Tính toán, thiết kế, mạch khuếch đại công suất âm tầm OTL

Đồ án môn học. Đồ án ngành điện tử viễn thôngTính toán, thiết kế, mạch khuếch đại công suất âm tầm OTL. Sử dụng mạch khuếch đại kiểu B. Tính toán đầy đủ các thông số, linh kiệnLÝ THUYẾT ………………………………………………………………… 3 A.TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠCH KHUYẾCH ĐẠI ………………………… I. CÁC KHÁI NIỆM TRONG MẠCH KHUYẾCH ĐẠI …………………… . ……3 1. Định nghĩa mạch khuyếch đại…………………………………………………… 2. Đáp ứng tần số…………………………………………………………………… 3. Hệ số khuyếch đại………………………………………………………………… 4. Hiệu suất của mạch khuyếch đại…………………………………………………… 5. Độ méo……………………………………………………………………………… II. PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH KHUYẾCH ĐẠI…….4 1. Khuyếch đại công suất loại B…………………………………………… 2. Khuyếch đại công suất loại A………………………………………………. 3. Khuyếch đại công suất loại AB……………………………………………. 4. Khuyếch đại công suất loại C……………………………………………… III. CÁCLOẠI MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN…………………… 6 1. OTL (Output Transformer Less)…………………………………………………. 2. OCL(Output Capicitor Less)………………………………………………… 3. BTL(Bridge Transistor Line Out)…………………………………………. B. CHI TIẾT MẠCH KHUYẾCH ĐẠI LOẠI B OTL………………………………….8 1. Mạch họat động lớp B………………………………………………… 2. Mạch OTL (Output Transformer Less)………………………………………. Phần II : THIẾT KẾ …………………………………………………………… . …….11 Tầng I: TẦNG KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT(OUTPUT STAGE)…………… …….11 1.CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS ………………. 2.TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN………………………… Tầng II: TẦNG KHUYẾCH ĐẠI ĐIỆN ÁP(VOLTAGE STAGE)……………… …….16 1.CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS. 2.TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN. Tầng III: TẦNG NHẬP(INPUT STAGE) ………… …………………… ………….20 1.CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS ………………… 2.TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆ …………………………………… Phần III : SƠ ĐỒ HÒAN CHỈNH………………………………………………………….24 Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài PHẦN I : LÝ THUYẾT A. TỔNG QUAN VỀ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI I. CÁC KHÁI NIỆM TRONG MACH KHUYẾCH ĐẠI 1. Định nghĩa mạch khuyếch đại Mạch khuyếch đại công suất là mạch đươc thiết kế sao co cung cấp một lượng công suất lớn cho tải, tức là mạch khuyếch đại công suất sẽ tạo ra điện áp cao và dòng điện lớn để lái tải cần công suất lớn. mạch khuyếch đại cộng suất được ứng dụng rất nhiều trong ngành điện điện tử. Chúng ta chỉ xet mạch công suất trong linh vực âm thanh gọi là mạch khuyếch đại công suất âm tầng Mạch khuyếch đại công sụất âm tầng dùng để tạo ra một lượng công suất để cung cấp cho tải( tải thường là loa do chúng đòi hỏi một lựong công suất lớn để biến đổi tín hiệu điện thành sóng âm thanh). Mạch khuyếch đại công suất thường được sử dụng rộng rải trong các máy : radio, máy thu hình , máy nghe băng , máy tăng âm, các hệ thống stereo loa phát thanh… 2 Đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số hay dãy tần hoạt động của mạch được định nghĩa là một khoảng tần sốmà khi tần số tín hiệu ngõ vào nằm trong khoảng tần số này thì độ khuyếch đại của mạch sẽ là cực đại. Khoảng tần số này được giới hạn bởi : f H : tấn số cắt cao . f L : tần số cắt thấp. Hiệu suất giữa f H và f L được gọi là băng thông của mạch : B = f H – f L . Nếu tín hiệu ngõ vào nằm ngoài băng thông của mạch thì độ khuếch đại của mạch sẽ thay đỗi theo ta 61n số. Nếu tín hiệu ngõ vào ở tần số f H hay f L thì độ khuếch đại của mạch ở tần số đó sẽ giảm ( 2 ) lần hay suy giảm (– 3 )dB so với độ lợi cực đại GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 1 |A| A m 2 Am tần số thấp tần số giữa tần số cao f L f H Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài Dãy tần số hoạt động lý tưởng của mạch khuếch đại công suất âm tần nằm trông khoảng 20 Hz đến 20 KHz. 1. Hệ số khuếch đại : Hệ số khuếch đại : là khả năng khuếch đại của một mạch đươc đặc trưng bằng một thông số gọi là độ lợi hay độ lợi khuếch đại. Độ lợi điện áp (Av) = Vo Vi . Độ lợi dòng điện (Iv) = Io Ii . Độ lợi côngsuất (Ap) = Po Pi 2.Hiệu suất của mạch khuếch đại (ή) Hiệu suất của bộ khuếch đại công suất được định nghĩa là tỉ số giữacông suất tín hiệu trung bình được phân phối trên tải với công suất trung bình được kéo từ nguồn DC: μ (%) = L CC p P .100% Với P L là công suất tín hiệu trung bình đựợc phân phối trên tải P cc là công suất trung bình đựơc kéo từ nguồn DC. 3.Độ méo: Biểu thị cho sự thay đổi hình dạng của tín hiệu ra so với tín hiệu vào của mạch. Độ méo phâ n thành nhiều loại : Méo tần số : là dạng méo xuất hiện do hệ số khuếch đại thay đổi khi tín hiệu thay đổi gây nên sự biến đổi âm sắc . Nguyên nhân là do L,C từ mạch khuyếch đại công suất . Méo pha : là do sự dịch góc pha ban đầu của tín hiệu vào . Méo pha ảnh hưởng xấu đến chất lượng âm thanh . Méo xuyên tâm : chủ yếu xảy ra ở mạch hoạt động lớp B. II . PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI . Tùy theo chế độ làm việc của transistor , người ta thường phân mạch khuyếch đại công suất ra các loại lớp sau : 1. Khuyếch đại công suất loại A: Tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính ,nghĩa là tín hiệu ngõ rat hay đổi tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ 360 0 của tín hiệu ngõ vào (transistor hoạt động cả hai bán kỳ của tín hịêu ngõ vào ) . a. Ưu điểm : • Khuyếch đại cả hai chu kỳ tín hiệu. • Tín hiệu bị méo dạng . b. Khuyết điểm • Hiệu suất thấp : ≤ 25 % nếu dung tải R và 50% nếu dung tải là biến áp. • Công suất tiêu hao lớn. 2. Khuếch đại công suất lớp B. Trasistor được phân cực tại V BE = 0 (vùng ngưng). Chỉ một nửa chu kỳ âm hoặc dương của tín hiệu ngõ vào đươc khuếch đại. a. Ưu điểm • Hiệu suất cao ≤ 78,58 %. GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 2 Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài • Ở chế độ tĩnh không có tiêu thụ điện áp . b. Khuyết điểm . • Tín hiệu chỉ tồn tại trong nửa chu kỳ . • Méo phi tuyến lớn . 3. Khuếch đại công suất loại AB Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng. Tín hiệu ngõ rat hay đổi hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu vào (transistor hoạt động hơn một nửa chu kỳ dươnghoặc âm của tín hiệu vào ). Đặt điểm : • Kết hợp cả hai đặc tính của chế độ loại A và B nên khắc phục được nhược điểm của chế độ loại A và B. • Hiệu suất khá cao ≤ 70%. 4. Khuyếch đại công suất loại C. Trasistror được phân cực trong vùng ngưng dể chỉ một phần nhỏ hơn nửa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại . mạch này thương dung khuếch đại công suất ở tần số cao với tải cộng hưởng . a. Ưu điểm : • Hiệu suất rất cao ≤ 90%. b. Khuyết điểm : • Méo phi tuyến lớn (70%). Để hạn chế méo ta phải làm khung cộng hưởng ghép LC. Hình 9.1 Mô tả việc phân loại các mạch khuyếch đại công suất . GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 3 I C A AB C C Giới hạn công suất Vùng ngưng Vùng bảo hoà Vce Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài Hình 9.1 III . CÁC LOẠI MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN 1. OTL(Output Transformer Less): a. Đặc điểm: • Được cấp nguồn đơn Vcc và mass ( 0V) • Tầng khuyết đại công suất đẩy kéo transistor bổ phụ đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nữa nguồn. • Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co c. Ưu điểm: • Âm thanh đạt chất lượng cao do đáp tuyến tần số rộng . • Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ ký sinh của biến áp . • Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế .Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với khi dùng biến áp ngõ ra. d. Khuyết điểm • Phải chỉnh điện thế DC của điểm giữa ra loa bằng nữa nguồn cung cấp thì tín hiệu ngõ ra mới không bị méo. • Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor bổ phụ thì dễ gây méo phi tuyến. GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 4 i c Ic 0 i c I c 0 0 i c 0 i c t t t t A AB B C Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài • Tín hiệu ra bị méo ở tần số thấp do tụ C out gây ra (do tụ C out không thể tiến tới vô cùng). 2. OCL(Output Capcitor): a. Đặc điểm: • Được cấp nguồn đối xứng (+Vcc và – Vcc nên điện thế điểm giữa bằng 0V). • Tín hiệu vào mạch khuyếch đại trực tiếp không cần qua tụ. Không có tụ Co tại ngõ ra loa. b. Ưu điểm : • Khả năng chống nhiểu tốt do dùng kiểu khuếch đại vi sai ở ngõ vào. • Đáp tuyến tần số rộng do không dùng tụ và biến thế ngõ ra. c. Khuyết điểm :  Cần dùng hai nguồn .  Tín hiệu ra loa trực tiếp nên điện thế DC ở điểm giữa ngõ ra khác không và sẽ gây cháy loa vì vậy cần phải có mạch bảo vệ loa. 3. BTL (Bridge Trasistor Line Output) a. Đặc điểm : BTL có hai lọai : • Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công suất OTL. • Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công suất OCL. b. Ưu điểm • Cho ra công suất lớn ( gấp bốn lần so với OTL hay OCL ) khi sử dụng nguồn điện điện áp thấp hoặc dùng cho các ampli có công suất lớn từ 500W đến vài nghìn walt. c. Khuyết điểm . • Giá thành cao . • Tín hiệu ra dể bị méo hai mạch khuyếch đại không giống nhau . Dể bị cháy nếu điện thế điểm giữa khôn bằng 0. B. CHI TIẾT MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LOẠI B VÀ MACH OTL. 1. Mạch hoạt động lớp B Trong mạch khuếch đại công suất loại B , người ta phân cục với V B =0V nên bình thường Trasistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào . do phân cực như thế nên Trasistor chỉ dẩn điện ở một bán kì của tín hiệu (bán kì dương hay âm tùy thuộc vào Trasistor NPN hay PNP . Do đó muốn nhận được cả chu kì của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phải dung hai Trasistor bổ phụ với nhau (mỗi transistor dẫn điện một nữa chu kỳ của tín hiệu ). mạch này là gọi là mạch công suất đẩy kéo.(Push Pull) GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 5 Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài • Công suất cung cấp (công suất vào ) P cc = V cc . I cc Trong đó : I cc là dòng điện trung bình cung cấp cho mạch do dòng tải có đủ cả hai bán kỳ nên nếu gọi I p là dòng điện qua tải, ta có : I cc = 2 π .I p P cc = V cc . 2 π .I p • Công suất ra : Công suất ra lấy trên tải R L được tính bởi công thức . P L = 2 . L cm P I Pcc . • Hiệu suất : % 100% L cc P P η = • Ưu điểm : Hiệu suất cao ≤ 78.5% so với loại A ≤ 25% Ở chế độ tỉnh không có tiêu thụ điện dáp nên không có tổn hao trên Trasistor • Khuyết điểm : Méo xuyên tâm (crossover) . Nguyên nhân gây méo dạng xuyên tâm là khi bắt đàu môt bán kỳ ,transistor không dẩn điện ngay mà phải chờ khi biên độ vượt qua áp ngưỡng V BE (Để khắc phục người ta mồi cho các chân B một điện thế dương nhỏ đối với BJT NPN và âm nhỏ đối với PNP). GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 6 Q1 Dẫn một bán kỳ Q2 Dẫn một bán kỳ Tải Vi Vo Thiết kế mạch khuyếch đại công suất âm tần SVTT: Phạm Tấn Tài 2. MACH OTL (Output Trasfomer Less) • Sơ đồ khối mạch OTL 2.1. Tầng nhập (Input Stage) Là tầng đầu tiện tín hiệu vào , có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thế thấp thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để ghép vào tầng khuyếch đại điện thế (đây là mạch khuyếch đại biến điện thế thành cường độ). Do đó tín hiệu phải trung thực ,nguồn cấp phải được lọc kỷ để khỏi ảnh hương tới tín hiệu tầng này. Trong mạch OTL , người ta dung hồi tiếp âm để giảm méo dạng (tuy nhiên chất lượng không tốt bằng dung vi sai trong OCL). 2.2 Tầng khuyếch đại điện áp( Voltage Stage) Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào , chuyển đổi thành tín hiệu từ ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để cung cấp cho tầng khuyếch đại công suất . 2.3 Tầng khuyếch đại công suất(Output stage) Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng khuyếch đại điện áp rồi khuyếch đại và cung cấp dòng âm tầng cò cường độ lớn cho loa. GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 7 VOLTAGE STAE OUTPUT STAGE Vin vout INPUT STAGE V L t Biến dạng xuyên tâm Hình 9.14 . có hai lọai : • Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công suất OTL. • Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công. giảm (– 3 )dB so với độ lợi cực đại GVHD : Th.s Đặng Ngọc Minh Đức 1 |A| A m 2 Am tần số thấp tần số giữa tần số cao f L f H Thiết kế mạch khuyếch đại công

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Sinh viên: PHẠM TẤN TÀI

Chuyên ngành: Điện tử - Viễn thông

Giảng viên huớng dẫn: THS ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC.

Ngày nhận: 10/04/2008

Ngày nộp: 15/06/2008

I.Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN

II Số liệu ban đầu:

1 Công suất ra: 90 W

- Nguyên cứu lý thuyết mạch khuyếch đại âm tầnlớp B

- Tính toán các giá trị của linh kiện.Kết quả tính toán phải đáp ứng yêu cầu ban đầu và linh kiện phảiphù hợp linh kiện chuẩn

- Vẽ mạch kết quả trên giấy A4(điền đầy đủ giá tri linh kiện)

- Trình bày đồ án bằng chữ đánh máy trên giấy A4(cỡ chữ 12, khoảng 20 trang)

Ngày 15 tháng 04 năm 2008

Ths ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC

TIÊU ĐỀ TRANG

Phần I : LÝ THUYẾT ……… 3

A.TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠCH KHUYẾCH ĐẠI ………

I CÁC KHÁI NIỆM TRONG MẠCH KHUYẾCH ĐẠI ……… ……3

1 Định nghĩa mạch khuyếch đại………

2 Đáp ứng tần số………

3 Hệ số khuyếch đại………

4 Hiệu suất của mạch khuyếch đại………

5 Độ méo………

II PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH KHUYẾCH ĐẠI…….4

1 Khuyếch đại công suất loại B………

2 Khuyếch đại công suất loại A………

3 Khuyếch đại công suất loại AB………

4 Khuyếch đại công suất loại C………

III CÁCLOẠI MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN……… 6

1 OTL (Output Transformer Less)………

2 OCL(Output Capicitor Less)………

3 BTL(Bridge Transistor Line Out)………

B CHI TIẾT MẠCH KHUYẾCH ĐẠI LOẠI B OTL……….8

1 Mạch họat động lớp B………

2 Mạch OTL (Output Transformer Less)………

Phần II : THIẾT KẾ ……… …….11

Tầng I: TẦNG KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT(OUTPUT STAGE)……… …….11

1 CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS ……….

2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN………

Tầng II: TẦNG KHUYẾCH ĐẠI ĐIỆN ÁP(VOLTAGE STAGE)……… …….16

1 CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS 2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN. Tầng III: TẦNG NHẬP(INPUT STAGE) ………… ……… ………….20

1 CHỨC NĂNG CÁC LINH KIỆN TRONG TẦNG KĐCS ………

2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆ ………

Phần III : SƠ ĐỒ HÒAN CHỈNH……….24

PHẦN I : LÝ THUYẾT

A TỔNG QUAN VỀ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI

1 Định nghĩa mạch khuyếch đại

Mạch khuyếch đại công suất là mạch đươc thiết kế sao co cung cấp một lượng công suất lớn cho tải, tức là mạch khuyếch đại công suất sẽ tạo ra điện áp cao và dòng điện lớn để lái tải cần công suấtlớn mạch khuyếch đại cộng suất được ứng dụng rất nhiều trong ngành điện điện tử Chúng ta chỉ xet mạch công suất trong linh vực âm thanh gọi là mạch khuyếch đại công suất âm tầng

Mạch khuyếch đại công sụất âm tầng dùng để tạo ra một lượng công suất để cung cấp cho tải( tải thường là loa do chúng đòi hỏi một lựong công suất lớn để biến đổi tín hiệu điện thành sóng

âm thanh) Mạch khuyếch đại công suất thường được sử dụng rộng rải trong các máy : radio, máy thu hình , máy nghe băng , máy tăng âm, các hệ thống stereo loa phát thanh…

2 Đáp ứng tần số:

Đáp ứng tần số hay dãy tần hoạt động của mạch được định nghĩa là một khoảng tần sốmà khi tần

số tín hiệu ngõ vào nằm trong khoảng tần số này thì độ khuyếch đại của mạch sẽ là cực đại

Khoảng tần số này được giới hạn bởi :

fH : tấn số cắt cao

fL : tần số cắt thấp

Hiệu suất giữa fH và fL được gọi là băng thông của mạch : B = fH – fL

Nếu tín hiệu ngõ vào nằm ngoài băng thông của mạch thì độ khuếch đại của mạch sẽ thay đỗi theo ta 61n số

Nếu tín hiệu ngõ vào ở tần số fH hay fL thì độ khuếch đại của mạch ở tần số đó sẽ giảm ( ) lần hay suy giảm (– 3 )dB so với độ lợi cực đại

Dãy tần số hoạt động lý tưởng của mạch khuếch đại công suất âm tần nằm trông khoảng 20 Hz đến 20 KHz.

1 Hệ số khuếch đại :

Hệ số khuếch đại : là khả năng khuếch đại của một mạch đươc đặc trưng bằng một thông số gọi

là độ lợi hay độ lợi khuếch đại

Độ lợi điện áp (Av) =

Độ lợi côngsuất (Ap) =

2 Hiệu suất của mạch khuếch đại (ή)

Hiệu suất của bộ khuếch đại công suất được định nghĩa là tỉ số giữacông suất tín hiệu trung bình được phân phối trên tải với công suất trung bình được kéo từ nguồn DC:

Với PL là công suất tín hiệu trung bình đựợc phân phối trên tải

Pcc là công suất trung bình đựơc kéo từ nguồn DC

Méo xuyên tâm : chủ yếu xảy ra ở mạch hoạt động lớp B

II PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI

Tùy theo chế độ làm việc của transistor , người ta thường phân mạch khuyếch đại công suất ra các loại lớp sau :

Tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính ,nghĩa là tín hiệu ngõ rat hay đổi tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ 3600 của tín hiệu ngõ vào (transistor hoạt động cả hai bán kỳ của tín hịêu ngõ vào )

a Ưu điểm :

 Khuyếch đại cả hai chu kỳ tín hiệu

 Tín hiệu bị méo dạng

b Khuyết điểm

 Hiệu suất thấp : ≤ 25 % nếu dung tải R và 50% nếu dung tải là biến áp

 Công suất tiêu hao lớn

Trasistor được phân cực tại VBE = 0 (vùng ngưng) Chỉ một nửa chu kỳ âm hoặc dương của tín hiệu ngõ vào đươc khuếch đại

a Ưu điểm

 Hiệu suất cao ≤ 78,58 %

 Ở chế độ tĩnh không có tiêu thụ điện áp

b Khuyết điểm

 Tín hiệu chỉ tồn tại trong nửa chu kỳ

 Méo phi tuyến lớn

Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng Tín hiệu ngõ rat hay đổi hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu vào (transistor hoạt động hơn một nửa chu kỳ dươnghoặc âm của tín hiệu vào )

Đặt điểm :

 Kết hợp cả hai đặc tính của chế độ loại A và B nên khắc phục được nhược điểm của chế

độ loại A và B

 Hiệu suất khá cao ≤ 70%

Trasistror được phân cực trong vùng ngưng dể chỉ một phần nhỏ hơn nửa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại mạch này thương dung khuếch đại công suất ở tần số cao với tải cộng hưởng

a Ưu điểm :

 Hiệu suất rất cao ≤ 90%

 Méo phi tuyến lớn (70%) Để hạn chế méo ta phải làm khung cộng hưởng ghép LC

Hình 9.1 Mô tả việc phân loại các mạch khuyếch đại công suất

IC

A

AB

CC

Giới hạn công suất

Vùng ngưng

Vùng bảo hoà

Vce

Hình 9.1

III CÁC LOẠI MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN

1 OTL(Output Transformer Less):

a Đặc điểm:

 Được cấp nguồn đơn Vcc và mass ( 0V)

 Tầng khuyết đại công suất đẩy kéo transistor bổ phụ đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nữa nguồn

 Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co

c Ưu điểm:

 Âm thanh đạt chất lượng cao do đáp tuyến tần số rộng

 Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ ký sinh của biến áp

 Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với khi dùng biến áp ngõ ra

d Khuyết điểm

 Phải chỉnh điện thế DC của điểm giữa ra loa bằng nữa nguồn cung cấp thì tín hiệu ngõ ra mớikhông bị méo

 Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor bổ phụ thì dễ gây méo phi tuyến

 Tín hiệu ra bị méo ở tần số thấp do tụ Cout gây ra (do tụ Cout không thể tiến tới vô cùng)

ic

Ic0

ic

Ic0

2 OCL(Output Capcitor):

a Đặc điểm:

 Được cấp nguồn đối xứng (+Vcc và – Vcc nên điện thế điểm giữa bằng 0V)

 Tín hiệu vào mạch khuyếch đại trực tiếp không cần qua tụ

Không có tụ Co tại ngõ ra loa

b Ưu điểm :

 Khả năng chống nhiểu tốt do dùng kiểu khuếch đại vi sai ở ngõ vào

 Đáp tuyến tần số rộng do không dùng tụ và biến thế ngõ ra

c Khuyết điểm :

 Cần dùng hai nguồn

 Tín hiệu ra loa trực tiếp nên điện thế DC ở điểm giữa ngõ ra khác không và sẽ gây cháy loa

vì vậy cần phải có mạch bảo vệ loa

3 BTL (Bridge Trasistor Line Output)

a Đặc điểm : BTL có hai lọai :

 Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công suất OTL

 Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai tầng khuyếch đại công suất OCL

LOẠI B VÀ MACH OTL.

1 Mạch hoạt động lớp B

Trong mạch khuếch đại công suất loại B , người ta phân cục với VB =0V nên bình thườngTrasistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào do phân cực như thếnên Trasistor chỉ dẩn điện ở một bán kì của tín hiệu (bán kì dương hay âm tùy thuộc vào Trasistor NPN hay PNP Do đó muốn nhận được cả chu kì của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phải dung hai Trasistor bổ phụ với nhau (mỗi transistor dẫn điện một nữa chu kỳ của tín hiệu) mạch này là gọi là mạch công suất đẩy kéo.(Push- Pull)

 Công suất cung cấp (công suất vào )

