mạch khuếch đại công suất (âm thanh)

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

Lời nói đầu

Giới thiệu khái quát về Amply

Chương I: Cơ sở lý thuyết tổng quát về mạch khuếch đại

1.1 Tổng quan mạchkhuếchđại

1.1.1.Địnhnghĩa mạch khuếch đại

1.1.2 Đápứngtầnsố

1.1.3 Hệsốkhuyếchđại

1.1.4 Hiệusuấtcủamạchkhuyếchđại

1.1.5 Độméo

1.2 Cácchếđộhoạtđộngtrongmạchkhuếchđại

1.2.1.Khuếchđạicôngsuấtloại A

1.2.2 Khuếchđạicôngsuấtloại B

1.2.3 Khuếchđạicôngsuấtloại C

1.2.4 Khuếchđạicôngsuấtloại AB

1.3 Mạchkhuếchđạiâm tần

1.3.1 Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL

1.3.2 Mạch khuếch đại công suất kiểu OCL

1.3.3 Mạch khuếch đại công suất kiểu BTL

1.4 Các thông số của mạch khuếch đại công suất

Chương II: Tính toán và thiết kế chế tạo Modul

2.1 Khối nguồn

2.1.1 Sơ đồ nguyên lí

2.1.2 Tính toán, chọn linh kiện

2.2.2 Tính toán, chọn linhkiện

2.3 Khốiđiềuchỉnhâmlượng

2.3.1 Sơ đồ nguyên lí

2.3.2 Tính toán, chọn linhkiện

2.4 Khối điềuchỉnh âm sắc

2.4.1 Sơ đồ nguyên lí

2.4.2 Tính toán, chọn linhkiện

2.5 Khối tín hiệu vào (MIC)

2.5.1 Sơ đồ nguyên lí

2.5.2 Tính toán, chọn linhkiện

2.6 Khối chỉ thị âm lượng

Chương III: Kết quả thực nghiệm

3.1 Sơđồnguyênlýtoànmạch

3.2 Sơ đồ board mạch

3.3 Sơđồbốtrícáckhốitrênmôhình

3.4 Sơđồlắpráp

KẾT LUẬN

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình1.1.1: Sơ đồ ghép tầng qua tụ điện

Hình 1.1.2 Sơ đồ mạch ghép tầng qua biến áp

Hình 1.1.3 Sơ đồ mạch khuếch đại ghép trực tiếp

Hình1.1.4: Tầng khuếch đại Emitơ chung

Hình1.1.5: Xác định chế độ tĩnh của tầng EC

Hình 1.1.6: Sơ đồ đường xoay chiều tầng khuếch đại EC

Hình 1.1.7 Sơ đồ khuếch đại CC

Hình1.1.8: Sơ đồ mạch khuếch đại BC

Hình1.1.9: Bộ khuếch đại thuật toán

Hình 1.1.10: Đặc tuyến truyền đạt củabộ khuếch đại thuật toán

Hình 1.1.11: Đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha của bộ khuếch đại thuật toán Hình1.2.1: Đường đặc tuyến Ic/Vce

Hình1.2.2: Mạch khuyếch đại chế độ A

Hình1.2.3a: Khuếch đại công suất hạng B.

Hình1.2.3b: Đặc tuyến ngõ ra của mạch công suất hạng B.

Hình1.2.3c: Đặc tuyến dòng điiện IBE1-IBE2 và điện áp VBE1-VBE2

Hình1.2.4: Mạch công suất loại C.

Hình 1.2.5: Mạch khuếch đai ở chế độ AB

Hình1.2.6a: Phân loại các mạch khuếch đại công suất.

Hình1.2.6b: Dạng sóng của chế độ A và AB.

Hình2.1.1: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình2.2.1: Sơ đồ nguyên lý khối công suất, bảo vệ.

Hình2.3.1: Sơ đồ nguyên lý khối điều chỉnh âm lượng.

Hình 2.3.2: Sơ đồ mạch bass và đáp tần

Hình 2.3.3: Sơ đồ mạch treble và đáp tần

Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lý khối âm sắc.

Hình2.5.1: Sơ đồ nguyên lý khối tín hiệu vào (MIC.)

Hình2.6.1: Sơ đồ nguyên lý khối chỉ thị âm lượng.

Hình3.1: Sơ đò nguyên lý toàn mạch.

Hình3.2.1: Sơ đồ Boar khối nguồn

Hình3.2.2: Sơ đồ Boar khối công suất, bảo vệ.

Hình3.2.3: Sơ đồ Boar khối điều chỉnh âm lượng.

Hình3.2.4: Sơ đồ Boar khối điều chỉnh âm sắc.

Hình3.2.5: Sơ đồ Boar khối tín hiệu vào (MIC).

Hình3.2.6: Sơ đồ Boar khối chỉ thị âm lượng.

