Mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn sử dụng hồi tiếp âm để tăng cường hiệu suất

HỒI TIẾP

• Phân loại hồi tiếp: Bao gồm 2 loại hồi tiếp chính: Hồi tiếp âm và hồi tiếp dương
• Tác dụng của hồi tiếp
• Các mạch hồi tiếp thực tế

Mạch mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế do không đảm bảo được yếu tố: KΩ]i = 1, KΩ]u không quá lớn. Hồi tiếp điện ỏp – nối tiếp: lấy mẫu điện ỏp ở ngừ ra vo và đưa điện ỏp hồi tiếp vf về ghộp nối tiếp với điện ỏp ngừ vào vi của bản thõn bộ khuếch đại. Hồi tiếp điện ỏp – song song: lấy mẫu điện ỏp ở ngừ ra vo và đưa điện ỏp hồi tiếp về vf về ghộp song song với điện ỏp ngừ vào vi của bản thõn bộ khuếch đại.

Hồi tiếp dũng điện – nối tiếp: lấy mẫu dũng điện ở ngừ ra io và đưa dũng điện hồi tiếp if về ghộp nối tiếp với dũng điện ngừ vào vi của bản thõn bộ khuếch đại. Hồi tiếp dũng điện – song song: lấy mẫu dũng điện ở ngừ ra io và đưa dũng điện hồi tiếp if về ghộp song song với dũng điện ngừ vào ii của bản thõn bộ khuếch đại. - Hồi tiếp dương thường tăng cường tính mất ổn định của bộ khuếch đại và do đó nó được sử dụng để tạo dao động.

KΩ]hi có hồi tiếp, β là hệ số hồi tiếp của khâu hồi tiếp thì hệ số khuếch đại của mạch có hồi tiếp giảm đi (1+βk) lần so với khi không có hồi tiếp. - Tương tự như hồi tiếp điện áp nối tiếp tổng trở vào mạch hồi tiếp mắc theo kiểu này được tăng lên Zv(1+βk) lần so với khi không có hồi tiếp. - Tương tự như hồi tiếp điện áp song song tổng trở vào mạch hồi tiếp mắc theo kiểu này được giảm đi Zv(1+βk) lần so với khi không có hồi tiếp.

- Trở kháng ra chỉ phụ thuộc vào hồi tiếp điện áp và hồi tiếp dòng điện mà không phụ thuộc vào hồi tiếp nối tiếp hay song song. KΩ]hi đó có thể xem như mạch chỉ đơn thuần là điện trở, nó không phụ thuộc vào tần số cho du bộ khuếch đại có chứa phần tử phụ thuộc tần số. Thực tế thì méo tần số giảm là do sự thay đổi của hệ số khuếch đại theo tần số trong mạch có hồi tiếp âm điện áp được giảm đáng kể.

- Rừ ràng, băng thụng BWof của mạch khuếch đại khi cú hồi tiếp đó được nới rộng so với băng thông BWo của mạch khi chưa có hồi tiếp. - Hồi tiếp âm không làm nhỏ được tạp âm của mạch khuếch đại nhưng nó làm tăng được tỷ số tín hiệu trên tạp âm, làm tăng hiệu quả của mạch khuếch đại.

KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

• Các chế độ khuếch đại công suất -KΩ]huếch đại công suất chế độ A
• Mạch khuếch đại công suất

- Mạch khuếch đại đẩy kéo: sử dụng 2 transistor – một transistor sẽ hoạt động trong nửa chu kỳ đầu và một transistor sẽ hoạt động trong nửa chu kỳ sau của tín hiệu sóng vào. - Tớnh hiệu khuếch đại gần như tuyến tớnh, nghĩa là tớn hiệu ngừ ra thay đổi tuyến tớnh trong toàn bộ chu kỡ 360o của tớn hiệu ngừ vào (transistor hoạt động ở cả hai bỏn kì). - Đặc điểm chớnh là tớn hiệu ngừ ra của BJT luụn ở trong vựng tớch cực cú nghĩa là BJTđược phõn cực sao cho tớn hiệu ngừ ra luụn biến thiờn theo tớn hiệu ngừ vào.

- Điểm làm việc tĩnh Q(Vce, Ic) thừa món điều kiện Vce = Vcc2 - Đây là điểm phân cực để cho mạch có hiệu suất lớn nhất. - Đặc điểm phõn cực là điện ỏp Vbe = 0 v vỡ vậy khi đú tớn hiệu ngừ vào phải vượt qua điện ỏp ngưỡng Vy của BJT thỡ mới cú tớn hiệu ở ngừ ra. * Mạch khuếch đại công suất chế độ B được cải thiện hơn so với mạch khuếch đại chế độ A, nhưng méo phi tuyến lớn, độ méo tăng lên khi kích thước tín hiệu tăng.

- Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm méo xuyên tâm cuẩ 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 cú Vbe gần bằng Vy của BJT. - Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng đối xứng bổ phụ, có nghĩa là hai BJT có cùng thông số nhưng một là npn và một là pnp.  Hiệu suất cao, tín hiệu ra không bị méo xuyên tâm, tụ xuất âm ngăn dòng 1 chiều nhỏ cho thành phần xoay chiều đi qua, bảo vệ loa.

