Báo cáo đồ án kỹ thuật mạch điện tử đề tài mạch khuếch đại ocl visai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ Đề tài : Mạch khuếch đại OCL VISAI GVHH : VÕ TUẤN MINH SINH VIÊN : LÊ ANH NHẬT (106180161) : PHAN VĂN HIẾU (106180142) : LÊ CHÍ ĐỨC (106180135) L ỚP : 18DT3 NHÓM : 18N40A ĐÀ NẴNG THÁNG NĂM 2021 Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh LỜI MỞ 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 Võ Tuấn Minh giúp chúng em hoàn 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 Chung em 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 Võ Tuấn Minh thầy, cô giúp đỡ chúng em thời gian qua Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương : Giới thiệu Transistor lưỡng cực BJT 1.1 Cấu tạo: 1.2 Nguyên lý hoạt động & khả khuếch đại BJT: 1.2.1 Chế độ ngưng dẫn: 1.2.2 Chế độ khuếch đại: 1.2.3 Chế độ dẫn bão hòa 1.3 Sơ đồ BJT: 1.3.1 Mạch Base chung (BC): 1.3.2 Mạch Emitter chung (EC): 10 1.3.3 Mạch Collector chung (CC): 10 Chương 2: KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 11 2.1 Mở đầu chương: 11 2.2 Phân cực BJT: 11 2.2.1 Phân cực cố định: 11 2.2.2 Phân cực hồi tiếp cực Emitter: 13 2.2.3 Phân cực cầu phân áp: 15 2.2.4 Phân cực hồi tiếp Collector: 18 2.2.5 Mạch visai 20 2.3 Các cách mắc BJT: 24 2.3.1 Mắc E chung: 24 2.3.2 Mắc C chung: 25 2.3.3 Mắc B chung: 26 2.3.4 Kết Luận: 27 2.4 Kết luận chương: .27 Chương 3: HỒI TIẾP .28 3.1 Mở đầu chương: 28 3.2 Khái niệm hồi tiếp: 28 3.2.1 Lưu đồ chuẩn khuếch đại có hồi tiếp: .28 Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh 3.2.2.Phân loại hồi tiếp: 29 3.2.2.1 Hồi tiếp điện áp nối tiếp (khuếch đại điện áp), hình 3.1a:….29 3.2.2.2 Hồi tiếp dịng điện song song (khuếch đại dịng điện), hình 3.1b:……………………………………………………………………………29 3.2.2.3 Hồi tiếp dịng điện nối tiếp (khuếch đại truyền dẫn), hình 3.1c:……………………………………………………………………………30 3.2.2.4 Hồi tiếp điện áp song song (khuếch đại truyền trở), hình 3.1d:……………………………………………………………………………30 3.3 Ứng dụng hồi tiếp mạch khuếch đại: 31 3.3.1 Hồi tiếp âm dòng điện mạch định thiên Transitor: 31 3.3.2 Hồi tiếp âm điện áp mạch định thiên Transitor: .31 3.3.3 Hồi tiếp âm điện áp mạch C chung: 32 3.3.4 Hồi tiếp âm DC toàn mạch mạch liên lạc trực tiếp: 32 3.3.5 Hồi tiếp âm AC toàn mạch: 32 3.4 Ưu điểm nhược điểm mạch hồi tiếp: 32 3.4.1 Ưu điểm: 32 3.4.2.Nhược điểm: 32 3.5 Kết luận chương: .32 Chương : KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 33 4.1 Mở đầu chương: 33 4.2 Chế độ A: 34 4.2.1 Đặc tuyến: 34 4.2.2 Hiệu suất A: 35 4.2.3 Ưu điểm: 36 4.2.4 Nhược điểm: 36 4.2.5 Ứng dụng: 36 4.3 Chế độ B: 36 4.3.1 Hiệu suất chế độ B: 38 4.3.2 Chế độ đẩy kéo: 38 4.3.3 Ưu điểm: 38 4.3.4 Nhược điểm: 38 4.4 Chế độ AB: 39 Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh 4.4.1 Sơ đồ mạch: 39 4.4.2 Đặc tuyến: 40 4.4.3.Ưu điểm: 41 4.4.4 Nhược điểm: 41 4.5 Mạch khuếch đại công suất ocl: 41 4.6 Mạch khuếch đại Darlington: 42 4.7 Mạch bù trở kháng Zobell: 42 4.8 Kết luận chương: 42 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN 43 5.1.Tính tốn phần nguồn: 44 5.2 Tính chọn trở R1, R2: 44 5.3 Chọn cặp Q1 Q2: 45 5.4 Tính chọn R3, R4: 46 5.5 Tính chọn cặp Q3, Q4: 47 5.6 Tính tầng lái: 49 5.7 Tính chọn D3, D4, D5, VR2: 49 5.8 Tính tốn transistor Q5 làm nguồn dịng: 50 5.9 Tính chọn BJT thúc Q6: 51 5.10 Tính chọn R15, R16, R9 R10: 52 5.11 Tính chọn Q7, Q8: 52 5.12 Tính chọn nguồn dòng Q9, D6, D7: 53 5.13 Tính chọn VR4: 54 5.14 Tính tốn tụ liên lạc tụ lọc nguồn: 54 5.15 Tính tốn hệ số khuếch đại tầng hồi tiếp: 55 5.15.1 Hệ số khuếch đại vòng hở tầng vi sai: 55 5.15.2 Hệ số khuếch đại tầng thúc: 56 5.15.3 Hệ số khuếch đại tầng công suất: 57 5.15.4 Hệ số khuếch đại toàn mạch: 57 5.16 Kiểm tra độ méo phi tuyến: 57 5.17 Tính mạch lọc zobel: 58 5.18 Kết quả: 61 5.18.1 Sơ đồ nguyên lý sau tính tốn hồn chỉnh vẽ altium: 61 Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh 5.18.2 Hình ảnh mạch dạng 2D: 62 5.18.3 Hình ảnh mạch dạng 3D: 62 5.18.4 Sơ đồ ngun lý sau tính tốn hồn chỉnh vẽ proteus: 64 5.18.5 Kết mơ điện áp: 65 5.18.6 Kết mơ dịng điện: 66 5.18.7 Kết mơ tín hiệu SINE 1KHz - 0.775V pp: 67 5.18.8 Kết mô băng thông: 68 KẾT LUẬN 85 Những kết đạt được: 85 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài: 85 2.2 Thuận lợi: 85 2.2 Khó khăn: 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT 1.1 Cấu tạo: BJT linh kiện điện tử có ba miền bán dẫn với loại dẫn xen kẻ đơn tinh thễ bán dẫn.Các miền phân