Đồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơn

Đồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơnĐồ án kỹ thuật mạch điện tử 1 đề tài thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất ocl ngõ vào đơn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG



Đồ án Kỹ thuật mạch điện tử 1

Đề tài: Thiết kế và thi công mạch khuếch đại công suất

OCL ngõ vào đơn

Đà Nẵng, năm 2021

SV: Trần Chí Cường 18DT1

Hồ Thanh Long 18DT1 Đặng Công Minh 18DT1 GHHD: TS Huỳnh Thanh Tùng

Nhóm HP: 18N40

Lời nói đầu

Công nghệ thời 4.0 đã có những bước nhảy vọt đáng kể, và ngành Điện tử & Viễn thông luôn là mũi nhọn tiên phong trong lĩnh vực mới này Mọi thứ đều bắt đầu từ những điều đơn giản nhất, tuy thế giới đã chế tạo ra những vi mạch tích hợp với các bóng bán dẫn có kích thước hàng nanomet, nhưng chúng ta, những sinh viên mới vào nghề, cần phải hiểu sâu nguyên lý hoạt động, quy trình tạo ra sản phẩm, thì việc thiết kế một mạch điện từ từ những linh kiện cơ bản là điều cần thiết

Một tiến sĩ từng nói: “Nguyên lý có thể không khó, nhưng để tạo ra sản phẩm là cả một quá trình nghiên cứu, và chúng ta phải thật sự nắm vững nó thì sản phẩm đó mới thuộc về chúng ta” Việc thiết kế một sản phẩm là mạch loa giúp sinh viên thật sự hiểu được một linh kiện hoạt động như thế nào, chúng kết nối thành một hệ thống ra sao, và quan trọng nhất là những vấn đề chỉ xuất hiện khi bắt tay thực hiện buộc chúng ta phải tìm hiểu thêm những điều không có trong sách vở

Covid đã lấy đi rất nhiều cơ hội để nghiên cứu cũng như được trực tiếp bảo vệ đồ án trước các thầy cô, nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi Nhưng với nhiệt huyết của mình cùng với hướng dẫn của thầy Huỳnh Thanh Tùng, nhóm đã thành công trong việc thiết kế và thi công mạch khuếch đại

Em xin cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy và hướng dẫn nhóm thực hiện đồ án này!

Đồ án có tham khảo các tài liệu sau:

Slice bài giảng môn KTMĐT 1 thầy Tăng Tấn Chiến Mạch điện tử 1 & 2 – Trương Văn Tám

Microelectronics circuit design 4t – Richard C Jaeger – Travis N Blalock

Đồ án mẫu của khóa trước

Đà Nẵng, ngày 04/08/2021

Trường Đại Học Bách Khoa

Khoa Điện Tử - Viễn Thông

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đồ án: Kỹ Thuật Mạch Điện Tử

Nhóm HP: 18N40A

Người hướng dẫn: TS HUỲNH THANH TÙNG

Tên đề tài: Mạch khuếch đại công suất OCL ngõ vào đơn

Thông số thiết kế:

+ Loại mạch: OCL + Ngõ vào: Đơn + Linh kiện sử dụng: BJT + Công suất: 15 [W] + Điện áp ngõ vào: 0.7 [V] + Trở kháng vào: 250 [KΩ] + Điện trở loa: 4 [Ω] + Băng thông: 0.05-15 [khz] + Méo phi tuyến: 0.2 [%]

Quá trình thực hiện đồ án:

1 20/01/2021 Giao đề tài Đạt yêu cầu

2 21/02/2021 Hoàn thành tính toán

Mô phỏng

Đạt yêu cầu

3 26/04/2021 Thi công mạch Đạt yêu cầu

4 27/04/2021 Kiểm tra & Chạy thử

Hoàn thành báo cáo

Đạt yêu cầu

*Ý kiến của NHD

………

………

………

………

Đà Nẵng, ngày 18 tháng 8 năm 2021

Người hướng dẫn

TS Huỳnh Thanh Tùng

Contents

PHẦN I: LÝ THUYẾT 1

Chương 1: Transitor lưỡng cực (BJT) 1

1 Cấu tạo cơ bản của BJT 1

2 Hoạt động 1

3 Các cách ráp và độ lợi dòng 3

4 Dòng rỉ trong transitor – điện áp tối đa 4

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới BJT 4

6 Phân cực điểm tĩnh cho BJT – Ổn định phân cực 4

7 Mô hình tín hiệu nhỏ 7

Chương 2: Các mạch ứng dụng 8

1 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 8

2 Mạch khuếch đại nhiều tầng – ghép nối BJT 11

3 Nguồn dòng ổn định dùng BJT 11

4 Khuếch đại công suất 12

5 Mạch khuếch đại nối trực tiếp Darlington 15

6 Hồi tiếp trong mạch khuếch đại 15

7 Đáp ứng tần số mạch khuếch đại 16

PHẦN 2: THIẾT KẾ 18

Sơ đồ mạch: 18

Chương 1: Tính toán 18

1 Yêu cầu: 18

2 Sơ đồ khối 18

3 Thiết kế khối công suất 19

4 Thiết kế tầng thúc: 20

5 Thiết kế ngõ vào đơn 21

6 Tính toán tụ 21

Chương 2: Mô phỏng kiểm thử 23

1 Kiểm tra phân cực 23

2 Kiểm tra tín hiệu 24

3 Trở kháng vào 28

5 Băng thông 30

PHẦN 3: DATASHEET 31

1 2SA1015 31

2 2SC1815 34

3 2SA1013 38

4 2SC2383 41

5 D718 44

6 B688 48

PHẦN I: LÝ THUYẾT Chương 1: Transitor lưỡng cực (BJT)

1 Cấu tạo cơ bản của BJT

Transitor lưỡng cực gồm hai mối nối pn nối tiếp nhau, được chế tạo trên cùng một mẫu bán dẫn

Ge hoặc Si

Hình sau mô tả cấu trúc của hai loại BJT NPN và PNP

Ta thấy rằng, tương ứng với mỗi miền bán dẫn là một cực của BJT, sự pha tạp (nồng độ của lỗ

trống hay điện tích tự do) giảm dần từ cực E qua cực C, mà điện tích sẽ khuếch tán từ nơi có nồng

độ cao tới nơi có nồng độ thấp nên, lỗ trống/điện tích tự do sẽ phát từ E nên cực này được gọi là

cực phát (Emitter), cực C nhận các điện tích nên gọi là cực thu (Collector), cực B chuyển tiếp

giữa 2 miền nên được gọi là cực nền (Base) Ngoài ra, miền chuyển tiếp B có độ rộng nhỏ nhất,

kế tiếp là miền phát và rộng nhất là miền thu

2 Hoạt động

- Tùy theo phân cực của các tiếp giáp mà ta có 3 vùng hoạt động

Vùng ngắt: BE phân cực nghịch Vùng tích cực: BE phân cực thuận, BC phân cực nghịch Vùng bão hòa: BE phân cực thuận, BC phân cực thuận

- Trong thực tế khi sử dụng BJT để khuếch đại tín hiệu, ta phân cực BJT ở vùng tích cực

Ta đã biết tại vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên hầu hết điện tử sẽ khuếch tán thẳng sang vùng

thu tùy theo độ rộng của vùng nghèo BC và đi về cực dương nguồn tạo ra dòng IC

Mặt khác một ít điện tử tại cực nền sẽ đi về cực dương nguồn VEE tạo ra dòng IB rất nhỏ

Như vậy theo định luật KCL: IE = IC + IB

Do IB rất nhỏ nên IE ≈ IC

Đặc tuyến của IC theo VCE và IB có dạng:

3 Các cách ráp và độ lợi dòng

- Khi sử dụng, BJT được ráp theo 3 cách căn bản: cực phát chung, cực nền chung và cực thu chung Cực chung là cực nối với đất (GND) và được sử dụng cho cả ngõ vào và ngõ ra

- Dưới đây là sơ đồ 3 kiểu mắc:

Trong mỗi cách ráp, người ta định nghĩa độ lợi dòng:

Ai = hfb = α = IC/IE

- β thường có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần, α thường có giá trị từ 0.95 – 0.999 lần

- Trong thực tế, β và α thường được nhà sản xuất cung cấp trong datasheet

- Từ định nghĩa và định lý Kirchoff về dòng điện ta rút ra công thức liên hệ:

1 − 𝛼

4 Dòng rỉ trong transitor – điện áp tối đa

- Vì mối nối BC thường được phân cực nghịch nên cũng có dòng ngược bão hòa ISAT chạy qua

và được gọi là ICBO

Trong trường hợp cực B để hở, ta đặt điện áp vào 2 đầu cực C và E cũng xuất hiện dòng điện, dòng này được gọi là ICEO