- Mạch Darlington là mạch gồm 2 Transistor cùng kiểu NPN hoặc PNP kết nối theo cách thức để khuếch đại dòng của Transistor đầu được khuếch đại them bởi. - Ở khuếch đại chế độ A: khuếch đại được cả 2 bán chù kỳ của tín hiệu xoay chiều hình sin, thường dùng cho các mạch khuếch đại tín hiệu có biên độ nhỏ. - Ở khuếch đại chế độ B: Transistor chỉ khuếch đại được một bán kỳ nên muốn có đủ cả 2 bán kỳ thì phải dùng 2 transistor để khuếch đại luân phiên cho 2 bán kỳ, thường dùng cho các mạch khuếch đại có biên độ lớn, hiệu suất cao do công suất tiêu tán nhỏ.

- Ở khuếch đại chế độ AB: cũng giống như ở chế độ B, chế độ AB dùng 2 transistor để khuếch đại luân cho 2 bán kỳ, dùng cho các mạch khuếch đại có biên độ lớn, hiệu suất cao do công suất tiêu tán nhỏ, tín hiệu ra không bị méo dạng như chế độ B. - Các loại mạch khuếch đại công suất được trình bày ở chương vẫn vẫn chưa thể đảm bảo công suất vào ra nên phải có các biện pháp cải tạo, bảo vệ mạch như mắc Darlington để tăng khả năng khuếch đại, phối hợp trở kháng dung mạch lọc Zobell để hạn chế sự thay đổi trở kháng loa theo tần số của mạch.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH OTL NGế VÀO ĐƠN 4.1.Thông số yêu cầu

• Tính toán tầng nguồn
• Tầng khuếch đại công suất
• Tính toán tầng vào
• Tính chọn các tụ

- R12, C2: Mạch lọc nguồn loại bỏ các thành phần tần số cao, chống hiện tượng dao động tự kích trong mạch. - Để đảm bảo năng lượng cung cấp cho mạch hoạt động ổn định và tránh nhiễu phi tuyến thì điện áp nguồn bằng 2 lần điện áp trên loa. Với ZB1Mac, ZB1Mdc: là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực base Q1 đến M.

- Vì các BJT khuếch đại công suất làm việc ở chế độ AB nên ta dùng các diode để phân cực cho các BJT. - BJT Q5 làm nhiệm vụ lái các BJT công suất tầng khuếch đại và đảo pha cho tầng công suất. - Do Q5 làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán được tính ở chế độ tĩnh tức là công suất 1 chiều.

- DoQ5 làm nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu cho tầng công suất thì ZL/Q5 phải lớn. - Vì Q5 có điện trở tải lớn nên dễ dàng rơi vào bùng bão hòa gây méo tín hiệu, do đó cần phải mắc hổi tiếp âm một chiều lẫn xoay chiểu để ổn đinh điểm làm việc. - BJT Q6 tạo dòng điện ổn định phân cực cho Q5 và ổn định điểm làm việc cho hai cặp Darlington ở tầng khuếch đại công suất.

Chính nội trở nguồn dòng ở chế độ xoay chiều lớn nên tăng hệ số khuếch đại của tầng lái, phối hợp trở kháng với trở kháng vào lớn của 2 cặp Darlington làm nâng cao hiệu suất của mạch. - Do Q6 làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán chủ yếu là công suất 1 chiều. - R9 càng lớn thì tác dụng hồi tiếp âm dòng một chiều càng lớn, điểm làm việc của Q7 càng ổn định.

Tụ C3 kết hợp với R9 và VR3 tạo thành mạch hồi tiếp âm để ổn định thông số của mạch. Tụ CL là tụ đưa tín hiệu ra loa, để tín hiệu không bị giữ lại trên tụ Chọn XCL=1. - Loa có cấu tạo là một cuộn dây đồng mảnh nên trở kháng loa là ZL = RL + jwL - Trở kháng loa phụ thuộc tần số ở tần số cao, trở kháng loa lớn nên dễ phát sinh dao động.

Thành phần tín hiệu có tần số cao sẽ thoát ra qua tụ C4 xuống mass.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1. Giá trị linh kiện sau khi tính toán

Quan sát đồ thị ta thấy tần số cắt dưới ở mức khoảng 40hz, tần số cắt trên khoảng 20kHz. =>Như vậy có thể thấy rằng mạch được thiết kế hoạt động tốt trong khoảng băng thông đề yêu cầu. - Thiết kế và chế tạo được mạch khuếch đại công suất âm tần OTL-45W có khả năng sử dụng rộng rãi.

-Vận dụng được nhiều kiến thức về khuếch đại công suất trong quá trình thi công. - Nhờ những trang thiết bị của nhà trường, đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong quá trình tìm kiếm tài liệu trên mạng, cũng như trong quá trình thiết kế và thi công. - Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Tuấn Minh trong suốt thời gian qua.

- Mất nhiều thời gian trong quá trình thiết kế do phải lựa chọn nhiều phương án nhằm đáp ứng yêu cầu đề ra ban đầu. Chúng em sẽ cố gắng chỉnh sửa những sai sót còn tồn đọng để sau này thực hiện những đồ án khác tốt hơn.