Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn

Phân cực BJT

Ta biết BJT có thể hoạt động trong 3 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 và B-C phân cực thuận

+ Vùng ngưng với tiếp giáp B-E phân cực nghịch Phương pháp chung để giải các mạch phân cực gồm 3 bước:

- Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào

- Bước 2: Suy ra dòng điện ngõ ra từ liên hệ 𝐼𝑐 =  𝐼𝑏

- Bước 3: Dùng mạch ngõ ra để tìm các thông số còn lại

𝑅𝑏 với Vbe = 0,7V nếu là loại Silic, Vbe = 0,3V nếu là loại Ge

 Trong vùng khuếch đại Ic = β Ib

 Phương trình đường tải tĩnh Vce = Vcc – Ic Rc

 Ưu điểm: Dòng ra lớn, dễ thiết kế 𝑅𝑐

 Nhược điểm: Khi nhiệt độ thay đổi, các đại lượng như β, Vceo, Ib thay đổi dẫn đến điểm làm việc bị sai lệch

 Ứng dụng: Sử dụng ở các tầng công suất lớn

2 Phân cực hồi tiếp cực Emitter

 Trong vùng khuếch đại Ic = β Ib

 Phương trình đường tải tĩnh Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic

 Ưu điểm: Có trở hồi tiếp cực E, tăng độ ổn định của điểm làm việc tĩnh

 Nhược điểm: Việc xác định điểm làm việc vẫn còn phụ thuộc nhiều vào β

 Ứng dụng: Sử dụng ở các tầng công suất

2 Phân cực bằng cầu phân áp

 Ic = β Ib ở vùng khuếch đại

 Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic

 Ưu điểm: Việc xác định điểm làm việc tĩnh Q ít phụ thuộc vào hệ số β

 Nhược điểm: Thiết kế và tính toán phức tạp

 Ứng dụng: Sử dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại, các mạch công suất lớn, BJT hoạt động ở nhiệt độ cao

3 Phân cực hồi tiếp Collector

 Vce = Vcc – (Rc + Re) Ic

 Ưu điểm: Khả năng hồi tiếp tốt hơn hồi tiếp cực Emitter, cải thiện độ ổn định của BJT

 Nhược điểm: Khó thiết kế và tính toán

Cách phân cực cố định thường được ứng dụng trong các tầng công suất lớn do dòng ra lớn Phân cực hồi tiếp cực Emitter với điện trở hồi tiếp Re giúp tăng độ ổn định của mạch Phân cực bằng cầu phân áp được ưa chuộng trong các mạch khuếch đại nhờ vào ưu điểm xác định điểm làm việc tĩnh Q ít phụ thuộc vào β Cuối cùng, phân cực hồi tiếp dòng Collector cung cấp khả năng hồi tiếp tốt hơn so với hồi tiếp cực E.

Các cách mắc BJT

 Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 = −𝑔 𝑚 𝑅 𝐿 𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅3

 Điều kiện của 𝑣 𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính: 𝑣 𝑖 ≤ 0,005 𝑅 𝐼 + 𝑅 𝑖𝑛

 Tín hiệu vào và ra ngược pha nhau

 Ưu điểm: Khuếch đại đồng thời cả áp và dòng

 Nhược điểm: Hệ số khuếch đại ở mức trung bình

 Ứng dụng: Sử dụng ở các tầng đầu vào và tầng thúc của mạch khuếch đại công suất

Sơ đồ tương đương xoay chiều

 Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 = 𝑔 𝑚 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅7

 Điều kiện 𝑣 𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính 𝑣 𝑖 ≤ 0,005 𝑅 𝐼 +𝑅𝑖𝑛

 Tín hiệu vào và ra 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 bằng 1

 Ứng dụng: Sử dụng trong các tầng yêu cầu dòng ra cao, tầng công suất

Sơ đồ tương đương xoay chiều

 Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴𝑣 = 𝑔 𝑚 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅𝑖𝑛

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai 𝑅7

 Điều kiện 𝑣 𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính 𝑣 𝑖 ≤ 0,005 𝑅 𝐼 +𝑅𝑖𝑛

 Tín hiệu vào và ra đồng pha 𝑅𝑖𝑛

 Ưu điểm: Hệ số khuếch đại áp lớn, trở kháng vào mạch lớn

 Nhược điểm: Không khuếch đại dòng

 Ứng dụng: Sử dụng trong các mạch yêu cầu áp ra cao

Cách mắc BJT EC cho khả năng khuếch đại cả điện áp và dòng, nhưng hệ số khuếch đại chỉ ở mức trung bình Trong khi đó, cách mắc CC cung cấp hệ số khuếch đại dòng lớn nhưng không khuếch đại điện áp Ngược lại, cách mắc BC lại có khả năng khuếch đại điện áp mà không khuếch đại dòng.

