1 //R 2 //r v với r v =r b +(1+  ) (r e +R E //R T ) b./ Hệ số khuyếch đại dòng của mạch: K i = I t /I v =(1+  ) )( tev EV RRr RR  c./ Hệ số khuyếch đại áp: K u = U r /U v = K i nV t RR R  =(1+  ) )( )//( Vnv tEV RRr RRR  <1 Trong ba mạch thì mạch này có trở kháng vào lớn nhất. Tín hiệu vào và ra đồng pha. C./ Hồi tiếp. I./ Định nghĩa và phân loại: Hồi tiếp là đưa một phần tín hiệu ở đầu ra về đầu vào thông qua mạng bốn cực gọi là hồi tiếp. Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong kỷ thuật tương tự, cho phép cải thiện các đặc tính của mạch Khuyếch đại. +Có các loại hồi tiếp sau: Hồi tiếp âm là tín hiệu hồi tiếp đưa về ngược pha với tín hiệu vào. Hồi tiếp dương là tín hiệu hồi tiếp đưa về cùng pha với tín hiệu vào. Hồi tiếp điện áp là tín hiệu đưa về tỷ lệ với điện áp. Hồi tiếp dòng điện là tín hiệu đưa về tỷ lệ với dòng điện. Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 9 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 Hồi tiếp DC. Hồi tiếp AC. Hồi tiếp nối tiếp là tín hiệu đưa về nối tiếp với tín hiệu vào. Hồi tiếp song song là tín hiệu đưa về song song với tín hiệu vào. II./ Hồi tiếp âm: Sơ đồ mạch: Các phương trình của mạng bốn cực hồi tiếp âm: Hệ số Khuyếch đại của mạch có hồi tiếp âm là: K'= V R X X = ht KK K 1 Hệ số Khuyếch đại toàn phần: K tp =K' K n Độ sau hồi tiếp: g=1+K K ht =1+ K v K v =K K ht :hệ số Khuyếch đại vòng. III./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuyếch đại 1./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến độ ổn định của bộ khuyếch đại Sai số tương đối của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm nhỏ hơn (1+KK ht ) lần so với sai số tương đối của hệ số khuyếch đại khi không có hồi tiếp âm. 2./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đén điện trở vào: Sự thay đổi của trở kháng vào chỉ phụ thuộc vào cách mắc mạch hồi tiếp ở đầu vào mà không phụ thuộc vào cách lấy tín hiệu ở đầu ra đưa về mạch hồi tiếp. +Trở kháng vào của bộ Khuyếch đạicó hồi tiếp âm nối tiếp: Khi không có hồi tiếp: K ht X r =0 Z v = U v /I v =r h +R rht Khi có hồi tiếp: Z' v = U v /I v = V rhth I XKUU   ' = V hth I UKKU ')1(   Z' v =(1+KK ht )r h +R rht =gr h +R rht nếu R rht << r h thì : Z' v =gZ v Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 10 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 Vậy trở kháng vào của mạch có hồi tiếp âm nối tiếp tăng lên g lần +Trở kháng vào của bộ Khuyếch đạicó hồi tiếp âm song song: Khi không có hồi tiếp: : Y v = V V U I =1/r h +1/r rht Khi có hồi tiếp Y' v = V V U I =g/r h +1/r rht v ới r rht >> r h suy ra Z' v =Z v /g Vậy trở kháng vào của mạch có hồi tiếp âm nối tiếp giảm đi g lần. 3./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng ra: +Tương tự trở kháng ra của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm dòng điện tăng g lần. +Trở kháng ra của bộ khuyếch đại có hồi tiếp điện áp giảm đi g lần so với bộ khuyếch đại không có hồi tiếp. 4./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến dãi động của bộ khuyếch đại và méo phi tuyến. Hồi tiếp âm mở rộng dãi rộng: Khi không có hồi tiếp âm toàn bộ tín hiệu đưa vào đến đầu vào bộ khuyếch đại X h =X v Khi có hồi tiếp âm chỉ có một phần tín