(TIỂU LUẬN) đồ án kỹ THUẬT MẠCH điện tử đề tài MẠCH KHUẾCH đại CÔNG SUẤT OTL NGÕ vào VI SAI

Khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT

Khuếch đại tính hiệu nhỏ

Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng như dòng điện hoặc điện áp từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà vẫn giữ nguyên dạng của nó.

Cách mắc BJT

Trong thực tế, có 3 cách mắc cơ bản Đó là cách mắc E chung (EC), B chung (BC), C chung (CC).

2.1 Mạch khuyếch đại E chung ( EC )

 Trở kháng vào Z in = (R 1 //R 2 ) // Rpi Với Rpi= Vbe/i b

 Hệ số khuếch đại điện áp

A V = V Vi 0 = V Vbe Vi 0.Vbe = A vt Ri+ Zin Zin = Ri Zin + Zin g m R 2

Với A vt là hệ số KĐ điện áp của transistor:

A vt = Vce Vbe = −Bin Rl

Vbe = −gm.Vbe Vbc =¿ -g m Rl Trong đó: R L = r o // Rc // R t

 Hệ số khuếch đại dòng điện : A i= io Ii với io= Vo Rt

Ri +Zin => A i= io i1 = Vo Rt Ri +Z n Vi ị = A v Ri Rl vi +Zin

Nhận xét: Tín hiệu vào và ra ngược pha nhau: o Khi V i ↑ => i i ↑ => i D ↑ => i c ↑ => V o =V cc - I c R C ↓ o Khi V i ↓ => i i ↓ => i D ↓ => i c ↓ => V o =V cc - I c R C ↑ Ưu nhược điểm và ứng dụng Ưu điểm

 Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc

 Có khả năng khuếch đại dòng và áp

 Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể

 Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử.

 Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào Ứng dụng

 Sử dụng trong khuếch đại tầng thúc ( chủ yếu khuếch đại dòng, việc khuếch đại áp không quá chú trọng)

A vt = 1+ −gm Rl gm Rl (R L = R E // R t )

Hệ số khuếch đại điện áp tại cửa ra:

Hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch:

Trở kháng vào nhìn từ cực nền xuống masse:

Trở kháng ra toàn mạch:

Hệ số khuếch đại dòng điện: Điện áp vào cùng pha điện áp ra Ưu nhược điểm và ứng dụng Ưu điểm

 Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần

 Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào

 Tổng trở vào lớn ( vài trăm ohm), tổng trở ra nhỏ ( vài chục ohm ), không

Mạch chỉ khuếch đại dòng mà không khuếch đại áp được ứng dụng phổ biến trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper) và trong nhiều mạch ổn áp nguồn.

Trở kháng vào: Z in = R E // R iE

Hồi tiếp trong bộ khuếch đại

Mạch khuếch đại hồi tiếp

Hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu đầu ra đưa trở lại đầu vào làm thay đổi đầu vào

 Hồi tiếp âm là làm giảm nhỏ đầu vào V in , để ổn định điểm làm việc tĩnh.

Hồi tiếp dương là quá trình tăng điện áp V in, được áp dụng trong mạch tạo dao động Tín hiệu vào tầng khuếch đại bao gồm cả tín hiệu đầu vào và tín hiệu hồi tiếp Đặc điểm của hồi tiếp âm cũng cần được xem xét trong quá trình này.

 Tính hiệu ra ổn định hơn

 Cải thiện đáp ứng tần số

 Mở rộng vùng hoạt động tuyến tính

Phân loại mạch khuếch đại hồi tiếp

 Sơ đồ khối Ảnh hưởng của hồi tiếp đến trở kháng ra: Zr Ngắn mạch tín hiệu đầu vào Us = 0, ta có:

U = I.Zr –kUf = IZr – kβU Zrf = U/I = Zr/(1+kβ).

Trở kháng ra giảm đi (1+βk) lần

Tín hiệu hồi tiếp là điện áp Vf qua điện trở Re, trong khi tín hiệu lẫy mẫu là Vo cũng qua Re Điều này cho thấy đây là một mạch hồi tiếp điện thế nối tiếp.

Ta có: Vo = Vf ¿ Vf Vo =1

Vì Rs được xem là một thành phần của mạch khuếch đạim Vi = Vs và:

Av = Vo Vi = Vo Vs = β Ib Vs ℜ = Rs+β β ℜ

( ℜ+ℜ ) + Rs β Điện trở ngõ vào của mạch là:

Rs+ β ℜ =Rs+ β ( ℜ+ ℜ)Với Ri = Rs + β ℜ là điện trở ngõ vào của mạch không có hồi tiếp.