cách hai chuyển tiếp PN Tùy thuộc thứ tự bố trí lớp bán dẫn mà ta có hai loại BJT BJT loại NPN BJT loại PNP E N P N C E P B N P C B C 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 Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh - Chuyển tiếp Collector (JC) miền C-B 1.2 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: - Nguồn E1 (có sức điện động vài vôn) 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 JE 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) Dịng ICBo nhỏ cỡ 0,01 đến 0,1µA - 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 dòng IC có chiều từ N đến P Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh - Lượng điện tích từ dương nguồn E1 đến miền B để bù lại số lỗ trống bị tái hợp tạo nên dòng IB.B - 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 B >> hệ số khuyếch đại dịng điện Thơng thường ICBo nhỏ nên IE = IB +IC Mối quan hệ α & β: β = α α+1 - Chế độ làm việc BJT (JE phân cực thuận, JC phân cực nghịch) gọi chế độ khuếch đại Ngoài 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 bão hòa,còn gọi trạng thái mở),BJT liên tục giao hoán hai trạng thái 1.2.1 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 chảy qua tiếp giáp Ở chế độ BJT tắt Điều kiện để BJT tắt JE phân cực ngược,tương ứng VBE≤ 1.2.2 Chế độ khuếch đại: - Ở chế độ JC phân cực ngược JE phân cực thuận Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT GVHH: Võ Tuấn Minh - 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 JC tạo dòng IE lớn Một phần điện tử từ miền E sang miền B tai hợp taọ dòng IB.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 IE ≈ IC - Chế độ sử dụng rộng rãi kỹ thuật mạch tương tự Như BJT làm việc chế độ khuếch đại từ tiếp giáp JE phân cực thuận tiếp giáp JC phân cực ngược - Hệ thức liên hệ dòng điện: IE = IC+IB - Hệ thức truyền đạt dòng điện: 𝐼𝑐 α = 𝐼𝑒 - Hệ số khuếch đại dòng điện: 𝐼𝑐 𝐼𝑏  1.2.3 Chế độ dẫn bão hòa: - Ở chế độ JE JC phân cực thuận Điều kiện BJT dẫn bảo hoà là: ib ≥ 1.3 Sơ đồ BJT: 𝐼𝑐 𝛽𝑚𝑖𝑛 - Như biết, BJT có điện cực: Emitter, Base, Collector Tuỳ theo việc chọn điện cực làm nhánh chung cho mạch vào mạch mà có sơ đồ sau: 1.3.1 Mạch Base chung (BC): Nhóm 18N40A Trang Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 72 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 73 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 74 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 75 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 76 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 77 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 78 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 79 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 80 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 81 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 82 Đồ án KTMĐT Nhóm 18N40A GVHH: Võ Tuấn Minh Trang 83 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ GVHH: VÕ TUẤN MINH KẾT LUẬN Những kết đạt được: -Qua kì miệt mài làm việc, với hướng dẫn tận tình Thầy Võ Tuấn Minh thầy khoa Điện Tử-Viễn Thơng, nhóm chúng em đạt kết sau: - Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất âm tần OCL-50W có khả sử dụng rộng rãi - Đạt mục tiêu yêu cầu ban đầu -Vận dụng nhiều kiến thức khuếch đại công suất q trình thi cơng - Tìm hiểu nhiều mẫu sử dụng sau - Khả tìm tài liệu mạng - Khả làm việc theo nhóm Những thuận lợi khó khăn thực đề tài: 2.2 Thuận lợi: - Nhờ trang thiết bị nhà trường, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm q trình tìm kiếm tài liệu mạng, trình thiết kế thi cơng - Được hướng dẫn tận tình Thầy Võ Tuấn Minh thầy cô khoa Điện Tử-Viễn Thơng suốt thời gian qua 2.2 Khó khăn: - Thời gian thực đề tài có giới hạn - Nhóm gặp nhiều khó khăn việc tìm tài liệu (khả sử dụng tiếng anh nhóm cịn hạn chế với tài liệu nước ngồi) - Mất nhiều thờ gian trình thiết kế phải lựa chọn nhiều phươngán nhằm đáp ứng yêu cầu đề ban đầu Tuy nhiên nhiều chỗ chưa ý muốn Trang Nhóm 18N40A 85 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ GVHH: VÕ TUẤN MINH TÀI LIỆU THAM KHẢO 1, Phạm Minh Hà -Kỹ Thuật Mạch Điện Tử -Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật – Năm xuất bản: 2002 2, Nguyễn Bính – Điện Tử Công Suất – Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật – Năm xuất bản: 1995 3, Nguyễn Văn Tuấn – Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử 4, Trang Web: https://www.alldatasheet.com/ Trang Nhóm 18N40A 86