Mạch khuếch đại công suất OTL ngõ vào đơn(Có mô phỏng)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ 1
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH
KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT OTL
GIẢNG VIÊN

:

LỚP HỌC PHẦN

:

SINH VIÊN THỰC HIỆN :

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2023


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
….
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………….
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………….…………………………………
……………………….


ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN
1. Thông tin đề tài:
- Tên mạch: Mạch khuếch đại cơng suất OTL
- Cấu hình và thơng số mạch:

KIỂU MẠCH
Mạch OTL

TẦNG ĐẦU VÀO
Ngõ vào đơn

THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Trở kháng đầu vào 15kΩ, trở kháng
ra 8Ω, công suất tải 30w, băngΩ, công suất tải 30w, băng
thông 20Hz-20kHz

2. Kế
Tuầ
n
1

2

3-10

1114

15

Nội dung thực hiện

Nhiệm vụ từng thành viên

Phần 1: XÉT DUYỆT ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu chung về học phần

1.2 Phạm vi thực hiện và giới hạn của đề tài
1.3 Trình tự thực hiện một đề tài
1.4 Danh sách các đề tài
1.5 Cách trình bày một báo cáo đồ án mơn học
Phần 2: SOẠN ĐỀ CƯƠNG
2.1 Lý do phải có đề cương
2.2 Hướng dẫn cách viết đề cương
2.3 Phân tích đề cương mẫu

Sv:1

Phần 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, MƠ
PHỎNG
3.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối
3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch
3.3 Phân tích tác dụng các linh kiện và nguyên
lý hoạt động của mạch.
3.4 Tính tốn, chọn lựa các linh kiện cho từng
khối
3.5 Cài đặt và tìm hiểu phần mềm mơ phỏng
3.6 Mô phỏng và điều chỉnh các thông số
Phần 4: THI CÔNG MẠCH
4.1 Vẽ mạch in
4.2 Hàn linh kiện vào bo
4.3 Kiểm thử và xử lý lỗi
4.4 Hoàn thiện sản phẩm

Sv:1

Nộp báo cáo

Bảo vệ đề tài

1.2 - 1.3 - 1.5

Sv: 2
1.1-1.4

Sv:1
2.1-2.3

Sv: 2
2.2 -2.3
3.1 – 3.2 – 3.4- 3.6

Sv: 2
3.2- 3.3 -3.4 -3.5

Sv:1
4.1- 4.2
Sv: 2
4.3 – 4.4
Cả 2 sinh viên

Ghi chú


MỞ ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật điện tử đã trở nên quen thuộc với nhiều người bởi
sự phát triển của ngành này rất lớn với sự phát triển kinh tế toàn cầu. Để đáp

ứng nhu cầu bức thiết của cuộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới,
đòi hỏi các ngành kỹ thuật hiện nay phải ngày một nâng cao và phát triển về
chất lượng và khả năng ứng dụng rộng rãi. Trong đó có ngành “Cơng Nghệ Kỹ
Thuật Điện - Điện Tử” cũng đóng một vai trò quan trọng trong sinh hoạt cũng
như trong sản xuất của thế giới.
Những thành tựu của nó đã góp phần rất lớn tới cuộc sống. Biến những cái
tưởng chừng như khơng thể thành cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật
chất và tinh thần cho con người. Cùng với kinh nghiệm thực tế, nhóm em đã có
cơ hội chuyển những kiến thức thực tế qua đề tài “THIẾT KẾ MẠCH
KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT OTL”.Trong q trình thực hiện đề tài này, nhóm
chúng em đã rất cố gắng tìm hiểu thơng tin đề tài để hồn thành tốt nhưng do
vốn kiến thức cịn yếu nên việc sai sót và thiếu sót trong hề ít nên chúng em rất
mong sự đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm của thầy cô cũng như
các bạn khi xem bài .
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ….đồng hành cùng
chúng em trên con đường hướng dẫn giúp chúng em hồn thành khóa học đồ án
điện tử 1 này.


Mục lục
Chương 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN.............................................................................................2
1 Các khái niệm trong mạch khuếch đại........................................................................................2
1.1 Định nghĩa mạch khuếch đại.................................................................................................2
1.2 Transistor mắc theo kiểu E chung...........................................................................................4
1.3 Transistor mắc theo kiểu C chung...........................................................................................5
2 Khuếch đại công suất âm tần......................................................................................................6
2.1 Bộ khuếch đại công suất lớp A..............................................................................................6
2.2 Bộ khuếch đại công suất lớp B..............................................................................................6
2.3 Bộ khuếch đại công suất lớp AB...........................................................................................7
2.4 Bộ khuếch đại cơng suất lớp C..............................................................................................8

Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ SẢN PHẨM..............................................8
1

Tính tốn..................................................................................................................................8
1.1 Sơ đồ khối..............................................................................................................................8
1.2 Sơ đồ thiết kế........................................................................................................................10
1.3 Tính tốn phần nguồn.........................................................................................................10
1.4 Tính chọn trở R1,R2............................................................................................................11
1.5 Chọn cặp Q1,Q2...................................................................................................................11
1.6 Tính chọn R3,R4..................................................................................................................13
1.7 Tính chọn cặp Q3,Q4...........................................................................................................14
1.8 Tính Tầng lái:.......................................................................................................................16
1.9 Tính chọn D1,D2,D3,VR1....................................................................................................16
1.10 Tính tốn chọn transistor Q7 làm nguồn dịng:...............................................................17
1.11 Tính chọn BJT thúc Q5.....................................................................................................17
1.12 Tính tốn tần nhận tín hiệu vào........................................................................................19
1.13 Tính tốn R12.....................................................................................................................21
1.14 Tính các tụ..........................................................................................................................23
1.15 Tính mạch lọc Zobel CX, R17...........................................................................................25

2 Mơ Phỏng....................................................................................................................................27
2.1 Mạch sau khi hồn chỉnh....................................................................................................27
2.2 Kết quả mơ phỏng ở chế độ tĩnh.........................................................................................27


2.3 Kết quả mô phỏng chế độ động...........................................................................................28
2.4 Kết quả mơ phỏng tín hiệu SINE 30Hz - 2V pp.................................................................29
3 Thi Công......................................................................................................................................29
3.1 Sơ đồ PCB.............................................................................................................................29
3.2 Sơ đồ 3D................................................................................................................................30

3.3 Mạch thực tế.........................................................................................................................30
4 Kết luận:......................................................................................................................................31

Danh mục hình ảnh
Hình 1 Mạch nguồn dịng khơng phụ thuộc.................................................................................................2
Hình 2 Mạch khuếch đại điện áp mặc kiểu E chung Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C..............4
Hình 3 Mạch mắc kiểu C chung, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E...............................................5
Hình 4 Mạch khuếch đại chế độ A cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ vào........................................................6
Hình 5 Mạch khuếch đại chế độ B một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào.....................................................6
Hình 6 Mạch khuếch đại cơng suất amply...................................................................................................7
Hình 7 Mạch khuếch đại chế độ C trong mạch tách xung đồng bộ tivi màu................................................8
Hình 8 Sơ đồ khối........................................................................................................................................9
Hình 9 Sơ đồ ngun lý.............................................................................................................................10
Hình 10 Mạch hồn chỉnh..........................................................................................................................27
Hình 11 Mơ phỏng điện áp chế độ tĩnh......................................................................................................28
Hình 12 Mơ phỏng điện áp chế độ động....................................................................................................28
Hình 13 Mơ phỏng sóng.............................................................................................................................29
Hình 14 Sơ đồ PCB....................................................................................................................................29
Hình 15 Sơ đồ 3D......................................................................................................................................30
Hình 16 Sản phẩm......................................................................................................................................30


