- 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
MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
Các khái niệm về mạch khuếch đại
Khuếch đại là quá trình chuyển đổi một đại lượng điện áp hoặc dòng điện từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn hơn mà không làm thay đổi hình dạng và tần số của nó Khi BJT hoạt động trong điều kiện tín hiệu nhỏ, nó có thể được coi là một bộ khuếch đại xoay chiều.
Độ khuếch đại là khả năng của mạch điện tử trong việc tăng cường tín hiệu Chức năng cơ bản nhất của tất cả các bộ khuếch đại là khuếch đại tín hiệu, được xác định bằng cách so sánh tín hiệu đầu vào với tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại.
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 = 𝛽𝐼𝑏
- Bước 3: Dùng mạch ngõ ra để tìm các thông số còn lại
1.3.1 Phân cực cố định Định nghĩa: Là mạch gồm một BJT NPN, 2 điện trở 𝑅 𝐵 𝑅 𝐶 và một nguồn một chiều Vcc
Giả sử BJT làm việc trong vùng tích cực:
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ vào: 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐵 𝑅 𝐵 - 𝑉 𝐵𝐸 – 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0 với 𝑉 𝐵𝐸 = 0,7V
- Lưu ý: Trong vùng tích cực, dòng 𝐼 𝐶 không phụ thuộc vào điện trở 𝑅 𝐶
- Áp dụng KVl cho mạch ngõ ra: 𝑉 𝐶𝐸 + 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 – 𝑉 𝐶𝐶 = 0
- Lưu ý: Cần kiểm tra lại giả thuyết BJT làm việc trong vùng tích cực
- Phương trình đường tải được xác định bởi mạch ngõ ra nên chỉ phụ thuộc vào các thông số của mạch ngoài: 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 – 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 (*)
- Phương trình (*) có đồ thị là đường thẳng với các biến 𝑉 𝐶𝐸 và 𝐼 𝐶 Đồ thị đường tải đi qua 2 điểm
Giao điểm giữa đường tải và đường đặc tuyến của BJT trên cùng một mặt đồ thị, được xác định bởi IBQ chính, là điểm Q cần tìm.
- Vị trí điểm Q trong vùng bão hòa thể hiện điện áp 𝑉 𝐶𝐸 ≤ 𝑉 𝐶𝐸 𝑆𝐴𝑇 , trong đó,
𝑉 𝐶𝐸 𝑆𝐴𝑇 có giá trị rất nhỏ(khoảng vài trăm mV)
- Để thuận tiện trong tính toán, trong vùng bão hòa, điện áp được xem như bằng
0 (gần đúng): 𝑉 𝐶𝐸 = 0 Dẫn đến điện trở giữa 2 cực C và E bằng: 𝑅 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐸
Để tính gần đúng dòng collector bão hòa, tức là dòng collector cực đại trong mạch đã cho, ta xem như nối tắt cực E và C, với 𝑉 𝐶𝐸 = 0.
- Đối với mạch phân cực cố định, dòng collector bão hòa được xác định bởi:
- Dòng 𝐼 𝐶 𝑆𝐴𝑇 là dòng điện cực đại có được đối với mạch ngõ ra cho trước
- Như vậy, dòng collector bão hòa 𝐼 𝐶 𝑆𝐴𝑇 không phụ thuộc vào đặc tính của BJT mà phụ thuộc vài mạch ngoài( VCC và RC)
-Như vậy, để BJT hoạt động trong vùng bão hòa, dòng IB phải lớn hơn hoặc bằng giá trị 𝐼 𝐵 𝑆𝐴𝑇 : 𝐼 𝐵 ≥ 𝐼 𝐵 𝑆𝐴𝑇 = 𝐼 𝐶 𝑆𝐴𝑇
- Lưu ý: Dòng 𝐼 𝐵 trong vùng bão hòa lớn hơn 𝐼 𝐵 trong vùng tích cực
Kết luận: Đối với mạch phân cực cố định, để BJT chuyển từ vùng tích cực sang làm việc trong vùng bão hòa
- Nếu giữ mạch ngõ ra không đổi, tức 𝑉 𝐶𝐶 , 𝑅 𝐶 và 𝐼 𝐶 𝑆𝐴𝑇 không đổi, ta cần phải giảm 𝑅 𝐵 nhằm tăng 𝐼 𝐵 sao cho 𝐼 𝐵 ≥ 𝐼 𝐵 𝑆𝐴𝑇
- Nếu giữ mạch ngõ vào không đổi, tức 𝑅 𝐵 và 𝐼 𝐵 không đổi, ta cần phải tăng 𝑅 𝐶 nhằm giảm 𝐼 𝐶 𝑆𝐴𝑇 sao cho β𝐼 𝐵 ≥ 𝐼 𝐶 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 là mạch trong đó ta thêm điện trở RE mắc vào cực E của BJT trong mạch phân cực cố định
- Điện trở RE làm nhiệm vụ hồi tiếp, đưa tín hiệu ngõ ra về ngõ vào để ổn định điểm làm việc khi nhiệt độ thay đổi
- Giả sử BJT làm việc trong vùng tích cực
- Áp dụng KLV cho mạch ngõ vào: 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐵 𝑅 𝐵 - 𝑉 𝐵𝐸 - 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0 với 𝑉 𝐵𝐸 = 0,7V
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ ra: 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 - 𝑉 𝐶𝐸 - 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0
- Ta có thể xấp xỉ 𝐼 𝐸 ≈ 𝐼 𝐶 để thuận tiện cho tính toán
- Phương trình đường tải được xác định bởi mạch ngõ ra nên chỉ phụ thuộc vào các thông số của mạch ngoài: 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 – 𝐼 𝐶 (𝑅 𝐶 + 𝑅 𝐸 ) (*)
- Phương trình (*) có đồ thị là đường thẳng với các biến 𝑉 𝐶𝐸 và 𝐼 𝐶 Đồ thị đường tải đi qua 2 điểm:𝑉 𝐶𝐸 = 0 => 𝐼 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶
Khi biểu diễn đường tải và đặc tuyến của BJT trên cùng một đồ thị, điểm giao nhau giữa đường tải và đặc tuyến, được xác định bởi 𝐼 𝐵𝑄, chính là điểm Q mà chúng ta cần tìm.
Mạch phân cực hồi tiếp Emittor đã khắc phục nhược điểm của mạch phân cực cố định, đảm bảo ổn định khi nhiệt độ thay đổi Khi nhiệt độ biến động, các thông số như β, ICEQ và VBE cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của dòng và điện áp tại điểm Q Do đó, mạch này giúp duy trì điểm Q ổn định hơn trong điều kiện nhiệt độ không ổn định.
Cơ chế hồi tiếp qua điện trở RE cho phép sự thay đổi ở ngõ ra được đưa trở lại ngõ vào, từ đó điều chỉnh dòng IB nhằm ổn định dòng IC, giúp duy trì điểm làm việc Q Ứng dụng của cơ chế này bao gồm role và mạch hồi tiếp.
1.3.3 Phân cực bằng cầu phân áp: Định nghĩa: Mạch phân cực bằng phân áp là mạch sử dụng phân áp từ cực Base thông qua hai điện trở R1 và R2 để ổn định điểm làm việc
- Có hai phương pháp để phân tích mạch phân cực bằng phân áp:
+ Phương pháp chính xác: Được áp dụng với tất cả các mạch phân cực bằng phân áp
+ Phương pháp gần đúng: Chỉ áp dụng trong các trường hợp cụ thể
Phương pháp gần đúng đơn giản hơn và cho phép thực hiện tính toán nhanh
Phương pháp gần đúng là một công cụ hữu ích trong thiết kế mạch phân cực thông qua phân áp Vì vậy, vai trò của phương pháp gần đúng cũng quan trọng không kém so với phương pháp chính xác.
- Áp dụng Thevenin cho mạch ngõ vào với 2 điểm tại cực Base và nối mass
- Như vậy, sau biến đổi Thevenin ta thu được mạch tương tự mạch phân cực hồi tiếp Emittor
- Giả sử BJT làm việc trong vùng tích cực
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ vào: 𝑉 𝐸𝑄 - 𝐼 𝐵 𝑅 𝐸𝑄 - 𝑉 𝐵𝐸 - 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 =0 với 𝑉 𝐵𝐸 = 0,7V
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ ra: 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 - 𝑉 𝐶𝐸 - 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0
- Điện trở 𝑅 𝐸 được nhìn thẳng từ ngõ vào với hệ số khuếch đại (β+1)
Khi đó, mạch ngõ vào có thể được biểu diễn lại như hình dưới:
- Nếu RI= (β+1) 𝑅 𝐸 ≈ β𝑅 𝐸 >> R1, thì dòng IB chạy qua R1 nhỏ hơn rất nhiều lần so với dòng I, chạy qua R1 Do đó, ta có thể xem I1 ≈ I2, tức là 2 điện trở R1 và
- RI ≈ β𝑅 𝐸 ≥ 10R1 được xem là RI >> 𝑅 𝐸
- Từ đó, ta có thể xác định gần đúng điện áp tại cực Base so với mass:
- Điện áp tại cực E so với mass: 𝑉 𝐸 = 𝑉 𝐵 – 𝑉 𝐵𝐸 = 𝑉 𝐵 -0,7
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ ra để xác định 𝑉 𝐶𝐸 : 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐶 (𝑅 𝐶 + 𝑅 𝐸 )
- Trong các phương trình nêu trên không có mặt hệ số β và 𝐼 𝐵 không được tính
Do đó điểm Q không phụ thuộc vào β
Mạch phân cực bằng phân áp, sau khi áp dụng định lý tương đương Thevenin, có cấu trúc tương tự như mạch phân cực hồi tiếp Emittor Từ đó, phương trình đường tải được xác định bởi mạch ngõ sai là: 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 – 𝐼 𝐶 (𝑅 𝐶 + 𝑅 𝐸 ).
- Phương trình (*) có đồ thị là đường thẳng với các biến VCE và IC Đồ thị đường tải đi qua 2 điểm : 𝑉 𝐶𝐸 = 0 => 𝐼 𝐶 = 𝑉 𝑐𝑐
Giao điểm giữa đường tải và đường đặc tuyến của BJT trên cùng một đồ thị xác định bởi 𝐼 𝐵𝑄 là điểm quan trọng trong việc phân tích hoạt động của transistor.
*Phân tích mạch trong chế độ bão hòa:
Mạch phân cực bằng phân áp có ưu điểm nổi bật là ít phụ thuộc vào hệ số β, điều này giúp tăng tính ổn định và độ tin cậy của mạch Do đó, mạch phân cực này được ứng dụng rộng rãi trong các mạch khuếch đại công suất, mạch vi sai, và các mạch công suất lớn, đặc biệt là trong các BJT hoạt động ở nhiệt độ cao.
1.3.4 Phân cực hồi tiếp Collector: Định nghĩa:
- Mạch phân cực hồi tiếp Collector là mạch sử dụng hồi tiếp từ cực Collector thông qua điện trở 𝑅 𝐸 để ổn định điểm làm việc
Điểm Q trong mạch điện phụ thuộc vào hệ số β, đồng thời độ ổn định nhiệt của mạch phân cực hồi tiếp từ Collector tới hai mạch phân cực cố định và phân cực hồi tiếp Emittor cũng rất quan trọng.