Vì Re được xem như tải Rl nên Rof = Ro

Trong đó: Ro tiến đến ∞ , Avnl = Rl → ∞ lim Av=∞ nên Ro’ = Re nên : Rof’ = Ro ' F = Rs+β Rs+ β ℜ ( ℜ+ ℜ )

Kết luận, mạch khuếch đại hồi tiếp nối tiếp điện áp giúp cải thiện tổng trở vào và ra, giảm méo tín hiệu, mở rộng băng thông và ổn định hàm truyền Tuy nhiên, nó cũng làm giảm biên độ tín hiệu và có thể gây ra sự kém ổn định ở tần số cao.

2.2 Mạch khuếch đại hồi tiếp nối tiếp – dòng điện

Tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ với dòng điện đầu ra và song song với tín hiệu vào.

 Trở kháng vào tăng lên ( 1+ βk ) lần

 Zrf = U I =Zr(1+ βk) ® Trở kháng ra tăng ( 1+ βk ) lần so với khi không có hồi tiếp.

Tín hiệu hồi tiếp Xf = Vf là điện thế ngang qua điện Re và là cách nối tiếp.

Khi Io = 0 và Rl = ∞, dòng cực thu trở thành 0, dẫn đến Vf qua Re cũng bằng 0 Do đó, mạch lấy mẫu dòng điện ngõ ra cho thấy đây là mạch hồi tiếp dòng nối tiếp.

Điện thế hồi tiếp tỷ lệ với dòng điện Io, được lấy mẫu tại Vf xuất hiện qua Re trong mạch ngõ ra, không phải qua Re trong mạch ngõ vào Do đó, β' được xác định bằng Vf.

Vì Vs = Vi nên: Gm = Io Vi = − β Is Vs = Rs+β − β

+ β ℜ+ ( 1+ β ) ℜNếu Re là một điện trở cố định, được dẫn truyền của mạch hồi tiếp rất ổn định, dòng qua tải được cho là:

ℜ Dòng qua tải tỷ lệ trực tiếp với điện thế ngõ vào và dòng này chỉ cùng thuộc Re. Độ lợi ddienj thế cho tải:

Avf = Io Rl Vs =Gm Rl= r 6 +β − β

Ri = Rs + β ℜ+ ℜ Vậy Rif = Rs + β ℜ+ ( 1+ β ) ℜ

Vì Ro ≠ ∞ nên Rof = Ro (1 + β ' Gm ¿= ∞ vìv y ậ Ro f ' = Rl/ ¿ Rof = Rl

Mạch khuếch đại hồi tiếp nối tiếp điện áp giúp cải thiện tổng trở vào và ra, giảm méo tín hiệu, mở rộng băng thông và ổn định hàm truyền Tuy nhiên, nó cũng có thể làm giảm biên độ tín hiệu và gây ra sự kém ổn định ở tần số cao.

2.3 Mạch khuếch đại hồi tiếp song song – dòng điện

Tín hiệu hồi tiếp tỷ lệ với dòng điện đầu ra và song song với tín hiệu đầu vào.

 Hệ số khuếch đại: k = Iv Ir

Is = kIv Iv+ If = kIv

Is = Uv Iv+ If = Uv

1+ βk ® Trở kháng vào giảm đi (1+βk) lần.

Zr −kβI ® I ( 1 +kβ ) Zr =Ur ® Zrf = U I =Zr ( 1 +kβ )

Mạch sử dụng hai transistor kết nối trực tiếp, với hồi tiếp từ cực phát của Q2 đến cực vào của Q1 qua trở R’ Đầu tiên, chúng ta chuyển đổi nguồn tín hiệu V6 thành nguồn có dòng điện Is =.

Khi Rs chạy vào và mắc song song với Rs, để xác định hoặc lấy mẫu, ta đặt Vo = 0 (Rc2 = 0) Điều này không làm giảm Io và không làm cho dòng qua Re của Q2 xuống 0, đồng thời dòng If cũng không giảm xuống 0 Do đó, mạch này không phải là mạch lấy mẫu điện thế.