222DADT101_Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

Chương 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1 Các khái niệm trong mạch khuếch đại
1.1 Định nghĩa mạch khuếch đại
Mạch khuếch đại (Amplifier circuit) là một loại mạch điện được thiết kế để tăng độ lớn

của tín hiệu điện. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng điện tử để tăng cường tín
hiệu điện, như trong các thiết bị âm thanh, truyền thông và các hệ thống đo lường. Một
mạch khuếch đại có thể được xây dựng từ các thành phần điện tử như transistor, ampli
điện áp cao, IC, và các linh kiện khác. Khi tín hiệu vào được đưa vào mạch khuếch đại,
mạch sẽ khuếch đại tín hiệu đó lên đến mức độ cần thiết để đáp ứng yêu cầu của hệ
thống.

a. Nguồn dòng
Nguồn dòng thực ra là một mạch điện cung cấp một dịng điện khơng phụ thuộc tải.
Nguồn dịng tín hệu khi cần truyền đi xa: để tránh sai số do điện trở đường dây, nhiễu
điện áp cảm ứng...

xả.





Nguồn dòng trong các mạch nạp xả tụ điện, nhằm tuyến tính hóa điện áp nạp và
Nguồn dịng trong các mạch cấp điện cho diode zenner, để có điện áp ổn định.
Nguồn dòng cho các mạch đo lường kiểu điện trở, như RTD, ...
Nguồn dòng cố định: cho dòng ra ổn định và khơng thay đổi.
Nguồn dịng phụ thuộc: cho dịng ra tỷ lệ với một áp điều khiển đầu vào.

Hình 1 Mạch nguồn dịng khơng phụ thuộc

b.Đáp án tần số
Svth:Trần Quang Hải GVHD:Nguyễn Linh Nam
Huỳnh Công Nhân

Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

Đáp ứng tần số (hay dãy tần hoạt động của mạch) được định nghĩa là một khoảng tần số mà khi tần số tín
hiệu ngõ vào nằm trong khoảng tần số này thì độ khuếch đại của mạch sẽ là cực đại.

Thông thường một mạch khuếch đại chỉ đáp ứng được một dãy tần số nào đó, ở tần số mà
độ lợi không bị suy giảm quá 3dB gọi là băng thông (BW) của bộ khuếch đại. Mạch
khuếch đại âm tần băng thơng lí tưởng là: 20Hz  20KHZ.
Khoảng tần số này được giới hạn bởi:
fH : tần số cắt cao
fL : tần số cắt thấp

Hiệu số giữa fH và fL được gọi là băng thông của mạch: B=f H −f L
Nếu tín hiệu ngõ vào nằm ngồi băng thơng của mạch thì độ khuếch đại của mạch sẽ thay
đổi theo tần số.
Nếu tín hiệu ngõ vào ở tần số fH hay fL thì độ khuếch đại của mạch ở tần số đó sẽ giảm đi
giảm -3 dB so với độ lợi cực đại.

2 lần hay suy

- Tổng trở vào Zin:
Để tín hiệu khơng bị suy giẩm thì tổng trở vào phải có giá trị đủ lớn :
tiếp của nguồn tín hiệu vào.

zin 10 Rs với R là điện trở nối
s

- Tổng trở ra méo dạng Zout:
ZOUT là điện trở nối tiếp với nguồn phát tín hiệu ra. Để tín hiệu khơng bị suy giảm thì tổng trở ra phải có
giá trị đủ nhỏ so với tải :

RL 10 ZOUT .Với R là điện trở tải.
L

1.1 Công suất -hiệu xuất của mạch khuếch đại
Công suất định danh: là công suất lớn nhất mà mạch cung cấp cho tải theo đúng yêu cầu thiết kế.
Hiệu suất mạch khuếch đại : Hiệu suất của bọ khuếch đại công suất được định nghĩa là tỉ số giữa
cơng suất tín hiệu trung bình được phân phóio trên tải với cơng suất trung bình được kéo từ
nguồn DC:

n  % 

PL
PCC

100%

với: PL là cơng suất tín hiệu trung bình được ohaan phối trên tải.
PCC là cơng suất trung bình được kéo từ nguồn DC.

