Thiết kế mạch điện tử

TÊN ĐỒ ÁN : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

Bảng phân công nhiệm vụ:
Họ và tên

Lớp

Mã số sinh
viên

Nhiệm vụ phân công
- Lý thuyết chương 1,3
- Tính tốn tầng cơng
suất.
-Mơ phỏng tầng thúc,
công suất,mạch nguồn.
-Thi công tầng công
suất ,mạch nguồn.

-Lý thuyết chương 2
-Tính tốn tầng ngõ vào
,tầng thúc
-Mơ phỏng ngõ vào
-Thi cơng tầng ngõ
vào,tầng thúc.
Tên đề tài : Mạch khuếch đại công suất OCL ngõ vào đơn.
Nhóm học phần : 20.39
Giảng viên hướng dẫn : Thầy Lê Hồng Nam, Thầy Phan Trần Đăng Khoa

Yêu cầu đề bài:
 Thiết kế mạch OCL, ngõ vào đơn.

 Công suất 15W
 Trở kháng ngõ vào 300KΩ
 Trở kháng của loa 8 Ω
 Méo phi tuyến < 0,25%
 Băng thông 20Hz – 20KHz
Ý KIẾN CỦA GIẢNG VIÊN :
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………..
Đà Nẵng, Ngày 23 Tháng 12 Năm 2022
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
LÊ HỒNG NAM

NHÓM 39.20 TỔ 13

1


LỜI NÓI ĐẦU



Bước sang thế kỷ 21 , khoa học kỹ thuật mà Điện Tử Viễn Thông lại là một ngành
mũi nhọn luôn đi tiên phong trong mọi lĩnh vực đã và đang ngày càng phát triển với tốc
độ đáng kinh ngạc . Sự ra đời của những con Chíp , những Vi mạch với mức độ tích đến
vài chục triệu Transistor/Chíp . Tuy nhiên , với chúng ta - Những sinh viên điện tử ,
đang chỉ mới bắt đầu trong ngành thì việc thiết kế một mạch điện từ những linh kiện rời
mới thật sự bổ ích .
Mặc dù vậy , để tiến tới hoàn chỉnh một mạch Điện địi hỏi người thiết kế phải có

một kiến thức tối thiểu về lĩnh vực Điện Tử ,từ những linh kiện đơn giản và thường dùng
nhất như : Điện trở ; Tụ ;Cuộn dây ; Diode và đặc biệt là Transistor mà chúng ta phải
hiểu rõ nguyên lý , bản chất một cách thấu đáo . Để từ đó chọn giải pháp thiết kế vừa hiệu
quả lại vừa kinh tế và thẫm mỹ, hòng làm hài lòng người sử dụng.
Là sinh viên năm thứ 3 , lại là đồ án đầu tiên cùng với nhiều bở ngỡ mà đặc biệt là
gặp phải nhiều sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tế . Nhưng với sự ham học hỏi và quyết
tâm của mình mà đặc biệt là được sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Hồng Nam và thầy
Phan Trần Đăng Khoa cũng như sự giúp đỡ của bạn bè, em sẽ cố gắng đồ án của mình một
cách tốt nhất . Với sự tự tin vào khả năng , nghiên cứu ngiêm túc bước đầu tập làm một
người thiết kế một máy tăng âm kiểu OCL với ngõ vào đơn , công suất vừa phải , thiết bị
dễ mua , dễ kiếm lại không mắc lắm . Chúng em mong quý thầy cô thông cảm giúp đỡ và
chỉ bảo thêm cho chúng em, cho chúng em thêm kinh nghiệm để cải thiện hơn về mặt sản
phẩm lần sự hiểu biết của chúng em. Chúng em xin chân thành thầy Lê Hồng Nam , thầy
Phan Trần Đăng Khoa đã giúp đỡ chúng em trong thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn !

NHÓM 39.20 TỔ 13

2


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ .................................................. 4
I. Mạch khuếch đại ............................................................................................ 4
II. Phân cực ....................................................................................................... 4
III.Nguyên lý hoạt động. ................................................................................... 7
CHƯƠNG 2: MẠCH HỒI TIẾP ....................................................................... 12
I. ĐỊNH NGHĨA .............................................................................................. 13
II. SƠ ĐỒ HÌNH KHỐI VÀ SƠ ĐỒ HÌNH MẠCH CỦA MẠCH HỒI TIẾP
.......................................................................................................................... 13

III. PHÂN LOẠI HỒI TIẾP ........................................................................... 17
CHƯƠNG 3: CÁC CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT ........................... 21
I.Chế độ cơng tác và đỉnh điểm làm việc cho tầng khuếch đại công suất

