thuchanh dien tu

Các mạch khuếch đại âm tần sử dụng BJTs (thời gian ngày) Định nghĩa: Mạch khuếch đại âm tần mạch hoạt động với tín hiệu hình sin khơng sin, có dải tần nằm khoảng tai người nghe Thơng thường, tai người có sức khỏe tốt, nghe âm từ 20 Hz đến 20 kHz Giải thích số từ ngữ có liên quan đến tín hiệu âm tần: Sóng âm có nguồn gốc từ dao động học lan truyền không khí đến tai ta Người ta ghi nhận lại sóng âm thanh, biến đổi thành tín hiệu điện, biến đổi ngược lại từ tín hiệu điện thành sóng âm Tín hiệu âm tần tín hiệu điện biến đổi từ sóng âm thành Tần số: liên quan đến độ trầm bổng âm Âm bổng có tần số cao, âm trầm có tần số thấp Biên độ: liên quan đến độ lớn mạnh âm Âm lớn biên độ cao Âm sắc: liên quan đến độ phức tạp sóng âm Âm sắc phức tạp nhiều họa tần Có họa tần làm cho âm nghe mượt mà hơn, có họa tần làm cho âm nghe chói tai Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Khái niệm tín hiệu chiều tín hiệu xoay chiều Trong điện tử, người ta thường phải làm việc với tín hiệu điện phức tạp, có thành phần chiều xen lẫn với thành phần xoay chiều Chúng ta cần phân biệt thành phần Thành phần chiều tín hiệu Điện chiều nguồn điện có chiều trị số khơng đổi theo thời gian Tuy nhiên tín hiệu mạch điện tử thường thay đổi theo thời gian, nên không đơn giản điện chiều Người ta định nghĩa thành phần chiều trị số trung bình tín hiệu thời gian Thành phần xoay chiều tín hiệu Khi tín hiệu có thay đổi theo thời gian, thay đổi so với giá trị trung bình gọi thành phần xoay chiều tín hiệu Như giá trị đo mạch điện tử bao gồm thành phần: thành phần chiều thành phần xoay chiều Thành phần chiều ảnh hưởng đến chế độ làm việc mạch Nó xác định việc định thiên cho transistor Nó làm tảng cho mạch hoạt động ổn định lâu dài Tuy nhiên, khơng có tác dụng để biến đổi từ sóng điện thành sóng âm Thành phần xoay chiều chất tín hiệu âm tần Nó thành phần tín hiệu âm biến đổi thành điện, thành phần biến đổi từ điện thành âm Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Khái niệm chọn lọc tín hiệu chiều tín hiệu xoay chiều Tín hiệu hữu ích âm tần tín hiệu xoay chiều, thành phần chiều lại định chế độ làm việc mạch Vì cần phải ổn định thành phần chiều, cần tách riêng thành phần xoay chiều để xử lý Trong mạch khuếch đại âm tần thường tầng khuếch đại không đủ để khuếch đại đến mức mong muốn, nên phải dùng nhiều tầng khuếch đại Tín hiệu sau khuếch đại tầng đưa đến tầng để khuếch đại thêm Vì ta cần kết nối tầng khuếch đại với Cách kết nối tầng mạch khuếch đại âm tần Giữa nguồn đầu vào mạch khuếch đại tín hiệu, đầu mạch khuếch đại tín hiệu với tải, đầu mạch khuếch đại với đầu vào mạch khuếch đại khác, thường có chênh lệch điện chiều Nếu nối chúng với nhau, điện chiều mạch ảnh hưởng đến mạch khác ngược lại Điều làm phá vỡ ổn định mạch Vì phải có biện pháp kết nối cho: • Thành phần chiều mạch không ảnh hưởng đến • Thành phần xoay chiều thơng qua từ mạch sang mạch Có nhiều cách kết nối: kết nối trực tiếp, kết nối biến áp, kết nối tụ điện Hiện người ta chuộng cách kết nối trực tiếp cách kết nối tụ điện Cách kết nối tụ điện Cách kết nối tụ điện đơn giản, dễ thực Đối với chiều, tụ điện vật cách điện Đối với thành phần xoay chiều, tụ điện có trở kháng XC = 1/ 2πfC Nếu chọn C đủ lớn Xc đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến mạch Khi kết nối tụ điện, người ta tính tốn định thiên cho transistor riêng lẻ Sau tính tốn kết nối mạch với cho tín hiệu xoay chiều thơng suốt Tụ điện dùng để kết nối mạch với nhau, thường tụ hóa, có cực tính Khi ráp mạch phải đặt cực tính cho phù hợp Tụ kết nối gọi tụ liên lạc Cách kết nối trực tiếp Kết nối trực tiếp khó khăn hơn, người ta phải tính tốn cho mạch với khơng có chênh lệch điện áp DC Hay xác phải thiết kế DC cho tồn khối, không thiết kế riêng lẻ tầng Bài tập thực hành 1: Sử dụng mạch điện lắp ráp từ • Lắp thêm dây từ cực B cực C Nối thêm tụ điện, điện trở máy phát sóng hình vẽ • Cấp điện 15VDC cho mạch • Đo điện áp điểm A, B, C, D VOM thang đo chiều Ghi nhận trị số • Đo điện áp điểm A, B, C, D VOM thang đo xoay chiều Ghi nhận trị số • Dùng máy sóng quan sát dạng sóng điểm • Phát tín hiệu 400 Hz, 0,2V máy phát sóng • Đo lại điện áp DC điểm A, B, C, D • Đo lại điện áp AC điểm A, B, C, D • Dùng máy sóng quan sát dạng sóng điểm • Ghi nhận lại thơng số nhận xét • Bài tập thực hành 2: Sử dụng mạch điện lắp ráp từ • Lắp thêm dây từ cực B cực C Nối thêm tụ điện, điện trở máy phát sóng hình vẽ • Phát tín hiệu 400 Hz, 0,2V máy phát sóng • Đo lại điện áp DC điểm A, B, C, D, E, F • Đo lại điện áp AC điểm A, B, C, D, E, F • Dùng máy sóng quan sát dạng sóng điểm • Ghi nhận lại thơng số nhận xét • Phát tín hiệu 400 Hz, 0,02V máy phát sóng • Lắp thêm tụ điện vào cực E transistor masse • Đo lại điện áp DC điểm A, B, C, D, E, F • Đo lại điện áp AC điểm A, B, C, D, E, F • Dùng máy sóng quan sát dạng sóng điểm • Ghi nhận lại thơng số nhận xét • Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Đặc tuyến tĩnh đặc tuyến động Đặc tuyến tĩnh Đặc tuyến tĩnh transistor tập hợp điểm mà transistor có làm việc hệ tọa độ U / I Đặc tuyến tĩnh phụ thuộc chủ yếu vào ðiện trở RC, RE VCC Cách vẽ đặc tuyến tĩnh hệ tọa độ U/I Đặc tuyến tĩnh transistor biểu thị hàm số bậc : VCE = VCC – IC*(RC+RE) Như đặc tuyến tĩnh transistor đường thẳng qua điểm: Điểm không dẫn: Điểm dẫn tối đa: I=0; VCE =VCEmax=VCC VCC=0; IC=ICmax=VCC/(RE+RC) Thí dụ đặc tuyến trên, thiết kế cho transistor làm việc 5mA ðiện áp hai đầu C E là: VCE=VCC-IC*(RC+RE)=15-0.005*(1000+1000)=5V (Điểm A đặc tuyến) Nhưng thiết kế cho mạch làm việc 2,5 mA ðiện áp hai đầu C E là: VCE=VCC-IC*(RC+RE)=15-0.0025*(1000+1000)=10V (Điểm B đặc tuyến) Cách vẽ đặc tuyến tĩnh oscillo scope Mạch ðiện ráp, nối vào nguồn hình vẽ Oscillo scope kênk để đo ðiện áp cực C Kênh để đo dòng cách đo ðiện áp rơi ðiện trở Chế độ đo Oscillo scope đặt chế độ đo XY Muốn đo đặc tuyến tĩnh gỡ tụ nối từ trans vào tải Muốn đo đặc tuyến động để tụ Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Đặc tuyến tĩnh đặc tuyến động Đặc tuyến động Đặc tuyến động transistor tập hợp điểm mà transistor có làm việc hệ tọa độ U / I điều kiện mang tải có kết nối AC Đặc tuyến động phụ thuộc chủ yếu vào điểm làm việc tĩnh đặc tuyến tĩnh độ dốc đặc tuyến động Độ dốc đặc tuyến động Độ dốc đặc tuyến tỉ số ΔI/ΔU Đối với đặc tuyến tĩnh, độ dốc 1/(RE+RC) Nhưng xét mạch xoay chiều, RE bị ngắn mạch CE, Rtải xem song song với RC Vậy độ dốc đặc tuyến động 1/(RC//Rtải ) Cách vẽ đặc tuyến động hệ tọa độ U/I Xác định điểm làm việc Transistor đặc tuyến tĩnh, cách tính tốn định thiên Vẽ đường thẳng nối liền hai điểm: Điểm không dẫn: I=0; VCE =VCEmax=VCC Điểm dẫn tối đa: VCC=0; IC=ICmax=VCC/(RC//Rtải) Từ điểm tĩnh đặc tuyến tĩnh, vẽ đường thẳng song song với đường thẳng Thí dụ trường hợp đây, RC=RE=1kΩ Rtải=10kΩ Đặc tuyến tĩnh qua điểm: Điểm không dẫn: Điểm dẫn tối đa: I=0; VCE =VCEmax=VCC=15V VCC=0; IC=ICmax=VCC/(RC+Re)=7,5mA Chọn điểm làm việc: U =5V, I = 5mA Vẽ đường mô đặc tuyến động qua điểm: Điểm không dẫn: Điểm dẫn tối đa: I=0; VCE =VCEmax=VCC=15V VCC=0; IC=ICmax=VCC/(RC//Rtải)=16.6mA Đặc tuyến động transistor đường qua điểm tĩnh 5V, 5mA song song với đường thẳng Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Các kiểu lắp đặt transistor Tùy theo cách đưa tín hiệu vào lấy tín hiệu ra, transistor sử dụng kiểu lắp khác Transistor lắp kiểu cực phát chung (CE: Common Emitter) Với transistor định thiên hình bên cạnh, ta đưa tín hiệu vào cực B với đất, lấy tín hiệu cực C với đất Cực E xem nối masse qua điện trở RE (hoặc ngắn mạch qua tụ điện CE) Mạch có cực E chung cho ngõ vào ngõ chung, nên gọi mạch CE Mạch CE mạch thơng dụng nhất, có tổng trở đầu vào lớn trung bình, tổng trở đầu lớn trung bình, hệ số khuếch đại lớn Người ta điều chỉnh hệ số khuếch đại cách điều chỉnh điện trở nối đất RE Hệ số khuếch đại: kU=(RC//Rtải)/(RE+Re) Trong RE điện trở nối từ E xuống masse xét mặt xoay chiều Re điện trở tương đương cực E, khoảng vài chục đến vài trăm Ω Dưới cách để định RE = 100 Ω mặt xoay chiều: Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Các kiểu lắp đặt transistor Transistor lắp kiểu cực chung (CB: Common Base) Với transistor định thiên hình bên cạnh, ta đưa tín hiệu vào cực E với đất, lấy tín hiệu cực C với đất Cực B xem nối masse qua điện trở tụ điện CB Mạch có cực B chung cho ngõ vào ngõ chung, nên gọi mạch CB Mạch CB mạch thơng dụng nhất, có tổng trở đầu vào nhỏ, tổng trở đầu lớn, hệ số khuếch đại lớn Mạch CB thường dùng để ghép nối với mạch tín hiệu vào có tổng trở thấp Thí dụ mạch khuếch đại microphone tổng trở thấp mạch khuếch đại cao tần Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Các kiểu lắp đặt transistor Transistor lắp kiểu cực thu chung (CC: Common Collecter) Với transistor định thiên hình bên cạnh, ta đưa tín hiệu vào cực B với đất, lấy tín hiệu cực E với đất Cực C xem nối masse qua điện trở nguồn Mạch có cực C chung cho ngõ vào ngõ chung, nên gọi mạch CC Mạch CC mạch tương đối thông dụng, thường dùng làm mạch đệm có tổng trở đầu vào lớn, tổng trở đầu nhỏ, hệ số khuếch đại điện áp gần Hệ số khuếch đại dòng gần β transistor Mạch CC ứng dụng nhiều tầng công suất, ổn áp, đệm để phối hợp tổng trở… Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Các kiểu lắp đặt phối hợp hai hay nhiều transistor Transistor lắp kiểu Cascode Kiểu cascode kiểu lắp phối hợp CB CE Ngõ CE lớn bị ngắn mạch ngõ vào CB nhỏ Vì hệ số khuếch đại tồn mạch tương đương với mạch CE thơi Tuy nhiên kiểu lắp đặt có tác dụng làm tăng đáng kể dải tần, loại bỏ hiệu ứng hồi tiếp âm nội tần số cao CE, đặc tính tần số cao tốt CB Transistor lắp kiểu vi sai Kiểu cascode kiểu lắp phối hợp hai mạch CE, hai cực E nối chung với Mạch thường dùng làm mạch so sánh tín hiệu Tín hiệu la lấy từ cực C, tỷ lệ với hiệu số tín hiệu vào Transistor lắp kiểu Darlington Kiểu cascode kiểu lắp phối hợp mạch CC Kiểu tăng cường hệ số khuếch đại dòng kI = β1*β2 Nhờ hệ số khuếch đại dòng cao, nên tổng trở thấp Thường sử dụng mạch công suất âm Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Mạch khuếch đại công suất Mạch khuếdch đại công suất hệ thống âm mạch khuếch đưa tín hiệu loa Do loa nghe nhạc đa số có hiệu suất tương đối thấp, ta cần công suất âm lớn để nghe, nên mạch công suất cần cung cấp cơng suất đủ lớn để kích hoạt loa Thơng thường loa có tổng trở thấp (16Ω, 8Ω, 4Ω, 3,2Ω, 2Ω) Do đó, tổng trở ngõ mạch công suất cần phải nhỏ Các mạch khuếch đại công suất đèn chân không transistor nối kiểu CE có tổng trở lớn, khơng phối hợp với tổng trở nhỏ loa Tín hiệu loa bị suy giảm mạnh Vì trường hợp trên, người ta phải dùng máy biến áp xuất âm Máy biến áp xuất âm có nhiệm vụ phối hợp tổng trở, thay đổi mức điện áp cho phù hợp cách ly mạch loa với mạch khuếch đại Hiện với kỹ thuật bán dẫn tiến triển trước, người ta thường chuyển sang mạch cơng suất có ngõ khơng biến xuất âm (OTL: output transformer-less) Mạch đơn giản, dùng nguồn đơn, điện áp có trị số DC ½ điện áp nguồn, nên nối loa phải liên lạc tụ điện Sau này, mạch khuếch đại thuật toán sử dụng rộng rãi, người ta bắt đầu áp dụng nguyên lý mạch vào mạch công suất dùng BJT Nguồn cung cấp nguồn đơi Ngõ có mức DC =0, nên không cần sử dụng tụ liên lạc, mà nối trực tiếp loa, nên gọi mạch cơng suất khơng có tụ điện ngõ (OCL: output capasitor-less) Chúng ta bắt đầu phân tích số mạch công suất đơn giản: Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Mạch khuếch đại công suất không biến áp xuất âm (OTL) Chúng ta xem xét mạch công suất đơn giản đây: Tầng khuếch đại đầu vào Tầng khuếch đại đầu vào tầng khuếch đại kiểu CE Tầng khuếch đại tiền công suất Tầng khuếch đại tiền công suất vào tầng khuếch đại kiểu CE có hồi tiếp điện áp Tầng thiết kế với dịng điện lớn đủ để kích tầng công suất Tầng khuếch đại công suất Tầng khuếch đại công suất tầng khuếch đại kiểu CC Bao gồm cặp Darlington bổ phụ, khuếch đại đẩy kéo nối tiếp Độ lợi điện áp tầng gần Tầng thiết kế lớp AB, có dịng tĩnh nhỏ, cỡ 10 mA Khi có tín hiệu, nhiệm vụ tầng sau: • Cặp Darlington D468 C1061 khuếch đại nửa chu kỳ dương Ở nửa chu kỳ âm, cặp cắt • Cặp Darlington A671 B562 khuếch đại nửa chu kỳ âm Ở nửa chu kỳ dương, cặp cắt Mạch tinh chỉnh dòng tĩnh Biến trở 1kΩ cực C tầng tiền công suất tinh chỉnh cho dịng điện qua tầng cơng suất khơng có tín hiệu khoảng từ 10 đến 20 mA Trong trường hợp khơng cần tinh chỉnh xác dòng tĩnh, người ta thường thay biến trở diode công suất nhỏ nối tiếp với nhau, đèn LED đỏ Mạch liên lạc ngõ Do ngõ có điện DC xấp xỉ ½ điện áp nguồn, nên muốn xuất loa, cần phải liên lạc tụ Tụ cọn tùy thuộc vào