Do an KTMDT(Dung de Tham Khao Cach Lam)

M ạch Khuế ch ch Đại OTL Ngõ Vào Đơ n

PHẦ N TÍNH TOÁN THIẾT K Ế MẠCH OTL NGÕ VÀO ĐƠ N Công suấ t: t: Tr ở ở kháng vào: ở kháng loa: Tr ở Điện áp vào: Méo phi tuyế n: n: Băng thông:

5

60(W) Z i = 200 (k Ω ) P L = 8 ( Ω ) V i = 0,5 (V) 0,30 % γ ≤ 0,30 30 Hz ÷ 15 kHz


Tác d ụng cuả cuả các linh ki ện: Q1, Q3 và Q2, Q4: các cặ p BJT ghép Dalington khếch đại công suất Q5: BJT khuếch đại thúc. Q7: BJT khuếch đại đầu vào Q6, VR2, D4, D5, D6: tạo thành nguồn dòng. Q8, Q9: Các BJT bảo vệ quá tải, ngắn mạch R 1, R 2: Điện tr ở ổ ở ổn định nhiệt và cân b ằng dòng ra. R 3, R 4: r ẽ dòng nhiệt. Điện tr ở ở r ở phân R 1155, R 1166, R 1177, R 1188,: Điện tr ở phân cực cho Q8, Q9.. D1, D2, D3, VR1: chế độ AB. Định thiên áp để các BJT công suất Q1, Q2 làm việc ở ch R 8: Điện tr ở ổ ở ổn định nhiệt cho Q5. VR3, R 9, C3: Thành phần hồi tiế p âm để mạch ổn định. R 1100, R 1111: Cầu phân áp cho Q5. R 1133, R 1144: Cầu phân áp cho Q7. R 1122, CL: Mạch lọc nguồn loại bỏ các thành phần tần số cao, chống hiện tượ ng ng dao động tự kích trong mạch. C1: Tụ liên lac ngõ vào C2: Tụ liên lac ngõ ra R 2200, C4: Thành phần cân bằng tr ở kháng loa ở t tần số cao. ở kháng

5


1. Tính toán t ầng nguồn

1.1. Biên độ tín hiệu ra loa: Tín hiệu vào mạch khuếch đại có dạng: v= V.sinωt. Nếu hệ thống là tuyến tính thì tín hiệu trên tải là: vL = VLP.sinωt + VLo iL = ILP. sinωt + ILo Trong đó: VLP, ILP là biên độ điện áp và dòng ra trên t ải VLo, ILo là điện áp và dòng DC trên t ải. Do tầng công suất làm việc ở ch chế độ AB nên dòng t ĩ nh và điện áp t ĩ nh trên tải là ĩ nh ĩ nh không đáng k ể nên: vL = VLP. sinωt iL = ILP. sinωt Gọi VL, IL là điện áp và dòng hiệu dụng trên tải. Khi đó ta có: VL=

VLP ; 2

IL=

I LP 2

Công suất trên tải là: PL =

IL2.R L =

VL 2 V 2 L V 2 LP R L . 2 = = R L 2R L R L

→ VLP = 2. P L .RL → VLP = 2.60.8 = 31 (V) Và ILP =

V LP 31 = = 3,87 (A). R L 8

1.2. Điện áp nguồn cung cấ p: Do Q1, Q2 làm việc ở ch chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn ξ = 0,8. Để tránh méo tín hiệu ra chọn Vcc ≥ 2VLP.

→ 2.VLP = ξ.VCC → VCC =

2VLP ξ

=

2.31 = 77,5 (V) 0,8

Chọn nguồn cung cấ p 80 (V). 2. Tính toán t ầng công suất Để tránh méo xuyên tâm, đồng thờ i đảm b ảo hiệu su ất. Chọn Q1, Q2 làm việc ở ĩ nh chế độ AB. Vì mạch làm việc ở ch ch ế độ AB nên dòng t ĩ nh collector nằm trong khoảng 20÷50mA. Ở đây, chọn IEQ1 = IEQ2 = 50 (mA). Dòng đỉnh qua Q1, Q2 là: IE1p = IE2p = ILp + IEQ1 = 3,87(A) + 0,05(mA) = 3,92(A). 2.1. Tính toán R1 , R2: R 1, R 2 có tác dụng ổn định nhiệt và cân bằng dòng cho Q1, Q2 và tín hiệu trên R 1, R 2 cũng là tín hiệu qua loa: 5


ie1 = ie2 = ILP.sinωt ( trong khoảng 0 → π )

ie

0

π

2π

3π

4π

5π

6π

t

Nếu chọn R 1, R 2 lớ n thì tổn hao trên loa nhiều. Do đó phải chọn sao cho tín hiệu ra loa là lớ n nhất. Để tránh tổn thất tín hiệu ngườ i ta thườ ng ng chọn: VR1P =

1 1 VLP = .31 = 1,55 (V) 20 20

Giá tr ị điện tr ở R 1, R 2 là: ở R R 1 = R 2 =

VR 1P 1,55 = ≈ 0,40(Ω) 3,92 I E1P

Công suất tiêu tán trên R 1, R 2 là: PR1 = PR2 = R 1.IL2 mà

IL2 =

2 1 π 2 1 2 π 1 − cos 2ω t I LP 2 I sin ω td ω t = I LP ∫ d ω t = 2π ∫0 LP 2π 0 2 4

( Vì dòng qua R 1 chỉ một nữa chu k ỳ ) 2 I LP (3,87)2 ⇒ PR1 = PR2 = R 1 = 0,40. = 1,49(W ) 4 4 Vậy chọn R R1 R1, R R2 R2 là lo ại: R 1 = R 2 = 0,4( Ω)/3(W).

2.2. Tính chọn Q1 , Q2:

Dòng cung cấ p trung bình cho Q1, Q2 trong một chu k ỳ 1 π I LP I td t = Itb = ω ω sin π 2π ∫0 LP

Công suất nguồn cung cấ p: Pcc=Vcc.Icc = Vcc = Vcc.Itb= Vcc I LP Công suất tiêu tán trên tải: PL =

IL2R L=

2 LP

π

I I LP 2 ( ) . R L = R 2 L 2

* Nếu bỏ qua công suất tiêu tán trên R 1, R 2 thì công suất tiêu tán trên tiế p xúc Jc phân cực ngượ c của 02 BJT Q1, Q2 là:

5


2PttAC = PCC - PL = VCC .ICC -

I2L R L=

2 I I LP VCC LP − R L (2.1) 2 π

Đạo hàm hai vế từ (2.1) theo ILP ta có: 2dP ttAC V CC = − I LP R L = 0 dI LP π

=> I LP =

V cc π. R L

Thay vào (2.1) ta có công su ất tiêu tán cực đại trên mỗi BJT là: P

tt AC max

2 2 2 1 V CC 1 V CC 1 V CC 802 = ( 2 − 2 )= = ≈ 20,26( W) 2 π R L 2 π R L 4 π 2 . R L 4.π 2 .8

* Nếu không bỏ qua công suất tiêu tán trên R 1, R 2 thì:

I 1 1 P R1 = P R 2 = R1 I . 2 L = R1 ( LP ) 2 = R1 I LP 2 = .0,4.(3,87) 2 = 1,49( W ) 2 4 4

Công suất tiêu tán trên 2 BJT Q1, Q2 là: I LP 2 1 2 P ttAC = P cc − P L − 2 P R1 = V cc − R L − 2. R1 I LP 2 (2.2) π 2 4 I LP

Đạo hàm 2 vế (2.2) theo ILP: d 2 P ttAC

2 1 . 1 I . LP = 0 − R L I LP − 2. .2 R π 2 4 dI LP V cc => ( R L + R1 ) I LP max = V cc => I LP max = Thay vào (2.2) ta có: π π ( R L + R1 ) Công suất tiêu tán cực đại trên mỗi BJT là: 1 1 R1.V cc 2 V cc 2 R L .V cc 2 ) − − P ttAC max = ( 2 2 π ( R L + R1 ) 2.π 2 ( R L + R1 ) 2 2 π 2 ( R L + R1 ) 2 V cc 2 1 1 80 2 = 2 = = 19,29( W ) 4 π ( R L + R1 ) 4 π 2 (8 + 0,4) Công suất tiêu tán trên mỗi BJT do dòng t ĩ nh: ĩ nh: V 80(V ) . EQ = .50(mA) = 2( W ) P ttDC = V CEQ I EQ = cc I 2 2 Vậy công suất tiêu tán trên 1 BJT là: P tt Σ = P ttAC + P ttDC = 19,29 + 2 = 21,29( W) Do đó Q1, Q2 đượ c chọn sao cho thoả mãn điều kiện sau: IC > IE1P = 3,92(A) VCEo > Vcc = 80(V) PC > Ptt ∑ , thườ ng ng chọn PC>2. Ptt ∑ = 2.21,29 = 42,58(W)

=

V cc

Sau khi tra cứ u ta tìm đươ c là Chọn Q1, Q2 là loại BJT 2SC5200, 2SA1943

BJT Pcmax (W) 2SC5200 150 2SA1943 150

Ic 15A 15A

β (hfe) 55÷160 55÷160

VCEo 230V 230V

f gghh 30MHz 30MHz

T(0C) 150 150

loại SN SP

Băng thông tín hiệu tải yêu cầu là: 30Hz÷15KHz nên tần số làm việc của BJT phải lớ n hơ n 16KHz. 5


Dải tần cho phép của 2SA1943 là: f β =

f T β

=

30 = 187,5( KHZ ) 160

Nên BJT 2SA1943có BW = ( 0 ÷ 187,5KHz) thoả mãn yêu cầu băng thông (30Hz ÷ 15KHz).

2.3. Tính chọn đ iện tr ở ở r r ẽ ẽ dòng dòng R3 , R4: * Chọn hfe1 = hfemin = 55 Dòng I B1Q = I B1 P =

I E 1Q 50mA = = 0,89(mA) (1 + h fe min ) 55 + 1

I E 1 P 3,92 = ≈ 0,07( A) = 70(mA) (1 + h fe1min ) 1 + 55

* Theo đặc tuyến vào của BJT 2SC5200 I C 1Q = 50(mA) = 0,05( A) → V B1 E 1Q = 0,6(V ) I C 1 P = 3,92( A) → V B1 E 1 P = 0,78(V ) Ta có R 3, R 4 là điện tr ở r ẽ dòng nhiệt: V ừa ổn định điểm làm việc t ĩ nh cho Q3, ở r ĩ nh Q4 vừa làm tăng tốc độ chuyển mạch cho Q1, Q2 trong miền tần số thấ p. Đối vớ i tín hiệu 1 chiều: R 3, R 4 cho đi qua dễ dàng, còn đối vớ i tín hiệu xoay chiều thì R 3, R 4 cho đi qua r ất ít để không bị tổn hao tín hiệu xoay chiều trên R 3, R 4. Do đó, chọn R 3, R 4 phải thoả mãn các điều kiện sau: ở kháng - Nhỏ hơ n tr ở kháng vào DC của Q1, Q2 để r ẽ dòng nhiệt, xả điện tích dư khi các transistor chuyển từ dẫn sang tắt. ở kháng - Lớ n hơ n tr ở kháng vào AC c ủa Q1, Q2 để giảm tổn thất tín hiệu. Ngh ĩ a là: Zin ACQ1 << R 3 = R 4 << Z inDCQ1 VR1P = R 1.IR1P = R 1.IE1P= 0,4.3,92 = 1,56 (V) VR1Q = R 1.IR1Q = R 1.IE1Q= 0,4.0,05 = 0,02 (V) ZinDCQ1 =

