Tính toán, thiết kế mạch khếch công suất đại âm tần OCL vi sai, Transistor làm việc ở chế độ AB, Mắc theo kiểu Colector chung, Có chống quá tự dòng. 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
GIỚI THIỆU
Giới thiệu
Ngành Điện tử Viễn thông là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho sự phát triển của một quốc gia Sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành Điện tử Viễn thông ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử Viễn thông phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tình ứng dụng cao, sản phẩm đa tính năng…Nhưng một điều căn bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT…mà nền tảng là môn Điện tử cơ bản
Hiện nay, Việt Nam có rất nhiều loại máy khuếch đại âm thanh trên thị trường mà tầng khuyếch đại công suất được thiết kế từ các mạch như: mạch khuếch đại OTL, mạch khuếch đại OCL…Nhưng phổ biến nhất là loại mạch khuyết đại OCL Bởi vì dạng mạch này có ưu điểm về: hiệu suất, hệ số sử dụng BJT công suất, độ lợi băng thông, biên độ tín hiệu ra…Cũng chính vì thế mà nhóm được cô phân bổ làm mạch khuếch đại công suất dạng OCL làm đồ án môn học Qua nỗ lục nghiên cứu, tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô mà nhóm đã hoàn thành đồ án này
Với khoảng thời gian có hạn cũng như trình độ kiến thức của nhóm còn hạn chế nên nhóm tin chắc rằng hệ thống hoạt động chưa được tối ưu và không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm kính mong cô thông cảm giúp đỡ và chỉ bảo thêm cho nhóm những kinh nghiệm Nhóm xin chân thành cảm ơn.
Mục tiêu đề tài
Thiết kế và xây dựng được mạch khuếch đại công suất âm tần thỏa các điều kiện ban đầu như công suất và dòng.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp tài liệu
Bố cục quyển báo cáo
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
- Các tần khuếch đại tín hiệu nhỏ Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 2
Chương 3 Thiết kế hệ thống
Chương 4 Kết quả mô phỏng
Chương 5 Kết luận và hướng phát triển Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CÁC TẦNG KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
R 1 ,R 2 : Điện trở phân cực cho BJT
R C : Điện trở tải cực C của BJT
R e : Điện trở ổn định nhiệt
R n : Nội trở nguồn tín hiệu
C 1 : Tụ liên lạc ngõ vào
2.1.1.1 Trở kháng vào của Transistor (rv) và mạch EC (Rv)
Ta có: U1 = ibrb + iere = ib[ rb + (1 + β) re]
2.1.1.2 Hệ số khuếch đại dòng điện của mạch (K i )
Ta có: iv.Rv = iv.rv
Sơ đồ mạch EC Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 4
IT.RT = iC.(RC//RT) => i c i b = R C // R t
2.1.1.3 Hệ số khuếch đại điện áp (K u )
2.1.1.4 Hệ số khuếch đại công suất (K p )
2.1.1.5 Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Z r )
Khi hở mạch Rt, , Zr = rce // Rc do rce >> Rc => Zr = RC
2.1.1.6 Quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào làm ib tăng -> ic tăng -> UC giảm -> tín hiệu ra giảm Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu vào làm ib giảm -> ic giảm ->UC tăng -> tín hiệu ra tăng
Vậy, với mạch EC thì tín hiệu vào và tín hiệu ra nghịch pha nhau
Re Rc rc re Ur rb Rt +
B Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 5
2.1.2.1 Trở kháng vào của Transistor (r V ) và mạch khuếch đại (R V )
