THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀ NH CỬ NHÂN VẬT LÝ Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠCH AMPLY LOẠI OTL NGÕ VÀO VI SAI Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Mỹ Đức Người thực hiện: Trần Thanh Tùng Đà Nẵng, tháng 5/2013 Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -1- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng tạo điều kiện cho em thực đề tài luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Nguyễn Thị Mỹ Đức tận tình hướng dẫn, bảo em suốt thời gian thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa truyền đạt cho em kiến thức quý giá năm học vừa qua Con xin nói lên lịng biết ơn sâu sắc đến Ơng Bà, Cha Mẹ chăm sóc, ni dạy nên người Xin chân thành cảm ơn anh chị bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên em suốt thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù em cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận cảm thơng tận tình bảo quý Thầy Cô bạn Quảng Nam, ngày 21 tháng năm 2013 Sinh viên thực Trần Thanh Tùng Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -2- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai LỜI MỞ ĐẦU Khuếch đại vấn đề lớn phổ biến kỹ thuật tương tự Làm để có tín hiệu từ khuếch đại công suất theo mong muốn không bị méo thách thức lớn đặt cho nhà chuyên môn, kỹ sư người làm chuyên ngành điện tử, điện tử viễn thông Bởi nhiễu làm méo tín hiệu khơng thân bên khuếch đại đột biến điện áp hay dịng điện mà cịn tác động mơi trường bên ngồi nguồn cung cấp, nhiễu cơng nghiệp gây nên Ngày nay, với phát triển kỹ thuật công nghệ, tăng âm cải tiến đến mức hoàn hảo hệ thống hifi stereo…âm trung thực, hiệu suất cao tiêu mà nhà thiết kế cố gắng để đạt cách tốt Mạch khuếch đại công suất âm tần nói chung đơn giản, để làm mạch khuếch âm có chất lượng cao khơng phải chuyện dễ dàng Bởi thân khuếch đại có khả tiêu tán lượng lớn cơng suất, nên phải thiết kế cho nhiệt độ mà tạo hoạt động mức điện áp cao, dòng điện lớn tản môi trường xung quanh với tốc độ cao để tránh bị phá hủy nhiệt Do khó tránh khỏi ảnh hưởng méo, nhiễu, dẫn đến tín hiệu không trung thực Vậy nên đặc trưng khuếch đại cơng suất thường có khối tản nhiệt lớn, kồng kềnh, nhằm tăng diện tích tiếp xúc, trao đổi nhiệt tốt với môi trường Ngày nay, khuếch đại công suất sử dụng rộng rãi máy thu radio, máy nghe băng hệ thống stereo chất lượng cao, thiết bị phịng thu, sân khấu, hệ thống phóng cơng cộng Sau em xin trình bày loại mạch khuếch đại cơng suất, xem mạch tương đối đơn giản kho tàng mạch khuếch âm Đó mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai Nội dung gồm phần sau: Chương 1: Một số sở vật lý linh kiện bán dẫn Chương 2: Các loại mạch khuếch đại Chương 3: Thiết kế tính tốn Dù hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn, dù cố gắng để hoàn thành luận văn cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -3- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời mở đầu ii Chương Một số sở vật lý linh kiện bán dẫn I Sơ lược transistor Các loại mạch phân cực ổn