THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

Đồ án điện tử Giảng viên: Trần Vũ KiênSinh viên : Nguyễn Xuân Khải Lớp : C12 ĐTVT Đề tài : Mạch khuếch đại công suất Phần I: Cơ sở lý thuyết 1/ Khảo sát mạch khuếch đai công suất lớp B T

Đồ án điện tử Giảng viên: Trần Vũ Kiên

Sinh viên : Nguyễn Xuân Khải

Lớp : C12 ĐTVT

Đề tài : Mạch khuếch đại công suất

Phần I: Cơ sở lý thuyết 1/ Khảo sát mạch khuếch đai công suất lớp B

Trong mạch khuếch đại công suất loại B, người ta phân cực với VB =0V nên bình thườngtransistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào Do phân cực như thế nêntransistor chỉ dẫn điện được ở một bán kỳ của tín hiệu (bán kỳ dương hay âm tùy thuộc vàotransistor NPN hay PNP) Do đó muốn nhận được cả chu kỳ của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phảidùng 2 transistor, mỗi transistor dẫn điện ở một nữa chu kỳ của tín hiệu Mạch này gọi là mạch côngsuất đẩy kéo (push-pull)

Công suất cung cấp: (công suất vào)

Ta có: Pi(dc) = VCC IDCTrong đó IDC là dòng điện trung bình cung cấp cho mạch Do dòng tải có đủ 2 bán kì nên nếu gọi Ip là dòng đỉnh qua tải , ta có:

Dùng nguồn đôi Dùng nguồn đơn

Công suất ra:

Công suất ra lấy trên tải RL có thể đƣợc tính:

Vì VL(p)= Vcc, nên hiệu suất tối đa:

Công suất tiêu tán trên 2 transistor công suất: Pc= Pi(ac)- P0(ac)

Vậy công suất tiêu tán trên mỗi con TST công suất: PC1 =PC2= PC /2

Công suất ra sẽ tối đa khi Vcc= VL, khi đó :

Po(ac)max=

Và dòng đỉnh là: ILmax=

Trị tối đa của dòng trung bình là: IDCmax= (2/π).ILmax=

Trị tối đa của công suất ngõ vào: PDCmax= Vcc IDCmax

Pi(DC)max=

Hiệu suất tối đa của mạch khuếch đại công suất lớp B là:

2/ CÁC DẠNG MẠCH CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP B:

2.1/ Mạch công suất push-pull liên lạc bằng biến thế:

- Trong bán kỳ dương của tín hiệu, Q1 dẫn Dòng i1 chạy qua biến thế ngõ ra tạo

cảm ứng cấp cho tải Lúc này pha của tín hiệu ñưa vào Q2 là âm nên Q2 ngưng dẫn

- Ðến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu ñưa vào Q2 có pha dương nên Q2 dẫn Dòng i2 qua

biến thế ngõ ra tạo cảm ứng cung cấp cho tải Trong lúc ñó pha tín hiệu ñưa vào Q1 là âm

nên Q1 ngưng dẫn

i1 và i2 chạy ngược chiều nhau trong biến thế ngõ ra nên ñiện thế cảm ứng bên cuộn thứcấp tạo ra bởi Q1 và Q2 cũng ngược pha nhau, chúng kết hợp với nhau tạo thành cả chu kỳ của tínhiệu

Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy được trên tải không được trọn vẹn như trên mà bị biếndạng Lý do là khi bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện ngay mà phải chờ khi biên độvượt qua điện thế ngưỡng VBE Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm (cross-over) Ðể khắcphục, người ta phân cực VB dương một chút (thí dụ ở transistor NPN) để transistor có thể dẫn điệntốt ngay khi có tín hiệu áp vào chân B Cách phân cực này gọi là phân cực loại AB Chú ý làtrong cách phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất không đáng kể khi chưa có tín hiệu

Ngoài ra, do hoạt động với dòng IC lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên Khi nhiệt

độ tăng, điện thế ngưỡng VBE giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng IC càng lớn hơn, hiệntượng này chồng chất dẫn đến hư hỏng transistor Ðể khắc phục, ngoài việc phải giải nhiệt đầy

đủ cho transistor, người ta mắc thêm một điện trở nhỏ (thường là vài Ω) ở hai chân E củatransistor công suất xuống mass.Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, IC tăng tức IE làm VEtăng dẫn đến VBE giảm Kết quả là transistor dẫn yếu trở lại

2.2/ Mạch công suất kiểu đối xứng - bù:

Mạch chỉ có một tín hiệu ở ngõ vào nên phải dùng hai transistor công suất khácloại: một NPN và một PNP Khi tín hiệu áp vào cực nền của hai transistor, bán kỳ dương làm chotransistor NPN dẫn điện, bán kỳ âm làm cho transistor PNP dẫn điện Tín hiệu nhận được trên tải là

cả chu kỳ

Cũng giống như mạch dùng biến thế, mạch công suất không dùng biến thế mắc như trên vấp phải sựbiến dạng cross-over do phân cực chân B bằng 0v Ðể khắc phục, người ta cũng phân cực mồicho các chân B một điện thế nhỏ (dương đối với transistor NPN và âm đối với transistor PNP) Ðể

ổn định nhiệt, ở 2 chân E cũng được mắc thêm hai điện trở nhỏ

Trong thực tế, để tăng công suất của mạch, người ta thường dùng các cặpDarlington hay cặp Darlington_cặp hồi tiếp.

3/ MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN:

Mạch khuếch đại OTL:

Ưu và khuyết điểm của mạch OTL:

 Ưu: tiết kiệm do chỉ sử dụng 1 nguồn đơn

 Khuyết: - Méo tần số thấp do tụ Cc gây ra ( do gia trị của tụ ko tiến tới )

- Méo phi tuyến lớn, do 2 TST ko phải lúc nào cũng đối xứng, cũng bằng

Vcc/2

- Băng thông bị co hẹp do ảnh hưởng của tụ Cc

Mạch khuếch đại OCL:

Mạch khuếch đại OCL khắc phục được các ưu điểm của mạch khuếch đại công suất OTL

Mạch khuếch đại BTL: bộ khuếch đại công suất âm tần lớn, tạo thành bằng cách mắc cầu các

bộ khuếch đại công suất âm tần lớp B: OTL hay OCL

Phần II: Tính toán

1/Tầng khuếch đại công suất:

Công suất ngõ ra là 15W

PLmax =

Với công thức tính trên đã bỏ qua ảnh hưởng của điện trở R13 (sụt áp trên R13)

Do có sụt áp trên đường dây  xem hệ số sử dụng điện áp của nguồn là 0,9

 ζ=



Chọn Vcc = 18V

* Tầng công suất hoạt động ở chế độ AB nên Q5Q6 và Q7Q8 luân

phiên hoạt động ở mỗi bán kì, xét hoạt động của một cặp transistor

Q5Q6, còn Q7Q8 tương ứng đối xứng qua

VTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

Để Q6 và Q8 luôn hoạt động khi có tín hiệu vào, ta phân cực sao cho dòng DC của Q6 và Q8

khoảng 50mA ( vì TIP chỉ bắt đầu hoạt đọng vớí I= 30mA)

Dựa vào datasheet của TIP41, TIP42, ta xác định đƣợc : VBE=0,5; Ic= 2A => hfe= 50

2/ TẦNG TIỀN KHUẾCH ĐẠI:

- 4 diode D1 D4 để bù nhiệt ở 4 mối nối BE và phân cực DC cho cặp TST Q5 và Q7,tránh hiện tƣợng méo xuyên tâm

4 diode này, ngoài công dụng ổn định điện thế phân cực

cho cặp TST công suất, còn có nhiệm vụ làm đường cấptín

hiệu cho Q5 và Q7

 R8, R9 có tác dụng tạo dòng phân cực dc cho

các TST, diode

( Dòng ICQ4 không quá lớn => tổn hao công suất

Và không quá nhỏ => đủ phân cực DC => tránh

méo nhiễu )

Ta có: VCEQ4= 2Vcc – ICQ4.( R8+ R9 + R10)

= 2Vcc –ICQ4 RDCVới RDC = R8+ R9 + R10

Rac = R8+ R9

Xét ở điều kiện Maxswing, VCEQ4 =Vcc

Để giảm tổn thất dòng tín hiệu ra loa, chọn R8

RLChọn R8 =510

Chọn TST Q 4 có các thông số:

Do đó chọn transistor Q2SC1815.

3/ TẦNG VI SAI- TRIỆT NHIỄU NGÕ VÀO:

H: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo 16

 1.2k

Vì Iz>> IBQ3.Chọn Iz = 5 mA

Khi đó Diode Zener thỏa yêu cầu đã nêu : chọn D1N4684

R5 có tác dụng phân áp VCC, tạo phân cực DC cho Q3 :

và Q3 tạo nguồn dòng có : VECQmax=Vcc=18V

ICQ3= 2mA

Chọn Q1,Q2,Q3 là Q2SA1015 , có các thông số theo datasheet :

Theo đặc tuyến trên datasheet,ICQ1= ICQ2=1 mA,chọn hfe=200

1 0/ / (

h i e

4



R

2) )

b/ Tụ cắt tần số cao : Chọn theo mô phỏng C5 =470pF

c/ Tụ boostrap : tạo hồi tiếp dương cho Q2, mục đích nâng biên độ ở tầng số thấp

Chọn giá trị của tụ là C6=100µF ( chọn theo mô phỏng)

d/ Tụ lọc nguồn : Chọn C3 =220µF

Tụ lọc tín hiệu đầu vào : C2=10µF

Sơ đồ đã thiết kế :

Sơ đồ áp và dòng phân cực tĩnh :

Băng thông của mạch :

Kiểm tra chế độ AC của tầng vi sai: Dạng sóng ngõ ra trên Q 1 f=1 kHz

Kiểm tra chế độ AC trên tầng lái :Dạng sóng ngõ ra trên Q 4 f= 1kHz

Kiểm tra chế độ AC trên tầng công suất :Kiểm tra trên tải R L f= 1kHz

f= 20kHz

Với công suất cực đại : f= 1kHz

32SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo