KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
Mở đầu chương
Mạch khuếch đại là một mạch có thể tạo ra và khuếch đại tín hiệu đầu vào.
Khuếch đại tín hiệu nhỏ là có thể khuếch đại được tín hiệu ngõ vào tương đối nhỏ thành tín hiệu đầu ra lớn Có nhiều loại hoặc phân loại mạch khuếch đại khác nhau.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các loại mạch khuếch đại khác nhau Đối với transistor BJT, chúng ta sẽ khám phá các phương pháp phân cực như phân cực cơ bản, phát xạ chung và phát xạ theo Ngoài ra, chúng ta sẽ tìm hiểu về các cách mắc BJT phổ biến, gồm đơn cực, đẩy-kéo và vi sai Mỗi cấu hình mạch có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cũng như các ứng dụng phù hợp trong các mạch điện tử.
Phụ thuộc vào phân cực cho 2 tiếp giáp, BJT có 4 vùng hoạt động:
- Vùng ngắt: cả 2 tiếp giáp B-E và B-C phân cực ngược.
- Vùng bão hoà: cả 2 tiếp giáp B-E và B-C phân cực thuận.
- Vùng tích cực thuận: tiếp giáp B-E phân cực thuận, còn tiếp giáp B-C phân cực ngược.
- Vùng tích cực đảo: tiếp giáp B-E phân cực ngược, còn tiếp giáp B-C phân cực thuận.
Vùng tích cực đảo ít được dùng nên thuật ngữ “vùng tích cực” được mặc định để chỉ cho vùng tích cực thuận.
Mạch phân cực cố định được cho như hình sau:
- Trong vùng tích cực thì I C =β I B
- V CE =V CC −I C R C Ưu điểm: dòng ra lớn, dễ thiết kế
Điểm yếu của transitor lưỡng cực là không ổn định ở các giá trị nhiệt độ khác nhau Sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm thay đổi các thông số như β, I CEO và V CE, dẫn đến sự biến động của các giá trị dòng và áp tại điểm làm việc Q Điều này khiến điểm làm việc Q trở nên không ổn định khi nhiệt độ thay đổi Mặc dù vậy, transitor lưỡng cực vẫn được ứng dụng phổ biến ở tầng công suất.
1.1.2 Phân cực hồi tiếp Emitter
Mạch phân cực hồi tiếp Emitter được cho như hình sau:
- V CE =V CC −I C (R C +R E ) Tính ổn định nhiệt:
- Khi nhiệt độ tăng, dòng I C , I E tăng - Dòng I E tăng, dẫn đến sụt áp trên R E tăng Do V CC không đổi nên thành phân sụt áp trên R B phải giảm, dẫn đến I B giảm, kéo theo I C giảm.
- Như vậy, nhờ cơ chế hồi tiếp được thực hiện thông qua điện trở R E , sự thay đổi ở ngõ ra được đưa về lại ngõ vào Qua đó, điều chỉnh dòng I B để ổn định dòng I C
, đồng nghĩa với ổn định điểm làm việc Ưu điểm: ổn định điểm làm việc hơn phân cực cố định.
Nhược điểm: tuy ổn định hơn phân cực cố định nhưng điểm làm việc vẫn còn phụ thuộc nhiều vào β Ứng dụng: sử dụng ở tầng công suất
1.1.3 Phân cực bằng cầu phân áp
Mạch phân cực bằng cầu phân áp được cho như hình sau:
- V CE =V CC −I C (R C +R E ) Ưu điểm: mạch phụ thuộc rất ít vào hệ số β Nhược điểm: tính toán và thiết kế phức tạp Ứng dụng: sử dụng cho tầng ngõ vào.
1.1.4 Phân cực hồi tiếp Collector
Mạch phân cực hồi tiếp Collector được cho như hình sau:
- V CE =V CC −I C (R C +R E ) Ưu điểm: độ ổn định nhiệt của mạch phân cực hồi tiếp Collector tốt hơn phân cực cố định và phân cực hồi tiếp Emitter.
