MẠCH KHUẾCH đại CÔNG SUẤT OTL (có sơ đồ mạch)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----------------------

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT OTL


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................................IV
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................V
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT OTL...........................1
1.1.GIỚI THIỆU :

1

1.2.NGUYÊN LÝ CHUNG :

1

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA ĐỀ TÀI......................................................2
2.1LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH:

2

2.2CÁC LINH KIỆN KHÁC

3

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH........................................................................................5
3.1SƠ ĐỒ KHỐI

5

3.2SƠ ĐỒ MẠCH

6

3.3NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

7

TẦNG TIỀN KHUẾCH ĐẠI

7

TẦNG THÚC

8

TẦNG KÉO ĐẨY

9

TẦNG CÔNG SUẤT

10

3.4MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ

11

DẠNG MÔ PHỎNG KHUẾCH ĐẠI

11

ÁP PHÂN CỰC TRÊN MẠCH

12

DÒNG PHÂN CỰC TRÊN MẠCH

12

KHẢO SÁT BIÊN TẦN

13

CHƯƠNG 4. THỰC THI PHẦN CỨNG.........................................................................14
4.2MẠCH IN

14

4.3MẠCH ĐỀ TÀI

15

TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT CỦA MẠCH

16

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN...................................................................................................17


TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................18


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2.1 C1815.....................................................................................................................2
HÌNH 2.2 A1015.....................................................................................................................2
HÌNH 2.3 D880.......................................................................................................................3
HÌNH 2.4 TỤ ĐIỆN...............................................................................................................3
HÌNH 2.5 DIODE 4148.........................................................................................................4
HÌNH 2.6 ĐIỆN TRỞ............................................................................................................4
HÌNH 2.7 BIẾN TRỞ............................................................................................................4
HÌNH 3.1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI OTL.............................................................................6
HÌNH 3.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦNG ĐẦU................................................................7
HÌNH 3.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦNG THÚC.............................................................8
HÌNH 3.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦNG KÉO ĐẨY......................................................9
HÌNH 3.5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦNG CÔNG SUẤT..............................................10
HÌNH 3.8 DẠNG SÓNG MÔ PHỎNG.............................................................................11
12
HÌNH 3.6 ÁP PHÂN CỰC TRÊN MẠCH.......................................................................12
HÌNH 3.7 DÒNG PHÂN CỰC TRÊN MẠCH................................................................12
HÌNH 3.9.1 TÍN HIỆU BIÊN TẦN KHI CÓ MẠCH HỒI TIẾP NGHỊCH C-B.......13
HÌNH 3.9.2 TÍN HIỆU BIÊN TẦN KHI KHÔNG CÓ MẠCH HỒI TIẾP NGHỊCH
C-B

13

HÌNH 4.1.1 PCB MẠCH ĐỀ TÀI.....................................................................................14
HÌNH 4.1.2 PCB XUẤT RA PDF......................................................................................14
HÌNH 4.2.1 THI CÔNG MẠCH ĐỀ TÀI (TOP).............................................................15
HÌNH 4.2.2 THI CÔNG MẠCH ĐỀ TÀI (BOTTOM)..................................................15


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PCB

Printed Circuit Board

PDF

Portable Document Format

OTL

Output Tranformer Less

C

Collector

B

Base

E

Emitter


ĐỒ ÁN 1
Trang 1/19

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT OTL

1.1. Giới thiệu :
• Thế nào là mạch khuếch đại công suất ?
Mạch khuếch đại là khi cho tín hiệu vào với một công suất nhỏ để điều khiển ở tín
hiệu ra có công suất lớn hơn .
• OTL là gì?
OTL là viết tắt của Output Transformer Less là mạch được cấp nguồn Vcc và nối
mass (0V). Sử dụng các linh kiện rời và ngõ ra Loa mắc song song với tụ điện.


Ưu điểm

- Hiệu suất cao , chất lượng âm thanh tốt & đáp ứng tần số rộng.
- Ở vùng tần số cao sẽ ít gây nhiễu.


Khuyết điểm

- Transistor công suất nếu không có 2 transistor kéo đẩy thì sẽ bị méo ở tín hiệu ra.
- Nhiều hồi tiếp nghịch.
• Ứng dụng thực tế

-Thiết kế các mạch loa mini.
- Ứng dụng vào các mạch Amplifier.
1.2. Nguyên lý chung :
Tín hiệu vào tầng tiền khuếch đại Q1 sử dụng transistor pnp ( A1015 ) tín hiệu chân
C của Q1 đi vào chân B của tầng thúc Q2 để khuếch đại công suất đủ lớn để cấp vào
tầng khuếch đại kéo đẩy Q3,Q4 .Khi Q2 dương thì Q3 dẫn , Q4 tắt và khi Q2 âm thì
ngược lại. Tầng kéo đẩy sẽ cấp tín hiệu tầng công suất Q5 , Q6 để tăng công suất
lớn cho Loa.
Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 2/19

