Đồ án điện tử công suất

Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG PHỤ LỤC PHẦN I CHƯƠNG I: MÁY PHÁT 1.1.Sơ đồ khối hệ thống điện tử thông tin 1.2.Định nghĩa phân loại: 1.3.Máy phát điều tần FM 1.3.1.Nhiệm vụ khối 1.3.2.Nguyên lí hoạt động : 1.3.3 Dạng sóng đầu khối: 1.4Công suất phát 1.5 Kết luận chương CHƯƠNG II: MÁY THU FM 2.1 Định nghĩa máy thu: 2.2.Máy thu đổi tần FM: CHƯƠNG III: CÁC MẠCH THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY PHÁT FM 3.1.Mạch tạo dao động 3.1.1 Các vấn đề chung mạch tạo dao động 3.1.2 Mạch tạo dao động hồi tiếp dương 3.1.2.1 Điều kiện để mạch tạo dao động 3.1.2.2 Đặc điểm mạch dao động 3.1.2.3 Mạch dao động ba điểm điện dung 3.2 Mạch khuyếch đại thuật toán 3.3 Mạch khuyếch đại dùng BJT 3.3.1 Các chế độ hoạt động BJT SVTH: Page Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG PHẦN I CHƯƠNG I: MÁY PHÁT 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điện tử thông tin Định nghĩa phân loại: Một hệ thống điện tử thông tin bao gồm, máy phát, máy thu môi trường truyền sóng Trong máy phát thiết bị phát tín hiệu dạng sóng điện từ biểu diễn hình thức 1.2 SVTH: Page Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG Hình 1.2: sơ đồ khối hệ thống thiết bị thu phát Sóng điện từ gọi sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới máy thu Thông tin gắn với tải tin theo hình thức điều chế thích hợp Máy phát phải phát công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu nhiễu đủ lớn cho máy thu Máy phát phải sử dụng điều chế xác để bảo vệ thông tin phát đi, không bị biến dạng mức Ngoài tần số hoạt động máy phát phải chọn vào kênh vùng phủ song theo qui định hiệp hội thông tin quốc tế Các tần số trung tâm máy phát phải có độ ổn định tần số cao Do tiêu máy phát là: công suất ra, tần số làm việc , độ ổn định tần số, dải tần số điều chế  Có nhiều cách phân loại máy phát  Theo công dụng:  Theo tần số: - Phát thanh: +  30 KHz  (100 Km  10 Km) : đài phát sóng cực dài: VLW + 30  300 Khz  (10 Km  Km) : đài phát sóng dài: LW + 300  3000 Khz  (1Km  100m) : đài phát sóng trung : MW +  30 Mhz  (100m  10m) : đài phát sóng ngắn: SW - Phát hình: + 30  300 MHz (10m  1m): đài phát sóng met + 300  3000 MHz  (1m  0.1m) : đài phát sóng dm SVTH: Page Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG - Thông tin vi-ba, ra-da : +  30 Ghz  (0.1m  0.01 m) : đài phát sóng cm + 30  300 Ghz  (0.01m  0.001m) : đài phát sóng mm  Theo điều chế: + Máy phát điều biên AM + Máy phát đơn biên SSB + Máy phát điều tần (FM) máy phát điều tần âm (FM stereo) Ngày máy phát đa số nghiên cứu để ứng dụng tất vào loại máy phát thông tin số, phát thanh, phát hình, v.v…  Theo công suất: + Máy phát công suất nhỏ P < 100 + Máy phát công suất trung bình 100 W  P  10 KW + Máy phát công suất lớn 10 KW  P 2𝑉𝑐𝑐 4.1.3 Tính R8 Chọn dòng chạy qua Q2 IcQ2= 8.5 mA  IBQ2 =  R8= 𝐼𝑐𝑄2 8.5 = 100 = 0.085 mA 𝛽 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒𝑄2 𝐼𝐵𝑄2 9−0.6 = 0.085∗10−3 = 98.8*103 Ω = 98.8 KΩ Chọn R8= 