- Ta có độ lợi của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp như mơ hình trên là: Af = A(1+βA)
2) Tính toán nguồn cung cấ p:
Điện áp cực đại lên tải :
Giả sử tín hiệu vào có dạng : Vi = V. Sinωt (V) Khi đó tín hiệu ra có dạng : VL = VLP . Sinωt (V)
iL = ILP . Sinωt (A) Trong đó : VLP = √2 . VL : Điện áp cực đại trên tải.
ILP = √2 . IL : Cường độ dòng điện cực đại trên tải. Công suất trên tải : PL = RL . IL2 = RL . ( ILP2 / 2) = VLP2 / 2RL Vậy biên độ điện áp ra cực đại lên tải .
VLP = √2P LRL= √2.15.4 ≈ 10,95 (V)
1) Dòng điện cực đại trên tải và điện áp nguồn cung cấp : ILP = VLP / RL = 10,95 / 4 = 2,74 (A) Ihd = ILP / √2 = 2,74 / √2 = 1,94 (A) Chọn nguồn : VCC ≥ VLP + VCES1 + VRE (VRE = VR1 ) VCES1 ≤ 2V VR1 ≤ 1V VCC=10,95+2+1=13,95V Chọn nguồn 15 V
Vì là mạch OCL đơn nên ta chọn nguồn đối xứng VCC = ± 15 V Công suất nguồn cung cấp : PCC = 2 . VCC . ICC
Với ICC = ILP / π = 2,74 / π ≈ 0,87 (A) PCC =2.15.0,87=26W
Chọn Px/ct = ( VLhd / RL )2 = VLP2 / 2RL = 10,952 / 8 = 15 W Công suất tiêu tán : Ptt = PCC – Px/ct = 26 – 15 = 11 W Hiệu suất của mạch :
η = ( Px/ct / PCC ) . 100 = ( 15 / 26 ) . 100 = 57,7 %
2) Tính tốn mạch khuếch đại :
Để tránh méo xuyên tâm, đồng thời đảm bảo hiệu suất ta chọn Q1 , Q2 làm việc ở chế độ AB, chọn dịng tính 20 ÷ 50 mA. Dịng tĩnh qua Q1 , Q2 là :
- Chọn IE/Q1 = IE/Q2 = 0,05 (A) - Dòng cực đại qua trở :
IEP/Q1 = IEP/Q2 = ILP + IE/Q1 = 0,05 + 2,74 = 2,79 (A)
R1 = R2 = VR1 / IEP/Q1 = VLP / 20 IEP/Q1 = 10,95 / (20 . 2,79 ) = 0.2 Ω
Chọn R1 = R2 = 0,22 Ω/5W Công suất tiêu tán trên R1 : PR1/Q1 = Ihd2
. R1 = 1,942 . 0,22 = 0,83 W . Chọn R1 = R2 = 0,22 Ω/5W 25
Ta có : PCC = PQ1Q2 + PR1R2 + PL PQ1= PQ2= PQ1Q2/2 = ( PCC- 2 PR1 – PRL ) / 2 = (26 – 2.5 – 15 ) / 2 = 0,5 W Chọn Q1 , Q2 bổ phụ và thỏa mãn : P≥2PQ1=1W VCEO ≥ 2 VCC = 2.15 = 30 V IC > 1,5 . 2,79 = 4,2 (A) Chọn : Q1 : 2SD7180 Q2 : 2SB6880 Tính R3 , R4 : Chọn Q1 , Q2 có ß1 = ß1min = 55 IB/Q1 = IE/Q1 / (ß1 + 1 ) = 0,05 / 56 = 0,89 (mA) IC/Q1 = IB/Q1 . ß1 = 0,89 mA . 55 = 0,049 (mA)
IBP/Q1 = IEP/Q1 / ( 1 + ß1 ) = 2,79 / 56 = 50 (mA)
ZB1M/DC = ( VBEQ/Q1 + VR1/DC ) / I B/Q1 = ( 0,6 + 0,22 + 0,05 ) / 0,89 mA = 686 Ω Mặt khác : ZB1M/AC = rAC + (1 + ß ) R1 .
Với : rAC = (VBEP/Q1 - VBEQ/Q1 ) / ( IBP/Q1 - IBQ/Q1 )= (0,8 – 0,6 ) / ( 50.10-3 – 0.89.10-3 )= 4,07Ω ZB1M/AC = 4,07 + 56 . 0,22 = 16,39 Ω
Chọn 16,39 Ω << R3 = R4 << 686 Ω Chọn R3 = R4 = 220 Ω
- Công suất tiêu tán của R3 , R4 : PR3 = PR4 = (50m)2 . 220 = 0,55 W Chọn PR3 = PR4 = 3 W
Chọn R3 = R4 = 220 Ω/ 3W Tính Q3 , Q4 :
IR3P = VR3P / R3 = VEP/Q1 / R3 = ( VR1P + 0,7 ) / R3 = 6,7 ( mA )
IEP/Q3 = IBP/Q1 + IR3P = 50.10-3 + 6,7. 10-3 = 56,7.10- 3
A Zt/Q3 = R3 // ZB1M/AC = 220 // 16,39 = 15,25 Ω
Công suất : PQ3 = VCEP/Q3 . IEP/Q3 = 15,25 . 56,7.10-3 = 0,9 W Chọn Q3 , Q4 thỏa : P≥2PQ3=1,8W VCEO ≥ 2VCC = 30 V IC ≥ 2 IEP/ Q3 = 118,4 mA Q3 : 2SC2073 Q4 : 2SA940 3) Tính tốn tầng thúc : Ta có : VB3B4 = 2. ( VBE/Q3 + VBE/Q4 + VR1/Q1 ) = 2. (0,6+0,6+0,22.0,05) = 2,42 V VB3 = VB4 = 2,42 / 2 = 1,21 V
Chọn ß3 = ß3min = 40 . Vì Q1 , Q2 , Q3 , Q4 làm việc ở chế độ AB nên phải dung diode để phân cực BJT
IBP/Q3 = IEP/Q3 / (1+ ß3) = 56,7.10-3 / 41 = 1,38.10-3 A Chọn D1, D2, D3 là 1N4007
Chọn ID1 = 10. IBD/Q3 = ID2 = ID3 = 13,8 mA
Để thay đổi điện áp phân cực cho BJT ta phải dùng thêm biến trở VR2 VR2 = (VB3B4 – 3VD1 ) / ID1 = ( 2,42 – 3.0,6 ) / 13,8mA = 45 Ω Chọn VR2 là vi trở 200 Ω rồi điều chỉnh. Tính nguồn dịng : IC/Q5 = IEP/Q3 = ID1 = 13,8 mA Chọn D4 , D5 là 1N4007 => VD4 = VD5 = 0,7 V VR5 = VCC – (VD4 + VD5 ) = 15 – 1,4 = 13,6 V VVR1 = VCC - VBES/Q5 – VR5 = 15 – 0,7 – 13,6 = 0,7 V VR1 = VVR1 / IC/Q5 = 0,7 / 13,8 mA = 50,7 Ω Chọn VR1 có vi trở là 200 Ω rồi điều chỉnh. Tính Q5 , công suất tiêu tán trên Q5 :
PQ5 = VCE/Q5 . IC/Q5 = VCE/Q5 . 13,8.10-3 = 13,09 . 13,8.10-3 = 0,18 W Với VCE/Q5 = VCC – VR1 - VB3 = 15 – 0,7 – 1,21 = 13,09V PQ5 = 0,18 W Chọn Q5 thỏa : P≥2PQ5=2.0,18=0,36W VCEO≥ 2 VCC= 30 V ICmax ≥ 2 IC/Q5 = 0.0276 A Chọn Q5 : 2 SA1013 Chọn ß5 = ß5min = 60 IB/Q5 = IC/Q5 / ß5 = 13,8.10-3 /60 = 2,3.10- 4 A Với VD4 = 0,7 V => ID4 = 13,8.10-3 A IR5 = ID4 + IB/Q5 = 13,8.10-3 + 2,3.10-4 = 14,03mA R5 = VR5 / IR5 = 13,6 / 14,03 mA = 969 Ω Công suất tiêu tán trên R5 :
PR5 = IR52 . R5 = (14,03m)2 . 969 = 0,2 W Chọn R5 = 1K Ω/2W
Tính Q6 , R6 , R7 : IE/Q5 = ICQ/Q6 = 13,8 mA
Chọn VR6 + VR7 = (- VB4 + VCC ) / 10 = (-1,21+15) / 10 = 1,379 V Chọn R6 < R7 để tránh tổn hao công suất
27
R6 + R7 = ( VR6 + VR7 ) / IC/Q6 = 1,379 / 13,8 m = 100 Ω
R6= 32 Ω
R7=68Ω
Chọn R6 = 33 Ω , R7 = 100 Ω
VCE/Q6 = - VB4 – (VR6 + VR7 ) – ( - VCC) = -1,21- 1,379 + 15 = 14,831 V Công suất tiêu tán Q6 :
PQ6 = VCE/Q6 . ICQ/Q6 = 14,831 . 13,8m = 0,2 W Chọn Q6 thỏa : P≥2PQ6=0,4W VCEO ≥ 2 VCE/Q6 = 30 V IC ≥ 2 IC/Q6 = 0,0276 A Chọn Q6 : 2SC2073 4) Tính tầng khuếch đại :
- Để phân cực cho Q6 nên chọn dòng IC/Q7 >> IBQ/Q6 IC/Q7 = 10. IB/Q6 = 4,7 mA
Ta có : VVR4 = VBE/Q6 + VR6 + VR7 = 0,7+ 1,379 = 2,079 V
VR4 = VVR4 / IVR4 = 2,079 / 4,23 . 10-3 = 491 Ω Chọn VR4 là biến trở 2K Ω rồi điều chỉnh .
Chọn VR13 = 1,5 V => R13 = VR13 / ICQ/Q7 = 1,5 / 4,7.10-3 = 319 Ω Chọn R13 = 6,8K Ω
Ta có VEC/Q7 = 0 – VR13 – VR8 - VVR4 – ( - VCC ) = -1,5 – IC/Q7 . R8 – 2,079 + 15 Chọn R8 = 1K Ω
VEC/Q7 = 6,721 V Công suất trên Q7 :
PQ7 = VCE/Q7 .ICQ/Q7 = 6,721. 4,7.10-3 = 0,03 W Chọn Q7 thỏa : P≥2PQ7=0,06W VCEO ≥ 2 VEC/Q7 = 2. 6,721 = 13,442 V IC ≥ IC/Q7 = 4,7 mA Chọn Q7 là 2SA1013. 28
Chọn ß7 = ß7min = 60
IB/Q7 = IC/Q7 / ß7 = 4,7mA / 60 = 0,078 (mA) Dựa vào đặc tuyến Q7 , chọn VEB/Q7 = 0,7 V
VBQ/Q7 = 0- VR13 – VEB/Q7 = -1,5 – 0,7 = -2,2 V Tính R9 , R10 , R11 , R12 :
R11 , R12 cách li tầng công suất và phân áp cho R9 , R10 nên chọn R11 = R12 Ta có hệ : V9 + V12 = VB/Q7 – (- VCC ) = -2,2+15= 12,8 V
V10 +V11 = VCC - VB/Q7 = 15 + 2,2 = 17,2 V
R9 + R12 = (12,8/I9 ) R10 + R11 = (17,2/ I10 )
R10 – R9 = (17,2/I10 ) - (12,8/ I9 ) (1)
Theo yêu cầu : Zi = R9 // R10 = (R9 . R10 ) / (R9 + R10 ) = 200000Ω
200K. ( R9 +R10 ) = R9 . R10 (2) Và I9 = I10 + IB/Q7 = I10 + 0,078mA (3) Từ (1) chọn R9 = 300K Ω, R10 = 600K Ω 300KI9I10 = 17,2 I9 – 12,8 I10 (4) I9 = I10 + 0,078mA 300KI9I10 = 17,2 I9 – 12,8 I10 I10 = 4,2.10-5 (nhận) I10 = -1,05.10- 4( loại)
Với I10 = 4,2.10-5 . Chọn R11 = R12 sao cho : VR11 , VR12 < VCC => R11 = R12 = 100K Ω