Báo cáo bài tập lớn môn mạch điện tử

Mạch khuếch đại: - Mạch khuếch đại amplifier circuit là một thiết bị điện tử được sử dụng để tăng độ lớn của tín hiệu điện.. Trong mạch khuếch đại sử dụng transistor, tín hiệu đầu vào đư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

⁂

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Giảng viên hướng dẫn: HỒ VĂN KHƯƠNG

LỚP: LO4 NHÓM 50

Thành viên:

Phan Văn Thịnh MSSV: 2014604

Vương Đình Thiên MSSV: 2114863

I Thiết kế 6

1 Cơ sở lý thuyết 6

2 Phân tích bài toán 13

1 Phân tích thông số kỹ thuật 13

2 Sơ đồ mạch điện 13

II Mạch thực tế 14

1 Tầng thứ nhất 14

2 Tầng thứ 2 15

3 Kết quả mô phỏng toàn mạch 17

III Kết luận 18

DANH MỤC HÌNH ẢNH

H9nh 1: Sơ đồ mạch điện 13

H9nh 2: Sơ đồ mạch điện tầng thứ nhất 15

H9nh 3: Sơ đồ mạch điện tầng thứ 2 16

H9nh 4: Biểu đồ Vout theo thời gian 17

H9nh 5: Biểu đồ Vin và Vout theo thời gian 17

4

Đề tài: Thiết kế một bộ khuếch đại hai tầng thỏa mãn các yêu cầu sau:

a) Ai=150

b) Zi = 1k

c) RL=10 được ghép AC

d) Dòng đỉnh cực đại trên RL bằng 50mA

e) Vcc= 10V

Transistor sử dụng đều có hfe=50 Hãy xác định tất cả các transistor và các thông số của transistor

I Thiết kế

 Cơ sở lý thuyết

1 Mạch khuếch đại:

- Mạch khuếch đại (amplifier circuit) là một thiết bị điện tử được sử dụng để tăng độ lớn của tín hiệu điện Nó thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy phát radio, đầu đĩa CD, ampli gia đ9nh, và các thiết bị âm thanh khác Mục đích của mạch khuếch đại là để tăng độ lớn của tín hiệu đầu vào mà không làm thay đổi tính chất của tín hiệu đó Mạch khuếch đại thường bao gồm một số linh kiện điện tử như transistor,

IC khuếch đại, điện trở, tụ và các linh kiện khác Các loại mạch khuếch đại khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào mục đích sử dụng và tính chất của tín hiệu đầu vào

2 Đặc tính:

Các đặc tính quan trọng của mạch khuếch đại bao gồm:

- Độ lớn khuếch đại: Là đặc tính quan trọng nhất của mạch khuếch đại, đo lường

độ tăng của tín hiệu đầu vào Độ lớn khuếch đại được đo bằng hệ số khuếch đại (gain) được tính theo tỷ lệ giữa đầu ra và đầu vào

- Tần số đáp ứng: Là dải tần số của tín hiệu đầu vào mà mạch khuếch đại có thể tăng độ lớn mà không làm thay đổi tính chất của tín hiệu đó

- Độ méo: Là sự sai lệch giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra, được đo bằng tỷ

lệ giữa năng lượng của các tín hiệu bất thường (tạp âm, nhiễu) và năng lượng của tín hiệu chính

- Độ bão hòa: Là mức độ mà mạch khuếch đại có thể xử lý các tín hiệu đầu vào

mà không làm cho tín hiệu đầu ra bị biến dạng

- Trở kháng đầu vào và đầu ra: Là đặc tính của mạch khuếch đại mà tín hiệu đầu vào và đầu ra phải được kết nối với trở kháng nhất định để đảm bảo hiệu suất tốt nhất

- Độ ổn định: Là đặc tính của mạch khuếch đại để đảm bảo rằng độ tăng và pha của tín hiệu đầu ra không bị thay đổi do các biến đổi nhiệt độ, điện áp hay nhiễu

từ môi trường bên ngoài

3 Nguyên lý hoạt động:

6

Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại dựa trên sự tạo ra và tăng độ lớn của tín hiệu điện Mạch khuếch đại thường sử dụng transistor hoặc IC khuếch đại để thực hiện việc này