Hiệu suất cao 78.5% so với loại A 25%

Ở chế độ tỉnh không có tiêu thụ điện dáp nên không có tổn hao trên Trasistor

 Khuyết điểm :

Méo xuyên tâm (cross-over) Nguyên nhân gây méo dạng xuyên tâm là khi bắt đàu môt bán kỳ ,transistor không dẩn điện ngay mà phải chờ khi biên độ vượt qua áp ngưỡng VBE (Để khắc phục người ta mồi cho các chân B một điện thế dương nhỏ đối với BJT NPN và âm nhỏ đốivới PNP)

Q1 Dẫn một bán kỳ

Q2 Dẫn một bán kỳ

TảiVi

Vo

2 MACH OTL (Output Trasfomer Less)

 Sơ đồ khối mạch OTL

2.1 Tầng nhập (Input Stage)

Là tầng đầu tiện tín hiệu vào , có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thế thấp thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để ghép vào tầng khuyếch đại điện thế (đây là mạch khuyếch đại biến điện thế thành cường độ) Do đó tín hiệu phải trung thực ,nguồn cấp phải được lọc kỷ để khỏi ảnh hương tới tínhiệu tầng này

Trong mạch OTL , người ta dung hồi tiếp âm để giảm méo dạng (tuy nhiên chất lượng không tốt bằng dung vi sai trong OCL)

2.2 Tầng khuyếch đại điện áp( Voltage Stage)

Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào , chuyển đổi thành tín hiệu từ ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để cung cấp cho tầng khuyếch đại công suất

2.3 Tầng khuyếch đại công suất(Output stage)

Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng khuyếch đại điện áp rồi khuyếch đại và cung cấp dòng âm tầng cò cường độ lớn cho loa

a Đặc điểm

VOLTAGE

VL

t

Biến dạng xuyên tâm

Hình 9.14

 Cung cấp nguồn đơn + Vcc

 Tầng khuyếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ, dể tăng công suất của mạch người

ta dung cặp Darlington

 Điện thế điểm giữa bằng nữa nguồn

 Ngõ ra loa ghép tụ Co

b Ưu điểm

 Tiết kiệm do chỉ dùng một nguồn cung cấp

 Cho chất lượng âm thanh trung thực do đáp tuyến tần số rộng

 Không bị suy giảm tín hiệu ở tầng số cao do tụ ký sinh của biến áp

 Hiệu suất cao

 Giá thành rẻ, gọn nhẹ hơn so với dung biến áp ngỏ ra

1 TẦNG KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

1.Sơ đồ nguyên lý

Co

C6

R14R10

2 Chức năng các linh kiện

Q4 Q5 Cặp Trasistor bổ phụ công suất nhỏ ghép Darlington vói Q6,Q7 nhằm

tăng công suất của mạchQ6, Q7 : Cặp transistor bổ phụ công suất lớn

R14 = R15 Ổn định nhiệt cho Q6, Q7R10, R11 : Giữ độ lợi và ổn định điệm tĩnh cho Q4

méo xuyên tâmD1, D2 Là hai Diode ổn định điện thế phân cực cho các Trasistor công suất C6 Tụ Boostrap : tạo hối tiếp dương cho Q4, ,mục đích nâng tín hiệu ở tầng

số thấp

Cz, Rz Mạch lọc Zobel có tính dung kháng để cân bằng tải là loa có tính cảm

 Biên độ áp nguồn trên loa

 Biên độ dòng điện trên loa

 Dòng điện trung bình chạy qua nguồn

 Chọn hệ số lợi dụng điện áp nguồn ξ = 0,9

Suy ra Chọn nguồn cung cấp Vcc = 70 (v)

 Công suất nguồn cung cấp

Chọn C0 = 2200 (μF) 3.3 Chọn Cz

 Cz ngắn mạch ở tấn số cao và hở mạch ở tần số thấp

Chọn Cz =22 μF 3.4 Chọn R16

Để câng bằng tải ta chọn R 16 =RL =5,5 (Ω)

3.5 Chọn Q6, Q7

 Công suất tiêu tán trên mổi Trasistor

 Để Trasistor hoạt động an toàn, ta chọn Trasistor với các thông số sau:

