Do an kỹ thuật mạch điện tử(dung de tham khao cach lam)

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

PHẦN
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH OTL NGÕ
VÀO ĐƠN

Công suất: 60(W)
Trở kháng vào: Z
i
= 200 (kΩ)
Trở kháng loa: P
L
= 8 (Ω)
Điện áp vào: V
i
= 0,5 (V)
Méo phi tuyến: γ ≤ 0,30 %
Băng thông: 30 Hz ÷ 15 kHz

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

Tác dụng cuả các linh kiện:

Q
1
, Q
3
và Q
2
, Q
4
: các cặp BJT ghép Dalington khếch đại công suất
Q
5
: BJT khuếch đại thúc.
Q
7
: BJT khuếch đại đầu vào
Q
6
, V
R2
, D
4
, D
5
, D
6
: tạo thành nguồn dòng.
Q
8
, Q
9

: Các BJT bảo vệ quá tải, ngắn mạch
R
1
, R
2
: Điện trở ổn định nhiệt và cân bằng dòng ra.
R
3
, R
4
: Điện trở rẽ dòng nhiệt.
R
15
, R
16
, R
17
, R
18
,: Điện trở phân cực cho Q
8
, Q
9

D
1
, D
2
, D
3

, V
R1
: Định thiên áp để các BJT công suất Q
1
, Q
2
làm việc ở chế độ AB.
R
8
: Điện trở ổn định nhiệt cho Q
5
.
V
R3
, R
9
, C
3
: Thành phần hồi tiếp âm để mạch ổn định.
R
10
, R
11
: Cầu phân áp cho Q
5
.
R
13
, R
14

: Cầu phân áp cho Q
7.
R
12
, C
L
: Mạch lọc nguồn loại bỏ các thành phần tần số cao, chống hiện
tượng dao động tự kích trong mạch.
C
1
: Tụ liên lac ngõ vào
C
2
: Tụ liên lac ngõ ra
R
20
, C
4
: Thành phần cân bằng trở kháng loa ở tần số cao.

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5




1. Tính toán tầng 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:

v
L
= V
LP
.sinωt + V
Lo
i
L
= I
LP
. sinωt + I
Lo
Trong đó: V
LP
, I
LP
là biên độ điện áp và dòng ra trên tải
V
Lo
, I
Lo
là điện áp và dòng DC trên tải.
Do tầng công suất làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh và điện áp tĩnh trên tải là
không đáng kể nên:
v
L
= V
LP
. sinωt
i

L
= I
LP
. sinωt
Gọi V
L
, I
L
là điện áp và dòng hiệu dụng trên tải. Khi đó ta có:
V
L
=
2
V
LP
; I
L
=
2
I
LP

Công suất trên tải là:
P
L
= I
L
2
.R
L

= R
L
.
2
L
2
L
R
V
=
L
L
2
R
V
=
L
LP
2
R2
V

→ V
LP
= 2. .
LL
PR
→ V
LP
= 8.60.2 = 31 (V)

Và I
LP
=
L
LP
R
V
=
8
31
= 3,87 (A).
1.2. Điện áp nguồn cung cấp:
Do Q
1
, Q
2
làm việc ở chế độ AB nên chọn hệ số sử dụng nguồn ξ = 0,8. Để
tránh méo tín hiệu ra chọn V
cc
≥ 2V
LP
.
→ 2.V
LP
= ξ.V
CC
→ V
CC
=
ξ

LPV2
=
8,0
31.2
= 77,5 (V)
Chọn ngu
ồn cung cấp 80 (V).
2. Tính toán tầng công suất
Để tránh méo xuyên tâm, đồng thời đảm bảo hiệu suất. Chọn Q
1
, Q
2
làm việc ở
chế độ AB. Vì mạch làm việc ở chế độ AB nên dòng tĩnh collector nằm trong khoảng
20÷50mA. Ở đây, chọn I
EQ1
= I
EQ2
= 50 (mA).
Dòng đỉnh qua Q
1
, Q
2
là:
I
E1p
= I
E2p
= I
Lp

+ I
EQ1
= 3,87(A) + 0,05(mA) = 3,92(A).
2.1. Tính toán R
1
, R
2
:


R
1
, R
2
có tác dụng ổn định nhiệt và cân bằng dòng cho Q
1
, Q
2
và tín hiệu trên
R
1
, R
2
cũng là tín hiệu qua loa:

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

i
e1
= i
e2
= I
LP
.sinωt ( trong khoảng 0 → π )




ie
0
π
2π
3π

4π

5π
t

6π

Nếu chọn R
1
, R
2
lớn thì tổn hao trên loa nhiều. Do đó phải chọn sao cho tín hiệu
ra loa là lớn nhất.
Để tránh tổn thất tín hiệu người ta thường chọn:
V
R1P
=
20
1
V
LP
=
31.
20
1
= 1,55 (V)
Giá trị điện trở R
1
, R
2
là:
R
1

= R
2
=
P1E
P1R
I
V
= )(40,0
92,3
55,1
Ω≈
Công suất tiêu tán trên R
1
, R
2
là:
P
R1
= P
R2
= R
1
.I
L
2

mà I
L
2
=

∫∫
=
−
=
ππ
ω
ω
π
ωω
π
0
2
0
222
42
2cos1
2
1
sin
2
1
LP
LPLP
I
td
t
IttdI

( Vì dòng qua R
1

chỉ một nữa chu kỳ )
⇒ P
R1
= P
R2
= R
1
)(49,1
4
)87,3(
.40,0
4
2
2
W
I
LP
==

Vậy chọn R
R1
, R
R2
là loại: R
1
= R
2
= 0,4(Ω)/3(W).