Trong mạch khuếch đại sử dụng transistor, tín hiệu đầu vào được đưa vào cổng điều khiển của transistor Khi tín hiệu đầu vào tăng lên, dòng điện đi qua transistor tăng lên, dẫn đến tín hiệu đầu ra được khuếch đại Điều này xảy ra bởi v9 khi tín hiệu đầu vào tăng lên, điện áp cơ sở của transistor cũng tăng lên, dẫn đến sự gia tăng của dòng điện qua bộ khuếch đại

Trong mạch khuếch đại sử dụng IC khuếch đại, nhiều transistor và các thành phần khác được tích hợp trên một chip IC, tạo thành một bộ khuếch đại hoàn chỉnh Tín hiệu đầu vào được đưa vào chân đầu vào của IC, và tín hiệu đầu ra được lấy ra từ chân đầu

ra của IC

Để đảm bảo rằng tín hiệu đầu ra được khuếch đại đúng mức độ và không bị méo, các linh kiện trong mạch khuếch đại phải được lựa chọn và thiết kế đúng cách Chẳng hạn như, transistor và IC khuếch đại được chọn sao cho chúng có độ lớn khuếch đại phù hợp với yêu cầu, và các thành phần khác như điện trở và tụ cũng phải được thiết kế sao cho tương thích với các thành phần khác và môi trường sử dụng

4 Phân loại mạch khuếch đại:

Mạch khuếch đại có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Dưới đây là một số phân loại chính:

- Phân loại theo số lượng đầu vào/đầu ra:

 Mạch khuếch đại đơn: chỉ có một đầu vào và một đầu ra

 Mạch khuếch đại đa: có nhiều hơn một đầu vào và một đầu ra

- Phân loại theo dạng sóng đầu vào:

 Mạch khuếch đại tín hiệu AC: được sử dụng để khuếch đại tín hiệu âm thanh và tín hiệu sóng radio

 Mạch khuếch đại tín hiệu DC: được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện áp DC

- Phân loại theo dải tần số:

 Mạch khuếch đại tần số thấp (Low-frequency amplifier): được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu có tần số thấp hơn 1 kHz, chẳng hạn như tín hiệu âm thanh

Recommandé pour toi

Fundamentals of digital logic with verilog design third edition

Logisim Tutorial

SN-IND-1-040 Diagnostics with CAPL since 9

Bộ ôn 2018 - gerwgretergergergrgeryery

Data Structure and Algorithm 100% (1)

Suite du document ci-dessous

864

36

28

146

 Mạch khuếch đại tần số trung b9nh (Mid-frequency amplifier): được sử dụng

để khuếch đại các tín hiệu có tần số từ khoảng 1 kHz đến 10 kHz, chẳng hạn như tín hiệu sóng radio AM

 Mạch khuếch đại tần số cao (High-frequency amplifier): được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu có tần số cao hơn 10 kHz, chẳng hạn như tín hiệu sóng radio FM

- Phân loại theo loại linh kiện sử dụng:

 Mạch khuếch đại transistor: sử dụng transistor để khuếch đại tín hiệu

 Mạch khuếch đại IC (Integrated Circuit): sử dụng các IC khuếch đại để thực hiện việc khuếch đại tín hiệu

5 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại:

- Mạch khuếch đại ở chế độ A

Chân A là chân đầu vào của mạch khuếch đại, nơi mà tín hiệu cần được khuếch đại được đưa vào mạch Chế độ hoạt động của mạch khuếch đại ở chân A phụ thuộc vào loại mạch khuếch đại cụ thể được sử dụng Tuy nhiên, chế độ hoạt động chung của mạch khuếch đại ở chân A là nhận tín hiệu đầu vào và tạo ra một tín hiệu đầu ra được khuếch đại