Hình3.3.1: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối nguồn.

Hình3.3.2: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối công suất, bảo vệ.

Hình3.3.3: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối điều chỉnh âm lượng.

Hình3.3.4: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối điều chỉnh âm sắc.

Hình3.3.5: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối tín hiệu vào (MIC).

Hình3.3.6: Sơ đồ lắp ráp linh kiện khối chỉ thị âm lượng.

Hình3.4.1 Sơ đò bố trí các khối trên mô hình

R hệ số khuếch đại 80W”

Giáo viên hướng dẫn: Đỗ Tuấn Anh

Sinh viên thực hiện: Phùng Đăng Phú

 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Hưng Yên, ngày tháng năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2017

Giảng viên phản biện

của đất nước Sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngànhđiện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con ngườingày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh

ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và

độ ổn định ngày càng cao… Nhưng một điều cơ bản là các sản phẩm đó đều bắtnguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, FET mà nền tảng là điện tử tương tự

Có thể nói,Mạch Khuếch Đại Âm Thanh là một trong những sản phẩm tạo nền

tảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu của con người Sauhơn ba năm học, với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Điện Tử Cơ Bản, KỹThuật Tượng Tựđã đảm bảo cho chúng em có thể phân tích và thiết kế một mạchKhuếch Đại Công Suất Âm Tần

Hiện nay, trong nước đã có rất nhiều Máy Khuếch đại Âm Thanh trên thịtrường, mà tầng khuếch đại công suất được thiết kế với các dạng mạch như sau: machkhuếch đại OTL, mạch khuếch đại OCL, mạch khuếch đại BCL… Nhưng phổ biếnnhất là loại mạch khuếch đại OCL Bởi vì dạng mạch này có nhũng ưu điểm về: hiệusuất, hệ số sử dụng BJT(FET) công suất, biên độ tín hiệu ra… Chính vì thế mà nhómchúng em chọn đề tài cho Đồ Án Tốt Nghiệp của nhóm em

Trong quá trình thực hiện đố án, chúng em được thầy Đỗ Tuấn Anh hướng dẫn

tận tình Đó chính là điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệpthành công tốt đẹp

Chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy Đỗ Tuấn Anh cùng các thầy, cô đã giúp

đỡ chúng em trong thời gian qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ AMPLY.

 Khái niệm, chức năng của Amply:

- Khái niệm: Amplifier hay còn được gọi là Amply là một thiết bị không thể

thiếu trong những hệ thống nghe nhìn Không chỉ vậy, nó còn là một bộ phận quantrọng trong các máy móc thiết bị như máy nghe nhạc, TV, đầu đĩa CD Tuy nhiênkhông phải ai cũng có thể nắm rõ bản chất của một chiếc Amply và mọi thứ xoayquanh chúng

Tại sao lại cần đến Amply?

- Câu trả lời đơn giản là nếu không có Amply thì loa (hoặc tai nghe) của bạn

không kêu được! Có người sẽ lại nói: “không cần Amply loa của mình vẫn kêu được

cơ mà” Thực tế là có rất nhiều thiết bị được tích hợp sẵn Amply bên trong mà các bạnkhông để ý hoặc chưa biết thôi, ví dụ như tivi, laptop chẳng hạn, chúng đều được tích

hợp sẵn Amply bên trong.

- Amplifier hay Amply  có thể hiểu đơn giản là thiết bị khuếch đại tín hiệu điện,

tức là bạn đưa vào nó 1 tín hiệu điện vào, nó sẽ khuếch đại tín hiệu đó lên và đưa rathiết bị phát (loa, tai nghe)

 Các loại Amply trên thị trường.

Amply có nhiều loại, tùy theo chức năng của từng loại mà người ta đặt tên theo

đó cho dễ nhớ Hiện tại có rất nhiều chủng loại phổ biến trên thị trường:

- Amply Jarguar PA 506N Komi nhập khẩu:cho công suất khỏe, có thể dùng

cho 2 đôi loa đường kính Bass 25cm đến 30cm Với ưu điểm Echo mềm và mượt, độnhạy cao, sẽ mang đến cho quý khách âm thanh sống động, thỏa mãn mọi nhu cầu củangười thưởng thức âm nhạc Là lựa chọn tuyệt vời cho dàn Karaoke kinh doanhchuyên nghiệp!

Hình dáng Amply Jarguar PA 506N Komi

- Amply jarguar 203N Komi Nhập khẩu:

Hình dạng Amply Jarguar PA-203N KOMI.