2.2. Tính chọn Q

1
, Q
2
:
Dòng cung cấp trung bình cho Q
1
, Q
2
trong một chu kỳ
I
tb
=
π
ωω
π
π
LP
LP
I
ttdI =
∫
sin
2
1
0

Công suất nguồn cung cấp: P
cc
=V
cc

.I
cc
= V
cc =
V
cc
.I
tb
= V
cc
π
LP
I
Công suất tiêu tán trên tải: P
L
= I
L
2
R
L
=
L
LP
L
LP
R
I
R
I
2

.)
2
(
2
2
=

* Nếu bỏ qua công suất tiêu tán trên R
1
, R
2
thì công suất tiêu tán trên tiếp xúc J
c
phân
cực ngược của 02 BJT Q
1
, Q
2
là:

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

2P
ttAC
= P
CC

- P
L
= V
CC
.I
CC
- I
2
L
R
L
= V
CC
L
LP
LP
R
I
I
2
2
−
π
(2.1)
Đạo hàm hai vế từ (2.1) theo I
LP
ta có:

0
2

=−=
LLP
CC
LP
ttAC
RI
V
dI
dP
π
=>
L
cc
LP
R
V
I
.π
=

Thay vào (2.1) ta có công suất tiêu tán cực đại trên mỗi BJT là:
)W(26,20
8 4
80
.
4
1
)
2
1

(
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
max
≈==−=
ππππ
L
CC
L
CC
L
CC
AC
tt
R
V
R
V
R
V
P

* Nếu không bỏ qua công suất tiêu tán trên R
1
, R
2
thì:
)W(49,1)87,3.(4,0.
4
1
4
1
)
2
(.
2
2
1
2
1
2
121
======
LP
LP
L
RR
IR
I
RIRPP

Công suất tiêu tán trên 2 BJT Q

1
, Q
2
là:
2
1
2
1
4
1
.2
2
22
LP
LP
L
LP
ccRLccttAC
IR
I
R
I
VPPPP −−=−−=
π
(2.2)
Đạo hàm 2 vế (2.2) theo I
LP
:
0 2.
4

1
.2
2
2
2
1
=−−=
LPLPL
cc
LP
ttAC
IRIR
V
dI
Pd
π

=>
π
cc
LPL
V
IRR =+
max1
)(
=>
)(
1
max
RR

V
I
L
cc
LP
+
=
π
Thay vào (2.2) ta có:
Công suất tiêu tán cực đại trên mỗi BJT là:
)
)(
.
2
1
)(.2
.
)(
(
2
1
2
1
2
2
1
2
1
2
2

1
2
2
max
RR
VR
RR
VR
RR
V
P
L
cc
L
ccL
L
cc
ttAC
+
−
+
−
+
=
πππ

=
)W(29,19
)4,08(
80

4
1
)(
4
1
2
2
1
2
2
=
+
=
+
ππ
RR
V
L
cc

Công suất tiêu tán trên mỗi BJT do dòng tĩnh:
)W(2)(50.
2
)(80
.
2
==== mA
V
I
V

IVP
EQ
cc
EQCEQttDC

Vậy công suất tiêu tán trên 1 BJT là:
W)(29,21229,19
=
+=+=
Σ ttDCttACtt
PPP
Do đó Q
1
, Q
2
được chọn sao cho thoả mãn điều kiện sau:
I
C
> I
E1P
= 3,92(A)
V
CEo
> V
cc
= 80(V)
P
C
> , thường chọn P
∑

tt
P
C
>2. = 2.21,29 = 42,58(W)
∑
tt
P
Sau khi tra cứu ta tìm đươc là
Chọn Q
1
, Q
2
là loại BJT 2SC5200, 2SA1943

BJT P
cmax
(W) I
c
β (h
fe
) V
CEo
f
gh
T(
0
C) loại
2SC5200 150 15A 55÷160 230V 30MHz 150 SN
2SA1943 150 15A 55÷160 230V 30MHz 150 SP

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

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

Dải tần cho phép của 2SA1943 là:
)(5,187
160
30
KHZ
f
f
T
===
β
β

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

2.3. Tính chọn điện trở rẽ dòng R
3
, R
4
:

* Chọn h
fe1
= h
femin
= 55
Dòng
)(89,0
155
50
)1(
min
1
1
mA
mA
h
I
I
fe
QE
QB
=
+
=
+
=
)(70)(07,0
551
92,3
)1(

min1
1
1
mAA
h
I
I
fe
PE
PB
=≈
+
=
+
=

* Theo đặc tuyến vào của BJT 2SC5200
)(05,0)(50
1
AmAI
QC
==
→
)(6,0
11
VV
QEB
=

)(92,3

1
AI
PC
= →
)(78,0
11
VV
PEB
=

Ta có R
3
, R
4
là điện trở rẽ dòng nhiệt: Vừa ổn định điểm làm việc tĩnh cho Q
3
,
Q
4
vừa làm tăng tốc độ chuyển mạch cho Q
1
, Q
2
trong miền tần số thấp.
Đối với tín hiệu 1 chiều: R
3
, R
4
cho đi qua dễ dàng, còn đối với tín hiệu xoay
chiều thì R

3
, R
4
cho đi qua rất 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:
- Nhỏ hơn trở kháng vào DC của Q
1
, Q
2
để rẽ dòng nhiệt, xả điện tích dư khi
các transistor chuyển từ dẫn sang tắt.
- Lớn hơn trở kháng vào AC của Q
1
, Q
2
để giảm tổn thất tín hiệu. Nghĩa là:
Z
in ACQ1
<< R
3
= R
4

<< Z
inDCQ1
V
R1P
= R
1
.I
R1P
= R
1
.I
E1P
= 0,4.3,92 = 1,56 (V)
V
R1Q
= R
1
.I
R1Q
= R
1
.I
E1Q
= 0,4.0,05 = 0,02 (V)

Z
inDCQ1
=
696,0
89,0

02,06,0
1
111
=
+
=
+
QB
QRQEB
I
VV
(KΩ) = 696 (Ω)
Z
inACQ1
=
QBPB
QRQEBPRPEB
II
VVVV
11
111111
)(
−
+
−
+

=
)(24)(024,0
89,070

)02,06,0(56,178,0
Ω=Ω=
−
+
−
+
K
Điều kiện chọn R
3
, R
3
là:
Z
inACQ1
<< R
3
= R
4
<< Z
inDCQ1
→ 24 (Ω) << R
3
= R
4
<< 696 Ω
Nên chọn R
3
= R
4
= 220 Ω

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

2.4. Tính chọn Q
3
, Q
4
:
Dòng tĩnh qua R
3
: 81,2
220
02,06,0
3
111
3
=
+
=
+
=
R
VV
I
QRQEB

QR
(mA)
Dòng cực đại qua R
3
: 6,10
220
56,178,0
3
111
3
=
+
=
+
=
R
VV
I
PRQEB
PR
(mA)
Dòng tĩnh qua Q
3
:

7,389,081,2
133
=
+=+=
QBQRQE

III
(mA)
Dòng cực đại qua Q
3
:
= 10,6+70 = 80,6 (mA)
PBPRPE
III
133
+=
Công suất tiêu tán của Q
3
do tín hiệu xoay chiều tạo ra:

3
max
2
2
4
tQ
CC
ttAC
R
V
P
π
= (2.3)
*Với

LfeinACQtQ

RhZRR )1()//(
113
3
++=
R
3
// Z
inACQ1
=
)(6,21
24220
24.220
Ω=
+

Nên
)(6,4698)551(6,21
3
Ω
=
+
+=
tQ
R

Thay vào (2.3) ta có công suất tiêu tán của Q
3
do tín hiệu xoay chiều tạo ra:

)(345)(345,0

6,469.4
80
2
2
max
mWWP
ttAC
===
π

Công suất tiêu tán DC của Q
3
:

QECEttDC
33
I.VP =
Với
)(38,39220.81,240.
22
3
333
VRI
V
V
V
V
QR
cc
QR

cc
CE
=−=−=−=

Nên = 107,57 (mW)
66,3.39,29=
ttDC
P
Do đó P
tt
∑ =
7,4907,145345
max
=
=
=+
ttDCttAC
PP
(mW)
Chọn Q
3
, Q
4
thoả điều kiện:
I
C
> I
E3P
= 80,6 (mA)
V

CEo
> V
cc
= 80 (V)
P
C
> , thường chọn P
∑
tt
P
C
>2. = 2.490,7 = 981,4(mW) = 0,981(W)
∑
tt
P
Sau khi tra cưu ta chọn được đó là
→ Chọn Q
3
là, 2SC2344 Q
4
là 2SA1011

Loại BJT
0
CE
V

C
I

P
Cmax
(W) h
fe
f
T
( MHz) T
j
(
o
C)
2SC2344 160V 1,5A 25 60÷200 100 150

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

2SA 1011 160V 1,5A 25 60÷200 100 150
3. Tầng lái và mạch phân cực nguồn dòng
3.1. Tính chọn các diode D
1
, D
2
, D
3
và
1
R

V
:
Vì các BJT Q
1
, Q
2
, Q
3
, Q
4
làm việc ở chế độ AB nên phải dùng các diode để phân
cực cho các BJT
Để Q
1
, Q
2
làm việc ở chế độ dòng tĩnh
50I
QE
1
=
(mA) thì điện áp V
BE
của các BJT
tổ hợp ở chế độ tĩnh là: 0,6 (V).
QBEQBEQRQRQEBQEBBB
VVVVVVV
442221113343
+
+

+
+
+
=

= 0,6 + 0,6 + 0,02 + 0,02 + 0,6 + 0,6
= 2,44 (V)
Để đạt điện áp phân cực này, người ta có thể dùng 4 diode D
1
, D
2
, D
3
, D
4
. Mặt
khác, để dòng qua nguồn dòng Q
6
và các diode ít bị ảnh hưởng bởi dòng base của Q
3
,
Q
4
lúc tín hiệu lớn. Nên chọn
PBCQ
II
35
>>
mà
)(31,1

)601(
6,80
1
min3
3
3
mA
h
I
I
f
PE
PB
=
+
=
+
=

Để Q
5
làm việc ổn định và ít gây méo ta chọn
→÷=
PBCQ
II
35
)103(
chọn
)(1,1331,1.10.10
35

mAII
PBCQ
=
=
=

→ chọn các diode loại 1N914
Từ đặc tuyến của diode với I
D
= 13,1(mA) → V
D
= 0,72 (V)
Để thay đổi áp phân cực cho các BJT công suất, người ta dùng thay cho D
1
R
V
4
=−=
DBBR
V3VV
431
2,44 - 3.0,72 = 0,28 (V)
Vậy
)(21
1,13
28,0
5
1
1
Ω===

