ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Trƣờng ĐH Bách Khoa TP HCM
Khoa Điện –Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

Đề tài: Thiết kế mạch khuếch đại

công suất âm tần
GVHD: Thầy ĐINH QUỐC HÙNG
SVTH: PHẠM DUY THÀNH

40602230

VŨ PHƢƠNG THẢO

40602267

LỚP :

DD06DV03

TP HCM ngày 20/12/2009

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

1


GVHD:Đinh Quốc Hùng

MỤC LỤC:
I/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1/ Khảo sát mạch khuếch đại công suất lớp B……………………………………..4
2/ Các dạng mạch của mạch công suất lớp B………………………………………6
-

Mạch công suất push-pull liên lạc bằng biến thế…………………………..6

-

Mạch công suất kiểu đối xứng- bù………………………………………….7

3/ Một số mạch khuếch đại công suất âm tần……………………………………..9
-

Mạch OTL

-

Mạch OCL

-

Mạch BTL

II/ TÍNH TOÁN:
1/ Tầng khuếch đại công suất……………………………………………………….10
2/ Tầng tiền khuếch đại……………………………………………………………..13


4


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Dùng nguồn đôi

Dùng nguồn đơn

Công suất ra:
Công suất ra lấy trên tải RL có thể đƣợc tính:
Po(ac)=
Tính theo điện thế dỉnh đỉnh :
Po(ac)=
Hiệu suất:


Vì VL(p)= Vcc, nên hiệu suất tối đa:
Công suất tiêu tán trên 2 transistor công suất:

Pc= Pi(ac)- P0(ac)

Vậy công suất tiêu tán trên mỗi con TST công suất: PC1 =PC2= PC /2
Công suất ra sẽ tối đa khi Vcc= VL, khi đó :
Po(ac)max=

Và dòng đỉnh là: ILmax=



ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy đƣợc trên tải không đƣợc trọn vẹn nhƣ trên mà bị biến dạng.
Lý do là khi bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện ngay mà phải chờ khi biên độ vƣợt qua
điện thế ngƣỡng VBE. Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm (cross-over). Ðể khắc phục,
ngƣời ta phân cực VB dƣơng một chút (thí dụ ở transistor NPN) để transistor có thể dẫn điện tốt ngay
khi có tín hiệu áp vào chân B. Cách phân cực này gọi là phân cực loại AB. Chú ý là trong cách
phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất không đáng kể khi chƣa có tín hiệu
Ngoài ra, do hoạt động với dòng IC lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên. Khi nhiệt độ
tăng, điện thế ngƣỡng VBE giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng IC càng lớn hơn, hiện tƣợng
này chồng chất dẫn đến hƣ hỏng transistor. Ðể khắc phục, ngoài việc phải giải nhiệt đầy đủ cho
transistor, ngƣời ta mắc thêm một điện trở nhỏ (thƣờng là vài Ω) ở hai chân E của transistor công
suất xuống mass.Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, IC tăng tức IE làm VE tăng dẫn đến
VBE giảm. Kết quả là transistor dẫn yếu trở lại.
2.2/ Mạch công suất kiểu đối xứng - bù:
Mạch chỉ có một tín hiệu ở ngõ vào nên phải dùng hai transistor công suất khác
loại: một NPN và một PNP. Khi tín hiệu áp vào cực nền của hai transistor, bán kỳ dƣơng làm cho
transistor NPN dẫn điện, bán kỳ âm làm cho transistor PNP dẫn điện. Tín hiệu nhận đƣợc trên tải là
cả chu kỳ.

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

7


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng
Ƣu và khuyết điểm của mạch OTL:
 Ƣu: tiết kiệm do chỉ sử dụng 1 nguồn đơn
 Khuyết: - Méo tần số thấp do tụ Cc gây ra ( do gia trị của tụ ko tiến tới

)

Méo phi tuyến lớn, do 2 TST ko phải lúc nào cũng đối xứng, cũng bằng
Vcc/2
Băng thông bị co hẹp do ảnh hƣởng của tụ Cc
Mạch khuếch đại OCL:
-

Mạch khuếch đại OCL khắc phục đƣợc các ƣu điểm của mạch khuếch đại công suất OTL
Mạch khuếch đại BTL: bộ khuếch đại công suất âm tần lớn, tạo thành bằng cách mắc cầu các
bộ khuếch đại công suất âm tần lớp B: OTL hay OCL

Phần II: Tính toán
1/Tầng khuếch đại công suất:
Công suất ngõ ra là 15W
PLmax =

Với công thức tính trên đã bỏ qua ảnh hƣởng của điện trở R13 (sụt áp trên R13)
Do có sụt áp trên đƣờng dây  xem hệ số sử dụng điện áp của nguồn là 0,9.

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

10



2Pcmax

= 8.207


Pcmax =4,103 W
Hệ số phẩm chất của transistor:
=

=0,273

Thƣờng khi chọn transistor ta chọn TST có :
Từ đó, ta chọn công suất TST bổ phụ TIP41( NPN) và TIP42(PNP), dùng làm transistor công suất ở tầng
công suất

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

11


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Theo datasheet, TIP41 và TIP41 có các thông số sau:

Tính R13, R14
Để R13, R14 ít ảnh hƣởng đến hiệu suất của mạch cần chọn R13, R14 có giá trị rất nhỏ so với RL
Chọn R13= R14= 0,1Ω
Công suất tiêu tán trung bình trên trở R13( R14) phải chịu


GVHD:Đinh Quốc Hùng

=

+50mA = 0,76A



Ib6= Ib8 =

=0,015A= 15,1mA

Chọn dòng phân cực DC cho Q5 và Q7 là ICQ5= ICQ7= 20mA
Ta có:


R11.( 20- Ib6) = VBE +R13.( 50mA+

)

R11.( 20- 15,1) = 0,5 + 0,1.( 50mA+

)


R11= 115,5Ω
Nhƣ vậy, chọn R11 =R12= 120Ω
IC5(peak) =π.(
– ICQ5 ) + ICQ5 π.

IBQ5 = IBQ7=

= 0,27mA


IBQ(peak) = . 0,27 =0,86mA
Chọn ICQ6 =6mA

4 diode: chọn D1N4148 có các thông số

4 diode này, ngoài công dụng ổn định điện thế phân cực
cho cặp TST công suất, còn có nhiệm vụ làm đƣờng cấptín
hiệu cho Q5 và Q7

R8, R9 có tác dụng tạo dòng phân cực dc cho
các TST, diode
( Dòng ICQ4 không quá lớn => tổn hao công suất
Và không quá nhỏ => đủ phân cực DC => tránh
méo nhiễu )
Ta có: VCEQ4= 2Vcc – ICQ4.( R8+ R9 + R10)
= 2Vcc –ICQ4. RDC
Với RDC = R8+ R9 + R10
Rac = R8+ R9
Xét ở điều kiện Maxswing, VCEQ4 =Vcc
Để giảm tổn thất dòng tín hiệu ra loa, chọn R8
RL
Chọn R8 =510
Vì Vc =0 ( khi mạch cân bằng)
R8+ R9 =
=

ICQ4= 6mA

Theo datasheet của Q2SC1815 thì ta chọn: hfe= 200

I BQ 4 

I CQ4
h fe

  rất nhỏ

Chọn ICQ1 = ICQ2 = 2 mA
 ICQ3 = 2 ICQ1 = 2mA
Chọn Diode Zener có Vz= 3,1V

VRv 2 

Vz  VEB 3 3,1  0,7

 1.2k
I CQ3
2

Vì Iz>> IBQ3.Chọn Iz = 5 mA.
Khi đó Diode Zener thỏa yêu cầu đã nêu : chọn D1N4684
R5 có tác dụng phân áp VCC, tạo phân cực DC cho Q3 :
Chọn R5 = 1.2k
=> R4 

VCC  I CQ3 xR5  VZ

mx25 xh fe
I CQ



1,4 x25 x 200
 7k
1

VR2=VBE4+ICQ4 x R10= ICQ1 x R2

 0,6 + 6x270 = 1 x R2
 R2 = 2.22k
Chọn

R2=2.2k

Để mạch vi sai triệt nhiễu tốt,ta phân cực cho Q1 và Q2 giống nhau :
ICQ1= ICQ2
VCEQ1= VCEQ2
Ta chọn R2= R3=2.2k
Độ lợi yêu cầu :
Af = 150÷300 (với Vi=100mV)
Mà Av 

R6
 150
R7

Chọn R6=R7=220k (cân bằng DC cho Q1 và Q2)

R2
1

x
x  ( R8  R9 ) xh fe1 x
xh fe 4 x
 4658
vi ib 4 ib1 vi
R2  hie 4
hie1  hie 4  R6 // R7

I CQ4



1,4 x 25 x 200
 1.2k
6

v L v L ib 4 ib1
R2
1
1

x
x
 ( R8  R9 ) xh fe1 x
xh fe 4 x
x
v f ib 4 ib1 v f


GVHD:Đinh Quốc Hùng

1
2 . f .( R10 //( hie 4  R2 ))



C7 



C7= 498

.

Chọn giá trị của tụ C7= 470
Tụ C4 : Tụ C7 có tác dụng ngăn DC, ở AC, nó phải có giá trị sao cho khi hoat động trong dải
thông từ 20hz đến 20KHz, độ lợi giảm không quá 3dB, nghĩa là :

>
 Zc4

22


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Băng thông của mạch :

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

23


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng

Kiểm tra chế độ AC của tầng vi sai: Dạng sóng ngõ ra trên Q1
f=1 kHz

SVTH: Phạm Duy Thành – Vũ Phương Thảo

24


ĐAMH1

GVHD:Đinh Quốc Hùng