V B1 E 1Q + V R1Q 0,6 + 0,02 = = 0,696 (K Ω) = 696 (Ω) I B1Q 0,89

ZinACQ1 =

V B1 E 1 P + V R1 P − (V B1 E 1Q + V R1Q ) I B1 P − I B1Q

=

0,78 + 1,56 − (0,6 + 0,02) = 0,024( K Ω) = 24(Ω) 70 − 0,89

Điều kiện chọn R 3, R 3 là: ZinACQ1 << R 3 = R 4 << ZinDCQ1 → 24 (Ω) << R 3 = R 4 << 696 Ω Nên chọn R 3 = R 4 = 220

5


2.4. Tính chọn Q3 , Q4: Dòng t ĩ nh qua R 3: I R Q = ĩ nh 3

V B1 E 1Q + V R1Q 0,6 + 0,02 = = 2,81 (mA) R3 220

Dòng cực đại qua R 3: I R P = 3

V B1 E 1Q + V R1 P 0,78 + 1,56 = = 10,6 (mA) R3 220

Dòng t ĩ nh qua Q3: ĩ nh I E Q = I R Q + I B Q = 2,81 + 0,89 = 3,7 (mA) 3

3

1

Dòng cực đại qua Q3: I E P = I R P + I B P = 10,6+70 = 80,6 (mA) 3

3

1

Công suất tiêu tán của Q3 do tín hiệu xoay chiều tạo ra: P ttAC max

2 V CC = 2 (2.3) 4π RtQ3

*Vớ i RtQ = ( R3 // Z inACQ ) + (1 + h fe ) R L 3

1

1

220.24 = 21,6(Ω) 220 + 24 = 21,6 + (1 + 55)8 = 469,6(Ω)

R 3 // ZinACQ1 = Nên RtQ

3

Thay vào (2.3) ta có công su ất tiêu tán của Q3 do tín hiệu xoay chiều tạo ra: P ttAC max

80 2 = 2 = 0,345(W ) = 345(mW ) 4π .469,6

Công suất tiêu tán DC của Q3 : PttDC = VCE .I E Q 3

3

V cc V cc − = − I . R = 40 − 2,81.220 = 39,38(V ) V R Q 3 3 2 2 R3Q 3 Nên P ttDC = 29,39.3,66 = 107,57 (mW)

Vớ i V CE =

Do đó Ptt ∑ = P ttAC + P ttDC = 345 = 145,7 = 490,7 (mW) max

Chọn Q3, Q4 thoả điều kiện: IC > IE3P = 80,6 (mA) VCEo > Vcc = 80 (V) PC > Ptt ∑ , thườ ng ng chọn PC>2. Ptt ∑ = 2.490,7 = 981,4(mW) = 0,981(W) Sau khi tra cưu ta chọn đượ c đó là Chọn Q3 là, 2SC2344 Q4 là 2SA1011 Loại BJT

VCE 0

I C

PCmax (W)

hfe

f T ( MHz)

T j(oC)

2SC2344

160V

1,5A

25

60÷200

100

150

5


2SA 1011

160V

1,5A

25

60÷200

100

150

3. Tầng lái và mạch phân cự c nguồn dòng

3.1. Tính chọn các diode D1 , D2 , D3 và

VR 1

:

Vì các BJT Q 1, Q2, Q3, Q4 làm việc ở ch chế độ AB nên phải dùng các diode để phân cực cho các BJT chế độ dòng t ĩ nh I E Q = 50 (mA) thì điện áp VBE của các BJT Để Q1, Q2 làm việc ở ch ĩ nh 1

ĩ nh tổ hợ p ở ch chế độ t ĩ nh là: 0,6 (V). V B B = V B E Q + V B E Q + V R Q + V R Q + V E B Q + V E B Q 3 4

3 3

1 1

1

2

2 2

4 4

= 0,6 + 0,6 + 0,02 + 0,02 + 0,6 + 0,6 = 2,44 (V) Để đạt điện áp phân cực này, ngườ i ta có thể dùng 4 diode D1, D2, D3, D4. Mặt khác, để dòng qua nguồn dòng Q6 và các diode ít b ị ảnh hưở ng ng bở i dòng base của Q3, Q4 lúc tín hiệu lớ n. n. Nên chọn I CQ >> I B P 5

mà I B3 P =

3

I E 3 P 80,6 = = 1,31(mA) 1 + h f 3 min (1 + 60)

Để Q5 làm việc ổn định và ít gây méo ta ch ọn I CQ = (3 ÷ 10) I B P → chọn I CQ 5 = 10 I . B 3 P = 10.1,31 = 13,1(mA) 5

3

→ chọn các diode loại 1N914 Từ đặc tuyến của diode vớ i ID = 13,1(mA) → VD = 0,72 (V) Để thay đổi áp phân cực cho các BJT công su ất, ngườ i ta dùng VR 1

VR 1 thay

cho D4

= VB B − 3VD = 2,44 - 3.0,72 = 0,28 (V) 3

4

Vậy RVR1 =

V VR1 0,28 = = 21(Ω) , I CQ 5 13,1

Chọn VR1 là biến trở 100 100 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại cho thích hợ p