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ vào: 𝑉 𝐶𝐶 – 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 – 𝐼 𝐵 𝑅 𝐸 – 𝑉 𝐵𝐸 –𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0
- Ta có: 𝐼′ 𝐶 = 𝐼 𝐶 + 𝐼 𝐵 , do 𝐼 𝐶 >> 𝐼 𝐵 nên I′ 𝐶 ≈ 𝐼 𝐶 = β𝐼 𝐵 , ngoài ra 𝐼 𝐸 ≈ 𝐼 𝐶
(𝑅 𝐶 +𝑅 𝐸 ), tức là 𝐼 𝐶 ổn định đối với khoảng thay đổi lớn của β
- Áp dụng KVL cho mạch ngõ ra: 𝑉 𝐶𝐶 - 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 - 𝑉 𝐶𝐸 - 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 = 0
- Phương trình đường tải được xác định bởi mạch ngõ ra:
- Phương trình (*) có đồ thị là đường thẳng với các biến 𝑉 𝐶𝐸 và 𝐼 𝐶 Đồ thị đường tải đi qua 2 điểm 𝑉 𝐶𝐸 = 0 => 𝐼 𝐶 = 𝑉 𝑐𝑐
Khi biểu diễn đường tải và đặc tuyến của BJT trên cùng một đồ thị, giao điểm giữa đường thẳng tải và đường đặc tuyến xác định bởi IBQ sẽ là điểm Q mà ta cần tìm.
Kết luận: Mạch phân cực hồi tiếp Collector là cách phân cực cải thiện độ ồn định cho hoạt động của BJT Ứng dụng: Mạch hồi tiếp, role,…….
Các cách mắc BJT
Sơ đồ tương đương xoay chiều:
- Hệ số khuếch đại điện áp: 𝐴 𝑣 = −𝑔 𝑚 𝑅 𝐿 𝑅 𝑖𝑛
- Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴 𝑖 = −𝐴 𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅 𝑖𝑛
- Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai
- Điều kiện của vi 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: 𝐴 𝑣 = 𝑔 𝑚 𝑅 𝐿 𝑅 𝑖𝑛
- Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴 𝑖 = 𝐴 𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅 𝑖𝑛
- Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av + Ai
- Điều kiện 𝑣 𝑖 để mạch khuếch đại tuyến tính 𝑣 𝑖 ≤ 0.005 𝑅 𝐼 +𝑅 𝑖𝑛
- 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:
- Hệ số khuếch đại dòng: 𝐴 𝑖 = 𝐴 𝑣 𝑅 𝐼 +𝑅 𝑖𝑛
- Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai
- Điều kiện để mạch hoạt động tuyến tính: 𝑣 𝑖 ≤ 0.005 ( 𝑅 𝐼 +𝑅 𝑖𝑛
- Tín hiệu vào và ra đồng pha
- 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 phép khuếch đại cả áp và dòng, tuy nhiên 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 có khả năng khuếch đại áp.
BC thì ngược lại với cách mắc CC.
Kết luận chương:
Trong chương trước, chúng ta đã khám phá các phương pháp phân cực và cách mắc phổ biến của BJT, cùng với những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng thực tiễn của chúng Tuy nhiên, để nâng cao độ ổn định của mạch, những kiến thức này vẫn chưa đủ.
Chương tiếp theo sẽ làm rõ vai trò của Hồi Tiếp trong việc cải thiện độ ổn định và nâng cao hệ số khuếch đại của mạch.
HỒI TIẾP
Mở đầu chương
Mạch hồi tiếp được sử dụng trong tất cả các hệ thống khuếch đại Harold
Vào năm 1928, Black, một kỹ sư điện tử tại công ty điện phía tây, đã phát minh ra mạch khuếch đại có hồi tiếp nhằm ổn định độ lợi cho mạch khuếch đại trong hệ thống điện thoại Trong mạch hồi tiếp, tín hiệu hồi tiếp được lấy từ ngõ ra và tỷ lệ với tín hiệu ngõ ra, sau đó được đưa trở lại ngõ vào để kết hợp với tín hiệu ngõ vào, tạo ra đáp ứng hệ thống mong muốn Mạch hồi tiếp được thiết kế để đạt được độ ổn định cần thiết; tuy nhiên, hồi tiếp cũng có thể xảy ra một cách không định trước, dẫn đến đáp ứng hệ thống không mong muốn.
Hồi tiếp có hai loại: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm
Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngỏ vào, giúp giảm tín hiệu ngỏ vào của mạch Nó có vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ổn định của hệ số khuếch đại, chống lại sự thay đổi của các thông số transistor do ảnh hưởng của nhiệt độ và điện áp nguồn cung cấp.
Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngỏ vào, giúp tăng cường tín hiệu ngỏ vào của mạch Loại hồi tiếp này thường được áp dụng trong thiết kế các mạch dao động và một số ứng dụng khác.
Khái niệm cơ bản về hồi tiếp
2.2.1 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′ = 𝑋 𝑟
- Hệ số khuếch đại toàn phần: 𝐾 𝑡𝑝 = 𝐾 𝑛 𝐾′ = 𝐾 𝑛 𝐾
Có nhiều lọai mạch hồi tiếp nhưng về cơ bản có thể phân ra làm bốn lọai hồi tiếp dựa vào các đặc điểm sau:
- Tín hiệu hồi tiếp (điện áp hay dòng điện)
- Cách mắc tín hiệu với ngỏ vào (nối tiếp hay song song)
* Vậy có 4 dạng mạch hồi tiếp cơ bản kết nối như hình 2.1
2.2.2.1 Hồi tiếp điện áp nối tiếp (khuếch đại điện áp) hình 2.1a: Ổn định tín hiệu điện áp ngỏ ra theo điện áp ngỏ vào, ổn định hàm truyền là hệ số khuếch đại điện áp
- Hệ số khuếch đại vòng hở: 𝐴 𝑣 = 𝑉 𝑜
- Hệ số khuếch đại vòng kín: 𝐴 𝑣𝐹 = 𝑉 𝑜
2.2.2.2 Hồi tiếp dòng điện song song (khuếch đại dòng điện) hình 2.1b: Ổn định tín hiệu dòng điện ngỏ ra theo dòng điện ngỏ vào, ổn định hàm truyền là hệ số khuếch đại dòng điện
- Hệ số khuếch đại vòng hở: 𝐴 𝑖 = 𝐼 𝑜
- Hệ số khuếch đại vòng kín: 𝐴 𝑖𝐹 = 𝐼 𝑜
2.2.2.3 Hồi tiếp dòng điện nối tiếp (khuếch đại truyền dẫn) hình 2.1c: Ổn định tín hiệu dòng điện ngỏ ra theo điện áp ngỏ vào, ổn định hàm truyền là hệ số khuếch đại truyền dẫn
- Hệ số khuếch đại vòng hở: 𝐴 𝑔 = 𝐼 𝑜
- Hệ số khuếch đại vòng kín: 𝐴 𝑔𝐹 = 𝐼 𝑜
2.2.2.4 Hồi tiếp điện áp song song (khuếch đại truyền trở) hình 2.1d: Ổn định tín hiệu điện áp ngỏ ra theo dòng điện ngỏ vào, ổn định hàm truyền là
23 hệ số khuếch đại truyền trở
- Hệ số khuếch đại vòng hở: 𝐴 𝑧 = 𝑉 𝑜
- Hệ số khuếch đại vòng kín: 𝐴 𝑧𝐹 = 𝑉 𝑜
Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối của các mạch khuếch đại có hồi tiếp, bao gồm bốn loại hồi tiếp: a Hồi tiếp điện áp nối tiếp; b Hồi tiếp điện áp song song; c Hồi tiếp dòng điện nối tiếp; d Hồi tiếp dòng điện song song.
Ứng dụng hồi tiếp trong mạch khuếch đại
2.3.1 Hồi tiếp âm dòng điện trong mạch định thiên Transitor:
Điện trở Re là điện trở dùng để lấy tín hiệu dòng, với dòng qua Rc và Rt thể hiện qua Re, tạo ra sụt áp trên Re Đây là một mạch hồi tiếp dòng, mang tín hiệu áp.
24 hồi tiếp tỉ lệ dòng ngõ ra Điện áp này làm thay đổi Vbe của BJT nên xem như hồi tiếp nối tiếp
2.3.2 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
2.3.3 Hồi tiếp âm điện áp trong mạch C chung:
- Hồi tiếp toàn bộ điện áp ra trên tải đưa về cực E làm thay đổi Vbe → Hồi tiếp điện áp nối tiếp
2.3.4 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
2.3.5 Hồi tiếp âm AC toàn mạch:
- Ổn định độ lợi trong 1 miền nhất định, giảm nhiễu và tăng độ ổn định
2.4 Ưu điểm và nhược điểm của mạch hồi tiếp:
Hồi tiếp âm giúp ổn định hàm truyền bằng cách giảm sự thay đổi giá trị hàm truyền, chủ yếu do biến động trong các thông số của transistor Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của hồi tiếp âm.
- Giảm nhiễu Hồi tiếp âm làm tăng tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu
Giảm méo là một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện chất lượng tín hiệu ngỏ ra của transistor Khi transistor hoạt động không tuyến tính, méo tín hiệu sẽ xuất hiện, đặc biệt là trong các mạch có biên độ tín hiệu lớn Việc áp dụng hồi tiếp âm có thể giúp transistor hoạt động một cách tuyến tính hơn, từ đó giảm thiểu méo và nâng cao hiệu suất của mạch điện.
- Cải thiện tổng trở vào và ra
- Làm tăng hệ suất khuếch đại
- Có thể mạch không ổn định tại tần số cao do sinh ra dao động
- Mất tính ổn định của mạch
Kết luận chương
Hồi tiếp là phương pháp sử dụng tín hiệu đầu ra của một hệ thống và đưa trở lại đầu vào của nó, nhằm thay đổi, kiểm soát hoặc điều chỉnh đầu vào một cách hiệu quả.
KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
Mở đầu chương:
Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra công suất lớn để kích thích tải, với công suất đầu ra dao động từ vài trăm mW đến vài trăm W Do mạch công suất hoạt động với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào, nên phương pháp khảo sát thường sử dụng là đồ thị thay vì mạch tương đương tín hiệu nhỏ như trong các chương trước Tùy thuộc vào chế độ làm việc của transistor, mạch khuếch đại công suất được phân loại thành các loại chính khác nhau.
Khuếch đại công suất loại A hoạt động bằng cách khuếch đại tín hiệu một cách gần như tuyến tính, với tín hiệu ngõ ra thay đổi đồng bộ trong toàn bộ chu kỳ 360 độ của tín hiệu ngõ vào Điều này cho thấy transistor hoạt động hiệu quả trong cả hai bán kỳ của tín hiệu ngõ vào, đảm bảo chất lượng âm thanh và độ chính xác cao trong quá trình khuếch đại.
- Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng
Tín hiệu ngõ ra của transistor thay đổi hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào, cho phép transistor hoạt động trong một nửa chu kỳ dương hoặc âm của tín hiệu đó.
- Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại =0 (vùng ngưng) Chỉ một nữa chu kỳ âm hoặc dương - của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại
Chế độ A
- Dòng điện và điện áp đầu vào tồn tại 360 O trong 1 chu kỳ của tín hiệu vào
Phân tích đặc tuyến ngõ vào 𝐼 𝐵 /𝑉 𝐶𝐸 của transistor trong mạch khuếch đại chế độ A cho thấy điểm làm việc tĩnh Q nằm ở giữa đặc tuyến, với 𝑉 𝐵𝐸 dao động từ 0,65 (V) đến 0,7 (V) và 𝑉 𝐵𝐸 ở loại Gr từ 0,2 đến 0,25 (V) Khi transistor nhận tín hiệu xoay chiều tại cực B, dòng 𝐼 𝐵 sẽ biến đổi theo tín hiệu này.
