(TIỂU LUẬN) đồ án điện tử đề tài thiết kế mạch OTL ngõ vào đơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -    - ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế mạch OTL ngõ vào đơn Giảng viên: Huỳnh Thanh Tùng STT Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên MSSV Lê Tuấn Anh 106180064 Đỗ Thành Đạt 106180071 Lê Hải Đăng Lâm 106180089 Đà Nẵng, năm 2021 Lớp 18DT2 18DT2 18DT2 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn Yêu cầu:         Công suất 15 W Kiểu ngõ vào đơn Kiểu mạch OTL Trở kháng vào 200 KΩ Tải loa Ω Méo phi tuyến 0.2 % Vin = 0,7 V F min/max = 50 – 15000Hz  STT Bảng đánh giá tiến độ: Ngày Nội dung 24/02/2021 Giao đề tài 07/04/2021 Tính Tốn lý thuyết 14/04/2021 Mơ 21/04/2021 Thi cơng 01/08/2021 Hoàn thiện Báo cáo Mạch Đánh giá GVHD Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn Mục Lục A Lý thuyế t: Chương 1: Khuếch đại tín hiệu nhỏ I Phân cực BJT II Các cách mắc BJT Chương 2: Hồi tiếp 11 I Khái niệm: 11 II Phân loại: 11 III Lưu đồ chuẩn khuếch đại có hồi tiếp 11 IV Tác dụng hồi tiếp lên mạch khuếch đại 12 V Ứng dụng hồi tiếp mạch khuếch đại 12 Chương : Khuếch đại công suất 14 I Chế độ A: 14 II Chế độ B: 16 III Chế độ AB: 18 IV Mạch khuếch đại công suất OTL 19 B Tính toán ma ̣ch: 22 Tính tốn phần nguồn : 22 Tính chọn trở R1, R2: 23 Chọn cặp Q1 Q2 : 23 Tính chọn R3, R4 25 Tính chọn cặp Q3, Q4 : 26 Tính tầng lái: 29 Tính chọn D3, D4, D5, VR2: 29 Tính tốn transistor Q5 làm nguồn dòng: 30 Tính chọn BJT thúc Q6: 31 10 Tính tốn tần nhận tín hiệu vào: 33 11 Tính tốn VR3 : 35 12 Tính tụ 38 13 Tình mạch lọc Zobel C5, R5: 39 14 Kiểm tra độ méo phi tuyến 39 C Kết sau tính tốn: 41  Giá trị linh kiện sau tính tốn : 41 - Tác du ̣ng mỗi linh kiên: ̣ 41  Sơ đồ sau tính tốn hồn chỉnh: 43  Kết mơ tín hiệu SINE 1KHz - 0.5V pp 43  Nhận xét: 44 D DATASHEET 45 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn A Lý thuyế t: Chương 1: Khuếch đại tín hiệu nhỏ Để cho BJT hoạt động với điểm làm việc mà đề ra, phải phân cực xác cho BJT Đối với cách mắc BJT có ưu nhược điểm khác để ứng dụng tùy vào nhu cầu người sử dụng Trong chương này, tìm hiểu cách phân cực cho BJT, cách mắc BJT thường gặp, ưu nhược điểm ứng dụng chúng thực tế I Phân cực BJT Ta biết BJT hoạt động vùng: + Vùng khuếch đại với tiếp giáp B-C phân cực nghịch, tiếp giáp B-E phân cực thuận + Vùng bão hoà với tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận + Vùng ngưng với tiếp giáp B-E phân cực nghịch Phương pháp chung để giải mạch phân cực gồm bước: - Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào - Bước 2: Suy dòng điện ngõ từ liên hệ 𝐼𝑐 =  𝐼𝑏 - Bước 3: Dùng mạch ngõ để tìm thơng số cịn lại Phân cực cố định       𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒 𝐼𝑏 = với Vbe = 0,7V loại Silic, Vbe = 0,3V loại Ge 𝑅𝑏 Trong vùng khuếch đại Ic = β Ib Phương trình đường tải tĩnh Vce = Vcc – Ic Rc 𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 𝑅𝑐 Ưu điểm: Dòng lớn, dễ thiết kế Nhược điểm: Khi nhiệt độ thay đổi, đại lượng β, Vceo, Ib thay đổi dẫn đến điểm làm việc bị sai lệch  Ứng dụng: Sử dụng tầng công suất lớn Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn Phân cực hồi tiếp cực Emitter  𝐼𝑏 = 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒 𝑅𝑏+(𝛽+1)𝑅𝑒  Trong vùng khuếch đại Ic = β Ib  Phương trình đường tải tĩnh Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic 𝑉𝑐𝑐  𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 𝑅𝑐+𝑅𝑒  Ưu điểm: Có trở hồi tiếp cực E, tăng độ ổn định điểm làm việc tĩnh  Nhược điểm: Việc xác định điểm làm việc phụ thuộc nhiều vào β  Ứng dụng: Sử dụng tầng công suất Phân cực cầu phân áp  𝑉𝑏𝑏 = 𝑉𝑐𝑐 𝑅2 𝑅1+𝑅2 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn  Rbb = R1//R2 𝑉𝑏𝑏−𝑉𝑏𝑒  𝐼𝑏 =       𝑅𝑏𝑏+(𝛽+1)𝑅𝑒 Ic = β Ib vùng khuếch đại Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic 𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 𝑅𝑐+𝑅𝑒 Ưu điểm: Việc xác định điểm làm việc tĩnh Q phụ thuộc vào hệ số β Nhược điểm: Thiết kế tính tốn phức tạp Ứng dụng: Sử dụng phổ biến mạch khuếch đại, mạch công suất lớn, BJT hoạt động nhiệt độ cao Phân cực hồi tiếp Collector  𝐼𝑏 = 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒 𝑅𝑏+ 𝛽(𝑅𝑐+𝑅𝑒)  𝐼𝑐 = 𝛽 𝐼𝑏 vùng khuếch đại  Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic  Ưu điểm: Khả hồi tiếp tốt hồi tiếp cực Emitter, cải thiện độ ổn định BJT  Nhược điểm: Khó thiết kế tính tốn Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn Như vậy, với cách phân cực cố định, dòng lớn nên thường ứng dụng tầng công suất lớn Với cách phân cực hồi tiếp cực Emitter, có điện trở hồi tiếp Re nên tăng độ ổn định mạch Còn với phân cực cầu phân áp, nhờ vào ưu điểm việc xác định điểm làm việc tĩnh Q phụ thuộc β mà thường sử dụng phổ biến mạch khuếch đại Phân cực hồi tiếp dịng Collector mang lại khả hồi tiếp tốt hồi tiếp cực E II Các cách mắc BJT Mắc E chung Sơ đồ tương đương xoay chiều Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn  Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝑅 +𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛 với Rin = R1 // R2 // 𝑟𝜋     Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝐼 𝑅3 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟0 //Rc 𝑅 +𝑅 Điều kiện 𝑣𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính: 𝑣𝑖 ≤ 0,005 𝐼 𝑖𝑛     Tín hiệu vào ngược pha Ưu điểm: Khuếch đại đồng thời áp dòng Nhược điểm: Hệ số khuếch đại mức trung bình Ứng dụng: Sử dụng tầng đầu vào tầng thúc mạch khuếch đại công suất Mắc C chung Sơ đồ tương đương xoay chiều 𝑅𝑖𝑛 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn  Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 = 𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛 (1+ 𝑔𝑚 𝑅𝐿 ) (𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛)     Rin = 𝑟𝜋 (1 + 𝑔𝑚 𝑅𝐿 ) // Rb 𝑅 +𝑅𝑖𝑛 Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝐼 𝑅7 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅 //Rb 𝑅𝑜𝑢𝑡 = ( + 𝐼 ) // R4      Điều kiện 𝑣𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính 𝑣𝑖 ≤ 0,005 𝐼 (1 + 𝑔𝑚 𝑅𝐿 ) 𝑅𝑖𝑛 Tín hiệu vào đồng pha Ưu điểm: Hệ số khuếch đại dòng cao, xử lí tín hiệu vào lớn Nhược điểm: Hệ số khuếch đại áp xấp xỉ Ứng dụng: Sử dụng tầng yêu cầu dòng cao, tầng công suất 𝑔𝑚 𝛽+1 𝑅 +𝑅𝑖𝑛 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn Mắc B chung Sơ đồ tương đương xoay chiều  Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 =  Rin =          𝑔𝑚 𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛 (𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛) // R6 𝑅 +𝑅𝑖𝑛 Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝐼 𝑅7 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑖𝑐 // R3 𝑅𝑖𝑐 = 𝑟0 (1 + 𝑔𝑚 (𝑅𝐼 //R6)) 𝑅 +𝑅𝑖𝑛 Điều kiện 𝑣𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính 𝑣𝑖 ≤ 0,005 𝐼 𝑅𝑖𝑛 Tín hiệu vào đồng pha Ưu điểm: Hệ số khuếch đại áp lớn, trở kháng vào mạch lớn Nhược điểm: Khơng khuếch đại dịng Ứng dụng: Sử dụng mạch yêu cầu áp cao Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SA1943 47 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 48 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SC2073 49 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 50 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 51 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SA940 52 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 53 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 54 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SA1013 55 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 56 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SC2383 57 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 58 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 59 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 1N4007 60 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 61 ... suất OTL ngõ vào đơn 46 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SA1943 47 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 48 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 2SC2073... suất thiết kế làm việc chế độ AB, điểm làm việc chế độ AB nằm chế độ A chế độ B IV Mạch khuếch đại công suất OTL Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn *Dùng BJT bổ phụ 20 Thiết kế mạch. .. bổ phụ 20 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn 21 Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn B Tính toán ma ̣ch: Sơ đồ thiết kế Tính tốn phần nguồn : Cơng suất tải : Ta