mach kdcs ocl100w

ðồ Án Môn Học 1 Mạch Khuếch ðại Công Suất

Quách Duy. MSSV: 106101012 Trang 1

LỜI NÓI ðẦU

Ngành ðiện tử Viễn thông là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết ñịnh cho sự phát triển của một quốc gia. Sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành ðiện tử Viễn thông ngày càng phát triển và ñạt ñược nhiều thành tựu mới. Nhu cầu của con người ngày càng cao là ñiều kiện thuận lợi cho ngành ðiện tử Viễn thông phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm ña tính năng, có ñộ bền và ñộ ổn ñịnh ngày càng cao… Nhưng một ñiều cơ bản là các phẩm ñó ñều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT và FET mà nền tảng là lý thuyết ðiện tử tương tự.

Có thể nói, Máy khuếch ñại Âm thanh là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm ðiện tử phục vụ cho nhu cầu của con người. Sau hai năm học, với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Linh kiện ñiện tử, ðiện tử tương tự 1 và 2 ñã ñảm bảo cho em có thể phân tích và thiết kế một mạch Khuếch ñại công suất âm tần.

Hiện nay, trong nước ta ñã có rất nhiều loại Máy Khuếch ñại Âm thanh trên thị trường, mà tầng khuếch ñại công suất ñược thiết kế với các dạng mạch như: mạch khuếch ñại OTL, mạch khuếch ñại OCL, mạch khuếch ñại BCL... Nhưng phổ biến nhất là loại mạch khuếch ñại OCL. Bởi vì, dạng mạch này có những ưu ñiểm về: hiệu suất, hệ số sử dụng BJT (FET) công suất, ñộ lợi băng thông, biên ñộ tín hiệu ra … Chính vì thế mà em chọn mạch khuếch ñại công suất dạng OCL làm ðề tài cho ðồ án Môn học 1 của em.

Trong quá trình thực hiện ðồ án Môn học 1, mỗi tuần chúng em ñều ñược Thạc sĩ Trương Ngọc Bảo hướng dẫn tận tình trong việc tìm tài liệu liên quan và chúng em cũng nhiều lần ñược Thầy Bảo giải thích rất nhiệt tình khi chúng em gặp khó khăn trong vấn ñề phân tích mạch. ðó chính là ñiều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành ðồ án Môn học 1 thành công tốt ñẹp.

Em xin trân trọng cám ơn Thạc sĩ Trương Ngọc Bảo và các Thầy, Cô ñã

giúp ñỡ em trong thời gian qua.



NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: Thạc sĩ Trương Ngọc Bảo Sinh viên thực hiện: Quách Duy Mã số sinh viên: 106101012 Lớp: 06DDT1

Tên ñề tài: Mạch khuếch ñại công suất âm tần 100W – OCL

Nhận xét của Giảng viên hướng dẫn: __________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2009 Giảng viên hướng dẫn (Ký tên và ghi rõ họ tên)



MỤC LỤC PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Tổng quan về mạch khuếch ñại: Lớp A, AB, B, C.

• Khuếch ñại công suất PUSH – PULL

PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

I. THIẾT KẾ:

1. Sơ ñồ khối.

2. Mạch nguyên lý.

3. Tính toán thiết kế và chọn linh kiện.

4. Vẽ mạch nguyên lý hoàn chỉnh.

5. Mô phỏng và nhận xét kết quả.

II. THI CÔNG:

1. Vẽ mạch in.

2. Hàn và ráp linh kiện.

3. ðo thông số thực tế.

III. TỔNG HỢP KẾT QUẢ:

1. Tổng hợp kết quả từ mô phỏng và kết quả ño thực tế.

2. So sánh và nhận xét các kết quả ñó.



CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. TỔNG QUAN VỀ MẠCH KHUẾCH ðẠI:

a) Bộ khuếch ñại công suất lớp A: − ðặc ñiểm là tín hiệu ngõ ra của BJT luôn ở trong vùng tích cực, có nghĩa là BJT ñược phân cực sao cho tín hiệu ngõ ra luôn biến thiên theo tín hiệu ngõ vào.

− Thường ñiểm tĩnh Q(V; I) ñược phân cực sao cho V =

+ Ưu ñiểm: tín hiệu ngõ ra biến thiên 360° theo tín hiệu ngõ vào, tín hiệu có chất lượng tương ñối tốt, ít bị biến dạng.

+ Khuyết ñiểm: do ñược phân cực ở chế ñộ làm việc tối ưu nên có tiêu hao năng lượng lớn kể cả khi không có tín hiệu ở ngõ vào, hiệu suất của mạch thấp thường là η = 25%. Vì vậy mạch này ít ñược sử dụng.

b) Bộ khuếch ñại công suất lớp B:

− ðặc ñiểm phân cực là ñiện áp V = 0V vì vậy khi tín hiệu ngõ vào phải vượt qua ñiện áp ngưỡng V của BJT thì mới có tín hiệu ở ngõ ra, thường chỉ khuếch ñại ở

một bán kỳ dương hoặc âm tùy thuộc vào loại BJT là PNP hay NPN. − Mạch khuếch ñại công suất thường ñược ghép dạng PUSH – PULL.

+ Ưu ñiểm: mạch không hoạt ñộng khi không có tín hiệu ở ngõ vào, vì vậy tổn hao năng lượng rất ít.

+ Khuyết ñiểm: tín hiệu ở ngõ ra sẽ bị méo xuyên tâm do tín hiệu ở ngõ vào phải vượt qua ñiện áp ngưỡng V của BJT. Hiệu suất của mạch cao thường là η =

50% ÷ 78.5%.

c) Bộ khuếch ñại công suất lớp AB: − ðặc ñiểm là sự cải tiến nhược ñiểm méo xuyên tâm của lớp B bằng cách nâng áp phân cực ñiểm tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A và lớp B, mạch ñược phân cực có

V gần bằng hoặc bằng V của BJT. Vì vậy tín hiệu ngõ vào sẽ ñược khuếch ñại

cho tín hiệu ngõ ra hơn nữa chu kỳ. − Mạch khuếch ñại công suất thường ñược ghép dạng bổ phụ, có nghĩa 2 phần tử BJT công suất có cùng thông số nhưng một là loại PNP và một là NPN. Nếu mạch ñược thiết kế dùng nguồn ñôi ta gọi là mạch khuếch ñại công suất dạng OCL ( Output Capacitor – Less), nếu dùng nguồn ñơn và ngõ ra có tụ ta gọi là mạch khuếch ñại công suất dạng OTL ( Output Transformer – Less).



+ Ưu ñiểm: tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở lớp B, tiêu hao năng lượng khi không có tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao, hệ số sử dụng BJT cao.

+ Khuyết ñiểm: cần có biến áp cung cấp nguồn ñối xứng ñối với mạch OCL, phải có tụ ở ngõ ra ñối với mạch OTL.

d) Bộ khuếch ñại công suất lớp C:

ðặc ñiểm là mạch ñược phân cực cho BJT nằm trong vùng ngưng dẫn sâu hơn so với lớp B. Vì vậy mạch chỉ khuếch ñại một phần ñỉnh của tín hiệu ngõ vào, do ñó mạch không phù hợp ñể khuếch ñại tín hiệu âm tần, mà thường ñược sử dụng ñể khuếch ñại các tín hiệu cao tần.