Ta có: U1= iere + ibrb=ie(re + r b
1 + β 2.1.2.2 Hệ số khuếch đại dòng điện (K i )
2.1.2.3 Hệ số khuếch đại điện áp (K u )
2.1.2.4 Hệ số khuếch đại công suất
2.1.2.5 Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Z r )
Khi không có tải Rt thì Zr = rr // Rc ( Rc với >> Rc)
2.1.2.6 Quan hệ giữa tính hiệu vào và tín hiệu ra Ở bán kỳ dương của tín hiệu vào làm ie giảm -> ic giảm -> Uc tăng -> tín hiệu ra tăng Ở bán kỳ âm của tín hiệu vào làm ie tăng -> ic tăng -> Uc giảm -> tín hiệu ra giảm Vậy, với mạch BC thì tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau
Re i v S ơ đ ồ m ạc h CC Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 6
Rv rv Sơ đồ tương đương
2.1.3.1 Trở kháng vào của Transistor (r V ) và mạch khuếch đại (R V )
Ta có: U1= ibrb + iere + it(R e // R t )
U1= ib[r b + (1 + β)(r e + R e // R t )] rv = rb + (1+β)(re + Re // Rt)
2.1.3.2 Hệ số khuếch đại dòng điện của mạch (K i )
2.1.3.3 Hệ số khuếch đại điện áp của mạch (K u )
2.1.3.4 Hệ số khuếch đại công suất của mạch (K p )
2.1.3.5 Quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu và làm dòng ib tăng -> ie tăng -> Ue tăng -> tín hiệu ra tăng Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu và làm dòng ib giảm -> ie giảm -> Ue giảm -> tín hiệu ra giảm
Vậy, tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau
Tham số BC EC CC
R 1 //R 2 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 7
Zin Nhỏ(20.4) Trung bình (986) Lớn(73K)
Zout Lớn(1.03M) Trung bình(52.6K) Nhỏ(32)
Mạch EC có Ku, Ki lớn nên Kp lớn, do đó được dùng trong các mạch khuếch đại công suất Trở kháng vào và trở kháng ra trung bình nên tiện lợi cho việc ghép với tải và nguồn tín hiệu
Mạch CC có trở kháng vào lớn nên thường dùng để lăm mạch phối hợp trở kháng Mạch BC và EC có hồi tiếp âm qua điện trở Re nên thường được dùng làm nguồn dòng, còn mạch CC thường được dùng làm nguồn áp Ở tần số cao thì mạch BC có nhiều ưu điểm hơn so với mạch EC và CC.
HỒI TIẾP
Hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của mạng 4 cực tích cực đưa trở về đầu vào thông qua một mạng 4 cực gọi là mạng hồi tiếp Người ta chia hồi tiếp thành hai loại là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật mạch tương tự Cho phép thay đổi tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao chất lượng của bộ khuếch đại
Hồi tiếp có hai loại:
+ Hồi tiếp âm có tín hiệu hồi tiếp ngược pha tín hiệu vào nên làm giảm tín hiệu vào.Hồi tiếp âm một chiều được dùng để ổn định chế độ công tác, hồi tiếp âm xoay chiều dùng để ổn định các tham số của bộ khuếch đại
+ Hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào nên làm mạnh tín hiệu vào Hồi tiếp dương thường làm cho khuếch đại mất ổn định nên thường được sử dụng để tạo dao động
Phân loại mạch hồi tiếp:
• Hồi tiếp nối tiếp điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu và tỉ lệ điện áp đầu ra
• Hồi tiếp song song điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa vào đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ điện áp ra
• Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 8
• Hồi tiếp song song dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào song song nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra
2.2.1.1 Các phương trình cơ bản của mang 4 cực có hồi tiếp âm
