báo cáo bài tập nhóm điện tử tương tự 1 đề tài 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬBáo cáo bài tập nhómĐiện tử tương tự 1Đề tài: 4Giảng viên hướng dẫn: TS... Phân công nhiệm vụBảng 1: Phân công nhiệm vụ1 Nguyễn Minh H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Báo cáo bài tập nhóm Điện tử tương tự 1

Đề tài: 4 Giảng viên hướng dẫn: TS Phùng Thị Kiều Hà

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1

1 Nguyễn Minh Hoàng 20182540 129203

2 Nguyễn Khánh Toàn 20172855 129203

3 Quàng Thành Đạt 20192755 129203

4 Phan Trịnh Bá Anh 20182362 129203

I Tìm hiểu yêu cầu

1 Mô tả chức năng

-Mạch yêu cầu:

+Công suất ra trên tải: P =10W L

+-Tải dùng loa Z =8Ω L

+Tín hiệu đầu vào hiệu dụng V =100mV i rms

2 Phân công nhiệm vụ

Bảng 1: Phân công nhiệm vụ

1 Nguyễn Minh Hoàng

-Thiết kế mạch trên cơ sở lý thuyết -Mô phỏng và chỉnh sửa trên proteus -Viết báo cáo

2 Nguyễn Khánh Toàn

-Tổng hợp lý thuyết -Chỉnh sửa và hoàn thiện báo cáo -Thiết kế mạch trên cơ sở lí thuyết

3 Quàng Thành Đạt -Tham gia tính toán thông số, mô phỏng

-Hoàn thiện báo cáo

4 Phan Trịnh Bá Anh -Tính toán thông số mạch-Chỉnh sửa mạch mô phỏng

II Thiết kế mạch

1 Sơ đồ mạch khuếch đại

Hình 1: sơ đồ khối mạch khuếch đại

2 Tính toán thông số khuếch đại toàn mạch

-Điện áp hiệu dụng đầu ra Uorms =√P×Z L = √10 × 8 4 = √5(V )

=> Hệ số khuếch đại toàn mạch cần đạt được: A = v V o

V i

=4√5 0.1 ≅ 89.44(lần)

3 Thiết kế chi tiết

3.1 Nguồn Vcc

-Ta có điện áp đỉnh- đỉnh cần đạt của đầu ra: U = Uopp orms 2√2 ≅25.29V

=> Chọn nguồn 30V làm nguồn nuôi

=> Vcc=30V

Khối nguồn nuôi

Khuếch đại tín hiệu

Khuếch đại công suất

Đầu

vào

Đầu ra

3.2 Tầng khuếch đại điện áp– 2 tầng khuếch đại EC nối tiếp 3.2.1 Chọn tầng EC1

Hình 2: Tầng khuếch đại tín hiệu CE1 Tính toán lựa chọn linh kiện

−Chọntransistor BC441

−Chọnđiểmlàm việctĩnhQ1 (VCE,IC)= (15 V;1.36 mA),β=136 và

gm=1.36

25 =0,0544(S).

−TheoKirchoff tacó:

V CC =I C(R 3 +R 4 +R 5)+V CE

V CE =15 V;I C =1.36 10 −3 A; V CC =30 V

⟹(R 3 +R 4 + R 5)=11029 Ω

ChọnVE=3V ⟹ RE=VE

I C

=2206 Ω

⟹ R C =R 3 =8823 Ω

màR E =R 4 +R 5 ⟹ ChọnR 4 =717 Ω, R 5 =1489 Ω +Điềukiện: (β+1) R E ≥ 10 R 2 ⟹ R 2 ≤β +1

⟹ R 2 ≤ 30001.6 Ω ⟹ChọnR2=30 kΩ

V E =3 V ⟹V B =3+0,65=3.65 V

màVB=Vcc R2

R 1 +R 2

⟹ R 1 =216575 Ω ⟹ ChọnR 1 =216.58 kΩ

−TínhtoáncáctụC1,C3

Z ¿ =R 1 / ¿ R 2 / ¿ ( β+1) R E =24237 Ω

Z out1 =R 3 = ¿ 8823 Ω

⟹ AV 1=−RC 1

1

g m

+R 4

1 0.0544+717

≅−12(lần)

2 π(Rs+Z¿)C 0

(giảsử Rs=1 kΩ)

f LB ≤ 20 kHz⟹ C 1 ≥ 0.315 ( nF )

+f ¿ =2 π1¿¿963.44Ω

f ¿ <20 kHz⟹ C 3 ≥ 15.92(nF)

=>Chọn C1=C3= 100uF

3.2.2 Chọn tầng CE2 có cấu tạo giống tầng CE1

Hình 3: Tầng khuếch đại CE2

=> Khi mô phỏng, kết quả đo được cho thấy tín hiệu từ đầu ra tầng CE1 có biên độ lớn làm tăng điện áp U của tầng CE2, khiến cho điểm làmviệc của transistor CE

trong tầng CE2 bị lệch về phía điểm cắt và tín hiệu đầu ra lấy được của CE2 bị cắt

=>Chọn điện trở R , R để giảm điện áp U để tín hiệu thu được đầy đủ biên độC E CE

+Chọn điện trở R =11k 32 Ω; R =1k 42 Ω; R =1206 52 Ω

=>Sau khi thay đổi điện trở như trên, kết quả thu được hệ số khuếch đại của tầng

Vcc và tín hiệu đầu ra thu được đầy đủ biên độ không bị cắt

−Tínhtoán cáctụC2,C32

Z¿=R12/ ¿ R22/ ¿ ( β +1) RE 2=24237 Ω

Z out2 =R 32 = ¿ 11 kΩ

⟹ AV 2= −RC

1

g m

+R42=

11000 1 0.0544+1000

≅−10.8(lần )

2 π(Rs+Z¿)C2(giảsử Rs =1 kΩ)

fLB≤ 20 kHz⟹ C1≥ 0.315 ( nF )

+f¿= 1

2 π ¿¿ 963.44Ω

f ¿ <20 kHz⟹ C 3 ≥ 15.92(nF)

=>Chọn C2=C32= 100uF

3.3 Chọn tầng Darlington

Hình 4: Tầng Darlington

−Dùng2 transistor NPN làBC441 (β 1)vàTip41( β 2 )

−Cực E củaBC 441 nốitrực tiếp vàocực B củaTip 41

−Cáchmắcnàytạo ramột BJT tươngđương với

h FE =β 1 β 2 = β +Mạchtươngđươngmột tầngCC => A =1V3

+ V BE =V BE1 + V BE2

+Chọnđiểmlàmviệccủa BC 441 :

V CE1 =16 V ;I C 1 =3.1 m A;V BE1 =0,65 V

+Chọn điểmlàmviệccủaTip41:

V CE2 =16 V;I C 2 =0 , 14 A;V BE2 =0.65 V

BC547 có = 140 và của TIP41 có = 45β1 β2

Hệ số β của 2 trans mắc Darlington là β = β1.β2 =140*45 = 6300

IE 2=0.06 (A)⟹ IB 2=I E 1 =0 ,14

45 =3,11.10

−3 (A)=3,11(mA)

R 7 =Vcc −V CE

I E 2

=100 Ω

I E 1 =3.11mA⟹ I B 1 =3.11.10

−3

14 0 =22.22(uA)

R 6=Vcc −VBE2−VBE1

I B 1

- β 1 β 2 R 7 =1 35(kΩ) +Tuy nhiên, khi thực hiện mô phỏng, tín hiệu đầu ra bị cắt trên

Ta chọn R =200k6 Ω , R = 707 Ω Kết quả thu được tín hiệu đầu ra đầy đủ

Z¿=R6/ ¿ [( β +1) R7]= 137.6 (kΩ )

g m = 0 , 14

25.10 −3 =5.6(S)

Z out3 =R 7 / ¿1

g m

=5.185(Ω) +Tínhtoán cáctụ nốitầng

•Tụnối tầng EC và Darlington

2 π(Zout( EC2 )+Z¿( Dar ))C8≤ 20 kHz⟹C2 ≥ 38.818(nF )

•Tụđưa tínhiệurakhỏi tầngCC

R E =R 7 / ¿(R 6

β+

1

g m)=21.93 (Ω)

f ¿ =2 πR1

E C≤20 kHz⟹ C ≥3.63 10

−7 (F )

=>Chọn C =C= 100uF

3.4 Chọn tầng khuếch đại công suất đẩy – kéo

Hình 5: Tầng khuếch đại công suất đẩy - kéo

−Sử dụngmột cặp BJT công suất có vùnglàmviệc lớn làTip 41 vàTip 42 có β ≅ 45

−Mắc2 BJT theokiểuđẩykéo

−Setup2 BJT ởchế độ AB

+R8,R9:điệntrở phâncực

+D 1 ,D 2 :diode ngăn cảnảnhhưởngtínhiệu củachukì âm

+TụC:tụ xuất âm,cung cấp nguồnnuôiQ trongnửachu kỳ âm

+ChọnR 8 =R 9 =1 kΩđể V BE đủlớn,tránh méo xuyêntâm

+ Chọn điện trở tỏa nhiệt R10=R =211 Ω để giảm nhiễu giao thoa cho đầu ra

⟹ I R 8 =I R 9 =I D 1 =I D 2 =VCC −2.0,65

R D 1 + R D 2

=14,3.10 −3 ( A) KhiVCEcủaQ ,Q4 5đạtlýtưởng⟹ VCE=VCC

2 =15V

⟹ V M 2 =I R R 9 =14.3V ⟹ V M 1 =15.7 V

I C =βI B =643.5 (mA) ⟹ gm=IC

V T

=0,6435 25.10 −3 =25.74 (S)

Z¿=R8/ ¿ [ ( β+ 1 )R10] = 84.25(Ω)

Zout4=1

g m

=0,03885(Ω)

TụC6làtụxuất âm,có vai tròlà cungcấpnguồnchonửa chukì âm

⟹ Điệndung phải lớn⟹ Chọn C 6 =1000 μF

+A =1V4

4 Thông số toàn mạch

-Hệ số khuếch đại toàn mạch:

A V = ¿

Z¿

R s +Z ¿

∗A V 1 ∗Z ¿

Zout1+Z¿

¿ A v 2 ∗Z ¿

Z out2 +Z ¿

∗A v 3 ∗Z ¿

Zout3+Z¿

A v 4 ∗Z L

Zout4+ ZL

=82.478

III Thực hiện mô phỏng và kiểm tra kết quả

1 Thực hiện mô phỏng trên Proteus

-Ta có sơ đồ mạch mô phỏng

Hình 6: Sơ đồ mạch mô phỏng -Tín hiệu thu được hiển thị trên máy hiện sóng

Chú thích:

Màu vàng: Tín hiệu đầu vào

Màu lam: Tín hiệu đầu ra sau 2 tầng CE

Màu tím: Tín hiệu đầu ra sau tầng Darlington

Màu cam: Tín hiệu đầu ra của cả mạch

Hình 7: Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Proteus

2 Kết quả

Bảng 2: Báo cáo kết quả tính toán và mô phỏng

3 Nhận xét

-Kết quả tính toán và mô phỏng thấp hơn rất nhiều so với yêu cầu:

+ Việc sử dụng 1 tầng CE với hệ số khuếch đại có giá trị lớn làm tín hiệu đầu ra bị méo phi tuyến, phải sử dụng 2 tầng khuếch đại để chia nhỏ hệ số khuếch đại+

+Do việc chọn hệ số khuếch đại của các tầng chưa đủ lớn

+Do phối hợp trở kháng giữa các tầng khuếch đại và tải chưa đủ tốt

Danh mục tài liệu tham khảo và datasheet được sử dụng

1 Robert L Boylestad, Louis Nashelsky -Electronic Devices and Circuit Theory (11th Edition)-Prentice Hall (2012)

2.BC441 Datasheet

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/75198/MICRO-ELECTRONICS/BC441.html

3.TIP41 & TIP42 Datasheet

https://html.alldatasheet.com/html-pdf/604275/NELLSEMI/TIP41/1546/4/ TIP41.html