Bài giảng vi sai xử lý

Hệ số khuyếch đại dòng lớn không có khuyếch đại về điện áp hệ số khuyếch đại Tham số giới hạn và thông số của của transistor: 4.1> Dòng cực C cho phép: Khi transistor làm việc ở điều k

Bài Giảng Vi sai xử lý Phần lớn linh kiện điện tử cấu tạo từ chất bán dẫn gọi linh kiện điện tử bán dẫn Như để xét cấu tạo nguyên lý hoat động linh kiện khác ta phải xét loại bán dẫn * Chất bán dẫn chế dẫn điện: *.1> Chất bán dẫn thuần: Chất bán dẫ chế tạo từ Ge, Si (nhóm bảng phân loại tuần hoàn) Mạng liên kết đồng hóa trị Si: - Ở -2730 C (00K) e  nằm mối liên kết bền vững Độ linh động j=0 - Khi nhiệt độ tăng e  thu lượng đủ bứt trở thành điện tử tự để lại lỗ trống Điện tử hóa trị bên cạnh dễ dàng nhảy vào lấp lỗ trống để lại lỗ trống chuyển động ngược chiều Tổng dòng bán dẫn không - Nếu bắt microampe kế ta thấy có dịng nhỏ chạy qua chất bán dẫn Nguyên nhân: điện tử có sẵn chất bán dẫn chuyển động đến dương nguồn có nhiêu điện tử khỏi âm nguồn để bù vào lỗ khuyết mạng tinh thể Chiều dòng điện từ dương nguồn đến microampe kế qua bán dẫn đến âm nguồn Với trình làm tiêu hao lượng nguồn *.2> Chất bán dẫn tạp: Chất bán dẫn tạp chất bán dẫn tạo thành nhờ pha nguyên tố nhóm III nhóm V vào Bán dẫn tạp gồm có hai loại là: bán dẫn loại p loại n Bán dẫn loại n tạo thành nhờ pha tạp nguyên tố nhóm V bảng phân loại tuần hoàn vào mạng liên kết mạng tinh thể nguyên chất Silic Do có điện tích hóa trị nên liên kết mạng tinh thể Si có điện tử liên kết cịn điện tử khơng liên kết mạng liên kết yếu với hạt nhân Như sau pha tạp ngun tố nhóm V vào bán dẫn giàu điện tử Chất pha tạp cho điện tử nên nguyên tử pha tạp gọi Donor( chất cho) Tương tự bán dẫn n bán dẫn p tạo thành nhờ pha tạp nguyên tố nhóm III vào Do có ba điện tử hóa trị nên pha tạp thiếu điện tử tạo thành lỗ trống Lỗ trống hút điện tử mạng liên kết tạo thành lỗ trống Cứ lỗ liên tục hình thành Bán dẫn sau pha tạp ta bán dẫn thiếu điện tử Chất pha tạp nhận điện tử nên gọi Acceptor (chất nhận) **> Tiếp giáp p-n: Bán dẫn p: lỗ trống hạt dẫn đa số, điện tử hạt dẫn thiểu số Bán dẫn n: điện tử hạt dẫn đa số, lỗ trống hạt dẫn thiểu số Khi cho hai bán dẫn p n tiếp xúc chênh lệch nồng độ pha tạp hai bán dẫn nên co tượng khuyếch tán hạt dẫn điện đa số hai phía Kết để lại lớp ion + ion – bề mặt tiếp giáp gọi lớp chuyển tiếp Khi lớp chuyển tiếp hình thành khuyếch tán hạt mang điện đa số bị cản trở điện trường có tác dụng hút hạt thiểu số chuyển động trôi qua lớp chuyển tiếp tạo thành dòng I ng chuyển động khuyếch tán hạt đa số tạo thành dòng thuận I th ( I kt ) Tại tiếp giáp có cân động sơ đồ đây:  cân động  i  Muốn có dịng qua bán dẫn phải phá vỡ trạng thái cân động Muốn phá vỡ trạng thái cân động cách phân cực **.1> Phân cực thuận, phân cực nghịch: **.1.1> Phân cực thuận: Nếu Ec>0.5V ngược chiều E tr làm cho bề dày lớp chuyển tiếp co lại, chiều cao hàng rào điện giảm hạt dẫn đa số, chúng chuyển động sang phía đối diện tạo thành dòng I th gọi I E ( I kt ) qV KT I E  I S (e  1) Trong đó: I S : Dòng điện ngược bão hòa **.1.2> Phân cực ngược: E C chiều với E tr làm cho E tr tăng lên Khi E tr tăng lên bề dày lớp chuyển tiếp tăng lên ngăn cản chuyển động hạt dẫn điện đa số Dịng I kt  Chỉ có hạt thiểu số chuyển động hai phía tạo thành dịng I ng Chiều Ing từ dương nguồn đến bán dẫn p qua bán dẫn n đến âm nguồn Chỉ số dịng I ng nhỏ hạt thiểu số vốn có điều kiện thường **.2> Đặc tuyến V-A tiếp giáp p-n: **.3> Hiện tượng đánh thủng tiếp giáp p-n: Nếu E C đủ lớn E tr tăng đủ mức làm cho vận tốc hạt dẫn qua lớp chuyển tiếp làm ion hóa nguyên tử lớp chuyển tiếp tạo thành cặp điện tử điện tử trái dấu thứ cấp Các điện tử, lỗ trống thứ cấp tiếp tục chuyển động làm ion hóa nguyên tử khác Hiện tượng tạo số lượng hạt dẫn tăng vọt gọi tượng đánh thủng kiểu thác lũ Khi xảy tượng đánh thủng phân cực ngược dòng điện lớn phân cực thuận nhiệt lượng bề mặt lớp tiếp xúc tăng lên làm cho nhiệt độ tiếp xúc tăng lên Nếu không cân nhiệt( tỏa nhiệt môi trường) thi xảy tượng đánh thủng nhiệt hiệu ứng nhiệt độ ( nhiệt độ tăng cao điện tử thứ cấp tạo thành điện tử tự Chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện) Khi xảy tượng đánh thủng kiểu thác lũ phân cực ngược cắt điện bề mặt tiếp xúc p-n trở lại bình thường Nếu đánh thủng nhiệt tiếp xúc p-n bị hủy hoại Chính điơt, trasistor, dụng cụ bán dẫn nói chung làm việc với dịng điện lớn ln ln có kích thước bè mặt lớn để tăng cường diện tích bề mặt tỏa nhiệt, gắn thêm phiến tản nhiệt linh kiện công suất **.4> Diode: Diode linh kiện bán dẫn gồm tiếp giáp p-n Vì vậy, tính chất diode thường có đầy đủ tính chất tiếp giáp p-n Ở ta xét diode chỉnh lưu Trong mạch ta sử dụng diode chỉnh lưu giữ vai trò ghim áp diode Zenner Muốn ta phải chọn điểm làm việc diode cho dòng thay đổi lớn áp gần không đổi Như vậy, ta chọn điểm làm việc diode nằm đoạn tuyến tính đặc tuyến truyền đạt (đoạn nằm gạch chéo đặc tuyến trên) Chương 1: Transistor lưỡng cực: (Bipolar Juntion Transistor) 1> Cấu tạo: BJT loại linh kiện bán dẫn gồm lớp bán dẫn loại p n đặt xen kẽ đơn tinh thể bán dẫn Các miền phân cách hai lớp chuyển tiếp p-n Tùy theo thứ tự bố trí lớp bán dẫn p n mà ta có BJT loại npn hay pnp C B C B E E Tương ứng với miền cực BJT Miền bán dẫn hai lớp chuyển tiếp p-n gọi miền gốc (Base – B) Hai miền lại bất đối xứng cho miền có khả kích hoạt hạt tải điện vào miền Base, miền miền phát (Emitter-E), miền miền thu (Collector-C) có khả nhận tất hạt điện kích từ miền Emitter sang Base Nồng độ pha tạp miền khác nhau, đó: - Miền Emitter có nồng độ pha tạp lớn nhất, 1019  10 21 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 nên hình thành hai lớp chuyển tiếp pn gần nhau: - Chuyển tiếp Emitter( J e ) miền E-B - Chuyển tiếp Collector ( J c ) miền C-B 2> Nguyên lý làm việc khả khuyếch đại: Tùy theo thứ tự sếp miền bán dẫn mà ta chia BJT thành hai loại PNP NPN Nguyên lý làm việc loại BJT giống Ta xét nguyên lý làm việc NPN 2.1> Nguyên lý làm việc: Xét BJT loại NPN: Khi chưa cấp áp nguồn tiếp giáp p-n có độ chênh lệch nồng độ pha tạp miền mà sinh tượng khuyếch tán ( khuyếch tán hạt điện tích (điện tử lỗ trống)) nên bên hình thành hai lớp tiếp giáp J e J c cân động Phân cực thuận cho tiếp giáp J e , E tr giảm chiều cao hàng rào hạt đa số giảm, e  vọt từ E sang B Nếu C để hở mạch e  di