ICBO và ICEO thường được nhà sản xuất cung cấp

- Ngoài ra, nhà sản xuất còn cung cấp thêm một số thông số khác như

VCEO: điện áp VCE tối đa mà BJT chịu được

VEBO: điện áp VBE/VEB tối đa BJT chịu đươc

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới BJT

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn tới các thông số của BJT:

Vì sự thay đổi các thông số do nhiệt độ nên ổn định nhiệt được xem là ưu tiên hàng đầu khi thiết

kế mạch khuyếch đại, một số phương pháp thường sử dụng trong mạch là hồi tiếp âm, bổ chính nhiệt dùng diode…

6 Phân cực điểm tĩnh cho BJT – Ổn định phân cực

Trong bài phân tích là BJT NPN, nhưng các kết quả khảo sát vẫn đùng với BJT PNP, chỉ cần chú

ý chiều dòng điện và cực tính nguồn cung cấp

 Điểm làm việc tĩnh Qpoint(IC, VCE) và đồ thị phương trình (1) gọi là loadline (đường tải điện)

- Điều kiện BJT hoạt động trong vùng tuyến tính:

Mối nối BE phân cực thuận, Mối BC phân cực nghịch:

c Phân cực bằng cầu chia điện thế

Đây là cách được sử dụng phổ biến bởi độ ổn định và dễ tính toán

Cách tính toán:

Bước 1: Dùng định lý Thevenin biến đổi mạch

Với RBB = R1 // R2 VBB = VCC.R2/(R1+R2)

Bước 2: KVL cho mạch ngõ vào

VBB = RBB.IB + VBE + RE.IE Bước 3: Thay IE = (1+β).IB

 𝐼

=

𝑅𝐵𝐵+(1+𝛽).𝑅𝐸

Bước 4: Suy ra IC = β.IB

d Thiết kế mạch phân cực dùng trong khuếch đại tín hiệu nhỏ

Mục đích của việc phân cực cho BJT là thiết lập một điểm làm việc tĩnh (Qpoint) và nhờ đó xác định vùng hoạt động ban đầu của transistor

- Khi thiết kế mạch phân cực cho BJT trong vùng tích cực, ta cần chú ý:

VCE > 0.2V Thực tế, VCE thường được phân cực dựa theo yêu cầu về độ lợi áp của mạch, nó phải lớn hơn VP của điện áp ngõ ra

IPC << IC IPC là dòng chạy trong cầu phân áp cực B trong mạch phân cực bằng cầu phân áp

Thông thường, để mạch hoạt động ổn định, ta cần IPC >> IB, nhưng IPC càng lớn thì hiệu suất càng thấp, thế nên ta chọn IPC = 10.IB

Xác định sơ đồ DC bằng cách hở mạch tụ điện và ngắn mạch cuộn cảm

Xác định Qpoint tùy theo phương pháp phân cực

Để đảm bảo cho mạch hoạt động trong vùng tín hiệu nhỏ, có một số yêu cầu sau:

|vbe| <= 2VT/10 = 5mV

|ic| <= 0.2IC

Chương 2: Các mạch ứng dụng

1 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ

a Mạch khuếch đại E chung (có RE)

Sơ đồ mạch:

Phân tích mạch:

- Ngõ vào tín hiệu v1 tại cực B, tín hiệu lấy ra tại cực C

- C1 C3 là các tụ liên lạc xoay chiều, mục đích là ngăn dòng 1 chiều DC đi qua

- R1, R2, R3, RE, R6 là các trở phân cực Ngoài ra, R6 có vai trò ổn định 1 chiều, RE có vai trò ổn định cả 1 chiều lẫn xoay chiều

- C2: tụ thoát xoay chiều Do RE càng lớn, AV mạch càng giảm, mà RE quá nhỏ thì Qpoint lại không ổn định nên người ta mắc thêm tụ C2 nhằm đảm bảo RE phù hợp mà Qpoint vẫn ổn định

Bằng các phương pháp tính toán ta rút ra công thức tổng quát cho mạch:

Đặc điểm của mạch:

- Mạch chủ yếu khuếch đại điện áp

- Ỏn định, ít biến thiên theo nhiệt độ

- Làm việc ở chế độ A nên tín hiệu ra chuẩn

- Thường được sử dụng với mục đích khuếch đại biên độ tín hiệu

b Mạch khuếch đại C chung

Phân tích mạch:

- Ngõ vào tín hiệu tại cực B, tín hiệu lấy ra tại cực E

- Do tín hiệu lấy ra tại cực E nên ta có thể xác định mạch này không khuếch đại điện áp

- Tụ C1, C3 là tụ liên lạc xoay chiều

- R1, R2, R4 là các trở phân cực tĩnh

Bằng các phương pháp tính toán ta rút ra công thức cho mạch:

Đặc điểm của mạch:

- Không khuếch đại điện áp tín hiệu mà khuếch đại dòng điện

- Chấp nhận tín hiệu đầu vào lớn

- Do các đặc điểm trên nên thường được dùng để khuếch đại công suất

2 Mạch khuếch đại nhiều tầng – ghép nối BJT

- Trong thực tế, một mạch amply công suất gồm nhiều tầng kết nối với nhau, mỗi tầng có một

chức năng xác định:

• Tầng tiền khuếch đại: là tầng nhận tín hiệu vào, khuếch đại sơ, chống méo tín hiệu Nó

cung cấp một trở kháng vào lớn do công suất tín hiệu vào khuếch đại rất nhỏ Trong thực

tế, tầng này thường dùng mạch vi sai, mạch này có ưu điểm rất lớn do thiết kế đối xứng loại bỏ được các loại nhiễu đồng pha Nhưng đồ án này sử dụng mạch ngõ vào đơn E chung nên không đề cập tới

• Tầng thúc: là tầng kế tiếp tầng tiền khuếch đại, được liên kết gián tiếp bằng tụ hoặc liên

kết trực tiếp Thông thường đây là mạch C chung nên cung cấp độ lợi điện áp lớn

• Tầng công suất: là tầng xuất tín hiệu ra tải, cách li tải có trở kháng nhỏ ra khỏi các tầng

trước, nhận tín hiệu tử tầng thúc nên biên độ tín hiệu rất lớn, đồng thời tải trở kháng nhỏ nên để biên độ tín hiệu không suy giảm, AI phải đủ lớn, phù hợp với yêu cầu trên chỉ có mạch C/D chung Trong thực tế, người ta mắc theo kiểu đẩy kéo và dùng mạch

Darlington để tăng độ lợi dòng

- Khó khăn khi thiết kế mạch amply nhiều tầng thường đến từ khâu ghép nối liên tầng

Với ghép nối gián tiếp bằng tụ, các tầng được coi như riêng rẽ về mặt điện áp 1 chiều, cách ghép nối này có ưu điểm là dễ tính toán, dễ thực hiện, nhược điểm là tiêu tốn linh kiện,

đồng thời tụ liên lạc sẽ làm giảm đáp ứng tần số mạch, gây méo tín hiệu

Ghép nối trực tiếp sẽ loại bỏ hết các nhược điểm mà ghép nối gián tiếp gây nên, nhưng

độ khó khi tính toán thi công cao, điện áp một chiều ảnh hưởng từ tầng này tới tầng khác gây

khó khăn khi ổn định mạch

3 Nguồn dòng ổn định dùng BJT

- Trong nhiều trường hợp, ta vừa muốn có trở kháng cao, vừa có dòng lớn và ổn định, thì

nguồn dòng dùng BJT là một lựa chọn tối ưu

𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟𝑜 (1 +

𝑅1||𝑅2+𝑟𝜋+𝑅𝐸

)

- Thực tế, R1 thường được thay thế bằng các diode để ổn định Io

- Mạch này thường được dùng để thay thế RC hoặc REE trong vi sai để ổn định phân cực cho

mạch, nâng cao độ lợi điện áp, nâng cao hệ số nén nhiễu đồng pha

4 Khuếch đại công suất

- Mạch này được thiết kế để cung cấp trở kháng ra nhỏ (thường là tải) và dòng ra lớn

a Mạch khuếch đại chế độ A

- Transistor sẽ dẫn cả chu kỳ trong một chu kỳ tín hiệu vào, thông thường là mạch C chung

hoặc D chung

- Mạch này có đặc điểm độ tuyến tính rất cao, độ méo nhỏ

- Nhưng vì có dòng phân cực tĩnh nên hiệu suất rất thấp

- Hiệu suất của mạch là tỷ số công suất tải và công suất do nguồn cung cấp cho cả mạch

khuếch đại

- Khi công suất tải cực đại thì điện áp trên tải cực đại (bằng điện áp nguồn cung cấp)