Nhược điểm: Vẫn còn phụ thuộc vào hệ số β Ứng dụng: sử dụng ở tầng công suất lớn
Như vậy, với cách phân cực cố định, dòng ra lớn nên thường được ứng dụng trong các tầng công suất lớn Với cách phân cực hồi tiếp cực Emitter, có điện trở hồi tiếp Re nên tăng độ ổn định của mạch hơn Còn với phân cực bằng cầu phân áp, nhờ vào ưu điểm là việc xác định điểm làm việc tĩnh Q ít phụ thuộc β mà thường được sử dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại Phân cực hồi tiếp dòng Collector thì mang lại khả năng hồi tiếp tốt hơn hồi tiếp cực E
1.2 Các cách mắc BJT 1.2.2 Mắc E chung
Sơ đồ tương đương xoay chiều
- Hệ số khuếch đại công suất: A p =A V A i
- Hệ số khuếch đại điện áp: A V =−g m R L R ¿
- Hệ số khuếch đại dòng: A i =A v R ¿ +R I
- Tín hiệu vào và ra ngược pha nhau - Ưu điểm: khuếch đại cả áp và dòng
- Hệ số khuếch đại chưa cao - Ứng dụng: sử dụng ở tầng ngõ vào và tầng thúc
Sơ đồ mạch tương đương xoay chiều:
- Hệ số khuếch đại điện áp:
- Hệ số khuếch đại dòng:
- Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai
- - Điều kiện 𝑣𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính
(1 + 𝑔𝑚𝑅𝐿) - 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 mạch tương đương xoay chiều:
- Hệ số khuếch đại điện áp: A v =g m R L R ¿
- Hệ số khuếch đại dòng:
- Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av Ai - 𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑖𝑐 // R3
- Điều kiện 𝑣𝑖 để mạch hoạt động tuyến tính - 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.
Như vậy, đối với các cách mắc BJT, cách mắc EC đem lại khả năng khuếch đại cả áp và dòng nhưng hệ số khuếch đại chỉ ở mức trung bình Cách mắc CC mang lại hệ số khuếch đại dòng lớn nhưng lại không khuếch đại áp Cách mắc BC thì ngược lại với cách mắc CC
Trong chương trước, chúng ta đã tìm hiểu các cách phân cực và mắc nối thường dùng của BJT cùng ưu nhược điểm của chúng Tuy nhiên, chỉ những biện pháp đó là chưa đủ để cải thiện độ ổn định của mạch Chương tiếp theo sẽ làm rõ một thành phần quan trọng giúp tăng độ ổn định và hệ số khuếch đại, đó là hồi tiếp.
KHUẾCH ĐẠI HỒI TIẾP
Phân loại hồi tiếp
- Hồi tiếp âm: là hồi tiếp mà tín hiệu ra đưa về ngược pha tín hiệu vào
Ưu điểm nổi bật của hồi tiếp âm nằm ở khả năng ổn định hàm truyền Nhờ có hồi tiếp, sự ảnh hưởng của sự thay đổi thông số transistor lên hàm truyền sẽ bị giảm thiểu đáng kể, góp phần duy trì tính ổn định cho hệ thống điện tử.
Mở rộng băng thông Giảm nhiễu Hồi tiếp âm làm tăng tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu.
Giảm méo Khi transistor làm việc không tuyến tính, méo sẽ xuất hiện trong tín hiệu ngõ ra, đặc biệt tại những mạch có biên độ tín hiệu ngõ ra lớn.
Giảm hệ số khuếch đại Giảm độ lợi
Có thể mạch không ổn định (sinh ra dao động) tại tần số cao.
+ Ứng dụng: Sử dụng trong các mạch khuếch đại - Hồi tiêp dương: là hồi tiếp mà tín hiệu đưa về cùng pha với tín hiệu vào.
Tăng hệ số khuếch đại.
Giảm tổng trở vào + Nhược điểm:
Mất tính ổn định của mạch.
Tăng độ nhiễu của mạch Làm tăng độ méo của mạch.
+ Ứng dụng: Sử dụng trong các mạch dao động.
2.2.2 Theo dạng tín hiệu hồi tiếp
- Hồi tiếp điện áp: lấy điện áp ra, tạo điện áp hồi tiếp đưa về lại đầu vào.