Nếu mạch khuếch đại là mạch khuếch đại đơn, nó sẽ có một đầu vào và một đầu ra tại chân A Tín hiệu đầu vào sẽ được đưa vào chân này và tín hiệu đầu ra được khuếch đại

sẽ được đưa ra tại chân kết thúc của mạch khuếch đại

Nếu mạch khuếch đại là mạch khuếch đại đa, nó sẽ có nhiều hơn một chân đầu vào và một chân đầu ra tại chân A Các tín hiệu đầu vào sẽ được đưa vào các chân này và tín hiệu đầu ra được khuếch đại sẽ được đưa ra tại chân kết thúc của mạch khuếch đại Trong cả hai trường hợp, mạch khuếch đại sẽ sử dụng các linh kiện điện tử như transistor, IC hoặc Op-Amp để khuếch đại tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu đầu ra được khuếch đại

- Mạch khuếch đại ở chế độ B

Chân B là chân đầu ra của mạch khuếch đại, nơi mà tín hiệu đầu ra được đưa ra từ mạch sau khi đã được khuếch đại Chế độ hoạt động của mạch khuếch đại ở chân B phụ thuộc vào loại mạch khuếch đại cụ thể được sử dụng Tuy nhiên, chế độ hoạt động chung của mạch khuếch đại ở chân B là tạo ra tín hiệu đầu ra được khuếch đại từ tín hiệu đầu vào được đưa vào mạch tại chân A

Nếu mạch khuếch đại là mạch khuếch đại đơn, nó sẽ có một đầu vào và một đầu ra tại chân B Tín hiệu đầu vào sẽ được đưa vào mạch tại chân A và tín hiệu đầu ra được khuếch đại sẽ được đưa ra tại chân B

Nếu mạch khuếch đại là mạch khuếch đại đa, nó sẽ có nhiều hơn một chân đầu vào và một chân đầu ra tại chân B Các tín hiệu đầu vào sẽ được đưa vào các chân tương ứng

và tín hiệu đầu ra được khuếch đại sẽ được đưa ra tại chân B

Trong cả hai trường hợp, mạch khuếch đại sẽ sử dụng các linh kiện điện tử như transistor, IC hoặc Op-Amp để khuếch đại tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu đầu ra được khuếch đại

- Mạch khuếch đại công suất kết hợp cả hai chế độ A và B

Mạch khuếch đại công xuất là loại mạch khuếch đại được sử dụng để khuếch đại tín hiệu công suất cao Mạch khuếch đại công xuất kết hợp cả hai chế độ A và B để tạo ra một tín hiệu đầu ra được khuếch đại mạnh mẽ và đồng thời tiết kiệm năng lượng Trong chế độ A, mạch khuếch đại hoạt động trong suốt một phần chu kỳ sóng đầu vào Trong khi đó, trong chế độ B, mạch khuếch đại hoạt động trong suốt phần còn lại của chu kỳ sóng đầu vào Khi mạch khuếch đại kết hợp cả hai chế độ này, tín hiệu đầu vào được chia thành hai phần và mỗi phần được khuếch đại riêng lẻ trong mỗi chế độ Khi tín hiệu đầu vào nằm trong phần chế độ A, mạch khuếch đại sẽ sử dụng một transistor hoặc bộ khuếch đại khác để khuếch đại tín hiệu Tương tự, khi tín hiệu đầu vào nằm trong phần chế độ B, mạch khuếch đại sẽ sử dụng một transistor hoặc bộ khuếch đại khác để khuếch đại tín hiệu

Kết hợp cả hai chế độ A và B sẽ giúp tạo ra một tín hiệu đầu ra được khuếch đại mạnh

mẽ hơn, đồng thời tiết kiệm năng lượng hơn so với việc sử dụng chỉ một trong hai chế

độ Mạch khuếch đại công xuất kết hợp cả hai chế độ A và B thường được sử dụng trong các ứng dụng âm thanh, điện tử công suất, đèn chiếu sáng và các thiết bị điện tử khác có yêu cầu về công suất cao và tiết kiệm năng lượng

- Mạch khuếch đại ở chế độ C

Mạch khuếch đại ở chế độ C thường được gọi là chế độ khuếch đại dòng điện Chế độ hoạt động này được sử dụng để khuếch đại tín hiệu dòng điện thay v9 tín hiệu điện áp như ở chế độ A và B

9

Trong chế độ hoạt động C, tín hiệu đầu vào được đưa vào mạch thông qua chân C Nó chạy qua một tài liệu bán dẫn, ví dụ như một transistor, và được khuếch đại để tạo ra một tín hiệu đầu ra lớn hơn

Chế độ hoạt động C thường được sử dụng trong các ứng dụng điện tử công suất, chẳng hạn như trong các ampli công suất, các bộ biến đổi tần số, hoặc các bộ nguồn điện có công suất lớn

6 Các kiểu mắc của Transistor

 Transistor mắc theo kiểu E chung

Transistor mắc theo kiểu E chung (hay còn gọi là transistor khuếch đại E chung hoặc transistor khuếch đại ngược) là một trong ba kiểu transistor cơ bản, bao gồm cả transistor khuếch đại cộng cực và transistor khuếch đại thuận cực

Trong transistor mắc theo kiểu E chung, điện cực E (Emitter) được kết nối chung với nguồn điện, điện cực B (Base) được kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào và điện cực C (Collector) được kết nối với tải Mạch khuếch đại E chung có thể được sử dụng để khuếch đại tín hiệu âm thanh hoặc tín hiệu điện áp với độ lớn vừa phải

Khi tín hiệu đầu vào được đưa vào điện cực B, một dòng điện nhỏ sẽ chảy qua khu vực giao nhau giữa điện cực B và điện cực E của transistor, làm cho transistor dẫn điện và cho phép dòng điện lớn hơn chảy qua điện cực C Điều này khuếch đại tín hiệu đầu vào, tạo ra tín hiệu đầu ra lớn hơn

Transistor mắc theo kiểu E chung được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm trong các ampli âm thanh, đầu đĩa CD, máy phát điện và các mạch nguồn điện

 Transistor mắc theo kiểu C chung

Transistor mắc theo kiểu C chung (hay còn gọi là transistor khuếch đại C chung) là một loại transistor khuếch đại cấu trúc đơn giản, được sử dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại và bộ khuếch đại công suất

Trong transistor mắc theo kiểu C chung, điện cực C (Collector) được kết nối chung với nguồn điện, điện cực B (Base) được kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào và điện cực E (Emitter) được kết nối với tải

Khi tín hiệu đầu vào được đưa vào điện cực B, một dòng điện nhỏ sẽ chảy qua khu vực giao nhau giữa điện cực B và điện cực E của transistor, tạo ra một dòng điện lớn hơn trong điện cực C và cho phép khuếch đại tín hiệu đầu vào

Transistor mắc theo kiểu C chung được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các mạch khuếch đại tần số radio, ampli công suất, mạch điều khiển động cơ và các bộ nguồn điện có công suất lớn

 Transistor mắc theo kiểu B chung

Transistor mắc theo kiểu B chung (hay còn gọi là transistor khuếch đại B chung hoặc transistor khuếch đại thuận cực) là một loại transistor khuếch đại cơ bản, bao gồm cả transistor khuếch đại cộng cực và transistor khuếch đại ngược

Trong transistor mắc theo kiểu B chung, điện cực B (Base) được kết nối chung với nguồn điện, điện cực E (Emitter) được kết nối với nguồn tín hiệu đầu vào và điện cực

C (Collector) được kết nối với tải

Khi tín hiệu đầu vào được đưa vào điện cực E, một dòng điện nhỏ sẽ chảy qua khu vực giao nhau giữa điện cực E và điện cực B của transistor, kích hoạt transistor và cho phép dòng điện lớn hơn chảy qua điện cực C Điều này khuếch đại tín hiệu đầu vào, tạo ra tín hiệu đầu ra lớn hơn

Transistor mắc theo kiểu B chung được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các mạch khuếch đại tín hiệu, ampli đèn, bộ khuếch đại âm thanh và các mạch nguồn điện

