- Bộ khuếch đại E chung có tín hiệu được đưa vào cực B và đầu ra sau đó được lấy từ cực C.- Mạch khuếch đại về điện áp: biên độ tín hiệu ra lớn hơn nhiều lần biên - Mạch mắc theo kiểu C-
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các mạch ứng dụng khác
4 1 Mạch khuếch đại vi sai:
Mạch khuếch đại vi sai là loại mạch khuếch đại tín hiệu 1 chiều đối xứng, được thiết kế với 2 đầu vào và 2 đầu ra Nó bao gồm hai mạch khuếch đại giống nhau, không sử dụng tụ điện ở cả ngõ vào và ngõ ra.
- Mạch khuếch đại vi sai lý tưởng sử dụng hai BJT và các điện trở tương ứng của mỗi mạch là hoàn toàn giống nhau (mạch đối xứng).
Hình 1.15: Mạch mô phỏng khuếch đại vi sai.
Hệ số nén tín hiệu đồng pha (CMRR) là tỉ lệ giữa hệ số khuếch đại tín hiệu và hệ số khuếch đại đồng pha, cho thấy khả năng giảm thiểu nhiễu của mạch khuếch đại vi sai.
- Để đạt CMRR cao, RE lớn và gm, tuy nhiên, RE lớn sẽ làm giảm gm
- Dòng điện đi qua nguồn dòng lí tưởng là độc lập với điện áp đặt trên các cực và trở kháng ngõ ra là rất lớn.
- Trong nguồn dòng điện tử, dòng điện phụ thuộc vào điện áp đặt trên các cực và chúng có trở kháng đầu ra hữu hạn.
- Nguồn dòng sử dụng BJT đơn hoạt động ở góc phần tư thứ nhất cho trở kháng ra rất lớn.
Hình 1.16: Sơ đồ mạch của nguồn dòng đối với dây dẫn, điện trở và BJT
Hifnh1.17: Sơ đồ mạch Darlington
- Darlington có tổng trở vào lớn hệ số khuếch đại dòng điện lớn.
Sơ đồ Darlington là một cấu trúc thường được áp dụng trong các tầng khuếch đại công suất lớn, nhờ vào khả năng cung cấp hệ số khuếch đại dòng cao và công suất đầu ra lớn Ngoài ra, nó cũng được sử dụng hiệu quả trong việc khuếch đại các tín hiệu nhỏ với độ nhạy cao.
Mạch Darlington hoạt động giống như một transistor BJT, nhưng có hệ số khuếch đại dòng điện được tính bằng tích của hai hệ số khuếch đại của hai BJT thành phần Cụ thể, hệ số khuếch đại của BJT ghép Darlington được xác định bởi công thức: β = β1.β2.
1.4.4:Hồi tiếp trong mạch khuếch đại
Hồi tiếp là phương pháp sử dụng tín hiệu đầu ra của một hệ thống và đưa trở lại đầu vào của hệ thống đó Phương pháp này giúp thay đổi, kiểm soát hoặc điều khiển đầu vào, từ đó cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống.
Tín hiệu vào và ra trong mạch khuếch đại tương tự có thể là tín hiệu tương tự, tín hiệu logic hoặc tín hiệu số, bao gồm cả tín hiệu hồi tiếp Bài viết này tập trung vào việc phân tích hồi tiếp tín hiệu tương tự trong các mạch khuếch đại tương tự.
Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngõ vào, giúp giảm tín hiệu ngõ vào của mạch Chức năng của hồi tiếp âm là duy trì độ ổn định của hệ số, chống lại sự thay đổi các thông số của 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 ngõ vào, giúp tăng cường tín hiệu đầu vào của mạch Hồi tiếp này thường được áp dụng trong thiết kế mạch dao động và nhiều ứng dụng khác.
- Ưu và nhược điểm của hồi tiếp âm
+ Ưu điểm: Ổn định hàm truyền: AF = const
Cải thiện tổng trở vào, ra: Zi , Zo + Khuyết điểm: Giảm hệ số khuếch đại.
Có thể làm mạch dao động ở tần số cao.
1.4.5: Các phương pháp ghép tầng
Bài viết mô tả cấu trúc của một mạch khuếch đại hai tầng kiểu E chung, trong đó các tầng được kết nối tín hiệu thông qua các tụ điện Các tụ C1, C3, C5 được sử dụng làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều, đồng thời ngăn chặn áp một chiều Các tụ C2 và C4 có chức năng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass, trong khi tụ C6 đóng vai trò là tụ lọc nguồn.
Mạch đơn giản và dễ lắp đặt, vì vậy nó thường được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử Tuy nhiên, một nhược điểm của mạch là không khai thác tối đa khả năng khuếch đại của transistor, dẫn đến hệ số khuếch đại không cao.
- Ở trên là mạch khuếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hoỏ cú trị số từ 1àF ữ 10àF.
- Trong các mạch khuếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanô Fara.
Sơ đồ mạch ghép tầng trực tiếp: kiểu ghép tầng trực tiếp thường được dùng trong các mạch khuếch đại công xuất âm tần.
Kết luận chương
Phân cực là quá trình tạo ra dòng điện IBE ban đầu và sụt áp trên Rg, nhằm mục đích khi có tín hiệu yếu vào cực B, dòng IBE sẽ điều chỉnh tăng hoặc giảm.
ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra
Để BJT hoạt động hiệu quả, cần phân cực đúng cách bằng cách cung cấp điện thế một chiều cho các cực của nó, tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể Việc này đảm bảo BJT hoạt động trong vùng mong muốn Ngoài ra, cần thực hiện các biện pháp ổn định hoạt động của BJT, đặc biệt khi nhiệt độ thay đổi.
Trong chương này, chúng ta đã tổng hợp các kiến thức cơ bản cần thiết để tính toán và thiết kế mạch khuếch đại OTL Chương tiếp theo sẽ tập trung vào việc thiết kế và tính toán chi tiết các thông số cho mạch này.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Yêu cầu tính toán
Nội dung: Thiết kế mạch khuếch đại công suất âm tần
Sơ đồ khối của mạch
2.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch
Tầng khuếch đại vi sai
Hình 2.1 Mạch khuếch đại tầng đầu
Tầng tiền khuếch đại Q1 sử dụng transistor pnp, với R1, R2 và R3 để phân cực cho chân B của Q1 R3 cùng với tụ C2 cung cấp nguồn cho tầng đầu và hoạt động như bộ lọc nguồn Tụ C1 giúp giảm nhiễu, tiếng ù và méo dạng tín hiệu RV1 được sử dụng để điều chỉnh âm lượng Trên chân E của Q1 có điện trở hạn dòng R7, trong khi C4 và R6 tạo hồi tiếp nghịch Cuối cùng, điện trở R5 có chức năng ổn định nhiệt cho Q2.
Hình 2.2 Mạch khuếch đại tầng thúc
Tầng Q2 hoạt động như một tầng thúc, với tín hiệu ra từ chân C của Q1 được đưa trực tiếp vào chân B của Q2 Tín hiệu tại chân C được sử dụng để khuếch đại trong mạch kéo đẩy, trong khi các diode D1, D2, D3 cung cấp điện áp phân cực cho tầng này Mạch còn sử dụng tụ hồi tiếp C3 và điện trở R4 để đảm bảo sự cân bằng biên độ tại ngả ra Tụ nhỏ C5 có vai trò hồi tiếp nghịch ở tần số cao, giúp ngăn chặn hiện tượng dao động tự kích do các linh kiện gây ra.
Hình 2.3 Mạch khuếch đại tầng kéo đẩy
Q3 và Q4 là hai transistor trong mạch khuếch đại kéo đẩy, hoạt động theo nguyên tắc khi tín hiệu ra trên chân C của Q2 ở pha dương, Q3 dẫn và Q4 tắt Ngược lại, khi tín hiệu ra chuyển sang pha âm, Q3 tắt và Q4 dẫn R8 và R9 được sử dụng để bù nhiệt cho các transistor được lắp theo kiểu Darlington Diode D4 có chức năng bù trở cho Q4 và Q6 ở pha âm, nhằm cân bằng với ngả vào của Q3 và Q5 ở pha dương.
Tính toán
Hình 2.4 Mạch khuếch đại tầng công suất
Transistor Q5 và Q6 là hai transistor công suất cung cấp dòng điện lớn cho loa Khi pha dương, transistor Q3 và Q5 dẫn điện, trong khi Q4 và Q6 tắt, tạo ra dòng điện nạp cho tụ xuất âm C6, đẩy màn loa ra ngoài Ngược lại, khi pha âm, Q5 và Q6 dẫn điện xả dòng cho tụ C6, kéo màn loa vào Qua đó, tín hiệu từ tầng công suất với Q4 và Q6 làm rung động màn loa, phát ra âm thanh.
- Tụ C7 và điện trở R12 dùng bù trở của Loa để tránh méo dạng gây ra do sự thay đổi trở kháng của Loa.
Biên độ tín hiệu ra loa:
Tín hiệu vào của mạch khuyếch đại có dạng sin: v=Vsin ω t
Xem hệ thống là tuyến tính thì tín hiệu ra trên tải: v L = V L sin ω t + V CE 0 i L = I L sin ω t + I C 0 với V L , I L là biên độ điện áp và dòng ra trên tải.
V CE0 , I C 0 là điện áp và dòng điện DC trên tải.
Do tầng công suất làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh và điện áp tĩnh rơi trên tải không đáng kể
Gọi V Lhd , I Lhd là điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng trên tải.
√ 2 Khi đó công suất trên tải :
Để đảm bảo hiệu suất năng lượng và giảm thiểu nhiễu phi tuyến, điện áp nguồn cung cấp phải gấp đôi điện áp của loa Hơn nữa, do Q1 và Q2 hoạt động ở chế độ AB, hệ số sử dụng nguồn nên được chọn là 0,8.
Ta chọn nguồn cung cấp là: V CC P(V )
Công suất nguôn cung cấp :
Dòng cung cấp trung bình:
Công suất nguồn cung cấp:
Hiệu suất của mạch Ƞ = P P L cc
2.3.2 Tầng khuếch đại công suất
Tầng khuyếch đại công suất có nhiệm vụ phát trên loa một tín hiệu âm tầng được xác định theo yêu cầu thiết kế P L = 25 W
Các BJT làm việc ở mức điện áp cao, các dòng collector Q 1 ,Q 2 rất lớn Vì vậy,
Để đảm bảo hiệu suất và công suất của mạch, cần chọn Q1 và Q2 phù hợp, đồng thời lựa chọn nguồn với dòng không vượt quá giá trị cho phép của BJT Để tránh méo xuyên tâm và duy trì hiệu suất, Q1 và Q2 nên hoạt động ở chế độ AB, với dòng tĩnh collector trong khoảng 20 đến 50mA.
Tính chọn R 1 , R 2
Vì R 1 , R 2 có tác dụng cân bằng dòng , ổn định nhiệt nên phải có kích thước lớn để chịu được công suất lớn.
Dạng tín hiệu trên R 1 , R 2 là: i e1 =i e2 = I L sin ω t
Khi chọn R1 và R2 có giá trị lớn, tổn hao tín hiệu trên loa sẽ tăng lên Do đó, cần lựa chọn các giá trị này một cách hợp lý để đảm bảo tín hiệu ra loa đạt mức tối đa Để giảm thiểu tổn thất tín hiệu, việc lựa chọn các thông số phù hợp là rất quan trọng.
Công suất tiêu hao trên R 1 , R 2 là:
Tính chọn cặp Q 1 ,Q 2
Công suất nguồn cung cấp: P CC =V CC I TB =V CC I L π
Công suất tiêu tán của R 1 , R 2 : P R = 1
Vậy công suất tiêu tán của hai BJT Q 1 ,Q 2 là:
Công suất tiêu tán của một BJT, chẳng hạn BJT Q 1 là:
Công suất tiêu tán của BJT Q1 phụ thuộc vào dòng điện I_L theo hàm bậc hai Để xác định công suất tiêu tán cực đại, ta cần tính đạo hàm của P_tt/Q1 theo I_L và đặt nó bằng 0, dẫn đến phương trình dP_tt/Q1/dI_L = V_CC.
4 I 2 L0 ( R L + R 1 ) = 50 2.3 1 , 91 , 14 − 1 4 1 , 91 2 ( 8 + 0 , 33 ) = 7 ,64 ( W ) Công suất tiêu tán tĩnh trên Q 1 , :
Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q 1 là:
Vì Q 1 ,Q 2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn Q 1 ,Q 2 thỏa mãn điều kiện:
Tính chọn R 3 , R 4
1+ β = 1+ 50 55 =0 , 89 mA Dòng base cực đại của Q1:
1 + β = 1 2550 + 55 E , 53 mA Để R3, R4 không ảnh hưởng đến dòng ra ở chế độ xoay chiều thì R3, R4 phải thỏa mãn điều kiện: ZB1M (ac) R3, R4 ZB1M (dc)
R3, R4 ZB1M (dc): để rẽ dòng nhiệt R3, R4 ZB1M(ac): để giảm tổn thất tín hiệu.
Với ZB1M(ac), ZB1M(dc): là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực Base Q1 đến M.
Từ đặc tuyến vào của Q1 ta có:
Tính chọn cặp Q3, Q
Dòng tĩnh qua R3: IR3Q = V BEQ1 V +V R1
Dòng cực đại qua R3: IRBP = V BEQ1 R p + V R1 p
IEp/Q3 = IR3P + IBQ1P = 8,75+44,64 S,39 (mA) Khi đó trở kháng xoay chiều từ BQ1 là:
So sánh với ZB1(ac) tính ở trước, ta thấy thêm R3, R4 vào thì sai số không đáng kể. Như vậy, tải xoay chiều của Q3 là:
Zt/Q3 = ZB1(ac) + (1+ 1 ) RL = 22 + (1+55).8 = 470,05 () Gọi I3 là biên độ dòng AC chạy qua Q3:
Công suất nguồn cung cấp cho Q3:
Công suất cung cấp cho tải của Q3:
Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q3:
Lấy đạo hàm theo IE3 và cho bằng 0, ta được:
IE30 = πZ 2V cc t /Q3 = 3 , 14.470 2.50 , 05 = 0,0677 (A) Vậy công suất tiêu tán lớn I do dòng xoay chiều rơi trên Q3 là:
Công suất tiêu tán tĩnh trên Q3:
2 = 0,106 (W) Vậy chọn công suất cực đại trên Q3:
P tt ∑ max = Pttmax/Q3 + Pdc/Q3 = 0,106 + 0,54 = 0,646 (W) Chọn Q3, Q4 mắc bổ phụ thỏa mãn điều kiện:
2.3.3: Tính tầng lái Để tính toán tầng lái ta chọn β Q3 = 75
Tính chọn R 12 , D 5 , D 6 , D 7
Để đảm bảo tín hiệu không bị méo và ổn định điểm làm việc cho các cặp BJT khuếch đại công suất, cần vận hành các tổ hợp này ở chế độ AB.
Vì vậy, ta dùng R 12 , D 5 , D 6 , D 7 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 D 5 , D 6 , D 7 là loại 1N4007 Để Q1, Q2 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.
VB3B4Q = VBE3 + VBE1 + VBE2 +VBE4 + VR1 + VR2
= 0,6 +0,6 +0,6+0,6+0,05.0,39+ 0,05.0,39 = 2,44 (V) Để dòng tĩnh Q7 ít thay dổi và tránh méo tính hiệu ta chọn:
Ba diode D5, D6, D7 và điện trở R12 giúp cho transistor Q1, Q3 và Q2, Q4 hoạt động ở chế độ AB, với điện áp VB3B4Q đạt 2,44V ngay khi có tín hiệu đầu vào Tính chất ghim áp của diode cho phép dòng qua diode tăng mà 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.
14 , 05.10 −3 = 45,55()Chọn VR2 0 sau đó hiệu chỉnh lại.
Tính toán transistor Q 8 làm nguồn dòng
Q8 cung cấp dòng điện ổn định phân cực cho Q5 và duy trì điểm làm việc cho hai cặp Darlington trong tầng khuếch đại công suất Nội trở nguồn dòng lớn trong chế độ xoay chiều giúp tăng hệ số khuếch đại của tầng lái Sự phối hợp giữa trở kháng nguồn và trở kháng vào lớn của hai cặp Darlington nâng cao hiệu suất của mạch.
Dòng collector qua Q8: ICQ/Q8 = ICQ/Q7 = 14,05 (mA)
Chọn dòng qua hai diode là dòng phân áp cho Q8.
Chọn dòng phân áp IpamA Lúc này VD= 0,7V.
Sụt áp trên R14 là VR14 = VCC – VD4 – VD3 = 50-0,7-0,7 = 48,6 (V)
14 ,05.10 −3 = 53,38 () Chọn R13 = 56 sau đó hiệu chỉnh lại
Transistor Q8 hoạt động ở chế độ A, sử dụng làm nguồn dòng, dẫn đến công suất tiêu tán lớn nhất là công suất tiêu tán tĩnh Điện áp DC tại tiếp giáp CE của Q8 được xác định trong quá trình hoạt động này.
