Đồ án Điện tử cho CNTT
Mạch khuếch đại công suất tần số thấp 1
Đồ án môn học
Môn Điện Tử cho Công Nghệ Thông Tin
Đề bài :
Thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại công suất (KĐCS ) tần số thấp với
các chỉ tiêu kỹ thuật :
- Công suất cực đại trên tải : P=2W100W . Chọn P=90 W
- Tải ngoài Rt =3,216 . Chọn Rt=10
- Giải thông tần của tín hiệu cần khuếch đại: 20Hz20.000Hz
- Nguồn tín hiệu vào có : Ev=0.1V, Ri=1k
- Hệ số méo phi tuyến nhỏ (<1%),hệ số méo tần số tại tần số 20Hz
M(20Hz) 2 =1.4
- Các chỉ tiêu khác tuỳ chọn .

Thiết kế :

B-ớc 1 : Phân tích và lựa chọn ph-ơng án :
Do yêu cầu thiết kế ,mạch có công suất lớn nên trong mạch phải có một
tầng khuếch đại công suất .
Với dải thông tần rộng từ 2020000Hz và hệ số méo phi tuyến nhỏ (<1%)
ta nên dùng mạch KĐCS đẩy kéo nối tiếp ,dùng nguồn cấp đối xứng ; nh-ng khi
đó hệ số khuếch đạisẽ không cao vì trong mạch có sử dụng hồi tiếp âm ,vì thế để
đạt đ-ợc công suất lớn thì cần phải có thêm khâu khuếch đại điện áp (KĐĐA)
tr-ớc khi cho vào mạch KĐCS .
B-ớc 2 : Xây dựng mô hình :
Vì tầng KĐCS ta sử dụng mạch KĐCS đẩy kéo nối tiếp nên trong mạch có
ít nhất 1 Tranzitor mắc theo sơ đồ lặp Emitơ ,do đó mạch này có hệ số KĐ điện áp

=0 và hệ số méo tần số M1(20Hz) < 1.4 .
Tầng KĐCS đại đ-ợc chọn có
2
<1% là tầng KĐCS đại có chất l-ợng cao,
do đó ta chọn mạch KĐCS đại theo kiểu đẩy kéo nối tiếp nguồn đối xứng. Có
Uv2=Ur1=2V,hệ số méo tần số M2(20Hz)=1.
Để dải thông tần rộng, và méo M(20Hz) nhỏ, ta cần ghép tầng với càng ít tụ
càng tốt.
B-ớc 4 : Phân tích , thiết kế và tính toán :
I. Khâu KĐCS :
1.Phân tích :
Ta chọn khâu KĐCS gồm một tầng khuếch đại vi sai và một tầng Khuếch
đại đẩy kéo mắc theo sơ đồ Darlinton có bù nhiệt bằng Diode . Sơ đồ nguyên lý
nh- sau :

KĐĐA KĐCS
300
1.0
30
42,4210.90.22max
)(3
10
30
3010.90.maxmax
2




Uv

o

phải đ-ợc chọn trong khoảng (520)mA ; Các điện trở R1,R2 là các điện trở bảo
vệ quá dòng ,nh-ng các điện trở này làm giảm thiểu công suất ,vì vậy chúng phải
đ-ợc chọn để công suất giảm không quá 5% ,do đó phải chọn
R1=R20.05Rt=0.05x10=0.5().
Các điện trở R12,R13 là các điện trở phân áp để lấy một phần điện áp ra hồi
tiếp về tầng KĐ vi sai .
Đồ án Điện tử cho CNTT
Mạch khuếch đại công suất tần số thấp 4
Tầng KĐ vi sai đ-ợc mắc theo sơ đồ có g-ơng dòng điện, Q7 đ-ợc mắc
thành diode thực hiện chức năng tải động của tầng , nhờ vậy ta có hệ số KĐ vi sai
K
vs
lớn hơn .
Q11 đ-ợc mắc để tạo ra dòng ổn định cung cấp dòng I
E
cho tầng KĐ vi sai
làm việc . Tín hiệu ra ở tầng KĐ vi sai đ-ợc lấy trên colector của Q9 ,và đ-ợc kích
thích qua Q5 tr-ớc khi đ-a vào tầng KĐCS cuối cùng .
Các Tranzitor Q10 và Q11 đ-ợc mắc theo sơ đồ Emitơ chung và đ-ợc phân
cực bằng dòng cố định nhờ diode Zener D
z
. Dz đ-ợc chọn có trị số càng nhỏ càng
tốt ,trong khoảng (25)V .
2. Tính toán chi tiết :
a. Nguồn cung cấp : Ecc đ-ợc chọn sao cho Uramax=(0.40.8)Ecc.

QQIc


Vậy Q2, Q4 đ-ợc chọn với các thông số nh- sau: Ucmax=150V
Icmax =0,5 A.

2
=
4
=100.
fgh=1000KHz.
Q5 chọn sao cho Icmax>Icmax(Q2)/
2
=0.5(A)/100=5 mA. Vậy chọn Q5
có Icmax=10mA,
5
=50 .
Q6Q11 chọn là các tranzitor nhỏ có o=100 và Ucmax=150V.
Các Tranzitor có U
BE
=0.7V; Các Diode chọn là Diode silic có U
D
=0.7V
Đồ án Điện tử cho CNTT
Mạch khuếch đại công suất tần số thấp 5

c. Tính toán các chế độ phân cực :


Ta có Ira
(Q5)
=

Do đó ,

chọn I
1
= 3mA
Khi đó tính đ-ợc
)(433
10.3
3.1
10.3
7.02
1
U-Uz
8
33
BE(Q10)




I
R

Để xác định R7 ,ta chọn dòng qua Dz càng nhỏ càng tốt ,trong khoảng
(25)mA . Ta chọn : I

7.02
2
U-Uz
10
33
BE(Q11)




k
I
R

R11 đ-ợc chọn bằng tải của tầng tr-ớc để chống trôi nhiệt ,chọn càng bé
càng tốt ,trong khoảng (111)k ,ta chọn R11=1k.
Xác định R12,R13 :
Các Tranzitor Q1Q4 mắc theo sơ đồ Emitơ nên
Ku
cs
=Ku(Q1,Q2,Q3,Q4)=1.
Q6,Q7 đ-ợc mắc theo g-ơng dòng điện ,t-ơng đ-ơng một điện trở rất nhỏ
nên Ku
vi sai
tăng lên đáng kể ,khoảng vài chục lần .
Q5 có 5=50 do đó Ku
Q5
khoảng vài trăm lần .
)(5.1
10020

phKu

Mặt khác
1312
13
RR
R
B


. R12 đ-ợc chọn trong khoảng (3.310)k ,ta chọn
R12=10k ,tính đ-ợc R13=714 .
II. Khâu KĐĐA :
Đối với khâu KĐĐA ,ta dùng mạch KĐ đảo ,mắc theo sơ đồ nh- sau :

Sơ đồ nguyên lý khâu KĐĐA
Nguồn vào có Uv=0.1V,tần số chọn bằng 1kHz, điện trở trong Ri=1k .
Trong đó R
0
đ-ợc chọn sao cho R
0
<10k ,(2.25.6)k .Ta chọn
R
0
=3,5k ,khi đó do mạch mắc theo sơ đồ khuếch đại đảo nên ta có :
Do đó để Ku=20 ,thì R
ht
=20x(Ri+R
0
)=90(k);

0.3W ,có thể chấp nhận đ-ợc .
Các giá trị của điện thế và dòng điện khác có thể đo trực tiếp trên
mạch ,nhận thấy cúng khá chính xác với tính toán và chọn trong phần phân tích
trên .
Tuy nhiên trong thực tế ,các giá trị điện trở và các linh kiện bán dẫn có các
thông số phụ thuộc vào nhiệt độ phức tạp hơn nên trong mạch thực tế cần phải có
biện pháp khắc phục để có đ-ợc kết quả ổn định .

§å ¸n §iÖn tö cho CNTT
M¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt tÇn sè thÊp 8
S¬ ®å nguyªn lý cña tÇng KhuÕch ®¹i c«ng suÊt tÊn sè thÊp ,c«ng suÊt 100 W D¹ng sãng ra vµ sãng vµo trªn OscilloScope
Chó thÝch : ®-êng mµu xanh lµ d¹ng sãng vµo ,®-êng mµu ®á lµ d¹ng sãng ra .

Đồ án Điện tử cho CNTT
Mạch khuếch đại công suất tần số thấp 9

Sơ đồ chi tiết mạch Khuếch đại Công suất tần số thấp .

Một số chú ý :
Trong mạch có tạo một số th- viện riêng cho mạch này ,trong đó cơ bản là thay đổi điện
áp U