Trong chương trước, chúng ta đã khám phá các phương pháp phân cực và cách mắc phổ biến của BJT, cùng với ưu nhược điểm và ứng dụng thực tế Tuy nhiên, để nâng cao độ ổn định của mạch, những kiến thức đó vẫn chưa đủ Chương tiếp theo sẽ tập trung vào một thành phần quan trọng, đó là Hồi Tiếp, giúp cải thiện độ ổn định và tăng cường hệ số khuếch đại của mạch.

Hồi tiếp

Khái niệm

Mạch hồi tiếp là mạch sử dụng một phần năng lượng từ ngõ ra để đưa trở lại đầu vào, nhằm tăng cường độ ổn định và cải thiện chất lượng hoạt động của mạch.

Phân loại

Để phân loại hồi tiếp, người ta dựa vào 3 cơ sở:

1 Theo tác dụng khuếch đại:

- Hồi tiếp âm: là hồi tiếp mà tín hiệu ra đưa về ngược pha tín hiệu vào

 Ưu điểm: Cải thiện độ ổn định, chất lượng của mạch

 Nhược điểm: Giảm hệ số khuếch đại mạch

 Ứng dụng: Sử dụng phổ biến trong lĩnh vực khuếch đại

- Hồi tiếp dương: là hồi tiếp mà tín hiệu đưa về cùng pha tín hiệu vào

 Ưu điểm: Tăng hệ số khuếch đại

 Nhược điểm: Mất tính ổn định của mạch

 Ứng dụng: Sử dụng phổ biến trong các mạch dao động

2 Theo dạng tín hiệu hồi tiếp:

- Hồi tiếp điện áp là lấy điện áp ra, tạo điện áp hồi tiếp đưa về lại đầu vào

- Hồi tiếp dòng là lấy dòng ra tạo hồi tiếp đưa về lại đầu vào

3 Theo cách ghép với tín hiệu vào

- Hồi tiếp song song là khi lấy áp (dòng) đầu vào mắc song song với áp (dòng) hồi tiếp

- Hồi tiếp nối tiếp là khi áp (dòng) đầu vào mắc nối tiếp với áp (dòng) hồi tiếp.

Lưu đồ chuẩn bộ khuếch đại có hồi tiếp

- Khi không có hồi tiếp thì 𝐾𝑡𝑝 = 𝐾 𝐾𝑛

- Khi có hồi tiếp thì 𝐾 ′ 𝑡𝑝 = 𝐾𝑛 𝐾′

- Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp 𝐾 ′ = 𝑋𝑟

- Hệ số khuếch đại toàn phần: 𝐾𝑡𝑝 = 𝐾𝑛 𝐾 ′ = 𝐾𝑛 𝐾

Hệ thống khép kín với hệ số khuếch đại vòng lớn, K’, chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính của mạch hồi tiếp hơn là của mạch chính Để tạo ra bộ khuếch đại chính xác, việc sử dụng linh kiện chất lượng cao, đặc biệt là điện trở trong mạch hồi tiếp, là rất quan trọng.

+ Hàm truyền toàn phần giảm đi g lần Như vậy hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại của mạch.