c. Méo dạng

3


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

Méo dạng (Distortion) là hiện tượng khi tín hiệu âm thanh hoặc điện tử bị biến đổi so với
tín hiệu gốc. Nó có thể xảy ra khi tín hiệu đi qua các thiết bị khuếch đại, mạch lọc, hoặc
khi truyền qua các kênh truyền thông.
Độ méo phân thành nhiều loại:
Méo dạng biên độ (Amplitude distortion): Méo dạng này xảy ra khi độ biên độ của tín
hiệu bị biến đổi so với tín hiệu gốc. Nó có thể là kết quả của các linh kiện không đồng
nhất hoặc không tốt trong mạch khuếch đại.
Méo dạng pha (Phase distortion): Méo dạng pha xảy ra khi tín hiệu đầu vào bị biến
đổi trong pha so với tín hiệu gốc. Nó có thể xảy ra trong các mạch lọc hoặc khi tín
hiệu truyền qua các kênh truyền thông.
Méo dạng tần số (Frequency distortion): Méo dạng tần số xảy ra khi phân phối tần số
của tín hiệu bị thay đổi so với tín hiệu gốc. Nó có thể xảy ra khi tín hiệu truyền qua
các kênh truyền thông, hoặc khi sử dụng các mạch lọc không tốt.
Méo dạng nhiễu (Noise distortion): Méo dạng nhiễu là hiện tượng khi các tín hiệu
nhiễu được thêm vào tín hiệu gốc. Nó có thể được gây ra bởi các tín hiệu bên ngoài
như tạp

1.2 Transistor mắc theo kiểu E chung
Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống
mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C, mạch
có sơ đồ như sau :
Rg: là điện trở ghánh.
Rđt: là điện trở cực C định thiên.
Rpa: là điện trở phân áp.

Hình 2 Mạch khuếch đại điện áp mặc kiểu E chung
Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C

Đặc điểm của mạch khuếch đại E chung:
Mạch khuếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE
khoảng 60% ÷ 70 % Vcc.

Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy
4


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

mạch khuếch đại về điện áp.

Dịng điện tín hiệu ra lớn hơn dịng tín hiệu vào nhưng khơng đáng kể.

Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng
=> dịng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C
giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện
áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào.

1.3 Transistor mắc theo kiểu C chung
Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn dương
(lưu ý: về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass). Tín
hiệu được vào cực B và lấy ra trên cực E, mạch có sơ đồ như sau:

Hình 3 Mạch mắc kiểu C chung, tín hiệu
đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

Đặc điểm của mạch khuếch đại C chung:

Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E
Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào: Vì mối nối BE ln ln có giá trị
khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy
nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào.
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra
cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm.
Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi
5


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Cơng Suất OTL

tín hiệu vào có biên độ tăng => dịng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β
lần dòng IBE vì ICE = β.IBE, giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì
khi dịng IBE tăng 1mA => dịng ICE sẽ tăng 50mA, dịng ICE chính là dịng của
tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dịng điện mạnh hơn nhiều lần
so với tín hiệu vào.
Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuếch đại đêm (Damper),
trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, người ta thường dùng mạch
Damper để khuếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn. Ngồi ra mạch còn được ứng
dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn (ta sẽ tìm hiểu trong phần sau).

2 Khuếch đại công suất âm tần
2.1 Bộ khuếch đại công suất lớp A
Là các mạch khuếch đại cần lấy ra tín hiệu hồn tồn giốn với tín hiệu ngõ vào.