định cho transistor 1 Sơ lược cấu tạo transistor lưỡng cực (Bipolar junction transistor) Nguyên lý làm việc BJT .1 Phân cực cho BJT 3.1 Phân cực dòng cố định 3.2 Phân cực bằ ng hồ i tiế p từ Collector 3.3 Phân cực bằ ng dòng Emitter 4 Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 4.1 Mạch khuếch đại mắc kiểu E chung 4.1.1 Sơ đồ mạch sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều .5 4.1.2 Tiń h toán tham số của ma ̣ch .6 4.2 Mạch khuếch đại mắc kiểu B chung 4.2.1 Sơ đồ mạch sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều .7 4.2.2 Tính toán các tham số của ma ̣ch 4.3 Mạch khuếch đại mắc kiểu C chung 4.3.1 Sơ đồ mạch sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều .8 4.3.2 Tính toán các tham số của ma ̣ch 4.4 Nhận xét II Hồi tiếp .9 Định nghĩa Phân loại 2.1 Theo tác dụng khuếch đại 2.2 Theo dạng tín hiệu hồi tiếp .9 2.3 Theo cách ghép với tín hiệu vào .9 Lưu đồ chuẩn phương trình mạng cực có hồi tiếp 10 3.1 Lưu đồ chuẩn 10 3.2 Phương trình .10 Ảnh hưởng hồi tiếp âm đến tính chất khuếch đại 11 4.1 Ảnh hưởng hồi tiếp âm đến độ ổn định hệ số khuếch đại 11 4.2 Ảnh hưởng hồi tiếp âm đến trở kháng vào .13 4.2.1 Trở kháng vào khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp 13 4.2.2 Trở kháng vào khuếch đại có hồi tiếp âm song song 13 4.3 Ảnh hưởng hồi tiếp âm tới trở kháng 13 4.3.1 Trở kháng khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp 14 4.3.2 Trở kháng khuếch đại có hồi tiếp âm dịng điện .14 4.4 Ảnh hưởng hồi tiếp đến dải động khuếch đại độ méo phi tuyến .15 4.5 Ảnh hưởng hồi tiếp đến tạp âm 15 Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -4- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai 4.6 Ảnh hưởng hồi tiếp đến đặc tính động khuếch đại .16 Chương Các loại mạch khuếch đại I Khuếch đại vi sai 17 Dùng nguồn tín hiệu .17 Dùng nguồn tín hiệu .20 Tỷ số nén đồng pha 22 II Khuếch đại công suất 23 Đại cương khuếch đại công suất 23 Chế độ làm việc định điểm làm việc cho tầng khuếch đại công suất 23 2.1 Chế độ A 23 2.2 Chế độ B 24 2.3 Chế độ AB 24 2.4 Chế độ C 24 2.5 Mô tả chế độ làm việc tầng khuếch đại công suất 25 Các mạch khuếch đại công suất 25 3.1 Mạch khuếch đại công suất loại A 25 3.2 Mạch khuếch đại công suất loại B 27 III Mạch khuếch đại công suất OTL 28 Mạch khuếch đại công suất OTL 28 1.1 Mạch OTL dùng BJT mắc kiểu đẩy kéo 28 1.2 Mạch OTL dùng BJT kiểu bổ phụ .29 1.3 Nhận xét 30 IV Các biện pháp cải thiện bảo vệ mạch .30 Khắc phục méo xuyên tâm 30 Mạch Darlington .31 Phương pháp tăng hệ số khuếch đại cho tầng khuếch đại thúc .32 Mạch bảo vệ ngắn mạch cho tải 33 Mạch cân trở kháng loa 33 Chương Thiết kế tính tốn Đề bài: Thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai 34 Sơ đồ mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào vi sai .35 Tác dụng linh kiện 36 Tính tốn chọn linh kiện 37 I Tầng nguồn .37 Biên độ tín hiệu tải .37 Nguồn cung cấp .37 Công suất cung cấp từ nguồn VCC 38 Hiệu suất cực đại mạch .38 II Tính tốn phần cơng suất 38 1.Chọn điện trở R1 R2 .38 Chọn cặp transistor công suất Q1, Q2 39 Tính điện trở R3 R4 .40 Chọn cặp transistor Q3 Q4 41 Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -5- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai III Tính tầng khuếch đại thúc .43 Tính chọn diode D1, D2, D3 VR2 44 Tính tốn transistor Q7 làm nguồn dòng 44 Tính chọn Q8 R10, R11 46 IV Tính tốn tầng khuếch đại vi sai 48 Tính R13, R14 48 Tính chọn nguồn dịng Q9 .49 Tính chọn tầng vi sai Q10 Q11 .50 Tính hệ số khuếch đại trở kháng vào mạch 51 4.1 Hệ số khuếch đại toàn mạch 51 4.2 Trở kháng vào mạch 52 Tính chọn R15, R16 VR3 52 V Tính tốn linh kiện lại 53 Mạch bảo vệ 53 1.1 Tính chọn Q5, Q6 .53 1.2 Tính R5, R6, R7, R8 54 Tính tụ .54 2.1 Tính tụ C 54 2.2 Tính tụ C3 54 2.3 Tính tụ C4 55 2.4 Tính tụ C5 55 2.5 Tính tụ C6 55 Tính tốn mạch lọc zobel 56 VI Kiểm tra méo phi tuyến 57 VII Kết luận 58 Tài liệu tham khảo .59 Phụ lục Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -6- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai CHƯƠNG MỘT SỐ CƠ SỞ VẬT LÝ VỀ LINH KIỆN BÁN DẪN I Sơ lược transistor Các loại mạch phân cực ổn định cho transistor Sơ lược cấu tạo transistor lưỡng cực (Bipolar junction transistor) - Transistor lưỡng cực (BJT) loại linh kiện bán dẫn có miền với loại chất bán dẫn xen kẽ đơn tinh thể bán dẫn Các miền phân cách với chuyển tiếp P-N Tương ứng với miền cực BJT Tùy theo xếp miền P N mà ta có loại BJT P-N-P N-P-N Hình 1.1: BJT loại P-N-P Hình 1.2: BJT loại N-P-N - BJT có miền bán dẫn (3 cực): miền Emitter (cực phát), ký hiệu E có nồng độ tạp chất lớn nhất, miền miền Base (cực nến), ký hiệu B có nồng độ tạp chất thấp mỏng, miền lại Collector (cực thu), ký hiệu C có nồng độ pha tạp trung bình - BJT có tiếp giáp tiếp giáp miền E B gọi tiếp giáp JE tiếp giáp miền C B gọi tiếp giáp JC Nguyên lý làm việc BJT - BJT có chế độ làm việc: + Chế độ ngưng dẫn: Cả tiếp giáp JE JC phân cực ngược, lúc BJT khơng dẫn điện, có dịng rị nhỏ chạy tiếp giáp + Chế độ khuếch đại: Tiếp giáp JE phân cực thuận, JC phân cực ngược Chế độ cịn gọi chế độ tích cực Nó dùng nhiều kỹ thuật mạch tương tự, Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -7- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai dùng để khuếch đại tín hiệu Lúc này, BJT làm việc với trình điều khiển dịng điện, điện áp hay cơng suất + Chế độ bão hòa: Tiếp giáp JE JC phân cực thuận Lúc này, BJT có điện trở nhỏ dịng qua lớn Ở chế độ ngưng dẫn chế độ bão hòa, BJT làm việc phần tử tuyến tính mạch điện, BIT khơng có q trình điều khiển dịng hay điện áp Ở chế độ này, BJT thường ứng dụng mạch số, dùng làm khóa đóng ngắt, * Nguyên lý làm việc BJT Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động BJT Khi chưa có nguồn cấp điện VCC, VEE BJT có hai mối nối P –N trạng thái cân hàng rào điện mối nối trì trạng thái cân Ở hình vẽ trên, ta chọn nguồn VCC » VEE trị số điện trở cho thỏa điều kiện: - Mối nối P – N B E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) phân cực thuận - Mối nối P – N B C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) phân cực nghịch - VBE đạt ngưỡng tùy