- Amply Jarguar 203N Komi : Amply này có thể kéo tốt với những đôi loa bass

20, 25cm, xử lý âm thanh cực hay, Echo nghe rất thích Đây là một trong những sản phẩm amply nổi tiếng nhất thị trường karaoke từ trước tới nay

 - Amply karaoke California: Thương hiệu amply California đã được cả thế giới

biết đến với chất lượng xử lý âm thanh hay, chuẩn, kiểu dáng amply hiện đại, thiết kế khoa học vậy nên trong danh sách này không thể thiếu những model nổi bật của ông lớn amply này

* Một số mẫu amply California nổi tiếng:

- Amply California PRO 568E:Amply karaoke 2 kênh có thể phối hợp với

những đôi loa karaoke bass 20 hoặc 25cm để tạo thành một cặp đôi hoàn hảo về âm thanh karaoke

Hình dáng Amply California PRO 568E.

- Amply California PRO 668R: Cũng như Jarguar 506N thì amply này là loại 4

kênh, kéo được tới 2 đôi loa bass 20 hoặc 25 nên rất phù hợp với những phòng

karaoke từ 20m2 đến hoặc hơn

Hình dạng Amply California 668R.

- Amply karaoke Boston:Vẫn là thương hiệu amply karaoke của Mỹ, Boston đã

đi qua rất nhiều nơi trên thế giới và nhận được vô số những lời khen ngợi Và người dân Việt Nam ta cũng không bỏ lỡ cơ hội sở hữu sản phẩm amply karaoke xuất sắc bậc nhất này

* Mẫu amply karaoke hay của Boston Audio như:

- Amply karaoke Boston 1100 II

Hình dạng Amply Karaoke Boston PA-110II

Thông số: Điện áp: AC 110V/220V

Công suất amply: 240W

Công suất tiêu thụ: 480W

Trở kháng: 8 Ohms

Tần số đáp ứng 20Hz - 20KHz

- Amply karaoke Boston PA-8000II: Dòng amply 4 kênh với công suất lên tới

600W, nên việc kéo 2 đôi loa karaoke rất đơn giản

Hình dáng Amply Boston PA-8000II

1.1 Tổng quan mạchkhuếchđại.

1.1.1.Địnhnghĩa mạch khuếch đại.

- Mạch khuyếch đại công suất là mạch đươc thiết kế để cung cấp một lượngcông suất lớn cho tải, tức là mạch khuyếch đại công suất sẽ tạo ra điện áp cao và dòngđiện lớn để lái tải cần công suất lớn mạch khuyếch đại cộng suất được ứng dụng rấtnhiều trong ngành điện điện tử Chúng ta chỉ xét mạch công suất trong lĩnh vực âmthanh gọi là mạch khuyếch đại công suất âm tần

- Mạch khuyếch đại công sụất âm tầng dùng để tạo ra một lượng công suất đểcung cấp cho tải( tải thường là loa do chúng đòi hỏi một lựong công suất lớn để biếnđổi tín hiệu điện thành sóng âm thanh) Mạch khuyếch đại công suất thường được sửdụng rộng rải trong các máy: radio, máy thu hình, máy nghe băng , máy tăng âm, các

hệ thống stereo loa phát thanh…

1.1.2 Đáp ứng tần số.

- Đáp ứng tần số hay dãy tần hoạt động của mạch được định nghĩa là mộtkhoảng tần sốmà khi tần số tín hiệu ngõ vào nằm trong khoảng tần số này thì độkhuyếch đại của mạch sẽ là cực đại

- Khoảng tần số này được giới hạn bởi:

fH: Tấn số cắt cao.

fL: Tần số cắt thấp.

Hiệu suất giữa fH và fL được gọi là băng thông của mạch: B = fH – fL

- Nếu tín hiệu đầu vào nằm ngoài băng thông của mạch thì độ khuếch đại của mạch sẽ thay đổi theo tần số

- Nếu tín hiệu đầu vào ở tần số fH hay fL thì độ khuếch đại của mạch ở tần số đó

sẽ giảm 2 lần hay suy giảm (– 3 )dB so với độ lợi cực đại

- Dãy tần số hoạt động lý tưởng của mạch khuếch đại công suất âm tần nằm trông khoảng 20 Hz đến 20 KHz

1.1.3 Hệ số khuếch đại.

- Hệ số khuếch đại: là khả năng khuếch đại của một mạch đươc đặc trưng bằng một thông số gọi là độ lợi hay độ lợi khuếch đại

Độ lợi điện áp (Av) = V 0 Vi

Độ lợi dòng điện (Iv) = I 0 Ii

Độ lợi côngsuất (Ap) = P 0 Pi Trong đó: Vo,Io,Po tương ứng điện áp,dòng điện, công suất đầu output

Vi,Ii,Pi tương ứng điện áp,dòng điện, công suất đầu input

1.1.4 Hiệu suất của mạch khuếch đại (ή)

Hiệu suất của bộ khuếch đại công suất được định nghĩa là tỉ số giữacông suất tín hiệu trung bình được phân phối trên tải với công suất trung bình được kéo từ nguồn DC:

η(%) = Pcc PL.100%

Với: PL là công suất tín hiệu trung bình đựợc phân phối trên tải

Pcc là công suất trung bình đựơc kéo từ nguồn DC

1.1.5 Độ méo.