. 21

II.Khuếch đại công suất hạng A (Khuếch đại đơn).
III.Tầng khuếch đại đẩy kéo. ......................................................................... 27
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN LINH KIỆN .......................................................... 31
I. Tính tốn phần nguồn: ................................................................................ 31
II. Tính tốn tầng cơng suất: .......................................................................... 32
III. Tính tốn tầng thúc: ................................................................................. 35
IV. Tính tốn tầng ngõ vào đơn: .................................................................... 37
V.Tính tốn các mạch phụ trợ: ...................................................................... 40
CHƯƠNG 5: KIỂM TRA MẠCH KHUẾCH ĐẠI .......................................... 45

NHÓM 39.20 TỔ 13

3


CHƯƠNG 1: KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
Trong chương này, ta khảo sát chủ yếu ở BJT NPN nhưng các kết quả và phương
pháp phân tích vẫn đúng với BJT PNP, chỉ cần chú ý đến chiều dòng điện và cực tính
của nguồn điện thế 1 chiều.
I. Mạch khuếch đại:
Mạch khuếch đại âm thanh gồm 3 mạch khuếch đại chính đó là mạch khuếch đại về
điện áp, mạch khuếch đại về dịng điện, mạch khuếch đại về cơng suất. Trong mạch khuếch
đại về cơng suất có cả mạch khuếch đại về điện áp và dịng điện. Vì vậy có thể hiểu mạch
khuếch đại âm thanh là mạch khuếch đại công suất.

Mạch khuếch đại công suất sở hữu rất nhiều loại, trong đó mạch khuếch đại âm
thanh là một trong những mạch phổ biến hiện nay.
Mạch khuếch đại âm tần là các mạch hoạt động với các tín hiệu hình sin và khơng
sin, có dải tần nằm trong khoảng tai người có thể nghe được. Thơng thường, tai của người
có sức khỏe tốt có thể nghe được các âm thanh từ 20Hz đến 20KHz.

II. Phân cực:
1.Mạch phân cực transistor:
Phân cực transistor là quá trình thiết lập điện áp hoạt động một chiều của
transistor hoặc điều kiện dòng điện ở mức chinh xác để bất kỳ tín hiệu đầu vào AC
nào có thể được khuếch đại chính xác bởi transistor.
2.Phân loại.
2.1.Phân cực transistor bằng dòng cố định.
Sơ đồ mạch:

 Xét mạch vòng BE:
Áp dụng định luật KVL đối với mạch vịng BE:

NHĨM 39.20 TỔ 13

4


VCC – IBRB – VBE = 0 => IB =

𝑉𝐶𝐶 −𝑉𝐵𝐸
𝑅𝐵

 Xét mạch CE:
Trong vùng khuếch đại:

IC = βIB
Áp dụng định luật KVL đối với mạch CE ta có:
VCC – ICRC – VCE = 0 => VCE = VCC - ICRC
 Ưu điểm: Dòng ra lớn, dễ thiết kế.
 Nhược điểm: Khi nhiệt độ thay đổi dẫn đến điểm làm việc Q dễ bị lệch.
 Ứng dụng: Được sử dụng ở các tầng cơng suất lớn.
2.2 Phân cực bằng dịng Emitter.

 Phân cực bằng cầu phân áp
Xét mạch vòng BE:
Áp dụng định luật KVL đối với mạch vòng BE:
VCC – IBRB – VBE – IERE = 0
Ta có: IE = (β + 1)IB thay vào phương trình trên ta được:
VCC – IBRB – VBE – (β + 1)IBRE = 0
𝑉 −𝑉
=> IB = 𝐶𝐶 𝐵𝐸
𝑅𝐵 +(𝛽+1)𝑅𝐸

 Xét mạch CE:
Trong vùng khuếch đại:
IC = βIB
Áp dụng định luật KVL đối với mạch CE:
VCC – ICRC – VCE – IERE = 0
Vì IC = IE nên ta có điện áp VCE :
VCE = VCC – IC(RC + RE)
 Ưu điểm: Có trở hồi tiếp cực E, tăng độ ổn định của điểm làm việc Q.
NHÓM 39.20 TỔ 13

5

 Nhược điểm: Khó xác định điểm làm việc Q vì cịn phụ thuộc nhiều vào β.
 Ứng dụng: Sử dụng ở các tầng công suất.
2.3 Mạch phân cực bằng cầu phân áp:

Sơ đồ mạch:
 Dùng mạch tương đương Thevenin:
Xác định điện trở Thevenin RTh:
RTh = R1//R2
Xác định điện áp Thevenin ETh:
𝑅
ETh = VR2 =VCC 2
𝑅1 +𝑅2

Mạch tương đương Thevenin và dịng điện IB có thể được xác định bằng định
luật KCL:
ETh – IBRTh – VBE – IERE = 0
Thay thế dòng IE = (β + 1)IB vào ta được dòng IB:
𝐸𝑇ℎ −𝑉𝐵𝐸
IB =
𝑅𝑇ℎ +(𝛽+1)𝑅𝐸

 Xét mạch CE:
Trong vùng khuếch đại:
IC = βIB
Áp dụng định luật KVL đối với mạch CE:
VCC – ICRC – VCE – IERE = 0
Vì IC = IE nên ta có điện áp VCE :
VCE = VCC – IC(RC + RE)
 Ưu điểm: Việc xác định điểm làm việc tĩnh Q ít phụ thuộc vào hệ số β.