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Linh kiện chính trong mạch:
• Transistor NPN C1815

Hình 2.1 C1815
Transistor C1815 là transistor loại NPN. C1815 có UCmax=50V dòng điện
ICmax=150mA. Hệ số khuếch đại hfe trong khoảng (25-100).
Thứ tự chân từ trái qua phải là E C B
• Transistor PNP A1015

Hình 2.2 A1015
Transistor A1015 là transistor loại PNP. A1015 có
UCmax = -50V dòng điện ICmax= -150mA .Hệ số khuếch đại hfe trong khoảng (70-400).
Thứ tự chân từ trái qua phải là E C B

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 3/19

• Transistor khuếch đại D880

Hình 2.3 D880
Là loại transistor công suất có thanh tản nhiệt. Điện áp Uc=60V
Dòng ICmax = 3A ,công suất chân C max: 30W , dải nhiệt độ( -55~1500C)
dòng Ib:0.5A
Thứ tự chân từ trái qua phải là B C E
2.2 Các linh kiện khác
• Tụ điện
Là một linh kiện thụ động được tạo bởi 2 bề mặt song song ngăn cách bằng 1 lớp
điện môi. Không cho dòng điện 1 chiều ( DC ) đi qua nhưng dòng điện xoay chiều
( AC ) được cho phép qua. Do nguyên lý nạp xả của tụ và tụ có thể lọc nguồn xoay
chiều thành 1 chiều.

Hình 2.4 Tụ điện

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An

ĐỒ ÁN 1
Trang 4/19

• Diode 4148

Hình 2.5 Diode 4148
• Điện trở
Là loại linh kiện để hạn chế dòng điện để đạt được điện áp và dòng điện theo mong
muốn.

Hình 2.6 Điện trở
• Biến trở
Là điện trở có thể thay đổi giá trị , trong mạch âm thanh có thể xem như 1 núm
xoay điều chỉnh âm lượng

Hình 2.7 Biến Trở

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 5/19

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH
3.1 Sơ đồ khối

Nguồn

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/19

3.2 Sơ đồ mạch

Mạch Khuếch Đại Công Suất OTL
Hình 3.1 Mạch khuếch đại OTL

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/19

3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch
Nguyên lí hoạt động và các chức linh kiện có trong mạch
• Tầng tiền khuếch đại

Hình 3.2 Mạch khuếch đại tầng đầu
- Q1 là tầng tiền khuếch đại, mạch dùng transistor pnp, R1, R2 và R3 dùng lấy phân
cực cho chân B của Q1, R3 và tụ C2 dùng lấy nguồn cấp cho tầng đầu và là bộ lọc
nguồn. C1 là tụ liên lạc sẽ làm giảm nhiễu, tiếng ù hay méo dạng tín hiệu. RV1
dùng làm nút chỉnh Volume. Trên chân E(Q1) có điện trở hạn dòng R7. C4 và R6 là

hồi tiếp nghịch. Điện trở R5 dùng để ổn định nhiệt cho Q2

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/19

• Tầng thúc

Hình 3.3 Mạch khuếch đại tầng thúc
- Q2 là tầng thúc, tín hiệu ra trên chân C của Q1 vào thẳng chân B của Q2.. Tín hiệu
được lấy ra ở chân C đưa vào tầng khuếch đại kéo đẩy. Các diode D1, D2, D3 dùng
lấy áp phân cực cho tầng kéo đẩy. Mạch dùng tụ hồi tiếp C3, R4 để làm cân bằng
biên độ kéo đẩy ở ngả ra. Tụ nhỏ C5 có tác dụng hồi tiếp nghịch vùng tần số cao, nó
tránh mạch phát sinh dao động tự kích do các linh kiện gây ra.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/19

• Tầng kéo đẩy

Hình 3.4 Mạch khuếch đại tầng kéo đẩy

- Q3, Q4 là 2 transistor mạch khuếch đại kéo đẩy. Khi tín hiệu ra trên chân C của
Q2 pha dương, thì Q3 dẫn và Q4 tắt và khi tín hiệu ra đổi qua pha âm thì đến Q3 tắt
và Q4 dẫn. R8, R9 dùng bù nhiệt cho kiểu ráp các transistor theo dạng Darlington.
Diode D4 dùng bù trở của Q4, Q6 ứng với pha âm cho cân bằng với ngả vào của
Q3, Q5 ứng với pha dương.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/19