loại BJT Điện tử từ cực âm nguồn VEE di chuyển vào vùng phát qua vùng nền, trở cực dương nguồn VEE vì: vùng hẹp so với hai vùng nguồn VCC » VEE nên đa số điện tử từ vùng vào vùng thu, tới cực dương nguồn VCC, điện tử cịn lại cực dương nguồn VEE Sự dịch chuyển điện tử tạo thành dòng điện: - Dòng vào cực gọi dòng IB - Dòng vào cực thu gọi dòng IC - Dòng từ cực phát gọi dòng IE Ngoài ra, mối nối P – N B C phân cực nghịch cịn có dịng rị (rỉ) nhỏ gọi ICBO Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -8- Ta có: IE = IB + IC Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai (1) IC = .IB = αIE (2) Trong đó: α go ̣i là ̣ số truyề n đa ̣t dòng điên, ̣ số α gầ n bằ ng β go ̣i là ̣ số khuế ch đa ̣i dòng điê ̣n Phân cực cho BJT - Muốn transistor làm việc , ta cần phải phân cực cho Ở đây, ta xét BJT làm việc chế độ khuếch đại - Về nguyên tắc, việc cung cấp cho BJT để xác định điểm công tác tĩnh phải đảm bảo cho BJT luôn làm việc miền tích cực, tham số ln thỏa mãn điều kiện cho phép sau: + Tiếp giáp JC phân cực ngược, JE phân cực ngược + Dòng IC phải lớn so với ICO + Phải đảm bảo điều kiện cho phép dịng, áp, cơng suất nhiệt độ - Có cách phân cực cho BJT: 3.1 Phân cực dịng cố định: - Ta có dịng IB từ nguồn chiều cấp cho BJT không đổi VCC VBE IB = RB VCE = VCC – IC.RC - Vì VCC, RC khơng đổi nên IC tăng VCE giảm ngược lại Mạch ổn định nhiệt q trình làm việc, BJT nóng lên tăng số lượng hạt dẫn, tăng IC khơng có tác động để giảm IC Do Hình 3.1: Mạch khuếch đại dùng BJT, phân cực dòng IB cố định mạch dùng yêu cầu ổn định nhiệt không cao Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL -9- Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai 3.2 Phân cực bằ ng hờ i tiế p từ Collector: Hình 3.2: Mạch phân cực hồi tiếp từ Collector - Ta có: VCC – ( IB + IC).RC – IB.RB – VBE = VCC – ( + )IB.RC – IB.RB – VBE = IB = VCC VBE RB (1 ) RC ; IC = IB VCE = VCC – IC.RC - Mạch ổn định nhiệt nhiệt độ tăng làm I C.RC tăng theo nên VCE giảm khiến điện áp đưa B giảm, IC kéo giá trị ban đầu - Mạch ổn định nhiệt tốt mạch phân cực dùng dòng cố định không tăng cao độ ổn định nhiệt 3.3 Phân cực bằ ng dòng Emitter: - Mạch dùng hai điện trở RB1, RB2 tạo thành cầu phân áp để phân cực thuận JE, RC lấy điện áp từ nguồn VCC phân cực cho JC RE điện trở ổn định nhiệt Hình 3.3: Mạch phân cực dịng Emitter Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 10 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai chiều lớn nên tăng hệ số khuếch đại tầng lái, phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn cặp Dalington làm nâng cao hiệu suất mạch - Dòng collector qua Q7: ICQ/Q7 ICQ/Q8 = 2mA - Chọn diode D4, D5 loại 1N4148, có điện áp phân cực tĩnh khoảng 0,6V cho diode VD4D5 = 1,2V - Điện áp biến trở VR1: VVR1 = VD4D5 – VBEQ/Q7 = 1,2 – 0,6 = 0,6V VR1 = VVR1 I CQ / Q = 0,6 = 300 2.103 Chọn vi trở 300/1k - Do Q7 hoạt động chế độ A dùng làm nguồn dịng nên cơng suất tiêu tán lớn cơng suất tiêu tán tĩnh Pttdc/Q7 = VCEQ/Q7.ICQ/Q7 - Điện áp dc tiếp giáp CE Q7 là: VCEQ/Q7 = = VCC VBEQ/Q1 – VR1 – VR2 – VBEQ/Q3 55 0,6 0,22.0,05– 0.6 0,6 = 25,689V - Công suất tiêu tán tĩnh Q3 là: Pttdc/Q7 = 25,689.2.10-3 = 51,378mW Vậy ta chọn Q7 thỏa điều kiện sau: I C I CQ / Q7 2mA VCEO VCEQ / Q7 25,689V P P ttdc / Q 0,051W C Dựa vào bảng tra cứu ta chọn Q7: 2SA1013 BJT Ký hiệu P Q7 2SA1013 900mW VCBO VCEO VEBO IC 15MHz 160V 160V 6V 1A 60200 f Tra đặc tuyến 2SA1013 (Io hfe) Tại ICQ/Q7 = 2mA hfe = /Q7 = 100 Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 51 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai I CQ / Q7 2.103 20A / Q7 100 IBQ/Q7 = - Để phân cực cho Q7 ta chọn: IR9 = ID4D5 >> IBQ/Q7 Chọn IR9 = 20 IBQ/Q7 = 20.20.10-6 = 0,4mA R9 = VB / Q7 VCC VR1 VBE / Q7 55 0,6 0,6 = = 134,5k I R9 I R9 0,4.103 Chọn R9 = 220k (IR9 lúc 0,24mA >> IBQ/Q7) - Công suất tiêu tán R9: PR9 = R9 I R29 = 220.103.(0,24.10-3)2 = 12,7mW * Tính nội trở nguồn dịng: rco = VR1 1 hoe ( RD // R9 ) rbe VR1 Trong đó: RD = VD D 1,2 = = 6k I D D5 0,2 RD // R9 = 5,84k rbe = (1 + ) VT I EQ / Q = 101 25 1262,5 hoe cỡ 1S 10mS, chọn hoe = 10-5S rco = 105 100.300 1 = 0,51M 5,84.10 1262,5 300 Tính chọn Q8 R10, R11: - Q8 làm nhiệm vụ nâng cao biên độ tín hiệu đủ lớn đảo pha cho tầng công suất (là transistor khuếch đại thúc) nên chọn Q8 làm việc chế độ A - Dòng collector tĩnh Q8: ICQ/Q8 = 2mA - Điện trở tải xoay chiều Q8: Zt/Q8 = rco/Q7 // [ rbe/Q3 + (1 + /Q3)Zt/Q3] Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 52 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai V = rco/Q7 // T (1 / Q3 )Zt / Q3 I EQ / Q3 25 = 0,51.106 // 100 (1 100).238,84 24,2k Vì Q8 có điện trở tải lớn nên dễ dàng rơi vào vùng bão hồ gây méo tín hiệu, cần phải mắc hồi tiếp âm chiều lẫn xoay chiều để ổn định điểm làm việc - Điện trở R10 , R11 làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dc, riêng R10 làm nhiệm vụ hồi tiếp âm ac cho Q8 - R10 không lớn để tránh hồi tiếp (-) nhiều làm giảm hệ số khuếch đại - Chọn sụt áp tĩnh R10, R11: VR10R11 = 55 = 1,375V 20 Chọn VR10 = 0,1V R10 = 0,1 = 50 2.103 VR11 = 1,275V R11 = 1,275 = 637,5 2.103 Chọn R11 = 680 - Với hai giá trị trở áp rơi hai điện trở là: VR10R11 ( R10 R11 ) I CQ / Q8 (50 680).2.103 1,46V - Điện cực C, E Q7 : VCE / Q8 VCC 55 VEB / Q4 VEB / Q2 VR10R11 0,6 0,6 1,46 24,84(V ) 2 - Công suất tiêu tán tĩnh Q7 : Pttdc / Q8 VCEQ / Q8 I CQ / Q8 24,84.2.103 0,05(W) - Do ta chọn ICQ/Q8 >> IBmax/Q3 nên có tín hiệu vào dịng IBmax/Q3 khơng ảnh hưởng nhiều đến dòng dòng cực đại qua Q8 I CQ max/Q8 2mA Vì Q8 làm việc chế độ A nên: Ptt max/Q3 Pttdc / Q8 0,05(W) Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 53 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai I C I C max/Q8 2mA Chọn Q8 thỏa: VCEO VCC 55V P P tt max/Q8 0,05W C Theo sách tra cứu 1000 transistor quốc tế ta chọn Q8: 2SC2383 có thông số sau: BJT Ký hiệu P f VCBO VCEO VEBO IC Q8 2SC2383 900mW 20Hz 160V 160V 8V 1A 60320 Tra đặc tuyến (IC – hfe) ICQ/Q8 = 2mA = 160 * Trở kháng vào Q8: V 25 Zin/Q8 = rbe + (1 + ).R10 = T (1 ) R10 = 160 + (160 + 1)50 = 10,05k I EQ / Q8 Zin/Q8 ( +1 )(re + R10) IV Tính tốn tầng khuếch đại vi sai : Hình 4.1: Tầng khuếch đại vi sai Tính R13, R14: - Điện áp cực C Q10: VCQ/Q10 = VEQ/Q8 + VBEQ/Q8 = VR10R11 + VBEQ/Q8 = 1,46 + 0,6 = 2,06V - Chọn dòng tĩnh qua cực C Q10, Q11 là: Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 54 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai - ICQ/Q10 = ICQ/Q11 =1mA R13 = VCQ / Q10 2,06 2,06k I CQ / Q10 1.103 - Chọn R13 = R14 = 2,2k - Chọn biến trở cân cho Q10, Q11 VR5 = 100 Tính chọn nguồn dịng Q9: - Chọn ICQ/Q10 = 1mA ICQ/Q9 = ICQ/Q10 = 2mA - Chọn diode D6, D7 diode loại 1N4148, có điện áp phân cực tĩnh khoảng 0,6V cho diode VD6D7 = 1,2V - Điện áp biến trở VR4: VVR4 = VD7D8 – VBEQ/Q9 = 1,2 – 0,6 = 0,6V VR4 = VVR4 0,6 300 I CQ / Q9 2.103 Chọn V4 = 300/1k - Do Q9 làm việc chế độ A nên công suất tiêu tán Q9 chủ yếu công suất tiêu tán tĩnh Pttdc/Q9 = VCE/Q9 ICQ/Q9 - Điện áp CE Q9: VCE/Q9 = VCC – VVR4 – VVR5 – VBEQ/Q11 – VBEQ/Q11 – VR17 - VCC/2 = 26,2V Pttdc/Q9 = VCE/Q9 ICQ/Q9 = 26,2.2.10-3 = 52,4mW Chọn Q9 thỏa điều kiện: I C 2.I CQ / Q9 2.2mA VCEO VCE / Q9 26,2V P P ttdc / Q 0,052W C Dựa vào bảng tra cứu ta chọn Q9: 2SA1013 BJT Ký hiệu P Q9 2SA1013 900mW VCBO VCEO VEBO IC 15MHz 160V 160V 6V 1A 60200 f Tra đặc tuyến (IC – hfe) Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 55 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai ICQ/Q9 = 2mA /Q9 = 100 IBQ/Q9 = I CQ / Q Q / Q9 = 20A - Để phân cực cho Q9 ta chọn: IR12 = ID6D7 >> IBQ/Q9 Chọn IR12 = 1,1mA R12 = VCC VD6 D7 55 1,2 48,9k I R12 1,1 Chọn R12 = 47k (IR12 lúc 1,14mA >> IBQ/Q9) - Công suất tiêu tán R12: PR12 = R12 I R212 = 47.1,142 = 61,08mW * Tính nội trở nguồn dòng: rco = hoe VR4 1 ( R // R ) r VR D 12 be 4 Trong đó: RD = VD D 1,2 = = 1,05k I D6D7 1,14.103 RD // R12 = 1,03k rbe = (1 + ) VT I EQ / Q = 101 25 1262,5 hoe cỡ 1S 10mS, chọn hoe = 10-5S rco = 100.300 = 1,25M 105 1,03.103 1262,5 300 Tính chọn tầng vi sai Q10 Q11: - Do Q10 , Q11 cặp BJT khuếch đại vi sai tín hiệu đầu vào nên tầng định mức độ tạp âm cho mạch Để giảm tạp âm ta chọn Q10 , Q11 làm việc chế độ A có hệ số khuếch đại nhỏ - Điện áp tiếp giáp CE Q10: VCE/Q10 = VCC – VVR4 – VCE/Q9 – VVR5 – VR13 = 55 – 0,6 – 26,2 – 100.2.10-3 -2,2.103.1.10-3 = 25,9V Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 56 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai - Công suất tiêu tán cực đại Q10 là: ICQ/Q10 = 1mA Pttdc/Q10 = ICQ/Q10 VCE/Q10 = 1.10-3.25,9 = 25,9mW - Do tín hiệu xoay chiều bé tác động lên Q10, Q11 nên công suất tiêu tán Q10và Q11 xem có cơng suất dòng chiều Pttdc/Q10 = Pttdc/Q11 = 25,9mW Vậy ta chọn Q6, Q7 thỏa mãn: I C I CQ / Q10 1mA VCEO VCE / Q10 25,9V P 3P ttdc / Q10 3.25,9mW C Theo sổ tay tra cứu 10000 transistor quốc tế, ta chọn: Q10: 2SA1013, Q11: 2SA1013 BJT Ký hiệu Pd f VCBO VCEO VEBO IC Q10 2SA1013 900mW 15MHz 160V 160V 6V 1A 60200 Q11 2SA1013 900mW 15MHz 160V 160V 6V 1A 60200 /Q10 =100 (ICQ/Q10 = 1mA) IBQ/Q10 = I CQ / Q10 1.103 10A 100 Tính hệ số khuếch đại trở kháng vào mạch: 4.1 Hệ số khuếch đại toàn mạch: - Hệ số khuếch đại thúc: Av8 = -/Q8 Z t / Q8 Z In / Q8 