Sơ đồ khối toàn phần của bộ khuếch đại có hồi tiếp
Ta có các quan hệ sau:
Hàm truyền đạt toàn phần:
Nếu |g| > 1 thì |K’| < |K| => hồi tiếp âm
Nếu |g| < 1 thì |K’| > |K| => hồi tiếp dương
2.2.1.2 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuếch đại a Ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại
Ta có: K’ < K hồi tiếp nối tiêp hồi tiếp song song
U KhtXr Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 9
Vậy, hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn khi không có hồi tiếp âm b Ảnh hưởng đến trở kháng vào
Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp
Sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào phương pháp mắc mạch hồi tiếp về đầu vào (nối tiếp hay song song), không phụ thuộc phương pháp lấy tín hiệu ở đầu ra để đưa vào mạch hồi tiếp aa Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp
Khi không có hồi tiếp (Kht.Xr=0):
Nếu rrht Z’v = g.Zv bb Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm song song Khi không có hồi tiếp:
Nếu reht >> rh thì Z’v= Zv /g
Vậy: hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp lên g lần và hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào g lần c Ảnh hưởng đến trở kháng ra Ira hồi tiếp âm điện áp hồi tiếp âm dòng điện
KngXh Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 10
Sự thay đổi trở kháng ra khi có hồi tiếp không phụ thuộc vào phương pháp lấy tín hiệu về mà phụ thuộc vào phương pháp nối đầu ra bộ khuếch đại vào mạch hồi tiếp aa Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp
Khi không có hồi tiếp: Zra = rr // rvht ( rr (vì rr> rvht )
Vậy, hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra g lần, còn hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra g lần d Ảnh hưởng đến nhiễu và tạp âm
Khi có tín hiệu đặt ở đầu vào bộ khuếch đại thì ở đầu ra ngoài tín hiệu được khuếch đại còn có tín hiệu nhiễu và tạp âm (do mạch sinh ra)
Thay Xht =Kht.Xr : K1K2Xv + K2Xta = Xr(1+K1K2Kht)
Xh Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 11
Hồi tiếp âm làm giảm tín hiệu Kht lần nhưng làm giảm tạp âm hẳn đi K1Kht lần e Ảnh hưởng đến méo phi tuyến và dải động
Xh = Xv - KhtXr = Xv - K.KhtXh
• Đại lượng điện giảm g lần nên méo phi tuyến sinh ra do đoạn cong vênh đầu đặc tuyến vào cũng giảm g lần
• Khi đại lượng đặt trực tiếp vào bộ khuếch đại giảm g lần thì dải động tăng g lần
Giả sử khối khuếch đại và khối hồi tiếp có Để mạch tạo ra dao động thì: K.K ht e j( K + Kht ) = 1
(1) là điều kiện cân bằng về biện độ cho biết mạch chỉ dao động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại bù dược tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra
(2) là điều kiện cân bằng về pha cho biết dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào
K : mođun hệ số khuếch đại
KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
2.3.1 Chế độ công tác và đỉnh điểm làm việc cho tầng khuếch đại công suất
Tuỳ thuộc vào chế độ công tác của Transistor người ta phân biệt thành các chế độ A,
AB, B và C Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 12
Chế độ khuếch đại gần như tuyến tính, góc cắt ( = T/2 0 0 Khi tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh luôn luôn lớn hơn biên độ dòng điện ra Vì vậy, hiệu suất của bộ khuếch đại chế độ A rất thấp ( T1 -> C2 -> RL -> mass
C1 I C1 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 16 Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào T2 dẫn tạo ra dòng IC2 nạp điện cho tụ C2, đi từ C2(+) -> T2 -> mass -> RL -> C2(-)
Do đó tín hiệu được trao đầy đủ cho tải b Dùng hai BJT mắc theo kiểu bổ phụ
D1: diode cùng loại bán dẫn với T1(npn)
D2: diode cùng loại bán dẫn với
T1,T2 :hai BJT mắc theo kiểu bổ phụ Ở chế độ tĩnh T0 được phân cực sao cho: Ở chế độ động: Ở bán kỳ âm(-) của tín hiệu vào T1 dẫn tạo ra dòng IC1 nạp điện cho tụ C2,đi từ VCC -> T1 -> C2 -> RL -> mass Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào T2 dẫn tạo ra dòng IC2 nạp điện cho tụ C2,đi từ C2(+) -> T2 -> mass -> RL -> C2(-)
2.3.3.4 Mạch khuếch đại công suất kiểu OCL
Sử dụng hai nguồn đối xứng (UCC.) Ở chế độ tĩnh ta có:
UP=0 => US=0 Ở chế độ động:
Bán kỳ âm (-) của tín hiệu vào làm T1 dẫn, tạo dòng
IC1 chạy từ +UCC -> T1 -> RL -> RL mass Uv Ở bán kỳ dương (+) của tín hiêu vào làm T2 dẩn,tạo dòng IC2 chạy từ mass -> RL -> T2 ->-UCC
I C2 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 17
Mạch OTL chỉ dùng một nguồn cung cấp , dải thông rộng hơn loại ghép biến áp, hiệu suất cao, kích thước nhỏ, chế độ ổn định nhưng lại bị hạn chế ở tân số thấp do có tụ ở ngõ ra
Mạch OCL dùng hai nguồn đối xứng, không gây méo ở tần số thấp nhưng nhược điểm là gây quá dòng chạy qua RL dễ dẫn đến cháy loa Do dó trong mạch OCL thương có mạch bảo vệ quá độ
Cả hai mạch đều không phối hợp trở kháng với loa,muốn công suất lớn thì phải dùng nguồn cung cấp lớn
2.3.4 Transistor ghép Darlington (dạng thường)
Dùng hai BJT ghép lại với nhau xem như là một BJT
Q1 có hệ số khuếch đại β1, Q2 có hệ số khuếch đại β2
IC = IC1= 1IB1 1IE2 1IC2 = 12IB2
Vậy: Q có hệ số khuếch đại : β = β1.β2
Hệ số khuếch đại dòng chung: h fe = I C
+ h fe2 hfe = hfe1(1 + hfe2) + hfe2 = hfe1.hfe2
Trở kháng vào: h fe = h ie2 + h ie1
IB2 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 18
2.3.4.2 Sơ đồ giả Darlington (Dạng bù)
Hệ số khuếch đại dòng: h ie = U v
I B2 hfe = (1+ hfe1) hfe2 = hfe1.hfe2
Trở kháng vào: h ie = V BE/Q2
2.3.5 Hiện tượng méo xuyên tâm (Crossover) và phương pháp khắc phục
2.3.5.1 Hiện tượng méo xuyên tâm
Khi tầng khuếch đại làm việc ở chế độ B thì điểm tĩnh Q nằm ở gốc toạ độ
O(0,0) trên đặc tuyến vào của Transistor (1)
Nhưng ứng với Transistor (2) thì đặc tuyến này có vùng chết cứng ứng với khi
VBE IC = 0 Khi điện áp vào vượt quá ngưỡng Vγ thì mới xuất hiện tín hiệu đầu ra Kết quả là tín hiệu ra bị méo ở vùng tín hiệu bé Để khắc phục tình trạng này, người ta thường phân cực cho các tiếp giáp B-E để dời điểm tĩnh Q đến gốc toạ đô Lúc dó tâng khuêch đai công suât lăm viêc ở chế độ AB
2.3.5.2 Các phương pháp tránh méo Crossover
Hình sau minh hoạ biên pháp tránh méo Crossover bằng cách phân cực trước cho Q1 và Q2 làm việc ở chế độ AB
Trong đó ZB1B2 có thể là:
• Diode và biến trở mắc nối tiếp
• Diode và biến trở mắc song song
• Mạch Transistor a Dùng Diode với biến trở mắc nối tiếp Ở dòng phân cưc thì diện áp trên diode hầu như không đổi.Nếu diode làm cùng vật liệu với cặp BJT công suất Q1, Q2 thì khi dẫn V( của diode xấp xỉ bằng V của
VR dùng để chỉnh áp phân cực cho đúng yêu cầu
Phương pháp này để điều chỉnh điểm làm việc tĩnh Q nhưng lại bị mất mát tín hiệu trên VR
Hình b hình c b Dùng diode với biến trở mắc song song.(Hình b)
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
Tính toán phần nguồn
Vì Q1, Q2 làm việc ở chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn là 0,8
=> Chọn nguồn cung cấp ± VCC = ±22,36 (V) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 26
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
Vì mạch làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh collector nằm trong khoảng
20 50 mA Ở đây ta chọn: 𝐼 𝐸𝑄 = 𝐼 𝐸𝑄1 = 𝐼 𝐸𝑄2 = 50𝑚𝐴 Dòng cực đại qua Q1 Q2:
R1, R2 là hai điện trở ổn định nhiệt và cân bằng dòng cho Q1 Q1 Do vậy để công suất ra loa đạt cực đại thì sụt áp trên hai điện trở này không quá lớn, giảm tổn thất tín hiệu Để tránh hao phí ta chọn: 𝑉 𝑅1
2,286 = 0,39 (Ω) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 27
= 1 + 55 = 0,893 (𝑚𝐴) Dòng Base cực đại của Q1 :
= 2.286 1+55 = 40,82 (mA) 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
Từ đặc tuyến 𝐼 𝐶 , 𝑉 𝐸 của Transistor ta chọn:
𝐵1(𝑎𝑐) (40,82 – 0,893) 10 −3 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 28
Tính tầng lái
- Để tính toán tầng lái ta chọn 𝛽 𝑄3 = 75
- Dòng Emitter cực đại qua Q3: 𝐼 𝐸𝑝/𝑄3 = 𝐼 𝑅3𝑝 + 𝐼 𝐵𝑝/𝑄1 = 8,598 + 40,82 =
3.3.1 Tính chọn D3, 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: là loại D1N4007 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 0,7(V) Để dòng tĩnh Q5 ít thay đổi và tránh méo tín hiệu ta chọn:
𝐼 𝐶𝑄5𝑄 = 140 𝐼 𝐵3𝑄 = 140.0,0547 = 7,658 (𝑚𝐴) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 29
Dùng Diode để ổn định áp phân cực cho tầng lái
Chọn VR2 là biến trở 15 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại
3.3.2 Tính toán transistor Q5 làm nguồn dòng:
Q5 tạo dòng điện ổn định phân cực cho Q6 và ổn định điểm làm việc của cho hai cặp Dalington ở tầng khuyếch đại công suất Do nội trở nguồn dòng ở chế độ xoay chiều lớn nên tăng hệ số khuyếch đại của tầng lái, phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn của 2 cặp Dalington làm nâng cao hiệu suất của mạch
- Chọn D1 là diode Zener có V D =1,4 (V) loại 1N4738A
Dòng qua diode Zener là dòng phân áp cho Q5 và Q9 (Ở tầng vi sai, sử dụng chung một nguồn dòng) Chọn dòng phân cực 𝐼 𝐵𝑄5 ≪ 𝐼 𝐷 Để diode ghim áp ổn định thì dòng 𝐼 𝐷 > 8 (mA)
Chọn dòng phân áp 𝐼 𝑅6 = 10 (𝑚𝐴) Lúc này V D = 1,4 V
7,658 ∗10 −3 = 91,4 (Ω) Chọn VR1 là biến trở 500 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại
Transistor Q6 làm nhiệm vụ nâng cao tín hiệu đủ lớn để kích cho tầng thúc làm việc và đảo pha cho tầng công suất Q6 được chọn làm việc ở chế độ A Q6 có Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 30
Chọn { tải lớn nên hệ số khuyếch đại lớn, ta phải chọn điểm làm việc của Q6 sao cho khi không có tín hiệu vào điện thế vào cực E của 𝑄1, 𝑄2 ≈ 0, lúc này sụt áp trên tải 0
Vì Q6 có điện trở tải lớn nên dễ dàng rơi vào vùng bão hoà và gây ra méo tín hiệu, do đó cần phải mắc hồi tiếp âm một chiều lẫn xoay chiều để ổn định điểm làm việc Điện trở R8, R88 làm nhiệm vụ hồi tiếp âm DC, riêng R8 còn làm nhiệm vụ hồi tiếp âm AC cho Q6
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 R8, R88 là 2(V)
Ta có: 𝑉 8 + 𝑉 88 = 2 (𝑉) Để tránh hồi tiếp âm quá nhiều làm giảm hệ số khuyếch đại của Q6, ta chọn R 8 >
- R 9 , R 10 cùng nối với 2 tụ C 6 và C 7 nhằm ngăn thành phần xoay chiều tác động đến nguồn
- Chọn sụt áp trên R 10 là 1,2 (V)
- Ta có 𝑅10 + 𝑅16 = ( 𝑅8 + 𝑅88 ) + 𝐵𝐸/𝑄6 Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 31
Tính tầng vi sai
Để tránh sai số mất cân bằng tầng vi sai, ta chọn biến trở VRE = 100 (Ω)
Vì Diode Zener D1 phân cực cho Q9 nên:
2,18∗10 −3 = 321,1(Ω) Chọn VR3 là biến trở 500 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại
* Tổng trở kháng toàn mạch là 200 kΩ
3.4.2 Tính hệ số khếch đại toàn mạch và tính chọn R12:
3.4.3 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 in = 30 (𝐻𝑧) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 32
+ Tụ C X là tụ chống dao động tự kích và quyết định cắt tần số cắt cao cho mạch Vì tụ có chức năng cắt dãy tần cao nên điện dung của tụ sẽ nhỏ :
Cấu tạo của loa gồm một cuộn cảm và một điện trở có 𝑍 𝐿 = 𝑅 𝐿 + 𝑗𝜔𝐿
Như vậy, trở kháng loa phụ thuộc vào tần số Khi tần số cao trở kháng loa càng lớn dẫn đến méo tín hiệu Mạch lọc Zobel là mạch ổn định trở kháng loa không đổi ở tần số cao C mắc nối tiếp với R và tất cả mắc song song với tải R L Ở tần số cao tụ ngắn mạch giảm tải ngõ ra tức là 𝑋 𝐿 ↑, 𝑋 𝐶 ↓ =>
𝑗𝜔𝐶 8 )//(𝑅 𝐿 + 𝑗𝜔𝐿) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 33
𝑅 20 + 𝑗𝜔𝐶 8 + 𝑅 𝐿 + 𝑗𝜔𝐿 𝑅 20 + 𝑗𝜔𝐶 8 + 𝑅 𝐿 + 𝑗𝜔𝐿 Để không phụ thuộc vào tần số thì 𝑍 𝐿 = 𝑅𝐿
Vì L của loa thường rất nhỏ ≈ 0,1 𝜇𝐻 => 𝐶 8 = 𝐿
Hoạt động: Bình thường khi mạch khếch đại công suất làm việc thì Q 10 và Q 11 tắt Không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch Khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch, dòng qua Q 1 , Q 2 lớn sẽ đánh thủng BJT Q 1 , Q 2 và hai điện trở R 1 , R 2 Vì vậy khi dòng qua hai BJT Q 1 , Q 2 lớn sẽ kích thích mạch bảo vệ hoạt động Mạch này sẽ hút dòng làm cho dòng qua hai BJT Q 1 , Q 2 và điện trở R 1 , R 2 nhỏ đảm bảo BJT làm việc an toàn
- Dòng cực đại qua R 1 , R 2 : 𝐼 𝐸1 𝑝 =2,286 (mA)
1+280 = 0,00358 (mA) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 34
Khi mạch hoạt động bình thường thì Q 10 và Q 11 tắt nên:
Sau khi mô phỏng, chọn R 22 = R 23 = 15(kΩ), R 21 = R 24 (kΩ)
❖ Giá trị linh kiện sau khi tính toán:
C X = 100 (𝜌F) Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 35
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Sơ đồ nguyên lý vẽ bằng Proteus
Sau khi thay đổi các giá trị của điện trở, tụ điện như đã tính toán, nhóm được sơ đồ mô phỏng bằng Proteus như sau:
Hình 4.1-1 Sơ đồ nguyên lý bằng Proteus
Kết quả mô phỏng điện áp
Nhóm tiếp tục thực hiện đo các giá trị điện áp tại các BJT, điện trở để kiểm tra thông số so với tính toán
Hình 4.2-1 Kết quả mô phỏng điện áp bằng Proteus Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 36
Kết quả mô phỏng dòng điện
Nhóm tiếp tục thực hiện đo các giá trị dòng điện tại các BJT, điện trở để kiểm tra thông số so với tính toán
Hình 4.3-1 Kết quả mô phỏng dòng điện bằng Proteus
Kết quả tín hiệu Sin 10KHz – 200mV pp
Hình 4.4-1 Kết quả mô phỏng dạng sóng Vin và Vout
0.1 0 (lần) => gần đúng với lý thuyết tính toán 126.5 lần Đoàn Hồng Phúc – Nguyễn Hữu Danh 37