- Hồi tiếp dòng: lấy dòng ra tạo hồi tiếp, đưa về lại đầu vào
2.2.3 Theo cách ghép với tín hiệu vào
- Hồi tiếp song song là khi lấy áp (dòng) đầu vào mắc song song với áp (dòng) hồi tiếp
- Hồi tiếp dòng điện song songHệ số khuếch đại dòng hở:
Hệ số hồi tiếp β i =I fb I O
Hệ số khuếch đại vòng kín
- Hồi tiếp điện áp song song
Hệ số khuếch đại dòng hở:
Hệ số hồi tiếp β g = I fb V O
Hệ số khuếch đại vòng kín
- Hồi tiếp nối tiếp là khi áp (dòng) đầu vào mắc nối tiếp với áp (dòng) hồi tiếp
- Hồi tiếp điện áp nối tiếp
Hệ số khuếch đại dòng hở:
Hệ số hồi tiếp β v =V fb V O
Hệ số khuếch đại vòng kín
- Hồi tiếp dòng điện nối tiếp Hệ số khuếch đại dòng hở:
Hệ số hồi tiếp β z =V fb I O
Hệ số khuếch đại vòng kín
- Sơ đồ khối của các mạch khuếch đại có 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
Lưu đồ chuẩn bộ khuếch đại có hồi tiếp
- Khi không có hồi tiếp thì K tp =K K n
- Khi có hồi tiếp thì K ' tp =K n K '
- Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp K ' = 1+ K K K ht
- Hệ số khuếch đại toàn phần K tp =K n K ' =K n K g
Một hệ thống khép kín có hệ số khuếch đại vòng rất lớn, K’ hầu như không phụ thuộc vào tính chất của mạch mà chỉ phụ thuộc vào tính
KS Lê Hồng Nam chất của mạch hồi tiếp Vì vậy, muốn xây dựng bộ khuếch đại chính xác, phải dùng linh kiện chính xác trong khâu hồi tiếp (điện trở)
Hàm truyền toàn phần giảm đi g lần Như vậy hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại của mạch
Tác dụng hồi tiếp lên mạch khuếch đại
- Đối với hệ số khuếch đại: Giảm hệ số khuếch đại
- Đối với độ ổn định: Tăng độ ổn định
- Đối với nhiễu: Giảm tác dụng ngõ vào Giảm nhiễu - Méo: Giảm méo
- Đối với tổng trở vào: Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng tổng trở vào Hồi tiếp âm song song làm giảm tổng trở vào
- Đối với tổng trở ra: Hồi tiếp âm điện áp làm giảm tổng trở ra Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng tổng trở ra
- Đối với hệ số khuếch đại: Tăng hệ số khuếch đại
- Đối với độ ổn định: Giảm độ ổn định - Đối với nhiễu: Tăng hệ số khuếch đại - Tăng nhiễu
- Méo: Tăng độ méo dạng
- Đối với tổng trở vào: Hồi tiếp dương nối tiếp làm giảm tổng trở vào
Hồi tiếp dương song song làm tăng tổng trở vào
- Đối với tổng trở ra: Hồi tiếp dương điện áp làm tăng tổng trở ra Hồi tiếp dương dòng điện làm giảm tổng trở ra.
Ứng dụng hồi tiếp trong mạch khuếch đại
- Điện trở Re thực chất là điện trở lấy tín hiệu dòng Dòng qua Rc và Rt sẽ thể hiện qua Re, tạo nên sụt áp trên Re Đây là mạch hồi tiếp dòng, có tín hiệu áp hồi tiếp tỉ lệ dòng ngõ ra Điện áp này thàm thay đổi Vbe của BJT nên xem như hồi tiếp nối tiếp
2.5.2 Hồi tiếp âm điện áp trong mạch định thiên Transistor
- 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
2.5.3 Hồi tiếp âm điện áp trong mạch C chung
- Toàn bộ điện áp ra trên tải đưa về cực E làm thay đổi Vbe → Hồi tiếp điện áp nối tiếp
2.5.4 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
2.5.5 Hồi tiếp âm AC toàn mạch
- Ổn định độ lợi trong 1 miền nhất định, giảm nhiễu và tăng độ ổn định
Như vậy, ngoài hồi tiếp âm và dương là 2 loại hồi tiếp thông dụng, hồi tiếp còn được phân loại thành hồi tiếp dòng, áp, nối tiếp, song song.