Tác dụng hồi tiếp lên mạch khuếch đại

- Đối với hệ số khuếch đại: Giảm hệ số khuếch đại

- Đối với độ ổn định: Tăng độ ổn định

- Đối với nhiễu: Giảm tác dụng ngõ vào  Giảm nhiễu

- Đối với tổng trở vào: Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng tổng trở vào Hồi tiếp âm song song làm giảm tổng trở vào

- Đối với tổng trở ra: Hồi tiếp âm điện áp làm giảm tổng trở ra Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng tổng trở ra

- Đối với hệ số khuếch đại: Tăng hệ số khuếch đại

- Đối với độ ổn định: Giảm độ ổn định

- Đối với nhiễu: Tăng hệ số khuếch đại  Tăng nhiễu

- Méo: Tăng độ méo dạng

- Đối với tổng trở vào: Hồi tiếp dương nối tiếp làm giảm tổng trở vào Hồi tiếp dương song song làm tăng tổng trở vào

- Đối với tổng trở ra: Hồi tiếp dương điện áp làm tăng tổng trở ra Hồi tiếp dương dòng điện làm giảm tổng trở ra.

Ứng dụng hồi tiếp trong mạch khuếch đại

1 Hồi tiếp âm dòng điện trong mạch định thiên Transitor

2 Hồi tiếp âm điện áp trong mạch định thiên Transitor

- Điện trở Rb lấy từ cực C làm hình thành 1 vòng hồi tiếp điện áp

- Điện áp là 1 phần của điện áp tải, đưa vào cực B của BJT, làm rẽ mạch dòng cực B, vì vậy đây là hồi tiếp áp song song

3 Hồi tiếp âm điện áp trong mạch C chung

- Toàn bộ điện áp ra trên tải đưa về cực E làm thay đổi Vbe → Hồi tiếp điện áp nối tiếp

4 Hồi tiếp âm DC toàn mạch trong các mạch liên lạc trực tiếp

- Nhằm mục đích ổn định tín hiệu DC của mạch, đảm bảo điểm làm việc tĩnh

5 Hồi tiếp âm AC toàn mạch

- Ổn định độ lợi trong 1 miền nhất định, giảm nhiễu và tăng độ ổn định

Hồi tiếp được phân loại thành hồi tiếp âm và dương, cùng với hồi tiếp dòng, áp, nối tiếp và song song Hồi tiếp âm được ứng dụng rộng rãi trong mạch khuếch đại nhờ khả năng tăng độ ổn định, trong khi hồi tiếp dương được sử dụng nhiều trong các mạch dao động nhờ khả năng tăng hệ số khuếch đại.

Khuếch đại công suất

Chế độ A

Dòng điện và điện áp đầu vào tồn tại 360* trong 1 chu kỳ của tín hiệu vào

𝑇 ∫ [I 0 T 𝑠𝑠 V ss + I ss V DD + V DD sin ωt

*Ưu điểm: Tín hiệu ra không bị biến dạng

*Nhược điểm: Hiệu suất thấp ≈ 25%

*Ứng dụng: Sử dụng ở các tầng không yêu cầu hiệu suất cao nhưng phải đảm bảo tín hiệu như tầng đầu vào và tầng thúc của mạch khuếch đại.

Chế độ B

- Điểm làm việc nằm ở ranh giới giữa vùng ngưng dẫn và vùng dẫn

Dòng điện và điện áp ra tồn tại trong 1 nửa chu kỳ của tín hiệu vào

*Hiệu suất của chế độ B: n = P ac

*Ưu điểm: Hiệu suất lớn ≈78%

*Nhược điểm: Chỉ khuếch đại nửa chủ kỳ, mắc push-pull bị méo xuyên tâm.

Chế độ AB

Ta có thể sửa lại vấn đề méo trong mạch loại B nhưng vẫn cải thiện hiệu suất bằng cách kết hợp 2 loại A và B

*Khác với chế độ B, 2 cực B của BJT không nối trực tiếp với nhau mà được đặt điện ấp 1 chiều Vcc

*Ưu: Hiệu suất cao, bảo toàn tín hiệu

*Nhược: Các tầng khuếch đại công suất được thiết kế làm việc ở chế độ AB, điểm làm việc của chế độ AB nằm giữa chế độ A và chế độ B.