chuyển từ E sang B dòng phạt xạ bình thường điơt tạo thành dịng từ B sang E tiếp giáp p-n thông thường Để e  kéo sang miền C ta tăng E ng tiếp giáp J c e  E ng kéo sang C tạo thành dòng I C Khi điện tử từ E sang B đại đa số thẳng C tạo thành dòng I C số tái hợp B tạo thành dòng I B I E  IB  IC 2.2> Chế độ làm việc BJT: BJT có chế độ àm việc là: ngưng dẫn, khuyếch đại, dẫn bão hòa 2.2.1> Chế độ ngưng dẫn: Tiếp giáp J C tiếp giáp J E phân cực ngược hình vẽ Ở chế độ BJT dùng khóa điện tử Ở chế độ tiếp giáp J C tiếp giáp J E phân cực ngược nên có dịng phân cực ngược( dịng rị) nhỏ Xem khơng dịng chạy qua tiếp giáp Ở chế độ BJT tắt tương ứng với khóa đóng Điều kiện để BJT tắt J E phân cực ngược Vbe Chế độ dẫn khuyếch đại: Ở chế độ tiếp giáp J C phân cực ngược tiếp giáp J E phân cực thuận hình vẽ Tiếp giáp J E phân cực thuận nên hàng rào hạt dẫn đa số giảm e  từ E vọt sang B lỗ trông chuyển dời từ B sang E Do bề dày miền B nhỏ nên phần lớn điện tử từ miền E sang tập trung tiếp giáp J C tạo dòng I E lớn Một phần điện tử từ miền E sang miền B tái hợp tạo thành dòng I B Tiếp giáp J C phân cực ngược nên kéo hạt dẫn thiểu số vùng B điện tử (do vùng B bán dẫnloại p) sang vùng C tạo nên dòng I C Như dòng I E gồm hai thành phần dịng I B dòng I C Do nồng độ pha tạp miền B nhỏ so với miền E nên dòng I E lớn so với dòng I B xem I C  I E Chế độ sử dụng rộng rải kỹ thuật mạch tương tự Như để BJT làm việc chế độ khuyếch đại tiếp giáp J E phân cực thuận, J C phân cực ngược Hệ thức liên hệ dòng điện: I E  IB  IC Hệ thức truyền đạt dòng điện: I   C IE Hệ số khuyếch đại dòng điện: IC IB Mối quan hệ  :     1 2.2.3> Chế độ dẫn bão hòa: Ở chế độ J E J C phân cực thuận   Điều kiện để BJT dẫn bão hòa là: ic ib   3> Các sơ đồ ghép BJT đặc tuyến BJT: Có ba dạng mạch dựa theo cách mắc Emitter chung, Base chung, Collector chung 3.1> Cách mắc EC: Transistor dược mắc theo kiểu Emitter chung (EC) nghĩa cực E dùng chung cho đầu vào đầu Tín hiệu vào đưa vào cực B E tín hiệu lấy cực C E Sơ đồ cho ta hệ số khuyếch đại điện áp lớn, hệ số khuyếch đại dòng lớn , trở kháng vào có giá trị trung bình Tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào Trong ba sơ đồ sơ đồ EC sơ đồ có hế số khuyếch đại dòng, khuyếch đại áp lớn nhất, hệ số khuyếch đại cơng suất lớn Trở kháng vào có giá tri trung bình thuận tiện cho việc ghép tải nguồn tín hiệu Tuy nhiên sơ đồ có nhược điểm dễ bị tác động nhiễu Cần phải có mạch ổn định Sơ đồ mạch: Đặc tuyến ngõ vào: Biễu diễn mối quan hệ phụ thuộc dòng vào ib điện áp vào V BE (VCE  const ) ib  f (V BE ) VCE  const Đặc tuyến ngõ ra: Biểu diễn mối quan hệ dòng ic điện áp VCE (ib  const ) ic  f (VCE ) ib  const Đặc tuyến truyền đạt: Biểu diễn mối quan hệ dòng dòng vào ic  f (ib ) ic   ib 3.2> Cách mắc BC: Transistor mắc kiểu Base chung (BC) cực B dùng chung cho đầu vào đầu Tín hiệu lấy cực B cực C Tín hiệu đưa vào cực B cực E Hệ số khuyếch đại điện áp lớn, khuyếch đại dịng điện (hệ số khuyếch đại Cách mắc CC: Transistor mắc kiểu C chung cực C dùng chung cho đầu vào đầu Dòng điện áp vào đưa vào cực B cực C Dòng điện áp lấy cực E cực C Hệ số khuyếch đại dịng lớn khơng có