Hình 4 Mạch khuếch đại chế độ A cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ vào

Để Transistor hoạt động ở chế độ A, ta phải định thiên sao cho điện áp 𝑈𝐶𝐸~ 60% ÷
70% Vcc.
Mạch khuyếch đại ở chế độ A được sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại
cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại v v..
- Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra biến thiên theo tín hiệu ngõ vào, tín hiệu có chất lượng tương
đối tốt, ít biến dạng.
- Nhược điểm: do được phân cực ở chế độ làm việc tối ưu nên có tiêu hao năng lượng lớn
kêt cả khi khơng có tín hiệu ở ngõ vào, hiệu suất của mạch thấp thường là η = 25%. Vì
vậy mạch này ít được sử dụng.

6


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

2.2 Bộ khuếch đại công suất lớp B
Mạch khuếch đại chế độ B là mạch chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu
khuếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuếch đại bán kỳ âm ta dùng
transistor PNP, mạch khuyếch đại ở chế độ B không có định thiên.

Hình 5 Mạch khuếch đại chế độ B một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào

Mạch khuếch đại chế độ B thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại công xuất
đẩy kéo như công xuất âm tần, công xuất mành của Ti vi, trong các mạch công xuất đẩy
kéo , người ta dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp , mỗi đèn sẽ khuếch đại một bán
chu kỳ của tín hiệu, hai đèn trong mạch khuếch đại đẩy kéo phải có các thơng số kỹ thuật
như nhau :
- Ưu điểm: mạch không hoạt động khi khơng có tín hiệu ở nhõ vào, vì vậy tổn hao năng

lượng rất ít.
- Nhược điểm: tín hiệu ở ngõ ra sẽ bị méo xuyên tâm do tín hiệu ở ngõ vào phải vượt qua
điện áp ngưỡng Vγ của BJT. Hiệu suất của mạch cao thường là η = 50% - 78Ω, công suất tải 30w, băng.5%.

2.3 Bộ khuếch đại cơng suất lớp AB

Hình 6Mạch khuếch đại cơng suất amply

7


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

Mạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuếch đại ở chế độ B, nhưng có định
thiện sao cho điện áp UBE sấp sỉ 0,6V, mạch cũng chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu
và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ B, mạch này cũng
được sử dụng trong các mạch cơng xuất đẩy kéo .
- Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở lớp B, tiêu hao năng lượng khi khơng có
tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao, hệ số sử dụng BJT cao.

- Nhược điểm: cần có biến áp cung cấp nguồn đối xứng đối với mạch OCL phải có tụ ở
ngõ ra đối với mạch OcL.
2.4 Bộ khuếch đại cơng suất lớp C
Là mạch khuếch đại có điện áp U BE được phân cực 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 các mạch
tách tín hiệu.
Ví dụ mạch tách xung đồng bộ trong ti vi màu:

Hình 7 Mạch khuếch đại chế độ C trong mạch tách xung đồng bộ tivi màu

Đặc điểm là mạch được phân cực cho BJT nằm trong vùng ngưng dẫn sâu hơn so với lớp
B. vì vậy mạch chỉ khuếch đại một phần đỉnh của tín hiệu ngõ vào, do đó mạch khơng
phù hợp để khuếch đại tín hiệu âm tầng, mà thường được sử dụng để khuếch đại các tín
hiệu cao tần.

Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ SẢN PHẨM
1 Tính tốn
1.1 Sơ đồ khối
-Tín hiệu âm thanh từ các thiết bị như: đầu video, micro, đầu DVD…. là những tín
hiệu nhỏ có biên độ nhỏ: từ 30mV đến 775mV. Tín hiệu này được đưa vào mạch
khuếch đại công suất, sau khi được khuếch đại thành tín hiệu có biên độ lớn và được
8


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

đưa ra loa.
-Sơ đồ khối của một mạch khuếch đại công suất thường được chia làm ba giai đoạn
và hồi tiếp âm:
-Tiền khuếch đại (tiếng Anh : preamplifier thường viết gọn là preamp) là bộ khuếch đại
điện tử thực hiện khuếch đại một tín hiệu khuếch đại một tín hiệu điện yếu sang tín hiệu
đầu ra đủ mạnh, giảm thiểu mức tiếng ồn, để có thể tiếp tục xử lí ở các thiết bị điện tử
tiếp theo
- Tầng lái hay tầng khuếch đại điện áp: ngõ vào là dòng điện, cho khuếch đại điện áp ở
ngõ ra.
- Tầng khuếch đại công suất: là tầng khuếch đại đồng nhất điện áp và dịng điện, cung

cấp cơng suất lớn cho tải( loa).
- Hồi tiếp âm: giữ cho mạch hoạt động ổn định và làm giảm méo tín hiệu

Hình 8 Sơ đồ khối

Thiết kế và tính tốn:
u cầu thiết kế:
Mạch khuếch đại cơng suất kiểu OTL ngõ vào đơn
- Công suất loa

: P L=30 w

- Trở kháng loa

: R L=8Ω

- Trở kháng vào

: Z¿ =15 kΩΩ

- Băng thông

: BW = 20Hz đến 20KHz
9


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

1.2 Sơ đồ thiết kế

Hình 9 Sơ đồ ngun lý

1.3Tính tốn phần nguồn
Cơng suất trên tải :

Ta có :

V Lhd=

P L=R L ⋅ I 2Lhd =

VL

√2

, I Lhd=

IL

√2

V 2Lhd V 2L
=
RL 2 RL

¿>V L =√ 2 P L RL =√ 2 .30 . 8=21,9(V )
¿> I L=

V L 21,9
=
=2,74( A)
RL
8

Điện áp nguồn cung cấp:
Ta có Q1, Q2 làm việc ở chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn là 0,8Ω, công suất tải 30w, băng.
¿>Vcc=

2 .V L 2 .21,9
=
=54,75 (V )
0,8
0,8

 Ta chọn nguồn cung cấp là 55 V
Công suất nguồn cung cấp:
10


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Cơng Suất OTL

Dịng cung cấp trung bình:
π
I
π
1

1
I CCtb= ∫ I L sin ω t . dωt = I L cos ω t|0 = L
2π 0
π
π

Công suất nguồn cung cấp:
PCC =V CC

IL
2,74
=55
=48 ( W )
π
π

Hiệu suất của mạch:
η=

P L 30
= ∗100=62, 5 %
PCC 48

1.4 Tính chọn trở R1,R2
Vì mạch làm việc ở chế độ AB nên dịng tĩnh collector nằm trong khoảng 20÷50 mA . Ở
I =I

=I EQ 2 =50 mA

đây ta chọn: E Q EQ 1

Dòng đỉnh qua Q1 Q2 là:

.

I E 1 =I E 2 =0 ,05+ 2.74=2,79 ( A )
p

p

R1, R2 có tác dụng cân bằng dịng , ổn định nhiệt nên phải có cơng suất lớn :
Dạng tín hiệu trên R1 , R 2 là: i e1 =ie2=I L sin ω t .
Nếu chọn R1 , R 2 lớn thì tổn hao trên loa nhiều do đó phải chọn sao cho tín hiệu ra loa là
nhỏ nhất. Để tránh tổn thất tín hiệu ra loa ta thường chọn:
V R1 1
V L 21,9
≥ =¿ V R 1 ≥ =
=1,095(V )
V L 20
20
20
¿> R 1=R 2=

V R 1 1,095
=
=0,39Ω
I E1
2,79
p

1

2

1
2

2
2
Công suất trở R1, R2 : P R 1=PR 2= . R 1. I Lhd = .0,4 .2,74 =1,5 W

 Ta chọn trở R1, R2 là 0,4 Ω / 5W

1.5 Chọn cặp Q1,Q2
Công suất nguồn cung cấp :

PCC =V CC I TB =V CC

IL
π

1
PL =R L I 2Lhd= R L I 2L
2
Công suất loa:
11


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

1
2

2
Công suất tiêu tán của R1, R2 : P R=2 PR 1 = R 1 I L

Vậy công suất tiêu tán của hai BJT Q1, Q2 là :
Ptt =PCC −P L−P R =

V CC I L
π

1
1
− R L I 2L− R1 I 2L
2
2

Công suất tiêu tán của một BJT là:
Ptt /Q 1 =P tt/ Q 2=

Ptt V CC . I L 1
2
=
− ( RL + R1 ) . I L
2
2π
4

Công suất tiêu tán cực đại của 1 BJT là lấy đạo hàm Ptt /QB 1 theo I L cho bằng 0 :

dPtt /Q 1 V CC 1
=
− ( R + R ) . I =0
d IL
2π 2 L 1 L
¿> I L=

55
=2,08 A
π ( R L + R1 ) 3 , 14 (8+0 , 4 )

¿> P ttmax =
Q1

¿

V CC

=

V CC . I L0 1
2
− ( R L + R 1) . I L
2π
4

55.2,08 1
− ( 8+0,4 ) . 2,082=9,12W
2.3,14 4

Công suất tiêu tán tĩnh trên Q1 :
P DC/ Q 1=V CE/ Q 1 . I C/ Q 1 ≈

V CC
55
I EQ= . 0 , 05=1,375 W
2
2

Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q1 là:
Ptt ∑ max /Q 1=Pttmax/ Q 1 + PDC /Q 1 =9,12+1 ,375=10,495W

Vì Q1, Q2 là cặp BJT bổ phụ nên ta chọn Q1, Q2 thỏa mãn điều kiện:
I C > I E 1 p=2,79 A
V CE 0> V CC=55 V
PC > ( 2 ÷3 ) Ptt ∑ max =( 2 ÷3 ) . 10,495 W =24 ,74 ÷ 37 , 11(W )

 Tra cứu Datasheet ta chọn 2SD718 và 2SB688 :

2SD718

12


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

2SB688

1.6 Tính chọn R3,R4
Ta chọn:
β Q 1=β Q 2=β min =55

Dịng Base tĩnh của Q1 :
I BQ /Q 1 =

I EQ / Q 1 0,05
=
=0.89 mA
1+ β1 1+55

Dòng Base cực đạI của Q1 :
I BQp/ Q 1=

I Ep /Q 1 2,79
=
=49,8 mA
1+ β 1 1+ 55

Để R3, R4 không ảnh hưởng đến dịng ra ở chế độ xoay chiều thì R3, R4 phải thỏa
mãn điều kiện: Z B 1 M (ac) ≪ R 3 , R 4 ≪ Z B 1 M (dc).
R 3 , R 4 ≪ Z B 1 M (dc) để rẽ dòng nhiệt.
R 3 , R 4 ≫ Z B 1 M(ac) để giảm tổn thất tín hiệu.
Với Z B 1 M (ac) , Z B 1 M (dc) : là điện trở xoay chiều và một chiều từ cực Base Q1 đến M.
Từ đặc tuyến vào của 2SD718 ta có:
I BQ=0.89 mA=¿ V BEQ=0,6 V
I Bp =49,8 mA=¿ V BEQ =0,8 V

Vậy:

Z B 1 M ( dc )=

V B 1 MQ V BEQ /Q 1+V R 1 0,6+0,05.0,4
=
=
=695,7Ω
I BQ/ Q 1
I BQ /Q 1
0,89.10−3
13


Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

V B 1 Mp−V B 1 MQ (V BEp/ Q 1+V R 1 p )−(V BEQ /Q 1 +V R 1)
=
I Bp/ Q 1−I BQ /Q 1
I Bp /Q 1−I BQ / Q 1
( 0,8+0,4.2,79 )−( 0,6+0,05.0,4)
Z B 1 (ac )=
=26,48 Ω
( 49,8−0,89 ) . 10−3
Vậy: 26,82 Ω≪ R 3 , R 4 ≪ 695,7 Ω. Chọn R3=R4=330Ω
Z B 1 (ac )=

1.7 Tính chọn cặp Q3,Q4
V BEQ/ Q 1 +V R 1 0,6+0,05.0,4
=

=1,8 mA
R3
330

-

Dòng tĩnh qua R3 :

-

Dòng cực đại qua R3 : I R 3 p=

-

Dòng emitter qua Q3 : I EQ /Q 3=I R 3 Q + I BQ /Q 1=1,8+0,89=2,69 mA

I R3Q=

V BEp/Q 1+V R 1 p 0,8+2,79.0,4
=
=5,8 mA
R3
330

I EQp /Q 3 =I R 3 p + I Bp/ Q 1=5,8+ 49,8=55,6 mA

Khi đó trở kháng xoay chiều từ cực B Q1:
Z B 1(ac)=

V B 1 p−V B 1 Q 0 , 8+0 , 4 . 2,79−0 ,6−0 , 05 . 0 , 4

=
=24,5Ω
I Ep /Q 3−I EQ/ Q3
(55,6−2 , 69 ) .10−3

So sánh với Z B 1ac
kể.

tính ở trước là ta thấy khi thêm R3, R4 vào thì sai khác khơng đáng

Như vậy, tải xoay chiều của Q2 là:
Zt /Q 2=Z B 1 ( ac )+ ( 1+ β ) . R L =24,5+56 . 8=472,5 Ω

Để tìm được Q3, Q4 ta tìm cơng suất tiêu tán lớn nhất của chúng. Gọi I E 2 là biên độ dịng
AC chạy qua Q3, ta có:
Dịng cung cấp xoay chiều trung bình cho Q3 :
I tb/Q 3=

I EQ 3
π

Cơng suất nguồn cung cấp cho Q3:
PCC / Q 3=V CC . I tb /Q 3 =

V CC . I EQ 3
π

14

Đồ Án Mạch Điện Tử

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL

Công suất cung cấp cho tải của Q3 :
π

Pt / Q 3=Z t /Q 3 . I

2
EQ 3

1
1
=Zt /Q 3 .
( I E 2 . sinωt )2 dωt= I 2EQ 3 . Z t / Q 3
∫
2π 0
4

Công suất tiêu tán xoay chiều trên Q3 :
Ptt /Q 3 =PCC /Q 3 −P t =
Q3

V CC . I EQ 3 1 2
− I EQ 3 . Z t /Q 3
π
4

Lấy đạo hàm theo I EQ 3 M và cho Ptt /Q 3 = 0 ta được:

I EQ 3=

2V CC
2 . 55
=
=0 , 07 A
π . Z t /Q 3 3 , 14 . 472,5

Vậy cơng suất tiêu tán lớn nhất do dịng xoay chiều trên rơi trên Q3 :
Pttmax/ Q 3=

V CC . I EQ 3 1 2
55.0,07 1
2
− I EQ 3 . Z t =
− .472,5 . 0,07 =0,65W
π
4
3,14
4
Q3

Công suất tiêu tán tĩnh trên Q3 :
Pdc / QE 3=

V CC
55
−3
. I EQ /Q 3= .2,69 .10 =0,07 W
2

2

Vậy công suất tiêu tán cực đại trên Q3 :
Ptt ∑ max =Pdc/Q 3+ P ttmax/Q 3=0 , 07+0 , 65=0 , 72W

Vậy chọn Q3, Q4 là cặp bổ phụ thỏa mãn điều kiện sau:
I C > I EQp/ Q 3=55,6 mA
V CE 0> V CC=55 V
PC > ( 2 ÷3 ) Ptt ∑ max/ Q 3=( 2 ÷ 3 ) .0,72 W =1,791 ÷ 2 ,6 865 (W )

 Tra cứu Datasheet ta chọn TIP41C và TIP42C :
TIP41C

15