Chọn Q8 thỏa mãn điều kiện:
Tính chọn BJT thúc Q 7
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
Do đó: Zt/Q7 = 36,1 vì R Co/ Q8 ≫ 36 ,1 k
Do Q7 có điện trở tải lớn, dễ rơi vào vùng bão hoà và gây méo tín hiệu, nên cần thiết phải sử dụng hồi tiếp âm cả một chiều và xoay chiều để ổn định điểm làm việc Trong đó, điện trở R10 và R11 thực hiện hồi tiếp âm DC, trong khi R10 còn đảm nhiệm hồi tiếp âm AC cho Q7.
Do Q7 làm việc ở chế độ A, Chọn điện áp tĩnh trên điện trở hồi tiếp một chiều
Ta có: { V R10 R R +V 10 11 = R11 V V =0 R10 R11 ,7 V Để tránh hồi tiếp âm quá nhiều làm giảm hệ số khuếch đại của Q , ta chọn:
Với 2 giá trị này thì điện áp rơi trên R10, R11 là:
VR10R11 = (R10+R11) Ipa/Q7 = (25+33) 12.10-3 = 0,7V Điện thế cực CE của Q7:
= 50 2 – (0,7 + 0,7 - 0,6) - 0,6 - 0,6 - 0,7",25 (V) Công suất tiêu tán tĩnh của Q7:
Do ta chọn I C/ Q7 ≫ I BQ /Q3 nên khi có tín hiệu vào thì dòng I BQ /Q3 không ảnh hưởng nhiều đến dòng dòng cực đại qua Q7.=> I Cmax/Q7 mA
Vì Q7 làm việc ở chế độ A nên:
Từ những tính toán trên ta chọn Q 7 phải thõa những điều kiện sau:
Chọn D1, D2 là diode 1N4007 3V ứng với dòng ID = 10mA Chọn Q11 làm nguồn dòng cho Q9, Q10 hoạt động Khi ID1= 10mA thì VD1= VD2 = 0,7V.
Với IE/Q11 IC/Q11 = 2IE/Q9 2IC/Q9 = 2 2 = 4 mA
Sụt áp trên R23 là 1V, cho nên điện áp còn lại là: Vcc/visai = 50 - 1 = 49V
Chọn dòng phân áp cho Q11 là dòng làm việc diode D1 là ID1 = 10 mA.
Q11 làm việc ở chế độ khuếch đại, chọn điểm làm việc tĩnh ở giữa điểm làm việc của đường đặc tính ra (IC, VCE)
2 = 24,5 V Công suất tiêu tán trên Q11 là:
Chọn Q 11 thỏa mãn điều kiện:
Tính nội trở nguồn dòng:
2.3.5 Tính tầng khuếch đại vi sai
Cặp BJT Q9 và Q10 là bộ khuếch đại vi sai đầu tiên, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ tạp âm cho mạch Để giảm thiểu tạp âm, cần thiết phải vận hành Q9 và Q10 ở chế độ A với hệ số khuếch đại nhỏ.
R23 và C4 tạo thành mạch lọc thông thấp Chọn tụ C4 0uF
Chọn R23 = 1k ; Vcc/visai = 49V Để mạch làm việc ổn định ta chọn I C/Q9 = 2 mA
R 18 có nhiệm vụ phân cực đưa đến chân B/Q7
IE/Q9 = IC/Q9/2 = 2/2 = 1 mA Để phối hợp trở kháng giữa tầng thúc và tầng vi sai ta chọn:
Q9, Q10 làm việc ở chế độ khuếch đại vi sai nên:
Do đó, cần chọn Q9, Q10 như Q11
Biến trở VR 1 dùng để cân bằng dòng Emitor cho Q 9 và Q 10 do đó ta chọn VR 1 có giá trị nhỏ.
Vì mạch khuếch đại vi sai được thiết kế sao cho ở chế độ tĩnh hai nhánh cân bằng nhau
Mặt khác, trong chế độ tín hiệu.
- Khi chưa có hồi tiếp âm thì trở kháng vào của tầng vi sai là Zind.
- Khi có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp thông qua R 15, C 13 thì trở kháng của tầng vi sai sẽ tăng lên n lần, với n là độ sâu hồi tiếp.
Aht: hệ số hồi tiếp
Do đó tổng trở vào của toàn mạch khi có hồi tiếp là:
Vì thế R15 // R18 quyết định trở kháng vào của mạch Theo yêu cầu thiết kế thì Zin
2.3.6 Tính các thông số còn lạ i
Chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động là: : I ' E1 p = 5 A
Chọn dòng tĩnh: V CE/ Q5 = I C /Q6 = 1mA
Công suất tiêu tán trên Q 5 ,Q 6 là:
P tt /Q5 = P tt /Q6 = V CE/Q 5 V CE/ Q5 = 3 , 15.1 10 −3 = 3 , 15 mW
Chọn Q 5 ,Q 6 thỏa mãn điều kiện:
Khi chọn tụ C2, cần đảm bảo rằng ở tần số thấp nhất, sụt áp trên tụ phải rất nhỏ so với sụt áp trên loa, nhằm tránh ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra của loa.
C 14 là tụ liên lạc ngõ vào nên sụt áp trên tụ không ảnh hưởng đến tín hiệu vào và chất lượng của mạch, ta chọn C3 sao cho X C 3 = 10 1 Z ¿
Tụ C15 là tụ liên lạc giữa tầng vào vi sai và tầng khuếch đại đẩy kéo nên chọn
C13 sao cho sụt áp trên tụ không ảnh hưởng đến tín hiệu vào tầng khuếch đại đẩy kéo Ta chọn tụ C6 sao cho XC15 = 10 1 Z ¿/Q5
Tụ C13 kết hợp với R15 và R16 tạo thành mạch hồi tiếp âm, giúp ổn định các thông số của mạch Việc chọn tụ C4 cần đảm bảo rằng tỉ số hồi tiếp tín hiệu chỉ phụ thuộc vào R15 và R16, đồng thời sụt áp xoay chiều trên C13 phải nhỏ hơn nhiều so với R16.
Tụ C4 và R22 tạo thành mạch lọc thông thấp lọc nhiễu từ nguồn để tránh hồi tiếp với tạo thành dao động tự kích
Cấu tạo của loa bao gồm cuộn cảm và điện trở với trở kháng ZL = RL + jωL, cho thấy rằng trở kháng loa 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, với cấu trúc mắc nối tiếp với RL và tất cả mắc song song với tải RL Ở tần số cao, tụ điện hoạt động như một ngắn mạch, làm giảm tải ngõ ra, tức là XL tăng và XC giảm.
Ta có: Ztđ = (R+ j C 1 ) // (RL+ jL) Để không phụ thuộc vào tần số thì R0 = RL = 8, chọn tụ C1 sao cho XC1 = 10 1
MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG SẢN PHẨM
Mô phỏng tín hiệu bằng Protues
3.1.2:Tính hiệu Vin, Vout của toàn mạch
Vin: tín hiệu màu vàng
Vout: tín hiệu màu xanh
Tín hiệu điện áp đầu ra đáp ứng gần như hoàn hảo theo yêu cầu thiết kế, không có sự chênh lệch lớn, không bị méo dạng và luôn duy trì ổn định trong khoảng tần số từ 1KHz đến 16KHz Độ lợi khuếch đại đạt yêu cầu thiết kế một cách tốt nhất.
3.1.3: Mô Phỏng DC điện áp của mạch
Nhận xét: Vậy với giá trị đo được như trên bjt Q6 đủ điều kiện phân cực tĩnh để bjt hoạt động ở chế độ A
Nhận xét: Vậy với giá trị đo được như trên bjt Q6 đủ điều kiện phân cực tĩnh để bjt hoạt động ở chế độ A
Nhận xét: Vậy với giá trị đo được như trên bjt Q6 đủ điều kiện phân cực tĩnh để bjt hoạt động ở chế độ A kết quả Q3 Q1 Kết quả Q4 Q2
Q1,Q2,Q3,Q4 làm việc ở chế độ AB
3.1.4:Mô phỏng DC dòng điện của Mạch
Chế độ tĩnh làm việc của mạch cho thấy kết quả mô phỏng đạt được rất gần với thiết kế ban đầu, với số liệu chính xác và điện áp điểm giữa của mạch cũng đạt yêu cầu tốt.
Mô phỏng AC vào ra ở các tầng
3.2.1: Tầng khếch đại vi sai
Vin: tín hiệu màu vàng
Vout: tín hiệu màu xanh
Tín hiệu ngõ ra cùng pha so với tín hiệu vào
Vin: tín hiệu màu vàng
Vout: tín hiệu màu xanh
Tín hiệu ngõ ra đảo pha so với tín hiệu vào
Vin: tín hiệu màu vàng
Vout: tín hiệu màu xanh
Tín hiệu ngõ ra đảo pha so với tín hiệu vào
Thi công mạch
3.3.1: Các thiết bị sử dụng :
Phần mềm Proteus, do Labcenter Electronics phát triển, là công cụ thiết kế mạch in hiệu quả, cho phép người dùng thiết kế và mô phỏng các mạch điện tử trên PCB Việc sử dụng Proteus trong các dự án mạch điện tử giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu sai sót nhờ vào cấu trúc sơ đồ rõ ràng và dễ sử dụng.
Proteus được sử dụng để mô phỏng, thiết kế và vẽ các mạch điện tử
Bằng cách sử dụng proteus, bạn có thể thiết kế mạch hai chiều.
Bằng cách sử dụng phần mềm kỹ thuật, bạn có khả năng thiết kế và mô phỏng nhiều loại mạch điện và điện tử trên máy tính cá nhân hoặc laptop.
+ Thiết kế mạch in PCB Layout: Altium
Altium Designer là một trong những phần mềm thiết kế mạch điện tử mạnh mẽ nhất hiện nay, được phát triển bởi Altium Limited Với nhiều tính năng nổi bật, phần mềm này chuyên dụng cho việc thiết kế mạch điện tử, tuy nhiên vẫn chưa được nhiều người biết đến như các phần mềm khác như Orcad hay Proteus.
Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
Hệ thống cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho thiết kế tự động, bao gồm đi dây tự động theo thuật toán tối ưu và phân tích lắp ráp linh kiện Nó cũng giúp tìm kiếm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện và netlist có sẵn dựa trên các tham số mới.
- Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
- Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự
Lắp ráp mạch
Thiết kế mạch in trên Altium:
Đánh giá và nhận xét
Mạch khuếch đại công suất âm tầng OTL – 25W được thiết kế và chế tạo với khả năng sử dụng đa dạng, đáp ứng đầy đủ các mục tiêu và yêu cầu ban đầu.
Vận dụng được nhiều kiến thức về khuếch đại công suất trong quá trình thi công.
3.5.2: Nhưng thuận lợi và khó khăn
Nhờ vào trang thiết bị hiện đại của trường, nhóm đã có điều kiện thuận lợi để thực hiện đồ án, cũng như trong quá trình thiết kế và thi công.
Sau thời gian thực hành làm mạch in, nhóm đã trải qua các giai đoạn như in mạch, ủi mạch, rửa mạch, chọn linh kiện và hàn vào board mạch Trong quá trình này, nhóm gặp khó khăn trong việc chọn linh kiện phù hợp do thị trường không cung cấp các linh kiện mong muốn Để giải quyết vấn đề, nhóm đã chủ động tìm kiếm các linh kiện tương đương để thay thế.
Ưu và nhược điểm của đề tài
Mạch mô phỏng cho thấy hoạt động ổn định ở công suất thấp, với sóng đầu ra không bị méo hay biến dạng, đảm bảo chế độ làm việc ổn định.
Nhược điểm : o Mô phỏng cho thấy sóng đầu ra bị xén ở mức công suất cao o Tín hiệu ra bị méo dạng ở mức công suất cao
Trong suốt kỳ học tập và làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của ThS Võ Thị Hương, nhóm chúng em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế và chế tạo mạch khuếch đại công suất âm tần OTL, đạt được các mục tiêu và yêu cầu đề ra Mặc dù vậy, do trình độ còn hạn chế, chúng em không tránh khỏi một số thiếu sót trong quá trình thực hiện.
Trong đề tài này, chúng em đã áp dụng kiến thức về mạch khuếch đại, từ đó tham khảo và phát triển nhiều ý tưởng thiết kế mạch sáng tạo Bên cạnh đó, chúng em cũng nâng cao khả năng tìm hiểu tài liệu và làm việc nhóm hiệu quả hơn.
Cảm ơn quý thầy/cô đã lắng nghe!