Ngoài ra còn có các bộ khuếch ñại ở các lớp: D, E, F, G, H.

Hình 1: Biểu diễn tín hiệu vào ra ở các lớp A, AB, B, C



THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

I. THIẾT KẾ: 1. Sơ ñồ khối:

Tín hiệu âm thanh từ các thiết bị như: Micro, ñầu DVD, ñầu Video … là những tín hiệu có biên ñộ nhỏ: từ 30mV ñến 775mV. Tín hiệu này ñược ñưa vào mạch khuếch ñại công suất, sau khi ñược khuếch ñại thành tín hiệu có biên ñộ lớn và ñược ñưa ra loa.

Sơ ñồ khối của một mạch khuếch ñại công suất thường ñược chia làm 3 giai ñoạn và hồi tiếp âm:

− Tầng khuếch ñại vi sai với tín hiệu nhỏ: vi sai ñiện áp vào, cho khuếch ñại dòng ñiện ở ngõ ra.

− Tầng lái hay tầng khuếch ñại ñiện áp: ngõ vào là dòng ñiện, cho khuếch ñại ñiện áp ở ngõ ra.

− Tầng khuếch ñại công suất: là tầng khuếch ñại ñồng nhất dòng ñiện và ñiện áp, cung cấp công suất lớn cho tải (Loa).

− Hồi tiếp âm: giữ cho mạch khuếch ñại hoạt ñộng ổn ñịnh và làm giảm méo tín hiệu.

TẦNG LÁI KHUẾCH

ðẠI CÔNG SUẤT

KHUẾCH ðẠI VI SAI

HỒI TIẾP ÂM

VIN VOUT



2. Mạch nguyên lý: Với sơ ñồ khối như trên, ta có thể thiết kế bất kỳ một loại mạch khuếch ñại công suất

theo nhu cầu của người tiêu dùng. Cụ thể trong ðồ án Môn học này, em thiết kế một mạch khuếch ñại công suất có các yêu cầu như sau:

− Dạng mạch: OCL

− Công suất ngõ ra: PLMax = 100W

− Băng thông: BW = [ 20Hz ÷ 20KHz ]

− Tải: RL = 8Ω PL= 120W ÷ 150W



Hình 2: Sơ ñồ nguyên lý mạch KðCS âm tần OCL



3. Tính toán và chọn linh kiện: a. Tầng công suất:

Sơ ñồ mạch nguyên lý:

Hình 3: Sơ ñồ nguyên lý Tầng công suất dạng PUT – PULL bổ phụ

− Khi tín hiệu vào có bán kỳ dương: + V ↑ nên Q8 ñược phân cực thuận dẫn dòng ñổ vào cực B của Q10, làm cho Q10 phân cực thuận dẫn dòng mạnh từ nguồn +V qua Loa và xuống Mass. + Còn Q9 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q11, vì vậy Q11 không rút dòng. − Khi tín hiệu vào có bán kỳ âm: + V ↓ nên Q9 ñược phân cực thuận rút dòng từ cực B của Q11, làm cho Q11 phân cực thuận rút dòng mạnh từ Mass qua Loa và ñổ về −V + Còn Q8 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q10. − Phần tử V làm nhiệm vụ ñịnh mức ñiện áp cho V , V "# và

V , V "" ñể hai cặp BJT Q8, Q10 và Q9, Q11 làm việc ở lớp AB. Phần tử V có



thể ñiều chỉnh ñược ñể cân chỉnh ñiện áp tại ñiểm giữa của hai BJT Q10 và Q11 bằng 0V.

Hình 4: ðồ thị biểu diễn tín hiệu vào và dòng ñiện ra ở lớp AB của tầng công suất

− Hai cặp BJT: cặp thúc Q8, Q9 và công suất Q10 và Q11 ñược mắc kiểu C chung nên:

Hệ số A' ≤ 1, còn hệ số A. rất lớn. − ðể ổn ñịnh phân cực cho Q10 và Q11 ta chọn R"2 = R"3 ≪ R5 .

Do mạch ñối xứng bổ phụ nên ta chỉ cần tính ở bán kỳ dương: − Chọn R"2 = 0.47Ω Như vậy, ta có các công thức sau: :;5<=> = '?@ABC

DEFG D@

→ I5<=> = '?@ABCJ (DEFG D@) ↔ L;5<=> = M2I5<=>(O"2 + O5)



→ L;5<=> = M2 × 100 × (0.47 + 8) = 41.43 V Nếu tính tới Hệ số sử dụng nguồn thì ta chọn ζ = 0.9 . Như vậy:

V = '?@ABCS = 2".2T

#. = 46 V . Chọn V = 45 V

→ :;5<=> = V(O"2 + O5 ) = 45(0.47 + 8) = 5.3 A

→ IW = 2:;5<=>X = 2VX(O"2 + O5 ) = 2 × 5.3X = 3.37 A

→ P = 2 V X(O"2 + O5 ) = 2 × 45

X × 8.47 ≈ 152 W • Công suất tiêu thụ trên O"2:

→ PD" = IW × R"22 = 3.37 × 0.472 = 2.66 W

• Hiệu suất cực ñại của mạch khuếch ñại:

\<=> = P]^_`Paa × 100% = 100152 × 100% = 65.79 %

• Tính công suất tiêu thụ của Q10 và Q11 theo công thức:

2P"#<=> = P − P(DEFG D@ )<=> = 152 − (2.66 + 100) = 49.34 W → P"#<=> = 49.34

2 = 24.67 W Nếu tính chính xác, ta có thể tính bằng công thức lấy ñạo hàm:

→ P"# = P2 − P(DEFG D@ )2 = :;VX − :; (O"2 + O5 )4

→ P"#h = VX − :;(O"2 + O5 )2



→ P"#h = 0 ↔ :; = 2VX(O"2 + O5 )

Vậy: P"#<=> = JiJ(DEFG D@ ) = 23J

iJ×.2j = 24.22 W

• Ta có hệ số sử dụng BJT của Q10 và Q11:

k = l@ABC lmEABC = "##

2 ≈ 4

Tiến hành chọn linh kiện cho tầng công suất:

Do mỗi BJT hoạt ñộng ở một bán kỳ vì vậy khi ngưng dẫn mỗi BJT sẽ chịu một ñiện áp ngược Vn = Vn = 2V = 90 V. Khi chọn BJT thì Q10 và Q11 là cặp BJT bổ phụ với nhau.

− Chọn các thông số cho cặp BJT Q10 và Q11 như sau: + P<=> > 2P"<=> = 2 × 24 = 48 W + Vn = Vn > 2V = 90 V + I<=> > 2IW = 2 × 3.4 = 6.8 A + fq > 20KHz

− Chọn R"2,"3 cho BJT công suất phải ñảm bảo ñiều kiện: + PDEF,Et > 1.5 × 2.66 = 4 W

Sau khi tra cứu tài liệu và dò tìm Datasheet trên các Website: Em chọn cặp bổ phụ: 2SD718 và 2SB688 ñể khuếch ñại tầng công suất.

