Báo cáo đồ án môn học pbl 2 thiết kế mạch điện tử đề tài mạch khuếch đại ocl ngõ vào vi sai

- Trong điểm Q vào còn phụ thuộc vào hệ số β, nhưng độ ổn định nhiệt của mạch phân cực hồi tiếp Collector tới hai mạch phân cực cố định và phân cực hồi tiếp Emittor.. Harold Black, một k

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC PBL 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI : MẠCH KHUẾCH ĐẠI OCL NGÕ VÀO VI SAI Giảng viên hướng dẫn: KS Lê Hồng Nam TS Phan Trần Đăng Khoa Sinh viên thực hiê ̣n : MSSV : Nguyễn Quố c Hoàng 106200194 MSSV Lớp sinh hoa ̣t Lớp HP: Nguyễn Văn Vĩnh Hòa 106200193 20DTCLC4 20.39A : : : Đà Nẵng, năm 2022 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ LÀM ĐỒ ÁN Nguyễn Quốc Hồng Nguyễn Văn Vĩnh Hịa Lý thuyết chương Lý thuyết chương 1, Tính tốn tầng vi sai Tính tốn tầng thúc, tầng cơng suất Mơ tầng vi sai Mô tầng thúc, tầng công suất Thi công tầng vi sai LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng khoa học - cơng 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 Đến với đồ án PBL2 : Thiết Kế Mạch Điện Tử lần này, nhóm em mang đến mạch khuếch đại âm sử dụng mạch khuếch đại OCL ngõ vào vi sai Qua nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu với hướng dẫn tận tình Thầy Lê Hồng Nam giúp chúng em hoàn thành đồ án Với khoảng thời gian có hạn hiểu biết kiến thức cịn hạn chế nên chúng em khó tránh khỏi sai sót, chưa thể hồn thiện mạch đề Nếu có thêm thời gian tụi em cố gắng hồn thành xong mạch Kính mong q Thầy Cô giúp đỡ bảo thêm cho chúng em, cho chúng em thêm kinh nghiệm để cải thiện mặt sản phẩm lẫn hiểu biết chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hồng Nam thầy Phan Trần Đăng Khoa giúp đỡ chúng em thời gian qua MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 1.2 Các khái niệm mạch khuếch đại 1.3 Phân cực BJT 1.3.1 Phân cực cố định 1.3.2 Phân cực hồi tiếp cực Emitter 1.3.3 Phân cực cầu phân áp: 12 1.3.4 Phân cực hồi tiếp Collector: 15 1.4 Các cách mắc BJT: 16 1.4.1 Mắc E chung: 16 1.4.2 Mắc C chung: 17 1.4.3 Mắc B chung: 19 1.4.4 Kết luận: 19 1.5 Kết luận chương: 20 CHƯƠNG 2: HỒI TIẾP 21 2.1 Mở đầu chương: 21 2.2 Khái niệm hồi tiếp: 21 2.2.1 Lưu đồ chuẩn khuếch đại có hồi tiếp 21 2.2.2 Phân loại hồi tiếp: 22 2.3 Ứng dụng hồi tiếp mạch khuếch đại: 23 2.3.1 Hồi tiếp âm dòng điện mạch định thiên Transitor: 23 2.3.2 Hồi tiếp âm điện áp mạch định thiên Transitor: 24 2.3.3 Hồi tiếp âm điện áp mạch C chung: 24 2.3.4 Hồi tiếp âm DC toàn mạch mạch liên lạc trực tiếp: 24 2.3.5 Hồi tiếp âm AC toàn mạch: 24 2.5 Kết luận chương: 25 CHƯƠNG : KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 25 3.1 Mở đầu chương: 25 3.2 Chế độ A: 26 3.2.1 Đặc tuyến 27 3.2.2 Hiệu suất A: 27 3.2.3 Ưu điểm: 28 3.2.4 Nhược điểm: 28 3.2.5 Ứng dụng: 28 3.3 Chế độ B: 28 3.3.1 Hiệu suất chế độ B: 30 3.3.2 Chế độ đẩy kéo: 30 3.3.3 Ưu điểm: 30 3.3.4 Nhược điểm: 30 3.4 Chế độ AB: 31 3.4.1 Sơ đồ mạch: 31 3.4.2 Đặc tuyến: 31 3.4.3 Ưu điểm: 32 3.4.4 Nhược điểm: 32 3.5 Mạch khuếch đại công suất OCL : 32 3.6 Mạch khuếch đại Darlington: 33 3.7 Mạch bù trở kháng Zobel: 33 3.8 Kết luận chương: 34 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN 34 4.1 Mở đầu chương 34 4.1 Tính tốn phần nguồn: 36 4.2 Tính tốn tầng công suất : 37 4.3 Tính tốn tầng thúc nguồn dòng : 41 4.4 Tính tốn tầng tiền khuếch đại (Tầng vi sai) 44 4.5 Tính tốn tụ liên lạc tụ lọc nguồn: 46 4.6 Tính tốn mạch phụ trợ khác : 46 a Tính tốn mạch bảo vệ : 46 b Tính tốn mạch lọc Zobel : 48 4.7 Tính tốn hệ số khuếch đại tầng hồi tiếp : 49 4.7.1 Hệ số khuếch đại vòng hở tầng vi sai : 48 4.7.2 Hệ số khuếch đại tầng thúc: 50 4.7.3 Hệ số khuếch đại tầng công suất: 50 4.7.4 Hệ số khuếch đại toàn mạch: 50 4.8 Kiểm tra độ méo phi tuyến: 50 CHƯƠNG : KIỂM TRA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 53 5.1 Mở đầu chương 53 5.2 Kiểm tra mạch khuếch đại mô 53 5.2.1 Kiểm tra mạch khơng có tín hiệu ngỏ vào 53 5.2.2 Kiểm tra mạch có tín hiệu ngỏ vào 57 5.2.3 Kiểm tra tổng thể mạch có tín hiệu ngõ vào 59 5.3 Kiểm tra mạch khuếch đại 59 5.3.1 Kiểm tra mạch khơng có tín hiệu ngỏ vào 59 5.3.2 Kiểm tra mạch có tín hiệu ngỏ vào 60 5.3.3 Kiểm tra tổng thể mạch có tín hiệu ngõ vào 61 5.4 Nhận xét mạch khuếch đại thi công 61 5.5 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 1.1 Mở đầu chương Trong sống ngày, ta cảm nhận âm lan truyền đến tai chúng ta, chẳng hạn âm từ giọng nói, từ thiết bị điện tử v.v Thông thường, âm đến tai vừa đủ nghe khoảng tần số từ 20 Hz đến 20kHz, ngưỡng nghe nằm khoảng 130 dB đặt nguồn tạo âm có âm lượng nhỏ khoảng cách xa khơng gian rộng khơng thể nghe rõ Đó lý phải khuếch đại tín hiệu lớn Thêm vào đó, nhu cầu sử dụng âm to rõ đời sống ngày nhiều nên việc nghiên cứu chế tạo loại mạch khuếch đại âm ngày phổ biến cần thiết Trong mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, thành phần quan trọng BJT, việc phân cực biết cách mắc BJT vô quan trọng Dưới trình bày cách phân cực mắc BJT 1.2 Các khái niệm mạch khuếch đại - Khuếch đại trình biến đổi đại lượng (điện áp dòng điện) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi hình dạng, tần số Khi xét BJT hoạt động điều kiện tín hiệu nhỏ xem BJT khuếch đại xoay chiều - Độ khuếch đại khả mạch điện tử để tăng cường độ tín hiệu Khuếch đại tín hiệu chức tất khuếch đại Là so sánh tín hiệu cung cấp vào tín hiệu tín hiệu khuếch đại 1.3 Phân cực BJT Ta biết BJT hoạt động 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 B-C phân cực thuận - Vùng ngưng với tiếp giáp B-E phân cực nghịch Phương pháp chung để giải mạch phân cực gồm bước: - Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào - Bước 2: Suy dòng điện ngõ từ liên hệ 𝐼𝑐 = 𝛽𝐼𝑏 - Bước 3: Dùng mạch ngõ để tìm thơng số cịn lại 1.3.1 Phân cực cố định Định nghĩa: Là mạch gồm BJT NPN, điện trở 𝑅𝐵 𝑅𝐶 nguồn chiều Vcc Công thức: Giả sử BJT làm việc vùng tích cực: - Áp dụng KVL cho mạch ngõ vào: 𝑉𝐶𝐶 - 𝐼𝐵 𝑅𝐵 - 𝑉𝐵𝐸 – 𝐼𝐸 𝑅𝐸 = với 𝑉𝐵𝐸 = 0,7V - Ta có: 𝐼𝐸 = (𝛽 + 1) - Suy ra: 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + (β+1) 𝑅𝐸 - Dòng: 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 - Lưu ý: Trong vùng tích cực, dịng 𝐼𝐶 khơng phụ thuộc vào điện trở 𝑅𝐶 - Áp dụng KVl cho mạch ngõ ra: 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐶 𝑅𝐶 – 𝑉𝐶𝐶 = => 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 – 𝐼𝐶 𝑅𝐶 - Như vậy, điểm Q = (𝐼𝐵 , 𝐼𝐶 , 𝑉𝐶𝐸 ) - Lưu ý: Cần kiểm tra lại giả thuyết BJT làm việc vùng tích cực - Phương trình đường tải xác định mạch ngõ nên phụ thuộc vào thông số mạch ngoài: 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 – 𝐼𝐶 𝑅𝐶 (*) - Phương trình (*) có đồ thị đường thẳng với biến 𝑉𝐶𝐸 𝐼𝐶 Đồ thị đường tải qua điểm 𝐼𝐶 = => 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 - Nếu ta biểu diễn đường tải đặc tuyến BJT mặt đồ thị giao điểm đường tải đường đặc tuyến xác định IBQ điểm Q cần tìm - Vị trí điểm Q vùng bão hịa thể điện áp 𝑉𝐶𝐸 ≤ 𝑉𝐶𝐸 𝑆𝐴𝑇 , đó, 𝑉𝐶𝐸 𝑆𝐴𝑇 có giá trị nhỏ(khoảng vài trăm mV) - Để thuận tiện tính tốn, vùng bão hòa, điện áp xem (gần đúng): 𝑉𝐶𝐸 = Dẫn đến điện trở cực C E bằng: 𝑅𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 = - Do đó, để tính gần dòng Collector bão hòa, tức dòng cllector cực đại mạch cho trước, ta xem nối tắt cực E C, tương ứng với 𝑉𝐶𝐸 =0 - Đối với mạch phân cực cố định, dòng collector bão hòa xác định bởi: 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 = 𝑉𝐶𝐶 −𝑉𝐶𝐸 𝑅𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐶 - Dòng 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 dịng điện cực đại có mạch ngõ cho trước - Như vậy, dòng collector bão hịa 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 khơng phụ thuộc vào đặc tính BJT mà phụ thuộc vài mạch ngoài( VCC RC) -Như vậy, để BJT hoạt động vùng bão hòa, dòng IB phải lớn giá trị 𝐼𝐵 𝑆𝐴𝑇 : 𝐼𝐵 ≥ 𝐼𝐵 𝑆𝐴𝑇 = 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 𝛽 β𝐼𝐵 = ≥ 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 - Lưu ý: Dòng 𝐼𝐵 vùng bão hòa lớn 𝐼𝐵 vùng tích cực Kết luận: Đối với mạch phân cực cố định, để BJT chuyển từ vùng tích cực sang làm việc vùng bão hòa - Nếu giữ mạch ngõ không đổi, tức 𝑉𝐶𝐶 , 𝑅𝐶 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 không đổi, ta cần phải giảm 𝑅𝐵 nhằm tăng 𝐼𝐵 cho 𝐼𝐵 ≥ 𝐼𝐵 𝑆𝐴𝑇 - Nếu giữ mạch ngõ vào không đổi, tức 𝑅𝐵 𝐼𝐵 không đổi, ta cần phải tăng 𝑅𝐶 nhằm giảm 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 cho β𝐼𝐵 ≥ 𝐼𝐶 𝑆𝐴𝑇 Ứng dụng: Dùng cho mạch khuếch đại chế độ A, role… 1.3.2 Phân cực hồi tiếp cực Emitter Định nghĩa: - Mạch phân cực hồi tiếp Emittor mạch ta thêm điện trở RE mắc vào cực E BJT mạch phân cực cố định - Điện trở RE làm nhiệm vụ hồi tiếp, đưa tín hiệu ngõ ngõ vào để ổn định điểm làm việc nhiệt độ thay đổi Công thức: - Giả sử BJT làm việc vùng tích cực - Áp dụng KLV cho mạch ngõ vào: 𝑉𝐶𝐶 - 𝐼𝐵 𝑅𝐵 - 𝑉𝐵𝐸 - 𝐼𝐸 𝑅𝐸 = với 𝑉𝐵𝐸 = 0,7V - Ta có: 𝐼𝐸 = (β+1) 𝐼𝐵 - Suy ra: 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + (β+1) 𝑅𝐸 - Dòng: 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 - Áp dụng KVL cho mạch ngõ ra: 𝑉𝐶𝐶 - 𝐼𝐶 𝑅𝐶 - 𝑉𝐶𝐸 - 𝐼𝐸 𝑅𝐸 = - Ta xấp xỉ 𝐼𝐸 ≈ 𝐼𝐶 để thuận tiện cho tính tốn - Điện áp 𝑉𝐶𝐸 : 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 – 𝐼𝐶 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) - Phương trình đường tải xác định mạch ngõ nên phụ thuộc vào thơng số mạch ngồi: 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 – 𝐼𝐶 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) (*) - Phương trình (*) có đồ thị đường thẳng với biến 𝑉𝐶𝐸 𝐼𝐶 Đồ thị đường tải qua điểm: 𝑉𝐶𝐸 = => 𝐼𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 𝐼𝐶 = => 𝑉𝐶𝐸 =𝑉𝐶𝐶 10