Biểu thị cho sự thay đổi hình dạng của tín hiệu ra so với tín hiệu vào của mạch Độ méo phâ n thành nhiều loại :

công suất

- Méo pha : là do sự dịch góc pha ban đầu của tín hiệu vào Méo pha ảnh hưởng xấu đến chất lượng âm thanh

- Méo xuyên tâm : chủ yếu xảy ra ở mạch hoạt động hạng B

1.1.6 Các cách ghép trong mạch khuếch đại

1.1.6.1 Ghép tầng qua tụ điện

Hình1.1.1: Sơ đồ ghép tầng qua tụ điện

- Sơ đồ ghép mạch khuếch đại gồm hai tầng khuếch đại mắc theo kiểu E chung, các

tầng được ghép tín hiệu thông qua tụ điện, người ta sử dụng các tụ C1,C3,C5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều đi qua và ngăn áp một chiều lại, các tụ C2 và C4 có tác dụng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass, C6 là tụ lọc nguồn

- Ưu điểm của mạch là đơn giản, dễ lắp do đó mạch được sử dụng rất nhiều trong thiết

bị điện tử, nhược điểm là không khai thác được hết khả năng khuếch đại của

Transistor do đó hệ số khuếch đại không lớn

- Ở trên là mạch khuếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hóa có trị số

từ 1µF÷10µF

- Trong các mạch khuếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanô Fara.

1.1.6.2 Ghép tầng qua biến áp

Hình 1.1.2 Sơ đồ mạch ghép tầng qua biến áp

- Ở trên là sơ đồ mạch sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau

- Ưu điểm của mạch này là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuếch đại

- Nhược điểm nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chế tạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích

1.1.6.3 Ghép tầng trực tiếp

Trong mạch này cực C của tranzito trước đấu trực tiếp vào cực B của tranzitosau.Cách trực tiếp này làm giảm méo tần số thấp trong bộ khuếch đại, được dùngtrong bộ khuếch đại tín hiệu có thành phần một chiều (tín hiệu biến thiên chậm).Nhược điểm của mạch là không tận dụng được độ khuếch đại của tranzito do chế độcấp điện một chiều

Hình 1.1.3 Sơ đồ mạch khuếch đại ghép trực tiếp

1.1.7 Các chế độ của tầng khuếch đại E,B,C chung

1.1.7.1 Tầng khuếch đại Emitơ chung (EC)

Hình1.1.4: Tầng khuếch đại Emitơ chung

Sở dĩ được gọi là tầng emitơ chung là vì nếu xét về mặt xoay chiều thì tín hiệu đầuvào và đầu ra đều có chung một chất đất là cực E của tranzito.

Trong sơ đồ này Cp1, Cp2 là các tụ nối tầng, nó ngăn cách điện áp một chiều tránh ảnh

hưởng lẫn nhau, R1, R2, RC để xác định chế độ tĩnh của tầng khuếch đại.

RE điện trở hồi tiếp âm dòng điện một chiều có tác dụng ổn định nhiệt, CE tụ thoátthành phần xoay chiều xuống đất ngăn hồi tiếp âm xoay chiều

Đặc điểm của tầng khuếch đại EC là tầng khuếch đại đảo pha, tín hiệu ra ngược phavới tín hiệu vào

Nguyên lý làm việc của tầng EC như sau: khi đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào xuất

hiện dòng xoay chiều cực B của tranzito và do đó xuất hiện dòng xoay chiều cực C ở

mạch ra của tầng Dòng này gây sụt áp xoay chiều trên điện trở RC.Điện áp đó qua

tụ CP2 đưa đến đầu ra của tầng tức là tới Rt Có thể thực hiện bằng hai phương pháp

cơ bản là phương pháp đồ thị đối với chế độ một chiều và phương pháp giải tích dùng

sơ đồ tương đương đối với chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ

Phương pháp đồ thị dựa vào đặc tuyến vào và ra của tranzito có ưu điểm là dễ dàngtìm được mối quan hệ giữa các giá trị biên độ của thành phần xoay chiều (điện áp ra

Ûm và dòng điện ra Îr) và là số liệu ban đầu để tính toán Trên đặc tuyến hình (1.1.6a),

vẽ đường tải một chiều (a-b) Sự phụ thuộc UCE0 = f(IC0) có thể tìm được từ phương

trình cân bằng điện áp ở mạch ra của tầng: UCE0=EC-IC0.RC-IE0RE=EC-IC0RC- IC 0 α  - RE

Vì hệ số α gần đúng 1, nên có thể viết UCE0 = EC - IC0 (RC+RE)