Bởi vì nó ñảm bảo các ñiều kiện thông số trên, cụ thể như sau: + P<=> = 80 W + Vn = 160V/−160V + Vn = 140V/−140V + I<=> = 8A/−8A + I<=> = 0.8A/−0.8A + hvw<.x = 55 yạ: I ≈ 1A/−1A , hvw<=> = 160 + fq = 10MHz

• Chọn R"2,"3 có PDEF,Et = 5 W

Tính công suất tiêu thụ của Q8 và Q9:

:"#<=> = .?@ABC |mE~ = 3.T

33 = 0.096 A = 96 mA



:<=>

:"#<=>

• ðể ổn ñịnh phân cực cho Q8, Q9 ñồng thời bảo vệ cho Q10, Q11 khi có hiện tượng quá dòng, ngăn không cho Q10, Q11 khuếch ñại quá mức làm cho ngõ ra bị méo biên ñộ sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng âm thanh. Vì vậy, mạch Darlington sẽ ñược mắc thêm O" và O"T sao cho dòng ñiện qua O" và O"Tlà không ñáng kể mà vẫn ñảm bảo cho dòng ñiện ñổ vào cực B của cặp BJT Q10, Q11.

Ta chọn: :D" ,D"T<=> = .mE~ABC"# =

"# = 9.6 mA → :<=> = :"#<=> + :D" ,D"T<=> = 96 + 9.6 = 105.6 mA

• ðể tính giá trị ñiện trở O" và O"T ta có sơ ñồ mạch như sau:

• Với: h.w"# = × V × |mE~.?mE~ABC = ".2× 3×33

3.T = 0.36 Ω

→ LD2 = :"#<=> × ℎ.w"# + O"2ℎvw"# = 96 × (0.36 + 25.85) = 2.52 V

→ O" = LD2 :D" <=> = 2.529.6 = 262.5 Ω.

→ PDEJ,E = :D" <=> × O" 2 = 9.6 × 2702 = 12.44 mW

Chọn O" , O"T = 270 Ω và PDEJ,E = 0.25 W

• Vì cặp Q8, Q10 ñược mắc Darlington và O" ≫ ℎ.w"# + O"2ℎvw"# nên ta có thể bỏ qua O" , sơ ñồ phản ánh trở kháng như sau:

hieQ10 R14×hfeQ10

RL× hfeQ10 R12



:"#<=> = 96mA

→ Rươx đươx = h.w"# + (O"2 × hvw"#) + (O5 × hvw"#) =

= 0.36 + (0.47 × 55) + (8 × 55) = 466.21 Ω • Do cặp BJT Q8 và Q9 ñược phân cực ở lớp AB nên ta có công thức:

→ P<=> = V X × Rươx đươx = 45

X × 466.21 = 0.44 W

Vậy: P<=> = P<=> = 0.44 W

Do mỗi BJT hoạt ñộng ở một bán kỳ vì vậy khi ngưng dẫn mỗi BJT sẽ chịu một ñiện áp ngược Vn = Vn = 2V = 90 V . Khi chọn BJT thì Q8 và Q11 là cặp BJT bổ phụ với nhau.

− Chọn các thông số cho cặp BJT Q8 và Q9 như sau:

+ P<=> > 2P<=> = 2 × 0.44 = 0.88 W

+ Vn = Vn > 2V = 90 V + I<=> > 2IW = 2 × 105 mA = 210 mA + fq > 20KHz

Sau khi tra cứu tài liệu và dò tìm Datasheet trên các Website: Em chọn cặp bổ phụ: KSE340 và KSE350 ñể lái cặp BJT khuếch ñại tầng

công suất Q10 và Q11. Bởi vì nó ñảm bảo các ñiều kiện thông số trên, cụ thể như sau:

+ P<=> = 20 W

+ Vn = Vn = 300V/−300V + I<=> = 0.5 A + hvw<.x = 30 yạ: I<=> ≈ 0.05 A , hvw<=> = 240

+ fq = 1MHz

h.w"#

O5 × hvw"#

R14×hfeQ10



Tính dòng ñiện và ñiện áp ngõ vào cho tầng công suất theo công thức sau:

→ :<=> = :<=> hvw = :;5<=> hvw × hvw"# = 5.330 × 55 = 3.21 mA

Tính RAC khi nhìn từ cực BQ8 và cực BQ9 ñến cực EQ10 và EQ11, ta thấy hai

nhánh này song song với nhau và nối tiếp với tải, do chúng có cùng thông số nên ta có sơ ñồ phản ánh trở kháng rút gọn sau:

• Với h.w = × V × |m.?mABC = ".2× 3×T#

"#3. = 10 Ω

→ R = h.w + hvwh.w"# + R"2hvwhvw"#2 + R5hvwhvw"# == 10 + (30 × 26.21)

2 + (8 × 30 × 55) = 13.598 kΩ

b. Tính tầng lái công suất và phần tử VBIAS:

Sơ ñồ nguyên lý:

h.w"# × hvw2

R"2 × hvw × hvw"#2

h.w2

R" × hvw2

R5 × hvw × hvw"#



Hinh 5: Sơ ñồ nguyên lý tầng lái công suất, và phần tử VBIAS ñịnh chế ñộ hoạt ñộng ở lớp AB cho tầng KðCS PUSH – PULL Bổ phụ

Hoạt ñộng của mạch:

− D5 và D6 tạo chênh lệch ñiện áp 2VD ñể phân cực cho Q6 tạo dòng ñiện trên cực EQ6, dòng ñiện này có thể thay ñổi ñược nhờ chỉnh biến trở R10.

− R9 phân cực thuận cho D5, D6 có ñiện áp ngưỡng VD, dòng qua D5, D6 là ID5,D6 tại VD

− D1, D2, D3, D4 và biến trở R11 dùng ñể tạo ñện áp phân cực cho tầng KðCS PUSH – PULL hoạt ñộng ở chế ñộ lớp AB.

− Q7 là tầng khuếch ñại tín hiệu nhỏ ở chế ñộ lớp A, tạo tín hiệu ngõ ra biến thiên 360o theo tín hiệu ngõ vào.

OUTPUT PUSH - PULL

INPUT



Tính toán mạch ở chế ñộ DC: Do các Diode làm việc với dòng ñiện nhỏ và công dụng là tạo Vγ . Nên ta chọn

các D1, D2, D3, D4, D5, D6 là loại 1N4007.

− Thông số của Diode 1N4007 như sau: + IDMax = 1 A + VD = 0.7 V tại ID = 10 mA + ðồ thị dòng ñiện và ñiện áp làm việc của Diode 1N4007:

Type equation here. → O = − 2WW = 45 − 1.4

10 = 4360 Ω = 4.36kΩ

Chọn O = 3.9KΩ → D = − 2W = 45 − 1.4 = 43.6V so với ñiểm 0V.

