Đồ án kỹ thuật mạch
LỜI MỞ ĐẦU Ngành Điện Điệ n tử tử Viễn thông là là một một trong những những ngành quan trọng trọng và mang tính quyết quyết định cho sự phát triển của một quốc gia. Sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ nghệ làm cho ngành Điện tử Viễn thông ngày ng ày càng phát triển triển và đạt được nhiều thành th ành tựu tựu mới. Nhu cầu con người ngày càng cao là điều kiện kiện thuận lợi cho ngành Điện tử Viễn thông phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có t ình ình ứng dụng dụng cao, sản sản phẩm đa tính năng…Nhưng năng…Như ng một một điều căn bản là là các sản sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT…mà nền nền tảng tảng là môn Cấu Cấu kiện điện tử. tử. Hiện Hiện nay, nước ta có rất nhiều loại máy khuyết đại âm thanh tr ên ên thị thị trường. mà mà tầng tầng khuyết đại công suất được thiết kế từ các mạch mạch như: như: mạch mạch khuyết khuyết đại OTL, mạch mạc h khuyết khuyết đại OCL…Nhưng phổ biến nhất là l à loại loại mạch khuyết khuyết đại OCL. Bởi v ì v ì dạng dạng mạch này có ưu điểm về: hiệu suất, hệ số sử dụng BJT công suất, suất, độ lợi băng thông, biên độ tín hiệu ra…Chính v ì v ì thế thế mà mà chúng em chọn chọn mạch khuyết đại công suất dạng OCL làm đồ án môn học. học. nghiên cứu, cùng với Qua nỗ nỗ lục nghiên cứu, t ìm ìm hiểu hiểu của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của của thầy giáo mà em đã đ ã hoàn thành đồ án này. này. Với khoảng thời gian có hạn cũng như tr ình độ kiến thức của em còn còn hạn hạn chế chế nên nên em tin chắc chắc r àng àng hệ hệ thống hoạt động chưa đượ c tối tối ưu và không tránh khỏi khỏi những những thiếu thiếu sót. Em kính mong thầy thông cảm giúp đỡ và v à chỉ chỉ bảo thêm thêm cho em những những kinh nghiệm. Em xin chân thành thành cảm cảm ơn.
Đà Nẵng, ngày 1 tháng 5 năm 2010
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 1 -
Đồ án kỹ thuật mạch
MỤC LỤC Phần A: Lý Thuyết Chương I Đại cương về BJT................................................ BJT ................................................ 3 Chương II Các tầng tầng khuyếch đại tín hiệu nhỏ ..................... 11 Chương III Diode bán dẫn dẫn.................................................... .................................................... 16 Chương IV Hồi tiếp...............................................................20 tiếp ...............................................................20 Chương V Khuyếch Khuyếch đại công suất ........................................25 Phần B: Tính toán Phần Ph ần I Tính toán nguồn nguồn..................................................38 ..................................................38 Phần Ph ần II Tính toán tầng tầng công suất .....................................39 Phần Ph ần III Tính tầng tầng lái........................................................41 lái........................................................41 Phần Ph ần IV Tính toán và chọn chọn tụ C2, C3, C4, C5 .....................44 Phần Ph ần V Tính hệ hệ số khuyết đại toàn to àn mạch mạch.........................45 .........................45 Phần Ph ần VI Tính mạch mạch bảo vệ ..............................................46 Phần Ph ần VII Kiểm Kiểm tra độ méo phi tuyến..................................48 tuyến..................................48
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 2 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Phần Phần A: A: LÝ THUY ẾT Chương I: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC ấu tạo v à cách mắc 1. C ấu 1.1 C ấu ấu tạo. Transistor là dụng d ụng cụ bán dẫn có hai tiếp giáp pp-n và 3 điện cực được đưa ra từ 3 miền. miền. Miền Miền Emiter, miền này này có nồng nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực đưa ra từ miền này gọi gọi là là cực cực Emitter (cực phát), ký hiệu hiệu là là E. Miền Miền Base, miền này này có nồng nồng độ tạp chất nhỏ nhất, điện cực đưa ra từ miền này này gọi là là cực cực Base (cực gốc), ký hiệu là là B. Miền Miền Collecter, miền này này có nồng nồng độ tạp chất trung b ình, b ình, điện cực đưa ra từ miền miền này này gọi gọi là l à cực cực Colectter(cực thu), ký hiệu là C. Tuỳ Tuỳ theo tr ình tự sắp xếp các miền p và và n mà ta có transistor loại loại npn hay loại pnp. E
n
p
n
C
E
B
Ký hiệu: hiệu:
p
n
p
C
B C
C
B B
E E
1.2 Các cách mắc mắc Transistor: Có ba cách mắc mắc Transistor là: là:
Emiter chung, ký hiệu hiệu là là EC. Base chung, ký hiệu hiệu là là BC. Collecter chung, ký hiệu hiệu là là CC.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 3 -
Đồ án kỹ thuật mạch E
C B
Ur
C
E Uv
Uv
B
Ur
Uv
B
EC
Ur
BC
CC
2. Các ch ế độ làm việc: Tuỳ Tuỳ theo yêu yêu cầu cầu kỹ thuật mà mà ta chọn chọn chế độ làm làm việc việc thích hợp cho Transistor 2.1. Chế Chế độ khuếch đại. Để BJT làm làm việc việc ở chế độ khuếch đại th ì JE phải phải được phân cực thuận còn còn Jc được phân cực nghịch cho cả hai loại BJT npn và và pnp. Hệ thức liên liên hệ hệ giữa các dòng dòng điện: I E I B I C
IC C
(1)
Hệ số truyền đạt dòng dòng base-chung thuận: thuận:
n
V CC CC
I
B
I C
(2)
I E
V B
n
Hệ số khuếch đại dòng dòng Emitter-chung thuận: thuận:
I C I B
I E
E
(3)
và (3) ta có: Từ (1),(2) và
p
1
hay
1 Chế Chế độ này được sử dụng nhiều nhất trong kỹ thu thuật mạch tương tự. 2.2 Chế Chế độ b ão hoà. Các tiếp tiếp xúc cực phát (JE) và tiếp tiếp xúc cực thu (JC) đều được phân cực thuận. Dòng ngõ ra của của BJT ở chế độ bão bão hoà giảm giảm hơn so với ở chế độ khuếch đại và và dòng ra bão hoà thoả thoả mãn mãn ICBbh < βIE và ICEbh < IB cho cách mắc mắc EC và và BC. 2.3 Chế Chế độ ngưng dẫn. Các tiếp tiếp xúc JE và JC đều phân cực nghịch, dòng dòng qua chỉ chỉ có dòng dòng ngược ngược qua tiếp tiếp xúc cực thu. Do phân cực nghịch cả hai tiếp giáp nên điện trở của BJT ở chế độ ngưng dẫn tăng đáng kể và điện áp hoạt động lớn.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 4 -
Đồ án kỹ thuật mạch
3. Các đặc tu yến Volt - Ampe. 3.1. Cách mắc EC. IB( A
a. Đặc tuyến ngõ vào :
UCE=0
UCE<0
UBE(V)
Sơ đồ BJT mắch EC
Đặc tuyến vào của BJT mắc EC
I (mA) E
IB =100 A
I E= 4 A
I A B=80
I E=3 A
I A B=60
I E=2 A
I A B=40
I E=1 A
I A B=20 U (V) CB
I A B=0
3.2. Cách mắc BC. a. Đặc tuyến ngõ vào : U v I (mA E
U (V) BE
Ur
3.3. Cách mắc CC.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Đặc tuyến vào của BJT -BC
Trang - 5 -
Đồ án kỹ thuật mạch
a. Đặc tuyến ngõ vào: I ( A B U (V)<0 BC
U (V) BC
Đặc tuyến vào mắc CC
Sơ đồ BJT mắc CC
4. Dòng bão hoà ngược v à ổn định nhiệt điểm công tá c của Transistor. 4.1. Dòng bão hoà ngược. Do tiếp giáp Jc phân cực ngược nên tồn tại dòng bão hoà ngược ICB0, dòng ICB0 phụ thuộc nhiều vào
0
0
t2=50 C t1=25 C
I
nhiệt độ. UBE
Ic = IE + ICB0 = ( IB + I C ) + ICB0
IC
(1 - ) IC = IB + ICB0 IC = IB + ( 1 + ) ICB0
4.2. Ổn định nhiệt điểm công tác của Transistor.