• Tầng công suất

Hình 3.5 Mạch khuếch đại tầng công suất
- Q5, Q6 là 2 transistor công suất nó cấp dòng điện lớn cho Loa. Ứng với pha dương
transistor Q3, Q5 dẫn điện, lúc này Q4, Q6 tắt, nó cấp 1 dòng điện nạp cho tụ xuất
âm C6 dòng qua Loa sẽ đẩy màn loa ra. Khi ứng pha âm, transistor Q5, Q6 dẫn nó
xả dòng cho tụ C6, dòng đi qua Loa sẽ kéo màn Loa vào. Như vậy tín hiệu qua tầng
công suất với Q4, Q6 làm rung động màn Loa và phát ra tín hiệu âm thanh.
- Tụ C7 và điện trở R12 dùng bù trở của Loa để tránh méo dạng gây ra do sự thay
đổi trở kháng của Loa.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An

ĐỒ ÁN 1
Trang 11/19

3.4 Mô phỏng và kết quả

Hình 3.1
( Ở đây ta có thể lấy trở 8Ohm thay thế cho Loa ngõ ra )
• Dạng mô phỏng khuếch đại

Hình 3.8 Dạng sóng mô phỏng

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/19

• Áp phân cực trên mạch

Hình 3.6 Áp phân cực trên mạch
• Dòng phân cực trên mạch

Hình 3.7 Dòng phân cực trên mạch

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An

ĐỒ ÁN 1
Trang 13/19

• Khảo sát biên tần
1. Tín hiệu biên tần khi có mạch hồi tiếp nghịch C-B (Q2):

Hình 3.9.1 Tín hiệu biên tần khi có mạch hồi tiếp nghịch C-B
Với tần số cắt thấp fL=58Hz; tần số cắt cao fH= 3.87kHz
2. Tín hiệu biên tần khi không có mạch hồi tiếp nghịch C-B (Q2):

Hình 3.9.2 Tín hiệu biên tần khi không có mạch hồi tiếp nghịch C-B
Với tần số cắt thấp fL=58.9Hz; tần số cắt cao fH= 62.8kHz
=>Khi dùng hồi tiếp nghịch chân C-B tại Q2 dãy tần của mạch bị thu hẹp lại .Nếu
hoạt động ở tần số quá cao sẽ có thể xảy ra dao động tự kích và nhiệm vụ của hồi
tiếp nghịch là ngăn xảy ra dao động tự kích.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/19

CHƯƠNG 4. THỰC THI PHẦN CỨNG
4.2 Mạch in
Thiết kế PCB mạch đề tài

Hình 4.1.1 PCB mạch đề tài

Xuất PCB ra PDF

Hình 4.1.2 PCB xuất ra PDF

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/19

4.3 Mạch đề tài

Hình 4.2.1 Thi công mạch đề tài (TOP)

Hình 4.2.2 Thi công mạch đề tài (BOTTOM)

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/19

Tính toán hiệu suất của mạch
• Công suất phân phối trên tải
1
1 VL 2 1 2

PL = VL × I L =
= I L × RL
2
2 RL 2

Với VL, IL là biên độ điện áp đỉnh & biên độ dòng điện đỉnh của tải. Giả sử
V, I là biên độ ở ngõ ra của các Transistor.Ta xét khi Q3 dẫn :
RL

VL = ( R + R ) V
1
RL 2 V 2

8
L
P
=
(
)
 L

V
2
R
+
R
RL
8
L
I = I =

L

( R8 + RL )

Tại DCLL V= Vcc
PL max

1 VCC 2 1 152
=
=
= 14.0625W
2 RL
2 8

PS max =

η=

V 2
2
RL
(
) 2 CC
π RL + R8 RL

PL π V
=
PS 4 VCC

Mà PLmax,PSmax  V=VCC

η =

π
= 0.785 = 78.5%
4

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/19

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
Mạch hoạt động dựa theo nguyên tắc nạp xả của tụ , chịu sự tác động của
Q3 và Q4. Khi Q3 dẫn thì tụ C6 sẽ nạp, dòng qua Loa sẽ đẩy màn Loa. Khi Q4
dẫn tụ C6 xả, dòng qua Loa sẽ kéo màn Loa. Cứ như vậy Loa sẽ phát ra âm
thanh.
• Ưu điểm :
- Hiệu suất cao .
- Nhiều hồi tiếp nghịch giúp đầu ra ổn định.
- Nhiễu ít , âm thanh ổn định ở vùng tần số vừa .
• Khuyết điểm :
-Hoạt động ổn định với Loa tổng trở không quá lớn.Nên mạch sau khi thi công hiệu
suất không như mong đợi (<78.5%)
-Gia công phần cứng còn nhiều lỗi.
- Sắp xếp linh kiện trên phần cứng chưa được gọn gàng, mối hàn còn chưa chắc
chắn
• Hướng phát triển:

- Tính toán thông số để cải tiến mạch có hiệu suất cao hơn và có thể phát triển thành
Loa mini hoặc Amlifier công suất nhỏ.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 18/19

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].



[2].

www.aliexpress.com

[3].

www.stdio.vn

[4].



[5].

[6].



[7]. Lê Tiến Thường, “ Mạch điện tử 2” , Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh.

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/19

Khuếch đại công suất OTL

SVTH: Trần Văn An