100 KΩ 4.2 Tầng dao động Tầng dao động có tác dụng điều chế tín hiệu âm tần để tạo thành tín hiệu FM có tần số từ 88MHz đến 108MHz Vcc Mạch dao động thực theo chế độ điểm điện dung L1 C7 R6 Vin Q1 C8 Vout C6 R7 SVTH: Page 23 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 4.2.1 Tính chọn Q1 Chọn chế độ hoạt động Q1 chế độ A để tránh méo tín hiệu Do vậy, chọn VCE=80%*Vcc=0.8*9=7.2 V Chọn dòng chạy qua Q1 Ic=10mA Chọn BJT Q1 2SC9018 có β=100, thỏa: 𝑃𝑐 = 400𝑚𝑊 > ∗ 𝑃𝑡𝑡 = ∗ 𝐼𝑐 ∗ 𝑉𝑐𝑒 = ∗ 10 ∗ 7.2 = 144𝑚𝑊 { 𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥 = 150𝑚𝐴 > ∗ 𝐼𝑐 = 20𝑚𝐴 𝑉𝑐𝑒𝑜 = 15𝑉 > 𝑉𝑐𝑐 = 9𝑉 4.2.2 Tính chọn L1, C7, C8 Ltd,Cbe C8 tạo thành mạch dao động điểm điện dung Gọi Ltd= L1// C7 => j𝜔Ltd = 𝐿1 ↔ Ltd= 1−𝜔2 ∗𝐿1∗𝐶7 𝑗𝜔𝐿1∗𝑗𝜔𝐶7 𝑗𝜔𝐿1+ 𝑗𝜔𝐶7 (*) Sơ đồ mạch dao động điểm điện dung Tần số dao động mạch fdđ = 𝐶8∗𝐶𝑏𝑒 (**) 2𝜋∗√𝐿𝑡𝑑∗𝐶8+𝐶𝑏𝑒 Ltd C8 Q1 Khi điện áp vào BJT thay đổi tụ Cbe thay đổi, tần số mạch thay đổi => điều chế FM Cbe Chọn C8=5pF, Cbe= 1.3pF Từ (**) => 92.5*106 = 2𝜋√𝐿𝑡𝑑∗ 5∗10−12 ∗1.3∗10−12 5∗10−12 +1.3∗10−12 => Ltd = 299*10-9 H Từ (*) => 299*10-9= 𝐿1 1−(2𝜋∗92.5∗106 )2 ∗𝐿1∗𝐶7 Chọn C7= 10pF => L1=149 nH SVTH: Page 24 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 4.2.3 Tính R6 R7 C6 VR7=Vcc-VCE = – 7.2 = 1.8V  R7= 𝑉𝑅7 𝐼𝑐 = 1.8 10 = 180 Ω Chọn R7= 180Ω VR6= Vcc – VBE – VR7 𝐼𝑐 ↔ R6* 𝛽 = Vcc – VBE – VR7 10 ↔ R6*100 = – 0.6 – 1.5  R6= 69 KΩ Chọn R6 = 68 KΩ Tụ C6 có tác dụng làm cho transistor hoạt động chế độ tần số cao tần Chọn giá trị tụ C6= 103 ( 10nF) hạn chế đáp ứng cao tần đến 15KHz 4.3 Tầng tiền khuếch đại Tầng tiền khuếch đại có tác dụng khuếch đại biên độ tín hiệu âm tần đủ lớn để đưa vào tầng dao động Vcc Ta chọn Opamp thay BJT trở kháng đầu vào Opamp vô trở kháng thấp, độ lợi lớn R2 Vin U2B Vout Ở ta chọn Opamp TL082 - 11 + TL084 R3 4.3.1 Chọn R3 R4 R1 Xét mạch khuếch đại hình R4 C2 Ở chế độ chiều độ lớn tầng Vout= Vin Ở chế độ xoay chiều, ta muốn có độ lợi Av=8 lần SVTH: Page 25 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 𝑅3 → Av= +𝑅4 = ↔ R3= 7*R4 Chọn R4= 1.5 KΩ → R3 = 7*1.5 = 10.5 KΩ Chọn R3 = 10 KΩ 4.3.2 Chọn R1 R2 Điện trở R1, R2 tạo thành cầu phân áp cho Opamp Ta chọn R1 R2 không nhỏ ảnh hưởng đến trở kháng đầu vào opamp Chọn R1=R2= 100 KΩ 4.4 Tính chọn thông số khác 4.4.1 Tính tụ C1 Tụ C1 có tác dụng liên lạc, cách ly tín hiệu chiều tín hiệu đầu vào tầng tiền khuếch đại Ta chọn giá trị C1 cho dung kháng tụ nhỏ trở kháng đầu vào Opamp 1 𝑅1∗𝑅2 Chọn XC1= 10 Zinopamp= 10*𝑅1+𝑅2 Tín hiệu đầu vào có biên độ khoảng 775mV, tần số từ 20Hz ÷ 20KHz Chọn tần số tín hiệu âm 100 Hz 1 100∗103 ∗100∗103  XC1 = 2𝜋𝑓𝐶1 = 2𝜋∗100∗𝐶1 = 10∗(100∗103 +100∗103 )  C1 = 0.3µF Chọn C1= 1µF 4.4.2 Tính tụ C2 Tụ C2 có tác dụng làm cho tầng tiền khuếch đại có độ lợi có tín hiệu chiều Av có tín hiệu xoay chiều, để tụ C2 có giá trị nhỏ để có tín hiệu xoay chiều tụ xem ngắn mạch Chọn C2= 5nF SVTH: Page 26 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 4.4.3 Tính tụ C3 C4 Tụ C3 C4 cặp tụ có tác dụng làm ổn định