IC0
0
UBE0
UBE
Sự biến thiên nhiệt độ ảnh hưởng đến các tham số của Transistor. Chịu ảnh hưởng nhiều nhất là
Ảnh hưởng của nhiệt độ
điện áp Emitter – Base và dòng ngược ICB0. Khi ICB0 tăng th ì IC tăng, mật độ các hạt dẫn qua chuyển tiếp Colectter tăng, dẫn đến sự và chạm giữa các hạt với mạng tinh thể tăng làm cho nhiệt độ tăng và ICB0 tăng. Như vậy, chu kỳ cứ lặp lại làm cho dòng IC và nhiệt độ Transistor tăng mãi. Hiện tượng này gọi là hiện tượng hiệu ứng quá nhiệt. Hiện tượng này làm thay đổi điểm công tác tinh, nếukhông có biện pháp khắc phục có thể làm hỏng Transistor. Khi nhiệt độ thay đổi, UBE cũng thay đổi dẫn đến dòng IC thay đổi làm thay đổi điểm công tác tĩnh.Tuy nhiên, ở điều kiện thường, ICB0 ảnh hưởng nhiều hơn so với UBE. Như vậy, khi nói đến ảnh hưởng của nhiệt độ, ta thường quan tâm đến dòng ICB0.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 6 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Đối với Transistor Silíc, dòng ICB0 tăng nhanh hơn theo nhiệt độ nhưng giá trị tuyệt đối lại nhỏ hơn so với Transistor Gecmani ở cùng nhiệt độ. Do đó với Transistor Si có thể bỏ qua ICB0.Vì thế để đảm bảo cho mạch điện ổn định, đặc biệt ở nhiệt độ cao, hay dùng Transistor Si, lúc này cần quan tâm đến ảnh
Vcc
hưởng của (VBE). Rc
Điện áp trôi (VBE )có thể do sự biến đổi của nhiệt độ gây ra, cũng có thể do tạp tán của tham số Transistor gây ra. Nếu I E = const và nhiệt độ mặt ghép thay đổi lượng t thì đặc tuyến IC = f(VBE) của Transistor Si và Ge sẽ tịnh
Rb Ub
Ib
+
IC
tiến song song với trục tung một lượng là 2,5(t (mV/0C). Hệ số ổn định nhiệt của Transistor: S càng nhỏ mạch càng ổn định Ta có: IC = βIB + ( 1 + β)ICB0
IC = IB + (1 + ) ICB0 I I 1 B 1 CB 0 I C I C I CB0 1 S I C 1 I B I C
5. Phân cực cho Transistor. 5.1. Phân cực Transistor bằng d òng cố định. Ta có: I C
I B
U B
U
BE
R B
UCE = UCC - ICRC 1 I B dI B 0 S 1 I B I C dI C 1 I C
Như vậy, hệ số ổn định nhiệt phụ thuộc vào hệ số khuếch đại điện áp của Transistor thường lớn nên hệ số S của mạch này khá lớn do đó ổn định nhiệt kém. 5.2. Phân cực cho Transistor bằng điện áp phản hồi. Ta có: UCC = (IC + IB ) RC + IBRB + UBE UCC= IB [(1 + ) RC + RB] + UBE
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 7 -
Đồ án kỹ thuật mạch
=>
I B
U CC U BE
1 RC R B
IC = IB =
Vcc
U CC U BE
Ic +IB
Rc
1 RC R B
UCE = UCC - (IB + IC) RC
Rb
Hệ số ổn định nhiệt :
Ib
Ta có: UCC= (IB +IB )RC + IBRB + UBE UCC = (RC+ RB)IB + ICRC + UBE RC
U CC U BE
=>
IB =
=>
I B dI B RC I C dI C RC R B `
RC R B
Nếu R C >> RB thì
I C
RC R BE
S
1
Vậy : điện áp phản hồi qua điện trở RB trong mạch phân cực làm tăng độ ổn định nhiệt, đồng thời làm giảm hệ số khuếch đại tín hiệu xoay chiều. Ta thấy rằng, không thể nâng độ ổn định nhiệt lên cao vì điểm công tác tĩnh và độ ổn định nhiệt độ của mạch phụ thuộc lẫn nhau. 5.3. Phân cực Transistor bằng d òng Emiter. Vcc
Vcc
Rc
R1
Rb
Ib R2
Ub
Re
Hình a
IC
Rc
Ie
Re
Ib
+
Hình b
Áp dụng định lý Thevenin và Norton ta biến đổi mạch điện Hình a thành mạch điện Hình
b.Trong đó, R B và UB được xác định như sau:
U B
Ta có:
. 2 V CC R R1 R2
R B
R1. R2 R1 R2
UB = Ib RC + IERE + UBE =>
I B
U BE 1 R E R B U B
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 8 -
Đồ án kỹ thuật mạch
IC = IB=
U BE 1 R E R B U B
UCC = IC RC + IERE + UCE Coi IC IE : =>
UCC= IC ( RC + RE ) + UCE
=>
UCE= Ucc - IC(RC + RE)
Hệ số ổn định nhiệt: Ta có:
UB = IB RB + IERE + UBE UB = IB(RB+RE) + UBE + ICRE
=> => =>
IB =
R E R E R B
I C
U CC U BE RC R E
R I dI R R I dI 1 S R 1 R R B
B
C
C
E
E
B
E
E
Nếu RE >> RB thì S
B
1
Như vậy, để mạch ổn định phải thiết kế sao cho R E càng lớn càng tốt. Nhưng nếu R E quá lớn sẽ làm tăng phản hồi âm, do đó làm giảm tín hiệu xoay chiều của mạch. Để khắc phục, ta mắc song song R E với một tụ điện CE có trị số đủ lớn dể sao cho đối với tín hiệu xoay chiều th ì trở kháng của nó gần như bằng 0, còn đối với tín hiệu xoay chiều th ì xem như hở mạch. Ưu điểm của mạch phân cực bằng dòng Emiter đó là hệ số ổn định nhiệt không phụ thuộc vào điện trở R C, ngh ĩa là không phụ thuộc điểm công tác.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 9 -
Đồ án kỹ thuật mạch
C hương II: CÁC T ẦNG KHUYẾCH ĐẠI TÍN HI ỆU NHỎ 1. Mạch khuếch đại EC. Vcc
R1,R2 : Điện trở phân cực cho BJT. RC
: Điện trở tải cực C của BJT.
Re
: Điện trở ổn định nhiệt.
Rt
: Điện trở tải.
Rn
Rc R1 C1
Rn
Rt
R2
: Nội trở nguồn tín hiệu.
Re
Ce
+ Un
Un
: Nguồn tín hiệu.
Ce
: Tụ thoát xoay chiều.
C1
: Tụ liên lạc ngõ vào.
C2
: Tụ liên lạc ngõ ra.
-
Sơ đồ mạch EC
iv
i B
rb
Ur
rc
R1 //R2
Rn
Ur
C2
i
+
ib
ic Rc
re
En
Rt
U1
-
E
Rv
Sơ đồ tương đương
rv
1 .1. Trở kháng v ào của Transistor (rv ) và mạch EC (Rv). RV = R1 // R2 // rV. Ta có:
U1 = ibrb + iere = ib[ rb + (1 + β) r e]
=>
rv = rb + (1+ ) re
1.2. H ệ số khuếch đại d òng điện của mạch (K ). i K i
Ta có:
it ib ic it . . iv iv i ic b
iV.RV= iV.rV
ic=.ib
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
=>
ic i b
Trang - 10 -
Đồ án kỹ thuật mạch
iT.RT=iC(RC //RT)
it Rc // Rt ic Rt
=>
1.3. H ệ số khuếch đại điện áp (K u ). K u
U r U n
it . Rt
iv Rn Rv
R t
K i
Rn Rv
1.4. H ệ số khuếch đại công suất (K p ).
KP = K u.KI 1.5. Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Z r ). Khi hở mạch R t, ,
Zr = rce // Rc
=> Zr = RC.
do rce >> Rc
1.6. Quan hệ giữa tín hiệu v ào và tín hiệu ra. Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào làm ib tăng -> ic tăng -> U C giảm -> tín hiệu ra giảm. Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu vào làm ib giảm -> ic giảm ->UC tăng -> tín hiệu ra tăng. Vậy, với mạch EC th ì tín hiệu vào và tín hiệu ra nghịch pha nhau.
2. Mạch khuếch đại BC. C1
C2
Ur
Rc
Rn
R1 +
R3 1k
Re
Un
Cb
-
R2
Ucc
Sơ đồ mạch BC re
Ur
rc
Rn + En
Re
rb
Rc
Rt
B
2.1. Trở kháng v ào của Transistor (r V ) và mạch khuếch đại (RV ) SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 11 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Rv = Re // rv. Ta có: U1= iere + ibrb=ie(re + rv=re+
r b
1
)
r b
1
2.2. H ệ số khuếch đại d òng điện (K i). K i
Rv r v
R c // Rt
. .
, Ki < 1.
Rt
2.3. H ệ số khuếch đại điện áp (K u ). K u
Rv r v
Rc // Rt
. .
Rn Rv
2.4. H ệ số khuếch đại công suất. Kp = Ki.Ku. 2.5. Trở kháng ra của mạch khuếch đại (Z r ). Khi không có tải R t thì Zr = rr // Rc ( Rc với >> R c. 2.6. Quan hệ giữa tính hiệu v ào và tín hiệu ra. Ở bán kỳ dương của tín hiệu vào làm ie giảm -> ic giảm -> Uc tăng -> tín hiệu ra tăng. Ở bán kỳ âm của tín hiệu vào làm ie tăng -> ic tăng -> Uc giảm -> tín hiệu ra giảm . Vậy, với mạch BC th ì tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau.
3. M ạch khuếch đại CC . Vcc
R1 C1 Ur
C2 Rn
R2 Re
+
Rt
Un -
iv
S ơ đồ m ạc h CC
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 12 -
Đồ án kỹ thuật mạch
ib ib rc
rb re
Rn
U1
Ur
R1 //R2
+ En -
Re
rv
Rv
Rt
Sơ đồ tương đương
3 .1. Trở kháng v ào của Transistor (r V ) và mạch khuếch đại (RV ) Rv = R1 //R2 //rv
ib r b ie r e it Re // Rt ib r b 1 r e Re // Rt
U 1
Ta có:
U 1
rv = rb + (1+)(re+Re //Rt) 3.2. H ệ số khuếch đại d òng điện của mạch (K ). i K i
Rv r v
Rc // Rt
.1 .
Rt
3.2. H ệ số khuếch đại điện áp của mạch (K u ). K u
Rv r v
Re // Rt
.1 .
Rn Rv
, Ku < 1.
3.4. H ệ số khuếch đại công suất của mạch (K p ). KP= Ki.Ku 3.5. Quan hệ giữa tín hiệu v ào và tín hiệu ra. Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu và làm dòng ib tăng -> ie tăng -> U e tăng -> tín hiệu ra tăng. Ở bán kỳ âm (-) của tín hiệu và làm dòng ib giảm -> i e giảm -> Ue giảm -> tín hiệu ra giảm. Vậy, tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau.
4. Nhận xét. Tham số Ki
BC Nhỏ(0.98)
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
EC Lớn(-47.2)
CC Lớn(48.2)
Trang - 13 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Ku Zin Zout ZL //Zout
Lớn(72) Nhỏ(20.4) Lớn(1.03M) 1.5K
Lớn(-72) Trung bình (986) Trung bình(52.6K) 1.46K
Nhỏ(0.99) Lớn(73K) Nhỏ(32) 31
Mạch EC có Ku, Ki lớn nên Kp lớn, do đó được dùng trong các mạch khuếch đại công suất .Trở kháng vào và trở kháng ra trung b ình nên tiện lợi cho việc ghép với tải và nguồn tín hiệu . Mạch CC có trở kháng vào lớn nên thường dùng để lăm mạch phối hợp trở kháng. Mạch BC và EC có hồi tiếp âm qua điện trở Re nên thường được dùng làm nguồn dòng, còn mạch CC thường được dùng làm nguồn áp. Ở tần số cao th ì mạch BC có nhiều ưu điểm hơn so với mạch EC và CC.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 14 -
Đồ án kỹ thuật mạch
1. Cấu tạo.
DIODE BÁN D ẪN.
Chương III
Diode bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một tiếp giáp p-n và hai điện cực đưa ra từ hai miền. Điện cực đưa ra từ miền bán dẫn p là điện cực Anod. Điện cực đưa ra từ miền bán dẫn n là điện cực Katod.
Ký hiệu: A
p
n
K
A
K
2. Phân cực và đặc tuyến tĩnh của Diode. Quan hệ giữa dòng điện đi qua diode và điện áp đặt tr ên Anod và Katod được tính bằng biểu thức sau :
I I e 1 I e 1 V
qV
V T
kT
S
S
I
Dòng thu ận
V dt U AK U
Dòng ngh ịch
Trong đó:
I : dòng qua diode IS: dòng bão hoà ngược. VAK: điện áp đặt giữa hai cực diode. VT= 26 mV : áp nhiệt. K=1,381.1023J/K, q=1,6.10-19C
Phần dòng thuận: khi điện áp thuận tương đối nhỏ,điện trường trong vẫn đáng kể so với điện trường ngoài, mà điện trường trong ngăn trở dòng khuếch tán nên dòng điện thuận rất nhỏ.Khi điện áp thuận vượt quá giá trị V được gọi là điện áp mở, phụ thuộc vào nhiệt độ và vật liệu bán dẫn. Bán dẫn Si : V( =0.7 V) SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 15 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Bán dẫn Ge : V(=0.3 V) Thì điện trường trong bị khử bởi điện trường ngoài, điện trở của diode rất nhỏ, dòng điện thuận tăng nhanh theo điện áp. Phần dòng nghịch: Khi đặt điện áp nghịch lên diode, dòng điện nghịch rất bé. Dòng này tăng theo nhiệt độ, trong một giới hạn nhất định của điện áp th ì không phụ thuộc vào điện áp. Hiện tượng đánh thủng: đánh thủng diode có hai dạng cơ bản
Đánh thủng điện là sự tăng đột ngột lượng hạt dẫn qua tiếp giáp p-n do
tác dụng của điện trường mạnh lên các nguyên tử của tinh thể.
Đánh thủng nhiệt xảy ra khi tiếp giáp bị đốt nóng quá giới hạn cho phép.
3. Đặc tính đóng mở của diode bán dẫn. -V2
DVD Vi
Vi
t
i
R
Hình b tre
Hình a
tS
V1/RL
tr IRL
C1
C2
V2/RL
C 5 Hình c
Khi điện áp vào Vi biến đổi từ +V1 đến -V1, nếu diode là khoá đóng mở lý tưởng, th ì dạng sóng dòng điện qua tải RL có dạng Hình b. Dòng thuận bằng, dòng nghịch gần bằng 0. Hình c biểu thị dòng điện thực tế. Dòng thuận bằng , dòng nghịch có đột biến , chỉ sau thời gian phục hồi nghịch tre th ì diode mới tiến đến trạng thái ngắt mạch, dòng điện xấp xỉ 0. V ì vậy, nếu tần số điện áp vào Vi rất cao sao cho nữa chu kỳ âm của V i bé hơn thời gian re thi diode không còn tác dụng dẫn điện một chiều nữa.
4. Các tham số cơ bản của diode bán dẫn . SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 16 -
Đồ án kỹ thuật mạch
4.1. Dòng chỉnh lưu trung bình cực đại IF. Đó là dòng diện thuận trung b ình cực đại cho phép chạy qua diode trong thời gian sử dụng lâu dài, được xác định bởi điện tích chuyển tiếp p-n và điều kiện toả nhiệt. Ta cần chú ý điều kiện toà nhiệt và bảo đảm dòng điện trung b ình nhỏ hơn IF để diode khỏi hỏng. 4.2. Điện áp nghịch cực đại V ĐT . Nếu điện áp nghịch đặt vào diode đạt đến VĐT thì dòng điện nghịch tăng nhanh, tính dẫn điện một chiều của diode bị phá hỏng, làm hỏng diode. 4.3. Dòng điện nghịch I R . Đó là trị số dòng điện nghịch cực đại khi diode còn chưa bi đánh thủng, IR càng nhỏ th ì tính dẫn diện một chiều càng tốt.IR phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ . 4.4. T ần số công tác. Điện dung chuyển tiếp p-n và điện dung khuếch tán của diode là yếu tố chủ yếu giới hạn tần số công tác, khi tần số vượt qua giới hạn này thì diode không thể hiện tính năng dẫn điện một chiều nữa. 4.5. Thời gian phục hồi nghịch t rr . Thời gian trr được đo trong các điều kiện qui định về phụ tải, dòng điện thuận, dòng điện nghịch tức thời cực đại. trr = tS +tr Với:
tS : thời gian lưu giữ tr : thời gian chuyển tiếp 4.6. Điện dung tiếp giáp p-n. Giá trị điện dung này bao gồm điện dung khuếch tán và điện dung chuyển tiếp. Điện dung khuếch tán (điện dung tiếp giáp khi diode phân cực thuận): C D
dQ D dv D
(i D I S ) T V T
i D vT V T
Trong đó : حT : gọi là thời gian chuyển tiếp. VT : Điện áp nhiệt IS : dòng bão hoà ngựơc
Điện dung chuyển tiếp (điện dung tiếp giáp khi diode phân cực ngược): SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 17 -
Đồ án kỹ thuật mạch C j
dQn dv R
C j 0
1
v R
j
Với : điện dung tiếp giáp khi phân cực 0 của diode. Trong đó:
A : tiết diện của tiếp giáp p - n.
Chương IV
HỒI TIẾP
Hồi tiếp là lấy một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của mạng 4 cực tích cực đưa trở về đầu vào thông qua một mạng 4 cực gọi là mạng hồi tiếp. Người ta chia hồi tiếp thành hai loại là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương. Hồi tiếp đòng vai trò rất quan trọng tr ong kỹ thuật mạch tương tự. Cho phép thay đổi tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao chất lượng của bộ khuếch đại . Hồi tiếp có hai loại: + Hồi tiếp âm có tín hiệu hồi tiếp ngược pha tín hiệu vào nên làm giảm tín hiệu vào.Hồi tiếp âm một chiều được dùng để ổn định chế độ công tác, hồi tiếp âm xoay chiều dùng để ổn định các tham số của bộ khuếch đại. + Hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào nên làm mạnh tín hiệu vào. Hồi tiếp dương thường làm cho khuếch đại mất ổn định nên thường được sử dụng để tạo dao động. Phân loại mạch hồi tiếp:
Hồi tiếp nối tiếp điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu và tỉ lệ điện áp đầu ra.
Hồi tiếp song song điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa vào đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ điện áp ra. Hồi tiếp nối tiếp dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào nối tiếp nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra.
Hồi tiếp song song dòng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về đầu vào song song nguồn tín hiệu và tỉ lệ dòng điện ra.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 18 -
Đồ án kỹ thuật mạch
1. Hồi tiếp âm. 1.1. Các phương tr ình cơ bản của mang 4 cực có hồi tiếp âm. Xv
Kn
Xr
Xh K
Xn
(-) Kht
Xht
Sơ đồ khối toàn phần của bộ khuếch đại có hồi tiếp . Ta có các quan hệ sau: Xr = K.Xh
(1)
Xv= Kn.Xn
(2)
Xh = Xv - Xht
(3)
Xht= Kht.Xr
(4)
Từ (1),(2),(3) và (4) => Hàm truyền đạt toàn phần: K tp
X r X n
K '.K n
Độ sâu hồi tiếp: g = 1 + K. Nếu |g| > 1 th ì |K’| < |K| => hồi tiếp âm. Nếu |g| < 1 th ì |K’| > |K| => hồi tiếp dương 1.2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các tính chất của bộ khuếch đại. 1.2.1. Ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại . Ta có: K’ < K
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 19 -
Đồ án kỹ thuật mạch Iv1
Iv
rh
U h
rh
U h
+
U
-
rrht
rrht
Kht
KhtXr
hồi tiếp nối tiêp
hồi tiếp song song
Vậy, hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp âm nhỏ hơn khi không có hồi tiếp âm.