Nếu D so với ñiểm -45V thì D = 88.6V → = D + = 88.6V + 0.7V = 89.3V

• ðể có dòng ñiện trên cực EQ6 là <.x = 4mA ÷ 15mA

→ O"#<.x = W<=> = 0.715 = 47 Ω ; O"#<=> = W<.x = 0.7

4 = 175 Ω

Chọn biến trở O"#<=> = 1kΩ



• Dòng phân cực thuận qua các Diode D1, D2, D3, D4 ñể có ñiện áp ngưỡng W = 0.7V là dòng từ cực C của Q6 ñổ xuống và tối thiểu là 10mA.

Do ñó, ta có thể tính VBIAS phân cực cho tầng KðCS PUSH – PULL hoạt ñộng ở lớp AB với sơ ñồ mạch như sau: Ta có: ≥ + "# + "" + = 4 Ta có ñồ thị biểu diễn quan hệ giữa và ở nhiệt ñộ 25oC của các BJT do nhà cung cấp như sau: → = 0.6V → ≥ 4 = 4 × 0.6 = 2.4V



Mà: < = 4W = 4 × 0.7 = 2.8V

• ðể ñiều chỉnh có giá trị từ 1.4V ñến 2.8V với dòng ñiện qua các Diode tối thiểu là 10mA ta có công thức tính giá trị biến trở R11 như sau:

→ O""<=> = <=> − 2W10mA = 2.8 − 1.410mA = 140 Ω

Chọn biến trở O""<=> = 1kΩ

• ðể tín hiệu ngõ ra của Q7 cấp cho mạch KðCS PUSH – PULL biến thiên 360o theo tín hiệu ở ngõ vào thì Q7 là mạch khuếch ñại tín hiệu nhỏ ở chế ñộ lớp A.

Do Q6 và Q7 có mối quan hệ về dòng ñiện ICQ6 = ICQ7 nên ta có các biểu thức sau: → 2 = D"# + + 2W + D"" + j= + j + 2W + j × (O"# + O"")

→ j = 2 − ( + j + 2W)(O"# + O"")

→ :j = j + :j

Vì ta cần :j = :<=> = 3.21 mA, mà ñiều kiện phân cực tối thiểu cho các Diode ñể có mức ñiện áp ngưỡng = 0.7 V thì j = 10mA.

• Vậy: → :j = j + :j = 10 + 3.21 = 13.21mA

Nếu ta chọn ñiểm làm việc tĩnh j(j = 10mA ; j = 45V)thì ta có các giá trị ñược thiết lập như sau:

→ O"# = = 0.710 = 70 Ω

→ ID"# = × O"#2 = 3.5 mW

→ O"" = <=> − 210mA = 2.8 − 1.410mA = 140 Ω

→ ID"" = × O""2 = 7 mW → = − j + < = 89.3 − (45 + 2.8) = 41.5V → I = × = 10mA × 41.5V = 415 mW → Ij = j × j = 10mA × 45V = 450 mW



Do mỗi BJT ñược phân cực hoạt ñộng ở chế ñộ DC nếu có trường hợp một trong 2 BJT bị hư nối tắt cực C và cực E, như vậy BJT còn lại sẽ chịu một ñiện áp

ngược Vn = Vn = 2V = 90 V . Vì Q6 và Q7 có dòng trên cực C bằng nhau nên khi chọn BJT thì Q6 và Q7 có thể là cặp BJT bổ phụ với nhau.

− Chọn các thông số cho cặp BJT Q6 và Q7 như sau: + P<=> ≥ 2Pj = 2 × 450 mW = 900 mW

+ Vn = Vn > 2V = 90 V + I<=> > 2IW = 2 × 10 mA = 20 mA + fq > 20KHz

Sau khi tra cứu tài liệu và dò tìm Datasheet trên các Website: Em chọn cặp bổ phụ: Q6 là 2SA1013 và Q7 là 2SC2383 ñể làm tầng lái

mạch KðCS PUSH - PULL. Bởi vì nó ñảm bảo các ñiều kiện thông số trên, cụ thể như sau:

+ P<=> = 900 mW

+ Vn = Vn = 160V/−160V + I<=> = 0.5A/−0.5A + hvw<.x = 60 yạ: I<=> ≈ 0.2 A , hvw<=> = 200

+ fq = 100MHz Tính dòng ñiện phân cực ngõ vào cho Q7:

→ Ij = j hvwj = 10mA60 = 167 μA

Tính ñiện áp phân cực ngõ vào cho Q7: Vì Q7 là BJT 2SC2383 nên khi tính phân cực Q7 ta có ñồ thị sau:



→ j = 0.7V

Tính toán ở chế ñộ AC: • Ở chế ñộ AC ñối với nguồn dòng từ Q6 tạo ra ta xem như hở mạch và phần tử VBIAS ta ngắn mạch lại. Như vậy ta có sơ ñồ mạch ở chế ñộ AC như sau:

Hình 6: Sơ ñồ mạch Kð tín hiệu nhỏ tần số cao Q7

• Ta có các thông số sau:

→ r¢£wj = × V × hvwjj = 1.4 × 25 × 6010mA = 210 Ω

→ g¥j = hvwjr¢£wj = j × V = 10mA1.4 × 25 = 0.285

ðối với C2383 mắc E chung có thông số của tụ Cb’c như sau:

r¢£wj

CT

g¥L¢hwO :¢j

L¢£wj

:j



Ta thấy giá trị Cb’c sẽ hình thành tại tần số 1MHz, và sẽ hồi tiếp về lại ngõ vào làm cho BJT dao ñộng tự kích. Vì vậy ñể tránh xảy ra hiện tượng tự kích ở tần số cao do nhiễu ta cần gắn thêm tụ C3 ñể triệt tiêu tần số cao về nguồn.

Tính giá trị của tụ Miller theo sơ ñồ mạch sau:

Ta có công thức tính C< như sau:

→ §< = 1 + g¥O§T = (1 + 0.285 × 13.598 × 10T) × §T =

= 3876 × §T

• Ta có biểu thức tính ñộ lợi dòng Ai như sau:

g¥L¢hwO

:jC< L¢£wj r¢£wj :¢j



∎ ©. = :j:¢j = :jL¢£wj × L¢£wj:¢j

→ :jL¢£wj = −g¥

→ L¢£wj:¢j = r¢£wj//C. = r¢£wj(r¢£wj × C< × ª«¬) + 1

→ ©. = −g¥ × r¢£wj × 1(r¢£wj × C< × ª«¬) + 1

Dấu “ - ” biểu diễn tín hiệu ngõ vào ngược pha với tín hiệu ngõ ra.