 Nhược điểm: Thiết kế và tính tốn phức tạp.
NHÓM 39.20 TỔ 13

6


2.4 Mạch phân cực hồi tiếp từ collector:
Sơ đồ mạch:


Xét mạch vòng BE:
Áp dụng định luật KVL đối với mạch vòng BE:
VCC – I’CRC - IBRB – VBE – IERE = 0
Có thể xem:
I’C ≈ IC = βIB
IE ≈ IC
Thế vào phương trình trên ta được:
VCC – VBE – βIB(RC + RE) – IBRB = 0
𝑉𝐶𝐶 −𝑉𝐵𝐸
=> IB =
)
𝑅𝐵 +𝛽(𝑅𝐶 +𝑅𝐸

 Xét mạch CE:
VCC – I’CRC – VCE – IERE = 0
Do I’C ≈ IC và IE ≈ IC nên:
VCE = VCC – IC(RC + RE)
 Ưu điểm: Khả năng hồi tiếp tốt hơn hồi tiếp cực Emitter, cải thiện độ ổn định
của BJT.
 Nhược điểm: Khó thiết kế và tính tốn.

III.Ngun lý hoạt động.
Ở chế độ tích cực (chế độ khuếch đại), tiếp giáp B-E phân cực thuận, tiếp giáp B-C
phân cực ngược.
- Tiếp giáp B-E phân cực thuận nên vùng nghèo thu nhỏ lại tạo điều kiện cho
dòng khuếch tán của các hạt tải điện đa số qua tiếp giáp
+ Điện tử (->) khuếch tán từ vùng E -> B
+ Lỗ trống (O) khuếch tán từ vùng B -> E

NHÓM 39.20 TỔ 13

7


- Điện tử là thành phần chính tạo ra dịng chạy trong BJT -> chỉ xét đến dòng
khuếch tán điện tử
- Do vùng B là bán dẫn loại p với điện tử là hạt tải điện thiểu số có nồng độ
thấp nên khi các điện tử khuếch tán sâu vào vùng B, một số điện tử sẽ tái
hợp với các lỗ trống có trong vùng B
- Do độ rộng của vùng B rất nhỏ so với độ dài khuếch tán nên đa số các điện
tử đều khuếch tán đến tiếp giáp B-C mà không bị tái hợp
- Các điện tử không bị tái hợp trong vùng B sẽ khuếch tán đến tiếp giáp B-C
- Trong vùng nghèo của tiếp giáp B-C có điện trường trong Etx hướng C-B
nên các điện trở sẽ bị cuốn sang vùng C
- Dòng dịch chuyển của các điện trở -> dòng điện chạy qua các cực theo chiều
ngược lại
- Các dòng Ib và Ic chạy vào các cực, các dòng Ie chạy ra.
 - Các cách mắc BJT : có 3 cách
+ Kiểu Emtitter chung ( EC )
+ Kiểu Bose chung ( BC )
+ Kiểu Collector chung ( CC )

- Độ khuếch đại là khả năng của một mạch điện tử để tăng cường độ của tín
hiệu .
Độ khuếch đại là chức năng cơ bản nhất của các bộ khuếch đại. Là
so sánh của tính hiệu cung cấp vào bộ khuếch đại với tín hiệu ra của bộ khuếch
đại. Do bộ khuếch đại, tín hiệu ngõ ra thường lớn hơn so với tín hiệu ngõ vào.
* Ký hiệu A
𝑖𝑜

- Độ khuếch đại dòng: Ai= ;
𝑣𝑜

𝑖𝑖

- Độ khuếch đại áp: Av= ;
𝑣𝑖

𝑃𝑜

-Độkhuếch đại công suất: Ap= ;
1.Mạch khuếch đại E chung:
2.Sơ đồ mạch:

NHÓM 39.20 TỔ 13

𝑃𝑖

8


Sơ đồ mạch xoay chiều

Hệ số khuếch đại điện áp: Av = -gm.RL.
 Hệ số khuếch đại dòng: Ai = Av.

𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛

𝑅𝑖𝑛
𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛

với Rin = R1 // R2 // rπ

𝑅3

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av.Ai
 Điều kiện của vi để mạch hoạt động tuyến tính: vi ≤ 0.005.
 Tín hiệu đầu vào và đầu ra ngược pha nhau.
 Ưu điểm: khuếch đại đồng thời cả áp và dòng.
 Nhược điểm: hệ số khuếch đại ở mức trung bình.

NHĨM 39.20 TỔ 13

𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛
𝑅𝑖𝑛

9



Ứng dụng: được sử
dụng ở các tầng đầu vào

và tầng thúc của mạch
khuếch đại công suất.
2.Mạch khuếch đại B
chung :
Sơ đồ mạch:

Hệ số khuếch đại điện áp: Av = gm.RL.
NHÓM 39.20 TỔ 13

𝑅𝑖𝑛
𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛

với Rin =

1
𝑔𝑚

// RE
10


 Hệ số khuếch đại dòng: Ai = Av.

𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛
𝑅3

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av.Ai
 Điều kiện của vi để mạch hoạt động tuyến tính: vi ≤ 0.005.






𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛
𝑅𝑖𝑛

Tín hiệu đầu vào và đầu ra đồng pha với nhau.
Ưu điểm: hệ số khuếch đại điện áp lớn, trở kháng ngõ vào mạch lớn.
Nhược điểm: không khuếch đại dòng.
Ứng dụng: sử dụng trong các mạch yêu cầu điện áp ra cao.

3.Mạch khuếch đại C chung:
Sơ đồ mạch:

NHÓM 39.20 TỔ 13

11


𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛

Hệ số khuếch đại điện áp: Av = (1+𝑔

𝑚 𝑅𝐿 )(𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛 )

 Hệ số khuếch đại dòng: Ai = Av.

với Rin = rπ(1+ gm.RL) // RB

𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛

𝑅3

 Hệ số khuếch đại công suất: Ap = Av.Ai
 Điều kiện của vi để mạch hoạt động tuyến tính: vi ≤ 0.005.





𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛
𝑅𝑖𝑛

.(1+ gm.RL)

Tín hiệu đầu vào và đầu ra đồng pha với nhau.
Ưu điểm: hệ số khuếch đại dòng cáo, xử lí tín hiệu đầu vào lớn.
Nhược điểm: hệ số khuếch đại điện áp xấp xỉ bằng 1.
Ứng dụng: sử dụng trong các tầng yêu cầu dòng ra cao như tầng cơng suất.

KẾT LUẬN CHƯƠNG
Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ giúp khuếch đại dòng điện và điện áp tạo tiền đề để
chuyển qua tâng thúc, nhưng vì tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ thường khơng ổn định do
nhiệt độ thay đổi nên ta cần hồi tiếp tín hiệu ra trở về tín hiệu vào

NHĨM 39.20 TỔ 13

12


CHƯƠNG 2: MẠCH HỒI TIẾP

Trong chương này, ta khảo sát về loại mạch khuếch đại có hồi tiếp âm, các khiếm
khuyết trong các mạch điện lắp kiểu Base chung, Emitter chung, Collector chung ở các
dạng ghép RC hay biến áp đều có thể cải thiện được chất lượng bằng biện pháp bù theo
kiểu hồi tiếp âm.

I. ĐỊNH NGHĨA
- Hồi tiếp là một phương pháp lấy tín hiệu ngõ ra của một hệ thống nào đó, và
đưa ngược trở lại đầu vào của chính nó, để góp phần thay đổi, khơng chế hoặc điều
khiển đầu vào.
- Hồi tiếp có hai lọai: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm.
- Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngỏ vào và vậy
làm giảm tín hiệu ngỏ vào của mạch. Hồi tiếp âm có khuynh hướng duy trì độ ổn
định của hệ số khuếch đại của mạch chống lại sự thay đổi của các thông số
transistor do nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp.
- Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngỏ vào và
vậy làm tăng tín hiệu ngỏ vào của mạch. Hồi tiếp dương được sử dụng thiết kế
trong các mạch dao động và trong một số ứng dụng khác.
II. SƠ ĐỒ HÌNH KHỐI VÀ SƠ ĐỒ HÌNH MẠCH CỦA MẠCH HỒI TIẾP
Sơ đồ khối của hồi tiếp:
Trong hình 2.1 chỉ ra mạch khuếch đại có hồi tiếp. Trong mạch tín hiệu biến thiên
S có thể là dịng điện hoặc điện áp.

Hình 2.1: sơ đồ khối của mạch khuếch đại có hồi tiếp
A: Mạch khuếch đại vịng hở có hệ số khuếch đại vịng hở là A.
β: là mạch hồi tiếp, có hệ số hồi tiếp là β.
Sfb: là tín hiệu hồi tiếp.
Si: tín hiệu ngỏ vào.
S€: tín hiệu ngỏ vào của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp.
SO: tín hiệu ngỏ ra.

AF : Độ lợi vịng kín của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp
Sơ đồ mạch của hồi tiếp:
NHÓM 39.20 TỔ 13

13


Từ hình trên, điện trở ngõ vào với hồi tiếp là: Rif =
Trong đó: 𝑣𝑠 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑣𝑓 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝛽𝑣𝑜 (1)
Với: 𝑣𝑜 =
Û

𝑣𝑜
𝑣𝑖

𝑣𝑠
𝐼𝑖

𝑅𝐿

𝐴 .𝑣
𝑅𝐿 + 𝑅𝑜 𝑉𝑁𝐿 𝑖
𝐴𝑉𝑁𝐿 .𝑅𝐿

= 𝐴𝑣 =

𝑅𝑜 + 𝑅𝐿

Û𝑣𝑜 = 𝐴𝑣 . 𝑣𝑖 (2)
Thay (2) vào (1) và 𝑣𝑖 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 ta được:

𝑣𝑆 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑣𝑓 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝛽𝐴𝑣 . 𝑅𝑖 𝐼𝑖 (3)
Thay (2) vào (1) và 𝑣𝑖 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 ta được:
𝑣𝑆 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑣𝑓 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝛽𝐴𝑣 . 𝑅𝑖 𝐼𝑖 (3)
Thay (3) vào (1), ta được:
𝑣𝑆 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝛽𝐴𝑣 . 𝑅𝑖 𝐼𝑖
𝑅𝑖𝑓 =
=
= 𝑅𝑖 (1 + 𝛽𝐴𝑣 ) > 𝑅𝑖
𝐼𝑖
𝐼𝑖
Trong đó: 𝐴𝑉𝑁𝐿 độ lợi điện thế của mạch hở không hồi tiếp
𝐴𝑣 độ lợi điện thế của mạch không có hồi tiếp và có 𝑅𝐿
Như vậy: AVNL = lim 𝐴𝑣
𝑅𝐿 →∞
 Hồi tiếp dịng điện
nối tiếp:
Sơ đồ mạch:

NHĨM 39.20 TỔ 13

14


Từ hình trên, điện trở ngõ vào với hồi tiếp là: Rif =
Trong đó: 𝑣𝑠 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑣𝑓 = 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝛽𝐼𝑜
Và I0 =

𝑣𝑠
𝐼𝑖

𝐺𝑚 .𝑣𝑖 𝑅0
𝑅𝐿 +𝑅0
𝐼0
𝐺𝑚 .𝑅0

Đặt GM =

𝑣𝑖

=

𝑅𝐿 +𝑅0

Vậy I0 = GM.vi = GM.Ri.Ii
𝑣
𝑅 .𝐼 +𝛽.𝐼
𝑅 .𝐼 +𝛽𝐺 .𝑅 𝐼
Nên Rif = 𝑠 = 𝑖 𝑖 0 = 𝑖 𝑖 𝑀 𝑖 𝑖
𝐼𝑖

𝐼𝑖

Suy ra: Rif = Ri(1 + βGM)
Và Gm = lim 𝐺𝑀

𝐼𝑖

𝑅𝐿 →0

 Hồi tiếp dịng điện song song:

Sơ đồ mạch:

Từ mạch ta có: IS = Ii + If = Ii + βI
𝐴 .𝐼 𝑅
Và I0 = 𝑖 𝑖 0 = AI.Ii
𝑅𝐿 +𝑅0

Trong đó AI =

𝐼0
𝐼𝑖

=

𝐴𝑖 .𝑅0
𝑅𝐿 +𝑅0

Với AI là độ lợi dòng điện khi khơng có hồi tiếp nhưng có tải RL, như vậy:
IS = Ii + βI0 = Ii + βAIIi = Ii(1 + βAI)
𝑣
𝑣
𝑣𝑖
Với Rif = 𝑖 và Ri = 𝑖 , ta tìm được: Rif =
𝐼𝑆

NHĨM 39.20 TỔ 13

𝐼𝑖

(1+ 𝛽𝐴𝑖 )𝐼𝑖

15


𝑅𝑖𝑓 =

𝑅𝑖
< 𝑅𝑖
1 + 𝛽𝐴𝐼

Và: AVNL = lim 𝐴𝑉
𝑅𝐿 →∞

 Hồi tiếp điện áp song song:
Sơ đồ mạch:

Từ mạch trên ta có: IS = Ii + If = Ii + βv0
𝑅 .𝐼 𝑅
Và v0 = 𝑚 𝑖 𝐿 = RMIi
𝑅𝐿 +𝑅0

Trong đó: RM =
Và Rif =

𝑣𝑖
𝐼𝑆

Vậy Rif =

=

𝑣𝑖

=

𝑅𝑚 𝑅𝐿

𝐼𝑆
𝑅𝐿 +𝑅0
𝑅𝑖 𝐼𝑖

𝑅𝑚 .𝑅 𝐼
𝐼𝑖 +𝛽( 𝑅 +𝑅𝐿 𝑖 )
0
𝐿

𝑅𝑖

1+𝛽𝑅𝑀

=

𝑅𝑖
𝑅

.𝑅

1+𝛽(𝑅 𝑚+𝑅𝐿 )
𝐿

0

< Ri

Chú ý:
Rm là điện trở truyền của mạch hở (RL = ∞)
RM là điện trở truyền của mạch khơng có hồi tiếp nhưng có tải RL
Do đó: Rm = lim 𝑅𝑀
𝑅𝑚 →∞