3.2. Tính chọn Q5: Q5 đượ c chọn làm việc ở chế độ A để lái các BJT công su ất tầng khuếch đại đẩy kéo. Tầng lái Q5 đượ c ghép tr ực tiế p vớ i tầng công suất, dòng t ĩ nh đượ c cấ p bở i nguồn ĩ nh dòng Q6 Do Q5 làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán đượ c tính ở chế độ t ĩ nh tức là ĩ nh công suất tiêu tán một chiều. Để Q5 làm nhiệm vụ khu k huếch đại điện áp tín hiệu cho tầng công suất thì Z L / Q phải 5

lớ n. n. 5


Tr ở kháng tải của Q5: ở kháng Z L / Q = h ie + (1 + h fe )(R 3 //( rbe + R 1 )) + (1 + h fe 5

3

3

vớ i hie = r be = β 3 3

3

1

3

)(1 + h fe1 )R L

V T 25 = 60. = 405,4 (Ω) I E 3Q 3,7

V 25 hie1 = r be1 = h fe1 . T = 55. = 27,5 (Ω) I E 1Q 50

⇒

Z L / Q5 = 405,4

+ (1 + 60)(220//(27,5 + 0,4)) + (1+60)(1+55).8

= 15,57 (K Ω) Do Q5 có tải lớ n nên dễ r ơ ơi vào vùng bão hoà gây méo tín hiệu nên phải có R 8 là điện tr ở ở hhồi tiế p để ổn định điểm làm việc. R 8 là điện tr ở ổ ở ổn định nhiệt cho Q5, R 8 càng lớ n thì ổn định nhiệt càng tốt nhưng tổn hao công suất DC của nó lớ n nên ảnh hưở ng ng đến nguồn cung cấ p.

→ Chọn V R = 1 ÷ 1 ⇒ V R8 = 80 = 2 (V) 10 40

8

40

I R8 = I CQ 5 = 13,1 (mA)

⇒ R 8 =

V R 8 2 = = 153(Ω) (Ω), chọn R 8 = 150 (Ω) → V R8 ≈ 2 (V) I R8 13,1

* Công suất tiêu tán DC trên Q5: PttDC = VCEQ .ICQ 5

V CEQ5 =

5

V cc − V R2Q − V EB / Q2 − V EB / Q 4 − V R8 2

= 40 - 0,02 - 0,6 - 0,6 - 2 = 36,78 (V) → PttDC = 36,78.13,1 = 481,81 (mW) Chọn Q5 thoả điều kiện ⎧V CE > V CC = 80(V ) ⎪ ⎨ I C > I CQ 5 = 13,1(mA) ⎪ P > P ⇒ P > 2 P . ttDC = 2.481,81 = 963,63(mW ) ≈ 0,963( W) ttDC ⎩ 0

Sau khi tra cư u ta chọn đượ c đó là Chọn Q5 là 2SD401A

Loại BJT

P(W)

2SD401A 25 → Chọn β = 150

VCE(V)

T(0C)

f T(MHz)

IC(A)

β

150

150

120

2

90÷400

3.3. Tính chọn nguồn dòng Q6 : 5


* Chọn

VR 2 , D4, D5

ở lớ n có tác dụng ổn định dòng điện cho Q5 và tăng tải cho Nguồn dòng có nội tr ở ở ngu ĩ nh Q5. Muốn nội tr ở nguồn dòng lớ n thì chọn Q6 là BJT có β lớ n và dòng t ĩ nh I CQ = I CQ = 13,1 (mA) 6

5

- Chọn 2 diode là loại 1N914 - Chọn ID = ID = ICQ = 13,1 (mA) → VD = 0,72 (V) 4

VVR 2

5

6

+ VEB / Q = 2VD → V VR2 = 2V D − V EB / Q6 = 2.0,72 - 0,6 = 0,84 (V) 6

0,84 = 0,064(mΩ) ≈ 64(Ω) . ⇒ VR2 = V R 2 = 13,1

Chọn VR2 là biến trở 220 220 (Ω) rồi hiệu chỉnh lại cho thích hợ p. p.

- Do Q6 làm việc ở ch chế độ A nên công suất tiêu tán chủ yếu là công suất 1 chiều. PttDC = VCE6 CE6. ICQ6 VCE6 = VCC - VVR2 - VBE/Q3- VBE/Q1 - VR1 =

VCC 2

VCC 2

- VBE/Q3 - VBE/Q1 - VVR2 -VR1Q

= 40 - 0,6 - 0,6 - 0,84 - 0,02 = 37,9 (V) → PttDC = VCE6.ICQ6 = 37,9. 13,1 = 497 (mW) → Chọn Q6 thoả điều kiện: ⎧V CE > V CC = 80(V ) ⎪ ⎨ I C > I CQ 5 = 13,1(mA) ⎪ P > P ⇒ P > 2 P . ttDC = 2.497 = 994(mW ) ≈ 0,994( W) ttDC ⎩ 0

Sau Loại BJT P(W) khi 2SB546 25 tra cư u ta chọn đượ c đó là

VCE(V) 150

IC(A) 2

→ Chọn Q6 là 2SB546

VR6 = VCC - (VD4 +VD5) = 80 - 2.0,72 = 78,56 (V) IR6 = 13,1(mA)

5

T(0C) 150

f T(MHz) 5.0

β 40÷200


→ R 6 = 78,56 = 6( K Ω) , 13,1

→ Chọn R 6 = 5,7 (k Ω).

4. Tính tầng vào ICQ5 = 13,1(mA) ch ọn hfe5 = 150

⇒ IBQ5 =

I CQ5 β

=

13,1 = 0,09(mA) 150

Chọn ICQ7 >> IBQ5 để không ảnh hưở ng ng đến VA và ổn định điểm làm việc cho Q5 → Chọn ICQ7 = 10.IBQ5 = 10.0,09 = 10,9(mA)

4.1. Tính R9 , R10 , R11: R 9 càng lớ n thì tác dụng hồi tiế p âm dòng một chiều càng lớ n, n, điểm làm việc của Q7 càng ổn định.

Điện áp 1 chiều VR9 đượ c chọn: VR9 = (

→ Chọn VR9=

1 10

VA =

1 VCC 10 2

IR9 = ICQ7 ⇒ R 9 =

1 2 ÷ ) VA 10 10

= 4(V)

4 = 4,44( K Ω) , 0,9

Chọn R 9 = 4,4(k Ω) → VR9 ≈ 4(V).

VR11 = VBE/Q5 + VR8 = 0,6 + 2 = 2,6 (V) IR11 ≈ 0,9(mA) V ⇒ R 1111 = R11 = 2,6 = 2,88(k Ω) I R11

0,9

Chọn R 11 11 = 4,4 (k Ω) → VR11 ≈ 4(V).

VR10 =

VCC 2

- VR9 - VCE/Q7 - VR11

* Để Q7 khuếch đại không bị méo và biên độ điện áp ra đủ lớ n → chọn Q7 hoạt động ở chế độ A, điểm t ĩ nh nằm giữa đườ ng ng tải động: ĩ nh V CC 80 = = 20 (V) 4 4 V R10 = 40 − 4 − 20 − 4 = 12(V )

⇒ VCE/Q7 =

5


R10 =

12 = 13,4( K Ω) 0,9

Chọn R 10 10 = 14,4 (k Ω) → VR10 ≈ 13(V) → VCE/Q7 = 19(V).

4.2. Tính Q7 :

Q7 làm việc ở ch chế độ A nên công suất tiêu tán là công suất tiêu tán một chiều. Nên ta có: P ttDC = V CEQ 7 I . CQ 7 = 19.0,9 = 17,1(mW ) * Chọn Q7 thoả điều kiện: VCC

VCE >

2

= 40 (V)

IC > ICQ7 = 0,9 (mA) P > PttDC , thườ ng ng chọn P > 2. PttDC= 2.117,1 = 34,2 (mW) Sau khi tra cư u ta chọn đượ c đó là Chọn Q7 là 2SA1015 Loại BJT 2SA1015

P(mW) 400

f T (MHz) 80

VCE (V) 50

IC (mA) 150

T(oC) 125

4.3. Tính R 12, 12, R 1133, R 1144: V E / Q 7 = V A − V R 9 = 40 − 4 = 36(V ) V R14 = V B / Q 7 = V E / Q 7 − V EB = 36 − 0,7 = 35,3(V ) I CQ 7 = 0,9(mA)

→ I BQ7 =

0,9 0,9 = = 3,75.10 −3 (mA) h fe7 240

* Chọn IR14=10.IBQ7 = 10.3,75.10-3 (mA) = 375.10-3 (mA) = 941 (K Ω). → R 1144= V R14 I = 35,3 R14

0,0375

→Chọn R 14 14 = 900 (k Ω). Ta có

Zin =

R13 R . 14 = 200 (K Ω) R13 + R14

→ 900 R13 − 200 R13 = 180000 ⇒ R13 = 180000 = 257,1( K Ω) 700

→ Chọn R 13 13 = 280 (k Ω). * VR12 = Vcc - VR13 - VR14 = 80 - (280 + 560).375.10 -3 = 35,75 (V) R 12 12 =

V R12 35,75 = = 953 (K ) I R12 = I R13 0,0375

5. Tính hệ số khuếch đại điện áp, trở kháng kháng vào 5

β 240


5.1. H ệ số khu khuế ch ch đại đ iện áp của Q5: B5

rbe5

rco5

rco6

ZinB3B4

* rbe5

rco5

R 8

r * be 5 = r be 5 + (1 + h fe 5 ).R 8 = r be be 5 + (1 + 150). 153

V T 25 = 150 ≈ 290(Ω) I CQ5 13,1 ⎛ h fe5 . R8 ⎞ 4 ⎟⎟ . Chọn r ce r co = r 250C. co 5 ce ce 5 ⎜⎜1 + ce 5 = 10 ở 25 ⎝ r be 5 + R8 ⎠ 150.153 4 (1 + ) = 52,80.10 4 ≈ 530( K Ω) r co = 10 co 5 290 + 153

Vớ i: i: r be be 5 = hfe 5

h fe6 .V R 2 ⎛ ⎞ 4 ⎟⎟ . Chọn r ce r co 250C. co 6 = r ce ce 6 ⎜⎜1 + ce 6 = 10 ở 25 ⎝ 2r d // R6 + r be6 + V R 2 ⎠ ⎛ V T ⎞ ⎜ β 6 . ⎟ = 150. 25 ≈ 286 (Ω) ; (r d = V T = 1,9Ω) Vớ i r be = be 6 ⎜ ⎟ 13,1 I D ⎝ I CQ 6 ⎠ ⎞ 150.64 4 ⎛ ⎟⎟ → r co co 6 = 10 ⎜⎜1 + K Ω + + 3 , 8 // 5 , 7 ( ) 286 64 ⎠ ⎝ 150.64 ⎞ ⎛ ≈ 104 ⎜1 + ⎟ = 281,3 (k Ω) + + 3 , 8 286 64 ⎝ ⎠ * ZinB3B4 = ZL/Q 5 =30,87(k Ω) → Zr/Q5 = ZinB3B4 // r co5 co5 // r co6 co6 ≈ 30,87 (k Ω). Vậy hệ số khuếch đại điện áp của Q5 Z r

Av5 = hfe 5 . β 5

∗

Q5

r be5

= 150.

30,87 = 190,5 24,15

5.2. H ệ số khu khuế ch ch đại đ iện áp của Q7 :

5

rco6

ZinB3B4

M ạch Khuế ch ch Đại OTL Ngõ Vào Đơ n B7

R 14 14

R13

rbe7

rce7

R 11 11 VR3

R 10

Z V/Q5

R 9

r be 7 = hfe 7 V T = 250. 25 = 6,94(k Ω) I CQ7

0,9 280.900 Zin = R 1133 // R 1144 = = 213,5 (k Ω) 280 + 900

* Khi chưa có hồi tiế p: ZinQ7 = (R 1133// R 1144 ) // r be 7 Vì (R 1133 // R 1144) >> r be 7 ⇒ ZinQ7 ≈ r be be 7 = 6,94 (k Ω) ZVQ5 = r be 5 + (1 + hfe 5 ).R 8 = 290+(156).153≈24,15 (k Ω) ⇒ (R 1111// ZvQ 5 ) + R 1100 = (4,4 // 24,15) + 14,4 ≈ 18,12 (k Ω) Vì r ce ce 7 >> 18,12 (k Ω) → ZrQ 7 = 18,12 (k Ω) * Hệ số khuếch đại của Q7 khi chưa có hồi tiế p: AV 7 = hfe 7 .

Z rQ 7 18,12 = 250. ≈ 653 Z inQ 7 6,94

* Hệ số khuếch đại điện áp của Q1, Q2, Q3, Q4 Do hai cặ p Q1, Q2 và Q3, Q4 mắc theo kiểu C - C → AVQ 1−3 = 1; AVQ 2−4 = 1 * Hệ số khuếch đại vòng hở toàn toàn mạch Av = AV 7 . AV 5 . AV 1−3 AV 2−4 = 653.190,5 = 12396. * Hệ số khuếch đại khi có hồi tiế p Avht =

V R3 V R3 + R9

* Hệ số khuếch đại của mạch AV V V 31 = L = LP = = 43,8 1 + Av . Avht V in 2V in 2 .0,5 V ⇒ Avht = 0,022 ⇒ R3 = 0,022 ⇒ V R3 = 0,022.V R3 + 0,022 R9 V R3 + R9

A’v =

5


→ VR 3 = 99 (Ω) 470 ( ),R ồi hiệu chỉnh lại cho thích hợ p. p. → chọn VR 3 là biến trở 470 * Tr ở kháng vào của mạch: ở kháng Khi chưa có hồi tiế p, tr ở kháng vào của mạch chính là tr ở kháng vào của Q7: ở kháng ở kháng Zv = R 1133 // R 1144 // r be 7 vì R 1133 // R 1144 >> r be 7 ⇒ Zv ≈ r be 7 ở kháng Khi có hồi tiế p, tr ở kháng vào tăng (1 + K.K htht ) lần → Z’v = r be be 7 (1 + K.K ht ht) vớ i K ht ht =

V R3 99 = = 0,022 V R3 + R9 99 + 4400

→ Z’v = 6,94 (1 + 2736,71) = 18,99(M Ω) >> r be 7

6. Mạch bảo vệ quá tải

ườ ng 6.1. Tr ườ ng hợ p quá t ải: M ạch quá t ải khi V inin > 500(mV) → VLP > 31 (V) * Tr ườ ng hợ p quá tải lớ n nhất khi Q1, Q2 xấ p x ĩ d dẫn bão hoà ườ ng V 80 → VA = VLP = CC = = 40 (V) 2

2

Dòng đỉnh qua tải: I’LP =

V LP 40 = = 5 (A) R L 8

Công suất loa: 2 2 2 2 V V 40 I LP LP PL = I R L = R L LP = R L. 2 = = = 100 (W) 2 R 2 . 8 2 R 2 L L 2 L

Công suất nguồn cung cấ p: PCC = VCC .Itb = 60.

I '2 LP π

5 = 80. = 127,3 (W). π

ở R Công suất tiêu tán trên điện tr ở R 1, R 2 2 I ' LP 52 PR1 = PR2 = R 2. =0,4 =1,25 (W) 8 8

* Do R 1, R 2 là 0,4 Ω/3W → R 1, R 2 không bị đánh thủng. * Công suất tiêu tán trên BJT Q1,Q2 : 2PC = PCC - PR1 - PR2 - PL = 127,3-2.1,25-100 = 24,8 (W)

→ PC = 24,8 =12,4(W) < 150(W) 2

ng. → Q1,Q2 hoạt động bình thườ ng.

6.2. Tr ườ ng hợ p ng ắ ườ ng ắn mạch t ải:

Khi ngắn mạch tải: R 1, R 2 là tải của mạch. Tr ườ ng hợ p nặng nhất là khi máy đang làm việc bình thườ ng ng thì ngắn mạch tải, ườ ng áp xoay chiều cực đại lần lượ t đặt lên R 1, R 2. Dòng qua R 1, R 2 là: 5


IR1 = IR2 =

V LP 31 = = 38,75 (A) 2 R1 2.0,4

* Công suất tiêu tán trên R 1, R 2 PR1 = PR2 = I2R1.R 1 = (38,75)2.0,4 = 600,62 (W) * Công suất do nguồn cung cấ p: PCC = VCC.Itb = VCC.

I LP π

=

V CC V LP 80.31 ≈ 1975 (W) . = π R1 π .0,4

* Công suất trên BJT Q1 P − P − P 1975 − 600,62.2 PC = CC R1 R 2 = =386,88(W) > 150(W) 2

2

→ Các BJT Q 1 và Q2 sẽ bị đánh thủng. → PR1 = PR2 = 600,62 (W) → R 1, R 2 cũng bị đánh thủng.

6.3. Tính mạch bảo vệ Q8 , Q9:

Bình thườ ng, ng, mạch bảo vệ Q8, Q9 ngắt khi mạch khuếch đại công suất làm việc, không ảnh hưở ng ng đến hoạt động của mạch. Khi ngắn mạch, dòng qua R 1, R 2 tăng làm Q8, Q9 dẫn, dòng ICQ8, ICQ9 tăng → IB3, IB4 giảm,

Dòng đỉnh qua Q1, Q2 là 3,92(A) → chọn dòng để mạch bảo vệ hoạt động: I'E1P = 3,92 + 10%.3,92 I'E1P = 4,31 (A) → V'R1 = R 1.I'E1P = 0,4.4,31 = 1,72 (V) * Chọn ICQ8 = ICQ9 = 1mA VCE8 = VBE3 + VBE1 + V’R1 = 0,6 +0,6 +1.72 = 2,92 (V) PttDC = VCE8.IC8 = 2,92.1 = 2,92 (mW) * Chọn Q8, Q9 thoả: V CE > 2.V CE 8 = 2.2,92(V ) = 5,84(V ) I C > I CQ8 = 1(mA) P > P ttDC ⇒ P > 2 P . ttDC = 2.2,92 = 5,84(mW ) Sau khi tra cư u ta chọn đượ c đó là Chọn Q8:2SC458,Q 9:2SA1029 Tên Loại BJT P(mW) f T(MHz) T(oC) VCE(V) IC(mA) β Q8 2SC458 200 230 150 30 100 100÷500 Q9 2SA1029 200 230 150 30 100 100÷500 IBQ8 =

I CQ8 β min

=

1 100

= 0,01 (mA).

* Chọn IR15 >> IBQ8 → IR15 = 15.IBQ8 = 15.0,01= 0,15 (mA) * Ở chế độ làm việc bình thườ ng ng VLP = 31(V); VR1P = 1,55(V) * Để Q8, Q9 ngắt mạch đượ c tốt→ Chọn VBEQ8 = VBEQ9 = 0,4 (V) R 1155 + R 1177 = VR1P/IR15 = 1,55/0,15 = 10,3 (k Ω). R 1177 = VBEQ8/IR15 = 0,4/0,15 = 2,67 (k Ω), chọn R 1177 = 2,7 (k Ω). 5


→ R 1155 = 10,3 - 2,7 = 7,6 (k Ω) Chọn R 15 15 = 7,6 (k ). • Chọn R 1155= R 1166 = 4,3 (k Ω); • R 1177= R 1188 = 2,7 (k Ω) Q8, Q9 dẫn bão hoà khi VBE8 = VBE9 = 0,7 (V) V ( R + R ) 0,7.(2,67 + 7,6) VR1P = BE 8 15 17 = = 2,69 (V) R17 IR1= V R1 P = 2,69 = 6,72( A) R1 0,4

2,67

→ Khi dòng tăng lên 6,72 (A) thì mạch bảo vệ làm việc.

7. Tính các tụ - Tụ C1 là tụ liên lạc vớ i ngõ vào. Để tín hiệu không bị giữ lại trên tụ 1 1 . in = .213,5 = 10,67( K Ω) → Chọn Xc1 = Z 20

20

Do tần số âm thanh mà nó cho qua là 30Hz ÷ 15kHz nên t ần số cắt của lọc phải nhỏ hơ n 30Hz. → Chọn tần số cắt của lọc là 30Hz X C 1 =

1 1 1 = 10,67.103 (Ω) ⇒ C 1 = = = 0,49.10 −6 ( F ) = 0,5(μ F ) 3 2π f C 1 2π fX C 1 2π .30.10,67.10

→ Chọn C1 = 0,5 F. - Tụ C2 và R 1122 tạo thành mạch lọc nguồn, khử ghép kí sinh giữa tầng ra, tầng lái và tầng vào đơ n, n, ổn định chế độ làm việc của mạch, chống dao động tự kích. 1 1 .953( K Ω) = 95,3( K Ω) . 10 10 1 1 Xc2 = ⇒ C 2 = = 0,056( μ F ) 2π f C 2 2π .30.95,3.103

Chọn Xc2 = R12 =

→ Chọn C2 = 0,1 (μF). -Tụ C3 cắt thành phần AC cho cầu hồi tiế p VR 3, R 9. Chọn C3 sao cho tỉ số hồi tiế p chỉ phụ thuộc vào VR 3, R 9 và sụt áp AC trên C 3 nhỏ hơ n nhiều so vớ i VR 3. 1 1 V R3 = .99 = 9,9(Ω) 10 10 1 1 1 * XC3= ⇒ C 3 = = = 5,35.10 −4 ( F ) = 536(mF ) 2π f C 3 2π fX C 3 2π .30.9,9

* Chọn XC3=

* Chọn C3 = 510(μF). - Tụ CL là tụ liên lạc. Để tín hiệu không bị giữ lại trên CL ở t tần số thấ p

5


1 4

1 4

→ Chọn XCL= R = .8 = 2(Ω) XCL=

L

1 1 1 → C L = = = 2,65.10 −3 ( F ) 2π f .C L 2π f . X CL 2π .30.2

* Chọn CL=2600(μF).

8. Mạch cân bằng trở kháng kháng loa Loa có cấu tạo là một cuộn dây đồng mảnh nên tr ở kháng loa là Z L=R L+jωL ở kháng ở kháng ở kháng Tr ở kháng loa phụ thuộc tần số. Ở tần số cao, tr ở kháng loa lớ n nên dể phát sinh dao động. Để khắc phục, ta mắc thêm mạch Zobel gồm R 2200 và C4 song song vớ i loa. Thành phần tín hiệu có tần số cao sẽ thoát qua tụ C4 xuống mass. Ở tần số cao, XL tăng nhưng XC4 giảm nên R L không đổi. ZL= (R 2200+

1 jωC 4

(R 20

+

= R 20 +

) // (R L+jωL) 1 jωC 4 1 jωC 4

)(R L

+ jωL )

R 20 R L

+ jωL.R 20 +

=

+ R L + jωL

R 20 + R L

+

R L jωC 4 1

jωC 4

+

L C4

+ jωL

Để ZL không phụ thuộc vào tần số → ZL= R L. L. R L L R ⇒ R 2200.R L+jωL.R 20 20 + + = R20 . R L + R L2 + L + jω L R . L jω c4

L

⇒

C4

= R L2 → C4 =

C 4

jω c4

L R L2

jωL. R 2200 =jωL.R L ⇒ R 2200 = R L = 8

ỡ ≈ 0,1 μH. Vì L của loa thườ ng ng r ất nhỏ, cỡ ≈ −6 0 , 1 . 10 ⇒ C4 = = 1,56.10 −9 ( F ). Chọn C4 = 1,3 (nF). 64

Ở tần số cao, tụ ngắn mạch, công suất trên R 2200 lớ n nhưng không cần công suất chịu đựng của R 2200 lớ n vì nếu có thì đó cũng là những xung hẹ p, bên độ nhỏ. Do ở t tần số cao, tụ ngắn mạch, nên ngườ i ta thườ ng ng chọn R 2200 lớ n hơ n R L một ít kháng tải không đổi, chọn R 2200 = 8,4 (Ω). ở kháng → tr ở

9. Kiểm tra độ méo phi tuyến Trong mạch các BJT làm vi ệc ở ch chế độ A, chỉ có Q1, Q2 làm việc ở ch chế độ AB nên méo phi tuyến trong mạch chủ yếu do Q1, Q2 quyết định. Khi tín hiệu vào hình sin và Vin= 500(mV). Lúc này áp đặt lên tiế p giáp BE c ủa Q1:

vBE1(t) = VBE1Q + VBE1m .Sim ωt 5


Vớ i VBE1Q = 0,4 (V) VBE1m= VBE1P - VBE1Q = 0,8 - 0,4 = 0,4 (V) v BE V T

Dòng IC của Q1, Q2: IC = ICo. e ICO là dòng rò Khai triển biểu thức IC dướ i dạng chuổi Taylor: x 2 x 3 e = 1 + + + ..... 2! 3! 2 2 V BE 1Q V BE 1m sin ω t V BE 1m sin ω t ⇒ I C = I Co . (1 + + + ....) V T V T 2.V T 2 x

Do méo phi tuyến chủ yếu là do các thành phần hài bậc hai gây ra. Lo ại bỏ các 1 − cos 2 t hài bậc cao và thay sim 2ωt = 2 2 2 V B E 1m sin t V BE V BE 1Q V BE 1m 1m . cos 2ω t → I C = I Co . + − (1 + ) V T V T 4V T 2 4V T 2

Theo định ngh ĩ a méo phi tuyến m

γ =

∑ I

2 im

i =1

I 1m

trong đó: I1m: thành phần dòng cơ b bản

Iim: là các thành ph ần hài * Méo phi tuyến chủ yếu do thành phần hài bậc hai gây ra. 2 V V BE V I 2 m → γ = I = 1m 2 . T = BE 1m 4V T V BE 1m 4.V T 1m /

* Khi chưa có hồi tiế p: γ = γ ′ =

V BÉm 0,4 = =4 4V T 4.25.10 −3

* Khi có hồi tiế p: γ =

γ /

(1 + g . R L ) K

:

Trong đó: K độ sâu hồi tiế p. AV 124396 = ≈ 2808 AV ′ 44,3 I h h fe1 g = fe1 = = E 1Q r be1 h V T V T fe1 I E 1Q 50 4 ⇒ g = = 2 ⇒ γ = = 0,075 0 0 < 0,30% 25 (1 + 2.8).2808 K = (1 + AV . Aht ) =

→ thoả mản yêu cầu thiết k ế.

5


10. Tính toán b ộ tản nhiệt cho các BJT công suất Khi chuyển thành công có ích, một phần công suất sẽ làm nóng các BJT công suất. Nếu nhiệt độ tăng lên quá nhiệt độ cho phép thì các BJT d ễ bị hỏng. ườ ng Giả sử nhiệt độ môi tr ườ ng xung quanh (bình thườ ng ng ở loa) loa) là 500C T j max − T mt 1500 C − 50o C Nhiệt độ toàn phần: K= = = 4oC/W. P tt ΣQ1 25( W)

Ptt∑Q1 = 21,29(W) → Lấy P∑ = 25 (W) Nhiệt tr ở ở K K khi có cánh t ản nhiệt K = K cm cm + K vc vc + K tv tv K cm ng ở t từ cánh đến môi tr ườ ườ ng cm : nhiệt tr ở K vc ở ttừ vỏ đến cánh vc: nhiệt tr ở K tvtv: nhiệt tr ở ở t từ tiế p giáp đến vỏ. K tv =

150 0 c =1 w 150

Chọn miếng đệm bằng mica dày 0,4 mm.có k vc vc=2°c ⁄ w

Ptt=

T tg − T mt T − T 150 − 50 ⇒ K cm = tg mt − K tv − K vc = − 2 − 1 = 10 c w K tv + K vc + K cm P tt 25

Chọn cánh tản nhiệt có hình vuông có diện tích cánh tản nhiệt như sau S=

1000 = 1000cm 2 1

Ta nhận thấy diện tích bị k ồng k ềnh vì vậy ta phải dùng cánh tản nhiệt gồm nhiều cánh

đượ c xác định như sau. Ttb=Ptt.K cm cm=25.1=25°c Dựa vào đặc tuyến K cm cm và L ta xác định như sau 0C W

K cm = 1

⇒ L = 130mm

Số cánh n

n=

130 + 0,4 130 + 0,15.25 = 14,81 20

Vậy ta chọn phiến tản nhiệt có n =15 cánh 5


L =130mm

5

Do an KTMDT(Dung de Tham Khao Cach Lam)

Recommend Documents