THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

Đồ án điện tử Giảng viên: Trần Vũ Kiên Sinh viên : Nguyễn Xuân Khải Lớp : C12 ĐTVT Đề tài : Mạch khuếch đại công suất Phần I: Cơ sở lý thuyết 1/ Khảo sát mạch khuếch đai công suất lớp B Trong mạch khuếch đại công suất loại B, ngƣời ta phân cực với V =0V nên bình thƣờng B transistor không dẫn điện dẫn điện có tín hiệu đủ lớn đƣa vào Do phân cực nhƣ nên transistor dẫn điện đƣợc bán kỳ tín hiệu (bán kỳ dƣơng hay âm tùy thuộc vào transistor NPN hay PNP) Do muốn nhận đƣợc chu kỳ tín hiệu ngỏ ngƣời ta phải dùng transistor, transistor dẫn điện chu kỳ tín hiệu Mạch gọi mạch công suất đẩy kéo (push-pull) Công suất cung cấp: (công suất vào) Ta có: Pi(dc) = V I CC DC Trong I dòng điện trung bình cung cấp cho mạch Do dòng tải có đủ bán kì DC nên gọi Ip dòng đỉnh qua tải , ta có: Dùng nguồn đôi Dùng nguồn đơn Công suất ra: Công suất lấy tải R đƣợc tính: L P = o(ac) Tính theo điện dỉnh đỉnh : P o(ac) = Hiệu suất:  Vì V = V , nên hiệu suất tối đa: L(p) cc Công suất tiêu tán transistor công suất: Pc= Pi(ac)- P0(ac) Vậy công suất tiêu tán TST công suất: PC1 =PC2= PC /2 Công suất tối đa Vcc= VL, : P o(ac)max = Và dòng đỉnh là: ILmax= Trị tối đa dòng trung bình là: IDCmax= (2/π).ILmax= Trị tối đa công suất ngõ vào: PDCmax= Vcc IDCmax P = i(DC)max Hiệu suất tối đa mạch khuếch đại công suất lớp B là: 2/ CÁC DẠNG MẠCH CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP B: 2.1/ Mạch công suất push-pull liên lạc biến thế: - Trong bán kỳ dƣơng tín hiệu, Q dẫn Dòng i chạy qua biến ngõ tạo 1 cảm ứng cấp cho tải Lúc pha tín hiệu ñƣa vào Q âm nên Q ngƣng dẫn 2 - Ðến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu ñƣa vào Q có pha dƣơng nên Q dẫn Dòng i qua 2 biến ngõ tạo cảm ứng cung cấp cho tải Trong lúc ñó pha tín hiệu ñƣa vào Q âm nên Q ngƣng dẫn i i chạy ngƣợc chiều biến ngõ nên ñiện cảm ứng bên cuộn thứ cấp tạo Q Q ngƣợc pha nhau, chúng kết hợp với tạo thành chu kỳ tín hiệu Thực tế, tín hiệu ngõ lấy đƣợc tải không đƣợc trọn vẹn nhƣ mà bị biến dạng Lý bắt đầu bán kỳ, transistor không dẫn điện mà phải chờ biên độ vƣợt qua điện ngƣỡng V Sự biến dạng gọi biến dạng xuyên tâm (cross-over) Ðể khắc BE phục, ngƣời ta phân cực V dƣơng chút (thí dụ transistor NPN) để transistor dẫn điện B tốt có tín hiệu áp vào chân B Cách phân cực gọi phân cực loại AB Chú ý cách phân cực độ dẫn điện transistor công suất không đáng kể chƣa có tín hiệu Ngoài ra, hoạt động với dòng I lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên Khi nhiệt C độ tăng, điện ngƣỡng V giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng I lớn hơn, BE C tƣợng chồng chất dẫn đến hƣ hỏng transistor Ðể khắc phục, việc phải giải nhiệt đầy transistor, ngƣời ta mắc thêm đủ cho điện trở nhỏ (thƣờng vài Ω) hai chân E Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, I tăng tức I làm V transistor công suất xuống mass C E E tăng dẫn đến V giảm Kết transistor dẫn yếu trở lại BE 2.2/ Mạch công suất kiểu đối xứng - bù: Mạch có tín hiệu ngõ vào nên phải