CHƯƠNG 2 GI�I THI�U V� TRANSISTOR Khuếch đại OTL vi sai PBL 1 Mạch điện tử 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đồ án PBL 2 Mạch điện[.]
lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA : ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG PHIẾU ĐÁNH GIÁ Q TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MƠN HỌC Tên đồ án: PBL Mạch điện tử Họ Tên Lớp Mã sinh viên Lê Bảo 20KTMT1 106200 Ngơ Hồng Gia 20KTMT1 106200227 Nguyễn Huỳnh Tiến 20KTMT1 106200 Nhóm học phần : 20.44B Giảng viên hướng dẫn : TS Tăng Anh Tuấn Tên đề tài : Mạch khuếch đại công suất OCL ngõ vào đơn Thông số thiết kế : - Mạch : OTL vi sai - Công suất : 30W - Điện áp vào : 0,775 V - Trở kháng loa : Ohm - Băng thông : 0.05-15 KHz - Trở kháng vào : 250 KOhm - Méo phi tuyến : 0,3 % Quá trình thực đồ án : STT Ngày Nội dung Giao đề tài Tính tốn lý thuyết Mơ Thi cơng Hồn thiện mạch + Bảo vệ Đánh giá giảng viên hướng dẫn Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Chữ ký giảng viên hướng dẫn Ý KIẾN CỦA GIẢNG VIÊN : …………………………………………………………………………………………………… … Đà Nẵng, Ngày 18 Tháng 12 Năm 2022 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Tăng Anh Tuấn PBL 1: Mạch điện tử lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai LỜI NÓI ĐẦU Ngành Điện tử - Viễn thông ngành quan trọng phát triển đất nước Sự phát triển nhanh chóng khoa học - công nghệ làm cho ngành Điện tử - Viễn thông ngày phát triển đạt nhiều thành tựu Nhu cầu sử dụng máy móc cơng nghệ ngày cao người điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử - Viễn thông phát triển không ngừng, phát minh sản phẩm có tính ứng dụng cao đa tính Nhưng điều sản phẩm bắt nguồn từ linh kiện R,L,C Diode, BJT, mà tảng môn cấu kiện điện tử Hiện nay, nước ta có nhiều loại máy khuếch đại âm thị trường, mà tầng khuếch đại công suất thiết kế từ loại mạch OCL, OTL, Đến với đồ án kỹ thuật mạch điện tử lần này, nhóm chúng em mang đến mạch khuếch đại âm sử dụng mạch khuếch đại OCL Qua nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu với hướng dẫn tận tình thầy Tăng Anh Tuấn thầy Vũ Vân Thanh giúp chúng em hồn thành đồ án Với khoảng thời gian có hạn độ hiểu biết kiến thức hạn chế nên chúng em khó tránh khỏi sai sót, chưa thể tối ưu mạch làm Chúng em mong quý thầy cô thông cảm giúp đỡ bảo thêm cho chúng em, cho chúng em thêm kinh nghiệm để cải thiện mặt sản phẩm lần hiểu biết chúng em Chúng em xin chân thành thầy Huỳnh Thanh Tùng thầy, cô giúp đỡ chúng em thời gian qua PBL 1: Mạch điện tử lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai MỤC LỤC PHẦN I: LÝ THUYẾT Chương 1:Diode bán dẫn 1.1 Cấu tạo diode bán dẫn 1.2 Nguyên lý làm việc diode 1.3 Đặc tuyến Volt - Ampe 1.4 Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P - N 10 1.5 Các thông số diode 11 Chương 2: Transitor lưỡng cực (BJT) 11 2.1 Cấu tạo 11 2.2 Nguyên lý hoạt động & khả khuếch đại BJT Error! Bookmark not defined 2.3 Ba sơ đồ BJT Error! Bookmark not defined 2.4 Đặc tuyến Vôn – Ampe BJT Error! Bookmark not defined 2.5 Phân cực ổn định điểm làm việc cho BJT Error! Bookmark not defined Chương 3: Hồi tiếp Error! Bookmark not defined 3.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 3.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 3.3 Lưu đồ chuẩn khuếch đại có hồi tiếp Error! Bookmark not defined 3.4 Ảnh hưởng hồi tiếp âm dến mạch khuếch đạiError! Bookmark not defined Chương 4: Tín hiệu nhỏ Error! Bookmark not defined 4.1 Mạch khuếch đại EC Error! Bookmark not defined 4.2 Mạch khuếch đại BC Error! Bookmark not defined 4.3 Mạch khuếch đại CC Error! Bookmark not defined PBL 1: Mạch điện tử lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai Chương 5: Tín hiệu nhỏ Error! Bookmark not defined 5.