nguồn, tránh nhiễu tác động vào Chọn tụ C3 có giá trị lớn có tín hiệu với tần số thấp tác động vào nguồn bị tụ đưa xuống mass Chọn C3= 10µF Chọn tụ C4 có giá trị thấp có tín hiệu tần số cao tác động vào nguồn bị tụ đưa xuống mass Chọn C4= 100nF 4.4.4 Tính C5 R5 Tụ C5 tụ liên lạc, R5 trở cách ly, hạn dòng tầng tiền khuếch đại tầng dao động Vì trở R5 cách ly hạn dòng nên giá trị điện trở R5 cần phải lớn, đồng thời R5 lớn để tăng trở kháng đầu vào R5 Chọn R5= 10KΩ Vì chế độ xoay chiều tụ C5 xem ngắn mạch nên trở kháng đầu vào mạch điện trở vào Q1 Chọn XC5 = ZinQ1 = R5//R6 // β(re+R7)  2𝜋∗100∗𝐶5 =68000 // 10000 //100(2.6 + 180) =5900  C5=270 nF Chọn C5=330nF 4.4.5 Tính C9 C9 tụ liên lạc tầng dao động tầng khuếch đại Chọn giá trị tụ nhỏ giá trị điện trở đầu vào tầng khuếch đại ZinQ2= R8//rbe Mà rbe=βre = β* 25𝑚𝑉 𝐼𝑐 25 𝑚𝑉 = 100*8.5 𝑚𝐴 = 294 Ω 100000∗294  ZinQ2= 100000+294 = 293Ω Chọn XC9 = 10ZinQ2 = 29.3 Ω SVTH: Page 27 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 29.3  C9 = 2𝜋∗90∗106 = 5.2*10-8 F =52 nF Chọn C9= 33nF 4.4.6 Tính C12 Tụ C12 tụ thoát cao tần, tránh đưa tần số cao nguồn làm nhiều nguồn Chọn giá trị tụ nhỏ Chọn C12= 100nF SVTH: Page 28 [...]... kháng giữa collector và đất , nhưng do C được nối với khung cộng hưởng nên nó là phần tử trở kháng của khung cộng hưởng SVTH: Page 13 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG Ta có công thức sau : 𝑍𝑐 = (𝑃2 𝑅𝑡𝑑 ) // 𝑍𝑣𝑝𝑎 (1) 𝑍𝑣𝑝𝑎 : Trở kháng vào phản ảnh sang nhánh collector-emitor 𝑅𝑡𝑑 : là trở kháng của khung cộng hưởng tại tần số cộng hưởng 𝐿 𝑅𝑡𝑑 =𝐶.𝑟 L : điện cảm của khung cộng hưởng C : điện. .. ℎ11𝑒 𝑅𝑡đ (3) SVTH: Page 15 Đồ án điện tử thông tin 𝑓𝑑đ = 𝑓𝐶𝐻 = GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG 1 𝐶 𝐶 2𝜋.√𝐿.𝐶 1+𝐶2 1 Từ (3),(4) ta tìm được L , 𝐶1 , 𝐶2 (4) 2 b Mạch BC: Hình 3.3: Sơ đồ mạch dao động ba điểm điện dung dùng Transitor(mạch BC) 3.2 Mạch khuyếch đại thuật toán Ưu điểm của mạch khuếch đại thuật toán (OPAMP): +Nguồn điện áp cung cấp thường nhỏ 5÷18V SVTH: Page 16 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN... là điện áp đỉnh 1 𝑉 2 𝐿𝑃  PL=Rt*I2Lhd= 2* 𝑅𝑡  VLP= √2 ∗ 𝑃𝐿 ∗ 𝑅𝑡= √2 ∗ 0.1 ∗ 52.4 = 3.23 V  ILP = 𝑉𝐿𝑃 𝑅𝑡 3.23 = 52.4 = 0.0616 A = 61.6 mA Công suất cung cấp cho Q2 là: Pcc= Vcc*Itb = Vcc* 𝐼𝐿𝑃 𝜋 = 9* 61.6 𝜋 = 176,56 mW Công suất xoay chiều trên tải: PAC= Rt*I2LPhd = Rt* 𝐼 2 𝐿𝑃 2 0.06162 = 52.4* 2 = 99.4mW  Công suất tiêu tán trên Q2: Ptt=Pcc- PAC = 176.56 - 99.4= 77.16 mW SVTH: Page 22 Đồ án điện tử. .. Page 19 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG PHẦN II: TÍNH TOÁN  SƠ ĐỒ MẠCH 1 2 C3 10u C13 100n 1 1 C4 100n C7 12p R8 100k C10 10p L1 L2 0 J2 R6 68k R2 100k C12 100n 0 OP-TL082 1 2 3 + 2 OS1 OS2 V- 0 - 4 OUT 2 2 7 U3 C1 1uF V+ J1 1 0 Q1 2SC1815 C5 Q2 2SC1815 C11 33p 6 8 R5 10K J3 C C8 5p R3 10k 1 2 C9 33p C6 1n R7 180 R1 100k R4 1.5k C2 5n 0 4.1 Tầng khuếch đại SVTH: Page 20 Đồ án điện tử thông... xét đến mạch khuyếch đại opam có trở kháng vào lớn Hình 3.4: mạch trừ có trở kháng vào lớn Viết phương trình dòng điện cho nút N1 và N2 ta có: Vin1 Vn V n V out V n + =0 R R /n KR ( mà Vn= Vin2 ) SVTH: Page 17 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG Mạch này thường được dùng tại tầng khuyếch đại đầu tiên của máy phát Sở dĩ nó được dùng vì nó có trở kháng vào lớn Do đó nó hạn chế được nhiễu... phần tử phi tuyến hay một khâu điều chỉnh để đảm bảo cho biên đọ dao động không đổi ở trạng thái xác lập 3.1.2.3 Mạch dao động ba điểm điện dung Phương pháp tính toán mạch dao động ba điểm điện dung : Có nhiều phương pháp, nhưng ở đây ta xét phương pháp thông dụng nhất, đó là tính toán mạch dao động theo phương pháp bộ khuếch đại có hồi tiếp a Mạch EC Hình 3.2 : Sơ đồ mạch dao động ba điểm điện dung... 10pF, L2= 149 nH 4.1.2 Tính chọn BJT Q2 Để tín hiệu không méo dạng, ta chọn BJT Q2 hoạt động ở chế độ A Sơ đồ tương đương của Q2 SVTH: Page 21 Đồ án điện tử thông tin Vin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG B C hie hf e*Ib R8 Cbe 1/hoe Cce L3 Ranten C10 hre.ib E Trở kháng ra của Anten là Ranten= 75Ω Trở kháng tải Rt= XL3//XC10//Ranten 1 Xtd= XL2//XC10= 𝑗𝜔∗𝐿3∗𝑗𝜔∗𝐶10 1 𝑗∗2𝜋∗92.5∗106 ∗149∗10−9 𝑗𝜔𝐿3 = 1−𝜔∗𝜔∗𝐿3∗𝐶10.. .Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG CHƯƠNG III CÁC MẠCH THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY PHÁT FM 3.1.Mạch tạo dao động 3.1.1 Các vấn đề chung về mạch tạo dao động Các tham số cơ bản của mạch tạo dao động : +Tần số dao động +Biên độ điện áp ra +Độ ổn định tần số dao động +Công suất ra Nguyên tắc cơ bản để tạo mạch dao động điều hòa : +Tạo... vào Chế độ này thường được dùng trong các trường hợp tránh gây méo tín hiệu 3.3.2.mạch E chung(EC) Hình 3.5:mạch cơ bản và mạch tương đương xoay chiều của mạch EC Trị số β do nhà sản xuất cho biết Trị số re được tính từ mạch phân cực: re = 26mV Ic Từ mạch tương đương ta tìm được các thông số của mạch * Ðộ lợi điện thế: SVTH: Page 18 Đồ án điện tử thông tin Av = GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG V out Vi Ta có:... tiếp về đồng pha với tín hiệu vào 3.1.2.2 Đặc điểm của mạch dao động - Mạch dao động là một mạch khuếch đại , nhưng là mạch khuếch đại tự điều chỉnh bằng hồi tiếp dương từ đầu ra về đầu vào Năng lượng tự dao động lấy từ nguồn cung cấp một chiều - Mạch phải thỏa mãn điều kiện cân bằng về biên độ và pha SVTH: Page 12 Đồ án điện tử thông tin GVHH:TS.NGUYỄN LÊ HÙNG - Mạch phải chứa ít nhất 1 phần tử tích ... tầng điện kháng, tầng điện kháng sử dụng phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thành điện kháng thay đổi ( dung kháng cảm kháng biến thiên ) để thực việc điều chế FM Phần tử điện kháng... Tầng điện kháng điều chề FM: Tầng điện kháng sử dụng phần tử điện kháng đẻ biến đổi tín hiệu âm tần thành tần số thay đổi(dung kháng cảm kháng biến đổi)để thực việc điều chế FM Phần tử điện kháng... đại công suất cao tầng: Có nhiệm vụ tạo công suất cần thiết theo yêu cầu công suất máy phát Công suất lớn số tầng khuyếch đại khối nhiều  Mạch ra: Để phối hợp trở kháng tầng khuyếch đại công suất