Phân tích đặc tuyến ngõ ra 𝐼 𝐶 /𝑉 𝐶𝐸 của transistor trong mạch khuếch đại chế độ A cho thấy điểm hoạt động tĩnh Q nằm giữa đường tải và 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 Khi dòng điện 𝐼 𝐵 thay đổi theo tín hiệu xoay chiều, dòng điện 𝐼 𝐶 cũng sẽ biến đổi, dẫn đến sự thay đổi của điện áp 𝑉 𝐶𝐸.
- Các đặc điểm của chế độ A:
+ Khuếch đại trung thực tín hiệu xoay chiều (khuếch đại cả hai bán kì tín hiệu xoay chiều hình sin)
+ Dùng cho mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ
- Tín hiệu ra không bị biến dạng
- 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
Mạch khuếch đại chế độ B có điểm hoạt động tĩnh Q tại 𝑉 𝐵𝐸 = 0, dẫn đến 𝐼 𝐵 = 0 và 𝐼 𝐶 = 0 Khi transistor nhận tín hiệu xoay chiều ở cực B, chỉ có một nửa chu kỳ được khuếch đại Phân cực thuận làm tăng 𝑉 𝐵𝐸 và 𝐼 𝐵, trong khi bán kỳ còn lại giảm phân cực mối nối BE xuống vùng ngưng dẫn, do đó không được khuếch đại.
Mạch khuếch đại chế độ B có điểm hoạt động tĩnh Q nằm trên đường biên giữa vùng khuếch đại và vùng ngưng dẫn, điều này được thể hiện qua phân tích đặc tuyến trên ngõ ra 𝐼 𝐶 /𝑉 𝐶𝐸.
Khi dòng điện 𝐼𝐵 tăng theo tín hiệu xoay chiều, dòng điện 𝐼𝐶 cũng tăng lên, dẫn đến việc điện áp 𝑉𝐶𝐸 giảm xuống Tại ngõ ra, chỉ có một bán kỳ được khuếch đại.
- Các đặc điểm của khuếch đại chế độ B:
+ Khi không có tín hiệu thì transistor không dẫn
+ Mỗi transistor chỉ dẫn 1 bán kỳ nên muốn có đủ chu kỳ thì phải dùng 2 transistor để khuếch đại luân phiên
+ Dùng cho các mạch khuếch đại có biên độ lớn
+ Hiệu suất cao do công suất tiêu hao điện nhỏ
+ Tín hiệu ra bị méo xuyên tâm
3.3.1 Hiệu suất của chế độ B:
- 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
- Trên đặc tuyến ngõ vào điểm làm việc tĩnh Q ở giữa hạng A và B (chế độ A và
B) Khi transistor nhận được tín hiệu xoay chiều ở cực B thì bán kỳ âm được rơi vào vùng dưới VY transistor không dẫn và không có tín hiệu ra
Tại điểm làm việc tĩnh Q trên đặc tuyến ngõ ra, 𝑉 𝐶𝐸 gần bằng 𝑉 𝐶𝐶 do nằm trong vùng gần ngưng dẫn Tại đây, chỉ có bán kỳ dương của tín hiệu được khuếch đại, dẫn đến sự gia tăng dòng 𝐼 𝐶 Kết quả là tín hiệu ra bị đảo pha so với tín hiệu ngõ vào, chỉ còn lại bán kỳ âm của tín hiệu ở ngõ ra.
- Đặc điểm của mạch khuếch đại chế độ AB
+ Khi không có tín hiệu thì các dòng 𝐼 𝐵 , 𝐼 𝐶 có giá trị rất nhỏ so với chế độ A
+ Mỗi transistor chỉ khuếch đại một bán kỳ
+ Hiệu suất cao do công suất tiêu thụ điện nhỏ
+ Tín hiệu ra không bị méo xuyên tâm
Khác với chế độ B, 2 cực B của BJT không nối trực tiếp với nhau mà được đặt điện áp 1 chiều 𝑉 𝐶𝐶
- Hiệu suất cao, bảo toàn tín hiệu
- 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 OCL
Mạch OCL khắc phục nhược điểm của OTL bằng cách loại bỏ tụ C, giúp giảm thiểu méo tín hiệu ở tần số thấp Tuy nhiên, mạch này có thể gây quá tải dòng, do đó thường được trang bị mạch bảo vệ để đảm bảo an toàn cho thiết bị.
- Ở nửa chu kì dương của Vi, 𝑉 𝑏3 tăng -> Q3 dẫn -> 𝑉 𝑐3 giảm
-> Q1 tắt, Q2 dẫn Do đó IC2 chạy theo hướng Mass -> RE2 -> Q2-> -VCC
- Ở nửa chu kì âm của Vi, 𝑉 𝑏3 giảm -> Q3 tắt -> 𝑉 𝑐3 tăng -> Q1 dẫn, Q2 tắt
Do đó 𝐼 𝐶1 chạy theo hướng 𝑉 𝐶𝐶 -> Q1 -> RE1 -> Mass.
Mạch khuếch đại Darlington
Vậy hệ số khuếch đại dòng của mạch: β = β1.β2
Mạch bù trở kháng Zobel
Mạch Zobel là một mạch bù trở kháng cho loa ở tần số cao, giúp ổn định tín hiệu ra Do loa có tính cảm L, trở kháng của loa sẽ tăng theo tần số, dẫn đến sự không ổn định trong tín hiệu Khi tần số tăng, mạch Zobel sẽ điều chỉnh trở kháng, cải thiện hiệu suất âm thanh.
𝑗𝜔𝐶 sẽ giảm, do đó Ztđ = ZL // ZC sẽ không đổi
Trở kháng loa được xác định : 𝑍 𝑡đ = (𝑅 + 1
1 𝑗𝜔𝐶 ).𝑅 𝐿 +𝑗𝜔𝐿) 𝑅+ 𝑗𝜔𝐶 1 +𝑅 𝐿 +𝑗𝜔𝐿 Để Ztd không phụ thuộc vào tần số thì Ztđ = RL
Kết luận chương
Qua chương này, ta đã hiểu được cơ sở lí thuyết của các mạch khuếch đại, các chế độ liên quan đến mạch OCL vi sai.
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
Tính toán phần nguồn
Tín hiệu vào có dạng 𝑣 𝑖 = 𝑉 𝐼 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 (V)
Tín hiệu ra loa có dạng 𝑣 𝑙 = 𝑉 𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 (𝑉), 𝑖 𝑙 = 𝐼 𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 (𝐴)
𝐼 𝐿 : dòng điện cực đại qua tải Điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng : 𝑉 𝐿 ℎ𝑑 = 𝑉 𝐿
- Công suất tiêu thụ trên tải :
- Điện áp nguồn cung cấp :
Ta có Q1, Q2 làm việc ở chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn là 0,8
- Dòng cung cấp trung bình :
Tính toán tầng công suất
Chọn dòng tĩnh cho Q1, Q2 : Để tránh méo xuyên tâm, ta phân cực cho Q1 Q2 hoạt động ở chế độ AB
Mạch hoạt động ở chế độ AB có dòng tĩnh collector trong khoảng 20 đến 50 mA Để đảm bảo cung cấp đủ dòng cho tầng hoạt động, ta chọn 𝐼 𝐸𝑄 = 𝐼 𝐸𝑄/𝑄1 = 𝐼 𝐸𝑄/𝑄2 = 50 mA.
𝐼Ep/Q1 = 𝐼𝐸𝑝/Q2 = 𝐼𝐸𝘘 + 𝐼𝐿 = 0,05 + 1,94 ≈ 2 (𝐴) Để tránh hao phí ta chọn :
- Công suất nguồn cung cấp : 𝑃 𝐶𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 𝐼 𝑡𝑏 = 2 𝑉 𝐶𝐶 𝐼 𝐿
2 𝑅 𝐿 𝐼 𝐿 2 Công suất tiêu tán của R1, R2 :
Vậy công suất tiêu tán của Q1, Q2 là
2 (𝑅 𝐿 + 𝑅 1 )𝐼 𝐿 2 Công suất tiêu tán của một BJT là :
4 (𝑅 𝐿 + 𝑅 1 )𝐼 𝐿 2 Công suất tiêu thụ cực đại của một BJT là lấy đạo hàm 𝑃 𝑡𝑡/𝑄1 theo 𝐼 𝐿 cho bằng 0
4 (8 + 0,47) 1,94 2 = 4,38 (W) Công suất tiêu tán tĩnh trên 𝑄 1 :
Vậy công suất tiêu tán cực đại trên 𝑄 1 là :
Vì Q1, Q2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn Q1, Q2 thỏa điều kiện :
=> Tra cứu datasheet chọn Q1 : 2SD718 ; Q2 : 2SB688
55+1 = 0,89 (mA) Dòng Base cực đại của Q1 :
55+1 = 35,7 (mA) Để R3, R4 không ảnh hưởng đến dòng ra ở chế độ xoay chiều thì R3, R4 phải thỏa mãn điều kiện
Với 𝑍𝐵1(𝑎𝑐) , 𝑍𝐵1𝑀(𝑑𝑐): là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực Base Q1 đến M
Từ đặc tuyến 𝐼 𝐶 , 𝑉 𝑏𝑒 của 2SD718 ta có:
- Dòng emittor tĩnh qua Q3 : 𝐼 𝐸𝑄/𝑄3 = 𝐼 𝑅3𝑄 + 𝐼 𝐵𝑄/𝑄1 = 2,83 + 0,89 = 3,72 (mA)
- Dòng emittor cực đại qua Q3 : 𝐼 𝐸𝑝/𝑄3 = 𝐼 𝑅3 + 𝐼 𝐵/𝑄1 = 8 + 35,7 = 43,7 (mA)
Khi đó trở kháng xoay chiều từ cực B của Q1:
So sánh với 𝑍′ 𝑎𝑐/𝑄1 tính ở trước là ta thấy khi thêm R3, R4 vào thì sai khác không đáng kể
Như vậy, trở kháng xoay chiều của Q3 là :
𝑍 𝑎𝑐/𝑄3 = 𝑍′ 𝑎𝑐/𝑄1 + (𝛽 𝑚𝑖𝑛 + 1 )𝑅 𝐿 = 28,43 + 56.8 = 476,73 (Ω) Để tìm được Q3, Q4 ta tìm công suất tiêu tán lớn nhất của chúng Gọi IE1 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 :
Công suất cung cấp cho tải của Q3 :
4 𝐼 𝐸𝑝/𝑄3 2 𝑍 𝑎𝑐/𝑄3 Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q3 :
4 𝐼 𝐸𝑝/𝑄3 2 𝑍 𝑎𝑐/𝑄3 Lấy đạo hàm theo 𝐼 𝐸𝑝/𝑄3 và cho 𝑃 𝑡𝑡/𝑄3 = 0 ta được
Vậy công suất tiêu tán lớn nhất do dòng xoay chiều trên rơi trên Q3 :
= 0,085 (𝑊) Công suất tiêu tán tĩnh trên Q3 :
𝑃 𝑑𝑐/𝑄3 = 𝑉 𝑐𝑐 𝐼 𝐸𝑄/𝑄3 = 20.3,72.10 −3 = 0,744 (𝑊) Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q3 :
Vậy chọn Q3, Q4 là cặp BJT bổ phụ thỏa mãn điều kiện sau :
=> Tra cứu datasheet chọn Q3 là TIP41C, Q4 là TIP42C
Tính toán tầng thúc và nguồn dòng
Để tính toán tầng thúc, ta chọn 𝛽 𝑄3 = 75
Chọn sụt áp trên diode là 𝑉 𝐷 = 0,7 (𝑉)
Ta có tại 𝑉 𝐷 = 0,7 (𝑉) thì dòng xấp xỉ 0,01 (A) => Chọn 𝐼 𝑝𝑎 = 0,01 (𝐴)
Ta có : Sụt áp trên R6 là
0,01= 1860 (Ω) R6 có tải dòng lớn => Chọn công suất của R6 là 2 W
=> Chọn VR1 = 500 (𝛀) sau đó hiệu chỉnh lại
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 được xác định như sau:
Vậy ta chọn Q5 thỏa các điều kiện sau :
=> Tra datasheet chọn Q5 là 2SA1013
1N4007 1000 1,1 1 3 Để Q1, Q2 làm việc ở chế độ dòng tĩnh 50 (mA) thì điện áp trên tiếp giáp BE của các tổ hợp BJT ở chế độ tĩnh là 0,6 (V)
Như vậy, ba diode D3, D4, D5 và VR2 đảm bảo cho Q1, Q2 làm việc ở chế độ AB, tức là 𝑉 = 0,347+3.0,7=2,447 (𝑉) ngay khi có tín hiệu vào
Diode hoạt động dựa trên tính chất ghim áp, cho phép dòng điện qua diode tăng lên trong khi điện áp đặt lên diode gần như không thay đổi Để đạt được điều này, cần chọn điểm làm việc nằm trong đoạn tuyến tính nhất của đặc tính điện áp-dòng điện.
=> Chọn VR2 = 200 (𝛀) sau đó hiệu chỉnh lại
Do Q6 làm việc chế độ A, để tránh suy giảm tín hiệu ta có thể chọn trước điện áp tĩnh trên điện trở hồi tiếp một chiều R7, R8 là 2(V)
Ta có : 𝑉 𝑅7 + 𝑉 𝑅8 = 2 (𝑉) Để tránh hồi tiếp âm quá nhiều làm giảm hệ số khuếch đại của Q6, ta chọn R8
Với hai giá trị này của trở thì áp rơi trên hai điện trở này là :
𝑉 𝑅7𝑅8 = (𝑅7 + 𝑅8) 𝐼 𝐶/𝑄6 = (100 + 220) 5,75.10 −3 = 1,84 (𝑉) Điện thế trên cực C, E của Q6 :
= 20 − (0,7 + 0,7 − 0,6) − 0,6 − 0,6 − 1,84 = 16,16 (𝑉) Công suất tiêu tán tĩnh của Q6 :
Vì Q6 làm việc ở chế độ A nên :
Ta chọn Q6 thỏa những điều kiện sau :
=> Tra datasheet chọn Q6 là 2SC2383
Tính toán tầng tiền khuếch đại (Tầng vi sai)
Chọn sụt áp trên R10 là 1,2 (V)
5 20 = 4 (𝑉) Để tránh sai số mất cân bằng tầng vi sai, ta chọn VREE = 100 (Ω) để điều chỉnh
Chọn Q7, Q8 thỏa mãn các điều kiện sau :
=> Tra datasheet chọn Q7, Q8 là 2SA1013
Chọn D6, D7 là 1N4007 để phân cực cho Q9
=> Chọn VR3 là biến trở 500 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại
𝑃 𝐶/𝑄9 = 𝑉 𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥/𝑄9 𝐼 𝐶/𝑄9 = 32,73.1,64.10 −3 = 0,054 (𝑊) Chọn Q9 thỏa mãn các điều kiện sau :
=> Tra datasheet chọn Q9 là 2SA1013
*Trở kháng đầu vào là 200 (kΩ)
=> Chọn VR4 là biến trở 𝟐𝟎(𝐤Ω) sau đó hiệu chỉnh lại.
Tính toán tụ liên lạc và tụ lọc nguồn
Cho băng thông từ 30 Hz đến 15 kHz
- Giả sử mạch hoạt động vs tần số bé nhất : 𝑓 𝑚𝑖𝑛 = 30(𝐻𝑧)
Tính toán các mạch phụ trợ khác
a Tính toán mạch bảo vệ :
=> Chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động là : 𝐼 𝐸1 = 5 (𝐴)
Có 𝑉 𝐶𝐸/𝑄10 = 𝑉 𝐶𝐸/𝑄11 = 𝑉 𝐵𝐸/𝑄3 + 𝑉 𝐵𝐸/𝑄1 + 𝑉 𝑅1 = 0,6 + 0,6 + 2,35 = 3,55 (𝑉) Công suất tiêu tán trên Q10, Q11
𝑃 𝑡𝑡/𝑄10 = 𝑃 𝑡𝑡/𝑄11 = 𝑉 𝐶𝐸/𝑄10 𝐼 𝐶𝑄/𝑄10 = 3,55.10 −3 (𝑊) Chọn Q10, Q11 thỏa mãn các điều kiện sau :
=> Tra datasheet chọn Q10, Q11 lần lượt là 2SA1015, 2SC1815
𝐼 𝑅19 ≫ 𝐼 𝐵𝑄/𝑄11 => 𝐼 𝑅19 = 15 𝐼 𝐵𝑄/𝑄11 = 0,1 (𝑚𝐴) Khi mạch hoạt động bình thường thì Q10, Q11 tắt, nên 𝐼 𝑅1𝑚𝑎𝑥 = 2 (𝐴)
=> Chọn R19 = R21 = 4,7 (𝒌Ω), R22 = R23 = 5,1 (𝒌Ω) b Tính toán mạch lọc Zobel :
Cấu tạo của loa bao gồm một cuộn cảm và một điện trở, với trở kháng loa được biểu diễn bởi công thức 𝑍 𝐿 = 𝑅 𝐿 + 𝑗𝜔𝐿, cho thấy rằng trở kháng phụ thuộc vào tần số Khi tần số tăng cao, trở kháng loa cũng tăng, dẫn đến hiện tượng méo tín hiệu Để ổn định trở kháng loa ở tần số cao, mạch lọc Zobel được sử dụng Tụ C8 được mắc nối tiếp với điện trở R, và tại tần số cao, tụ sẽ ngắn mạch, giúp giảm tải ngõ ra, đảm bảo rằng 𝑅 𝐿 vẫn không đổi.
𝑅𝐿 𝑗𝜔𝐶8 + 𝐶8 𝐿 𝑅20+ 𝑗𝜔𝐶8 1 +𝑅 𝐿 +𝑗𝜔𝐿 Để không phụ thuộc vào tần số thì 𝑍 𝐿 = 𝑅 𝐿
Vì L của loa thường rất nhỏ ≈ 0,1𝜇𝐻
Tính toán hệ số khuếch đại và tầng hồi tiếp
4.7.1 Hệ số khuếch đại vòng hở của tầng vi sai :
Vì 𝑅 𝐸𝐸 rất lớn nên giả sử không có dòng chạy qua 𝑅 𝐸𝐸 Áp dụng KVL ta có :
4.7.2 Hệ số khuếch đại tầng thúc:
4.7.3 Hệ số khuếch đại tầng công suất:
Do Q1, Q2, Q3, Q4 mắc theo kiểu C chung: => Avt3 = 1
4.7.4 Hệ số khuếch đại toàn mạch:
Hệ số khuếch đại toàn mạch khi chưa có hồi tiếp:
Hệ số khuếch đại toàn mạch khi có hồi tiếp:
Kiểm tra độ méo phi tuyến
Trong mạch các BJT 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 = 0.775 (V) Lúc này điện áp đặt lên tiếp giáp BE của Q1: 𝑉 𝐵𝐸1 (𝑡) = 𝑉 𝐵𝐸1𝑄 + 𝑉 𝐵𝐸𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡
Gọi ICO là dòng rò rỉ của QB1 và QB2: 𝐼 𝐶 = 𝐼 𝐶𝑂 𝑒
Méo phi tuyến chủ yếu do hài bậc cao gây ra Loại hài bậc cao và biến đổi 𝑠𝑖𝑛 2 𝜔𝑡 1−𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡
𝑉 𝑇 ) 2 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 + ⋯ Theo định nghĩa méo phi tuyến: 𝛾 = √∑ 𝐼 𝑖𝑚
𝐼 𝑖𝑚 : 𝑏𝑖ê𝑛 độ ℎà𝑖 Loại bỏ các hài bậc cao, ta được:
- Khi chưa có hồi tiếp: 𝛾 = 𝑉 𝐵𝐸𝑚
Sau khi tính toán được tất cả giá trị linh kiện ta có bảng sau :
KIỂM TRA MẠCH KHUẾCH ĐẠI
Mở đầu chương
Sau khi hoàn tất việc tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp, bước cuối cùng là tiến hành mô phỏng và đo đạc thực tế Chương này sẽ trình bày kết quả mô phỏng và đo đạc thực tế cho từng tầng ngõ vào (vi sai), tầng thúc, tầng công suất, cùng với mạch khuếch đại hoàn chỉnh.
Kiểm tra mạch khuếch đại mô phỏng
5.2.1 Kiểm tra mạch khi không có tín hiệu ngỏ vào
5.2.1.1 Tầng ngỏ vào ( tầng vi sai )
- VCE: 0.05V – 21.4V Điểm giữa: VBE = 0.68V, VCE = 15.1V
=> Q8 làm việc ở đúng chế độ A
Nhận xét: VCE/Q8max = 21.4V ( theo lý thuyết tính = 32.72V; lệch nhiều so với tính toán)
- VCE: 8.75V – 17.2V Điểm giữa : VBE = 0.75V, VCE = 12.1V ≈ 𝑉 𝐶𝐶 /2
Vậy: Q6 làm việc ở đúng chế độ A
- VCE: 6.87V – 20.1V (~Vcc) Điểm giữa : VBE = 0.44V; VCE = 19.7V
Vậy: Q1 làm việc ở đúng chế độ AB
- VCE: 16.8V – 20.1V (~Vcc) Điểm giữa : VBE = 0.43V; VCE = 19.8V
Vậy: Q2 làm việc ở đúng chế độ AB
- VCE: 8.69V – 19.7V (~Vcc) Điểm giữa : VBE = 0.56V; VCE = 19.3V
Vậy: Q3 làm việc ở đúng chế độ AB
- VCE: 17.2V – 19.8V (~Vcc) Điểm giữa : VBE = 0.56V; VCE = 19.3V
Vậy : Q4 làm việc ở đúng chế độ AB
5.2.2 Kiểm tra mạch khi có tín hiệu ngỏ vào
5.2.2.1 Tầng ngỏ vào (vi sai)
- Điện áp vào: Vin = 200mVdd
- Điện áp ra: Vout = 1.65Vdd
Hệ số khuếch đại điện áp: Av = 8.25
Hệ số khuếch đại theo lý thuyết tính: Avt = -1.07
- Tín hiệu ngỏ vào tầng tiền khuếch đại, khuếch đại tín hiệu nhỏ
- Cách mắc kiểu E chung, tín hiệu ra tầng tiền khuếch đại ngược pha 180 độ so với tín hiệu ngỏ vào
Tín hiệu ngõ vào tầng thúc ngược pha với tín hiệu ngõ ra tầng thúc
- Điện áp vào: Vin = 800mV
Hệ số khuếch đại điện áp: Av = 1,5
Hệ số khuếch đại theo lý thuyết tính : Avt = -1165
5.2.2.3 Tầng thúc và tầng công suất
5.2.3 Kiểm tra tổng thể mạch khi có tín hiệu ngõ vào
Kiểm tra mạch khuếch đại
- OCL Vi sai, VCC = 20V, nguồn đối xứng
5.3.1 Kiểm tra mạch khi không có tín hiệu ngỏ vào
5.3.2 Kiểm tra mạch khi có tín hiệu ngỏ vào
5.3.3 Kiểm tra tổng thể mạch khi có tín hiệu ngõ vào