Đề bài: Thiết kế mạch khuếch đại công suất với tiêu sau: - Công suất cực đại tải 16Ω : Ptmax = 50W Giải thông nguồn tín hiệu cần khuếch đại: 20Hz – 20Khz Nguồn tín hiệu vào U v = 0,1V , rn = 1K Ω Hệ số méo phi tuyến γ < 1% Hệ số méo tuyến tính f=20Hz f=20Khz < =1,4 Chọn hệ số khuếch đại tĩnh Transistor β = 50 Các tiêu khác tùy chọn Các thông số khác linh kiện sinh viên tự lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu Sinh viên thực hiện: 1, Ninh Thị An 2, Lê Tuấn Anh 3, Đoàn thị Phương Châm 4, Hoàng Linh Chi 5, Bùi Hữu Chiến 6, Nguyễn Mạnh Cường NỘI DUNG THIẾT KẾ I/ Lý thuyết chung khuếch đại công suất 1) Khái niệm Tầng khuếch đại công suất có nhiệm vụ đưa công suất đủ lớn phù hợp để kích thích cho tải Công suất cỡ vài phần mười W đến 100W Công suất đưa đến tầng sau dạng điện áp dòng điện có biên độ lớn Khi khuếch đại tín hiệu lớn tức Transistor không làm việc miền tuyến tính tính toán không sử dụng sơ đồ tương đương mà sử dụng đồ thị Nhiệm vụ khuếch đại công suất: + Độ méo tín hiệu cho phép + Hiệu suất cao Đặc điểm: • Làm việc với tín hiệu lớn • Làm việc vùng đặc tuyến không tuyến tính • Để giảm nhỏ công suất tiêu tán thường sử dụng tản nhiệt • Thường để ý đến hệ số khuếch đại dòng điện 2) Các tham số tầng khuếch đại công suất - Hệ số khuếch đại công suất: Hệ số khuếch đại công suất Kp tỷ số công suất công suất vào: KP = Pra (xoay chiều) Pv - Hiệu suất: Hiệu suất tỷ số công suất Pr công suất cung cấp chiều Po P η = 100% P0 - Trở kháng vào: Yêu cầu trở kháng vào lớn tương đương với dòng tín hiệu vào nhỏ, nghĩa mạch phải có hệ số khuếch đại dòng điện lớn.vì mạch khuếch đại công suất có ki lớn sử dụng mạch mắc OE,OC - Trở kháng :trở kháng nhỏ , dòng điện lớn 3) Các loại khuếch đại công suất Để phân loại mạch khuếch đại công suất ta dựa vào nhiều dấu hiệu để phân loại: • Dựa vào linh kiện tích cực thực khuếch đại công suất:  Mạch khuếch đại công suất sử dụng đèn điện tử  Mạch khuếch đại công suất sử dụng BJT  Mạch khuếch đại công suất sử dụng FET  Mạch khuếch đại công suất sử dụng IC • Dựa vào số lượng phần tử tích cực:  Mạch khuếch đại công suất đơn (1 phần tử tích cực) o Mạch khuếch đại công suất đơn ghép R-C o Mạch khuếch đại công suất ghép biến áp  Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo (2 phần tử khuếch đại trở lên) o Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép biến áp o Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo biến áp • Dựa vào chế độ hoạt động phần tử tích cực:  Mạch khuếch đại công suất chế độ A  Mạch khuếch đại công suất chế độ B  Mạch khuếch đại công suất chế độ AB  Mạch khuếch đại công suất chế độ C  Mạch khuếch đại công suất