- Giả sử tín hiệu vào hình since, thì khi công suất cực đại:

vo = VDD * sin(𝜔𝑡) Công suất hữu ích trên tải:

PL = RL * ILP2 /2 = VDD * ILP/2 Công suất nguồn cung cấp:

PCC = 2VDD*ILP

 Hiệu suất của mạch chế độ A:

b Mạch khuếch đại chế độ B

- Mạch sử dụng 2 con transistor bổ phụ mắc đẩy kéo, hoạt động theo nguyên tắc sau:

Giả sử tín hiệu vin hình sine

Khi ở bán kỳ dương của tín hiệu, VB cao nên M1 dẫn, M2 tắt, dòng tải chạy qua M1

Khi ở bán kỳ âm của tín hiệu, VB thấp nên M1 tắt, M2 dẫn, dòng tải chạy qua M2

- Do hoạt động luân phiên, không có dòng tĩnh nên hiệu suất của mạch rất cao:

Công suất trên do nguồn cung cấp ở 1 bán kỳ cho 1 transistor:

Hiệu suất mạch:

- Vấn đề của mạch chế độ B là vùng ngưng dẫn của transistor làm xuất hiện méo xuyên tâm:

Do mỗi transistor đều có VBE > 0 (≈ 0.7𝑉), nên khi không có dòng tĩnh phân cực, transistor luôn ở chế độ “ngủ sâu”, khi có tín hiệu vào, tín hiệu này phải vượt ngưỡng thì mới làm transistor hoạt động Hậu quả là với tín hiệu vin hình since liền mạch như sau, thì vout xuất hiện khoảng ngắt gọi là méo xuyên tâm:

c Mạch khuếch đại chế độ AB:

Ta có thể sửa méo ở chế độ B bằng cách kết hợp 2 chế độ AB:

- Bằng cách thêm điện áp mồi, các transistor luôn nằm trong vùng sẵn sàng hoạt động

- Điện áp mồi phải đủ lớn để giúp tín hiệu vượt qua V ngưỡng dễ dàng, nhưng không được quá lớn để đảm bảo hiệu suất mạch

- Thông thường, các điện áp mồi này được tạo ra bằng các diode có VD ≈ VBE (VGS)

-

5 Mạch khuếch đại nối trực tiếp Darlington

- Mạch Darlington được thiết kế để dùng cho mạch công suất

- Tầng công suất yêu cầu hệ sô khuếch đại dòng cao, điện áp lớn, nhưng trong thực tế, để BJT chịu được dòng cao, thì kích thước phải càng lớn, mà kích thước càng lớn thì β càng nhỏ

- Để giải quyết, người ta phát minh ra mô hình mạch Darlington, với 2 BJT được mắc theo sơ

đồ như trên:

T1 là transistor kích, có thước nhỏ, β1 lớn

T2 là transistor tải, có kích thước lớn, chịu dòng cao, β2 nhỏ

- Mạch Darlington hoạt động tương tự như 1 transistor, nhưng có hệ số βtđ là tích 2 thành phần:

βtđ = β1*β2 Rin = β1*β2*RL (rất lớn)

- βtđ thường có giá trị rất lớn, từ vài trăm đến vài chục nghìn lần, đồng thời chịu dòng cao, nên trên được sử dụng rộng rãi và được chế tạo thành 1 linh kiện gọi là BJT Darlington

6 Hồi tiếp trong mạch khuếch đại

- Hồi tiếp âm là phương pháp được sử dụng để ổn định mạch khuếch đại, nguyên lý của

phương pháp này là trích xuất tín hiệu ra đưa về tầng đầu vào, qua nguyên lý cộng trừ mà khi

mạch bất ổn định (AV tăng cao do nhiệt độ…) thì tín hiệu ra vẫn không thay đổi

- Sơ đồ nguyên lý:

- Ta có độ lợi của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp như mô hình trên là:

Af = A(1+βA)

Hồi tiếp âm: |Af| < |A|

- Đặc điểm của mạch có hồi tiếp âm:

C, ổn định theo điều kiện môi trường nên độ lợi toàn mạch được giữ vững

• Ngoài ra, mạch khuếch đại có hồi tiếp âm còn có ưu điểm về băng thông và trở kháng vào so với mạch không có hồi tiếp

7 Đáp ứng tần số mạch khuếch đại

- Ảnh hưởng của các tụ đến đặc tuyến của mạch khuếch đại:

• Vùng tần số cao: do các tụ bên trong BJT

• Vùng tần số thấp: do các tụ liên lạc, thoát xoay chiều

• Vùng tần số trung bình: do các tụ kể trên

- Trong mạch ampli, ta thường chỉ quan tâm đến đáp ứng tần số thấp do các tụ liên lạc, thoát xoay chiều quyết định, mà không quan tâm tới đáp ứng tần số cao Do tần số cao chỉ ảnh hưởng bởi các tụ ký sinh trong BJT, thường xuất hiện ở các tần số từ vài trăm kHz trở lên, mà fmax của mạch ampli thường khá thấp, từ 15k-20kHz

Ta có: ZC1 < < Rtd

➔C1

>=

(𝜔∗𝑅𝑡đ)

BW = 50Hz – 15kHz Méo phi tuyến 0.2%

2 Sơ đồ khối

Mạch được thiết kế theo sơ đồ mạch khuếch đại nhiều tầng có hồi tiếp âm như sau:

Hồi tiếp β

vout

Ta có PL = 15W, RL = 4 Ohm ➔ ILP ( I tải đỉnh ) = √15

với : Pc là công suất của BJT,

PCC là công suất nguồn cung cấp,

PL công suất tải

Để tìm Pcmax ta đạo hàm Pc tìm đỉnh của parabol:

Icmax > 3A Cộng các điều kiện DC và nhiệt độ hoạt động cao

=> R3 = 0.71/3mA = 220 Ohm

Ta có: P = RI2 Mà:

• Dòng qua R3 R4 nhỏ hơn beta1 lần so với dòng qua R1 R2

• Giá trị R3 R4 lớn hơn 220/0.2 = 1100 lần so với R1 R2

b Phân cực cho tầng công suất:

- Ta thấy có 4 mối nối BE cần bù nhiệt với tổng điện áp là:

2Vbeq1 + 2Vbeq3 = 2*0.7 + 2*0.6 = 2.6V

 Bù nhiệt bằng 3 diode 1N4007 và 1 biến trở mắc nối tiếp

- Giá trị biến trở R5 = (2.6-0.6*3)/2.5m = 320 Ohm

 Chọn R5 là biến trở 500 Ohm

c Phân cực cho Q5:

Q5 là bổ phụ với Q6 ➔ Q5 là 2SC2383

- Điểm giữa là 0V (mạch OCL) ➔ Vcq5 = 0-2.6/3 = -1.3V

- Q5 là transistor khuếch đại điện áp, nên Vceq5 > VLP = 11V

 Vreq5 = Vcc – Vc – Vce = 18 – 1.3 – 11V = 5.7V

 Re nằm trong khoảng từ 0 – 5.7/2.5mA = 0 – 2.2k Ohm

Để đảm bảo hệ số khuếch đại, tránh méo, ta chọn Re = 340 Ohm

- Hệ số hồi tiếp β = 1/Av = 1/16

- Để mạch đảm bảo hồi tiếp âm ổn định, β*A >> 1

 A >= 10*16 = 160

- Mà:

A = (gmRL)/(1+gmR6) Với RL = Rout nguồn dòng = (VA+Vce)/Ic = 28k

5 Thiết kế ngõ vào đơn

- Ic >= 10 * Ibq5 = 10 * Icq5 / hfeq5 = 10*2.5m/200 = 0.125mA

- Mạch lọc nguồn tầng nhận tín hiệu vào:

Nếu nguồn cung cấp không phẳng, tức sóng AC vẫn còn, hoặc do tín hiệu ngõ ra ảnh hưởng thì nó sẽ này đánh thẳng vào tầng nhận tín hiệu, qua mạch khuếch đại nhiễu sẽ tăng làm giảm chất lượng tín hiệu Nên lọc nguồn cho tầng nhận tín hiệu là điều cần thiết

Thông thường, người ta thường lọc bằng mạch lọc RC, hoặc kết hợp thêm diode zener

để ghim áp ổn định Chọn áp ghim là 15V sử dụng 2 diode zener 15V/0.5W, Id = 3mA

Rtd ≈ R7 = 220 Ohm

 C3 ≈ 𝜔𝑅𝑡𝑑10 = 10

2𝜋∗50∗220 = 1000uF/25V

Chương 2: Mô phỏng kiểm thử

1 Kiểm tra phân cực

- Mô phỏng mạch bằng PS-Spice

- Ta thấy các thông số về điện áp, dòng điện đã gần như trùng khớp với tính toán