hiệu đưa đến bộ khuyếch đại X h = X v -K ht X r  X h = X v /g. Vì tín hiệu vào của bộ khuyếch đại có hồi tiếp âm nhỏ hơn tín hiệu vào của bộ khuyếch đại không có hồi tiếp g lần nên méo phi tuyến do độ cong của đặc tuyến truyền đạt của bộ khuyếch đại cũng giảm đi bấy nhiêu lần. Hồi tiếp âm nâng cao tính chân thực và độ nhạy bộ khuyếch đại. 5./ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tạp âm: Giả sử âm ngoài đưa vào giữa hai tầng khuyếch đại X r = K 2 [ X ta +K 1 ( X th +K ht X r )]  X r = ht KKK KK 21 12 1 X th + ht KKK K 21 2 1 X ta Ta có : rta rth X X =K 1 ta th X X Tỷ số tín hiệu ra trên tạp âm ở đầu ra càng lớn khi K1 càng lớn và chỉ có thể tạp âm xuất hiện sau lần thứ nhất. 6./ Ảnh hưởng của hòi tiếp âm đến đặc tính động của bộ khuyếch đại: Hồi tiếp âm làm giảm tần số giới hạn dưới xuống g lần và làm tăng tần số giới hạn trên lên g lần. D./ Sơ lược về các mạch khuếch đại công suất. Mạch khuyếch đại công suất dùng mạch đèn điện tử hiện tại đã trở nên lỗi thời vì bên cạnh cho công suất lớn, lại có những nhược điểm như:cồng kềnh, tuổi thọ thấp,hiệu suất kém. Vì vậy ta chỉ xét đến các mạch khuyếch đạicông suất dùng Transistor, tùy thuộc cách đưa tín hiệu ra loa, người ta phân thành các loại sau đây: I./ Tầng khuếch đại công suất: 1./ Những vấn đề chung về tầng Khuyếch đạicông suất: Tầng khuyếch đại công suất có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích thích cho tải công suất ra của nó cở vài phần mười W đến lớn hơn 100 W. Công suất này được đưa đến tầng sau dưới dạng dòng điện hay điện áp có biên độ lớn. Khi khuyếch đại tín hiệu lớn, các BJT không làm việc trong miền tuyến tính nữa do đó không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để phân tích mà phải dùng phương pháp đồ thị. 2./ Các tham số của tầng Khuyếch đạicông suất: Hệ số khuyếch đại công suất : Kp là tỷ số giữa công suất ra và công suất vào. Hiệu suất : hiệu suất là tỷ số giữa công suất ra và công suất nguồn cung cấp một chiều P o [...]... R1,R2 Dòng qua R1: Công suất tiêu tán trên R1,R2: Công suất nguồn cung cấp: Công suất tiêu tán trên hai BJT công suất: Công suất tiêu tán trên mỗi BJT công suất: Trong trường hợp này hai BJT công suất bị đánh thủng Ta có: Hai điện trở công suất R1,R2 bị hỏng Đối với trường hợp này cần phải có mạch bảo vệ c.Tính mạch bảo vệ: Hoạt động của mạch bảo vệ: Bình thường khi mạch khuếch đại công suất làm việc... của mạch. Khi xảy ra ngắn mạch dòng qua Q1,Q2 lớn sẽ đánh thủng BJT công suất và điện trở R1,R2.Vì vậy khi dòng qua lớn thì sẽ kích cho mạch bảo vệ làm việc ,mạch này sẽ hút dòng làm cho dòng qua các BJT công suất nhỏ,do đó các BJT công suất không bị đánh thủng Dòng đỉnh qua Q1,Q2: Chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động là: Lúc đó sụt áp trên R1 là: Chọn dòng tĩnh qua Q8,Q9: Ta có: Công suất tiêu tán trên... cho toàn mạch C 5 Thoát thành phần xoay chiều không cho thành phần xoay chiều hồi tiếp Q7 là BJT tiền khuếch đại C1 là tụ liên lạc ngõ vào R15 , C 3 mạch lọc thông thấp loại bỏ tần số cao trong nguồn cung cấp tránh hiện tượng dao động tự kích trong mạch R16 ,C 4 là mạch lọc thông thấp R13 , R14 là cầu phân áp phân cực cho Q7 R11 , R12 là tải của Q7 đồng thời là