 Tính chất:
- Ảnh hưởng của hồi tiếp âm lên điện trở ra.
Bây giờ ta xét ảnh hưởng của hồi tiếp âm lên điện trở ngõ ra của mạch khuếch
đại:
+ Nếu tín hiệu hồi tiếp âm lấy mẫu điện thế để đưa về ngõ vào thì điện trở ngõ
ra của mạch sẽ giảm (Rof << Ro)
+ Nếu tín hiệu hồi tiếp âm lấy mẫu dòng điện để đưa về ngõ vào thì điện trở
ngõ ra của mạch sẽ tăng (Rof >> Ro)
- Ảnh hưởng của hồi tiếp lên điện trở vào:
+ Nếu tín hiệu hồi tiếp đưa về ngõ vào là điện thế và nối tiếp với điện thế ngõ
vào thì tổng trở vào sẽ tăng.
Vì điện áp hồi tiếp vf ngược chiều với vs nên dòng điện vào II nhỏ hơn khi
mạch chưa có hồi tiếp âm.
𝑣
Như vậy điện trở ngõ vào Rif = 𝑖 lớn hơn điện trở ngõ vào Ri khi chưa có hồi
𝐼𝑖

tiếp. Ta có: Rif = Ri(1 + βA) = Ri.F
NHÓM 39.20 TỔ 13

16


+ Nếu tín hiệu hồi tiếp đưa về ngõ vào là dịng điện và mắc song song với tín
hiệu dịng điện ngõ vào thì tổng trở vào sẽ giảm.
Vì Ii = Is – If nên Ii ( với một giá trị xác định của If) sẽ nhỏ hơn khi chưa có
hồi tiếp âm.
𝑣
𝑅𝐼
Vậy Rif = 𝑠 = 𝑖 𝑡 bị giảm.
𝐼𝑠

𝐼𝑠

III. PHÂN LOẠI HỒI TIẾP
+ Hồi tiếp có hai lọai: hồi tiếp dương và hồi tiếp âm.
- Hồi tiếp âm là mạch có tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngỏ vào và vậy
làm giảm tín hiệu ngỏ vào của mạch. Hồi tiếp âm có khuynh hướng duy trì độ ổn
định của hệ số khuếch đại của mạch chống lại sự thay đổi của các thông số
transistor do nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp.
- Hồi tiếp dương là mạch có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngỏ vào và
vậy làm tăng tín hiệu ngỏ vào của mạch. Hồi tiếp dương được sử dụng thiết kế
trong các mạch dao động và trong một số ứng dụng khác.
+ Có nhiều lọai mạch hồi tiếp nhưng về cơ bản có thể phân ra làm bốn lọai hồi
tiếp dựa vào các đặc điểm sau:
- Tín hiệu hồi tiếp (điện áp hay dịng điện)
- Cách mắc tín hiệu với ngỏ vào (nối tiếp hay song song)
1. Hồi tiếp điện áp nối tiếp (khuếch đại điện áp):

Hình 2.3.1

+ Tín hiệu hồi tiếp đưa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ
với điện áp đầu ra.
Hệ số khuếch đại vòng hở:
Av 

Vo
V

- Hệ số hồi tiếp :
v 

V fb
VO

- Hệ số khuếch đại vịng kín:
AvF 

Vo
Vi

NHÓM 39.20 TỔ 13

17


b. Hồi tiếp dòng điện song song (khuếch đại dòng điện):

Hình 2.3.2
+ Tín hiệu hồi tiếp đưa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ
lệ với dòng điện đầu ra.

- Hệ số khuếch đại vòng hở:
Ai 

Io
I

- Hệ số hồi tiếp :
I fb

i 

IO

- Hệ số khuếch đại vịng kín:
AiF 

Io
Ii

c. Hồi tiếp dịng điện nối tiếp (khuếch đại truyền dẫn):

Hình 2.3.3
+ Tín hiệu hồi tiếp đưa đến đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ
với dòng điện đầu ra.
- Hệ số khuếch đại vòng hở:
Ag 

Io
V

- Hệ số hồi tiếp :
z 

V fb
IO

NHÓM 39.20 TỔ 13

18


- Hệ số khuếch đại vịng kín:
AgF 

Io
Vi

d.Hồi tiếp điện áp song song (khuếch đại truyền trở):

Hình 2.3.4
+ Tín hiệu hồi tiếp đưa đến đầu vào song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ
lệ với điện áp đầu ra.
- Hệ số khuếch đại vòng hở:
Az 

Vo
I

- Hệ số hồi tiếp :
g 

I fb
VO

- Hệ số khuếch đại vòng kín:
AzF 

Vo
Ii

Nhận xét:
-Đối với hồi tiếp điện áp nối tiếp và hồi tiếp dịng điện nối tiếp, khi có hồi tiếp trở
kháng vào sẽ tăng lên (1+βK) lần so với khi khơng có hồi tiếp
-Đối với hồi tiếp điện áp song song và hồi tiếp dòng điện song song, trở kháng vào
sẽ giảm đi (1+βK) lần so với khi không có hồi tiếp
-Trở kháng ra chỉ phụ thuộc vào hồi tiếp điện áp hoặc hồi tiếp dịng điện mà khơng
phụ thuộc vào hồi tiếp nối tiếp hay song song.
-Đối với hồi tiếp điện áp nối tiếp và hồi tiếp điện áp song song, trở kháng ra sẽ
giảm đi (1+βK) lần so với khi khơng có hồi tiếp
-Đối với hồi tiếp dòng điện nối tiếp và hồi tiếp dòng điện song song, trở kháng ra
sẽ giảm đi (1+βK) lần so với khi khơng có hồi tiếp
*Giảm méo tần số.
Trong bộ khuếch đại hồi tiếp âm có βK >>1, thì hệ số khuếch đại sẽ là Kf xắp sỉ
bằng 1/ β. Khi đó có thể xem chỉ đơn thuần là điện trở, nó khơng phụ thuộc vào
tần số cho dù bộ khuếch đại đó có thể xem như mạch chỉ đơn thuần là điện trở, nó
khơng phụ thuộc vào tần số. Thực tế thì méo tần số giảm đi là do sự thay đổi của
NHÓM 39.20 TỔ 13

19

hệ số khuếch đại theo tần số trong mạch có hồi tiếp âm điện áo được giảm đi đáng
kể
*Giảm tạp âm và méo phi tuyến
Khi có hồi tiếp âm sẽ làm nhỏ tín hiệu nhiễu và giảm nhỏ méo phi tuyến
Khi độ méo phi tuyến
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Mạch khuếch đại hồi tiếp giúp cải thiện các tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao
chất lượng của bộ khuếch đại, kết hợp với tầng thúc để đưa tín hiệu sang tầng khuếch đại
cơng suất để đảm bảo tín hiệu ít bị méo phi tuyến hơn và cho ra chất lượng âm thanh tốt
hơn.

NHÓM 39.20 TỔ 13

20


CHƯƠNG 3: CÁC CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
Các mạch khuếch đại đã nói ở chương trước chỉ làm việc với tín hiệu nhỏ với cơng
suất thấp. Để tín hiệu ra đủ lớn đáp ứng cho các phần tải, cần dùng đến bộ khuếch
đại công suất lớn. Khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ
khuếch đại . Nó có nhiệm vụ cho ra tải một cơng suất lớn nhất có thể với độ méo
cho phép và đảm bảo hiệu suất cao.
Trong chương này sẽ trình bài về:
- Phân loại khuếch đại cơng suất: có 5 loại cơ bản
+ Chế độ A
+ Chế độ B
+ Chế độ AB
+ Chế độ C
+ Chế độ D

I. Khuếch đại công suất:
1. Định nghĩa:
Bộ khuếch đại công suất là bộ khuếch đại điện tử được thiết kế ở tầng cuối
của thiết bị khuếch đại. Nó có nhiệm vụ cung cấp cho mạch một tín hiệu trung thực
đạt cơng suất mong muốn và có hiệu suất hợp lý, tăng cường độ cơng suất của tín
hiệu đầu vào nhất định.
Cơng suất của tín hiệu đầu vào được tăng lên mức đủ cao để điều khiển tải các
thiết bị đầu ra như loa, tai nghe, máy phát R, …
Không giống như các bộ khuếch đại điện áp / dịng điện, bộ khuếch đại cơng
suất được thiết kế để truyền tải trực tiếp và được sử dụng như một khối cuối cùng
trong một chuỗi khuếch đại.
2. Đặc điểm của tầng khuếch đại công suất:
Tầng ra được thiết kế để cung cấp một trở kháng ra nhỏ và dòng ra lớn.
Thường sử dụng mạch khuếch đại C chung hoặc D chung.
Mạch khuếch đại chế độ A – transistor dẫn cả chu kỳ trong một chu kỳ tín
hiệu đầu vào.
Mạch khuếch đại đẩy kéo: sử dụng 2 transistor – một transistor sẽ hoạt động
trong nửa chu kỳ đầu và một transistor sẽ hoạt động trong nửa chu kỳ sau của tín
hiệu sóng vào. Mỗi transistor hoạt động ở chế độ B (bán dẫn kỳ trong một chu kỳ tín
hiệu vào).
Mạch khuếch đại AB: kết hợp chế độ A và B, mục địch là tránh méo xuyên
tâm cho khuếch đại đẩy kéo.
II.Chế độ công tác và đỉnh điểm làm việc cho tầng khuếch đại công suất
Tuỳ thuộc vào chế độ công tác của Transistor người ta phân biệt thành các chế độ
A, AB, B và C.
NHÓM 39.20 TỔ 13