Ta chọn hai transistor phù họp với các thông số trên :

RAC(Q6) <<R12 = R13 << RDC(Q6) Chọn dòng DC qua Q 6 là : IC (Q6) = 40 (mA)

RAC(Q6) = hie(Q6) +

Chọn R12, R13 thoả :120,3(Ω) << R12 = R13 <<1783(Ω)

Suy ra R12 = R13 = 470(Ω) 3.8 Chọn Q4, Q5

Để Q4 , Q5 hoạt động an toàn ta chọn mỗi trasisror với các thông số sau :

Icmax > Icmax(Q4)

VCEmax >VCE (Q4)

PCmax > PC(Q4)Trong đó : ICmax(Q4) = IR12 +IBmax(Q6)

Thông số

Theo KII : Chọn

VR Dùng để điều chỉnh điện áp phân cực từ 2- 4 v

VR Được điều chỉnh sao cho mỗi transistor có VBE = 0,5v để làm việc trong chế độ AB

Chọn R VR = 270 (Ω) 3.12 Chọn D1, D2

Các diode này có nhiệm vụ phân cực cho các mối nối B-E của các transistor, nên ta chọn các diode này có điện áp mở khi phân cực thuận là 0,7( v) và có dòng làm việc là

Imac = 1 (A)

chọn D1, D2 là 1N4007 3.13 Chọn tụ C6

C6 là tụ Boostrap, tạo hồi tiếp dương cho Q4

2 Chức năng của các linh kiện.

3 Tính toán và chọn linh kiện

Q2 Mắc E chung, khuyếch đại tín hiệu điện áp ngõ vào

R4, R5 Phân cực cho Q2 hoạt động

R6 Tăng tổng trở ngõ vào của cực B Q2, là điện trở bổ nhiệt cho Q2

R7 Là tải của Q2, ổn định nhiệt cho Q2 đồng thời phân cực cho Q3

R8 Dùng chỉnh điện áp giữa đúng bằng Vcc/2

Rf Điện trở hồi tiếp âm, làm giảm tính phi tuyến của mạch

C4

3.9 Chọn Cf

Tụ Cf có tác dụng ngăn dòng DC ơ tầng số thấp , ta chon tụ Cf sao cho :

Chọn Cf = 220 (μF) 3.10 Chọn R6

Chọn áp rơi trên R6 là 1(V)

Suy ra :

Chọn R6 = 47(KΩ) 3.11 Chọn R5

Chọn dòng qua R5 là 1(mA)

Theo KII ta có :

=

Chọn R5 = 18 (KΩ) 3.12 Chọn R4

Chọn R4 = 56 (KΩ) 3.13 Chọn C4

Ta chọn C4 sao cho

Chọn C4 =4,7 (μF)

IV TẦNG NHẬP (INPUT STAGE)

0

C in C

3 Tính toán và chọn linh kiện

3.1 Chọn C2

C2 là tụ liên lạc Inputstage và Voltage Stage , hở mạch DC và ngắn mạch AC ở tầng số cao :

Trong đó

Ký hiệu linh kiện Chức năng các linh kiện

Rf.(hfe2+1)

hie2R8(hfe2+1)Rb

Để Q1 hoạt động an toàn ta chọn Q1 phù họp với thoả các điều kiện sau:

Ta chọn Q1 là Q2SC1815 với các thông số sau:

Thông số

Q1=(Q2SC1815) 800 150 50 50

3.5 Chọn R17

Ta có :

Chọn R17 =8,2(KΩ) 3.6 Chọn R1

C2 10

Cz1 22

C4

R9 220

DZ

1N4476R

R5 4,7

R17 8,2K

1Vac

1Vdc

C5 470

Q 7 MJ15002

R12 470

R1

15K

Q5 MJE171

R11 6,8 K

R16 5,5

R 14 0,33/5W

R13 470

R3

18 K

Q 4 MJE181

Vin

R 8 560

Q2

A 1015

D2 1N4007

C1

D1 1N4007 R10 560