→ |©.| = g¥ × r¢£wj × 1M(r¢£wj × C< × «¬) + 1

→ |©.| = g¥ × r¢£wj × 1M(r¢£wj × C< × «¬) + 1

→ |©.| = ©¥ × 1M(r¢£wj × C< × «¬) + 1

• Với ©¥ = g¥ × r¢£wj = 0.285 × 210 = 59.85

ðể |©.| = ©.¥ thì:

→ 1M(r¢£wj × C< × «¬) + 1 = 1

→ M(r¢£wj × C< × «¬) + 1 = 1, mà «¬ = 2X®¬

→ ®¬ = 1r¢£wj × C< × 2X

Tính |©.| theo dB:

→ |©.|¯ = 20log (g¥ × r¢£wj) − 20log°(r¢£wj × C< × «¬) + 1 == 20log (g¥ × r¢£wj) − 10log±(r¢£wj × C< × «¬) + 1²

→ ©.¥¯ = 20log59.85 = 35.54 dB

Từ biểu thức trên ta thấy |©.|¯ sẽ giảm 3dB tại ®¬ :



→ |©.|¯ = 20log(©.¥) − 10 log(2) = 20log59.85 − 3 = 32.54 dB

Tính giá trị của C3 ñể mạch KðCS của ta có tần số cắt cao là: 20kHz nên ta có:

®¬ = 20kHz

→ C< = 1r¢£wj × 2X × 20 × 10T = 1

210 × 2X × 20 × 10T = 37894 pF

Mà: C< = 3876 × §T

→ CT = C<3876 = 37894 pF3876 = 9.77pF

Chọn tụ CT = 10pF

Tính dòng ñiện của tín hiệu ngõ vào cho Q7 theo công thức:

∎ ©. = :j:¢j

→ :¢j<=> = :j<=>©.¥ = 3.21mA59.85 = 54 ¶©

Ta có biểu ñồ BODE biểu diễn ñộ lợi dòng |©.|¯ như sau:

c. Tính tầng tiền khuếch ñại Visai: Sơ ñồ nguyên lý:



Hình 8: Sơ ñồ nguyên lý mạch Visai và phần hồi tiếp âm

Hoạt ñộng của mạch: − Tương tự như tầng lái, Q5 cũng ñược phân cực ñể tạo dòng ñiện cố ñịnh

có thể ñiều chỉnh ñược nhờ R5, và ñiều chỉnh ñể tầng công suất cân bằng hay ñiểm

giữa ñạt giá trị 0V. ðồng thời làm tăng giá trị hệ số nén tín hiệu ñồng pha CMRR

(Common mode rejection ratio) hay còn gọi là hệ số triệt tín hiệu ñồng pha. Có

nghĩa nguồn dòng Q5 sẽ cải tiến mạch Visai thành lý tưởng với hệ số CMRR = ∞.

NFB INPUT

IEQ1 IEQ4

ICQ1 ICQ4

IBQ1 IBQ4

IEQ5



− Q1 và Q4 là cặp BJT giống nhau, ñược ghép thành mạch khuếch ñại

Visai. Có nhiệm vụ khuếch ñại tín hiệu Visai giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu hồi

tiếp âm NFB(Negative feedback), giữ cho toàn mạch hoạt ñộng ổn ñịnh theo hệ số

Avf nhất ñịnh.

− Q2 và Q3 là cặp BJT giống nhau, ñược ghép thành bộ gương dòng ñiện.

Có nhiệm vụ giữ cho dòng ñiện IC của Q1 và Q4 luôn ñược cân bằng ở chế ñộ DC,

ñiểm lợi là tạo trở kháng lớn từ cực C của Q2 khi ở chế ñộ AC ñể ñảm bảo tín hiệu

ngõ ra của mạch visai ñược ñưa hoàn toàn ñến tầng lái Q7.

− Tụ C1 là tụ liên lạc, ngăn dòng DC ñồng thời xác ñịnh tần số cắt thấp fL

cho ngõ vào.

− Tụ C2 có giá trị lớn ñể có thể ngắn mạch ở chế ñộ AC, tạo cầu phân áp

trên cực B của Q4 khi có ñiện áp hồi tiếp.

− R7 và R8 xác lập ñộ lợi ñiện áp khi có hồi tiếp Avf . Riêng R8 khi ở chế

ñộ DC làm nhiệm vụ phân cực cho Q4.

− R3 và R6 phân cực cho Q1, Q4 ñồng thời xác lập VBEQ7 phân cực cho Q7

tầng lái công suất và xác ñịnh tỉ số dòng ñiện cho bộ gương dòng Q2, Q3.

− R2 và R4 có trị số bằng nhau, ñể ổn ñịnh Q1, Q4 ñồng thời triệt tín hiệu

tần số cao ở chế ñộ AC.

− R1 phân cực cho Q1 ở chế ñộ DC.

Tính toán ở chế ñộ DC: Sơ ñồ mạch ở chế ñộ DC:



Ở chế ñộ DC các tụ ñiện xem như hở mạch, và ñiểm giữa ở ñường hồi tiếp ta mong muốn có giá trị là 0V nên R8 xem như ñược nối với ñiểm Mass.

Tính các thông số với ñiều kiện phân cực cho tầng lái Q7: ∎ j = 167¶A ; j ≥ 0.7V

ðể mạch khuếch ñại Visai hoạt ñộng cân bằng thì dòng của Q1 và Q4 lớn hơn rất nhiều dòng j, khi ñó dòng j không ñáng kể. Ta chỉ cần xác ñịnh ñể

xác lập j : ∎ ≈ mà: " = + j

Ta chọn = DT ≈ = 10j = 10 × 167¶A = 1.67mA → " = + j = 1.67mA + 167¶A = 1.837mA

Tính bộ gương dòng ñiện Q2 và Q3: Ta có: ∎ + O3 = T + TO6

ðể thiết lập " = = T = 2



→ T = O6O3 = 1

→ O6 = O3

Ta có: → 3 = " + 2 = 2 " = 2 2 = 2 × 1.837mA = 3.674mA

ðể ta có thể ñiều chỉnh 3 = 1mA ÷ 5mA thì:

→ O5<.x = W 3<=> = 0.7V5mA = 140Ω

→ O5<=> = W 3<.x = 0.7V1mA = 700Ω

Chọn biến trở R5 = 1KΩ Tính R1, R2 và R4, R8 theo công thức sau: ∎ "O2 + " + "O1 = 2O4 + 2 + 2O8 → "± ℎvw" + 1O2 + O1² = 2± ℎvw2 + 1O4 + O8²

• Do phải chọn BJT Q1 và Q2 giống nhau và ñể cho tầng Visai hoạt ñộng cân bằng thì ta phải chọn: ± ℎvw" + 1O2 + O1²± ℎvw2 + 1O4 + O8² = 1

→ O2 = O4 Là O1 = O8

Tính công suất cho các BJT với V" = V ≤ 45V : → P" = P2 = " × 45V = 1.67mA × 45V = 75.15mW → P3 = 2" × 45V = 1.67mA × 45V = 150mW • Do các BJT ở tầng Visai làm việc với dòng IC tương ñối nhỏ, nên công suất tiêu thụ trên các BJT là PC cũng nhỏ. Vì các BJT có dòng trên cực C bằng nhau nên khi chọn BJT, có thể là các BJT bổ phụ với nhau.

− Chọn các thông số cho cặp BJT Q1, Q2, Q3, Q4 và Q5 như sau:



+ P<=> ≥ 2P<=> = 2 × 75.15mW = 150.3 mW

+ Vn = Vn > V = 45 V + I<=> > 2IW<=> = 2 × 1.67 mA = 3.34 mA + fq > 20KHz

Sau khi tra cứu tài liệu và dò tìm Datasheet trên các Website: Em chọn cặp bổ phụ: các BJT Q1, Q4, Q5 là 2SA1015 và Q2, Q3 là

2SC1815 ñể làm tầng khuếch ñại Visai. Bởi vì nó ñảm bảo các ñiều kiện thông số trên, cụ thể như sau:

+ P<=> = 400 mW

+ Vn = Vn = 60V/−60V + I<=> = 150mA/−150mA + hvw<.x = 70 yạ: I<=> ≈ 2mA , hvw<=> = 700

+ fq = 80MHz

Vì R4, R2 sẽ thiết lập ñiện áp VD2 và VD ñể giúp cho Q1 và Q4 hoạt ñộng ổn ñịnh, ñồng thời không gây ảnh hưởng nhiều tới hệ số AV của mạch khuếch ñại Visai, ta tính như sau: Ta có:

∎ r¢£w" = r¢£w2 = × ¬|mE mE = ".2× 3×j#

".Tj = 1333Ω

→ g¥" = g¥2 = ¬|mE¹º£mE

= j#"2j = 0.047

ðể AV không bị ảnh hưởng bởi hổ dẫn g¥" = g¥2 khi có giá trị quá nhỏ ta có

thể thiết lập tỉ số ñể tính R4, R2 như sau: ∎ g¥" × R2 = g¥2 × R4 = 1

→ R = R2 = "»¼mF = "

#.#2j = 21.27Ω

Chọn R = R2 = 22Ω



Tính toán ở chế ñộ AC: Sơ ñồ mạch ở chế ñộ AC:

Hình 9: sơ ñồ mạch Visai ở chế ñộ AC

Ở chế ñộ AC nguồn dòng Q5 có trở kháng "

¬½w , các nguồn áp DC ta xem như

ñược nối xuống Mass.

Do trở kháng trên cực C của Q2 rất lớn ta xem như hở mạch, cực B và cực C của Q3 ñược nối tắt. Vì vậy Q3 như một Diode phân cực thuận nên ñiện trở của Diode Q3 ta xem như ngắn mạch ở chế ñộ AC, ta ñưa sơ ñồ mạch về sơ ñồ tương ñương tín hiệu nhỏ như sau:



ðể tính mạch visai ta có thể xem các tụ C1, C2 có giá trị lớn ñể hệ số AV không bị suy giảm ở dãi tần từ 20Hz ÷20KHz. Ta có mạch sau

Với:

¾¢£w" = 1.4 × 25 × ℎvw " = 1.4 × 25 × 701.837mA = 1333Ω

O2h = O3′ = ¾¢£w" + O2ℎvw" = 1333Ω + (22 × 70) = 2873Ω O4h = (¾¢£w + O3ℎvw )//O6 ≈ O6 = 180Ω

:¢" = :"ℎvw" = :¢jℎvw" = 54μA70 = 0.77μA

Ta có ñịnh nghĩa tín hiệu ñồng pha và tín hiệu visai như sau:

• Tín hiệu ñồng pha (Common mode):

L = L.x + LÀÁ2

• Tín hiệu visai (Differentinal mode): L¯ = LÀÁ − L.x

Suy ra:

:2 :"

¾¢£wj

:¢" :¢2

ℎvwℎÂÃ

:¢" :¢2

ℎvwℎÂÃ

¾¢£wj :2 :"



→ L.x = L − L¯2

→ LÀÁ = L + L¯2

Như vậy tín hiệu L.x và LÀÁ có thành phần chung là L còn thành phần ñối nhau là

'Ä và − 'Ä

Do tín hiệu ra phụ thộc vào :" = :2 → phụ thuộc vào :¢" và :¢2 → phụ thuộc vào L.x và LÀÁ.

ðể tính tín hiệu ra ta dùng nguyên lý xếp chồng: • Xét tín hiệu ñồng pha: Cho thành phần visai L¯ = 0 → L.x = LÀÁ = L

Ta có mạch sau:

Ta có:

:¢" = LO2′ + ℎvw"2ℎ½w3

= L3007 + 702ℎ½w3

Mà giá trị của ℎ½w3 = 10Å2 ÷ 10Å3 nên

→ :¢" = LO2′ + ℎvw"2ℎ½w3

≈ 0

Tương tự:

:¢"

ℎvw2ℎÂÃ

ℎvw2ℎÂÃ

:¢" L



→ :¢2 = L × O7O8 + ÆO7// ÇO3h + ℎvw22ℎ½w3ÈÉ

× 1O7 + O3h + ℎvw22ℎ½w3

≈ 0

→ :" = :2 = 0

→ §ÊOO = ©¯©

© là hệ số khuếch ñại visai và ©¯là hệ số khuếch ñại visai Mà © = 0 thì với mọi ©¯ ≠ 0 thì CMRR→ ∞

Nhận xét: • Tín hiệu ñồng pha sẽ ñược triệt tiêu nhờ vào trở kháng của nguồn dòng Q5

có giá trị rất lớn. • Với CMRR→ ∞ và do tín hiệu ngõ ra ñược lấy không cân bằng với ngõ vào,

mạch hồi tiếp có dạng hồi tiếp áp sai lệch dòng . Như vậy ta tính hệ số ©Ìv của toàn mạch như sau: → ©Ì = 'ÍÎÏ

'ÐÑ |'ÒÓÔ# yℎÃÂ ạÕℎ Ö×Ø:

Với: → Oh = 2¾¢£w" + O2ℎvw" = 2 × 3445 = 5746Ω → O2h = (¾¢£w + O3ℎvw )//O6 ≈ O6 → O3h = ¾¢£wj = 210Ω → Oh = O = 13.598 KΩ

Ta có: ∎ :" = :2 = :¢" × ℎvw" = :¢2 × ℎvw2 ∎ :" = :2 = :¢j

:2 :" :j



∎ :j = :¢j × ℎvwj

→ ©Ì = L½ÙÚL.x = L½ÙÚ:¢j × :¢j:¢" × :¢"L.x

∎ L½ÙÚ:¢j = −ℎvwj × Oh = −60Oh

∎ :¢j:¢" = ℎvw" = 70

∎ :¢"L.x = − 1Oh + (O7//O8)

Vậy:

→ ©Ì = 60Oh × 70 × 1Oh + (O7//O8) = 4200 × O£

ÛO£ + (O8//O7)Ü

Nếu như ta tính trị số của tụ ñiện C1 ta có biểu thức sau:

→ ©Ì = ÖÖ + 1ÝO1//ÛOh + (O8//O7)ÜÞ§1

× ©Ì<=>>

→ ©Ì = ª«ª« + «5 × ©Ì<=>>

Với ©Ì<=>> = 4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü

«5 = 1ÝO1//ÛOh + (O8//O7)ÜÞ§1 = 1

O′§1 Oh = ÝO1//ÛOh + (O8//O7)ÜÞ

→ |©Ì| = « M« + «5

× ©Ì<=>> = «

«5°1 + ß ««5à × ©Ì<=>>

→ |©Ì|¯ = 20 log(©Ì<=>>) + 40 log(ω) − 20 log(«5) − 10log â1 + Ç ««5È ã

Để |©Ì| = ©Ì<=>>√2 tại «5 = 1

O′§1 hay ®5 = 12XO′§1 = 20æç



→ §1 = 12X®5O′

Tính ñộ lợi vòng T theo sơ ñồ mạch sau:

è = L½ÙÚLÀÁ |'ÐÑÔ#

→ è = L½ÙÚLÀÁ = L½ÙÚ:¢j × :¢j:¢2 × :¢2LÀÁ

∎ L½ÙÚ:¢j = −ℎvwj × Oh = −60Oh

∎ :¢j:¢2 = ℎvw2 = 70

∎ :¢2LÀÁ = 1O8 + (O7//Oh) × O7

O7 + Oh

→ è = (−60O£) × 70 × 1O8 + (O7//Oh) × O7

O7 + Oh

→ −è = 60O£ × 70 × 1O8 + (O7//Oh) × O7

O7 + Oh == 4200 × O£

ÛO£ + (O8//O7)Ü × ( O7O7 + O8)

Nếu ta tính trị số của tụ ñiện C2 ñể tần số hồi tiếp về có BW = 20Hz÷20KHz ta có biểu thức sau:

→ −è = ÖÖ + 1ÛO7 + (Oh//O8)Ü§2

× (−è<=>)

L½ÙÚ

:j :" :2 :¢2



→ −è = « M« + «5

× (−è<=>)

Với(−è<=>) = 4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü × ( O7

O7 + O8)

«5 = 1ÛO7 + (Oh//O8)Ü§2 = 1

Ohh§2 Ohh = ÛO7 + (Oh//O8)Ü → | − è| = «

M« + «5 × (−è<=>) = «

«5°1 + ß ««5à × (−è<=>)

→ | − è|¯ = 20 log(−è<=>) + 40 log(ω) − 20 log(«5) − 10log â1 + Ç ««5È ã

Để | − è| = (−è<=>)√2 tại «5 = 1

Ohh§2 hay ®5 = 12XOhh§2 = 20æç

→ §2 = 12X®5O′′

Ta có công thức tính ©Ìv như sau:

©Ìv = ©Ì1 − è

→ ©Ìv =4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü

1 + Æ 4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü × ( O7O7 + O8)É

Do −è ≫ 1 nên ta có thể tính gần ñúng như sau:

→ ©Ìv = ©Ì−è =4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü

Æ 4200 × O£ÛO£ + (O8//O7)Ü × ( O7O7 + O8)É = 1( O7O7 + O8) =

= (O7 + O8)O7



= 1 + O8O7

Tính ñộ lợi khuếch ñại ñiện áp khi không có hồi tiếp bằng cách cho R8 nối Mass, còn R7 coi như không có, thì ta có biểu thức sau:

• Mà ñể ñảm bảo cho tín hiệu ngõ ra ñược khuếch ñại khi tín hiệu ngõ vào L.x<.x = 30mV.

→ ©Ì<=> = L½ÙÚL.x<.x = L;5<=>L.x<.x = 41.43V30mV = 1381

→ ©Ì = 4200 × O£O£ + O8 = 1381

→ O8 = 4200 × O£1381 − O£ = 4200 × 13.598kΩ

1381 − 5.746kΩ =

= 41.35 − 5.764 = 36.86kΩ

Chọn O8 = O1 = 39kΩ Với giá trị của O8 = 39kΩ thì:

→ D = O8 × 2 = O8 × 2ℎvw2 = 39kΩ × 1.837mA70 = 1V

→ 2 = D + 2 + 45 = 1 + 0.7 + 45 = 46.7V. So với điểm − 45V → D = 2 − 2 − 2 = 46.7V − 45 − 0.7 = 1V

→ O6 = D2 = 1V1.837mA = 544Ω

Chọn O6 = O3 = 560Ω → j = O3 × T = 560Ω × 1.837mA = 1.02V > = 0.7V Thỏa ñiều kiện phân cực cho Q7. Ta có:

©Ì = 4200 × O£O£ + O8 = 4200 × 13.598kΩ

5.764kΩ + 39kΩ = 1276 → L½ÙÚ<.x = L.x<.x × ©Ì = 30mV × 1276 = 38.28V. Chấp nhận ñược. → L½ÙÚ<=> = L.x<=> × ©Ì = 775mV × 1276 = 989V.



Với giá trị của L½ÙÚ<=> này tín hiệu ngõ ra của mạch sẽ bị méo trầm trọng khi tín hiệu ngõ vào ñạt giá trị Max. ðể khắc phục hiện tượng này ta phải dùng kỹ thuật hồi tiếp âm ñể làm giảm sự sái dạng của tín hiệu ở ngõ ra, ñồng thời giúp cho mạch hoạt ñộng ổn ñịnh hơn.

Kỹ thuật hồi tiếp âm giúp cho mạch khuếch ñại tín hiệu ra ít bị sái dạng hay nói cách khác làm tuyến tính hóa ñặc tính phi tuyến của các phần tử BJT tạo ra. ðây là ñiểm mà làm cho BJT khuếch ñại âm thanh kém chất lượng hơn là ñèn ñiện tử.

ðể có hệ số khuếch ñại ñiện áp hồi tiếp ©Ìv cho toàn mạch ta có công thức sau:

∎ ©Ìv = L½ÙÚ<=>L.x<=> = L;5<=>L.x<=> = 41.43V775mV = 53.45

Ta có thể xác ñịnh ñược R7 qua biểu thức sau:

∎ ©Ìv = 1 + O8O7 = 53.45

→ O7 = O8©Ìv − 1 = 39kΩ

53.45 − 1 = 743Ω

Chọn O7 = 820Ω

Tính giá trị cho tụ C1 và C2 theo R7 như sau: ∎ Oh = ÝO1//ÛOh + (O8//O7)ÜÞ = 5620Ω ∎ Ohh = ÛO7 + (Oh//O8)Ü = 5841Ω

→ §1 = 12X®5Oh = 1

2X × 20 × 5620 = 1.41μF Do không có giá trị tụ ñiện C1 như mong muốn nên ta chọn C1=2.2μF

→ §2 = 12X®5Ohh = 1

2X × 20 × 5841 = 1.36μF

Do không có giá trị tụ ñiện C2 như mong muốn nên ta chọn C1=2.2μF

Tính ë.v và ë½v:

Ta có:

ë. = L.x:. |'ÒÓÔ#

Mà :. = −:¢"



→ ë. = L.x:¢" = ÛOh + (O7//O8)Ü = 5.746kΩ + 39kΩ × 0.82kΩ39kΩ + 0.82kΩ = 6.55kΩ

→ ë.v = ë.1 − è = 6.55kΩ1 + 179 = 36Ω

Ta có:

ë½ = L½ÙÚ:½ÙÚ |'ÒÓÔ#(LhÀÁ = 0)

Khi :. = −:¢" = 0 (LhÀÁ = 0) thì ë½ = O6h = O = 13.598 KΩ

→ ë½v = ë½1 − è = 13.598 KΩ1 + 179 = 75.5Ω

Tính mạch lọc Zobel:

− Loa thực chất là một cuộn dây.

− Vì vậy Loa ngoài thành phần ñiện trở còn có thành phần tự cảm. ðể ño ñược trị

số tự cảm L thì phải có máy ño.

