Thiết kế mạch khuếch đại công suất âm tần ocl 100w

Thiết kế mạch khuếch đại công suất âm tần ocl 100w

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

-o0o -ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI :THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG

SUẤT ÂM TẦN OCL 100W

GVHD: Th.S TẠ CÔNG ĐỨC SVTH: CAO VĂN HẢI

MSSV: 41200939

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2015

-✩ - -✩ -

Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Viễn Thông NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1 HỌ VÀ TÊN : CAO VĂN HẢI MSSV:41200939 2 NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP : DD12VT01 3 Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN OCL 4 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Mạch khuếch đại công suất OCL PLmax=100W BW:20Hz-20KHz RL=8Ω 5 Ngày giao nhiệm vụ: 28/9 6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:21/12 7 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: Th.S TẠ CÔNG ĐỨC THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI Tp.HCM, ngày… tháng… năm 20 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ :

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án này trình bày về lý thuyết, các bước tính toán ,mô phỏng để thiết kế mạch khuếch đại công suất OCL 100W

MỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3

2 LÝ THUYẾT 3

3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ 5

3.1 Tầng công suất 5

3.2 Tầng lái công suất 9

3.3 Tầng khuếch đại vi sai 11

4 MÔ PHỎNG 14

5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 14

5.1 Kết luận 19

5.2 Hướng phát triển 19

5.3 Thuận lợi và khó khăn 19

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Ngành Điện tử-Viễn thông là một trong những ngành quan trọng góp phần vào

sự phát triển của đất nước sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành Điện tử -Viễn thông ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao… Nhưng một điều

cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, FET ……mà nền tảng là điện tử tương tự

Có thể nói,Mạch Khuếch Đại Công Suất là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử-Viễn Thông phục vụ cho nhu cầu của con người

Hiện nay,trên thị trường có nhiều dạng mạch như : mach khuếch đại OTL, mạch khuếch đại OCL, mạch khuếch đại BCL… nhưng phổ biến nhất là loại mạch khuếch đại OCL Bởi vì dạng mạch này có nhũng ưu điểm về: hiệu suất, hệ số sử dụng BJT(FET) công suất, độ lợi băng thông, biên độ tín hiệu ra…

2 LÝ THUYẾT

2.1 Bộ khuếch đại công suất lớp A:

Điểm là tín hiệu ngõ ra của BJT luôn ở trong vùng tích cực có nghĩa là BJT được phân cực sao cho tín hiệu ngõ ra luôn biến thiên theo tín hiệu ngõ vào Thường điểm tĩnh Q(VCE,ICQ) được phân cực sao cho VCE=VCC/2

+ Ƣu điểm: tín hiệu ngõ ra có hình dạng giống tín hiệu ngõ vào, tín hiệu có chất lượng tương đối tốt, ít biến dạng

+ Khuyết điểm: do được phân cực ở chế độ làm việc tối ưu nên có tiêu hao năng lượng lớn kêt cả khi không có tín hiệu ở ngõ vào, hiệu suất của mạch thấp thường là

η = 25% Vì vậy mạch này ít được sử dụng

2.2 Bộ khuếch đại công suất lớp B:

Đặc điểm phân cực là điện áp VBE= 0V vì vậy khi tín hiệu ngõ vào phải vượt qua Điện áp ngưỡng Vγ của BJT thì mới cò tín hiệu ở ngõ ra thường chỉ khuếch đạ ở một bán kì dương hoặc âm tuỳ thuộc vào loại BJT là PNP hay NPN

Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng PUSH – PULL

+ Ƣu điểm: mạch không hoạt động khi không có tín hiệu ở nhõ vào, vì vậy tổn hao năng lượng rất ít

+ Khuyết điểm: tín hiệu ở ngõ ra sẽ bị méo xuyên tâm do tín hiệu ở ngõ vào phải vượt qua điện áp ngưỡng Vγ của BJT Hiệu suất của mạch cao thường là η = 50% - 78.5%

2.3 Bộ khuếch đại công suất lớp AB:

Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm meo xuên tâm của lớp B bằng cách nâng áp phân cực điểm tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A và lớp B, mạch được phân cực có

VBE gần bằng hoặc bằng Vγ của BJT Vì vậy tín hiệu ngõ vào sẽ được khuếch đại cho tín hiệu ngõ ra hơn nửa chu kì

Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng bổ phụ, có nghã là hai phần tử BJT công suất có cùng thông số nhưng một loại PNP và một là NPN Nếu mạch được thiết kế

dùng nguồn đôi ta gọi là mạch khuếch đại công suất dạng OCL ( OutputCapactor- Less), nếu dùng nguồn đơn và ngõ ra có tụ ta gọi là mạch khuếch đại công suất dạng OTL ( Output Transformer- Less)

Mạch khuếch đại OTL

Mạch khuếch đại OCL

+Ƣu điểm: tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở lớp B, tiêu hao năng lượng khi không

có tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao, hệ số sử dụng BJT cao

+ Khuyết điểm: cần có biến áp cung cấp nguồn đối xứng đối với mạch OCL phải có

tụ ở ngõ ra đối với mạch OCL

Lp cc

2 c 2 cc

cm L cm

C CE Cm

3.2.Tầng lái công suất:

C CE Cm

C CEQ Cm

3.3.Tầng khuếch đại vi sai :

C CE Cm

i i

10 1

b

i i

1 8

i i

8 2

b

i i

2 7

i i

7 1

b b

i i

i i

10 1

b

i i

1 8

i i

8 2

b

i i

2 7

i i

7 1

b b

i i

1 '

b L

7 7

Khảo sát ảnh hưởng của tụ:

Tụ C1 nối tín hiệu điện áp giữa điện áp và tầng nhận tín hiệu vài khuếch đại vi sai ,để không gay méo tín hiệu ta chọn tụ có giá trị

7

1

1

0.42

Sau khi chỉnh R5 ta thấy điểm giữa gần tiến về 0V,nên giá trị R5 có thể chọn gần bằng 1K

Mô phỏng ở chế độ AC

Vin =1V ,tần số :1Hz-200KHz

Biên độ điện áp gần 40V nhưng BW vẫn chưa đạt yêu cầu nếu sử dụng số liệu tính toán ta

thấy có sai số ,nên chỉnh C2=47uF,C3=1nF ta được kết quả như sau

Vậy C2 và C3 đóng vai trò quyết định tới băng thông của toàn mạch khuếch đại sao cho thỏa yêu cầu đề bài

Mô phỏng miền thời gian

Vin = 1V, tần số là 20Hz

Khi giữ nguyên giá trị R7 =0.82K ta thấy tín hiệu bị méo ,xén dạng ,không như hình dạng ban đầu ,tiến hành tăng R7=1K(thay đổi độ lợi Avf),ta được kết quả như sau :

Tín hiệu ngõ ra đã có hình dạng sóng sin (như tín hiễu ngõ vào và có biên độ 40V)

Như vậy sau khi tính toán và chạy mô phỏng để có được các số liệu khá chính xác ,ta sẽ có thông số mạch hoàn chỉnh như sau:

5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận

Sau khi thực hiện đồ án em thấy đã đạt được những kết quả sau :

- Tìm hiểu ,thiết kế và chế tạo được mạch khuếch đại công suất âm tầng OCL- 100W

có khả năng sử dụng rộng rãi,

- Vận dụng được nhiều kiến thức đã học ở trường

- Tìm hiểu được nhiều vấn đề có thể sử dụng sau này

- Rèn giũa khả năng sáng tạo

- Khả năng tìm tài liệu trên mạng

5.2 Hướng phát triển:

Mặc dù đã cố gắng nhưng mạch này vẫn còn nhiều hạn chế như:kiến thức hạn

chế ,khó thi công, thiết kế ,… nên có thể tìm hiểu và phát triển sao nhỏ nhỏ gọn và

tiện lợi hơn

5.3 Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện đề tài:

Thuận lợi:

- Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Tạ Công Đức và những thầy cô khoa Điện

tử-Viễn thông trong suốt thời gian qua

- Tài liệu tham khảo phong phú

Khó khăn:

- Thời gian thực hiện đề tài có giới hạn

- Chưa có kinh nghiệm là nên còn một số lỗi mắc phải

6.TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Mạch điện tử 1 tác giả Lê Tiến Thường nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

2 Mạch điện tử 2,tác giả Lê Tiến Thường nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

3 Mạch điển tử ,tác giả Trương Văn Tám ,nhà xuất bản Giáo Dục 2009

Một số trang web tham khảo