7 Các kiểu ghép tầng

 Ghép tầng qua tụ điện

Ghép tầng qua tụ điện là một phương pháp được sử dụng trong các mạch khuếch đại

để cải thiện đáp ứng tần số và giảm các nhiễu

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt một tụ điện ở giữa hai tầng khuếch đại

để chặn các tín hiệu tần số thấp và cho phép các tín hiệu tần số cao hơn đi qua Với ghép tầng qua tụ điện, tần số cắt được tạo ra bởi tụ điện và trở kháng của tầng khuếch đại Tần số cắt này phụ thuộc vào giá trị tụ điện và trở kháng của tầng khuếch đại Khi tần số đầu vào vượt qua tần số cắt này, đáp ứng tần số của mạch khuếch đại sẽ giảm dần

Phương pháp ghép tầng qua tụ điện được sử dụng trong các mạch khuếch đại âm thanh, mạch khuếch đại RF và các mạch khuếch đại tần số cao khác

 Ghép tầng qua biến áp

11

Ghép tầng qua biến áp là một phương pháp được sử dụng trong các mạch khuếch đại

để cải thiện đáp ứng tần số và tăng độ nhạy của mạch Phương pháp này thường được

sử dụng trong các mạch khuếch đại công suất, bao gồm các mạch khuếch đại âm thanh

và các mạch khuếch đại RF

Trong ghép tầng qua biến áp, biến áp được đặt giữa tầng khuếch đại đầu vào và tầng khuếch đại đầu ra Biến áp có thể được thiết kế để tăng hoặc giảm cường độ tín hiệu

Nó có thể được dùng để chuyển đổi từ tín hiệu đầu vào thấp cường độ sang tín hiệu đầu ra cao cường độ hoặc ngược lại

Việc sử dụng biến áp trong mạch khuếch đại có thể giúp cải thiện đáp ứng tần số và giảm nhiễu Nó cũng có thể tăng độ nhạy của mạch bằng cách tăng độ nhạy của tín hiệu đầu vào và giảm độ suy giảm của tín hiệu đầu ra

Tuy nhiên, sử dụng biến áp cũng có một số hạn chế Nó có thể làm giảm độ mạnh của tín hiệu đầu vào, do đó cần được thiết kế đúng cách để tránh mất mát tín hiệu Nó cũng

có thể tăng kích thước của mạch và làm tăng chi phí sản xuất

Tóm lại, phương pháp ghép tầng qua biến áp là một công cụ quan trọng trong các mạch khuếch đại công suất và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau

 Ghép tầng trực tiếp

Ghép tầng trực tiếp là một phương pháp ghép tầng trong mạch khuếch đại mà tín hiệu đầu ra của một tầng được kết nối trực tiếp đến đầu vào của tầng tiếp theo mà không có bất kỳ thành phần trung gian nào khác Phương pháp này thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu thấp như mạch khuếch đại âm thanh

Trong ghép tầng trực tiếp, tín hiệu đầu ra của tầng khuếch đại đầu tiên được kết nối trực tiếp đến đầu vào của tầng khuếch đại thứ hai Các tầng tiếp theo cũng được kết nối trực tiếp với nhau Tín hiệu được khuếch đại và truyền qua các tầng liên tiếp, mỗi tầng đều tăng cường tín hiệu trước khi truyền cho tầng tiếp theo

Phương pháp ghép tầng trực tiếp có ưu điểm là đơn giản, dễ thiết kế và chi phí sản xuất thấp hơn so với các phương pháp ghép tầng khác Nó cũng có độ phản hồi cao hơn, cho phép tần số cao hơn truyền qua mạch Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số hạn chế, bao gồm khả năng làm tăng nhiễu và giảm độ nhạy của mạch Các tầng trực tiếp ghép với nhau có thể dẫn đến sự giảm độ phân giải tín hiệu đầu ra Tóm lại, phương pháp ghép tầng trực tiếp là một phương pháp đơn giản và dễ thiết kế trong mạch khuếch đại tín hiệu thấp nhưng cũng có những hạn chế cần được xem xét