khuyếch đại điện áp (hệ số khuyếch đại 2SC2073 25 150 2SA940 25 150 Tính tầng lái: Để tính tốn tầng lái ta chọn  Q  75 150 150 1,5 1,5  40/75/140 40/75/140  I B3 p   I B 3Q  I Ep / Q   Q3 I EQ / Q   Q3 3.1> Tính chọn VR  109,17  1,44(mA)  75  3,94  0,052(mA)  75 R2 , D1, D , D : Để tránh méo tín hiệu xuyên tâm đồng thời ổn định điểm làm việc cho cặp BJT khuyếch đại cơng suất tổ hợp pahỉ làm việc chế độ AB Vì vậy, ta dùng D1 , D2 , D3 , V R để tạo áp ban đầu cho BJT để có tín hiệu vào BJT khuyếch đại công suất dẫn Chọn D1 , D2 , D3 : loại 1N4148 loại diode thuỷ tinh Để Q1 , Q2 làm việc chế độ dịng tĩnh 50mA điện áp tiếp giáp BE tổ hợp BJT chế độ tĩnh 0,6V V B 3B 4Q  V BE  V BE1  V BE  V BE  V R1Q  V R 2Q Ta có: V B 3B 4Q  0,6  0,6  0,6  0,6  0,05.0,  0,05.0,2  2,6(V ) Để dịng tĩnh Q7 thay đổi tránh méo tín hiệu ta chọn I CQ  20 I B p  20.1,44  28,8(mA) dùng Diode Zenner để ổn định áp phân cực cho tầng lái Như vậy, ba diode D1 , D2 , D3 VR1 đảm bảo cho Q1 ,Q3 Q2 ,Q4 làm việc chế độ AB, tức V B 3B 4Q  2,6V có tín hiệu vào Lợi dụng tính chất ghim áp diode ( dịng qua diode tăng áp đặt lên diode không đổi Muốn ta chọn cho điểm làm việc nằm đoạn tuyến tính nhất(đoạn thẳng)) V B 3B 4Q  3V D 2,6  3.0,6 Lúc này: VR1    27,78() I CQ 28,8.10 3 Chọn VR1  40 sau hiệu chỉnh lại 3.2> Tính tốn transistor Q8 làm nguồn dịng: Q8 tạo dòng điện ổn định phân cực cho Q7 ổn định điểm làm việc cho hai cặp Dalington tầng khuyếch đại cơng suất Chính nội trở nguồn dòng chế độ xoay chiều lớn nên tăng hệ số khuyếch đại tầng lái, phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn cặp Dalington làm nâng cao hiệu suất mạch - Dòng collector qua Q8 : I CQ / Q8  I CQ / Q  mA - Chọn D4 1N4148, chọn Z Zenner 3V Chọn dòng qua hai diode dịng phân áp cho Q8 Vì diode Zenner hoạt động ổn định dòng 20mA Chọn dòng phân áp I pa  20mA Dòng phân áp lớn so với dòng Base Q8 Lúc VD  0,7V Sụt áp R9 là: V R  V CC  V D  V Z  60  0,7   56 ,3(V )  R9  VR 56,3   2,815( K) I pa 20.10 3 Chọn R9  3K Tính chọn VR2 : VR2  V D  V Z  V BE 0,7   0,6   155() I CQ / Q8 20.10 3 Chọn VR2  200  sau hiệu chỉnh Do Q8 hoạt động chế độ A dùng làm nguồn dịng nên cơng suất tiêu tán lớn cơng suất tiêu tán tĩnh Điện áp DC tiếp giáp CE Q8 là: VCC 60  VVR  V BE / Q  V BE / Q1  V R1   (0,7   0,6)  0,6  0,6  0,05.0,2 2  25,69(V ) VCE / Q  VCE / Q  PDC / Q  VCE / Q I C 8Q  25,69.20.10 3  0,513W Vậy ta chọn Q8 thỏa điều kiện sau:  I C  I C 8Q  20mA  VCEo  VCE / Q8  25,69V P  P DC / Q  0,513W  C Dựa vào bảng tra cứu ta chọn Q8 : 2SA1013 Tên P(mW) f(MHz) T 0C 2SA1013 900 15 3.3> Tính chọn BJT thúc Q7 : 150 VCE (V ) 160 I C ( A)  60 Transistor Q7 làm nhiệm vụ nâng cao tín hiệu đủ lớn để kích cho tầng thúc làm việc đảo pha cho tầng công suất Q7 chọn làm việc chế độ A Q7 có tải lớn nên hệ số khuyếch đại lớn ta phải chọn điểm làm việc Q7 cho khơng có tín hiệu vào điện vào cực E Q1 , Q2  , lúc sụt áp tải  Trở kháng tải Q7 : Z t / Q  RC / Q8 //(rbe  (1   )Z t / Q với VT 25 rbe  (1   )Z t / Q    (1   ) Z t / Q  75  (1  75).238,2  18,34( K) I EQ / Q 3,94 Do đó: Z t / Q  18,34 K RCo / Q  18,34 K Vì Q7 có điện trở tải lớn nên dễ dàng rơi vào vùng