21

1.Mạch khuếch đại chế độ A: transistor hoạt động trong cả chu kỳ của một chu kỳ
tín hiệu đầu vào.
Sơ đồ mạch:
Đặc tuyến:

NHÓM 39.20 TỔ 13

22


 Dòng điện và điện áp đầu vào tồn tại trong 1 chu kỳ của tín hiệu.
 Hệ số khuếch đại công suất của mạch:
𝑔 𝑅𝐿 𝑅𝑖𝑛
Hệ số khuếch đại điện áp: Av = (1+𝑔 𝑚 )(𝑅
)
Hệ số khuếch đại dòng: Ai = Av.

𝑚 𝑅𝐿
𝑅𝐼 +𝑅𝑖𝑛

𝐼 +𝑅𝑖𝑛

𝑅3

Hệ số khuếch đại cơng suất: Ap = Av.Ai
 Vì Av < 1 => muốn tăng Ap chọn gm.RL >> 1 => Av ≈ 1; tăng Rin và
giảm R7.
 Không thay đổi được RI vì nó phụ thuộc vào nguồn tín hiệu, đồng thời
RI << Rin.
 Hiệu suất mạch khuếch đại chế độ A:

 Mạch khuếch đại chế độ A có độ tuyến tính cao, độ méo nhỏ.
 Vấn đề của mạch khuếch đại chế độ A là hiệu suất thấp.
 Hiệu suất là tỉ số công suất của tải (cực đại) và công suất cung cấp
nguồn cho cả mạch khuếch đại.

NHÓM 39.20 TỔ 13

23


 Khi cơng suất tải cực đại thì điện áp ra trên tải đạt cực đại (gần bằng
VDD). Lúc đó VDS ≈ 0

 Cơng suất hữu ích trên tải:
Vì tín hiệu ra trọn chu kỳ hình sine nên cơng suất tín hiệu trên tải bằng:
𝐼2

PL = RLI2RMS = RL 𝐿𝑃 =
2
 Công suất nguồn cung cấp:
1

𝑅𝐿 𝐼𝐿𝑃

𝑇

ILP = VDD

2
1

𝑇

𝐼𝐿𝑃
2

PCC = ∫0 ( 𝐼𝑆𝑆 𝑉𝑆𝑆 + 𝐼𝐷𝑆 𝑉𝐷𝐷 )𝑑𝑡 = ∫0 ( 𝐼𝑆𝑆 𝑉𝑆𝑆 + (𝐼𝑆𝑆 +
𝑇
𝑇
1

𝑇

= ∫0 ( 𝐼𝑆𝑆 𝑉𝑆𝑆 + 𝐼𝑆𝑆 𝑉𝐷𝐷 +
𝑇

𝑉𝐷𝐷 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡
𝑅𝐿

𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅𝐿

)𝑉𝐷𝐷 )𝑑𝑡

𝑉𝐷𝐷 )𝑑𝑡

= ISSVSS + ISSVDD + 0 = ISS(VSS + VDD) = ILP2VDD = 2VDDILP
 Hiệu suất của mạch khuếch đại công suất chế độ A:
ղ=

𝑃𝐿
𝑃𝐶𝐶

=

𝑉𝐷𝐷

𝐼𝐿𝑃
2

2𝑉𝐷𝐷 𝐼𝐿𝑃

1

= = 25%
4

 Ưu điểm: tín hiệu ra có độ méo nhỏ.
 Nhược điểm:
 Hiệu suất thấp ≈ 25%
 Tiêu hao nhiệt lớn
 Ứng dụng: sử dụng ở các tầng không yêu cầu hiệu suất cao nhưng phải đảm
bảo tín hiệu như tầng đầu vào và tầng thúc của mạch khuếch đại.
2. Mạch khuếch đại chế độ AB: ta có thể sửa méo trong mạch khuếch đại chế độ B
trong khi vẫn cải thiện được hiệu suất bằng cách kết hợp các mạch chế độ A và B.

NHÓM 39.20 TỔ 13

24

Sơ đồ mạch:

Đặc tuyến:

 Ưu điểm: Hiệu suất cao, bảo tồn tín hiệu.
 Nhược điểm: Các tầng khuếch đại cơng suất được thiết kế làm việc ở chế
độ AB, điểm làm việc của chế độ AB nằm giữa chế độ A và chế độ B.
3. Mạch khuếch đại chế độ B: mạch chỉ hoạt động trong nửa chu kỳ của tín hiệu –
hiệu suất được cải thiện.

NHĨM 39.20 TỔ 13

25