CQ
VR
VR
I
V
R
,
Chọn V
R1
là biến trở 100 (Ω) sau đó hiệu chỉnh lại cho thích hợp
3.2. Tính chọn Q
5
:
Q
5
được chọn làm việc ở chế độ A để lái các BJT công suất tầng khuếch đại đẩy
kéo. Tầng lái Q
5
được ghép trực tiếp với tầng công suất, dòng tĩnh được cấp bởi nguồn
dòng Q
6
Do Q
5
làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán được tính ở chế độ tĩnh tức là
công suất tiêu tán một chiều.
Để Q
5
làm nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu cho tầng công suất thì phải
lớn.
5

Q/L
Z

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

Trở kháng tải của Q
5
:
Lfefe1be3feieQ/L
R)h1)(h1())R
r
//(R)(h1(hZ
131335
+
+
+
+
+
+=

với
4,405
7,3
25
.60
3

33
3
====
QE
T
beie
I
V
rh
β
(Ω)

5,27
50
25
.55.
1
111
====
QE
T
febeie
I
V
hrh
(Ω)
⇒ = 405,4 + (1 + 60)(220//(27,5 + 0,4)) + (1+60)(1+55).8
5
Q/L
Z

= 15,57 (KΩ)
Do Q
5
có tải lớn nên dễ rơi vào vùng bão hoà gây méo tín hiệu nên phải có R
8
là
điện trở hồi tiếp để ổn định điểm làm việc. R
8
là điện trở ổn định nhiệt cho Q
5
, R
8
càng
lớn thì ổn định nhiệt càng tốt nhưng tổn hao công suất DC của nó lớn nên ảnh hưởng
đến nguồn cung cấp.
→ Chọn =
8
R
V 2
40
80
40
1
10
1
8
==⇒÷
R
V
(V)

(mA)
1,13
58
==
CQR
II
⇒ R
8
=
)(153
1,13
2
8
8
Ω==
R
R
I
V
(Ω), chọn R
8
= 150 (Ω) → ≈ 2 (V)
8
R
V
* Công suất tiêu tán DC trên Q
5
:
P
ttDC

=
55
CQCEQ
I.V

8225
4//
2
RQEBQEBQR
cc
CEQ
VVVV
V
V −−−−=

= 40 - 0,02 - 0,6 - 0,6 - 2 = 36,78 (V)
→ P
ttDC
= 36,78.13,1 = 481,81 (mW)
Chọn Q
5
thoả điều kiện

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≈==>⇒>
=>

=>
W)(963,0)(63,96381,481.2.2
)(1,13
)(80
5
0
mWPPPP
mAII
VVV
ttDCttDC
CQC
CCCE
Sau khi tra cưu ta chọn được đó là
→ Chọn Q
5
là 2SD401A
Loại BJT P(W) V
CE
(V) T(
0
C) f
T
(MHz) I
C
(A)
β
2SD401A 25 150 150 120 2 90÷400
→ Chọn β = 150

3.3. Tính chọn nguồn dòng Q

6
:

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

* Chọn , D
2
R
V
4
, D
5
Nguồn dòng có nội trở lớn có tác dụng ổn định dòng điện cho Q
5
và tăng tải cho
Q
5
. Muốn nội trở nguồn dòng lớn thì chọn Q
6
là BJT có β lớn và dòng tĩnh
56
CQCQ
II =
= 13,1 (mA)
- Chọn 2 diode là loại 1N914
- Chọn = 13,1 (mA) → V

654
CQDD
III ==
D
= 0,72 (V)
62
Q/EBVR
VV +
= 2V
D
→
62
/
2
QEBDVR
VVV
−
=
= 2.0,72 - 0,6 = 0,84 (V)

⇒ V
R2
= )(64)(064,0
1,13
84,0
2
Ω≈Ω== mV
R
.
Chọn V

R2
là biến trở 220 (Ω) rồi hiệu chỉnh lại cho thích hợp.
- Do Q
6
làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán chủ yếu là công suất 1 chiều.
P
ttDC
= V
CE
6
6
. I
CQ6

V
CE6
= V
CC
- V
VR2
- V
BE/Q3
- V
BE/Q1
- V
R1
-
2
V
CC

=
2
V
CC
- V
BE/Q3
- V
BE/Q1
- V
VR2
-V
R1Q

= 40 - 0,6 - 0,6 - 0,84 - 0,02 = 37,9 (V)
→ P
ttDC
= V
CE6
.I
CQ6
= 37,9. 13,1 = 497 (mW)
→ Chọn Q
6
thoả điều kiện:

⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
≈==>⇒>
=>
=>
W)(994,0)(994497.2.2
)(1,13
)(80
5
0
mWPPPP
mAII
VVV
ttDCttDC
CQC
CCCE
Sau
khi
tra
cưu ta chọn được đó là
Loại BJT P(W) V
CE
(V) I
C
(A) T(
0
C) f
T
(MHz)
β
2SB546 25 150 2 150 5.0 40÷200

→ Chọn Q
6
là 2SB546




V
R6
= V
CC
- (V
D4
+V
D5
) = 80 - 2.0,72 = 78,56 (V)
I
R6
= 13,1(mA)

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

→ R
6
= )(6
1,13

56,78
Ω= K ,
→ Chọn R
6
= 5,7 (kΩ).

4. Tính tầng vào
I
CQ5
= 13,1(mA) chọn h
fe5
= 150
⇒ I
BQ5
=
)(09,0
150
1,13
5
mA
I
CQ
==
β

Chọn I
CQ7
>> I
BQ5
để không ảnh hưởng đến V

A
và ổn định điểm làm việc cho Q
5
→ Chọn I
CQ7
= 10.I
BQ5
= 10.0,09 = 10,9(mA)
4.1. Tính R
9
, R
10
, R
11
:
R
9
càng lớn thì tác dụng hồi tiếp âm dòng một chiều càng lớn, điểm làm việc
của Q
7
càng ổn định.
Điện áp 1 chiều V
R9
được chọn: V
R9
= (
10
2
10
1

÷
) V
A

→ Chọn V
R9
=
10
1
V
A
=
2
V
10
1
CC
= 4(V)
I
R9
= I
CQ7
⇒ R
9
= )(44,4
9,0
4
Ω= K ,
Chọn R
9

= 4,4(kΩ) → V
R9
≈ 4(V).
V
R11
= V
BE/Q5
+ V
R8
= 0,6 + 2 = 2,6 (V)
I
R11
≈ 0,9(mA)
⇒ R
11
=
9,0
6,2
11
11
=
R
R
I
V
= 2,88(kΩ)
Chọn R
11
= 4,4 (kΩ) → V
R11

≈ 4(V).
V
R10
=
2
V
CC
- V
R9
- V
CE/Q7
- V
R11
* Để Q
7
khuếch đại không bị méo và biên độ điện áp ra đủ lớn → chọn Q
7
hoạt động ở
chế độ A, điểm tĩnh nằm giữa đường tải động:
⇒ V
CE/Q7
=
20
4
80
4
==
CC
V
(V)

)(12420440
10
VV
R
=−
−
−=

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

)(4,13
9,0
12
10
Ω== KR
Chọn R
10
= 14,4 (kΩ) → V
R10
≈ 13(V) → V
CE/Q7
= 19(V).
4.2. Tính Q
7
:
Q

7
làm việc ở chế độ A nên công suất tiêu tán là công suất tiêu tán một chiều.
Nên ta có:

)(1,179,0.19.
77
mWIVP
CQCEQttDC
===
* Chọn Q
7
thoả điều kiện:
CE
V >
2
V
CC
= 40 (V)
I
C
> I
CQ7
= 0,9 (mA)
P > P
ttDC
, thường chọn

P > 2. P
ttDC
= 2.117,1 = 34,2 (mW)

Sau khi tra cưu ta chọn được đó là
⇒ Chọn Q
7
là 2SA1015

Loại BJT P(mW) f
T
(MHz) V
CE
(V) I
C
(mA) T(
o
C) β
2SA1015 400 80 50 150 125 240

4.3. Tính R
12,
R
13
, R
14
:
)(36440
97/
VVVV
RAQE
=−=−=

)(3,357,036

7/7/14
VVVVV
EBQEQBR
=
−
=−
=
=


)(9,0
7
mAI
CQ
=
→
)(10.75,3
240
9,09,0
3
7
7
mA
h
I
fe
BQ
−
===

* Chọn I
R14
=10.I
BQ7
= 10.3,75.10
-3
(mA) = 375.10
-3
(mA)
→ R
14
=
0375,0
3,35
14
14
=
R
R
I
V
= 941 (KΩ).
→Chọn R
14
= 900 (kΩ).
Ta có
Z
in
=
1413

1413
.
RR
RR
+
= 200 (KΩ)
→
)(1,257
700
180000
180000200900
131313
Ω==⇒=− KRRR

→ Chọn R
13
= 280 (kΩ).

* V
R12
= V
cc
- V
R13
- V
R14
= 80 - (280 + 560).375.10
-3

= 35,75 (V)

→ R
12
=
0375,0
75,35
1312
12
=
=
RR
R
II
V
= 953 (KΩ)


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

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

5.1. Hệ số khuếch đại điện áp của Q5:
B
5
r
be5
R

8
r
co5
r
co6
Z
inB3B4
r
co5
r
co6
Z

inB3B4
r
be5
*




r
*
be
5
= r
be
5
+ (1 + h

fe
5
).R
8
= r
be
5
+ (1 + 150). 153
Với: r
be
5
= h
fe
5
)(290
1,13
25
150
5
Ω≈=
CQ
T
I
V

r
co
5
= r
ce

5

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
+
85
85
.
1
Rr
Rh
be
fe
. Chọn r
ce
5
= 10
4
ở 25
0
C.
r
co

5
= 10
4 )(53010.80,52)
153290
153.150
1(
4
Ω≈=
+
+ K
r
co
6
= r
ce
6

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
+
266
26
//2

.
1
Rbed
Rfe
VrRr
Vh
. Chọn r
ce
6
= 10
4
ở 25
0
C.
Với r
be
6
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
6
6
.
CQ

T
I
V
β
= 150. 286
1,13
25
≈
(Ω) ;
)9,1( Ω==
D
T
d
I
V
r

→ r
co
6
= 10
4

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
++Ω
+
64286)(7,5//8,3
64.150
1
K


≈ 10
4

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++
+
642868,3
64.150
1
= 281,3 (kΩ)
* Z
inB3B4
= Z
L/Q
5
=30,87(kΩ)

→ Z
r/Q5
= Z
inB3B4
// r
co5
// r
co6
≈ 30,87 (kΩ).
Vậy hệ số khuếch đại điện áp của Q
5
A
v5
= h
fe
5
. 5,190
15,24
87,30
.150
5
5
5
==
∗
be
r
r
Q
Z

β



5.2. Hệ số khuếch đại điện áp của Q
7
:

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5






r
be
7
= h
fe
7
)(94,6
9,0
25
.250
7

Ω== k
I
V
CQ
T

Z
in
= R
13
// R
14
= 5,213
900280
900.280
=
+
(kΩ)
* Khi chưa có hồi tiếp: Z
inQ7
= (R
13
// R
14
) // r
be
7
Vì (R
13
// R