Dựa vào đặc tuyến vào IB= f (UBE) ta chọn dòng cực gốc tĩnh cần thiết IB0, chính là xác định được toạ độ điểm P là giao điểm của đường IB = IB0 với đường tải một chiềutrên đặc tuyến ra ở hình 1.1.6b

Để xác định thành phần xoay chiều của điện áp ra và dòng ra cực C của tranzito phảidùng đường tải xoay chiều của tầng Chú ý rằng điện trở xoay chiều trong mạch cực E

của tranzito bằng không (vì có tụ CE mắc song song với điện trở RE) còn tải Rt được mắc vào mạch cực C, vì điện trở xoay chiều của tụ C2 rất nhỏ

Nếu coi điện trở xoay chiều của nguồn cung cấp EC bằng không, thì điện trở xoay

chiều của tầng gồm hai điện trở RC và Rt mắc song song, nghĩa là Rt~ =Rt // RC Từ đó

thấy rõ điện trở tải một chiều của tầng Rt= = RC + RE lớn hơn điện trở tải xoay

chiều Rt~ Khi có tín hiệu vào, điện áp và dòng điện là tổng của thành phần một chiều

và xoay chiều, đường tải xoay chiều đi qua điểm tĩnh P.

Hình1.1.5: Xác định chế độ tĩnh của tầng EC

a, Trên đặc tuyến ra b, Trên đặc tuyến vào

Độ dốc của đường tải xoay chiều lớn hơn độ dốc đường tải một chiều Xây dựngđường tải xoay chiều theo tỷ số số gia của điện áp và dòng điệnΔUCE =ΔIC.(RC // Rt).Khi cung cấp điện áp vào tới đầu vào của tầng thì trong mạch cực gốc xuất hiện thành

phần dòng xoay chiều ib ∼ liên quan đến điện vào uv theo đặc tuyến vào của tranzito.Vìdòng IC=βIB nên trên mạch cực C cũng có thành phần dòng xoay chiều iC ∼ và điện áp

xoay chiều ura liên hệ với iC ∼ bằng đường tải xoay chiều Khi đó đường tải xoay chiều

đặc trưng cho sự thay đổi giá trị tức thời dòng cực C iC và điện áp trên tranzito uc hay

người ta nói đó là sự dịch chuyển điểm làm việc Điểm làm việc dịch từ P đi lên ứng

tham số này có quan hệ chặt chẽ với nhau, nên về nguyên tắc chỉ cần biết hai trongnhững tham số đó là đủ để tính các tham số còn lại

Để tính toán theo phương pháp giải tích dùng sơ đồ tương đương đối với chế độ xoaychiều tín hiệu nhỏ

Hình 1.1.6: Sơ đồ đường xoay chiều tầng khuếch đại EC

-Các tham số của mạch EC tính gần đúng như sau:

+ Điện trở vào của tầng: RV=R1// R2 // rV ; rV= rB + (1+β).rE.

+ Hệ số khuếch đại dòng điện: Ki=β RC Rt/¿Rt

Như vậy tầng EC có hệ số khuếch đại dòng tương đối lớn, và nếu như RC>> Rt thì nó

gần bằng hệ số khuếch đại β của tranzito.

+ Hệ số khuếch đại điện áp: K=β RC Rn +RV/¿Rt

+ Hệ số khuếch đại công suất KP=K PV Pr =Ku.Ki;rất lớn khoảng từ (0,2÷5)103 lần+ Điện trở ra của tầng Rr=RC // rC (E); Vì rC(E) >> RC nên Rr = RC

Tầng EC có hệ số khuếch đại điện áp và dòng điện lớn nên thường được sử dụngnhiều

1.1.7.2.Tầng khuếch đại Colectơ chung (CC)

Điện trở RE trong sơ đồ đóng vai trò như RC trong mạch EC, nghĩa là tạo nên một điện

áp biến đổi ở đầu ra trên nó.Tụ C có nhiệm vụ đưa tín hiệu ra tải Rt Điện trở R1, R2 là

bộ phân áp cấp điện một chiều cho cực B, xác định chế độ tĩnh của tầng Để tăng điện

trở vào thường người ta không mắc điện trở R2 Tính toán chế độ một chiều tương tự

như tính toán tầng EC Để khảo sát các tham số của tầng theo dòng xoay chiều, cần

chuyển sang sơ đồ tương đương xoay chiều

Hình 1.1.7 a, Sơ đồ khuếch đại CC

b, Sơ đồ tương đương xoay chiều

Các tham số:

+ Điện trở vào của tầng: RV ≈ R1 // R2 // (1+β).(RE // Rt)

Nếu chọn bộ phân áp đầu vào R1, R2 lớn thì điện trở vào sẽ lớn Tuy nhiên khi đó

không thể bỏ qua điện trở rC(E) mắc song song với mạch vào, nên điện trở vào phải