chế độ D  4) Chế độ làm việc Tùy thuộc vào chế độ công tác Transistor, người ta phân biệt : khuếch đại chế độ A, AB,B C + Chế độ A: tín hiệu khuếch đại gần tuyến tính.tín hiệu tồn chu kỳ tín hiệu vào Góc cắt θ = 1800 = T / Khi tín hiệu vào hình Sin chế độ A dòng tĩnh colector luôn lớn biên độ dòng điện Vì hiệu suất khuếch đại chế độ A thấp ( < 50% ) Do chế độ A dùng trường hợp công suất nhỏ Pra < 1W Mạch khuếch đại chế độ A Nếu điểm làm việc Q giũa đường đặc tuyến truyền đạt → tín hiệu tồn chu kì tín hiệu vào 1/2 chu kỳ ,< chu kỳ tín hiệu vào Ở chế độ đạt hiệu suất cao chế độ A (78%) méo lớn Nó thường dùng khuếch đại tần số cao dùng với tải cộng hưởng để lọc hài bậc mong muốn Chế độ C dùng mạch logic mạch khóa +Chế độ D mạch khuếch đại mà phần tử tích cực trạng thái : *khóa hoàn toàn *thông hoàn toàn 5) Phân tích ưu, nhược điểm mạch khuếch đại công suất a) Mạch khuếch đại công suất đơn (chế độ A)  Mạch khuếch đại công suất ghép biến áp Sơ đồ mạch điện: Hoạt động máy biến áp Máy biến áp tăng hay giảm giá trị điện áp hay dòng điện theo tỷ lệ định trước Máy biến áp máy tăng áp bỏ qua tổn hao công suất Sự thay đổi điện áp: Máy biến áp làm tăng hay giảm điện áp phụ thuộc vào số vòng dây bên Sự biến đổi điện áp thể qua công thức N =U N U 1 2 ; số vòng dây cuộn thứ cấp lớn cuộn sơ cấp điện áp cuộn thứ cấp lớn cuộn sơ cấp Sự thay đổi dòng điện: Dựa vào công thức N N = I I Nếu số vòng dây cuộn thứ cấp lớn cuộn sơ cấp dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp nhỏ dòng điện cuộn sơ cấp Tải biến áp có biến đổi trở kháng: R 'L điện trở nhìn vào từ cuộn N 2 sơ cấp máy biến áp Đặt a = ( N ) Điện trở tải cuộn thứ cấp R' R N L 2 phản ánh qua điện trở thứ cấp tính: R = R = a = ( N ) L Đặc điểm mạch: Khi tín hiệu U điện áp nguồn U cc có mối quan hệ U = U cc hiệu suất mạch đạt lớn (η = 50% ) Độ méo sóng hài mạch khuếch đại chế độ A tương đối nhỏ Trong trường hợp ghép biến áp, có dòng chiều chạy cuộn dây, lớn làm tăng dòng từ hóa lõi cắt biến áp dẫn đến trạng thái bão hòa Điều gây méo dạng tín hiệu Để giảm méo bão hòa từ, người ta tăng từ trở lõi sắt vật liệu cách từ khe hở sắt b) Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo (chế độ B)  Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép biến áp Sơ đồ mạch điện: Nguyên lý làm việc: Khi ta đưa tín hiệu hình sin vào đầu vào biến áp đảo pha có điện áp U v1 U v hai điện áp biên độ ngược pha Giả sử 1/2 chu kỳ đầu tín hiệu vào U v1 >0, U v nhận xét: nửa chu kỳ điện áp tín hiệu vào Transistor làm việc 1/2 chu kỳ tín hiệu lên tải đầy đủ nửa chu kỳ Đặc điểm mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép biến áp  Ưu điểm: Ở chế độ tĩnh không tiêu thụ dòng nguồn cung cấp nên tổn hao Transistor Mặt khác dòng chiều chạy qua biến áp nên không gây méo bão hòa từ Hiệu suất mạch lớn đạt khoảng 78,5% Mạch dễ phối hợp trở kháng  Nhược điểm: Méo xuyên tâm lớn tín hiệu vào nhỏ; vế khuếch đại không cân Biến áp cồng kềnh, gây méo tần số, làm giảm dải thông mạch, khả vi mạch hóa  Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp cung cấp song song (2 nguồn) Sơ đồ mạch điện: Nguyên lý hoạt động: Khi ta đưa tín hiệu hình sin vào đầu vào Giả sử 1/2 chu kỳ đầu tín hiệu vào U v >0, lúc T2 khóa, T1 thông có dòng I C1 chạy qua từ + U CC qua T1 qua RT - U CC Ở 1/2 chu kỳ U v đổi cực tính, U v 0, lúc T2 khóa I C =0, T1 thông có dòng I C1 chạy qua từ + U CC qua T1 qua C điện trở tải RT trở - U CC Dòng I C1 nạp điện cho tụ C Ở 1/2 chu kỳ U v đổi cực tính, U v 15W I R1 = 120Ω; R2 = 1,5Ω; Rt = 16Ω  C max > 2,5 A  C4 = 2200 µ F ,50(V ) U CE max > 80V  β = 50 T1 loại 2SC1445-100(V)-6(A)-40(W) T2 loại 2SA1443-100(V)-10(A)-30(W) 2) Mạch tiền khuếch đại công suất Sơ đồ mạch điện: Sơ đồ tương đương mạch là: 12 Đối với mạch tiền khuếch đại công suất ta chọn Rb1 ro cho mạch làm việc chế độ A Mạh tiền khuếch đại có I r = I v mạch khuếch đại nên I r = 0.05( A) Theo đề ta có U v = 0.1V , Rn = 1k Ω ,ta chọn β = 25 Iv = Uv 0,1 = = 10−4 ( A) = 100( µ A) Rn 1000 Khi chọn chế độ làm việc mạch chế độ A : 1 U CEQ = U cc = 40V , I CQ = I c max 2 0.2 = 0.1( A) Ta chọn dòng I c max (T) I c max = 0.2 , I CQ = Phương trình đầu mạch : U cc − ICQ RC − U CEQ − I E RE = Ta chọn β = 25 IB = (1) I c 0,1 = = 4.10− ( A) β 25 I p = 10 I B = 4.10 − ( A) Vậy Pt(1) trở thành: U cc = ( RC + RE ) I CQ − U CEQ = U cc = I CQ ( Rc + RE ) U 80 ↔ ( Rc + RE ) = cc = = 400(Ω) 2.I CQ 2.0,1 Ic ≈ I E , Ta chọn: Rc = 100(Ω) RE = 300(Ω) U 80 cc Ta có Rb1 + Rb = I = 4.10− = 2(kΩ) p Để mạch làm việc chế độ A U BQ = 1,1(V ) Ta có: 13 U cc Rb ≈ 1,1 Rb1 + Rb U cc Rb ≈ 1,1.2.103 = 2200 2200 = 27,5(Ω) 80 → Rb1 = 2000 − 27,5 = 1972,5(Ω) Rb = Để cấp cho mạch khuếch đại công suất đẩy kéo U = U CC Có U v =0.1(V) Ta chọn mạch phối hợp mắc theo kiểu OC có Ku = − Z re Tính re = ? U T 26mV 26.10−3 re = = = = 0,173Ω IE IE 0,15 3, Mạch vào phối hợp trở kháng Sơ đồ mạch điện : 14 Mạch phối hợp trở kháng mắc OC chung Dòng điện vào : I v = Ku ≈ Ki > Uv 0.1 = = 10 − ( A) r 1000 Ta có : I r I v mạch tiền khuếch đại ⇒ I r = 2.10−3 ⇒ Ki = Ir = 20 Iv Dể méo phi tuyến nhỏ ta chọn mạch làm việc chế độ A 15 Chọ transistor có I c max = 0,5( A) Ở chế độ A I CQ = 0,25( A) U CEQ = 40(V ) U CC − U CE − I E RE1 = I C ≈ IE = 40 = 0,25 RE1 ⇒ RE1 = 160(Ω) IB = IC β Chọn β = 25 → I B = Vậy RB = 0.25 = 0.01 25 80 = 8(Ω) 0.01 Tính toán giá trị tụ điện C1 , C2 , C3 tụ ghép tầng 1 Ta chọn rn >> 2.Π f C ⇔ C1 >> 2.Π f r ⇔ C1 >>> 8µF min n Ta nên chọn C1 = 50µF Rv (T2 ) >> 1 ⇔ C2 >> = 2.Π f C2 2.Π f Rv (T2 ) 2.Π f ( Rb1.Rb ) Rb1 + Rb Ta chọn C2=1000(uF) Rv (T3 , T4 ) >> 1 ⇒ C3 >> = 2.Π f C3 2.Π f Rv (T3 , T4 ) 2.Π f ( R1.R2 ) R1 + R2 Chọn C3 = 50( µF ) RE >> 1 ⇒ CE >> = 26µF 2.Π f CE 2.Π f RE Nếu chọn CE = 100( µF ) III Sơ đồ mạch thiết kế cụ thể 16 17 KẾT LUẬN Qua trình học tập, tìm hiểu tài liệu tham khảo với hướng dẫn thầy giáo TRƯƠNG THANH BÌNH, nhóm em thiết kế mạch khuếch đại công suất với tiêu yêu cầu Dù cố gằng kiến thức hạn chế nên thiết kế không tránh khỏi sai sót Mong thầy xem xét bổ sung ý kiến để thiết kế chúng em hoàn chỉnh Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ chúng em suốt trình làm hoàn thành thiết kế Tài liệu tham khảo: 1, Bài giảng Vật liệu dụng cụ điện tử - ThS Trương Thanh Bình, ĐHHH 2, Bài giảng Cơ sở kỹ thuật mạch điện tử - ThS Trương Thanh Bình, ĐHHH 2, Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà, NXB Khoa học kỹ thuật 18 [...]... µF ) III Sơ đồ mạch thiết kế cụ thể 16 17 KẾT LUẬN Qua quá trình học tập, tìm hiểu tài liệu tham khảo và với sự hướng dẫn của thầy giáo TRƯƠNG THANH BÌNH, nhóm em đã thiết kế được một mạch khuếch đại công suất với các chỉ tiêu yêu cầu Dù đã rất cố gằng nhưng do kiến thức còn hạn chế nên bài thiết kế này không tránh khỏi những sai sót Mong thầy xem xét và bổ sung ý kiến để bài thiết kế của chúng em... (hình mạch khuếch đại công suất) t U (t )( p ) = 2,5( A) Dòng điện đỉnh qua tải I C ( p ) = Rt Dòng điện đỉnh qua tải cũng là dòng I C ( p ) = 2,5( A) Công suất 1 chiều cung cấp cho mạch U cc 2.I c ( p ) 80.2,5.2 = 127, 4(W ) π 3,14 U I 80.2,5 = 100(W ) Công suất ra: PAC = cc C ( p ) = 2 2 PVDC = = Công suất tiêu tán trên mỗi Transistor: PVDC − PrAC 127, 4 − 100 = = 13, 7(W ) 2 2 PraAC 100 Hiệu suất. .. Để cấp cho mạch khuếch đại công suất đẩy kéo thì U ra = U CC Có U v =0.1(V) Ta chọn mạch phối hợp mắc theo kiểu OC có Ku = − Z ra re Tính re = ? U T 26mV 26.10−3 re = = = = 0,173Ω IE IE 0,15 3, Mạch vào phối hợp trở kháng Sơ đồ mạch điện : 14 Mạch phối hợp trở kháng mắc OC chung Dòng điện vào : I v = Ku ≈ 1 Ki > 1 Uv 0.1 = = 10 − 4 ( A) r 1000 Ta có : I r sẽ bằng I v của mạch tiền khuếch đại ⇒ I r... số khuếch đại điện áp KU ≈ 1 U KU = ra ≈ 1;U ra ≈ U vao = 40V U vao 11 Theo các giá trị trên chọn T1 T2 sao cho  Pmax > 15W I R1 = 120Ω; R2 = 1,5Ω; Rt = 16Ω  C max > 2,5 A và  C4 = 2200 µ F ,50(V ) U CE max > 80V  β = 50 T1 loại 2SC1445-100(V)-6(A)-40(W) T2 loại 2SA1443-100(V)-10(A)-30(W) 2) Mạch tiền khuếch đại công suất Sơ đồ mạch điện: Sơ đồ tương đương của mạch là: 12 Đối với mạch tiền khuếch. .. điện: Sơ đồ tương đương của mạch là: 12 Đối với mạch tiền khuếch đại công suất ta chọn Rb1 và ro sao cho mạch làm việc ở chế độ A Mạh tiền khuếch đại có I r = I v của mạch khuếch đại nên I r = 0.05( A) Theo đề bài ta có U v = 0.1V , Rn = 1k Ω ,ta chọn β = 25 vậy Iv = Uv 0,1 = = 10−4 ( A) = 100( µ A) Rn 1000 Khi chọn chế độ làm việc của mạch ở chế độ A : 1 1 U CEQ = U cc = 40V , I CQ = I c max 2 2 0.2... mạch: η = P = 127, 4 = 78, 4% VDC PT 1 = PT 2 = Để công suất ra ổng định, hiệu suất cao, không gây ra méo ta chọn chế độ làm việc của mạch là chế độ AB Khi đó chọn U B =0.8 (v) Khi có tín hiệu vào, Transistor sẽ thông ngay Ta có: R2 U cc =0.8 (v) R2 + R1 Chọn R1 = 100(kΩ) R2 = 1(kΩ) UB = Chọn Ta có I C ( p ) = 2,5( A) → IV ( p ) = IC ( p ) với β = 50 β IV ( p ) = 0, 05( A) Vì tầng khuếch đại công suất. .. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình làm và hoàn thành bài thiết kế Tài liệu tham khảo: 1, Bài giảng Vật liệu và dụng cụ điện tử - ThS Trương Thanh Bình, ĐHHH 2, Bài giảng Cơ sở kỹ thuật mạch điện tử - ThS Trương Thanh Bình, ĐHHH 2, Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà, NXB Khoa học kỹ thuật 18 ... Phương trình đầu ra của mạch : U cc − ICQ RC − U CEQ − I E RE = 0 Ta chọn β = 25 IB = (1) I c 0,1 = = 4.10− 3 ( A) β 25 I p = 10 I B = 4.10 − 2 ( A) Vậy Pt(1) trở thành: U cc = ( RC + RE ) I CQ − U CEQ = 0 U cc = I CQ ( Rc + RE 2 ) 2 U 80 ↔ ( Rc + RE 2 ) = cc = = 400(Ω) 2.I CQ 2.0,1 Ic ≈ I E , Ta chọn: Rc = 100(Ω) RE 2 = 300(Ω) U 80 cc Ta có Rb1 + Rb 2 = I = 4.10− 2 = 2(kΩ) p Để mạch làm việc ở chế độ... kháng mắc OC chung Dòng điện vào : I v = Ku ≈ 1 Ki > 1 Uv 0.1 = = 10 − 4 ( A) r 1000 Ta có : I r sẽ bằng I v của mạch tiền khuếch đại ⇒ I r = 2.10−3 ⇒ Ki = Ir = 20 Iv Dể méo phi tuyến nhỏ nhất ta chọn mạch làm việc ở chế độ A 15 Chọ transistor có I c max = 0,5( A) Ở chế độ A ơ I CQ = 0,25( A) U CEQ = 40(V ) U CC − U CE − I E RE1 = 0 I C ≈ IE = 40 = 0,25 RE1 ⇒ RE1 = 160(Ω) IB = IC β Chọn β = 25 → I B ... cực thực khuếch đại công suất:  Mạch khuếch đại công suất sử dụng đèn điện tử  Mạch khuếch đại công suất sử dụng BJT  Mạch khuếch đại công suất sử dụng FET  Mạch khuếch đại công suất sử dụng...  Mạch khuếch đại công suất đơn (1 phần tử tích cực) o Mạch khuếch đại công suất đơn ghép R-C o Mạch khuếch đại công suất ghép biến áp  Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo (2 phần tử khuếch đại. .. số khuếch đại dòng điện 2) Các tham số tầng khuếch đại công suất - Hệ số khuếch đại công suất: Hệ số khuếch đại công suất Kp tỷ số công suất công suất vào: KP = Pra (xoay chiều) Pv - Hiệu suất: