thiết kế mạch kđcs âm tần dùng nguồn đơn đáp ứng các yêu cầu sau ngõ vào max 1vpp băng thông 15hz 15khz

LỜI MỞ ĐẦUMạch khuếch đại công suất âm tần OTL là một ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực khuếch đại âm thanh, thường dùng để khuếch đại tín hiệu âm thanh ra loa.. Nhờ có sự phân công của t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LỚP TN01 - NHÓM 7 - HK 232Ngày Nộp: 26/4/2024

GV Hướng dẫn: Thầy Đinh Quốc Hùng

Sinh viên thực hiệnMã số sinh viên Tỉ lệ đóng gópNhiệm vụ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2024

LỜI MỞ ĐẦU

Mạch khuếch đại công suất âm tần OTL là một ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực khuếch đại âm thanh, thường dùng để khuếch đại tín hiệu âm thanh ra loa Nhờ có sự phân công của thầy Đặng Nguyên Châu, nhóm em được đảm nhiệm đề tài thiết kế mạch khuếch đại công suất âm tần OTL để có thể hiểu rõ hơn về môn học Mạch điện tử Tuy thời gian nhóm còn có nhiều thiếu sót trong làm việc, trong sản phẩm kết quả nhưng nhóm em đã vận dụng, cố gắng hết sức để hoàn thành công việc thầy giao phó Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ dạy quý báu đến từ thầy đã giúp em hoàn thành đề tài.

i

YÊU CẦU ĐỀ TÀI

Thiết kế mạch KĐCS Âm Tần dùng nguồn đơn đáp ứng các yêu cầu sau:- Ngõ vào: max 1Vpp

- Băng thông: 15Hz -15KHz- Công suất cực đại ngõ ra: 10 W.- Tải: 4 Ohm

ii

2 Tầng khuếch đại tín hiệu vào: 2

a, Tầng khuếch đại E chung đầu tiên 3

b, Tầng khuếch đại E chung thứ 2 6

3 Tầng tiền khuếch đại công suất: sử dụng mạch ghép theo kiểu darlington 8

4 Khối khuếch đại công suất 10

5 Tính toán thông số toàn mạch 11

4 Datasheet của 1N4148: 24

I Thiết kế mạch công suất âm tần otl1 Phân tích mạch

a, Chọn nguồn cung cấp

Yêu cầu thiết kế: PLmax = 10w

Công suất trung bình phân phối trên tải:

RL= VP22 RL

−12 PL

12 Icm

RL

iv

Đạo hàm phương trình trên theo biến Icm để tìm cực trị ta có:

2 RL=

242.4=3 A

 Công suất tiêu tán trên cực C tối đa là:

Qua đó ta chọn cặp BJT công suất bù đối xứng TIP41 và TIP42

Thực tế, với các cặp Transistor bổ phụ, thường trong điều kiện phân cực, do dòng tĩnh Ibqkhông bằng nhau, nên chúng có độ lợi sai một chút, dẫn đến sóng ra không hoàn toàn đối xứng (khuếch đại ở 2 bán kì không bằng nhau), tuy nhiên có thể bỏ qua do sai số rất nhỏ (khoảng vài mA ở dòng ra Ic).

v

2 Tầng khuếch đại tín hiệu vào:

Hình 1: Sơ đồ mạch tầng khuếch đại tín hiệu vào

Giả sử hệ số sử dụng điện áp là 80% khi đó ta có độ lợi áp qua tầng khuếch đại tín hiệu vào:

0.8∗241 =19.2

Khi Vin = 1Vpp ta cần khuếch đại 18 lần để đạt công suất đầu ra PL max.

Để đảm bảo mạch khuếch đại đúng yêu cầu trong khi các tầng có thể ảnh hưởng qua lạinhóm lựa chọn thiết kế 2 tầng CE với độ lợi áp mỗi tầng là 5.

vi

a, Tầng khuếch đại E chung đầu tiên

Hình 2: Sơ đồ mạch tầng CE đầu tiên Hình 3: Mạch DC

vii

Hình 4: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ tầng CE đầu tiên

Transistor Q 12 N 2222,chọn điểmlàm việc tĩnhQ 1(9.7 mA ;12 V )Theo datasheet 2 N 2222 :hfe 1=210, V BE 1=0.7 V

MàVE 1=2.3 V RE 1+RX=VE 1IE 1=

Z¿1=R1/¿R2/¿(hie 1+hfe 1 RE 1)=4.95 k Ω

Zout1=RC 1=1 k Ω

ta thiết kế tương tự:

ix

Hình 5: Sơ đồ mạch tầng CE thứ 2 Hình 6: Mạch DC

Hình 7: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ tầng CE thứ 2

Transistor Q 22 N 2222, chọn điểmlàm việc tĩnhQ2(10 mA ;12 V )

Theo datasheet 2 N 2222 :hfe 2=210, VBE 2=0.7V

3 Tầng tiền khuếch đại công suất: sử dụng mạch ghép theo kiểu darlington

Hình 8: Sơ đô mạch tầng Darlington Hình 9: Mạch DC

xii

Hình 10: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ tầng Darlington

Transistor Q3 TIP120 gồm 2 transistor ghép darlington, chọn Q3(0.39A; 16V), hfe3=1000, VBE3 = 1.4V

Ta có phương trình:VCC=VR 5+VBE 3+VR 3=R5 IB 3+1.4+ RE 3 IC 3

Lại có: VCC=VCE3+VR 3=16+RE 3 IC 3⇒{R5=37.5 k Ω

4 Khối khuếch đại công suất

Phân cực cho 2 transistor bằng

R6=R7=250 Ω và 2 diode 1N4148 để ổn định tín hiệu đầu ra

Khi tín hiệu được đưa vào 2 Transistor Tip41, Tip42 Trong nửa chu kỳ

dương, Tip41 khuếch đại, Tip42 tắt vì UD1>0 và UD2>0(T2 thuận), Tip41 xiii

khuếch đại nửa hình sin Trong nửa chu kỳ âm UD1<0, UD2<0, Tip41 tắt và Tip42 khuếch đại nửa hình sin.

Theo datasheet ta có Tip41 và Tip42 có hfe4 = hfe5 = 50.

Hình 11: Sơ đồ mạch tầng khuếch đại công suấtCác thông số xoay chiều:

VT =¿82

Z¿4=R6¿/R7¿/Zvào trans

Với Zv à o trans=h fe 4

gm 4+(1+h fe 4 ) RL=205 Ω Zin4 = 81.34 Ω

Zout 4= 1

gm3=0.064 Ω

xiv

Av 4≈ 1

C3 sẽ dùng để tích trữ áp trong nửa chu kỳ dương (tích V = Vcc) và xả trong nửa chu kỳ âm  chọn C3 = 1000µF

5 Tính toán thông số toàn mạch

Hình 12: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ toàn mạch

6 Tính toán tần số cắt, chọn thông số tụ

Hình 13: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp

a, Tính tần số cắt thấp

Tần số cắt thấp gây ra bởi C1:Thiết kế

xvi

Rthx = Rx // ¿ R1/¿R2

β1 ]=40 Ω C3 =265uf

 Chọn C3 = 300ufTần số cắt thấp gây ra bởi C4:Thiết kế fL 4= 1

Hình 13: Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ tần số cao

Theo định luật Miler, ta có:

2

a, Độ lợi dãy giữa: Av = 17.7

b, Độ lợi đo ở tần số 45Hz: Av = 13

xxi

c, Độ lợi đo tại tần số 16Khz: Av = 14

xxii

3.Đáp ứng tần số:

a,Tần số cắt thấp đo được là gần 45Hz:

b,Tần số cắt cao đo được là gần 15.7k:

So sánh yêu cầu đề tài, tính toán lý thuyết và mô phỏng:

Yêu cầu đề tài Tính toán lý thuyểt Mô phỏng mạch

xxiii

Hình 16: Ảnh chụp dạng sóng thực tế trên dao động kýNhận xét: theo ảnh chụp từ thực tế thì

Av = vo

vi = 60 mV1.2V = 20

Độ lợi khi lắp mạch thực tế lớn hơn so với khi mô phỏngLý giải:

Có sự sai số của các linh kiện điện tử

Do không có giá trị đúng cho điện trở cực E của mạch khuếch đại E chung nên nhóm đã sử dụng điện trở nhỏ hơn so với mô phỏng, dẫn đến Av lớn hơn tính toán lý thuyết.

xxv

Phụ lục

1 Datasheet của TIP41và TIP42

xxvi

2 Datasheet của 2N2222

xxvii

3 Datasheet của TIP120

xxviii

4 Datasheet của 1N4148:

xxix