+ Hệ số khuếch đại điện áp:Ku=(1+β) Rnℜ/+RV¿Rt  

Khi RV >> Rn và gần đúng RV ≈ (1+β).(RE + Rt) thì Ku≈ 1 Như vậy tầng khuếch đại Cchung để khuếch đại công suất tín hiệu trong khi giữ nguyên trị số điện áp của nó

Vì Ku = 1 nên hệ số khuếch đại Kp xấp xỉ bằng Ki về trị số

+ Điện trở ra của tầng: Rr=RE//(rE+ rB +Rn/1+ β¿R 1/¿R 2 ) = RE//rE

Điện trở ra của tầng nhỏ cỡ (1÷5)Ω Nó được dùng để phối hợp mạch ra của tầngkhuếch đại với tải có điện trở nhỏ, khi đó tầng C chung dùng làm tầng ra của bộkhuếch đại có vai trò như một tầng khuếch đại công suất đơn chế độ A không có biến

áp ra

1.1.7.3 Tầng khuếch đại cực B chung (BC)

Các phần tử R1, R2, RE dùng để xác định chế độ tĩnh IE.Các phần tử còn lại cũng cóchức năng giống sơ đồ mạch EC

+ Điện trở vào: RV = RE //[rE + ( 1─ α)rB]

Hình1.1.8: a, Sơ đồ mạch khuếch đại BC

b, sơ đồ mạch tương đương xoay chiều Điện trở vào của tầng được xác định chủ yếu bằng điện trở rE vào khoảng (1050) 

Điện trở vào nhỏ là nhược điểm cơ bản của tầngBC vì tầng đó sẽ là tải lớn đối với

nguồn tín hiêụ vào

+ Hệ số khuếch đại dòng của tầng: Ki=α RC Rt/¿Rt

+ Hệ số khuếch đại điện áp: Ku=α RC Rn +RV/¿Rt

+ Điện trở ra của tầng: Rr = RC // rC(E) ≈ RC 

Cần chú ý rằng đặc tuyến tĩnh của tranzito mắc BC có độ tuyến tính lớn nên tranzito

có thể dùng với điện áp cực C lớn hơn sơ đồ EC.Chính vì vậy tầng khuếch đại BC được dùng khi cần có điện áp ở đầu ra lớn.

1.1.8 Mạch khuếch đại thuật toán

- Bộ khuếch đại thuật toán được ký hiệu như hình 3-1 Trong đó Ut , It là điện áp, dòng điện vào cửa thuận. Uđ , Iđ là điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur , Irlà điện áp

ra và dòng điện ra. U0 là điện áp vào giữa hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Ut- Uđ với hệ số khuếch đại K0 > 0.

Do đó điện áp ra: Ur =K0.U0= K0(Ut-Uđ)

Nếu Ud = 0 thì Ur = K0.Ut lúc này điện áp ra cùng pha với điện áp vào Vì vậy cửa T gọi là cửa

thuận của bộ khuyếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “+”.

Tương tự khi Ut = 0 thì Ur = - K0.Uđ, lúc này điện áp ra ngược pha với điện áp vào

nên cửa Đ gọi là cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “-” Ngoài ra bộkhuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng ±EC và các cửa để chỉnh lệch 0 và

bù tần

Hình1.1.9: Bộ khuếch đại thuật toán

Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có những tính chất sau:

+ Trở kháng vào ZV=∞

+ Trở kháng ra Zra = 0

+ Hệ số khuếch đại K0 = ∞

Thực tế bộ khuếch đại thuật toán có K0 = 104  106 ở vùng tần số thấp Lên vùng tần

số cao hệ số khuếch đại giảm xuống Nguyên nhân do sự phụ thuộc tham số của ito và điện dung ký sinh trong sơ đồ Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ và đăctuyến pha như ở hình 1.1.11 và 1.1.12.Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầngghép trực tiếp với nhau Tầng vào là tầng khuếch đại vi sai, tiếp theo là tầng khuyếchđại trung gian (có thể là tầng đệm hay khuếch đại vi sai thứ hai), đến tầng dịch mức vàtầng khuếch đại ra

tranz-Hình 1.1.10: Đặc tuyến truyền đạt của

bộ khuếch đại thuật toán

Hình 1.1.11: Đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha

của bộ khuếch đại thuật toán

1.2 Cácchếđộhoạtđộngtrongmạchkhuếchđại.

1.2.1 Công suất tiêu tán cực đại của transistor

Trong các thông số của transistor, công suất tiêu tán cực đại Pdmax là một thông số quantrọng đối với mạch khuếch đại công suất.Đây là công suất lớn nhất mà transistor cóthể chịu đựng liên tục nếu được giải nhiệt đầy đủ.PDmax(tiêu tán)

Trên đặc tuyến Ic/Vce sẽ cho một giá trị số Ic tương ứng

- Nếu VCE = 50V thì Ic= 500 mW 10 V =10 mA

Hình 1.2.1: Đường đặc tuyến Ic/Vce

Là đường đặc tuyến Ic/Vce minh họa đường giới hạn PDmax cho thí dụ trên Hai điểmnằm trên đường PDmax với tọa độ là A(Ic=25mA,Vce=20V) và B(Ic=10mA,Vce=50V)Vùng tác động: Nối nền phát phân cực thuận, nối thu nền phân cực nghịch Trongvùng này đặc tuyến là những đường thẳng song song và cách đều.Trong các ứng dụngthông thường, transistor được phân cực trong vùng tác động

Vùng ngưng: nối nền phát phân cực nghịch (IE=0), nối thu nền phân cực nghịch.Trong vùng này transistor không hoạt động

Vùng bảo hoà: nối phát nền phân cực thuận, nối thu nền phân cực thuận Trong cácứng dụng đặc biệt, transistor mới được phân cực trong vùng này

1.2.2 Mạch khuếch đại công suất loại A.

- Mạch khuếch đại liên tục nhận công suất điện từ nguồn VCC Khi mạch ởtrạngthái tĩnh thì toàn bộ công suất P0 = ICVCC chỉ là công suất tiêu tán Mạch chỉ có hiệusuất cao khi tín hiệu có biên độ lớn, lúc đó công suất của nguồn VCC được cung cấp ratrên tải.Hiệu suất tối đa của mạch này đạt đến mức 50%.

- Để tăng hiệu suất lên cao hơn người ta giảm dòng tĩnh IC bằng cách đặt điểm làm việc gần về mức ngưng dẫntheo kiểu khuếch đại hạng B

- Là các mạch khuyếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn dồn với tín hiệu đầu vào

- Mạch phân cực cố định như hình 1.2.2 là mô hình của một mạch công suất loại A đơn giản

Hình 1.2.2: Mạch khuyếch đại công suất chế độ A

- Điểm khác nhau giữa mạch này với mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ là đầu vàoVi có biên độ lớn (hàng trăm mV)

- Mạch công suất loại A ítđược sử dụng do có nhiều hệ suất kém

* Chú ý: Hệ số β của các Transistor công suất thường nhỏ hơn 100.

-Ưu điểm của mạch công suất loại A:

+ Khuếch đại cả 2 bán kỳ của tín hiệu

+ Hiệu suất thấp: η≤ 25% nếu dùng tải là R vàη ≤50% nếu dùng tải là biến áp + Công suất tiêu hao lớn.

1.2.3 Khuếchđạicôngsuấtloại B.

- Mạch khuyếch đại chế độ B là mạch chỉ khuyếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu khuyếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuyếch đại bán kỳ

âm ta dùng transistor PNP, mạch khuyếch đại ở chế độ B không có định thiên

- Mạch khuếch đại loại B có mức phân cực VBE = 0V nên trong mạch điện hai Transistor T1 và T2 không phân cực

Hình 1.2.3a: Khuếch đại công suất hạng B.

- Mạch khuếch đại hạng B chỉ khuếch đại được mọt bán kỳ nên tầng công suất hạng B phải dùng 2 transistor T1 và T2 để luân phiên khuếch đại sẽ tạo đủ hai bán kỳ trên tải để thực hiên điều này cần dùng hai biến áp gồm TR1 là biến áp đảo pha (Biến

áp thúc) TR2 là biến áp đầu ra

- Biến áp TR1 là cuộn thứ cấp 3 đầu ra với với đầu giữa nối mass nên tín hiệu xoay chiều trên 2 đầu ra là hai tín hiệu đảo pha

- Khi T1 nhận được bán kỳ dương làm transistor được phân cực nên T1 dẫn điện

và có dòng IC1 (đường liền nét) qua nửa cuộn trên của cuộn sơ cấp biến áp TR2 Lúc

đó, T2 nhận được bán kỳ âm nên T2 không được phân cực lên ngừng dẫn

- Khi T2 nhận được bán kỳ âm làm T1 không được phân cực, T1 ngưng dẫn Lúc

đó, T1 nhận được bná kỳ dương làm transistor được phân cực.T2 dẫn điện và có dòng

IC2 (đương rời nét) qua nửa dưới của cuộn sơ cấp biến áp TR2

⇒Như vậy, hai transistor T1 và T2 sẽ luân phiên dẫn điện để tạo hai dong điện

IC1 và IC2 chay luân phiên ngược chiều nhau trong trong cuộn sơ cấp Khi hai dòng điện này cảm ứng sang thứ cấp sẽ cho đủ hai bán chu kỳ vào tải

- Hình 1.2.3b là đặc tuyến ngõ ra của mạch công suất hạng B điểm làm việc

tĩnh Q là điểm cắt trục hoành ở điểm Vcc, đường tải tĩnh gần như thẳng đứng từ điểm song song với trục tung vì điện trở quân sơ cấp nhỏ

- Để có công suất ra lớn thì đường tải động là đường thẳng từ Q vẽ tiếp xúc vớiđường công suất tiêu tán cực đại PDmax tại điểm Q có tọa độ:

Ic = Vcc 2 Rl VCE = Vcc2

Hình 1.2.3b: Đặc tuyến ngõ ra của mạch công suất hạng B.