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 5.2 Hạng khuếch đại mạch công suất Error! Bookmark not defined 5.3 Các tham số tầng khuếch đại công suất Error! Bookmark not defined 5.4 Công suất tiêu tán cực đại transistor Error! Bookmark not defined 5.5 Mạch khuếch đại công suất Error! Bookmark not defined 5.6 Méo xuyên tâm biện pháp khắc phục Error! Bookmark not defined 5.7 Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL Error! Bookmark not defined Chương 6: Một số vấn đề liên quan Error! Bookmark not defined 6.1 Mạch Darlington Error! Bookmark not defined 6.2 Méo xuyên tâm biện pháp khắc phục Error! Bookmark not defined 6.3 Các biện pháp để nâng cao hệ số khuếch đại Error! Bookmark not defined 6.4 Mạch bảo vệ transistor công suất Error! Bookmark not defined 6.5 Vấn đề giải nhiệt cho transistor công suất Error! Bookmark not defined PHẦN 2: THIẾT KẾ PHẦN 3: DATASHEET PBL 1: Mạch điện tử lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai PHẦN LÝ THUYẾT Chương 1: Chương 2: Chương 3: Chương 4: Chương 5: Chương 6: PBL 1: Mạch điện tử Diode bán dẫn Transistor lưỡng cực BJT Hồi tiếp Khuếch đại tín hiệu nhỏ Khuếch đại cơng suất Một số vấn đề liên quan lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai Chương 1: DIODE BÁN DẪN 1.1 Cấu tạo diode bán dẫn Gồm miền tiếp xúc hai bán dẫn khác loại: bán dẫn loại P bán dẫn loại N, có tính chất dẫn điện theo chiều định, thường gọi chuyển tiếp P-N Chuyển tiếp P-N với hai điện cực nối phía miền P gọi anơt, phía miền N gọi Katôt Anôt P N A Katôt K Diode thường ký hiệu Vật liệu chế tạo diode chủ yếu Germanium (Ge) Silic (Si) Tuỳ theo phạm vi ứng dụng mà ta có loại diode khác như: diode chỉnh lưu, diode Zener, diode biến dung 1.2 Nguyên lý làm việc diode Vì diode có cấu tạo dựa chuyển tiếp P – N, nên nguyên lý làm việc diode dựa tượng xảy chuuyển tiếp P - N 1.2.1 Khi chuyển tiếp P-N chưa có phân cực: Ikhuếch tán Itrôi N P PP nP rttrơi Etxúc + nn Pn - Do có chênh lệch nồng độ Pp >> Pn điện tử np V: diode dẫn (có dịng chạy qua) V VBR : dòng hạt thiểu số tạo tăng mạnh 1.4 Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P - N Khi chuyển tiếp P - N bị phân cực nghịch dịng ngược Is nhỏ Khi tăng điện áp phân cực nghịch đến giá trị dịng Is tăng mạnh làm cho chuyển tiếo P - N dẫn điện theo chiều ngược Chuyển tiếp P - N bị đánh thủng * Đánh thủng điện (có hai loại: đánh thủng thác lũ, đường hầm ) * Đánh thủng nhiệt * Đánh thủng nhiệt điện Đánh thủng thác lũ xảy chuyển tiếp P - N có nồng độ pha tạp thấp (vùng điện tích khơng gian lớn) Đánh thủng đường hầm xảy chuyển tiếp P - N có nồng độ pha tạp cao (vùng điện tích không gian hẹp) Khi Vpc nghịch lớn: điện trường nội lớn gia tốc cho hạt dẫn thiểu số (n lỗ trống p điện tử) Các hạt chuyển động mạnh va chạm vào điện tử khác làm phát sinh hạt dẫn điện Quá trình tiếp diễn Is tăng mạnh Ta nói chuyển tiếp P -N bị đánh thủng Đối với chất bán dẫn Si có Vz = 5,6V (đánh thủng đường hầm) 1.5 Các thông số diode 1.5.1 Điện trở chiều: (điện trở thuận, điện trở nghịch) Rdc = V I V: điện áp hai đầu diode I: dòng chạy qua diode 1.5.2 Điện trở xoay chiều: (điện trở thuận, điện trở nghịch) rAC = V I V: khoảng biến thiên điện áp I: khoảng biến thiên dòng điện 1.5.3 Dòng điện IF: Là dòng điện tối đa chảy qua diode diode phân cực thuận 1.5.4 Điện áp ngưỡng (V): Là điện áp tối thiểu để diode dẫn 1.5.5 Điện áp ngưỡng cực đại: (Vng/max) - PIV Là điện áp tối đa đặt lên diode mà diode không bị đáng thủng PBL 1: Mạch điện tử Downloaded by vú hi (vuchinhhp12@gmail.com) lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT 2.1 Cấu tạo BJT tạo thành hai chuyển tiếp P-N nằm gần nhau, có ba lớp bán dẫn tuỳ theo trình tự xếp P-N mà ta có hai loại BJT PNP NPN E N P C N E P N P C B B C B B E E Lớp bán dẫn thứ gọi lớp Emitter (miền Emitter), cực lấy từ miền Emitter gọi cực Emitter (cực E) Lớp bán dẫn thứ hai gọi miền Base (gốc), cực lấy từ miền cực Base (cực B) Lớp bán dẫn thứ ba gọi miền Collector (thu), cực lấy từ miền cực Collector (cực C) Nồng độ pha tạp miền hoàn toàn khác nhau: - Miền Emitter có nồng độ pha tạp lớn 1019 1021 nguyên tử - Miền Base có nồng độ pha tạp thấp Nồng độ pha tạp miền Base thấp lợi hệ số truyền đạt - Miền Collector có nồng độ pha tạp trung bình 1013 1015 nguyên tử Do có phân bố hình thành lớp chuyển tiếp P-N gần - Chuyển tiếp Emitter (JE) miền E-B - Chuyển tiếp Collector (JC) miền C-B 2.2 Nguyên lý hoạt động & khả khuếch đại BJT Xét BJT loại N-P-N làm ví dụ: Ta có sơ đồ mạch điện hình vẽ: JE JC IC E C N P ICBo IE RE N B IB E2 E1 Nguồn E1 (có sức điện động vài vơn) làm cho chuyển tiếp JE phân cực thuận Nguồn E2 (thường cỡ – 20 vôn) làm cho chuyển tiếp collector JC phân cực nghịch E1, E2 gọi nguồn điện áp phân cực RE, RC điện trở phân cực Khi chưa cấp nguồn tiếp giáp P-N, có chênh lệch nồng độ pha tạp miền nên sinh tượng khuếch tán (sự khuếch tán hạt điện tích (điện tử lỗ trống) nên bên hình thành hai tiếp giáp J E JC cân động Khi có nguồn E2, chuyển tiếp JC bị phân cực nghịch có dịng ICBo chạy từ N sang P (chiều lỗ trống) Dòng ICBo nhỏ cỡ 0,01 đến 0,1µA PBL 1: Mạch điện tử Downloaded by vú hi (vuchinhhp12@gmail.com) lOMoARcPSD|22244702 Khuếch đại OTL vi sai Khi có nguồn E1 JE phân cực thuận nên điện tử miền N dễ dàng khuếch tán qua miền P Đồng thời lỗ trống miền P khuếch tán qua miền N Trên đường khuếch tán chúng tái hợp lại với Do nồng độ lỗ trống miền P nên có số điện tử tái hợp, số lại di chuyển đến JC Do JC phân cực nghịch nên điện tử từ miền P dễ dàng di chuyển qua JC đến miền C tạo nên dịng IC có chiều từ N đến P Lượng điện tích từ dương nguồn E1 đến miền B để bù lại số lỗ trống bị tái hợp tạo nên dịng IB Ta có quan hệ:IB + IC + ICBo = IE IE tỷ lệ với số điện tử miền E phát xạ (đi vào) miền B IB tỷ lệ với số điện tử tái hợp miền B IC tỷ lệ với số điện tử từ miền E đến miền C Gọi α = số điện tử đến cực C/số điện tử từ miền E vào miền B = IC/IE < α gọi hệ số truyền dòng điện (0,9 đến 0,99) Gọi β = IC/IB >> hệ số khuyếch đại dịng điện Thơng thường ICBo nhỏ nên IE = IB + IC B B B Mối quan hệ & : 1 Chế độ làm việc BJT (JE phân cực thuận, JC phân cực nghịch) gọi chế độ khuếch đại Ngồi ra, BJT cịn làm việc chế độ khố Ở chế độ đó, hai chuyển tiếp JE, JC phân cực nghịch, hai phân cực thuận - Khi JE, JC phân cực nghịch (trạng thái khoá) - Khi JE, JC phân cực thuận (trạng thái dẫn bảo hồ, cịn gọi trạng thái mở), BJT liên tục giao hoán hai trạng thái 2.2.1 Chế độ ngưng dẫn: Tiếp giáp JC JE phân cực ngược Ở chế độ BJT dùng khoá điện tử Do tiếp giáp JC JE phân cực ngược nên có dịng phân cực ngược (dịng rị) nhỏ Nên xem khơng có dịng chạy qua tiếp giáp Ở chế độ BJT tắt Điều kiện để BJT tắt JE phân cực ngược, tương ứng VBE B +VCC C E 2.2.2 Chế độ dẫn khuếch đại: Ở chế độ JC phân cực ngược JE phân cực thuận Tiếp giáp JE phân cực thuận nên hàng rào hạt dẫn đa số giảm, electron chuyển từ E sang B lỗ trông dời từ B sang E Do bề dày miền B nhỏ nên phần lớn điện tử từ miền E sang tập trung tiếp giap J C tạo dòng IE lớn Một phần điện tử từ miền E sang miền B tai hợp taọ dòng I B.Tiếp giáp JC phân cực ngược nên kéo hạt dẫn tiểu số vùng B điện tử (do B loại p) sang vùng C tạo nên dòng IC Như dòng IE gồm hai thành phần dòng IB IC Do nồng độ pha tạp miền B nhỏ so với miền E, nên dòng IE lớn so với IB xem IC IE PBL 1: Mạch điện tử 10 Downloaded by vú hi (vuchinhhp12@gmail.com)