Khi Bây giờ cho Io = 0 (Rc = ∞), dòng If sẽ bằng 0, cho phép mạch lấy mẫu bằng dòng Đây là một mạch hồi tiếp dòng điện song song, trong đó điện thế VB2 rất lớn so với Vi do Q1 khuếch đại Điện thế Vb2 ngược pha với Vi, và do tác động của emitter follower, Ve2 chỉ thay đổi rất ít so với Vb, khiến hai điện thế này cùng pha Do đó, Vb2 có biên độ lớn hơn Vi và có pha ngược với Vi.

Khi tín hiệu vào tăng, dòng Is cũng tăng, dẫn đến dòng If tăng theo Trong trường hợp không có hồi tiếp, Ii = Is – If sẽ nhỏ hơn Do đó, mạch này được xác định là mạch hồi tiếp âm.

Tín hiệu hồi tiếp là dong If chạy qua điện trở R’ nằm trong mạch ngõ ra, ta có:

R ' +ℜ Điện trở ngõ vào giảm, điện trở ngõ ra tăng và độ lớn dòng điện Aif ổn định, ta có: Aif = Io Is = 1 β = ℜ+ ℜ R ' Độ lợi điện thế, ta có:

Nếu Re, R’, Rc2, Rs ổn định thì Avf ổn định (đọc lập với thông số của BJT, nhiệt độ bằng sự giao động của nguồn điện thế V6).

 Hồi tiếp nối tiếp làm tăng trở kháng vào, hồi tiếp song song làm giảm trở kháng vào.

 Hồi tiếp điện áp làm giảm trở kháng ra, hồi tiếp dòng điện làm tăng trở kháng ra.

Trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ là yêu cầu phổ biến của hầu hết các tầng khuếch đại Hồi tiếp điện áp nối tiếp đáp ứng hiệu quả cả hai tiêu chí này.

 Khi hệ số hồi tiếp thay đổi sẽ làm thay đổi hệ số khuếch đại trở kháng vào – ra của mạch có hồi tiếp.

Bộ khuếch đại hồi tiếp âm đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu méo tần số, nhờ vào khả năng điều chỉnh hệ số khuếch đại theo tần số trong mạch một cách hiệu quả.

 Khi có hồi tiếp âm sẽ làm nhỏ tín hiệu nhiễu, giảm méo phi tuyến

2.4 Mạch khuếch đại hồi tiếp song song – điện áp

Tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ với điện áp đầu ra và ssong song với tín hiệu vào.

Is = KIv Iv+ If = KIv

Us = Uv Iv+ If = Uv

 Zv giảm đi (1+βK) lần khi mạch có hồi tiếp

 Trở kháng ra: nối hở mạch đầu vào Is = 0, => Iv = -If.

Ta có: Ur= Ir Zr+ KIv=IrZr −KIf = IrZr− KβUr

Mạch trên là một tầng cực phát chung, với tín điện trở R’ nối tiếp từ ngõ ra về ngõ vào Mạch trộn theo cấu trúc song song và Xf là dòng điện If chạy qua R’.

Khi Vo = 0, dòng hồi tiếp If sẽ giảm xuống 0 tương ứng với kiểu lấy mẫu điện thế sử dụng Điều này cho thấy mạch hoạt động như một mạch khuếch đại hồi tiếp điện thế song song Do đó, độ lợi truyền Af = Rmf được ổn định, trong khi cả hai điện trở ngõ vào và ra đều bị giảm.

Vì tín hiệu hồi tiếp là dòng điện, nguồn tín hiệu được biểu diễn bằng nguồn tương đương Narton với Is = Vs Rs

Tín hiệu hồi tiếp là dòng điện If chạy qua điện trở R’ nằm trong mạch ngõ ra, ta có β= If

Nếu R’ là một điện trở ổn định thì điện trở truyền sẽ ổn định, độ lợi điện thế với mạch hồi tiếp:

Avf = Vo Vs = R Vo 6 Is = β Is 1 = − Rs R ' = Rmf R 6

Mạch khuếch đại hồi tiếp nối tiếp điện áp giúp cải thiện tổng trở vào và ra, giảm thiểu méo tín hiệu, mở rộng băng thông và ổn định hàm truyền Tuy nhiên, nó cũng có thể làm giảm biên độ tín hiệu và kém ổn định ở tần số cao.

Mạch khuếch đại hồi tiếp nâng cao chất lượng của bộ khuếch đại, cải thiện các đặc tính hoạt động và giảm thiểu méo phi tuyến của tín hiệu Sự kết hợp với tầng thúc đẻ giúp mang lại âm thanh rõ ràng và chất lượng tốt hơn.

Khuếch đại công suất

Phân loại mạch khuếch đại công suất

Khuếch đại công suất chế độ A

Tính hiệu khuếch đại gần như tuyến tính cho phép tín hiệu ngõ ra biến đổi theo cách tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ 360 độ của tín hiệu ngõ vào, với transistor hoạt động hiệu quả ở cả hai bán kỳ.

Khi có tín hiệu vào, để dòng Ic có thể biến đổi tốt nhất, điểm tĩnh Q phải được phân cực sao cho:

Ic = Icsat 2 và Vce = Vcc 2 Đặc điểm chính của BJT là tín hiệu ngõ ra luôn ở trong vùng tích cực, cho thấy BJT được phân cực để tín hiệu ngõ ra biến thiên theo tín hiệu ngõ vào.

Tín hiệu khuếch đại trong chu kỳ 2ᴫ cho thấy điểm làm việc tĩnh Q (Vce, Ic) cần thỏa mãn điều kiện Vce = Vcc/2 Đây là điểm phân cực tối ưu, giúp mạch hoạt động với hiệu suất cao nhất.

Khi đưa tín hiệu Vi vào ngõ vào, dòng Ic và điện thế Vce sẽ thay đổi quanh điểm làm việc tĩnh Q.

Với tín hiệu ngõ vào nhỏ, nên dòng điện và điện áp ra cũng ít thay đổi.

Với tín hiệu ngõ vào lớn, ngõ ra sẽ biến đổi đáng kể quanh điểm Q, dẫn đến dòng Ic thay đổi trong khoảng (0, Icsat) mA Đồng thời, Vce sẽ dao động giữa hai giới hạn (0, Vcc).

Công suất hữu ích trên tải:

𝑃𝐿 = 𝑅𝐿𝐼𝑅𝑀𝑆 = Rl Ilp 2 Ilp = Vcc.Ilp/2

Công suất nguồn cung cấp:

Pcc = 2Vcc.𝐼lp Hiệu suất của chế độ A:

Tầng ngõ ra yêu cầu trở kháng ngõ vào lớn và trở kháng ngõ ra nhỏ, đồng thời cần có hệ số khuếch đại điện ổn định Tín hiệu ra không bị hạn chế bởi transistor, vì nó luôn hoạt động liên tục.

Hiệu suất mạch khuếch đại thấp.

 Tín hiệu ngõ ra khuếch đại trong cả chu kì theo tín hiệu vào.

 Do được phân cực làm việc tối ưu, nên tiêu hao năng lượng lớn

 Hiệu suất của mạch thấp thường là ƞ = 25%

 Được sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại, …

2 Mạch khuếch đại chế độ B Đặc điểm phân cực là điện áp Vbe = 0 v vì vậy khi đó tín hiệu ngõ vào phải vượt qua điện áp ngưỡng Vy của BJT thì mới có tín hiệu ở ngõ ra

Tín hiệu chỉ khuếch đại ở 1 bán kì dương hoặc âm tùy thuộc loại BJT là npn hay pnpMạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng PUSH – PULL

 Khảo sát công suất Công suất hữu ích trên tải trong 1 chu kì:

𝑃𝐿 = 𝑅𝐿𝐼𝑅𝑀𝑆 = Rl Ilp 2 Ilp = Vcc.Ilp/2 Công suất nguồn cung cấp trong 1 chu kì:

Công suất nguồn cung cấp trong 1 chu kì:

Pcc = Vcc Ilp π Hiệu suất của mạch khuếch đại công suất chế đọ B mắc đẩy kéo:

Mạch khuếch đại công suất chế độ B có sự cải thiện so với mạch khuếch đại chế độ A, tuy nhiên, nó vẫn gặp phải vấn đề về méo phi tuyến Đặc biệt, độ méo sẽ gia tăng khi kích thước tín hiệu tăng lên.

 Mạch không hoạt động khi không có tín hiệu vào

 Năng lượng tiêu hao ít

 Tín hiêu ra bị méo xuyên tâm

 Yêu cầu cần phải có nguồn đôi

 Thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần, công suất mành của tivi,

3 Mạch khuếch đại chế độ AB Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm méo xuyên tâm cuẩ lớp B bằng cách nâng áp phân cực điểm tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A và lớp B, mạch được phân cực có Vbe gần bằng Vy của BJT Vì vậy tính hiệu ngõ ra hơn nữa chu kì.

Mạch khuếch đại công suất thường được cấu trúc đối xứng bổ phụ, với hai BJT có thông số giống nhau, trong đó một là npn và một là pnp Thiết kế mạch sử dụng nguồn đôi thường áp dụng cho mạch khuếch đại công suất OCL (Output Capacitor – Less).

Mạch khuếch đại chế độ AB được sử dụng chủ yếu để giảm thiểu méo xuyên tâm trong chế độ B khi tín hiệu đầu vào yếu Nó đóng vai trò là tầng kích thích cho tầng công suất cuối theo chế độ B.

 Tiêu hao năng lượng khi không có tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A

 Tín hiệu ngõ ra ít bị méo

 Ứng dụng: Sử dụng trong mạch công suất đẩy kéo

Mạch khuếch đại công suất

1 Mạch khuếch đại công suất OTL

 Mạch sử dụng nguồn đơn, mạc đơn giản

 Có sử dụng tụ xuất âm

 Hiệu suất cao, tín hiệu ra không bị méo xuyên tâm, tụ xuất âm ngăn dòng 1 chiều nhỏ cho thành phần xoay chiều đi qua, bảo vệ loa.

 Mạch đơn giản, không cồng kềnh, chỉ sử dụng một nguồn đơn.

 Q1 và Q2 không đối xứng, khó cân chỉnh điểm giữa do có tụ xuất âm nên gây tổn hao tín hiệu ở tần số thấp, tần số cắt của mạch f C = 1

 Méo phi tuyến lớn, do 2 Transistor không đối xứng.

 Băng thông bị co hẹp (ảnh hưởng từ tụ Ct).

 Có thể khiến âm thanh ra loa bớt chân thực, bị hao tổn.

2 Mạch khuếch đại công suất OCL

 Mạch OCL dung 2 Transistor Q1, Q2 hoàn toàn giống hau về đăch tính

 Dùng mạch đảo pha trước

 Tín hiệu đưa thẳng ra loa không cần qua tụ lọc

 Không bị méo ở tần số thấp

 Bang thông được mở rộng

 Hiệu suấ cao (làm việc ở chế độ AB)

 Tín hiệu ra chân thực

 Mạch khó thiết kế, nếu có thay đổi dòng ra sẽ làm cho loa dễ cháy

 Do tải ghép trực tiếp nên phải có mạch bảo vệ quá công suất, mạch đóng tải chậm

 Q1 và Q2 đòi hỏi sự giống nhau về đặc tín kỹ thuật

Mạch Darlington là một cấu trúc điện tử bao gồm hai transistor cùng loại, NPN hoặc PNP, được kết nối để tăng cường khả năng khuếch đại dòng điện Transistor đầu tiên sẽ khuếch đại dòng điện, sau đó dòng này tiếp tục được khuếch đại thêm bởi transistor thứ hai, tạo ra hiệu ứng khuếch đại mạnh mẽ hơn.

 Điện trở vào lớn (vài M)

 Điện trở ra nhỏ (vài k)

 Độ khuếch đại dòng lớn

 Độ K u nhỏ 1 trên tải Emitter

 Cách phân cực giống tầng Emitter follower có hổi tiếp cực E

 Mạch Darlington tương đương Ở tầng thứ 2:

Ở tầng thứ nhất, không thể áp dụng phương pháp tính gần đúng do tải R L ≪ 1 h o e, dẫn đến việc bỏ qua hiệu ứng này trong mạch Tải RL1 gần bằng Zie, là điện trở vào tầng thứ hai, và không thể coi là nối tắt so với h 1 o e Do đó, cần tính đến hiệu ứng của h 1 o e 1 ở tầng thứ nhất, theo quy tắc của phương trình Kirchhoff.

Các loại mạch khuếch đại công suất hiện tại chưa đảm bảo công suất vào ra, vì vậy cần thực hiện các biện pháp cải tạo và bảo vệ mạch Việc sử dụng cấu trúc Darlington giúp tăng khả năng khuếch đại, trong khi phối hợp với trở kháng của mạch lọc Zobell có thể hạn chế sự biến đổi trở kháng của loa theo tần số.

Chương 4: Thiết kế mạch khuếch đại OTL

1 Biên độ tín hiệu ra loa

Trong mạch khuyếch đại, tín hiệu vào có dạng sin được biểu diễn là v=V sin ωt Nếu xem hệ thống là tuyến tính, tín hiệu ra trên tải sẽ là v L = V L sin ωt + V CE 0 và dòng điện ra là i L = I L sin ωt + I C0, trong đó V L và I L lần lượt là biên độ điện áp và dòng điện ra trên tải.

V CE 0 , I C 0 : là điện áp và dòng điện DC trên tải.

Do tầng công suất làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh và điện áp tĩnh rơi trên tải không đáng kể

Do vậy: v L =V L sin ωti L = I L sin ωt

Gọi V Lh d , I Lh d : là điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng trên tải.

√ 2 Khi đó công suất trên tải :

2 Điện ấp cung cấp nguồn Để đảm bảo về mặt năng lượng và tránh nhiễu phi tuyến thì điện áp nguồn phải bằng hai lần điện áp trên loa Mặc khác, vì Q 1 ,Q 2 làm việc ở chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn là 0,75.

Ta chọn nguồn cung cấp là : V CC e V

Dòng cung cấp trung bình:

Công suất nguồn cung cấp:

II Tầng khuếch đại công suất

Tầng khuyếch đại công suất có nhiệm vụ phát trên loa một tín hiệu âm tầng được xác định theo yêu cầu thiết kế P L %W

Các BJT làm việc ở mức điện áp cao, các dòng collector Q 1 ,Q 2 rất lớn

Để đảm bảo hiệu suất và công suất của mạch, cần chọn Q1 và Q2 phù hợp, đồng thời xác định nguồn và dòng nguồn không vượt quá giá trị cho phép của BJT Để tránh méo xuyên tâm và duy trì hiệu suất, Q1 và Q2 nên hoạt động ở chế độ AB, với dòng tĩnh collector nằm trong khoảng 20 ÷ 50 mA.

I E Q = I E Q 1 =I E Q2 P mA Dòng đỉnh qua Q 1 ,Q 2 là:

R 1 , R 2 có tác dụng cân bằng dòng , ổn định nhiệt nên phải có kích thước lớn để chịu được công suất lớn.

Dạng tín hiệu trên R 1 , R 2 là: i e1 =i e 2 = I L sin ωt

Khi lựa chọn R1 và R2 có giá trị lớn, tổn hao tín hiệu trên loa sẽ tăng cao Do đó, cần phải chọn các giá trị này sao cho tín hiệu ra loa đạt mức tối đa Để giảm thiểu tổn thất tín hiệu, chúng ta thường áp dụng các phương pháp lựa chọn phù hợp.

Ta chọn: R 1 =R 2 =0,39 Ω Công suất tiêu hao trên R 1 , R 2 là:

Công suất nguồn cung cấp : P CC =V CC I TB =V CC I L π

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

Vậy công suất tiêu tán của hai BJT Q 1 ,Q 2 là :

Công suất tiêu tán của một BJT, chẳn hạn BJT Q 1 là:

Công suất tiêu tán của BJT Q1 tỷ lệ thuận với dòng điện I_L theo hàm bậc hai Để xác định công suất tiêu tán cực đại, ta cần tính đạo hàm của P_tt/Q1 theo I_L và đặt nó bằng 0.

Công suất tiêu tán tĩnh trên Q 1 :

Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q là:

P tt ∑ max/Q 1 =P tt max/Q 1 + P DC /Q1 ,76+1,625 ,4 W

Vì Q 1 ,Q 2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn Q 1 ,Q 2 thỏa mãn điều kiện:

V CE 0 >V CC eV P C > ( 2 ÷3 ) P tt ∑ max (,8:43,2W

Tra cứu ta chọn được: Q 1 : 2 SD 718 ;Q 2 :2 SB688

Trong tính toán ta chọn: β Q 1 =β Q2 = β min

Dòng Base cực đạI của Q 1 :

1+55 E,53 mA Để R 3 , R 4 không ảnh hưởng đến dòng ra ở chế độ xoay chiều thì

R 3 , R 4 phải thỏa mãn điều kiện: Z B1M (ac) ≪ R 3 , R 4 ≪Z B1 M(dc )

R 3 , R 4 ≪Z B 1 M(dc ) : để rẽ dòng nhiệt.