tổng trở loa tần số làm việc loa Ở tần số cắt, tổng trở tụ có giá trị tổng trở loa Với loa Ω, tụ 100 μ F tần số cắt là: Xc = 1/ (2 π f C) Ohm = 1/ (2 * 3,14 * f *1000 * 106) f = 1/ (2 * 3,14 * f *1000 * 106 * 8) f = 20Hz Mạch hồi tiếp âm Điện áp ngõ tầng công suất đưa hồi tiếp cho tầng tiền công suất qua điện trở 47k 4.7k Như 1/10 điện áp so sánh với điện áp ngõ vào Giả sử hệ số khuếch đại trasistor đủ lớn, độ lợi mạch tiền cơng suất + công suất xấp xỉ =10 Mạch Bootstrap Điện áp ngõ mạch công suất đưa vào điểm nối điện trở cực C tầng tiền công suất Tụ cho phép điện điểm chạy theo điện ngõ tầng tiền công suất với chênh lệch điện trị số cố định Như nửa chu kỳ dương, điện điểm cao điện áp nguồn, tránh cho đầu không bị suy giảm công suất giảm dòng qua RC Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Mạch khuếch đại công suất không tụ loa (OCL) Chúng ta xem xét mạch công suất OCL đơn giản đây: Tầng khuếch đại đầu vào (Q1, Q2) Tầng khuếch đại đầu vào tầng khuếch đại vi sai Tầng khuếch đại tiền công suất(Q3, Q5) Tầng khuếch đại tiền công suất vào tầng khuếch đại điện kiểu CE Tầng thiết kế với dịng điện lớn đủ để kích tầng cơng suất Dịng điện qua Q3 đưa qua Q4 sau đưa sang Q6 Như tín hiệu vi sai Q1 Q2 chuyển thành tín hiệu đơn để đưa đến tầng cơng suất Tầng khuếch đại công suất Tầng khuếch đại công suất tầng khuếch đại kiểu CC Bao gồm cặp Darlington bổ phụ, khuếch đại đẩy kéo nối tiếp Độ lợi điện áp tầng gần Tầng thiết kế lớp AB, có dịng tĩnh nhỏ, cỡ 10 mA Khi có tín hiệu, nhiệm vụ tầng sau: • Cặp Darlington Q7 Q9 khuếch đại nửa chu kỳ dương Ở nửa chu kỳ âm, cặp cắt • Cặp Darlington Q8 Q10 khuếch đại nửa chu kỳ âm Ở nửa chu kỳ dương, cặp cắt Mạch tinh chỉnh dòng tĩnh Biến trở 1kΩ cực C tầng tiền công suất tinh chỉnh cho dịng điện qua tầng cơng suất khơng có tín hiệu khoảng từ 10 đến 20 mA Trong trường hợp khơng cần tinh chỉnh xác dịng tĩnh, người ta thường thay biến trở diode công suất nhỏ nối tiếp với nhau, đèn LED đỏ Mạch liên lạc ngõ Do ngõ có điện DC xấp xỉ 0V, nên xuất trực tiếp loa mà khơng cần thông qua tụ Mạch hồi tiếp âm Điện áp ngõ tầng công suất đưa hồi tiếp cho tầng tiền công suất qua điện trở 47k 1k Đối với DC xem toàn điện áp ngõ đưa so sánh với điện áp ngõ vào Do độ lợi tồn mạch xấp xỉ =1 Vì ngõ vào nối đất qua điện trở 47k, nên xem =0 Do ngõ =0V Đối với AC: tụ điện xem ngắn mạch, nối điện trở k xuống đất Như 1/47 điện áp so sánh với điện áp ngõ vào Giả sử hệ số khuếch đại trasistor đủ lớn, độ lợi tồn mạch xấp xỉ =47 Nguồn: PQT ... độ đo XY Muốn đo đặc tuyến tĩnh gỡ tụ nối từ trans vào tải Muốn đo đặc tuyến động để tụ Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Đặc tuyến tĩnh đặc tuyến động Đặc tuyến động Đặc tuyến động transistor... tải có kết nối AC Đặc tuyến động phụ thuộc chủ yếu vào điểm làm việc tĩnh đặc tuyến tĩnh độ dốc đặc tuyến động Độ dốc đặc tuyến động Độ dốc đặc tuyến tỉ số ΔI/ΔU Đối với đặc tuyến tĩnh, độ dốc 1/(RE+RC)... Các mạch âm tần sử dụng BJTs – Đặc tuyến tĩnh đặc tuyến động Đặc tuyến tĩnh Đặc tuyến tĩnh transistor tập hợp điểm mà transistor có làm việc hệ tọa độ U / I Đặc tuyến tĩnh phụ thuộc chủ yếu vào