bão hồ gây méo tín hiệu, cần phải mắc hồi tiếp âm chiều lẫn xoay chiều để ổn định điểm làm việc Điện trở R10 , R11 làm nhiệm vụ hồi tiếp âm DC, riêng R 10 làm nhiệm vụ hồi tiếp âm AC cho Q7 Do Q7 làm việc chế độ A, ta chọn trước điện áp tĩnh điện trở hồi tiếp chiều R10 , R11 3V  R10 V R10   Ta có:  R11 V R11 V R10  V R11  3V Để tránh hồi tiếp âm nhiều làm giảm hệ số khuyếch đại Q7 , ta chọn R10  R11  V R10  V R11 V  1V Chọn  R10 V R11  2V VR10    50() R10  I 20.10 3  C / Q7  V  R11  R11   100() I C / Q 20   R  50 Chọn  10 R11  100 Với hai giá trị trở áp rơi hai điện trở là: V R10 R11  ( R10  R11 ) I C / Q  (50  100).20.10 3  3V Điện cực C, E Q7 : VCE / Q  VCC 60  VVR  V EB / Q  V EB / Q  V R10 R11   (0,7   0,6)  0,6  0,6   22,7(V ) 2 Công suất tiêu tán tĩnh Q7 : PDC / Q  VCE / Q I C / Q  22,7.20.10 3  0,454( W) Do ta chọn I C / Q » I BP / Q nên có tín hiệu vào dịng I BP / Q khơng ảnh hưởng nhiều đến dịng dòng cực đại qua Q7  I C max/ Q  20mA Vì Q7 làm việc chế độ A nên: Ptt max/ Q  PDC / Q  0, 454(W) Từ tính tốn ta chọn Q7 phải thoã điều kiện sau: PC  Ptt max/ Q  0,454 W   I C  I C max/ Q  20mA  V  V  60V CE CC  Theo sách tra cứu 1000 transistor quốc tế ta chọn Q7 : 2SC2383 có thơng số sau: Tên P(mW) f(MHz) 2SC2383 900 20 T oC 150 VCE (V ) 160 I C ( A)  60/320 3.4 Tính tốn điện trở R12 R13 VR3 : Với  Q  60 ta có dịng tĩnh Q7 là: I CQ / Q 20  0,33mA Q7 60 Trở kháng vào tầng thúc: Z in / Q  ( R12 // R13 // VR3 ) //(rbe / Q  (1   Q ) R10 ) I BQ / Q  với rbe / Q   Q VT I EQ / Q   60 25  75() 20  Z in / Q  ( R12 // R13 // VR3 ) //(75  61.50)  ( R12 // R13 // VR3 ) // 3125() Áp cực B Q7 : VB / Q  VR3 VZ' / Z ( R13  VR3 ) với V Z' / Z : điện áp làm việc diode Zenner Theo cơng thức tính tốn lý thuyết ta có: V Z'  VZ  V Z  15  0,81  15,81(V ) TV 0,072.15 V Z  C Z (T1  T0 )  (100 o C  25 o C )  0,81V 100 100 Mặc khác áp B Q7 : V BQ  V BE / Q  V R10 R11  0,6   3,6(V ) Chọn dòng phân áp cho Q7 thoả mãn I pa » 10 I BQ / Q Ta chọn I pa  10 I BQ / Q  3,3mA  R13  VB / Q VR3  I pa  3,6  1,09( K) 3,3 V z' / z  VB / Q I pa  15,81  3,6  3,7 K 3,3  R  1K Chọn  13 sau hiệu chỉnh VR3 VR3  K VCC  V Z' / Z 60  15 R12    1,93K chọn R12  K I Z / Z  I pa 20  3,3  Trở kháng vào tầng thúc: Z in / Q  (2 // // 1) // 3,125  0,5 K 3.5> Hệ số khuyếch đại tầng thúc: Theo công thức ( ) ta có hệ số khuyếch đại tầng thúc là: Zt / Q7 18430 K U    Q7  60  352,1 lần rbe / Q  (1   Q ) R10 75  (1  60)50 Tính theo đơn vị dB: K U (dB )  20 lg(352,1)  51dB 4> Tính tầng khuyếch đại vi sai: Do Q9 ,Q10 cặp BJT khuyếch đại vi sai tín hiệu đầu vào nên tầng định mức độ tạp âm cho mạch Để giảm tạp âm ta chọn Q9 ,Q10 làm việc chế độ A có hệ số khuyếch đại nhỏ Để mạch làm việc ổn định Q7 không ảnh hưởng nhiều đến tầng ta chọn I C / Q » I BQ / Q Với I BQ / Q  0,33mA chọn I C / Q  2mA V R14  VCC  V Z' / Z  60  42,16  17,84(V ) Theo cơng thức tính tốn lý thuyết ta có: V Z'  V Z  V Z  40  2,16  42,16V TV 0,072.40 V Z  C Z (T1  T0 )  (100  25)  2,16V 100 100 Để phối hợp trở kháng tầng thúc tầng khuyếch đại vi sai ta chọn: R16  R17  Z in / Q  2( K) chọn R16  R17  K Nếu bỏ qua sụt áp biến trở VR5 thì: VCE / Q11  VZ ' / Z  VR16  VC / Q VCE / Q11  VZ ' / Z  VR16  VVR  VCE / Q  VZ' / Z  I C / Q R16  VVR  VCE / Q Với VVR  V Z '/ Z  V D  V BE / Q11 TC VZ / Z 0,072.3 (T1  T0 )   (100  25)  3,162(V ) 100 100  3,162  0,7  0,6  3,262V V ' Z / Z  VZ   VVR  VCE / Q  42,16  2.10 3.2.10  VCE / Q  3,262  34,898  VCE / Q  34,898(V )  VCE max/ Q  34,898V  Pmax  VCE max I CQ / Q  34,898.2.10 3  0,07 W Do cần chọn Q9 Q10 thỏa mãn điều kiện sau: PC  PC max  0,14W   I C  (3  5) I CQ / Q  (3  5).2mA  VCE  V Z ' / Z  40V  Tra cứu sổ tay linh kiện 1000 transistor quốc tế ta chọn Q9 Q10 sau: Tên P(mW) f(MHz) 2SC1815 400 80 T oC 125 VCE (V) 50 I C (mA) 150  250 Biến trở VR4 dùng đểcân dòng Emitor cho Q9 Q10 ta chọn VR4 có giá trị nhỏ Chọn VR4  100 Xét tầng vi sai có mạch hình vẽ: VR6V Z' / Z VR6  R18 Vì mạch khuyếch đại vi sai thiết kế cho chế độ tỉnh hai nhánh cân Với V B / Q10  V   V B / Q 10  CC  10VR6  30 R18  (1)   R18 // VR6  R15  R 18 // VR  R 15 Mặc khác chế độ tín hiệu: - Khi chưa có hồi tiếp âm trở kháng vào tầng vi sai Z ind - Khi có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp thông qua R15 , VR7 , C trở kháng vào tầng vi sai tăng lên g lần với g độ sâu hồi tiếp Z indf  gZ ind với g   A0 Aht A0 : độ lợi vòng hở Aht : hệ số hồi tiếp Do đó, tổng trở vào tồn mạch có hồi tiếp là: Z in  ( R18 // VR6 ) // Z indf  R18 // VR Z indf  ( R18 // VR6 ) Vì R18 //VR6 định trở kháng vào mạch Theo yêu cầu thiết kế Z in  350 K nên chọn R18 // VR6  350 K (2) R18  133,33K  Từ (1) (2) ta tính được:  VR6  400 K  R  100 K  15  R18  150 K  Chọn VR6  500 K sau hiệu chỉnh lạI VR6  R  100 K  15 5> Tính transistor nguồn dịng Q11 : Chọn D5 : 1N4148 Diode Zenner Z 3V ứng với dòng I D  20mA Khi I D  20mA V D  0,7V VZ / Z  3V V D  V ' Z ' / Z V BE / Q11 VR5  I E / Q11 I E / Q11  I C / Q11  I E / Q  I C / Q  2.2  4mA Với VBE / Q11  0,6V TC VZ / Z 0,072.3 (T1  T0 )   (100  25)  3,162(V ) 100 100 0,7  3,162  0,6 Vậy VR5   815,5() 4.10 3 Chọn VR5  1K sau hiệu chỉnh lại Chọn dịng phân áp cho Q11 dòng làm việc diode D5 I D  20mA V  V D / D  VZ ' / Z 40  0,7  3,262  R19  Z '/ Z   1,8 K 20mA 20.10 3 chọn R19  K Ta có I R14  I pa / Q11  2.I C / Q  20   24mA V ' Z '/ Z  V Z / Z  VCC  V ' Z '/ Z 60  40   833,33( ) I R14 24.10 3 Chọn R14  1K Mặc khác ta lại có: V V VCE / Q11  CC  V R15  V BE / Q  VR  VVR 2 3 I C / Q9 2.10 VR15  I B / Q R15  R15  100.10  0,8(V )  Q9 250 VớI VVR 1  (VR4 I C / Q )  100.2.10 3  0,1(V ) 2 60  VCE / Q11   0,8  0,6  0,1  (0,7  3,162  0,6)  25,838(V ) Vậy công suất tiêu tán Q11 là: Ptt / Q11  VCE / Q11 I C / Q11  25,838.4.10 3  0,1033W R14  Chọn Q11 thỏa điều kiện sau: PC  Ptt / Q11  103,3mW   I C  I C / Q11  8mA  V V Z '/ Z  40V  CE Tra sách 1000 transistor quốc tế ta chọn Q11 sau: Tên P(mW) f(MHz) VCE (V) T oC 2SC1815 400 80 125 50 Tính nội trở nguồn dịng: VR5 RC / Q11  rce / Q11 (1   Q11 ) ( R19 // R D )  rbe / Q11  VR5 I C (mA) 150 R D  R D  RZ RD  RZ V I D5 I  20 mA rbe / Q11   rce11   0,7  35() 20.10 3  50() VT I EQ / Q11 hoe / Q11   250 25  1,5( K)  10 10 5 100 )  1,5(M) 2.10 // 85  1,5.10  100 6> Tính hệ số khuyếch đại kiểm tra trở kháng vào: 6.1> Hệ số khuyếch đại: - Hệ số khuyếch đại điện áp tầng thúc: A  352,1 - Hệ số khuyếch đại tầng vi sai khơng có hồi tiếp: ( R16 // Z in / Q ) Ad    Q10 R15 // VR7  2rbe / Q10  VR4  Q10 - Hệ số khuyếch đại tồn mạch chưa có hồi tiếp: A0  Ad A - Hệ số khuyếch đại toàn mạch có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp: Khi có hồi tiếp: v VR7 Aht  ht  vo R15  VR7 Độ sâu hồi tiếp: g   A0 Aht  Aht A0 Aht  Hệ số khuyếch đại toàn mạch: A0 A   A0 Aht Aht VL 21,9 Mặt khác ta có: A    19,96 2Vin 2.0,776 RC / Q11  10 (1  250  250  VR7 1    Aht R15  VR7 A 19,96 R15 100   5,27( K) 18,96 18,96 Chọn VR7  10 K sau hiệu chỉnh lại cho phù hợp  VR7  (2 // 2).10   7, 25 (100 // 10).10  2.250  250.100  A0  Ad A  7, 2.(352,1)  2535,12  Ad  250  g   A0 Aht   2535,12  128,01 19,96 6.2> Trở kháng vào mạch: - Trở kháng vào tầng vi sai: + Khi chưa hồi tiếp: Z ind  2rbe / Q10   Q10VR  ( R15 // VR7 )  2.250 25  250.100  (100 // 10).10 Z ind  31259  31,259 K + Khi có hồi tiếp: Z indf  gZ ind  128,01.31, 259  4001K  4M - Trở kháng vào toàn mạch: Z in  ( R18 // VR ) // Z indf  (150 // 500) // 4.10  115,38 K 6.3> Hệ số khuyếch đại đồng pha: R16 K CM    6,67.10 4 RC / Q11 2.1,5.10 7> Tính thơng số cịn lại: 7.1> Tính mạch bảo vệ: 7.1.1> Trường hợp tải: Mạch tải tức Vin  0,776V lúc VL  21,9V Xét trường hợp tải lớn lúc Q1 , Q2 dẫn bảo hòa V 60 V L  CC   30V 2 VCC 30 Dòng đỉnh qua tải: I Lp    7,14 A R1  R L 0,  I Lp RL (7,14) Công suất loa: P    102 W ( )2 ' L ' Công suất nguồn cung cấp: PCC  Công suất tiêu tán R1 : PR'  VCC I Lp  R1 I Lp   60.7,14  136,4 W 3,14 0,2.(7,14)  2,55W Trường hợp ngắn mạch: Xem loa bị lấy khỏi mạch, lúc R1 , R2 tải Q1 , Q2 Trường hợp xấu điện áp loa đặt hết Q1 , Q2 V 21,9 ' Dòng qua R1 , R2 : I R1  L   109,5( A) R1 0, Công suất tiêu tán R1 , R2 : R1 I ' R1 0, 2.(109,5) P P    559,5W 4 V I 60.109,5 ' Công suất nguồn cung cấp: PCC  CC R1   3993,6 W  3,14 Công suất tiêu tán hai BJT: ' Ptt'  PCC  PR'  3993,6  2.559,5  2874,6 W 2874,6 Công suất tiêu tán BJT là: Ptt' / Q1  Ptt' / Q   1437,3W Trường hợp hai BJT hai điện trở bị hỏng Phải có mạch bảo vệ 7.1.3> Tính mạch bảo vệ: Hoạt động: bình thường mạch khuyếch đạI cơng suất làm việc Q5 , Q6 tắt Không ảnh hưởng đến hoạt động mạch Khi xảy ngắn mạch dòng qua Q1 ,Q2 lớn đánh thủng BJT công suất điện trở R1 , R2 Vì dịng qua hai BJT lớn kích thích mạch bảo vệ hoạt động Mạch hút dòng làm cho dòng qua hai BJT điện trở R1 , R2 nhỏ đảm bảo cho hai BJT làm việc an tồn - Dịng đỉnh qua R1 , R2 : I E1 p  5,525 A ' R1 ' R2 - Chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động là: I ' E1 p  A Sụt áp R1 : V R'  I E' p R1  7.0,  1,4V - Chọn dòng tĩnh I C / Q  I C / Q  1mA - Ta có VCE / Q  VCE / Q  V BE / Q  V BE / Q1  V R'  0,6  0,6  1,4  2,6V - Công suất tiêu tán Q5 , Q6 là: Ptt / Q  Ptt / Q  VCE / Q I C / Q  2,6.1  2,6mW Chọn Q5 , Q6 thỏa điều kiện sau:  I C  I C / Q  1mA  VCE  2VCE / Q  5,2mV  P  (2  3) P  (2  3)2,6mW tt / Q  Dựa vào sách 1000 transistor quốc tế chọn: Tên P(mW) f(MHz) VCE (V ) T oC 2SC1815 400 80 125 50 2SC1015 400 80 125 50 I C (mA) 150 150  250 250 7.1.4> Tính R5 , R6 , R7 , R8 : Dòng tĩnh cực B Q5 : I B / Q  I C / Q5  Q5   2A 250 Dòng qua R5 , R7 : I R  I pa  0,15mA  I B / Q Khi mạch hoạt động bình thường Q5 , Q6 tắt nên V BE / Q  0,4V I R1 max  I R1 p  5,525 A  V R1 max  I R1 max R1  5,525.0,2  1,1V V 1,1 R5  R7  R1   7,3K I R5 0,15 V BE / Q 0,4  2,66( K) I R7 0,15.10 3 Chọn R7  2,5 K  R5  7,3  2,5  4,8 K chọn  R5  K 7.2> Tính tụ: - Tính tụ C1 : Ta chọn tụ C1 cho tầng số thấp sụt áp tụ nhỏ so với sụt áp loa để không ảnh hưởng đến tín hiệu loa Ta chọn X C1  R L 10 1 X C1   R L   0,4 2 f C1 10 10 R7    24880 F 2.3,14.16.0,4 chọn C1  25000 F / 50V  C1  - - - - - Tính tụ C : C5 tụ liên lac ngõ vào nên để sụt áp tụ không ảnh hưởng đến tín hiệu vào chất lượng mạch ta chọn tụ C cho X C  Z in 10 10 10  C5    0,99F 2 f Z in 2.3,14.16.100.10 Chọn tụ C  1F / 50V Tính tụ C : Tụ C tụ liên lạc tầng vào vi sai tầng lái nên chọn tụ C cho sụt áp tụ không ảnh hưởng đến tín hiệu vào tầng lái Ta chọn tụ C cho X C  Z in / Q 10 10 10  C2    49,76F 2 f Z in / Q 2.3,14.16.2.10 Chọn C  56 F / 50V Tính tụ C : Tụ C kết hợp với R15 ,VR7 tạo thành mạch hồi tiếp âm để ổn định thông số mạch.Chọn tụ C cho tỉ số hồi tiếp tín hiệu phụ thuộc vào R15 ,VR7 sụt áp xoay chiều C nhỏ VR7 nhiều X C  VR7 10 Chọn 10 10  C4    9,9 F 2 f VR7 2.3,14.16.10.10 Chọn C  10 F Tính tụ C : Tụ C với R14 tạo thành mạch lọc thông thấp lọc nhiễu (hài bậc cao) từ nguồn để tránh hồi tiếp tạo thành dao động tự kích X C  R14 10 10 10  C6    99,52F 2 f R14 2.3,14.16.1.10 Chọn C  100F / 70V Tính tụ C : X C  R11 10 10 10  C3    995,2 F 2 f R11 2.3,14.16.100 Chọn C  1000F / 50V 7.3> Tính mạch lọc Zobel (C , R20 ) : Cấu tạo loa gồm cuộn cảm điện trở có Z L  RL  jL Như vậy, trở kháng loa phụ thuộc vào tần số Khi tần số cao trở kháng loa lớn dẫn đến méo tín hiệu.Mạch lọc Zobel mạch ổn định trở kháng loa không đổi tần số cao C mắc nối tiếp với R tất mắc song song với tải RL Ở tần số cao tụ ngắn mạch giảm tải ngõ tức X L , X C   RL không đổi ) //( RL  jL) Ta có: Z td  ( R  jc Để khơng phụ thuộc vào tần số R20  R L  4 chọn tụ C cho X C  RL 10 10 10  C7    19,9F Với 2 f max RL 2.3,14.20.10 3.4 f max  20 KHz Chọn C  25F / 50V 7.4> Kiểm tra độ méo phi tuyến: Trong mạch hầu hết linh kiện làm việc chế độ A có cặp Q1 , Q2 làm việc chế độ AB nên độ méo phi tuyến toàn mạch phụ thuộc chủ yếu Q1 , Q2 Giả sử tín hiệu vào hình sin Vin  0,776V Lúc điện áp đặt lên tiếp giáp BE Q1 : V BE1 (t )  V BE1Q  V BEm sin t Trong đó: V BE1Q  0,6V V BEm  V BEp  V BE1Q   0,6  0,4V Gọi I C dòng rỉ Q1 , Q2 I C  I C e Khai triễn y  e VBEm sin( t ) VT VBE VT VBEQ  I C 0e VT e VBEm sin( t ) VT theo chuỗI Taylor: V V  y   BEm sin t   BEm  sin (t )  VT  VT  Méo phi tuyến chủ yếu hài bậc cao gây Loại hài bậc cao biến  cos(2t ) đổi sin (t )  ta được: 2 VBEm VBEm  VBEm    cos(2t ) y 1  sin(  t )  VT2 VT  VT  n I Theo định nghĩa méo phi tuyến:   i2 I 1m im Trong : I 1m : thành phần dòng I im : biên độ hài Loại bỏ hài bậc cao ta được: VBEm I 2m 4VT2 VBEm     I1m VBEm 4VT VT V 0, Khi chưa có hồi tiếp:   BEm   3,84 4VT 4.0,026  Khi có hồi tiếp:  '  (1  g m RL ) g g: độ sâu hồi tiếp: g  128,01  Q1 I E1Q 50mA g m : hỗ dẫn g m    rbe / Q1 VT 26mV  '   (1  g m RL ) g 3,84  0,33%  1% 50 (1  4)128,01 25