14
) >> r
be
7
⇒ Z
inQ7
≈ r
be
7
= 6,94 (kΩ)
Z
VQ5
= r
be
5
+ (1 + h
fe
5
).R
8
= 290+(156).153≈24,15 (kΩ)
⇒ (R
11
// Z
vQ
5
) + R
10
= (4,4 // 24,15) + 14,4 ≈ 18,12 (kΩ)
Vì r

ce
7 7
* Hệ số khuếch đại của Q
>> 18,12 (kΩ) → Z
rQ
= 18,12 (kΩ)
7
khi chưa có hồi tiếp:
A
V
7
= h
fe
7
. 653
94,6
12,18
.250
7
7
≈=
inQ
rQ
Z
Z


* Hệ số khuếch đại điện áp của Q
1
, Q

2
, Q
3
, Q
4
Do hai cặp Q
1
, Q
2
và Q
3
, Q
4
mắc theo kiểu C - C
→ A
VQ
31− 42−
* Hệ số khuếch đại vòng hở toàn mạch
= 1; A
VQ
= 1
A
v
= A
V
7
. A
V
5
. A

V
1 3− 42−
* Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp
A
V
= 653.190,5 = 12396.
A
vht
=
93
3
RV
V
R
R
+

* Hệ số khuếch đại của mạch
A’
v
=
8,43
5,0.2
31
2
.1
====
+
in
LP

in
L
vhtv
V
V
V
V
V
AA
A

⇒ A
vht
= 0,022 ⇒
9
9
022,0.022,0022,0
33
3
3
RVV
RV
V
RR
R
R
+=⇒=
+

r

be7
Z
V/Q5
R

14
B
7
R
R
r
13 10
ce7
R
11
R
9
V
R3

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

→ V
R
3
= 99 (Ω)

→ chọn V
R
3
* Trở kháng vào của mạch:
là biến trở 470 (Ω),Rồi hiệu chỉnh lại cho thích hợp.
Khi chưa có hồi tiếp, trở kháng vào của mạch chính là trở kháng vào của Q
7
:
Z
v
= R
13
// R
14
// r
be
7
vì R
13
// R
14
>> r
be
7
⇒ Z
v
≈ r
be
7
Khi có hồi tiếp, trở kháng vào tăng (1 + K.K

ht
) lần
→ Z’
v
= r
be
7
(1 + K.K
ht
) với K
ht
= 022,0
440099
99
93
3
=
+
=
+ RV
V
R
R

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

6. Mạch bảo vệ quá tải
6.1. Trường hợp quá tải: Mạch quá tải khi V
in
> 500(mV)


→ V
LP
> 31 (V)
* Trường hợp quá tải lớn nhất khi Q
1
, Q
2
xấp xĩ dẫn bão hoà
→ V
A
= V
LP
=
2
80
2
=
CC
V
= 40 (V)
Dòng đỉnh qua tải: I’
LP
=
8

40
=
L
LP
R
V
= 5 (A)
Công suất loa:
P
L
=
L
2
L
R
I = R
L
2
2
LP
I
=
R
L
.
8.2
40
2
2
2

2
2
2
==
L
LP
L
LP
R
V
R
V
= 100 (W)
Công suất nguồn cung cấp:
P
CC
= V
CC
.I
tb
= 60.
ππ
5
.80
'
2
=
LP
I
= 127,3 (W).

Công suất tiêu tán trên điện trở R
1
, R
2
P
R1
= P
R2
= R
2
.
8
'
2
LP
I
=0,4
8
5
2
=1,25 (W)
* Do R
1
, R
2
là 0,4 Ω/3W → R
1
, R
2
không bị đánh thủng.

* Công suất tiêu tán trên BJT Q
1
,Q
2
:
2P
C
= P
CC
- P
R1
- P
R2
- P
L
= 127,3-2.1,25-100 = 24,8 (W)
→ P
C
=
2
8,24
=12,4(W) < 150(W)
→ Q
1
,Q
2
hoạt động bình thường.
6.2. Trường hợp ngắn mạch tải:
Khi ngắn mạch tải: R
1

, R
2
là tải của mạch.
Trường hợp nặng nhất là khi máy đang làm việc bình thường thì ngắn mạch tải,
áp xoay chiều cực đại lần lượt đặt lên R
1
, R
2
. Dòng qua R
1
, R
2
là:

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

I
R1
= I
R2
=
4,0.2
31
2
1
=

R
V
LP
= 38,75 (A)
* Công suất tiêu tán trên R
1
, R
2

P
R1
= P
R2
= I
2
R1
.R
1
= (38,75)
2
.0,4 = 600,62 (W)
* Công suất do nguồn cung cấp:
P
CC
= V
CC
.I
tb
= V
CC

.
π
LP
I
=
4,0.
31.80
.
1
ππ
=
R
V
V
LP
CC
≈ 1975 (W)
* Công suất trên BJT Q
1
P
C
=
2
2.62,6001975
2
21
−
=
−−
RRCC

PPP
=386,88(W) > 150(W)
→ Các BJT Q
1
và Q
2
sẽ bị đánh thủng.
→ P
R1
= P
R2
= 600,62 (W) → R
1
, R
2
cũng bị đánh thủng.
6.3. Tính mạch bảo vệ Q
8
, Q
9
:
Bình thường, mạch bảo vệ Q
8
, Q
9
ngắt khi mạch khuếch đại công suất làm
việc, không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.
Khi ngắn mạch, dòng qua R
1
, R

2
tăng làm Q
8
, Q
9
dẫn, dòng I
CQ8
, I
CQ9
tăng →
I
B3
, I
B4
giảm,


Dòng đỉnh qua Q
1
, Q
2
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 I
CQ8
= I
CQ9
= 1mA
V
CE8
= V
BE3
+ V
BE1
+ V’
R1
= 0,6 +0,6 +1.72 = 2,92 (V)
P
ttDC
= V
CE8
.I
C8
= 2,92.1 = 2,92 (mW)
* Chọn Q
8
, Q
9

thoả:
)(84,592,2.2.2
)(1
)(84,5)(92,2.2.2
8
8
mWPPPP
mAII
VVVV
ttDCttDC
CQC
CECE
==>⇒>
=>
=
=
>

Sau khi tra cưu ta chọn được đó là
⇒ Chọn Q
8
:2SC458,Q
9
:2SA1029
Tên Loại BJT P(mW) f
T
(MHz) T(
o
C) V
CE

(V) I
C
(mA)
β
Q
8
2SC458 200 230 150 30 100 100÷500
Q
9
2SA1029 200 230 150 30 100 100÷500

I
BQ8
=
min
8
β
CQ
I
=
100
1
= 0,01 (mA).
* Chọn I
R15
>> I
BQ8
→ I
R15
= 15.I

BQ8
= 15.0,01= 0,15 (mA)
* Ở chế độ làm việc bình thường V
LP
= 31(V); V
R1P
= 1,55(V)
* Để Q
8
, Q
9
ngắt mạch được tốt→ Chọn V
BEQ8
= V
BEQ9
= 0,4 (V)
R
15
+ R
17
= V
R1P
/I
R15

= 1,55/0,15 = 10,3 (kΩ).
R
17
= V
BEQ8

/I
R15
= 0,4/0,15 = 2,67 (kΩ), chọn R
17
= 2,7 (kΩ).

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

→ R
15
= 10,3 - 2,7 = 7,6 (kΩ)
Chọn R
15
= 7,6 (kΩ).
• Chọn R
15
= R
16
= 4,3 (kΩ);
• R
17
= R
18
= 2,7 (kΩ)
Q
8

, Q
9
dẫn bão hoà khi V
BE8
= V
BE9
= 0,7 (V)
V
R1P
=
67,2
)6,767,2.(7,0
)(
17
17158
+
=
+
R
RRV
BE
= 2,69 (V)
I
R1=
)(72,6
4,0
69,2
1
1
A

R
V
PR
==

→

Khi dòng tăng lên 6,72 (A) thì mạch bảo vệ làm việc.
7. Tính các tụ
- Tụ C
1
là tụ liên lạc với ngõ vào. Để tín hiệu không bị giữ lại trên tụ
→ Chọn X
c1
= )(67,105,213.
20
1
.
20
1
Ω== KZ
in


Do tần số âm thanh mà nó cho qua là 30Hz ÷ 15kHz nên tần số cắt của lọc phải nhỏ
hơn 30Hz.
→ Chọn tần số cắt của lọc là 30Hz
)(5,0)(10.49,0
10.67,10.30.2
1

2
1
)(10.67,10
2
1
6
3
1
1
3
1
1
FF
fX
C
f
X
CC
C
μ
πππ
====⇒Ω==
−

→ Chọn C
1
= 0,5 μF.
- Tụ C
2
và R

12
tạo thành mạch lọc nguồn, khử ghép kí sinh giữa tầng ra, tầng lái
và tầng vào đơn, ổn định chế độ làm việc của mạch, chống dao động tự kích.
Chọn X
c2
= )(3,95)(953.
10
1
10
1
12
Ω=Ω= KKR .
X
c2
= )(056,0
10.3,95.30.2
1
2
1
3
2
2
FC
f
C
μ
ππ
==⇒
→ Chọn C
2

= 0,1 (μF).
-Tụ C
3
cắt thành phần AC cho cầu hồi tiếp VR
3
, R
9
. Chọn C
3
sao cho tỉ số hồi
tiếp chỉ phụ thuộc vào VR
3
, R
9
và sụt áp AC trên C
3
nhỏ hơn nhiều so với VR
3
.
* Chọn X
C3
= )(9,999.
10
1
10
1
3
Ω==
R
V

* X
C3
= )(536)(10.35,5
9,9.30.2
1
2
1
2
1
4
3
3
3
mFF
fX
C
f
CC
====⇒
−
πππ

* Chọn C
3
= 510(μF).
- Tụ C
L
là tụ liên lạc. Để tín hiệu không bị giữ lại trên C
L
ở tần số thấp

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

→ Chọn X
CL
=
)(28.
4
1
4
1
Ω==
L
R

X
CL
= )(10.65,2
2.30.2
1
.2
1
.2
1
3
F

Xf
C
Cf
CL
L
L
−
===→
πππ

* Chọn C
L
=2600(μF).
8. Mạch cân bằng trở kháng loa
Loa có cấu tạo là một cuộn dây đồng mảnh nên trở kháng loa là Z
L
=R
L
+jωL
Trở kháng loa phụ thuộc tần số. Ở tần số cao, trở kháng loa lớn nên dể phát sinh
dao động. Để khắc phục, ta mắc thêm mạch Zobel gồm R
20
và C
4
song song với loa.
Thành phần tín hiệu có tần số cao sẽ thoát qua tụ C
4
xuống mass.
Ở tần số cao, X
L

tăng nhưng X
C4
giảm nên R
L
không đổi.
Z
L
= (R
20
+ )
Cj
1
4
ω
// (R
L
+jωL)
=
LjCj
1
RR
C
L
Cj
R
R.LjRR
LjR
Cj
1
R

)LjR)(
Cj
1
R(
4
L20
44
L
20L20
L
4
20
4
20
L
ω+ω
++
+
ω
+ω+
=
ω++
ω
+
ω+
ω
+

Để Z
L

không phụ thuộc vào tần số → Z
L
= R
L.
⇒ R
20
.R
L
+jωL.R
20 +
L
L
LL
L
RLj
cj
R
RRR
C
L
cj
R

4
2
20
44
ω
ωω
+++=+

2
L
4
2
L
4
R
L
CR
C
L
=→=
⇒
jωL. R
20
=jωL.R
L
⇒ R
20
= R
L
= 8
Vì L của loa thường rất nhỏ, cỡ ≈ 0,1 μH.
⇒ C
4
=
).(10.56,1
64
10.1,0

9
6
F
−
−
=
Chọn C
4
= 1,3 (nF).
Ở tần số cao, tụ ngắn mạch, công suất trên R
20
lớn nhưng không cần công suất
chịu đựng của R
20
lớn vì nếu có thì đó cũng là những xung hẹp, bên độ nhỏ.
Do ở tần số cao, tụ ngắn mạch, nên người ta thường chọn R
20
lớn hơn R
L
một ít
→ trở kháng tải không đổi, chọn R
20
= 8,4 (Ω).
9. Kiểm tra độ méo phi tuyến
Trong mạch các BJT làm việc ở chế độ A, chỉ có Q
1
, Q
2
làm việc ở chế độ AB
nên méo phi tuyến trong mạch chủ yếu do Q

1
, Q
2
quyết định.

Khi tín hiệu vào hình sin và Vin= 500(mV). Lúc này áp đặt lên tiếp giáp BE của Q
1
:
v
BE1
(t) = V
BE1Q
+ V
BE1m
.Sim ωt

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

Với V
BE1Q
= 0,4 (V)
V
BE1m
= V
BE1P
- V

BE1Q
= 0,8 - 0,4 = 0,4 (V)
Dòng I
C
của Q
1
, Q
2
: I
C
= I
Co
.
T
BE
V
v
e
I
CO
là dòng rò
Khai triển biểu thức I
C
dưới dạng chuổi Taylor:


!3!2
1
32
+++=

xx
e
x


)
.2
sinsin
1(.
2
22
11
1
+++=⇒
T
mBE
T
mBE
T
QBE
CoC
V
tV
V
tV
V
V
II
ωω

Do méo phi tuyến chủ yếu là do các thành phần hài bậc hai gây ra. Loại bỏ các
hài bậc cao và thay sim
2
ωt =
2
2cos1 t
ω
−


)
4
2cos.
4
sin
1(.
2
2
1
2
2
1
1
1
T
mBE
T
mBE
T
mEB

T
QBE
CoC
V
tV
V
V
V
tV
V
V
II
ω
ω
−++=→
Theo định nghĩa méo phi tuyến

m
m
i
im
I
I
1
1
2
∑
=
=
γ

trong đó: I
1m
: thành phần dòng cơ bản
I
im
: là các thành phần hài
* Méo phi tuyến chủ yếu do thành phần hài bậc hai gây ra.

T
mBE
mBE
T
T
mBE
m
m
V
V
V
V
V
V
I
I
.4
.
4
1
1
1

2
2
1
2
/
===→
γ

* Khi chưa có hồi tiếp:

4
10.25.4
4,0
4
3
===
′
=
−
T
BÉm
V
V
γγ

* Khi có hồi tiếp:

KRg
L
).1(

/
+
=
γ
γ
:
Trong đó: K độ sâu hồi tiếp.

2808
3,44
124396
).1( ≈=
′
=+=
V
V
htV
A
A
AAK


T
QE
QE
T
fe
fe
be
fe

V
I
I
V
h
h
r
h
g
1
1
1
1
1
1
===


0
0
075,0
2808).8.21(
4
2
25
50
=
+
=⇒==⇒
γ

g < 0,30%
→ thoả mản yêu cầu thiết kế.

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

10. Tính toán bộ 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 dễ bị hỏng.
Giả sử nhiệt độ môi trường xung quanh (bình thường ở loa) là 50
0
C
Nhiệt độ toàn phần: K=
1
max
Qtt
mtj
P
TT
Σ
−
=
W)(25
50150
0
CC
o

−
= 4
o
C/W.
P
tt∑Q1
= 21,29(W) → Lấy P
∑
= 25 (W)
Nhiệt trở K khi có cánh tản nhiệt
K = K
cm
+ K
vc
+ K
tv

K
cm
: nhiệt trở từ cánh đến môi trường
K
vc
: nhiệt trở từ vỏ đến cánh
K
tv
: nhiệt trở từ tiếp giáp đến vỏ.

w
c
K

tv
0
1
150
150
==
Chọn miếng đệm bằng mica dày 0,4 mm.có k
vc
=2°c⁄w
P
tt
=
w
c
KK
P
TT
K
KKK
TT
vctv
tt
mttg
cm
cmvctv
mttg
0
112
25
50150

=−−
−
=−−
−
=⇒
++
−

Chọn cánh tản nhiệt có hình vuông có diện tích cánh tản nhiệt như sau
S=
2
1000
1
1000
cm=
Ta nhận thấy diện tích bị kồng kềnh vì vậy ta phải dùng cánh tản nhiệt gồm nhiều cánh
được xác định như sau.
T
tb
=P
tt
.K
cm
=25.1=25°c
Dựa vào đặc tuyến K
cm
và L ta xác định như sau

mmLK
W

C
cm
1301
0
=⇒=
Số cánh n n=
81,1425.15,01304,0
20
130
=++
Vậy ta chọn phiến tản nhiệt có
n =15 cánh

Mạch Khuếch Đại OTL Ngõ Vào Đơn



5

L =130mm