dùng hai transistor công suất khác loại: NPN PNP Khi tín hiệu áp vào cực hai transistor, bán kỳ dƣơng làm cho transistor NPN dẫn điện, bán kỳ âm làm cho transistor PNP dẫn điện Tín hiệu nhận đƣợc tải chu kỳ Cũng giống nhƣ mạch dùng biến thế, mạch công suất không dùng biến mắc nhƣ vấp phải biến dạng cross-over phân cực chân B 0v Ðể khắc phục, ngƣời ta phân cực mồi cho chân B điện nhỏ (dƣơng transistor NPN âm transistor PNP) Ðể ổn định nhiệt, chân E đƣợc mắc thêm hai điện trở nhỏ Trong thực tế, để tăng công suất mạch, ngƣời ta thƣờng dùng cặp Darlington hay cặp Darlington_cặp hồi tiếp 3/ MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN: Mạch khuếch đại OTL: Ƣu khuyết điểm mạch OTL:  Ƣu: tiết kiệm sử dụng nguồn đơn  Khuyết: - Méo tần số thấp tụ Cc gây ( gia trị tụ ko tiến tới - ) Méo phi tuyến lớn, TST ko phải lúc đối xứng, Vcc/2 Băng thông bị co hẹp ảnh hƣởng tụ Cc Mạch khuếch đại OCL: Mạch khuếch đại OCL khắc phục đƣợc ƣu điểm mạch khuếch đại công suất OTL Mạch khuếch đại BTL: khuếch đại công suất âm tần lớn, tạo thành cách mắc cầu khuếch đại công suất âm tần lớp B: OTL hay OCL Phần II: Tính toán 1/Tầng khuếch đại công suất: Công suất ngõ 15W P Lmax = Với công thức tính bỏ qua ảnh hƣởng điện trở R13 (sụt áp R13) Do có sụt áp đƣờng dây  xem hệ số sử dụng điện áp nguồn 0,9  ζ=  Chọn Vcc = 18V * Tầng công suất hoạt động chế độ AB nên Q5Q6 Q7Q8 luân phiên hoạt động bán kì, xét hoạt động cặp transistor Q5Q6, Q7Q8 tƣơng ứng đối xứng qua Chọn transistor Q6 Q8: Công suất tiêu tán transistor Q6 Q8: 2PC = PCC - PL  Giá trị (*) đƣợc tìm cách lấy vi phân P6 theo Icm 2.Icm.RL  Pc= Pcmax =Icm RL  Icm= 1.43 Thay vào (*) ta đƣợc: 2Pcmax  = 8.207 Pcmax =4,103 W Hệ số phẩm chất transistor: = =0,273 Thƣờng chọn transistor ta chọn TST có : Từ đó, ta chọn công suất TST bổ phụ TIP41( NPN) TIP42(PNP), dùng làm transistor công suất tầng công suất Theo đặc tuyến datasheet,I I =1 mA,chọn h =200 CQ1= CQ2 = h ie1 h ie fe = mx25 xh fe 1,4 x 25 x 200 = 7k I = CQ Ta có VR2=VBE4+ICQ4 x R10= ICQ1 x R2  0,6 + 6x270 = x R2  R2 = 2.22k Chọn R2=2.2k Để mạch vi sai triệt nhiễu tốt,ta phân cực cho Q1 Q2 giống : I =I CQ1 V CQ2 =V CEQ1 CEQ2 Ta chọn R2= R3=2.2k Độ lợi yêu cầu : A = 150÷300 (với V =100mV) f R6 Mà Av R ≈ =≈ 150 i Chọn R6=R7=220k (cân DC cho Q1 Q2) hie2 = mx25 xh fe1 1,4 x 25 x 200 = 7k I = hie1 = CQ1 hie = mx25 xh fe1 1,4 x 25 x 200 = 1.2k I = CQ4 vL iAb1 = vL = v x i i vL T= −(R i i i b4 R2 x xh R +h = + R9 ) xh fe1 R2 x f ie =-21 Av vf = − T = 220 Z = R //( h + h + R // R ) = 15k ie1 Z in = Z x(1 − T ) =ie2330k6 if in 4/ TÍNH THÔNG SỐ CÁC TỤ: a/ Tụ cắt tần số thấp C tụ C : 2π Tụ C7 : f c1 = C (R //( hie4 + R 10 )) = 4658 x +h h ie ie1 fe + R // R ie x x h +h +R + ie Rie1 A fe xh R +h v b1 fe1 i ib1 x = (R8 + R9 ) xh v b1 ib x f xV b4 vL = v ib R + R //( R + h +h ie1 ) ie  C7 = 2π f (R //( hie4 + R 10 ))  C7= 498 Chọn giá trị tụ C7= 470 Tụ C4 : Tụ C7 có tác dụng ngăn DC, AC, phải có giá trị cho hoat động dải thông từ 20hz đến 20KHz, độ lợi giảm không 3dB, nghĩa : >  Zc4