R 3 , R 4 ≫Z B 1Mac : để giảm tổn thất tín hiệu.

Với Z B1Mac , Z B1Mdc : là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực Base Q 1 đến M.

Từ đặc tuyến vào của Q 1 (2 SD 718) ta có:

I BQ/Q1 =0,89 mA=¿ C họn I EQ /Q3 ` mA ¿>I R 3 = I Q3 −I BQ/Q 1 `− 45,53,46mA ¿>R 3 = V BEp +V R1 p

Dòng cực đại qua R 3 : I R3 p = V BEp/Q 1 +V R1 p

Dòng emitter qua Q 3 : I EQ /Q 3 =I R 3Q + I BQ /Q 1 =6,2+0,89=7,1 mA

Khi đó trở kháng xoay chiều từ B Q 1 lúc này là:

So sánh với Z B1 ac tính ở trước là ta thấy khi thêm R 3 , R 4 vào thì sai khác không đáng kể.

Như vậy, tải xoay chiều của Q 3 là:

Z t /Q3 = Z B1 ' ac +(1+ β 1 ) R L !,53+(1+55).8F9,53(Ω) Để tìm được Q 3 ,Q 4 ta tìm công suất tiêu tán lớn nhất của chúng Gọi I E3 là biên độ dòng AC chạy qua Q 3 , ta có:

Công suất nguồn cung cấp cho Q 3 :

Công suất cung cấp cho tải của Q 3 :

Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q 3 :

Lấy đạo hàm theo I E3 M và cho bằng 0 ta được:

Vậy công suất tiêu tán lớn nhất do dòng xoay chiều trên rơi trên Q 3 là:

Công suất tiêu tán tĩnh trên Q 3 :

Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q 3 :

Vậy chọn Q 3 ,Q 4 là cặp bổ phụ thỏa mãn điều kiện sau:

III Tính tầng lái Để tính toán tầng lái ta chọn β Q 3 u

1 Tính chọn V R 7 , D 1 , D 2 , D 3 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 D 1 , D 2 , D 3 ,VR 7 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 D 1 , D 2 , D 3 : là loại D1N4007 là loại diode cần dung. Để Q 1 ,Q 2 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.

Ta có: V B 3B 4Q =V BE 3 +V BE 1 +V BE2 +V BE4 +V R 1Q +V R 2Q

V B 3 B4Q =0,6+0,6 +0,6+0,6+0,05.0,39 +0,05.0,39=2,44 (V ) Để dòng tĩnh Q 6 ít thay đổi và tránh méo tín hiệu ta chọn:

I (CQ6) I B3 p 0,84,8(mA ) và dùng Diode để ổn định áp phân cực cho tầng lái.

Như vậy, ba diode D 1 , D 2 , D 3 và VR 7 đảm bảo cho Q 1 ,Q 3 và Q 2 ,Q 4 làm việc ở chế độ AB, tức là V B 3B 4Q =2,44 V ngay khi có tín hiệu vào.

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

2 Tính toán Q 6 làm nguồn dòng

Q 6 tạo ra dòng điện ổn định phân cực và điểm làm việc cho hai cặp Darlington trong tầng khuếch đại công suất Nội trở nguồn dòng ở chế độ xoay chiều lớn giúp tăng hệ số khuếch đại của tầng lái, đồng thời phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn của hai cặp Darlington, từ đó nâng cao hiệu suất của mạch.

- Dòng collector qua Q 6 : I CQ/Q 6 ,8 mA

- Chọn D 4 ,D 5 là điode D1N4007 Chọn dòng qua hai diode là dòng phân áp cho Q 6 Chọn dòng phân áp I pa mA Lúc này V D =0,7 V Sụt áp trên R 10 là: V R10 =V CC −V D 4 −V D 5 e−0,7−0,7c,6(V )

Tính chọn VR 6 : VR 6 = V D4 +V D5 −V BE

Chọn V R 6=¿ 100 Ω / 66,6 Ω sau đó hiệu chỉnh lại.

Do Q 5 hoạt động chế độ A, nên ta chọn điện áp VR 5 = 0,7V

Chọn VR 5 0 (Ω)/58,3(Ω) sau đó hiệu chỉnh lại.

Transistor Q6 trong chế độ A hoạt động như nguồn dòng, dẫn đến công suất tiêu tán lớn nhất của nó là công suất tiêu tán tĩnh Điện áp DC tại tiếp giáp CE của Q6 được xác định như sau:

V CE/Q 6 ),8 (V )⇒ P DC/Q 6 =V CE /Q6 I C6 Q ),8.12.1 0 −3 =0,36 W Vậy ta chọn Q 6 thỏa các điều kiện sau:

Dựa vào bảng tra cứu ta chọn Q 6 : 2SC2383 Tên P(mW) f(MHz) T 0 C V CE (V ) I C ( A ) β

Transistor Q5 có vai trò quan trọng trong việc khuếch đại tín hiệu, đảm bảo đủ mạnh để kích hoạt tầng thúc và đảo pha cho tầng công suất Để đạt được hiệu suất tối ưu, Q5 được lựa chọn hoạt động ở chế độ A.

Để đảm bảo Q5 có tải lớn và hệ số khuyếch đại cao, cần lựa chọn điểm làm việc cho Q5 sao cho khi không có tín hiệu vào, điện thế ở cực E của Q1 và Q2 gần bằng 0, đồng thời sụt áp trên tải cũng gần bằng 0 Điện thế tại cực C và E của Q5 sẽ được điều chỉnh theo các yếu tố này.

Công suất tiêu tán tĩnh của Q 5 :

Do ta chọn I C/Q5 ằ I BP /Q3 nờn khi cú tớn hiệu vào thỡ dũng I BP /Q3 khụng ảnh hưởng nhiều đến dòng dòng cực đại qua Q 5

Từ những tính toán trên ta chọn Q 5 phải thõa những điều kiện sau: { P I C V C > > CE P I >V C max/Q5 tt max/Q5 CC 0,6 mA =0,37 V W

Theo tra cứu ta chọn Q 5 : 2SA1013 có các thông số sau:

Chọn VR19 = 500 Ω /200 Ω có thể hiệu chỉnh lại Chọn dòng phân áp cho Q 9 là dòng làm việc của diode D 6 là I D6 mA

Q9 làm việc ở chế độ khếch đại,chọn điểm làm việc tĩnh ở giữa điểm làm việc của đường đặc tuyến ra (Ic,Vce).

Vậy công suất tiêu tán trên Q 9 là(chủ yếu là công suất 1 chiều):

Chọn Q 11 thỏa các điều kiện sau:

{ P I C V C > >2 CE P >V tt/Q9 I C/Q CC 0 9 eV = 8 mA mW

Tra danh sách transistor ta chọn Q 9 là : 2SC2383 Tên P(mW) f(MHz) T o C V CE (V) I C (mA) β

5 Tầng khuếch đại vi sai:

R13 có nhiệm vụ phân cực đưa đến chân B/Q5.

I E/Q7 =I C/Q7 /2=1mA Để phối hợp trở kháng giữa tầng thúc và tầng khuyếch đại vi sai ta chọn:

Q 7 và Q 8 hoạt động ở chế độ khếch đại nên VCE/Q7=V cc /2e/22,5V.

Do đó cần chọn Q 7 và Q 8 như Q 9 (được chọn làm nguồn dòng như trên)

{ P I C V C > > CE P 2 >V tt/ I Q9 C/Q9 CC 0 e =8 mA mW V

Tra danh sách transistor ta chọn Q 7 và Q 8 là : 2SC2383 Tên P(mW) f(MHz) T o C V CE (V) I C (mA) β

Biến trở V R 14 dùng đểcân bằng dòng Emitor cho Q 7 và Q 8 do đó ta chọn

Chọn V R 14 0 Ω Xét tầng vi sai có mạch như hình vẽ:

Vì mạch khuyếch đại vi sai được thiết kế sao cho ở chế độ tỉnh hai nhánh cân bằng nhau.

Vì thế R 15 /¿ R 16 quyết định trở kháng vào của mạch Theo yêu cầu thiết kế thì Z ¿ "0 KΩ nên chọn R 15 /¿ R 16 "0 KΩ (2)

Từ (1) và (2) ta tính được: { R R R 15 16 17 V0 90 "0 KΩ KΩ KΩ có thể hiệu chỉnh lại

6 Tính toán các thông số còn lại

Để đảm bảo tín hiệu ra trên loa không bị ảnh hưởng, chúng ta cần chọn tụ C 12 với giá trị sao cho sụt áp trên tụ ở tần số thấp nhất là rất nhỏ so với sụt áp trên loa Trong trường hợp này, ta chọn X C5 = 1.