cầu phân áp cho Q6 C 2 , R6 mạch lọc... Công suất tiêu tán trên 2 BJT Q1,Q2: Công suất tiêu tán trên mỗi BJT: Ta có: Nghĩa là trong trường hợp này 2 BJT công suất vẫn làm việc an toàn Ta có công suất tiêu tán trên R1: Hai điện trở R1,R2 vẫn không bị hỏng Nguyn Minh Hin Lp 00T2 ỏn mụn hc - K thut mch in t 1 Trang 30 b.Trường hợp ngắn mạch tải: Xem như loa bị lấy ra khỏi mạch lúc này R1,R2 là tải của Q1,Q2.Trường hợp tồi nhất điện áp trên loa... trở K tổng cộng khi có cánh tỏa nhiệt:K= Trong đó: :Nhiệt trở từ vỏ đến cánh :Nhiệt trở từ tiếp giáp đến vỏ :Nhiệt trở từ cánh đến môi trường Ktv= Chọn Ktv=2 Kcv Chọn cánh tỏa nhiệt có dạng hình vuông có diện tích là: Nguyn Minh Hin Lp 00T2 ỏn mụn hc - K thut mch in t 1 Trang 32 S= Chiều dài: L= Bề dày: Số cánh tối thiểu cần dùng: n= với Chọn n=12 Vởy ta lấy số cánh là: 12 cánh Nguyn Minh Hin Lp 00T2... THIếT Kế Và TíNH TOáN CHI TIếT Yêu cầu: Công suất P=55W Trở kháng vào Z v =500K Trở kháng loa R L =8 Tín hiệu vào V in =775mV Hệ số méo =0.25% BW 0.04KHz 16KHz Mạch OCL ngõ vào đơn Nguyn Minh Hin Lp 00T2 ỏn mụn hc - K thut mch in t 1 Trang 22 Tác Dụng Của Các Linh Kiện Trong Mạch Q1 , Q2 , Q3 , Q4 là tổ hợp các BJT mắc theo kiểu Darlington dùng cho tầng khuếch đại đẩy kéo R1 , R2 là điện trở ổn định... chiều hồi tiếp Chọn XC5= Chọn C5=400 VIII.Tính mạch ZOBEL: Cờu tạo của loa gồm một cuộn cảm và một điện trở có ZL= như vậy trở kháng của loa phụ thuộc vào tần số.Khi tần số càng cao trở kháng của loa càng lớn dẫn đến gây méo tín hiệu.Chính vì vậy ta phải mắc thêm tụ điện C2 và điện trở R6 sao cho trở kháng loa không phụ thuộc vào tần số Khi tần số tăng thì XL tăng,XC giảm ,ZL vẫn không đổi Ta có: Đẻ... mụn hc - K thut mch in t 1 Trang 29 Trở kháng vào của Q6: Rv6= =268+(1+150)150=22.9K HHệ số khuếch đại áp của tầng thúc: A6= b.Sơ đồ tương đương từ tầng vào đến tầng thúc Tính R10: Hệ số khuếch đại của mạch khi chưa có hồi tiếp: K= Hệ số khuếch đại của mạch khi có hồi tiếp: : Hệ số khuếch đại hồi tiếp là: Ta chọn R10=100 Ta có: Trở kháng tải của Q7: Trở kháng vào của tầng thúc khi chưa có hồi tiếp:... độ A nên công suất tiêu tán của nó phần lớn là công suất tiêu tán một chiều Ptt7= Ta chọn Q7 thõa các yêu cầu sau: Ic>2Ic7=1.45mA Vce>2Vcc=80V P>(2_3)Ptt7 Loại BJT P(W) FT(MHz) 2SA879 750mW 70 TC 120 VCE(V) 200 Ic(A) 100mA B 150 3.Tính hệ số khuếch đại áp và trở kháng vào: a.Sơ đồ tương đương từ tầng thúc đến tầng ra: Ta có: rbe6= Do nguồn dòng có nội trở quá lớn nên trở kháng tải của Q6 là ZtQ6=37.9K... dòng R3 , R4 là điện trở rẽ dòng nhiệt tránh tiếng ù ở loa khi chưa có tín hiệu vào Q6 là BJT khuếch đại thúc R8 là điện trở hồi tiếp âm ổn định nhiệt D1 , D2 , D3 , VR 2 là thành phần phân cực cho tầng công suất làm việc ở chế độ AB Q5 , VR1 , D4 , D5 là nguồn dòng để nâng cao trở kháng ra của tầng khuếch đại thúc nhằm mục đích nâng hệ số khuếch đại của tầng thúc R9 , VR10 hồi tiếp điện áp,định hệ . Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1 Trang 1 Nguyễn Minh Hiển Lớp 00ĐT2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ . tiếp điện áp là tín hiệu đưa về tỷ lệ với điện áp. Hồi tiếp dòng điện là tín hiệu đưa về tỷ lệ với dòng điện. Đồ án môn học - Kỷ thuật mạch điện tử 1