Mà: ë5 = ª«ì (Ω)

Từ công thức ta thấy cảm kháng của cuộn dây ñối với tần số thấp thì có giá trị

không ñáng kể, nhưng ñối với tần số cao thì giá trị ñó lớn. Cụ thể ñối với tần số

®í = 20KHz Là ì = 6mH

→ ë5 = ª«ì = 2X × ®í × ì = ª2X × 20 × 10T × 6 × 10ÅT = ª753(Ω)

Giá trị này khá lớn sẽ làm giảm rất nhiều biên ñộ tín hiệu ngõ ra khi ở tần số cao,

vì vậy ta sẽ gắn thêm một mạch RC song song với Loa ñể khử ë5của Loa tại tần số

cao.

→ Zïđ = (O + ë) × (O5 + ë5)O + ë + O5 + ë5

Cho O5 = O

→ Zïđ = O5 + ªO5 ß«ì − 1«§à + ì§2O5 + ª ß«ì − 1«§à = ßO5 + ì§à + ªO5 ß«ì − 1«§à

2O5 + ª ß«ì − 1«§à



→ |Zïđ| = °ßO5 + ì§à + O5 ß«ì − 1«§à

°4O5 + ß«ì − 1«§à

Để |Zïđ|^_` = O5 + ì§2O5 thì: Ç«ì − 1

«§È = 0

Ta có biểu thức của tần số cộng hưởng:

«ì = 1«§ hay ωñ = 1

LC khi đó:

Mà ta cần giá trị của Zïđ = O5 = 8Ω

→ C = LO5

Như vậy ñể xác ñịnh ñược tụ C và tần số cộng hưởng của mạch Zobel thì phải biết

giá trị của L. Nhưng do em không biết ñược trị số tự cảm chính xác của Loa, và

qua khảo sát các mạch thực tế thì người ta thường chọn: O5 = O16 = 8Ω/10W và §4 = 100nF

Sau khi tính toán thiết kế và chọn linh kiện, mạch khuếch ñại của em có các thông số sau:

− Dạng mạch: OCL

− Công suất ngõ ra: PLMax = 100W

− Băng thông: BW ≈ [ 20Hz ÷ 20KHz ]

− óô = õö÷õ

− óôø = ùö. úù

− Ngõ vào ûüý = öþô ÷ ù

− Dòng vào üüý = þ.ó

− Tải: RL = 8Ω PL= 120W ÷ 150W

Ta có sơ ñồ mạch nguyên lý hoàn chỉnh sau:



MÔ PHỎNG BẰNG PSPICE 1) Mô phỏng phân cực BIAS POINT:

− Sau khi vẽ mạch ñể mô phỏng bằng chương trình Pspice xong ta bắt ñầu thực hiện mô phỏng ñể kiểm tra kết quả tính toán.

− Giả sử ta thiết lập giá trị phân cực cho các biến trở như sau: R5=500Ω, R10=1KΩ, R11=1KΩ. Ta ñược kết quả như sau:

Kết quả mô phỏng cho ta thấy các giá trị phân cực cho BJT ñều ñúng như kết quả tính toán, nhưng ñiểm giữa thì có giá trị -35.44V. Nếu ta tăng biến trở R5=1.15kΩ, ta sẽ có kết quả như sau:



Kết quả cho ta thấy ñiện áp tại ñiểm giữa ñã giảm xuống chỉ còn -31.01uV, ñây là giá trị rất nhỏ mà chúng ta cần thiết lập cho tầng công suất hoạt ñộng cân bằng. Kết luận: Biến trở R5 có nhiệm vụ ñiều chỉnh ñể ñiện áp ñiểm giữa xuống mức 0V, có nghĩa cân chỉnh cho tầng công suất hoạt ñộng cân bằng.

2) Mô phỏng chế ñộ AC: Cho Vin=1V, tần số bắt ñầu là 1Hz, tần số kết thúc là 1000KHz. Kết quả mô phỏng như sau:



Ngõ ra sau khi ñược khuếch ñại có hồi tiếp có biên ñộ ≈ 43.5, như vậy gần

ñúng với kết quả tính toán có ©Ìv = 53.45. Nhưng có băng thông BW≈ 300æç ÷∞ kết quả này sai lệch quá lớn so với kết quả mong muốn.

Nếu ta thay ñổi giá trị của tụ §2 = 47¶, và tụ §3 = 1. Ta có kết quả như sau:

ðây chính là băng thông mà ta cần. 3) Mô phỏng miền thời gian: Sau ñây ta mô phỏng trong miền thời gian. Cho biên ñộ Vin=1V có tần số là

20Hz. Kết quả như sau:

Frequency

1.0Hz 3.0Hz 10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz

V(R13:2)

0V

20V

40V

60V

Frequency

1.0Hz 3.0Hz 10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz

V(R13:2)

0V

20V

40V

60V



Ta thấy biên ñộ tín hiệu ra bị méo, ñây là hiện tượng hệ số khuếch ñại quá lớn. Nếu ta tăng giá trị O7 = 1Ω thì ta có kết quả sau:

Như vậy biên ñộ của ta ñã ñược cải thiện không còn bị méo nữa, kết quả cho thấy hệ số ©Ìv của toàn mạch phụ thuộc vào R7 và R8. Ta có kết quả giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra như sau:

Time

0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100ms 120ms 140ms 160ms 180ms 200ms

V(R13:2)

-50V

0V

50V

Time


V(R13:2)

-50V

0V

50V

Time


V(R13:2) V(V5:+)

-50V

0V

50V



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Mạch ñiện tử 1. Tác giả: Lê Tiến Thường. Nhà xuất bản ðại học Quốc

gia Thành phố Hồ Chí Minh.

[2]. Mạch ñiện tử 2. Tác giả: Lê Tiến Thường. Nhà xuất bản ðại học Quốc

gia Thành phố Hồ Chí Minh.

[3]. Tra cứu và thay thế TRANSISTOR. Tác giả: KS Phạm ðình Bảo. Nhà

xuất bản Thống Kê.

[4]. Audio Power Amplifier Design Handbook Third edition 2002. Literary

property: Douglas Self MA, MSc. Publisher: Newnes

[5]. Audio and Hi-Fi Handbook Third Edition. Editor: Ian R. Sinclair.

Publisher: Newnes

[6]. High Performance Audio Power Amplifiers for music performance and

reproduction. Literary property: Ben Duncan. Publisher: Newnes.

[7]. Transistor Circuit Techniques – Discrete and Integrated Third Edition.

Literary property: G. J. Ritchie. Publisher: Chapman & Hall.

[8]. http://dientuvietnam.net/forums/index.php Năm truy cập: 2007

[9]. http://www.electronics-lab.com/index.html Năm truy cập: 2008

[10]. http://www.circuits-lab.com/?tag=power-amplifier Năm truy cập: 2008

[11]. http://users.otenet.gr/~athsam/index.htm Năm truy cập: 2008

[12]. http://www.tehnomagazin.com/index.htm Năm truy cập: 2008

[13]. http://www.datasheetcatalog.com/ Năm truy cập: 2007

[14]. http://www.alldatasheet.com/ Năm truy cập: 2007

[15]. http://www.elecfree.com/ Năm truy cập: 2008

mach kdcs ocl100w

Documents