- Đường tải động cắt trục tung tại điểmI Cmax = Vcc Rl

- Tải là tải RL được quy về sơ cấp nhưng chỉ xét nửa cuộn trên hoặc dưới Nếu gọi số vòng dây của nửa cuộn sơ cấp N1 và số vòng day thứ cấp của cuộn N2 thì:

2

4 R l '

- Như vậy, mạch khuếch đại công suất loại B có hiệu suất cao hơn (η = 78,5%)

so với mạch khuếch đại hạng A (η - 50%) Tuy nhiên, ở mạch khuếch đại loại B cónhược điểm rất lớn là tín hiệu ra bị biến dạng xuyên trục vì khi phân cực VBE = 0V thìtín hiệu trong khoang điện áp từ 0V đến Vγ hai transistor chưa dẫn điện Khi điện ápqua tri số Vγ hai transistor mới dẫn điện và khuếch đại.Hình 1.2.3ccho thấy dạng tín

hiêu ra bị xuyên trục (Crossover - Distortion)

- Dạng dòng điện IB1 - IB2 cũng chính là dạng dòng điện IC1 - IC2 và là dạng tínhiêu ra bị biến dạng xuyên trục Đây chính là lý do mà mạch công suất loại B khôngđược sử dụng

Hình 1.2.3c: Đặc tuyến dòng điiện I BE1 -I BE2 và điện áp V BE1 -V BE2

* Ưu điểm:

- Hiệu suất cao η≤ 78,54%

- Ở chế độ tĩnh có tiệu thụ điện áp nên không có hao tổn trên Transistor

* Khuyết điểm:

- Tín hiệu chỉ tồn tại trong nửa chu kỳ

- Méo phi tuyến lớn

1.2.4 Mạch khuếch đại công suất loại C.

- Là mạch khuyếch đại có điện áp UBE được phân cự ngược với mục đích chỉ lấy tín hiệu đầu ra là một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào, mạch này thường sử dụng trong cácmạch tách tín hiệu : ví dụ mạch tách xung đồng bộ trong ti vi mầu

Hình 1.2.4: Mạch công suất loại C.

* Ưu điểm: - Hiệu suất rất cao η≤ 90 %.

* Khuyết điểm: - Méo phi tuyến lớn (70%) Để hạn chế méo, tải phải là khung

cộng hưởng ghép LC

1.2.5 Mạch khuyếch đại công suất loại AB:

Hình 1.2.5a: Mạch khuếch đai ở chế độ AB

Hình 1.2.5b:Dạng sóng của chế độAB.

- Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng Tín hiệu đầu ra thay đổi hơn mộtnửa chu kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nửa chu kỳ dương hoặc âmcủa tín hiệu đầu vào)

- Ở trạng thái tĩnh hai transistor được phân cực vừa dẫn điện nên các dòng điện

IB, IC coi như bằng 0 Khi vừa có tín hiệu thì hai transistor sẽ luân phiên dẫn điện vàcũng cho ra đủ hai bán kỳ trên tải Với cách phân cực này sẽ tránh được hiện tượngbiến dạng xuyên trục Các thông số kỹ thuật của mạch như P0, PCC, η vẫn có cách tínhgiống như mạch công suất loại B

1.3 Mạch khuếch đại âm tần.

1.3.1 Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL (Output Tranformer Less).

nề, đắt tiền hiệu suất thấp và dải tần số hoạt động không rộng Người ta lần lượt loại

bỏ các biến áp này và mạch công suất bây giờ gọi là mạch OTL (Không có biến áp đầu vào)

* Đặc điểm:

- Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V)

- Đầu ra loa phải ghép với một tụ điện Co

- Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng 12 nguồn

* Ưu điểm:

- Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V)

- Đầu ra loa phải ghép với một tụ điện Co

- Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor tầng thúc đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn

- Âm thanh đạt chất lượng cao hơn do đáp do đáp tuyến tần số rộng

- Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ kí sinh của biến áp

- Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với khi dùng biến áp đầu ra

- Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor của mạch bổ phụ thì

dễ gây méo phi tuyến

1.3.2 Mạch khuếch đại công suất kiểu OCL (Output Capacitor Less).

- Trong mạch OCL điện áp diểm giữa VM = Vcc ở trạng thái tích tụ ngõ ra phảichịu điện áp này Khi khuếch đại tu ngõ ra sẽ nạp điện làm điện áp trên tụ tănglên khi T1 dẫn và làm điện áp giảm xuống khi T2 dẫn