Trong đó, nhờ khả năng tăng độ ổn định mà hồi tiếp âm được ứng dụng rộng rãi trong mạch khuếch đại Đối với hồi tiếp dương, nhờ khả năng tăng hệ số khuếch đại mà được ứng dụng nhiều trong các mạch dao động
KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
Mở đầu chương
Trong chương này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về các loại mạch khuếch đại công suất Mạch khuếch đại công suất thường được sử dụng để năng công suất tín hiệu lên cao trước khi đưa ra tải, thường sử dụng cho tải có điện trở thấp Công suất ra có thể từ vài trăm mW đến vài trăm W Như vậy mạch công suất làm việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thể dùng mạch tương đương tín hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị.
Các loại mạch khuếch đại
Tuỳ theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất công suất ra thành các loại chính như sau:
- Khuếch đại công suất chế độ A: Là mạch khuếch đại mà transistor có điểm làm việc Q nằm trong vùng khuếch đại và nó dẫn trong toàn bộ chu kì của tín hiệu ngõ vào.
Mạch khuếch đại công suất chế độ B đặc trưng bởi điểm làm việc Q nằm trong vùng tắt, khiến transistor chỉ dẫn điện trong một nửa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào Điều này có nghĩa là transistor hoạt động trong thời lượng lớn hơn một nửa chu kỳ, thường là toàn bộ nửa chu kỳ dương hoặc âm của tín hiệu đầu vào, nhằm tối ưu hóa hiệu suất khuếch đại và tiết kiệm điện năng.
- Khuếch đại công suất chế độ AB: Là mạch khuếch đại mà transistor có điểm làm việc Q nằm trong vùng khuếch đại gần vùng tắt do đó transistor dẫn hơn một bán kì và ít hơn một chu kì của tín hiệu ngõ vào.
3.2.1 Mạch khuếch đại chế độ A
- Tín hiệu ra của chế độ A
Tín hiệu ra khuếch đại tuyến tính - Hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ A
Hiệu suất của mạch khuếch đại được định nghĩa như sau η%=P O(AC) P i(DC)
Suy ra η%=P O(AC) P i(DC) 100 % V CC 2
- Ưu điểm: Tín hiệu ra không bị xén không bị biến dạng - Nhược điểm: Hiệu suất thấp(25%).
- Ứng dụng: sử dụng ở tầng ngõ vào, nguồn dòng, tầng thúc.
3.2.2 Mạch khuếch đại chế độ B
- Tín hiệu ra của chế độ B
Chế độ B chỉ làm việc ở nữa chu kỳ tín hiệu - Hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ B η%=P O(AC) P i(DC)
4.V L(p ) V CC 100 % Giá trị tối đa của V L(p ) là V CC nên hiệu suất tối đa là: η%=π
4.100 %x,54 % Để mạch hoạt động ở toàn chu kỳ thì ta lắp mạch theo chế độ đẩy kéo:
Nhưng tín hiệu ra của mạch sẽ bị méo xuyên tâm
- Ưu điểm: Hiệu suất lớn ≈ 78 % - Nhược điểm: Chỉ khuếch đại ở nữa chu kì Khi mắc đẩy kéo thì tín hiệu bị méo xuyên tâm, mạch hoạt động không ổn định.
3.2.3 Mạch khuếch đại chế độ AB
- Ta có thể sử méo trong mạch khuếch đại chế độ B trong khi vẫn cải thiện được hiệu suất bằng cách kết hợp mạch chế độ A và chế độ B.
V G /2 có thể giữ cho hai transistor hoạt động đồng thời với tín hiệu vào.
- Tín hiệu ngõ ra của mạch khuếch đại chế độ AB
- Ưu điểm: Hiệu suất cao, tín hiệu ra được bảo toàn.
- Nhược điểm: Chi phí thiết kế và sản xuất lớn.
- Ứng dụng: Sử dụng ở tầng khuếch đại công suất.
Mạch khuếch đại Darlington
- Mạch Darlington hoạt động tương tự như một BJT, nhưng hệ số khuếch đại dòng điện bằng tích 2 lần hệ số khuếch đại của 2 BJT thành phần.
- Vậy hệ số khuếch đại: β Σ =β 1 β 2
Mạch bảo vệ
- Khi tải bị ngắn mạch (chập mạch), dòng tăng lên rất lớn làm BJT bị phả hủy.
Q2 bảo vệ chống ngắn mạch tải RL Ở chế độ khuếch đại, điện áp R được chọn VceQ1 ≈0 làm cho BJT Q1 tắt
- Mạch khuếch đại có 3 chế độ: chế độ A, chế độ B, chế độ AB Mỗi chế độ đều có các ưu điểm nhược điểm khác nhau và các ứng dụng của chúng Chế độ AB được chọn dùng cho tầng suất đại công suất Chế độ A được còn dùng cho tầng ngõ vào và tầng thúc.
TÍNH TOÁN
Điện áp nguồn cung cấp
-Để đảm bảo năng lượng cung cấp cho mạch hoạt đông ổn đinh theo yêu cầu thì điện áp nguồn phải bằng 2 lần điện áp trên loa, chọn hệ sô sử dụng nguồn là 0.8 Theo yêu cầu ta có :
Ta chọn nguồn là Vcc = 30V Công suất nguồn cung cấp P CC =V CC I L π U2.738 π &.14(W) Hiệu suất của mạch: η= P L
Tính toán tầng thúc & công suất
Vì mạch làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh collector nằm trong khoảng 20 ÷ 50 mA Ở đây ta chọn: I E Q =I E
Dòng đỉnh qua QB1 QB2 là:
R1, R2 có tác dụng cân bằng dòng , ổn định nhiệt nên phải có công suất lớn : Để tránh hao phí ta chọn :
Công suất nguồn cung cấp : P CC =V CC I TB =V CC I L π
Công suất tiêu tán của R1, R2: P R =2P R1 =1
Vậy công suất tiêu tán của hai BJT QB1, QB2 là :
Công suất tiêu tán của một BJT là:
P tt /QB1 =P tt /QB 2 =P tt
Công suất tiêu tán cực đại của 1 BJT là lấy đạo hàm P tt /QB 1 theo I L cho bằng 0 : dP tt /QB1 d I L =V CC
Công suất tiêu tán tĩnh trên QB1 :
P DC/ QB1 =V CE/QB 1 I C /QB 1 ≈V CC
Vậy công suất tiêu tán cực đại trên QB1 là:
P tt ∑ max/QB1=P ttmax/QB 1 +P DC/QB 1 =5.4+0.75=6,15W
Vì QB1, QB2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn QB1, QB2 thỏa mãn điều kiện (2-3 lần)
Tra cứu Datasheet ta chọn 2SD718 và 2SB688
Ta chọn: β QB 1 =β QB 1 =β min U
Dòng Base tĩnh của QB1 :
Dòng Base cực đạI của Q 1:
I Bp/QB 1 −I BQ /QB1 =(V BEp/QB 1+V R1 p )−(V BEQ/QB 1+V R1)
- Dòng tĩnh qua R3 : I R3 Q =V BEQ/ QB 1 +V R6
Dòng cực đại qua R3 : I R3 Q =V BEp/QB 1 +V R6 p
- Dòng emitter qua Q4 : I EQ /Q 4=I R3 Q +I BQ/ QB1 =2.77+0.89=3,66mA I Ep/Q 4 =I R3 p +I Bp/QB 1 =6.423+50V,423mA
Khi đó trở kháng xoay chiều từ cực B QB1:
So sánh với Z B1ac tính ở trước là ta thấy khi thêm R3, R4 vào thì sai khác không đáng kể.
Như vậy, tải xoay chiều của Q4 là:
Z t /Q4 =Z B1 ( ac ) +(1+β) R L 38+(1+55).4$0,38Ω Để tìm được Q4, Q3 ta tìm công suất tiêu tán lớn nhất của chúng Gọi I E2 là biên độ dòng AC chạy qua Q4, ta có:
Dòng cung cấp xoay chiều trung bình cho Q4 :
Công suất nguồn cung cấp cho Q4:
Công suất cung cấp cho tải của Q4 :
Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q4 :
Lấy đạo hàm theo I E3 M và cho P tt /Q 4= 0 ta được:
Vậy công suất tiêu tán lớn nhất do dòng xoay chiều trên rơi trên Q4 :
Công suất tiêu tán tĩnh trên Q4 :
Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q4 :
P tt ∑ max =P dc /Q 4 +P ttmax/ Q4 =0,0549+0,378=0,4329 Vậy chọn Q3, Q4 là cặp bổ phụ thỏa mãn điều kiện sau:
Tra cứu Datasheet ta chọn TIP41C và TIP42C :
4.2.5 Tính tầng lái: Để tính toán tầng lái ta chọn β Q2u ¿>I B2 p = I Ep/Q2
4.2.6 Tính chọn D1, D2, D3, RV3 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 D1, D2, D3, RV3 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 D1, D2, D4 : là loại D1N4007. Để QB1, QB2 làm việc ở chế độ dòng tĩnh 50mA thì điện áp trên tiếp giáp BE của các tổ hợp BJT ở chế độ tĩnh là 0,6V.
Ta có: V AB =V BEQ 3 +V BEQB 1 +V BEQB2 +V BEQ4 +V R1 +V R2 ¿0,6+0,6+0,6+0,6+0,05.0,22+0,05.0,22=2,422V
I CQ9 mA và dùng Diode để ổn định áp phân cực cho tầng lái.
Như vậy, ba diode D1, D2, D3 và RV3 đảm bảo cho QB1, QB2 và Q3, Q4 làm việc ở chế độ AB, tức là V AB =2,422V ngay khi có tín hiệu vào.
Lợi dụng tính chất ghim áp của diode ( dòng qua diode tăng nhưng áp đặt lên diode hầu như không đổi Muốn được như vậy ta chọn sao cho điểm làm việc nằm trong đoạn tuyến tính nhất(đoạn thẳng)).
Chọn RV 0R.sau đó hiệu chỉnh lại.
4.2.7 Tính toán transistor Q11 làm nguồn dòng:
- Q11 tạo dòng điện ổn định phân cực cho Q7 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.
- Dòng collector qua Q: I CQ11=I CQ 7 mA
- Chọn D4 D5 là diode D1N4007 Dòng qua hai diode là dòng phân áp cho Q11.
Chọn dòng phân áp I pa mA.Lúc này V D =0,7V. V R8=V CC −V D1 −V D2 0−0,7−0,7(,6V ¿>R8=V R8
Tính chọn RV1: RV 4= V D4 +V I D5 −V CB
Chọn VR4 = 200 Ω sau đó tinh chỉnh lại.
Do Q11 hoạt động chế độ A được dùng làm nguồn dòng nên công suất tiêu tán lớn nhất của nó là công suất tiêu tán tĩnh. Điện áp DC trên tiếp giáp CE của Q9 là:
2 −(0,7+0,7−0,6)−0,6−0,6−0,05.0,22 ¿12,989V ¿>P DC /Q11 =V CE/Q11 I CQ 11 ,989 3,2.10 −3 =0,041 Vậy ta chọn Q9 thỏa các điều kiện sau:
I C >I CQ 9 =3,2mA V CE >V CE/Q11 ,989V P C >P DC/Q11 =0,041W
Tra cứu Datasheet ta chọn Q11 2SA1013:
Transistor Q7 làm nhiệm vụ nâng cao tín hiệu đủ lớn để kích cho tầng thúc làm việc và đảo pha cho tầng công suất Q7 được chọn làm việc ở chế độ A Q7 có tải lớn nên hệ số khuyếch đại lớn,ta phải chọn điểm làm việc của Q7 sao cho khi không có tín hiệu vào điện thế vào cực E của QB 1,QB 2 ≈ 0, lúc này sụt áp trên tải ≈ 0.
Vì điện trở tải lớn, Q7 dễ rơi vào vùng bão hòa gây méo tín hiệu nên cần hồi tiếp âm một chiều (DC) qua R5, R6 để ổn định điểm làm việc Riêng R6 còn có nhiệm vụ hồi tiếp âm xoay chiều (AC) cho Q7.
Do Q7làm việc chế độ A, ta có thể chọn trước điện áp tĩnh trên điện trở hồi tiếp một chiều R5, R6 là 0,9V.
R6=V R5 V R6 Để tránh hồi tiếp âm quá nhiều làm giảm hệ số khuyếch đại của Q6, ta chọn R6 > R5.
Với hai giá trị này của trở thì áp rơi trên hai điện trở này là:
V R5 R6 =(R5+R6) I CQ5 =(62+47).8.10 −3 =0,872V Điện thế trên cực C, E của Q7:
Công suất tiêu tán tĩnh của Q7:
Vì Q7 làm việc ở chế độ A nên:
Từ những tính toán trên ta chọn Q6 phải thỏa những điều kiện sau:
Tra cứu Datasheet ta chọn Q7 2SC2383:
Tính toán tần nhận tín hiệu vào
Ta có : I R7=I CQ 7−I BQ 7=0,555.10 −3 −55,55.10 −6 =0,49mA
Mà I EQ8=2.I CQ7 =2.0,555mA=1,11mA Áp dụng KVL: ¿> RV 4= V D7 +V I D8 − V BE /Q8
Công suất tiêu tán tĩnh của Q7 :P DC/Q7 =V CE /Q7 I CQ 7 &,2.0,555.10 −3 ,5mW
Ta có: V CE/Q90−V CE/Q6 −V BE /Q8 0−26,2−0,6,2V P DC/ Q9=V CE /Q9 I CQ 9,2.1,11.10 −3 ,652mW
Tính chọn trở kháng vào
Để mạch hoạt động thì VBQ6 = VBQ7 = 15 ÷ 17V Chọn I R142mA ¿>R140−15
Ta có : P ttDC /Q 6 =V CE/Q6 I CQ 6 0,32.10 −3 =7,467mW
Mạch bảo vệ quá tải
Mạch quá tải khi Vin > 500(mV)
* Trường hợp quá tải lớn nhất khi Q1, Q2 xấp xĩ dẫn bão hoà
Công suất nguồn cung cấp:
Công suất tiêu tán trên điện trở R1, R2:
Do R1, R2 là 0,22 Ω/5W → R1, R2 không bị đánh thủng.
* Công suất tiêu tán trên BJT Q1,Q2 :
4.5.2 Trường hợp ngắn mạch tải:
Khi ngắn mạch tải: R 1 , R 2 là tải của mạch.
Trường hợp nặng nhất là khi máy đang làm việc bình thường thì ngắn mạch tải, áp xoay chiều cực đại lần lượt đặt lên R 1 , R 2 Dòng qua R 1 , R 2 là:
* Công suất tiêu tán trên R 1 , R 2 :
* Công suất do nguồn cung cấp:
→ Các BJT Q 1 và Q 2 sẽ bị đánh thủng.
Bình thường, mạch bảo vệ Q 5, Q 6 ngắt khi mạch khuếch đại công suất làm việc, không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.
Khi ngắn mạch, dòng qua R 1 , R 2 tăng làm Q 5, Q 6 dẫn, dòng I CQ5, I CQ6 tăng → I B3, I B4 giảm
Dòng đỉnh qua Q 1 và Q 2 là 2.26A
→ chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động :
* Chọn I CQ5=I CQ 6 =1mA V CE8 =VBE3+VBE1+V ’ R1=0,6+0,6+0,548=1,748V P ttDC =V CE5 I C 5 =1,75.1=1,75mW
P c >P ttΣ , thường chọn P c >2P ttΣ =3,49mW
Sau khi tra cứu ta chọn được đó là
Chọn Q 8 là 2SC1815, Q 9 là 2SA10152SC1815
* Ở chế độ làm việc bình thường V LP 95(V);V R 1 P =0, 6(V)
* Để Q 5 ,Q 6 ngắt mạch được tốt → Chọn V BEQ5=V BEQ 6 =0,4mA R 15 +R 17 =V R1 P
R 17 =R 18 =3,9kΩ Q 5 , Q 6, dẫn bão hoà khi V BE 5 = V BE6= 0,7V
→ Khi dòng tăng lên 4,9 (A) thì mạch bảo vệ làm việc.
Tính các tụ
Ta chọn tụ C1 sao cho ở tầng số thấp nhất thì sụt áp trên tụ rất nhỏ so với sụt áp trên loa để không ảnh hưởng đến tín hiệu ra trên loa
Để đảm bảo tín hiệu đầu vào không bị ảnh hưởng bởi điện áp trên tụ liên lạc ngõ vào C3, ta cần chọn tụ C3 sao cho giá trị điện dung đủ lớn để điện áp trên tụ không biến thiên đáng kể trong quá trình hoạt động của mạch Điều này giúp duy trì chất lượng của mạch và tránh các nhiễu không mong muốn.
-Tính tụ C4: C4 thoát xoay chiều cho cầu hồi tiếp VR5, R12 Chọn C3 sao cho tỉ số hồi tiếp chỉ phụ thuộc vào VR5, R12 và sụt áp xoay chiều trên C3 nhỏ hơn nhiều so với VR5.
Tụ C7 cùng với R16 tạo thành mạch lọc thông thấp lọc nhiễu (hài bậc cao) từ nguồn để tránh hồi tiếp về tạo thành dao động tự kích.
Mạch cân bằng trở kháng loa
Cấu tạo của loa bao gồm một cuộn cảm và một điện trở có ZL = RL + j L 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 XL , XC R L không đổi
Ta có: Z L =( R 17 + JωCωtC 1 /¿(R L +JωCωtL)) ¿( R 17 + JωCωtC 1 ) ( R L + JωCωtL) ( R 17 + JωCωtC 1 ) + ( R L + JωCωtL )
JωCωtC+R L +JωCωtL Để không phụ thuộc vào tần số thì Z L =R L
Vì L của loa thường nhỏ ≈ 0,1 μAH
Chọn C6 = 10nF Ở tần số cao, tụ ngắn mạch, công suất trên R5 lớn nhưng không cần công suất chịu đựng của R5 lớn vì nếu có thì đó cũng là những xung hẹp, biên độ nhỏ Nên chọn R17 >
RL ⇒ trở kháng tải không đổi ⇒ chọn R17 = 4,7Ω
Kiểm tra độ méo phi tuyến
Trong mạch hầu hết các linh kiện làm việc ở chế độ A chỉ có cặp Q 1 ,Q 2 làm việc ở chế độ AB nên độ méo phi tuyến toàn mạch phụ thuộc chủ yếu ở Q 1 ,Q 2
Giả sử tín hiệu vào là hình sin và V ¿=0,5V Lúc này điện áp đặt lên tiếp giáp BE của Q 1: V BE 1(t)=V BE1 Q +V BEm sinωtt
Trong đó: V BE1 Q =0,6V V BEm =V BEp −V BE 1Q =1−0,6=0,4V
Gọi I C 0 là dòng rỉ của Q 1 ,Q 2 I
Khai triễn y= e V BEm sin (¿ωtt V T ) ¿ theo chuỗI Taylor: y=1+ V V BEm
Méo phi tuyến chủ yếu do hài bậc cao gây ra Loại hài bậc cao và biến đổi sin 2 (¿ωtt)=1−cos(¿2ωtt)
Theo định nghĩa méo phi tuyến: γ=√ ∑ i=2 n I 2 ℑ
Trong đó : I 1m : thành phần dòng cơ bản.
Loại bỏ các hài bậc cao ta được:
Khi chưa có hồi tiếp: γ= V 4 BEm V
Khi có hồi tiếp: γ '= ( 1+ g γ m R L )g g: độ sâu hồi tiếp: g8,01 g m hỗ dẫn: g m = β Q1 r be/Q 1 =I E1 Q
=0,18 %