Báo cáo bài tập lớn (btl) mạch khuếch đại âm thanh môn điện tử tương tự 1 (đttt1) số 010Ngành điện tử viễn thông (đtvt) đại học Bách Khoa Hà Nội (đhbk hn)Báo cáo có 5 phần:A. Yêu cầu thiết kếB. Thiết kế mạchC. Kết luận
Trang 1Báo cáo bài tập lớn môn: Điện tử tương tự 1
Đề tài số: Nhóm :
A.
Yêu cầu thiết kế
- Đầu ra: điện áp ra tối thiểu 2V
Sơ đồ mạch khuếch đại âm tần
mô phỏng trên phần mềm Proteus
I Khối nguồn và tín hiệu vào ra
-Tín hiệu vào: jack audio 3,5mm -Tín hiệu ra: loa 8ΩΩ 2W
II Kh i khu ch đ i tín hi u ối khuếch đại tín hiệu ếch đại tín hiệu ại tín hiệu ệu
1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ
Voltage divider
Mắc RE1 nt RE2 để tăng Zin
Thêm tụ C2 để ngắn mạch RE2, để khi chuyển sang chế độ xoay chiều RE2 không làm giảm Av
STT Tên thành viên MSSV
1
2
3
4
1 Tính toán và vẽ sơ đồ
2 Mô phỏng mạch và cb linh kiện
mạch
Trang 2* Thông số một chiều:
-Chọn điểm làm việc tĩnh cho BJT có Q1(IC,Vce)=(0,5mA,9V)
-Theo datasheet: tại điểm làm việc tĩnh Q1 thì có: β=200
-Ta có: gm¿ I c
V T=¿0,02(S)
-Theo Kirchhoff: VCC=IC.RC + VCE+IE.(RE1+RE2)
-Do IE xấp xỉ IC nên RC+RE1+RE2=(VCC-VCE)/IC=6(kΩ)
-Để phân cực cho BJT làm việc ở vùng khuếch đại và không ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại: ta có Vcc>>VE
Chọn VE=Vcc/10 = 1,2(V) => IC.RC=VCC-VCE-VE=1,8Ω(V)
=>RC=4,7(kΩ) => RE1+RE2=1,2(kΩ)
-Theo yêu cầu đặt ra: |AV|≥60 =>
R c
1
g m+R E 1
≥ 60
=>
4700
1
g m+R E 1
≥ 60
=> R E 1 ≤ 250 Ω
=> Chọn RE1= 200(Ω) => RE2=1(kΩ)
-Ta có: IB=IC/β=0,5.10-3/200 = 2,5(µAA)
-Theo điều kiện mạch phân cực Voltage divider: IR1 ≈ IR2 >> IB, chọn IR1=
IR2 ≥ 10.IB=8Ω3,3(µAA) =>R1+R2=VCC/IR1 ≤ 170 (kΩ) (1)
Mà VB=VBE+VE=0,7+1,2=1,9V = VCC.R2/(R2+R1)
=> R2/(R1+R2)=0,11 =>R1=10R2 (2)
Trang 3(1) và (2) => Chọn R1=150(kΩ) và R2=15(kΩ)
*Thông số xoay chiều
- rπ = g β
m = 1/26200 = 3,12 (kΩ) ; Zin1=R1//R2//(rπ+(1+β)RE1)=11,05(kΩ)
-Zout1=RC=6,8Ω(kΩ) ; |AV1| =
R c
1
g m+R E 1
= 26+2006800 ≈ 30,1 lần
2 Kh i khu ch đ i ti n công su t ối khuếch đại tín hiệu ếch đại tín hiệu ại tín hiệu ền công suất ất
Mạch C chung, sử dụng BJT 2N222 và TIP41, ghép nối với nhau theo kiểu Darlington => Dòng điện đầu ra khuếch đại xấp xỉ β2β3 lần
* Thông số một chiều
-Chọn điểm làm việc tĩnh cho BJT có Q2(IC,Vce)=(1mA; 4,5V) và
Q3(IC,Vce)=(0,05A; 4,5V)
-Theo datasheet: 2N2222 β2=200 và TIP41 β3=50
IC3=0,05A => IB3=IC3/β3=0,05/50=1(mA)
IE2=IC2=IB3=1mA => IB2=IE2/β2=1.10-3/120 = 8Ω,33(µAA)
Trang 4-Theo Kirchhoff: VCC=VCE3+IE3.R4 =>R4=51(Ω)
VCC=IB2.R3+VBE2+VBE3+IB2.β2.β3.R4 => R3 ≈ 270(kΩ) (lấy
VBE2=VBE3=0,7V)
*Thông số xoay chiều
-g m 2=I c 2
V T=
1
26(S) => rπ2 = g β2
m 2
-g m 3=I c 3
V T=
0,05
25
13 (S) => rπ3 =
β3
g m 3=50
13
-Zin2=R3//( rπ2+(ꞵ2+1) rπ3 +β2.β3.R4) = 226,2(kΩ)
-Zout2= R4/¿( 1
g m 2 β3+
1
g m 3) =1,04(Ω)
-AV2=Vout/Vin ≈ 1
3 Kh i khu ch đ i công su t ối khuếch đại tín hiệu ếch đại tín hiệu ại tín hiệu ất
Chế độ khuếch đại công suất AB đẩy kéo dùng 2 Trans TIP41C
(NPN) và TIP42C (PNP) để chịu được công suất lớn Do tụ đầu ra phải có giá trị lớn để chịu được công suất đầu ra lớn => Chọn C6 = 1(mF) Phân cực cho hai transistor bằng R5 = R6 = 1(kΩ) và 2 diode giúp đảm bảo transistor hoạt động ổn định, giúp đầu ra ổn định
* Thông số một chiều
- Theo datasheet: TIP41C và TIP42C đều có β = 50 ; tại UD = 0,7V thì 1N4148Ω có ID ≈ 1,5(mA)
Trang 5- Ta có: VCE4 + VEC5 = Vcc, mà do mạch đối xứng nên VCE4 = VEC5 = 6(V) =>VB(Q4) = VBE4 + VEC5 = 0,7 + 6 = 6,7(V)
IR5 = Vcc−V B (Q 4)
R 5 =
12−6,7
IB(Q4) = IR5 – ID = 3,3125 – 1,5 = 1,8Ω125(mA)
IC(Q4) = IB(Q4)β = 1,8Ω125.10-3.50 = 0,091(A)
=>g m 4=g m 5=I c(Q 4 )
V T
91
26 (S)
*Thông số xoay chiều
-Zin3 = R5//R6//Z’ = 276,4(Ω)
gm 4+(1+ β ) RL =
50 91 26 +(1+ 50).8=422,3 (Ω)
-Zout3 ≈ 1
gm 4=
26
91=0,286 (Ω) -Av3 ≈ 1
4 Thông số khuếch đại toàn mạch
|AV|total = Z¿ 1
R s+Z¿1.|AV1|.
Z¿2
Z¿2+Z out 1.|AV2|.
Z¿3
Z¿3+Z out 2.|AV3|.
R L
R L+Z out 3
= R10500
s+10500.60
226200 226200+ 4700.1
276,4 276,4 +1,04.1
8
8+0,286 ≈ 57,9
(lần)
Zin = Zin1 = 10,5(kΩ) ; Zout = Zout3 = 0,28Ω6(Ω)
Ptải = V0 /2RL = (Vin.AV_total)2/2RL = (50.10-3.57,9)2/(2.8Ω)
≈ 1,57(W )
5 Thông số của tụ điện
Trang 6-Mạch được thiết kế với tín hiệu vào là âm thanh với dải tần hoạt động
từ 20 đến 20kHz => fL=20Hz
fL1= 2 π ( Rs+Z1
¿) C1<20 => C1 > 75.7(µAF)
=> Chọn C1 = 100µAF
fL2= 2 π R1
eq C2<20
Với Req = RE2//((R1//R2//Rs + rπ )/ꞵ+RE1) ≈ 18Ω0(Ω)
=>C2 >39.9µAF =>Chọn C2=100µAF
2 π (Z out 1+Z¿2) C3<20=> C3 > 52(nF)
=> Chọn C3 = 100µAF
(Z out 2+Z¿3).C4<20 => C4 > 35(µAF) => Chọn C4 = 100µAF
C5 = C4 = 100µAF
C6 = 1mF để làm việc được với tín hiệu công suất lớn
C Kết luận
Nhận xét : Giữa thiết kế mạch với tín toán lý thuyết và mô phỏng sẽ có sai số, nguyên nhân chủ yếu là do trong quá trình đo có sai số dụng cụ đo, sai số linh kiện, sai số do quá trình hàn nối linh kiện không đúng kĩ thuật làm giảm phẩm chất linh kiện Ngoài ra, chất lượng linh kiện và điều kiện thời tiết cũng ảnh hưởng một phần đến kết quả của sản phẩm
Kết quả mô phỏng trên proteus:
Trang 7Tài liệu tham khảo:
Datasheet của các linh kiện trên Internet