BTL Mạch điện tử Thầy Hùng

BTL thầy Hùng, đề Thiết kết, thi công và mô phỏng mạch khuếch đại, đáp ứng yêu cầu sau: Trở kháng ngõ vào: > 10 K. Trở kháng ngõ ra: < 1K. Nguồn ngõ vào trở kháng 600 Ohm, biên độ max 1Vpp. Độ lợi áp: 10. Băng thông: 340 Hz - 4000 Hz.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

1 Nguyễn Đại Đồng 2210780

Thi công mạch và Mô phỏng thực tế 100%

Thiết kế, Tính toán mạch 100%

3 Nguyễn Duy Hải 221089

1 Mô phỏng, đo lại kết quả của mạchvà Soạn báo cáo 100%4 Trần Đình Thường 221342

Tp HCM, ngày 16 tháng 04 năm 2024.

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển đất nước.Do nhu cầu ngày càng cao của con người đòi hỏi ngành điện tử không ngừng phát triển cácsản phẩm để đáp ứng Từ các linh kiện đơn giản như: R, L, C, Diode, Transistor, chínhlà nền tảng của các sản phẩm điện tử.

Nhằm vận dụng tốt kiến thức đã được học và tìm hiểu cách làm mạch điện tử thực tế,nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch khuếch đại” với yêu cầu:

 Trở kháng ngõ vào: > 10 K. Trở kháng ngõ ra: < 1K.

 Nguồn ngõ vào trở kháng 600 Ohm, biên độ max 1Vpp. Độ lợi áp: 10.

 Băng thông: 340 Hz - 4000 Hz.

Phần 1: Trình bày tóm tắt cơ sở lí thuyết của linh kiện đang dùng (BJT).

Phần 2: Thiết kế mạch: lựa chọn linh kiện thực tế và đọc datasheet về linh kiện, sau đóchọn linh kiện phù hợp với yêu cầu Cuối cùng là tính toán lí thuyết các thông số mạch.Phần 3: Mô phỏng mạch đã thiết kế và đo đạc qua phần mềm Ltspice.

Phần 4: Mô phỏng mạch thực tế.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

1.1 Mạch khuếch đại ghép B chung (Common – Emitter – CE) 4

1.2 Mạch khuếch đại ghép E chung (Common - Base - CB) 5

1.3 Mạch khuếch đại ghép C chung (Common - Colector - CC) 6

1.4 Khái niệm về khuếch đại đa tầng 6

PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH, TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT, CÁC THÔNG SỐ 7

4.2 Các giá trị của trở và tụ điện 28

4.3 Khảo sát độ lợi Av 29

4.4 Khảo sát băng thông 31

PHẦN 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN, ỨNG DỤNG VÀ KẾT LUẬN 32

5.1 Hướng phát triển 32

5.2 Các ứng dụng của mạch khuếch đại dùng BJT 32

5.3 Kết luận 32

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Mạch khuếch đại là mạch điện tử trong đó với một sự biến đổi nhỏ của đại lượngđiện ở đầu vào sẽ gây ra sự biến đổi lớn của đại lượng điện ở đầu ra Các phần tử cơ bảncủa mạch điện là BJT hay FET,… Dùng BJT để làm mạch khuếch đại, khi đó ta cần thiếtkế sao cho BJT hoạt động ở chế độ active mode (tức là điểm làm việc tĩnh nằm ở vùngactive).

Hình 1: Các mạch khuếch đại dùng BJT

1.1.Mạch khuếch đại ghép B chung (Common – Emitter – CE)

 Là mạch khi xét ở chế độ AC có dạng:

 Đặc điểm của mạch:

 Tổng trở vào (Ri) cở vài chục Ω. Tổng trở ra (R0) vài trăm kΩ.

 Hệ số khuếch đại dòng điện (Ai): nhỏ, xấp xỉ 1. Hệ số khuếch đại điện áp (Av): lớn cỡ hàng trăm lần. Điện áp ra (V0) cùng pha so với điện áp vào (Vi). Dải thông của mạch rộng.

1.2.Mạch khuếch đại ghép E chung (Common - Base - CB)

 Là mạch khi xét ở chế độ AC có dạng:

 Tổng trở ra (R0) từ vài chục kΩ đến vài trăm kΩ.

 Hệ số khuếch đại dòng điện (Ai): lớn từ vài chục đến hàng trăm lần. Hệ số khuếch đại điện áp (Av): lớn cỡ hàng trăm lần.

 Điện áp ra (V0) ngược pha so với điện áp vào (Vi).Dải thông của mạch hẹp.

1.3.Mạch khuếch đại ghép C chung (Common - Colector - CC)

1.4.Khái niệm về khuếch đại đa tầng

 Các tầng khuếch đại đơn có thể được ghép lại với nhau theo một cách nào đó để tạonên mạch khuếch đại đa tầng nhằm đạt đến mục tiêu thiết kế cụ thể (chẳng hạn nhưđáp ứng về độ lợi, cải thiện đáp tuyến tần số, pha, triệt nhiễu, phối hợp trở kháng,…).

 Độ lời tổng cộng của mạch:

PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH, TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT, CÁCTHÔNG SỐ

bằng 10kΩ Để có trở kháng đầu vào cao ta sẽ không cần tụ bypass ở cực E Khi đó độ lớn

của tầng thứ nhất đã cố định Ta sẽ sử dụng thêm các điện trở và tụ để điều chỉnh độ lợi áp ,

Av2 trở kháng ngõ vào của tầng thứ hai (vì độ lợi áp Av của cả mạch khuếch đại còn phụthuộc vào trở kháng ngõ ra của tầng 1 – đã cố định và trở kháng ngõ vào của tầng 2) vàbăng thông của mạch khuếch đại.

2.3.Các bước phân tích thiết kếa.Chọn BJT để thiết kế

Chọn Transitor BC 574B: Đọc Datasheet của BC 574B:

 Trong mạch thiết kế này chia làm 2 tầng làm việc:

 Tầng đệm (Mạch CE): Chỉnh trở kháng ngõ vào với yêu cầu Zi ≥ 10KΩ, vàongược pha điện áp vào.

 Tầng khuếch đại (Mạch CE): Khuếch đại điện áp ngõ vào từ điện nhỏ thành điệnáp ngõ ra với độ lợi Av = 10 vào đảo pha lại cho cùng pha với điện áp ngõ vào.

b.Tầng đệm

c.Tầng khuếch đại

d.Khảo sát AC: Tín hiệu dây giữa

e.Tần số thấp

f.Tần số cao

PHẦN 3: MÔ PHỎNG MẠCH, ĐO ĐẠC BẰNG PHẦN MỀMLTSPICE

 Kết quả đo đạc:

 Transistor Q3:

 Chênh lệch áp giữa 2 chân B và E đo được: VBE=VB−VE≈ 7.14 e − 1(V ).

 Điện áp phân cực tĩnh VCEQ=VC−VE≈ 1.05e+1 (V )

 Dòng ICQ đo được: ICQ≈ 14.6 mA

 Điểm làm việc Q3(ICQ;VCEQ) = (14.6 mA ;1.05e+1V¿.

 Transistor Q4:

 Chênh lệch áp giữa 2 chân B và E đo được: VBE=VB−VE≈ 7.26 e −1 (V )

 Điện áp phân cực tĩnh VCEQ=VC−VE≈ 1.11e+1(V ).

 Kết quả đo đạc:

Ta tiến hành nối tắt nguồn DC, và đo điện áp và dòng điện ở ngõ vào để tìm Zi.

Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice :

Kết quả đo đạc:

Ta thấy Zi=10.22 K >10 K thỏa điều kiện.

 Trở kháng ra Z0:

Ta tiến hàng nối tắt nguồn DC, đo điện áp và dòng điện ở ngõ ra để tìm Zo.

Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice:

Kết quả đo đạc:

Trên Tab chọn Edit  Text  Configure Analysis  AC Analysis: chọn thông số nhưhình dưới:

Tiến hành chạy mô phỏng, ta lấy tỷ số Vout/Vin Xác định độ lợi Av theo đơn vị dB, từđiểm đó ta dịch sang trái để tìm điểm có (Av – 3dB) để tìm tần số cắt thấp và dịch sangphải tìm điểm có (Av – 3dB) để tìm tần số cắt cao.

 Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

 Kết quả đo đạc:

 Bảng tần số cắt cao:

 Bảng tần số cắt thấp:

Chuyển độ lợi qua thang đo dB:

||Av|ⅆBB| = 20log(|Av|) – 20log(|9.98476|) = 19.987 (dB).Khi đó để xác định tần số cắt thấp fL và tần số cắt cao fH tại:

= ||Av|ⅆBB| - 3 = 16.897 (dB). So sánh kết quả thu được:

Băng thông 340Hz – 4000Hz 340Hz – 4000Hz 339.79Hz – 4244Hz

PHẦN 4: MÔ PHỎNG THỰC TẾ4.1.Cấu tạo mạch

 2 BJT BC 547

 Các điện trở, tụ điện

4.2.Các giá trị của trở và tụ điện

 Vì không có các trở và tụ thực có giá trị tưởng ứng với mô phỏng nên các linh kiện được thay thế bằng các giá trị tưởng đương.

RL = 1k

 Mạch thực tế:

4.3.Khảo sát độ lợi Av

Đo sóng ngõ vào:

Đo độ lợi Av:

V0 − ppVi − pp=

10.31.2 =8.58

4.4.Khảo sát băng thông

Tần số cắt thấp:

Tần số cắt cao:

PHẦN 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN, ỨNG DỤNG VÀ KẾT LUẬN5.1.Hướng phát triển

Trong thế giới không ngừng phát triển của công nghệ, các mạch khuếch đại sử dụngBJT đang dần tiến xa hơn với các thông số đáp ứng đa dạng nhu cầu Với thông số đãcho theo yêu cầu đề bài mà còn đảm bảo băng thông linh hoạt từ 340 Hz đến 4000 Hz.Đây là bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng mọi nhu cầutrong xử lý tín hiệu và âm thanh.

5.2.Các ứng dụng của mạch khuếch đại dùng BJT

 Được ứng dụng lắp đặt tại các hệ thống tái tạo âm thanh dùng cho những rạp hát,hay rạp hát gia đình, nhạc cụ khuếch đại âm thanh như guitar điện, bộ gõ điện.

 Được sử dụng khuếch đại tín hiệu vào từ các sensor

 Bộ khuếch đại đóng một vai trò quan trọng trong giao tiếp không dây. Khuếch đại transistor được dùng trong khuếch đại tín hiệu vô tuyến.

 Có thể được sử dụng trong liên lạc đường dài vì cường độ của tín hiệu thu được ởđầu ra sẽ cao.

Bằng việc kết hợp các ứng dụng của mạch khuếch đại transistor mang lại một lợi íchkhông nhỏ trong thực tế, giúp chúng ta khai thác tối đa công suất của hệ thống điềukhiển, hệ thống âm thanh,… Trong tương lai với sự phát triển của ngành vi mạch, bộkhuếch đại có thể sẽ được dùng trong nhiều lĩnh vực hơn trong cuộc sống.

5.3.Kết luận

Mạch điện tử là một môn học rất thú vị, nó là cơ sở nhằm cung cấp cho người họcnhững kiến thức cơ bản nhất để phân tích, thiết kế các mạch điện trong hệ thống mạchđiện tử Sau quá trình tự tìm hiểu và được sự hướng dẫn của thầy, nhóm chúng em đãhoàn thành được sản phẩm thiết kế yêu cầu đề ra, mạch thiết kế của chúng em đạt cácyêu cầu tối thiểu về hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng vào ra Nhóm chúng em mongnhận được những góp ý, nhận xét của thầy để hoàn thiện sản phẩm của mình hơn.

Một lần nữa nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Đinh Quốc Hùng đã tận tình hướng dẫn,chỉ bảo trong suốt thời gian nhóm chúng em học tập và thực hiện đề tài này.

Xin chân thành cảm ơn thầy!