1.2.2. Ảnh hưởng đến trở kháng vào. Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp. Sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào phương pháp mắc mạch hồi tiếp về đầu vào (nối tiếp hay song song), không phụ thuộc phương pháp lấy tín hiệu ở đầu ra để đưa vào mạch hồi tiếp. a. Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp. Khi không có hồi tiếp (K ht.Xr=0):
=>
Z v
U v
U h U '
I v
r r h
rht
I v
Khi có hồi tiếp:
=>
Z 'v
U v
U h 1 K . K ht U '
I v
g .r r h
rht
I v
Nếu r rht << rh => Z’v = g.Zv b. Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm song song Khi không có hồi tiếp: Y ' v
1 Z v
1 r h
1 r rht
Khi có hồi tiếp: Y 'v
1 Z '
I v
K ht X r I h I '
U v
U v
g r h
1 r rht
Nếu r eht >> rh thì Z’v= Zv /g SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 20 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Vậy: hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp lên g lần và hồi tiếp âm song song làm giảm trở kháng vào g lần. 1.2.3 . Ảnh hưởng đến trở kháng ra . R
r
r Ura
U ra
R t
KngXh
+
KhXh
Ira
-
rht
rvh t
hồi tiếp âm điện áp
hồi tiếp âm dòng điện
Sự thay đổi trở kháng ra khi có hồi tiếp không phụ thuộc vào phương pháp lấy tín hiệu về mà phụ thuộc vào phương pháp nối đầu ra bộ khuếch đại vào mạch hồi tiếp. a. Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp. Khi không có hồi tiếp:
Khi có hồi tiếp:
I rng
Zra = rr // rvht ( rr (vì rr<< rvht)
K h X h
r r
r r
K h X v
r r
r r
=>
U rh
Z 'r
I rng
=>
Z ' r
1 K K h
ht
g1
r r g
, rr << rvht.
Z r g
b. Trở kháng ra của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm dòng điện. Khi không có hồi tiếp: Zra = rr + rvht ( rr , rr >> rvht ) Khi có hồi tiếp:
I rng
U rh
K ng . X v
K ng X v
1 K ng K ht
K ng X h r r K ng X v r r
=>
Z ' ra
U ra
r r (1 K ng K ht ) g ng r r
I ng
=>
Z’ra= g.Zra
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 21 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Vậy, hồi tiếp âm điện áp làm giảm trở kháng ra g lần, còn hồi tiếp âm dòng điện làm tăng trở kháng ra g lần. 1.2.4. Ảnh hưởng đến nhiễu v à tạp âm. Khi có tín hiệu đặt ở đầu vào bộ khuếch đại th ì ở đầu r a ngoài tín hiệu được khuếch đại còn có tín hiệu nhiễu và tạp âm (do mạch sinh ra). Xta
Xh K1
XV
Xr
K2
Xht
Kht
[(Xv - Xht)K1 + Xta].K2 = Xr K1K2Xv-K1K2Xht-K2Xta= Xr Thay Xht =Kht.Xr : K1K2Xv + K2Xta = Xr(1+K1K2Kht) =>
X v
=>
X v K ht
K 1K 2
1 K 1K 2 K ht
X ta K 1K ht
X ta
K 2
1 K 1 K 2 K ht
X r
X r
Nhận xét: Hồi tiếp âm làm giảm tín hiệu Kht lần nhưng làm giảm tạp âm hẳn đi K 1Kht lần.
1.2.5. Ảnh hưởng đến méo phi tuyến và dải động. Xh = Xv - KhtXr = Xv - K.KhtXh =>
Xh =
X v
1 K .K ht
X v g
Nhận xét:
Đại lượng điện giảm g lần nên méo phi tuyến sinh ra do đoạn cong vênh đầu đặc tuyến vào cũng giảm g lần.
Khi đại lượng đặt trực tiếp vào bộ khuếch đại giảm g lần th ì dải động
tăng g lần.
2. Hồi tiếp dương Giả sử khối khuếch đại và khối hồi tiếp có SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Kht
j
K ht K ht .e
Trang - 22 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Để mạch tạo ra dao động th ì: =>
K .K ht
K Kht )
j (
K .K ht . e
1
(1) ( 2)
1
K Kht 2 n, n 0,1,2,...
(1) là điều kiện cân bằng về biện độ cho biết mạch chỉ dao động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại bù dược tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra. (2) là điều kiện cân bằng về pha cho biết dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào. K
: mođun hệ số khuếch đại .
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 23 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Chương V
KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT .
1. Chế độ công tác và đỉnh điểm l àm việc cho tầng khuếch đại công suất. Tuỳ thuộc vào chế độ công tác của Transistor người ta phân biệt thành các chế độ A, AB, B và C.
t1
t2
chế độ B chế độ A
Ch
t2
t1
chế độ C
t1
t2
chế độ AB 1.1. Chế độ A. Chế độ khuếch đại gần như tuyến tính, góc cắt ( = T/2 =1800. Khi tín hiệu vào hình sin thì dòng t ĩnh luôn luôn lớn hơn biên độ dòng điện ra. V ì vậy, hiệu suất của bộ khuếch đại chế độ A rất thấp (<50%).
1.2. Chế độ AB. Góc cắt 900 < ( < 1800. Ở chế độ này có thể đạt hiệu suất cao hơn chế độ A v ì dòng t ĩnh IC0 lúc này nhỏ hơn dòng t ĩnh ở chế độ A. Điểm làm việc nằm trên đặc tuyến tải gần khu vực tắt của Transistor . SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 24 -
Đồ án kỹ thuật mạch
1.3. Chế độ B. Có góc β = 900. Điểm làm việc tĩnh được xác định tại UBE = 0. Chỉ một nữa chu kỳ âm (hoặc dương) của điện áp được Transistor khuếch đại.
1.4. Chế độ C. Góc cắt β <900. Hiệu suất chế độ C khá lớn h >78%) nhưng méo rất lớn, nó thường được dùng trong các bộ khuếch đại tần số cao và dùng với tải cộng hưởng để có thể lọc ra được hài bậc nhất như mong muốn. 2. Khuếch đại công suất hạng A (Khuếch đại đơn). Ta có Ucc=I CRL +UCE.
Vcc
Ðiểm làm việc tỉnh là trung điểm từ Ucc đến Ucc/R L:
I U CC CQ 2 R L U CEQ U CC 2
RL Cv
Rn + Un
tín hiệu vào
-
t
PDM
tín hiệu ra
t
ICQ
UCC
tín hiệu ra t
Tín hiệu xoay chiều và một chiều đều chạy qua cùng một mạch nên ta có đường tải động trùng với đường tải tĩnh. -Dòng ra có biên độ : giá trị hiệu dụng I 0
U CC
2 2 R
L
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 25 -
T1
Đồ án kỹ thuật mạch U CC
Công suất tín hiệu trao cho tải RL: P L U 0 I 0
.
2
U CC
2 2 2 2 R
+ Công suất tiêu tán của điện trở :
P R
I 2 R CQ
L
CC L
8 R
L
L
U 2 R
U CC
2
U 2 R 4 R
CC
L
L
+ Công suất của nguồn cung cấp: 2
PCC
P P D
R
U CC
4 R
2
L
=>
2
U CC
.
2 R L
2 8 R L U CC
U CC
4 R
L
2
U CC
2 R
L
.100% 25%
3. Tầng khuếch đại đẩy kéo. Để tăng công suất hiệu suất và giảm méo phi tuyến, người ta dùng tầng khuếch đại đẩy kéo. Tầng khuếch đại đẩy kéo là tầng gồm có hai phần tử tích cực mắc chung tải.
Một số đặc điểm: Điểm đất của mạch song song là đầu âm của nguồn một chiều. Điểm đất của mạch nối tiếp là điểm giữa của nguồn một chiều. Các mạch đẩy kéo dùng hai Transistor cùng loại được kích thích bởi các tín hiệu ngược pha. Để tào tín hiệu này có thể dùng tâng khuếch đại đảo pha hoặc dùng biến áp mà cuộn thứ cấp của nó có điểm giữa nối đất về mặt xoay chiều. Các mạch đẩy kéo dùng hai Transistor khác loại được kích thích bởi các tín hiệu đồng pha.V ì vậy, có thể dùng một tín hiệu để kích thích cho cả hai Transistor Các tầng khuếch đại đẩy kéo có thể làm việc ở chế độ A, AB, hoặc B nhưng thông thường người ta thường dùng ở chế độ B hoặc AB.
3.1. Khuếch đại công suất đẩy kéo hạng B (đẩy kéo song song). R’L: điện trở phản ánh từ R L vào cuộn sơ cấp R L ' R L
N 1 N 2
2
Dòng ra có biên độ là ICM, giá trị hiệu dụng là:
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 26 -
Đồ án kỹ thuật mạch
T1 Ucc Uv
RL T2
Trong đó ITB là dòng trung bình chạy qua cực C của BJT, tính bởi công thức:
1 I U ' sin I I tdt 2 0 R'
CM
TB
CC
CM
L
Vậy: Khuếch đại đẩy kéo hạng B có hiệu suất cao nhưng tín hiệu ra bị méo xuyên tâm. Ngày nay, bộ khuếch đại đẩy kéo song song chỉ còn được dùng trong những trường hợp yêu cầu phải cách li điện một chiều đối với tải hoặc yêu cầu yêu cầu hiệu suất cao trong khi nguồn cung cấp nhỏ. Nhược điểm của mạch là kích thước lớn, giá thành cao, dải tần làm việc hẹp, không thể thực hiện dưới dạng mạch tích hợp.
3.2. Khuếch đại hạng A-B. Để khắc phục hiện tượng méo xuyên tâm ở khuếch đại công suất hạng B, người ta chế tạo ra mạch khuếch đại công suất hạng AB bằng cách thêm hai điện trở R1, R2 để phân cực trước cho BJT, sao cho khi có tín hiệu vào thì BJT dẫn ngay. Do đó, hiệu suất của khuêch đại công suất hạng AB là: A < AB < B. T1 Uv
R2
Ucc RL T2
R1
Hai mạch thường dùng sau này là OTL và OCL. 3.3. Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL. SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 27 -
Đồ án kỹ thuật mạch
3.3.1. Dùng hai BJT mắc theo Vcc
kiểu đẩy kéo. Rc
R1
T0 : BJT khuếch đại đảo pha T1 cùng loại T2, mắc theo kiểu
C1
T1 To
đẩy kéo.
IC1
Re1
Uv
C2 T2
Ở chế độ tĩnh T0 được phân cực
R2
RL
Re
sao cho:
Re2
IB1 = IB2 => IC1 = IC2 =>
U S
IC2
V CC
2
Ở chế độ động: Ở bán kỳ âm(-) của tín hiệu vào T1 dẫn tạo ra dòng IC1 nạp điện cho tụ C2,đi từ VCC -> T1 -> C2 -> RL -> mass. Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào T2 dẫn tạo ra dòng IC2 nạp điện cho tụ C2, đi từ C2(+) -> T2 -> mass -> RL -> C2(-). Do đó tín hiệu được trao đầy đủ cho tải.
3.3.2. Dùng hai BJT mắc theo kiểu bổ
Vcc
phụ.
Rc T1
T0 : BJT khuếch đại đệm. D1: diode cùng loại bán dẫn với T1(npn)
R1
D2
D2: diode cùng loại bán dẫn với C1
To
Uv
T1,T2 :hai BJT mắc theo kiểu bổ phụ.
R2 1k Re
Ở chế độ tĩnh T0 được phân cực sao cho:
U CC
2
I B1 I B 2 I C 1 I C 2 U S
T2 RL
T2(pnp).
U P
C2
D1
Ce
U CC
2
Ở chế độ động: Ở bán kỳ âm(-) của tín hiệu vào T1 dẫn tạo ra dòng IC1 nạp điện cho tụ C2,đi từ VCC -> T1 -> C2 -> RL -> mass. Ở bán kỳ dương (+) của tín hiệu vào T2 dẫn tạo ra dòng IC2 nạp điện cho tụ C2,đi từ C2(+) -> T2 -> mass -> RL -> C2(-).
3.4. Mạch khuếch đại công suất kiểu OCL. SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 28 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Sử dụng hai nguồn đối xứng (UCC.)
+Ucc
Ở chế độ tĩnh ta có: UP=0 => US=0 Ở chế độ động:
Rc T1
Bán kỳ âm (-) của tín hiệu vào
IC2
làm T1 dẫn,tạo dòng
D1
R1
T2
D2
IC1 chạy từ +UCC -> T1 -> RL ->
RL C1
mass.
To
Uv
Ở bán kỳ dương (+) của tín
R2 1k
hiêu vào làm T2 dẩn,tạo dòng IC2 chạy
R3 1k
Ce
từ mass -> RL -> T2 ->-UCC.
4. Nhận xét. Mạch OTL chỉ dùng một nguồn cung cấp , dải thông rộng hơn loại ghép biến áp, hiệu suất cao, kích thước nhỏ, chế độ ổn định nhưng lại bị hạn chế ở tân số thấp do có tụ ở ngõ ra. Mạch OCL dùng hai nguồn đối xứng, không gây méo ở tần số thấp nhưng nhược điểm là gây quá dòng chạy qua RL dễ dẫn đến cháy loa. Do dó trong mạch OCL thươ ng có mạch bảo vệ quá độ. Cả hai mạch đều không phối hợp trở kháng với loa,muốn công suất lớn th ì phải dùng nguồn cung cấp lớn.
5. Transistor ghép Darlington (d ạng thường). Dùng hai BJT ghép lại với nhau xem như là một BJT. 5.1. Sơ đồ Darlington. C1
I C2
IB2 B2
C
IC1 Q2 B
Q
Q1
IE1
I21=IB
E
E1
Q1 có hệ số khuếch đại β1, Q2 có hệ số khuếch đại β2. SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 29 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Ta có: IC = IC1= 1IB1 1IE2 1IC2 = 12IB2 Vậy: Q có hệ số khuếch đại :
β=β1.β2
Hệ số khuếch đại dòng chung: h fe
I C I B
I C 1 I C 2 I B 2
I C 1 I . B1
I B1 . I B 2
I C 2 I B 2
I B1 I E 1
h
fe1
h
fe 2
1 h
fe 2
hfe = hfe1(1 + hfe2) + hfe2 = hfe1.hfe2 Trở kháng vào:
I B I E 2
hie 2 hie1
hie
hie 2 hie1 1 h fe 2
1 h fe 2 5.2. Sơ đồ giả Darlington (Dạng bù). Hệ số khuếch đại dòng: hie
U v
h fe
I C
I v
I B
U BE / Q 2
U
BE / Q 1
I B 2
I B1 I E 2
U BE / Q 2
1 h I fe1
B1
I B 2
I B 2
U BE / Q 1
I B 2
1 h h fe1
h2 ie
U BE / Q 1 I B1 I B 1
.
I B 2
I
fe 2 B 2
I B 2
hfe = (1+ hfe1) hfe2 hfe1.hfe2 Trở kháng vào:
hie
V BE / Q 2 I B 2
h
ie 2
E2
IC1 Q
E
B2
IE1
Q2
IB2
B
Q1
IC2=IB1
C
E1
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 30 -
Đồ án kỹ thuật mạch
6. Hiện tượng méo xuyên tâm (Crossover) và phương pháp khắc phục. 6.1. Hiện tượng méo xuyên tâm. (1 )
IB
(2
IB1
0
V
V BE
Khi tầng khuếch đại làm việc ở chế độ B th ì điểm tĩnh Q nằm ở gốc toạ độ O(0,0) trên đặc tuyến vào của Transistor (1). Nhưng ứng với Transistor (2) th ì đặc tuyến này có vùng chết cứng ứng với khi VBE IC = 0. Khi điện áp vào vượt quá ngưỡng Vγ thì mới xuất hiện tín hiệu đầu ra. Kết quả là tín hiệu ra bị méo ở vùng tín hiệu bé. Để khắc phục t ình trạng này, người ta thường phân cực cho các tiếp giáp B-E để dời điểm tĩnh Q đến gốc toạ đô. Lúc dó tâng khuêch đai công suât lăm viêc ở chế độ AB. 6.2. Các phương pháp tránh méo Crossover. Hình sau minh hoạ biên pháp tránh méo Crossover bằng cách phân cực trước cho Q1 và Q2 làm việc ở chế độ AB. Trong đó ZB1B2 có thể là:
Diode và biến trở mắc nối tiếp.
R Q1 C1 Zb1b2
Diode và biến trở mắc song song. Mạch Transistor.
Q2
ZL
Q3
6.2.1. Dùng Diode v ới biến trở mắc nối tiếp. Ở dòng phân cưc thì diện áp tr ên diode hầu như không đổi.Nếu diode làm cùng vật liệu với cặp BJT công suất Q1, Q2 th ì khi dẫn V( của diode xấp xỉ bằng V của Transistor ). VR dùng để chỉnh áp phân cực cho đúng yêu cầu.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 31 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Phương pháp này để điều chỉnh điểm làm việc tĩnh Q nhưng lại bị mất mát tín hiệu tr ên VR.
B1
B1
B1 Vr
D1
D1 D2
Vr
D2
Vr
R1 B2
B2 B2
Hìinh a
hìinh b
6.2.2. Dùng diode với biến trở mắc song song.(H ình b) Khi tín hiệu vào lớn th ì dòng sẽ đổ qua diode còn khi tín hiệu bé th ì dòng đổ hầu hết qua VR. Do đó, sụt áp tr ên ZB1B2 hầu như không đổi làm cho điểm làm việc Q không bị xê dịch. Tuy nhiên với cách mắc này thì sẽ khó điều chỉnh VR hơn. 6.2.3. Dùng mạch Transistor .(H ình c) Giả sử dòng vào Transistor nhỏ. Ta có: Khi làm việc VBE hầu như không đổi, do đó VC1=VB1B2 không đổi. Ngoài ra BJT có nhiệm vụ giữ cho điểm làm việc tĩnh Q không bị xê dich khi nhiệt độ thay đổi.
7. Các biện pháp nâng cao hệ số khuếch đại. 7.1. Dùng nguyên tắc Bootstrap. Rc4
Rc3 Q1
C2 C1
Zb1b2 Q2
ZL
Q3
Muốn tăng hệ số khuếch đại th ì phải tăng hệ số khuếch đại của từng tầng khuếch đại nhưng chủ yếu vẫn tăng hệ số khuếch đại cho tầng đảo pha (driver). Có hai biện pháp, một là phải cung cấp cho Q3 một điện áp lớn hơn hoặc phải dùng nguyên tắc Bootstrap.Thường th ì người ta dùng phương pháp thứ hai hoặc dùng nguồn dòng. SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 32 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Bootstrap là biện pháp dùng để tăng điện trở tải cho tầng đảo pha.Về mặt xoay chiều RC4 mắc song song với tải ZL, con RC3 màc song song vói trở khang vao hie1 cuả Transistor Q1. Tải của tầng đảo pha Q3 là: Zt3= RC3 //hie1+ (1+ hfe1)(ZL //RC4) Chọn: RC3 >> hie RC4 >> Z L =>
Zt3 = (1+ hfe1)ZL
Trong thực tế để tăng Zt3 người ta mắc Darlington ở tầng cuối cùng để có hfe lớn và có RC3>> hie1 thì người ta thay điện trở RC3 bằng điện trở động của nguồn dòng. Nói cách khác là ta thiết kế cho tải của Q3 là tải tích cực do nguồn dòng tạo ra.
7.2. Dùng nguồn dòng.
R1
ILIC
ZL
IB
Zb//R1
hie
IC
hfeIB
1 hie
Re
Zb
Re
Từ sơ đồ tương đương ta có hệ phương tr ình: dV BE hie dI B dV BE ( Z B // R1 )dI B R E dI E dI E dI B dI C dI C h fe dI B dV CE hie
(1) (2) (3) (4)
Giải ra ta có nội trở nguồn dòng: Ri
h fc R . E 1 1 dI C hie Z B // R1 hie R E dV CE
Nguồn dòng có nội trở Ri càng lớn th ì càng ổn định và càng gần với nguồn lý tưởng.Ta có: nếu Ri >>ZL th ì IL = I Nguồn dòng có trở kháng xoay chiều lớn nên dùng để tăng hệ số khuếch đại .V ì các tầng khuếch đại mắc nối tiếp nhau nên: AV = AV1.AV2 SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 33 -
ZL
Đồ án kỹ thuật mạch
Trong đó:
AV2 =
h fe hie
Z Lxc ,ZLxc : trở
kháng tải xoay chiều của BJT.
ZLxc = Rc //ZinQ3, ZinQ3: trở kháng vào tầng khuếch đại công suất. ZinQ31 = hie1 + (1+ hfe13)RL Do hệ số khuếch đại dòng tầng khuếch đại công suất hfe13 rất lớn nên ZinQ31 rất lớn, dẫn đến ZLXC bé nên AV2 không lớn -> AV không lớn -> RC không thể quá lớn. Để khắc phục thay RC bằng nguồn dòng.
8. Khu ếch đại vi sai. Khi ngõ vào có tín hiệu Vi do tính phân áp của R -R nên sẽ tác động vào mỗi Transistor làm cho Transistor Q1 dẫn và Transistor Q2 tắt. Ở ngõ ra điện áp tr ên cực C của Q1 giảm đi một lượng và điện áp tr ên cực C của Q2 tăng lên một lượng. Ta có: ∆V0 = ∆V01 - ∆V02 . Điều kiện R B2 >>rBE. Độ lợi của mỗi tầng được xác định như sau: R V 01 V 01 K 1.V (1) R 1 r V (1) V 02 R K 2 V 02 K 2 .V ( 2 ) V ( 2 ) R 1 r K 1
C
i
i
B
BE
C
i
i
B
BE
Vcc
Rb2
Rc
Rc
V0
Rb2
Rb1 Q1
V01 V02
R
R
Q2
R8
Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu các Transistor Q1 và Q2 phải có các tham số giống nhau => K1 =K2.
V0 = V01 - V02 = K1(Vi(1) - Vi(2))
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 34 -
Đồ án kỹ thuật mạch
= K1.Vi K K 1
V 0 RC V i r BE R B1
(*)
Hệ thức (*) cho thấy khi mạch khuếch đại vi sai dùng hai Transistor nhưng độ lợi điện áp bằng một tầng khuếch đại thông thường của một Transistor. Hệ số khuếch đại hiệu: Với giả thiết trường hợp cần lấy tín hiệu tr ên một đầu ra so với đất, ta có hệ số khuếch đại đối với một đầu ra: K ud 1
K 2
U r 1
U rd
ud
U d
2U
K ud
2
d
Vậy hệ só khuếch đại đối với một đầu ra bằng một nữa hệ số khuếch đại hiệu khi lấy điện áp ra đối xứng. Hệ số nén tín hiệu đồng pha: G (CMRR )
K ud 1 K CM
[dB]
với K CM là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha. Trong chế độ khuếch đại tín hiệu đồng pha RE có tác dụng hồi tiếp âm lớn làm giảm hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha K CM. Do đó để giảm hệ số K CM đồng thời tăng hệ số CMRR th ì ta phải chọn R E lớn. Tuy nhiên , không thể chọn R E qua lớn sao cho IE.RE nhỏ hơn (10-15)V để đảm bảo điều kiện về công suất Tổn hao trên hai điện trở và điều kiện về nguồn cung cấp. V ì vậy, trong thực tế thay RE bằng nguồn dòng có nội trở lớn và hạ áp tr ên nó nhỏ. Hiện tượng trôi:
Trong thực tế mạch không hoàn toàn đối xứng, do đó sự thay đổi nhiệt độ gây ra một điện áp hiệu (trôi điện áp lệch không).
U0=UBE1 - UBE2 I C 1
U BE 1
U T ln(
U EB 2
U T ln(
Ta có:
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
I Ebh I C 2
I Enh
1) 1)
Trang - 35 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Một số sơ đồ cơ bản của mạch khuếch đại vi sai: *
*
* +V
+V
Khuyếch đại vi sai Darlington
Khuyếch đại vi sai Darlington bù
+V
+V
Khuyếch đại vi sai có hồi tiếp âm dòng
Khuyếch đại vi sai +V
Khuyếch đại vi sai Kaskode
9. Biện pháp nhằm cải thiện đặc tính của mạch. SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 36 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Trong tầng công suất sơ đồ taie Emitter chung dễ xuất hiện nguy cơ quá tải nếu trở kháng tải quá nhỏ.Để khắc phục hiện tượng đó có thể mắc thêm mạch hạn dòng vào sơ đồ như sau:
+Vcc
R3 1k Q1 R4 1k
Q5 D1
D2 Q6
R1
R2 Ur
R6 1k
Q2
Q7 Uv
R5 1k
-Vcc
Bình thường Q5, Q6 ngắt, VBE của chúng phụ thuộc vào áp trên R1, R2 (R1 = R2). Khi dòng điện ra quá lớn,VBE tăng làm Q5,Q6 dẫn, làm VBE của Q1,Q2 giảm và dòng ra giảm.R1 được chọn sao cho dòng ra bị hạn chế trong trường hợp nó vượt quá trị số thông thường đã tính toán(trong vùng làm việc).
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 37 -
Đồ án kỹ thuật mạch
ẾT KẾ THI CÁC THÔNG SỐ Y ÊU C ẦU THIẾT KẾ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SU ẤT OCL NG Õ VÀO ĐƠN DÙNG BJT Công suất loa Điện trở loa Trở kháng vào Điện áp vào Băng thông Độ méo
: : : : : :
75W - 100W 8Ω 100KΩ - 120KΩ 0,775V 20Hz – 15Khz 2%
TÁC DỤNG CÁC LINH KIỆN Q6, Q7, Q8, Q9 : Là các cặp BJT ghép Dalington khuyết đại công suất Q2,VR1 ,D4, R5 : Là các phần tử của nguồn dòng Q4, Q5 : Là các BJT bảo vệ quá tải và ngắn mạch R 1, R 2 : Ổn định nhiệt và cân bằng dòng ra R 3, R 4 : Điện trở rẽ dòng nhiệt D1,D2,D3,VR2 : Định thiên áp để các BJT công suất hoạt động ở chế độ AB R6 ,R18, C6 : Ổn định nhiệt cho Q3 R10, VR3 ,C2 : Bộ lọc thông cao R9, R10 : Điện trở phân cực cho Q 1 R8, R17 : Cầu phân áp cho Q 3 R13, R14 : Cầu phân áp cho Q 5 Điện trở phân cực cho Q 4 R15, R16 : C 1, C 2 : Tụ liên lạc ngõ vào và ngõ ra C4 , C5 : Tụ thoát cao tầng, chống dao động ký sinh R 0, C 1 : Mạch lọc zobel thành phần cân bằng trở kháng
TÍNH TOÁN I. Tính toán nguồn: a. Biện độ tín hiệu ra Khi tín hiệu vào có dạng h ình sin: Vl=Vlp thì tín hiệu ra có dạng: Vl= Vlpsin + VECQ I l = I lpSin + ICQ V ILhd = I L ; VLhd = L Công suất tr ên loa:
2
2
U LP 2PLRL 2*80*8 35,7(V)
Chọn PL = 80 W
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 38 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Khi đó I LP U LP 36 4,5( A) 8
R L
Chọn hệ số nguồn là VCC 2
U LP
2*
=
0,9
35,7 80(V ) 0,9
Vậy chọn VCC = 80(V) 2
362 81 (W) P LP 2 R L 16 I 4,5 80 229 (W) PCC 2 LP V CC 2 U LP
n% = P LP 80 *100 % = 35,37(%) PCC
229
II. Tính toán tầng công suất : Tầng công suất có nhiêm vụ khuếch đại tín hiệu đưa ra loa. Để tránh méo phi tuyến ta chọn câc BJT Q 8, Q9 làm việc ở chế độ AB. a. Chọn R 1 , R2 : Đây là hai điện trở có nhiệm vụ cân bằng dòng và ổn định nhiệt cho Q8, Q 9. Để tránh tổn hao công suất tr ên R1, R2 thì ta chọn điện áp rơi trên R 1, R2 nhỏ hơn nhiều so với điện áp đỉnh : VR 1 = VR2 = V 36 1,8(V ) LP
20
20 1,8 V R1 R2 R1 0,4() I LP 4,5 Vậy chọn R 1 = R2 = 0,5( ) 4,5 I P R1 PR 2 I tb2 * R1 LP * R1 *0,5 0,7 (w)
R R 0,5() Chọn 1 2
P 1(W)
b. Tính và ch ọn Q8,Q9 : Công suất tiêu tán trên 2 BJT Q 8 và Q9 : 2PQ8 = Pcc – P L – 2 PR1 2 2Vcc * I LP R L * I 2 LP 2R1*I LP 2 PQ8 2 2 Mà ILP = 2V CC 2*80 6,2( A) 4 R 4*0,5 R L 21 8 10 2 PQ8 158 (W) PQ8 79 (W) PQ8dc = VCEQ* ICQ = Vcc * ICQ = 80 * 50* 103 = 4(W)
PΣQ8 = 4 + 79 = 83 (W) Vậy chọn Q 8, Q9: - P0 > 2PΣQ8 = 283(W) = 166(W) - VCE > 2VCC = 160(V) - Ic > ILP = 4,5(A)
Vậy chọn cặp bổ phụ là : 2SC5200 và 2SA1943 có các thông số sau : SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 39 -
Đồ án kỹ thuật mạch
BJT
P (W)
h
C
fe
I (A)
f T (MHz)
C
V
CEQ
(V)
2SA1943
150(W)
55 - 160
15(A)
30
230(V)
2SC5200
150(W)
55 - 160
15(A)
30
230(V)
c. Chọn R 3 ,R4 : Chọn ICQ8 = 50 (mA) , chọn hfe8 = 100 3
IBQ8 = 50*10 0,5 mA 100
Rac8 < R3 , R4 < Rdc8
Rac8 = hie8 + R1* hfe8 = Rdc8 =
V be 8 I bQ 8
R1 * h fe8
h fe8 *26*10
3
100*26*103 R1 * h fe8 102() 0,5*103
I CQ
0,7 0,5*100 1450( ) 0,5*10 3
102 < R3, R4 < 1450 Vậy chọn R 3, R4 = 390 ( )
d. Tính và ch ọn Q6, Q7 VR3 = VbeQ8 +R1 * Icq8 = 0,70+ 0,5 * 50mA = 0,725(V) IR3 = V R 3 0,725 2( mA) 390
R3
IcQ6 = IbQ8 + IR3 = 0,5 + 2 = 2,5(mA)
Xét ở AC: Ibac8
I cac8 h fe8
4,5 45(mA) 100
VacR3 = hie8 * Ibac8 +R1 * Icac8 =
h fe 8 * 26mV I CQ 8
* I bac 8 * R1 * I cac8
100*26*103 *45*103 0,5*4,5 5(V ) = 3 50*10 V 5 I acR3 acR3 13(mA) 390 R3 I cQ 8max I acR3 I bcRa 13 45 58( A) h fe8 *26mV RQ 6 R3 // hie8 h fe8 * R1 RL * h fe8 R3 // 100 * 0, 5 8 *100 50mA =
Công suất tiêu tán trên PcQ 6max
272()
Q6
V cc2
802 2 2,4( W) * PQ 6 10*272
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 40 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Chọn
VCE 2VCC 160(V ) V 2V 160(V ) CC CB IC max I CQ6 max 58(mA Pmax 2 PCQ 6 4,8(W)
Q6 , Q7
Vậy BJT Q6 , Q7 là : 2SC3244 và 2SA1011 có các thông số sau : BJT
P (W) 25
h 60 - 200
I (A) 1,5
f T (MHz)
25
60 - 200
1,5
120
C
2SC3244 2SA1011
fe
C
V
100
(V) 180
CEQ
160
III. Tính phần lái: Để giảm méo phi tuyến ta phải phân cục tĩnh ở mức ngưỡng cho các BJT công suất bằng cách dung D 1, D2, D3, RV2.
Chọn
100 I 2.5mA I bQ 6 cQ 6 0,0025(mA) h fe 6 100 Vb 6,b 7 2*(VbeQ 6 VR3 ) 2*(0,7 0,725) 2,85(V ) h fe 6
a. Tính R0 , C 1 Ta có
R L
( j L RL ) // ( R0
1
R L j L RL2 RL R0
R 2 L L C 1 j LR L
Tụ
C 1
) R L
j C R L
j C1
j L R L R0 j L R L
R0
1 j C 1 j C
RL j L RL2 j LR0
L C 1
R L , R0 8() j L
ngắt mạch ở tầng số cao:
15kHz do đó X c1 R0 1 1 8 C1 1( F ) 2 f max * C 1 2 *15*10 3 *8 R 8() Vậy chọn 0 C1 1( F ) f max
b. Chọn D1 , D2 , D3 Ta có
Vb 6,b 7
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
2,85(V )
Trang - 41 -
Đồ án kỹ thuật mạch I D
12I b 6 P 12*
I E 6 P
1 6
12*0,5 6( mA)
Vậy chọn D1 , D2 , D3 : 1N4007. Chọn V 2 . R
2,85 0,7*3 0,75(V )
VVR 2 V R 2
0,75 125() 6mA
Vậy chọn V 2 = 500( ) R
c. Chọn V 1 : R
V R1 = V R1
2*VD VbeQ 2 2*0,7 2 0,7(V ) 0,7 117() V VR1 6mA
Vậy chọn V 1 =500( ) R
VCEQ 2 * I CQ 2 6mA *80 0,48(W) IC 6mA : PQ 2 0,96(W) V 2V 160(V ) CC CE
PQ 2
Chọn
Q2
Vậy chọn BJT BJT 2SB546
Q2
P (W) 25
là 2SB546 gồm các thông số sau : h
C
fe
I (A)
f T (MHz)
2
5
C
60 - 120
V
CEQ
(V)
200
6mA 0.06(mA) 2 100 I D 4 I D5 20*0,06 1.2(mA)
I BQ 2
I cQ 2
Vậy chọn D , D5 là 1N4007 R5
V beQ 2 I D 4
2V D
VCC
I D4
Chọn R5 = 65(K ) Công suất tiêu tán trên
80 2*0,7 65(k ) 1, 2mA
Q3 :
VCE * I CQ 3 80*6mA 480(mV ) IC 6(mA) Vậy chọn Q3 : VCE 160(V ) PQ 3 960(mW) PQ 3
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 42 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Vậy chọn Q 3 là BJT 2SC2383 gồm các thông số sau BJT 2SC2383
P (W) 0,9
h 60 - 320
C
I (A) 1
fe
f T (MHz)
C
V
100
(V) 160
CEQ
d. Tính R7 , R8 , R17 Vcc
VCEQ1
2
40(V )
Chọn I R8 10* I bQ3 I EbQ1
I cQ 6 I R17 I R 8 RbQ 3 11*
6mA 0,7(mA) 100
Vậy chọn R7 4,7(k ) Chọn V R 6 VR18 3(V ) R8
V R 6 VR18
V beQ3
I CQ1
3 0,7 1(k ) 0,7mA
Vậy chọn R8 = 1(k ) VCC VceQ1 VbeQ 3 VR 6 VR18 V R17 33, 3(V ) V 33,3 R17 R17 47( K ) 0,7 mA 0,7*10 3 Vậy chọn R17 47(k ) V R17
Mặt khác ,
k
V Lhp Vi
1 K ht
V LP
2Vi
35,7 32,6 2 *0,775
32,6
V R3 V R 3 R7
32,6 1
R7 V R 3
32, 6 V R 3
4,7 148() 32,6 1
Vậy chọn V R 3 =500( ) e. Tính và ch ọn R18 V R 6 VR18
3(V ) 3 3 R6 R18 0,5( k ) ICQ 3 6mA Mặt khác để phối hợp trở kháng: ZVQ 3 Z RQ1 ZVQ 3 R17 // R18 Rbe ( 3 1) R6 R17 // R18 26mA R * R Q3 * 100* R6 17 8 2( ) 6mA R17 R8 Mà R6 R18 0,5(k ) R18 500 10 490() R 680() Vậy chọn 18 R6 10() SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 43 -
Đồ án kỹ thuật mạch
Tính chọn Q 1: VceQ1 * I cQ1 VCC * I cQ1 80*0,7 50(m W) P0 2 PQ1 0,122(W) Chọn Q1 Vce 160(V ) IC 0,7(mA) PQ1
Vậy chọn Q 1 là BJT 2SA1013 gồm các thông số sau : BJT 2SA1013
P (W) 0,9
h 60 - 200
I (A) 1
fe
C
C
f T (MHz)
V
50
(V) 160
CEQ
f. Tính và ch ọn R 9, R10, R11, R12: 0,7mA 0,07(mA) 100 1 V R10 VR12 VCC VR7 VbeQ1 80 3 0,7 76,3(V ) V V 76,3 R10 R12 R10 R12 1,09( M ) 0,07 I PCQ1 V R11 VR 9 2*VCC (VR10 VR12 ) 160 76,3 83,7(V ) 83,7 R11 R9 1,19( M ) 0,07mA I cQ1
Chọn I PCQq 10*
10*
Chọn R 11 = R12 R9 R10 1,19 1,09 0,1( M ) R9 0,1 R10
Trở kháng vào toàn mạch: (0,1 R10 ) R10 100(k ) R9 R10 0,1 2* R10 0,1 R10 R102 100(0,1 2* R10 ) R102 100 R10 109 0 R 161803,4() 10 R10 61803, 4() Chọn R 10 = 220(K ) Mà R9 0,1 R10 R9 0,1(M ) 220(k ) 261(k ) R11 1,19(M ) 261( K ) 929(k ) R9 * R10
Zin
R10 220(k ) Vậy chọn R11 R12 1(M ) R 330(k ) 9
IV. Tính toán và ch ọ tụ C 2, C 3, C4, C5. Ta có
C2
10 2 * fmin * Z in
10 0,8( F ) 2 *10*100
Chọn C 2 = 1 F SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 44 -
Đồ án kỹ thuật mạch
a. Tính và chọn C3: Phải chọn C3 sao cho hệ số hồi tiếp không phụ thuộc vào điện áp rơi trên tụ mà chỉ phụ thuộc vào R7 và VR3 do đó ta chọn: X C 3
V R 3
10
1 2 * f min * C3
V R 3
C 3
10
10 2 * f min * V R 3
10 2 *20*500
C3 159( F )
Vậy chọn C3 = 470( F ) Mà C 4, C5, C6 và R11, R12 tạo thành mạch lọc thông thấp Chọn tầng số cắt fC 15(hz ) C4
1 2 * f C * R11
1 0.006( F ) 2 *25*1M
Tụ C4 ngăn dòng 1 chiều thoát xoay chiều nên: X C 4
R9
C4
1 R9
1 C 4
1
2 * fC * R9 Chọn C 4 = C5 = 1 ( F ) X C 6 R18 ứng với
1 0,019( F ) 2 * 25*330
20(hz ) 10 10 R18 R X C 6 18 R6 20 10 2 * fmin * R18 * f min * R18 10 10 C6 117 F C6 234 F 2 *20*680 * 20*680 f min
Vậy chọn C6 = 220( F ) V. Tính hệ số khuếch đại to àn mạch: a. Hệ số khuếch đại điện áp từ tầng lái đến tầng ra : Sơ đồ tương đương : ZTQ3
Ri // RQ 6,Q 8 nt
R L (1 h fe 6 * h fe8 )
hie R3 // R8 ac 26mV 26mV 6 * 100* 5200() 5, 2( k ) 0,5mA I e 320*102 RQ 6,Q8 5200 5( k ) 320 102 RQ 8,Q 6
Mà
hie
Nội trở nguồn dòng :
1 h fe *V R1 1 hve 2 VR1 hie6 2 Z D ssR5 V 26mV R D T 4() I CQ 2 6mA 1 1 26 26 4 40(k ) hie 2 h fe 2 * 100* 433( k ) 6 6 hve 2 10
R8
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 45 -
Đồ án kỹ thuật mạch 26mV 26 4() I D 6 100*500 Ri 40 1 390() 2*4*100 500 5, 2 2*4 100 ZTQ3 Ri // RQ 6,Q 8 RL (1 h fe8 * h fe 6 )
Z D
390 // 5 8(1 100*100) 70(k )
b. Hệ số khuếch đại từ Q 3 đến loa : AVQ 3
h fe3 * Z TQ3 hie3 h fe3 * R6
AVQ3
100*
26 433() 6
100*70k 5000 433 100*10
c. Hệ số khuếch đại từ Q 1 đến tầng lái Q3 Khi không có hồi tiếp th ì xem cực E1 xem như nối đất, nên ở cực E1 thì R12 nối // VR3.. Nên hệ số khuếch đại được tính theo sơ đồ tương : V 0Q1
Với
R17 R18 / / RVQ 3
1 *
RbeQ1 1 (VR 3 / / R17 )
RVQ3
RbeQ3 (1 3 ) R6 3 *
26mA I CQ 3
(1 3 ) R6
26 (1 100)*10 10,5(k ) 6 26 RbeQ1 1 * 4(k ) 0,7 100 47 1 / /10, 5 V 0Q1 97 4 100*(500/ /4,7)
100*
Vậy hệ số khuếch đại toàn mạch khi chưa hồi tiếp : A0 Q1
AVQ3 * AVQ1 97 *5000 485*103
VI. Tính mạch bảo vệ : a. Kiểm tra khả năng chụi đựng của tầng công suất. Khi chưa quá tải tức là mạch làm việc ở chế độ thường Vin <0,775(V) thì tín hiệu ra không bị méo. VLPmax <80(V) ILPmax <4,5(A) Khi quá tải Vin >0,755(V) , ILP > 80(V) Xét trường hợp quá tải lớn nhất khi Q 8 ,Q9, dẫn bão hòa ngh ĩa là : VLPmax = VCC = 80(V) ILPmax = 80 10( A) 8
Công suất tiêu tán trên Q 8,Q9.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 46 -
Đồ án kỹ thuật mạch 2 PQ8 PCC PL 2PR1
2*VCC * I LP max
PL * I 2 LP max
2
2* R1*I 2 LP max 2
2 *80 *10 80*10 2 2*0,5*10 2 2 PQ8 99, 2(W) 2 0,5* 2 PQ8 50(W)
Vậy khi mạch dẫn bão hòa thì tín hiệu ra loa sẽ bị méo dạng nhưng các thông số dòng điện, công suất tiêu tán đều thỏa mãn các điều kiện đã cho của Q8 , Q9 và R1, R2. Mạch vẫn hoạt động b ình thường. Khi ngắt mạch tải (R L = 0) thì lúc này R 1, R2 cũng chính là tải của mạch. I R1max
I R 2max
V LP R1 *
2
35,7 50, 5( A) 0,5* 2
Công suất tiêu tán trên R1, R2 : P R1
PR 2 R1 *( I R1max )2 0,5*(50,5) 2 1275*10 3 (W)
b. Tính mạch bảo vệ . Tầng khuếch đại công suất Q 89, Q67 bị khóa và được bảo vệ Dòng đỉnh qua Q 8, Q9 là : I E 8 p I E 9 p 5( A) V R1 VR 2 I LP * R1 5*0,5 2,5( A)
I LP
Khi mạch hoạt động b ình thường Q4, Q9 của mạch bảo vệ không hoạt động. Lúc đó dòng đỉnh qua Q1, Q9 ,R!, R2 là 5(A) Khi dòng tải tăng them 10% thi dòng IbQ6 thì cũng tăng thêm khoảng 10% I cQ 6
V IbQ 6 10%* I bQ 6 0,1*
6
0.1*
0,5 0,05( mA) 100
Mạch bảo vệ ta chọn dòng qua Q4, Q5 bằng dòng tải lên V I Q 6 I cQ 4 I cQ 5 0,05(mA) Ta có : VceQ 4 VbQ 6 VbeQ8 VR1 0,7 0,7 2,5 3,9(V )
Công suất tiêu tán trên Q4 : PTTQ 4
I C *VCE 0,05mA *3,9 0,195( mW)
P0 PTT 0, 39(mW) Vậy chọn Q4, Q5 IC 2* I CQ 4 0,1(mA) V V 7,8(V ) ce ceQ 4
Vậy chọ cặp BJT Q4, Q 5 là 2SC828 và 2SA564 : BJT 2SA564 2SC828
P (W) 0,8 0,5 C
h 60 - 120 60 - 320
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
fe
I (A) 0,2 1 C
f T (MHz)
UNI
V 30 60
CEQ
(V)
Trang - 47 -
Đồ án kỹ thuật mạch
c. Tính và chọn R 13, R14, R15, R16 . VR13 * R15 I eQ8 * R1 5*0,5 2,5(V ) I cQ 4 0,05mA IbQ 4 0,5*103 (mA) 100 Q 4 V R1
Chọn dòng phân áp qua R14, R15 gấp 30 lần IbQ6 30*0,5*103 0,015(mA ) V 2,5 R13 R15 R13 R15 167( k ) (1) 0,015*103 I Q 4Q 6 I bQ 6
Mặt khác : VbQ 4 V beQ 4
V R1 R13 R15
Chọn VbeQ4 = 0.7(V)
R15 R13 R15
V beQ 4 V R1
0,7 0, 28( ) (2) 2,5
Từ (1), (2) R13 R15 167( K ) R R 167( K ) R15 13 15 R R 0, 28() R13 0, 28( R13 R15 ) 167( k ) 13 15 1, 28 R13 0, 28R15 167 R13 120(k ) 167( ) R R K 13 15 R15 47(k ) R R 120( k ) Vậy chọn 13 14 R15 R16 47(k )
VII. Tính và kiểm tra méo phi tuyến U BE U BE0 U BEM sin t Với U U 8 U 0 1, 2 0,7 0,5(V ) Vì thành phần hài bậc hai lớn hơn các thành phần hài bậc cao khác nên ta có thể tính gần đúng : BEM
BEPQ
BE
0,5 *100% 480% 4*26mV
Khi có hồi tiếp từ đầu vào thì méo phi tuyến sẽ giảm đi g = 1+A0Aht lần :
Ta có : AV0 = 485*10 3
0,1 0,213 V R 3 R7 0,1 0, 7 g 1 AV 0 * Aht 1 482*103 *0,213 103306*10 3
Aht
V R 3
Méo phi tuyến khi có hồi tiếp là : ,
,
g
480% 0,005% 103306*103
= 0,005 % < 2% . Thỏa mãn yêu cầu đề bài.
SVTH: M.Tuấn –V. Quyền – T.Viên
Trang - 48 -