Mạch khuếch đại công suất OTL

Ti ́nh toán ma ̣ch

 Ta chọn nguồn cung cấp là 30 V

Vì mạch làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh collector nằm trong khoảng mA

𝐼 𝐸1 𝑝 = 𝐼 𝐸2 𝑝 = 0,05 + 2,74 = 2,79(𝐴) R1, R2 có tác dụng cân bằng dòng , ổn định nhiệt nên phải có công suất lớn : Để tránh hao phí ta chọn :

Công suất nguồn cung cấp :

Công suất tiêu tán của R1, R2 : 𝑃 𝑅 = 2𝑃 𝑅1 = 1

2 𝑅 1 𝐼 𝐿 2 Vậy công suất tiêu tán của hai BJT Q1, Q2 là :

Công suất tiêu tán của một BJT là:

4 (𝑅 𝐿 + 𝑅 1 ) 𝐼 𝐿 2 Công suất tiêu tán cực đại của 1 BJT là lấy đạo hàm 𝑃 𝑡𝑡/𝑄1 theo 𝐼 𝐿 cho bằng 0 :

4 (4 + 0,22) 2,26 2 = 5,407 𝑊 Công suất tiêu tán tĩnh trên Q1 :

2 0,05 = 0,75 𝑊 Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q1 là:

Vì Q1, Q2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn Q1, Q2 thỏa mãn điều kiện:

 Tra cứu Datasheet ta chọn 2SC5200 và 2SA1943 :

1 + 130 = 0.38 𝑚𝐴 Dòng Base cực đại của Q1 :

1 + 130 = 0,021𝐴 Để R3, R4 không ảnh hưởng đến dòng ra ở chế độ xoay chiều thì R 3 , R 4 phải thỏa mãn điều kiện: 𝑍 𝐵1𝑀(𝑎𝑐) ≪ 𝑅3, 𝑅4 ≪ 𝑍 𝐵1𝑀(𝑑𝑐)

𝑅3, 𝑅4 ≫ 𝑍 𝐵1𝑀(𝑎𝑐) để giảm tổn thất tín hiệu

Với 𝑍 𝐵1𝑀(𝑎𝑐) , 𝑍 𝐵1𝑀(𝑑𝑐) : là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực Base Q1 đến

Từ đặc tuyến 𝐼 𝐶 , 𝑉 𝐵𝐸 của 2SC5200 ta có:

Khi đó trở kháng xoay chiều từ cực B Q1:

So sánh với Z B 1 ac tính ở trước là ta thấy khi thêm R3, R4 vào thì sai khác không đáng kể

Như vậy, tải xoay chiều của Q3 là:

𝑍 𝑡/𝑄3 = 𝑍 𝐵1(𝑎𝑐) + (1 + 𝛽) 𝑅 𝐿 = 39,8 + 524 = 563,8 Ω Để tìm được Q3, Q4 ta tìm công suất tiêu tán lớn nhất của chúng Gọi 𝐼 𝐸4 là biên độ dòng AC chạy qua Q3, ta có:

Dòng cung cấp xoay chiều trung bình cho Q3 :

𝜋 Công suất nguồn cung cấp cho Q3:

𝜋 Công suất cung cấp cho tải của Q3 :

4 𝐼 𝐸3 2 𝑍 𝑡/𝑄3 Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q3 :

4 𝐼 𝐸3 2 𝑍 𝑡/𝑄3 Lấy đạo hàm theo I E 3 M và cho 𝑃 𝑡𝑡/𝑄3 = 0 ta được:

3,14.563,8 = 0,03 𝐴 Vậy công suất tiêu tán lớn nhất do dòng xoay chiều trên rơi trên Q1 :

4 563,8 0,03 2 = 0,159 𝑊 Công suất tiêu tán tĩnh trên Q3 :

2 3,16 10 −3 = 0,0474 𝑊 Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q3 :

𝑃 𝑡𝑡∑𝑚𝑎𝑥 = 𝑃 𝑑𝑐/𝑄3 + 𝑃 𝑡𝑡𝑚𝑎𝑥/𝑄3 = 0,0474 + 0,159 = 0,2064 𝑊 Vậy chọn Q3, Q4 là cặp bổ phụ thỏa mãn điều kiện sau:

 Tra cứu Datasheet ta chọn 2SC2073 và 2SA940 : 2SC2073

6 Tính tầng lái: Để tính toán tầng lái ta chọn 𝛽 𝑄1 = 60

7 Tính chọn D3, D4, D5, VR2: Để tránh méo tín hiệu xuyên tâm đồng thời ổn định điểm làm việc cho các cặp BJT khuyếch đại công suất thì các tổ hợp này phải làm việc ở chế độ AB Vì vậy, ta dùng D3, D4, D5, VR2 để tạo ra áp ban đầu cho các BJT để khi có tín hiệu vào thì các BJT khuyếch đại công suất dẫn ngay

Chọn D3, D4, D5 : là loại D1N4007 Để Q1, Q2 làm việc ở chế độ dòng tĩnh 50mA thì điện áp trên tiếp giáp BE của các tổ hợp BJT ở chế độ tĩnh là 0,6V

= 0,6 + 0,6 + 0,6 + 0,6 + 0,05.0,22 + 0,05.0,22 = 2,422 𝑉 Để dòng tĩnh Q5 ít thay đổi và tránh méo tín hiệu ta chọn:

𝐼 𝐶𝑄5𝑝 = 140 𝐼 𝐵1𝑝 = 140.0,46 = 64,4 𝑚𝐴 Dùng Diode để ổn định áp phân cực cho tầng lái

Như vậy, ba diode D3, D4, D5 và VR2 đảm bảo cho Q1, Q2 và Q3, Q4 làm việc ở chế độ AB, tức là 𝑉 𝐵1𝐵2𝑄 = 2,422 𝑉 ngay khi có tín hiệu vào

Diode có tính chất ghim áp, cho phép dòng qua diode tăng mà áp suất trên diode gần như không thay đổi Để đạt được điều này, cần lựa chọn điểm làm việc nằm trong đoạn tuyến tính nhất của đặc tính dòng-áp.

 Chọn VR2 P Ω sau đó hiệu chỉnh lại

8 Tính toán transistor Q5 làm nguồn dòng:

Q5 tạo dòng điện ổn định cho Q6 và duy trì điểm làm việc của hai cặp Darlington trong tầng khuếch đại công suất Nhờ vào nội trở nguồn lớn trong chế độ xoay chiều, hệ số khuếch đại của tầng lái được tăng cường, đồng thời phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn của hai cặp Darlington giúp nâng cao hiệu suất mạch.

Dòng qua hai diode cung cấp dòng phân áp cho Q5, với dòng phân cực 𝐼 𝐵𝑄5 được chọn sao cho 𝐼 𝐵𝑄5 ≪ 𝐼 𝐷 Để diode ghim áp ổn định, yêu cầu dòng 𝐼 𝐷 phải lớn hơn 8 mA, vì vậy chọn dòng phân áp 𝐼 𝑅6 là 9 mA Khi đó, điện áp trên diode V D đạt 0,7 V Sụt áp trên R9 được tính bằng công thức: 𝑉 𝑅6 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝑉 𝐷1 − 𝑉 𝐷2 = 30 − 0,7 − 0,7 = 28,6 V.

Chọn R6 = 6.2 𝐾Ω Công suất của R6 là : 𝑃 𝑅6 = 𝐼 𝑅6 2 𝑅9 = (9 10 −3 ) 2 6200 = 0,5 𝑊

Transistor Q5 hoạt động ở chế độ A, do đó công suất tiêu tán lớn nhất của nó là công suất tiêu tán tĩnh Điện áp DC tại tiếp giáp CE của Q5 là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất hoạt động của mạch.

=> 𝑃 𝐷𝐶/𝑄5 = 𝑉 𝐶𝐸/𝑄5 𝐼 𝐶𝑄5 = 13,089.7 10 −3 = 0,09 𝑊 Vậy ta chọn Q5 thỏa các điều kiện sau:

 Tra cứu Datasheet ta chọn Q5 2SA1013:

Transistor Q6 có vai trò quan trọng trong việc nâng cao tín hiệu để kích hoạt tầng thúc và đảo pha cho tầng công suất Được chọn làm việc ở chế độ A, Q6 có tải lớn giúp đạt được hệ số khuyếch đại cao Do đó, cần xác định điểm làm việc của Q6 sao cho khi không có tín hiệu vào, điện thế tại cực E của Q1 và Q2 gần bằng 0, dẫn đến sụt áp trên tải cũng bằng 0.

Transistor Q6 có điện trở tải lớn, dễ dẫn đến tình trạng bão hòa và méo tín hiệu Để ổn định điểm làm việc, cần sử dụng hồi tiếp âm cả một chiều (DC) và xoay chiều (AC) Trong đó, điện trở R7 và R8 đảm nhiệm vai trò hồi tiếp âm DC, trong khi R8 còn hỗ trợ hồi tiếp âm AC cho Q6.

 R8 = 107 Ohm => R8 = 180 Ohm R7 = (1/10 : 1/20)R8 = (9 : 18) Với hai giá trị này của trở thì áp rơi trên hai điện trở này là:

𝑉 𝑅8𝑅7 = (𝑅8 + 𝑅7) 𝐼 𝐶𝑄6 = 1,33 Điện thế trên cực C, E của Q6:

2 − (0,7 − 0,7 − 0,6) − 0,6 − 0,6 − 1,33 = 11,77 Công suất tiêu tán tĩnh của Q4:

Vì Q6 làm việc ở chế độ A nên:

Từ những tính toán trên ta chọn Q6 phải thỏa những điều kiện sau:

10 Tính toán tần nhận tín hiệu vào:

150 = 46,67 𝜇𝐴 Để không ảnh hưởng đến điểm làm việc Q7, ta chọn 𝐼 𝐶𝑄7 ≫ 𝐼 𝐵𝑄6

R9 càng lơ ́ n thì tác du ̣ng hồi tiếp âm một chiều càng lớn điểm làm viê ̣c Q7 càng ổn đi ̣nh

Vì Q7 hoạt động chế độ A, để Q7 khuếch đại không bị méo và có biên độ đủ lớn thì điểm tải tĩnh phải nằm giữa đường tải động

 Tra cứu Datasheet ta chọn Q7 2SA1013:

Khi chưa có hồi tiếp : ZinQ7 = Zin//𝑟 𝑏𝑒7 = 10,16 𝐾Ω

Hệ số khuếch đại Q7 chưa hồi tiếp :

Vì Q3, Q5 Q1, Q2 mắc kiểu C chung nên Av=1

Hệ số khuếch đại vòng hở của mạch:

Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp :

Hệ số khuếch đại của mạch : Chọn 𝑉 𝑖𝑛 = 0.7 𝑉

 Chọn VR3 = 1000 Ω sau đó tinh chỉnh lại

Ta có trở kháng vào khi chưa có hồi tiếp : 𝑅 𝐼 ≈ 𝑟 𝑏𝑒7 = 10,71𝐾Ω Khi có hồi tiếp : 𝑅 𝑖𝑓 = (1 + 𝐾 𝐾ℎ𝑡) 𝑅 𝐼 = (1 + 23760.0,038) 10710 = 9,68𝑀Ω

Cho băng thông từ 50Hz-15KHz

Tụ C1 là tụ liên lạc tín hiệu vào, vì tín hiệu vào khá nhỏ nên để tín hiệu không bị giữ trên tụ :

20 = 10 𝐾Ω Chọn tần số cắt nhỏ hơn 50Hz

Tụ C3 có vai trò quan trọng trong việc thoát xoay chiều cho cầu hồi tiếp VR3 và R9 Việc chọn tụ C3 cần đảm bảo rằng tỉ số hồi tiếp chỉ phụ thuộc vào VR3 và R9, đồng thời sụt áp xoay chiều trên C3 phải nhỏ hơn nhiều so với VR3 để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Tụ C2 là tụ lọc nguồn tầng nhận tín hiệu vào và chống dao động tự kích

Tụ C4 là tụ thoát xoay chiều Q6

Cấu tạo loa bao gồm cuộn cảm và điện trở với trở kháng Z L = R L + j𝜔L, cho thấy trở kháng loa phụ thuộc vào tần số Khi tần số tăng, trở kháng loa cũng tăng, dẫn đến hiện tượng méo tín hiệu Để khắc phục tình trạng này, mạch lọc Zobel được sử dụng nhằm ổn định trở kháng loa ở tần số cao.

C mắc nối tiếp với R và tất cả mắc song song với tải RL Ở tần số cao tụ ngắn mạch giảm tải ngõ ra tức là X L ↑, X C ↓ ⇒ RL không đổi

𝐽𝜔𝐶 + 𝑅𝐿 + 𝐽𝜔𝐿) Để không phụ thuộc vào tần số thì Z L = RL

Vì L của loa thường nhỏ ≈ 0,1 𝜇𝐻 ⇒ C5 = 𝐿

14 Kiểm tra độ méo phi tuyến

Trong mạch các BTT làm việc ở chế độ A, chỉ có Q1, Q2 làm việc ở chế độ AB nên méo phi tuyến trong mạch chủ yếu do Q1, Q2 quyết định

Giả sử tín hiệu vào là hình sin và Vin = 0,7V Lúc này điện áp đặt lên tiếp giáp BE của Q1:

Có 𝑉 𝐵𝐸1𝑄 = 0,6 V 𝑉 𝐵𝐸𝑚 = 𝑉 𝐵𝐸1𝑝 − 𝑉 𝐵𝐸1𝑄 = 1 − 0,6 = 0,4 𝑉 Gọi 𝐼 là dòng rỉ của Q1, Q2 : 𝐼 = 𝐼 𝑒 𝑉𝐵𝐸1𝑄 𝑉𝑇 𝑒 𝑉𝐵𝐸𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑉𝑇

Khai triễn 𝑦 = 𝑒 𝑉𝐵𝐸𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑉𝑇 theo chuỗI Taylor:

Méo phi tuyến chủ yếu do hài bậc cao gây ra Loại hài bậc cao và biến đổi 𝑠𝑖𝑛 2 𝜔𝑡 = 1−𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡

Theo định nghĩa méo phi tuyến: 𝛾 = √∑ 𝐼 𝑖𝑚

Trong đó : { 𝐼 1𝑚 : thành phần dòng cơ bản.

Loại bỏ các hài bậc cao ta được:

Khi chưa có hồi tiếp: 𝛾 = 𝑉 𝐵𝐸𝑚

Kết quả sau tính toán

 Giá trị linh kiện sau khi tính toán :

2SC5200 2SA1943 2SC2073 2SA940 2SA1013 2SC2383 2SA1013 0,47 Ω

- Ta ́ c du ̣ng mỗi linh kiê ̣n:

Phân cư ̣c cho Q7 Trơ ̉ ổn đi ̣nh nhiê ̣t

Ha ̣n dòng tầng khếch đại tín hiê ̣u vào Điê ̣n trở phân cực Q6 Điều chỉnh nguồn dòng cố đi ̣nh, điều chỉnh áp trung điểm

Tạo phân áp cực cho nguồn dòng Q1 và phân cực cho Q3, Q4, Q1, Q2 nhằm tránh méo chế độ AB BJT hoạt động ở chế độ A, giúp ổn định nguồn dòng cố định.

BJT khếch đại chế đô ̣ A BJT khếch đa ̣i tín hiệu nhỏ chế đô ̣ A BJT công suất

Tụ nhận tín hiệu va ̀o ngăn dòng 1 chiều từ cực B Q7 ra thiết bi ̣ phát

Tu ̣ ngăn dòng 1 chiều thoát xoay chiều và ổn định áp

Tu ̣ lo ̣c nguồn tầng nhâ ̣n tín hiê ̣u vào

Tu ̣ đưa tín hiê ̣u ra loa ngăn dòng 1 chiều

Trơ ̉ công suất ổn định nhiê ̣t cho Q1 Q2 Ổn định nhiệt và điểm làm viê ̣c cho Q3 Q4 Mạch Zobel bảo vệ loa trong trường hợp ngắn mạch

 Sơ đồ sau khi tính toán hoàn chỉnh:

 Kết quả mô phỏng tín hiệu SINE 1KHz - 0.5V pp

A : ti ́n hiệu đầu vào tầng 1 (sin)

B : ti ́n hiệu ra tầng 1

C : ti ́n hiệu ra tầng 2 D: ti ́n hiệu ra tầng 3

- Mạch mô phỏng khuếch đại đúng với chỉ số tính toán (≈11 lần, tín hiệu vào 0.7V, tín hiệu ra 7.7V)

- Mạch mô phỏng chạy ổn định

- Âm thanh chạy mô phỏng trên protues rõ ràng

- Tuy nhiên nhóm chưa thể hoàn thành mạch thực tế Vì dịch bệnh, về quê không tìm mua được linh kiện cần thiết để hoàn thiện mạch