160 24,2 385,27 10,05 Av8[dB] = 20log(385,27) = 51,7dB - Hệ số khuếch đại tầng vi sai có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp: Aht vht VR6 vo R17 VR6 - Độ sâu hồi tiếp: g A0 Aht Aht A0 Aht - Hệ số khuyếch đại toàn mạch: A A0 A0 Aht Aht Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 57 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai V 21 29,7 Mặt khác ta có: A L 2Vin 2.0,5 Aht = VR 1 A 29,7 R17 VR R17 29,7 28,7 VR6 Chọn VR6 =11k/20k R17 = 330k - Hệ số khuyếch đại tầng vi sai khơng có hồi tiếp: Ad / Q10 ( R13 // Z in / Q8 ) R17 // VR6 rbe / Q10 rbe / Q11 VR5 / Q8 (2,2 // 10,05).103 7,03 25 (330 // 11).10 2.100 100.100 A0 Ad Av8 7,03.(385,27) 2708,4 g K '.K ht A0 Aht 2708,4 92,2 29,7 Ad 100 4.2 Trở kháng vào mạch: - Trở kháng vào tầng vi sai: + Khi chưa hồi tiếp: Z ind rbe / Q10 ( / Q10 1)VR5 ( R17 // VR6 ) rbe / Q11 2rbe / Q10 ( / Q10 1).VR5 ( R17 // VR6 ) 25 (100 1).100 (330 // 11).103 25,75k 2.100 Z ind + Khi có hồi tiếp: Zinf gZind 92,2.25,75 2374,15K 2,37M Zin = (R15 // R16) // Zinf = (R15 // R16) (vì Zinf >> R15 // R16) Theo đề Zv = 350k R15 // R16 =350k Tính chọn R15, R16 VR3: - Điện áp cực B Q11: VB/Q11 = VCC VR17 = 31V Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 58 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai R15 //R16 =R17 Ta có hệ sau: VCC R16 VB / Q11 R15 R16 R15 R16 330k R15 R16 55.R16 31V R15 R16 R15.R16 = 330k.(R15 + R16) 55R16 = 31(R15 + R16) R15 = 585,48k R16 = 756,25k Chọn R15 = R16 =680k Chọn VR3 = 10k để dễ cân chỉnh áp cho V Tính tốn linh kiện cịn lại: Mạch bảo vệ: 1.1 Tính chọn Q5, Q6: - Hoạt động: bình thường mạch khuếch đại cơng suất làm việc Q5 ,Q6 tắt, khơng ảnh hưởng đến hoạt động mạch Khi xảy ngắn mạch dòng qua Q1 ,Q2 lớn đánh thủng BJT công suất điện trở R1 , R2 Vì dịng qua hai BJT lớn kích thích mạch bảo vệ hoạt động Mạch hút dòng làm cho dòng qua hai BJT điện trở R1 , R2 nhỏ đảm bảo cho hai BJT làm việc an toàn - Chọn dòng ICQ/Q5 = ICQ/Q6 = 1mA VCEQ/Q5 = VBEQ/Q3 + VBEQ/Q1 + VR1 = 2.0,6 + 0,05.0,22 =1,21V - Công suất tiêu tán tĩnh Q5, Q6: Pttdc/Q5 = Pttdc/Q5 = ICQ/Q5 VCEQ/Q5 = 1.10-3.1,21 = 1,21mW Chọn Q5, Q6 thỏa: Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - Lớp: 09CVL - 59 - Nghiên cứu thiết kế mạch Amply loại OTL ngõ vào vi sai I C I CQ / Q5 1mA VCEO 2VCEQ / Q5 2.1,21V P 2P ttdc / Q5 2.1,21mW C - Dựa vào sách 10000 transistor quốc tế chọn: BJT Ký hiệu P f VCBO VCEO VEBO IC Q5 2SA1013 900mW 15MHz 160V 160V 6V 1A 60200 Q6 2SC2383 900mW 20MHz 160V 160V 6V 1A 60320 1.2 Tính R5, R6, R7, R8: - Để bảo vệ mạch ngắn mạch tải, chọn dịng IEp q 10% bảo vệ IR1max = 110% IE1p = 1,1.5,25 = 5,775A - Chọn dòng qua R7 IR7 = IR5 =5mA R7 = VBE / Q5 0,6 120 I R7 5.103 Chọn R7 = 120 R5 = VR1 VBE / Q5 I R1max.R1 VBE / Q5 5,775.0,22 0,6 134,1 I R5 I R5 5.103 Chọn R5 =150 Vì mạch bảo vệ đối xứng, ta chọn: R5 = R6 = 150, R7 = R8 = 120 Tính tụ: 2.1 Tính tụ C : - Ta chọn tụ C cho tầng số thấp sụt áp tụ nhỏ so với sụt áp loa để không ảnh hưởng đến tín hiệu loa Ta chọn: XC1
Ngày đăng: 09/05/2021, 16:58
Xem thêm: