ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH KHUẾCH đại CÔNG SUẤT OCL NGÕ VÀO đơn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT OCL NGÕ VÀO ĐƠN

GVHS: ThS. NGUYỄN VĂN PHÒNG
SVTH: VŨ THÀNH LONG
LỚP 18DT3
NGUYỄN ĐÌNH LONG LỚP 18DT3

Đà Nẵng, tháng 7 năm 2021


Lời Nói Đầu
Là một sinh viên năm ba tại đại học Bách Khoa, đây là đồ án đầu
tiên của chúng em được nghiên cứu và thực hành. Dưới sự giúp đỡ và
hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Phịng, cùng với tinh thần học
hỏi, niềm đam mê với đồ án, với sự trợ giúp của các bạn cùng khóa và tự
tìm tịi trong các tài liệu tham khảo. Nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án
một cách tốt nhất có thể. Mặc dù vậy, do thiếu kinh nghiệm nên chúng
em khơng thể tránh khỏi những sai sót khơng đáng có trong cả tính tốn
và thi cơng mạch thực tế. Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự góp ý
và giúp đỡ của các thầy cơ để có thêm kinh nghiệm sau này.
Cuối cùng chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
Nguyễn Văn Phòng, người đã hướng dẫn nhiệt tình để chúng e có thể
hồn thành được đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 21 tháng 7 năm 2021

Sinh viên thực hiện
Vũ Thành Long
Nguyễn Đình Long

2|T r a n g


Mục Lục
Chương 1: Tổng quan về mạch.
1.1/ Giới thiệu chung.
1.2/ Sơ đồ mạch thiết kế, sơ đồ khối và các linh kiện được sử dụng
trong mạch khuếch đại.
1.3/ Kết luận chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
2.1/ Khuếch đại tín hiệu nhỏ sử dụng Transistor.
2.1.1/ Giới thiệu chung.
2.1.2/ Mạch khuếch đại Emitter chung (CE).
2.1.3/ Mạch khuếch đại Collector chung (CC).
2.2/ Hồi tiếp.
2.2.1/ Giới thiệu chung.
2.2.2/ Hồi tiếp âm.
2.2.2.1/ Các phương trình cơ bản.
2.2.2.2/ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tính chất của
bộ khuếch đại.
2.3/ Tầng khuếch đại công suất.
2.3.1/ Giới thiệu chung.
2.3.2/ Các chế độ làm việc và điểm làm việc của tầng khuếch
đại công suất.
2.3.3/ Mạch khuếch đại chế độ A.

2.3.4/ Mạch khuếch đại chế độ B.
2.3.5/ Mạch khuếch đại chế độ AB.
2.3.5.1/ Mạch khuếch đại công suất OTL.
2.3.5.2/ Mạch khuếch đại công suất OCL.
2.4/ Các mạch bổ trợ khác.
2.4.1/ Giới thiệu chung.
2.4.2/ Mạch khuếch đại Darlington.
2.4.3/ Nguồn dòng.
3|T r a n g


2.4.4/ Mạch bù trở kháng Zobel.
2.5/ Kết luận chương.

Chương 3: Tính tốn và thiết kế mạch.
3.1/ Tính tốn phần nguồn.
3.1/ Tính tốn tầng cơng suất ra.
3.1/ Thiết kế nguồn dịng.
3.4/ Tính tốn tầng thúc.
3.5/ Tính tốn tầng vào đơn.
3.6/ Mạch lọc Zobel.
3.7/ Tính tốn các tụ.
3.8/ Mạch bảo vệ.
3.9/ Hệ số khuếch đại của mạch.
3.9.1/ Hệ số khuếch đại tầng tiền khuếch đại.
3.9.2/ Hệ số khuếch đại tầng thúc.
3.9.3/ Hệ số hồi tiếp.
3.10/ Kiểm tra độ méo phi tuyến.
3.11/ Kết luận chương.
Kết luận và hướng phát triển đề tài.

Tài liệu tham khảo.
Phục lục

4|T r a n g


Chương 1: Tổng quan về mạch.
1.1/ Giới thiệu chung:
- Mạch khuếch đại âm thanh là một trong những sản phẩm
tạo nền tảng phát triển cho sự phát triển của những sản phẩm
điện tử phục vụ cho nhu cầu của con người. Sau hơn 3 năm học,
với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Linh kiện điện tử, Kỹ
thuật mạch điện tử 1 và 2 đã đảm bảo cho chúng em có thể phân
tích và thiết kế một mạch khuếch đại công suất.
- Thực tế trong nước ta đã có rất nhiều mạch khuếch đại
cơng suất trên thị trường. Nhưng phổ biến nhất vẫn là mạch
khuếch đại công suất OCL. Vì loại mạch này có ưu điểm về hiệu
suất, biên độ tín hiệu ra lớn, hệ số sử dụng BJT cao, giảm méo
xun tâm, độ lợi băng thơng. Chính vì thế mà đề tài đồ án mơn
học kỹ thuật mạch điện tử của chúng em là thiết kế mạch khuếch
đại công suất OCL làm chúng em cảm thấy vô cùng hào hứng.
1.2/ Sơ đồ mạch OCL ngõ vào đơn.

5|T r a n g


- Các linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch gồm: điện trở,
BJT dạng NPN và PNP, diode, tụ.
- Do mạch khuếch đại là dạng OCL ( mạch được cấp nguồn đối
xứng +Vcc và -Vcc) nên điện thế điểm giữa bằng 0V. Tín hiệu

vào mạch khuếch đại có qua tụ lọc, nhưng tín hiệu ngõ ra khơng
cần qua tụ. Vì tín hiệu ra loa trực tiếp nên nếu điện thế DC ở
điểm giữa khác 0 sẽ làm mất đối xứng tín hiệu ở 2 bán kỳ hoặc
có thể làm làm cháy loa, vì vậy cần cân chỉnh sao cho điện áp 1
chiều tại loa =0V. có mạch bảo vệ loa.
- Sơ đồ khối của mạch.

1.3/ Kết luận chương.
- Việc phân tích mạch khuếch đại cơng suất ra thành các phần
chức năng riêng (hay gọi là các tầng) là một bước quan trọng
trong thiết kế mạch nguyên lý. Đồng thời tìm hiểu cấu tạo và
chức năng của các linh kiện nhằm sử dụng chúng đúng mục đích
trong mạch khuếch đại.

6|T r a n g


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1/ Khuếch đại tín hiệu nhỏ sử dụng Transistor.
2.1.1/ Giới thiệu chung:
- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng ( điện áp
hoặc dòng điện) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn hơn mà khơng
làm thay đổi hình dạng của nó. Khi xét BJT hoạt động dưới điều
kiện tín hiệu nhỏ thì có thể xem BJT như một bộ khuếch đại AC.

- Khuếch đại tín hiệu nhỏ có 3 loại tiêu biểu ( phân loại
dựa trên cách mắc BJT): kiểu Emitter chung, kiểu Base chung,
kiểu Collector chung.
- Độ lợi là khả năng của một mạch điện tử để tăng mức
của một tín hiệu. Độ lợi là chức năng cơ bản của tất cả các bộ

khuếch đại. Nó là so sánh của tín hiệu cung cấp vào bộ khuếch
đại với tín hiệu ra của bộ khuếch đại. Do độ lợi, tín hiệu ngõ ra
thường lớn hơn ngõ vào.
- Trong điện tử, ký hiệu A thường được dùng để ký hiệu
độ lợi hay độ khuếch đại.
∆𝐼
+ Độ lợi dòng: 𝐴𝑖 = 𝑜𝑢𝑡
∆𝐼𝑖𝑛

+ Độ lợi áp :

Av =

∆Vout
∆Vin

+ Độ lợi công suất: 𝐴𝑝 =

𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛

= 𝐴𝑣 . 𝐴𝑖

- Độ lợi áp 𝐴𝑣 được sử dụng để miêu tả hoạt động của
khuếch đại tín hiệu nhỏ với:

7|T r a n g


A>1: Bộ khuếch đại tín hiệu.

A<1: Bộ suy giảm tín hiệu.
2.1.2/ Mạch khuếch đại Emitter chung (CE):
Đoạn này các em vẽ hình và viết các biểu thức theo giáo trình
cho rõ ràng hơn!
- Sơ đồ mạch khuếch đại:

- Sơ đồ tương đương:

Nên biểu diễn các biểu thức theo giáo trình cho rõ ràng hơn.
+ Trở kháng vào: 𝑍𝑖 = (𝑅12 //𝑟𝜋 ) ≈ 𝑅12 //𝑟𝑖
(𝑟𝑖 ≈ 𝑟𝜋 )
+ Trở kháng ra : 𝑍𝑜 = 𝑍𝐶𝐸 = 𝑟𝐶𝐸 //𝑅𝐶 //𝑅𝐿
+ Hệ số khuếch đại dòng điện:
𝑖𝑅𝐿 𝑖𝑅𝐿 𝑖𝑐 𝑖𝑏 𝑅𝐶 //𝑅𝐿 𝑅12 //𝑟𝜋
𝐴𝑖 =
=
. . =
𝛽.
𝑖𝑠
𝑖𝑐 𝑖𝑏 𝑖𝑠
𝑅𝐿
𝑟𝜋
+ Hệ số khuếch đại điện áp:
𝑣𝑜 𝑣𝑜 𝑣𝑖 −𝛽(𝑅𝐶 //𝑅𝐿 )
𝑅12 //𝑟𝜋
𝐴𝑣 =
= . =
.
𝑣𝑠 𝑣𝑖 𝑣𝑠
𝑟𝜋

𝑟𝑠 + (𝑅12 //𝑟𝜋 )
8|T r a n g


=>

𝐴𝑣
−𝑅𝐿
=
𝐴𝑖 𝑟𝑠 + 𝑅12 //𝑟𝜋

+ Hệ số méo phi tuyến K phụ thuộc vào biên độ áp:
𝑉𝐵𝐸
× 100%
4𝑉𝑇
+ Muốn k ≤ 1% thì 𝑉𝐵𝐸 ≤ 0,04𝑉𝑇 ≈ 1,0mV. Như vậy ngay cả
khi biên độ điện áp vào bé, vẫn xuất hiện méo phi tuyến lớn, cho
nên để giảm méo, cần có hồi tiếp âm xoay chiều hoặc dùng
mạch khuếch đại vi sai.
𝑘≈

*Nhận xét: Mạch khuếch đại CE thường có hệ số khuếch đại lớn
nên thường được sử dụng nhiều ở tầng đầu của mạch khuếch đại
nhưng lại có trở kháng ra lớn, trở kháng vào nhỏ nên khó phối
hợp trở kháng ( 𝑟0 ≈ 𝑟𝐶𝐸 ). Mạch khuếch đại CE tạo ra tín hiệu
ra mới đảo pha 180° , đồng thời cũng là cấu hình duy nhất có cả
độ lợi áp, độ lợi dịng và độ lợi cơng suất tốt nhất.
2.1.4/ Mạch khuếch đại Collector chung (CC):
(Cần thay đổi mạch khuếch đại CC và sơ đồ tương đương
như trong giáo trình )

- Sơ đồ mạch khuếch đại:

9|T r a n g


- Sơ đồ tương đương:

(Thay đổi các cơng thức tính tốn dưới đây theo như giáo
trình)
+ Trở kháng vào:
𝑟𝑖 ≈ 𝑟𝜋 + 𝛽(𝑅𝐸 //𝑅𝐿 )
=> 𝑍𝑖 = 𝑅𝐵 //𝑟𝑖
+ Hệ số khuếch đại dòng:
𝑖𝑅𝐿 𝑖𝑅𝐿 𝑖𝑒 𝑖𝑏 𝑅𝐸 //𝑅𝐿
𝑅𝐵 //𝑟𝑖
𝐴𝑖 =
=
. . =
. 𝛽.
𝑖𝑆
𝑖𝑒 𝑖𝑏 𝑖𝑠
𝑅𝐿
𝑟𝑖

10 | T r a n g


+ Hệ số khuếch đại áp:
𝑣𝑜 𝑣𝑜 𝑣𝑖 𝛽. (𝑅𝐸 //𝑅𝐿 )
𝑅𝐵 //𝑟𝑖

𝐴𝑣 =
= . ≈
.
𝑣𝑠 𝑣𝑖 𝑣𝑠
𝑟𝑖
𝑟𝑆 + 𝑅𝐵 //𝑟𝑖
+

𝐴𝑣
𝐴𝑖

=

𝑅𝐿
𝑟𝑆 +𝑅𝐵 //𝑟𝑖

*Nhận xét:
+ Hệ số khuếch đại điện áp gần bằng 1 nên khơng có khả
năng khuếch đại áp, tín hiệu ngõ ra của nó ln nhỏ hơn tín hiệu
điện áp ngõ vào.
+ Hệ số khuếch đại dòng rất cao (𝐴𝑖 ≈ 1 + 𝛽).
+ Độ lợi Hệ số KĐ cơng suất đáng kể.
+ Tín hiệu ngõ ra cùng pha với tín hiệu ngõ vào.
+ Trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ nên được dùng để
phối hợp trở kháng, phân cách giữa nguồn dịng tín hiệu và tải ở
ngõ ra.
2.2/ Hồi tiếp.
2.2.1/ Giới thiệu chung:
- Hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ra ( điện áp hoặc dịng điện)
về đầu vào thơng qua một mạng 4 cực gọi là mạng hồi tiếp.

K: là hệ số khuếch đại
K ht : là hệ số hồi tiếp
X ht : tín hiệu hồi tiếp

X v : là tín hiệu vào
X h : tín hiệu hiệu
X r : tín hiệu ra
11 | T r a n g


- Hồi tiếp đóng vai trị quan trọng trong kỹ thuật mạch tương tự,
cho phép cải thiện các tính chất của bộ khuếch đại, nâng cao
chất lượng của bộ khuếch đại.
- Có 2 loại hồi tiếp chính:
+ Hồi tiếp dương: tín hiệu hồi tiếp đưa về cùng pha với tín
hiệu vào nên nó làm tín hiệu vào mạnh lên, khiến bộ khuếch đại
mất ổn định. Thường được sử dụng làm mạch dao động.
+Hồi tiếp âm: tín hiệu hồi tiếp đưa về ngược pha với tín
hiệu vào, làm suy giảm tín hiệu vào. Dựa vào chiều dịng điện
ta có:
◆
Hồi tiếp âm 1 chiều: dùng để ổn định chế độ công
tác.
◆ Hồi tiếp âm xoay chiều: dùng để ổn định các tham
số của bộ khuếch đại.
- Mạch điện của bộ khuếch đại có hồi tiếp được chia làm 4 loại:
+ Hồi tiếp nối tiếp-điện áp: tín hiệu hồi tiếp được đưa về
mắc nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ với điện áp ra.
+ Hồi tiếp song song-điện áp: tín hiệu hồi tiếp đưa về mắc

song song với nguồn tín hiệu đầu vào và tỉ lệ với điện áp ngõ ra.
+ Hồi tiếp nối tiếp-dịng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về mắc
nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ với dòng điện ngõ ra.
+ Hồi tiếp song song-dịng điện: tín hiệu hồi tiếp đưa về
mắc song song với nguồn tín hiệu ban đầu và tỉ lệ với dòng điện
ngõ ra.
2.2.2/ Hồi tiếp âm:
2.2.2.1/ Các phương trình cơ bản của mạng 4 cực hồi tiếp âm:

12 | T r a n g


Ta có: X r = KX h ; X v = K n X n
X r = X v − X ht ; X ht = K ht X r
Tổ hợp các phương trinh này, ta có phương trinh cơ bản của
mạng bốn cực có hồi tiếp:
𝐾′ =
𝐾𝑡𝑝 =

𝑋𝑟

𝐾

=

𝑋𝑣
𝑋𝑟

1+ 𝐾𝐾ℎ𝑡
= 𝐾 ′ 𝐾𝑛

𝑋𝑛

Trong đó: 𝐾 ′ : Hàm truyền đạt của mạng bốn cực tích cực
có hồi tiếp.
𝐾𝑡𝑝 : Hàm truyền đạt toàn phần của mạng bốn
cực.
𝐾𝑛 : Hàm truyền đạt của khâu ghép giữa nguồn
tín hiệu 𝑋𝑛 và bộ khuếch đại.
Gọi K V = KK ht là hệ số khuếch đại vòng.
g = 1 + K v = 1 + KK ht là độ sâu hồi tiếp.
𝐾𝑣 và g dùng để đánh giá độ ổn định của bộ khuếch đại có
hồi tiếp âm.
◆

◆

◆

Khi |1 + KK ht | > 1 => |K ′ | < |K|
=> Có hồi tiếp âm.
Khi |1 + KK ht | < 1 => |K ′ | > |K|
=> Có hồi tiếp dương.
Khi |K V | = |KK ht | >> 1
𝑋
1
𝐾′ = 𝑟 ≈
𝑋𝑣
𝐾ℎ𝑡
=> {
𝑋

𝐾
𝐾𝑡𝑝 = 𝑟 ≈ 𝑛
𝑋𝑛

𝐾ℎ𝑡

*Nhận xét: Nếu hệ thống có hệ số khuếch đại vịng hở rất lớn,
thì hàm truyền đạt chỉ phụ thuộc vào tính chất của mạng bốn cực
hồi tiếp. Sự thay đổi các tham số của phần tử tích cực và độ tạp
tán của nó khơng ảnh hưởng đến các tính chất của bộ khuếch đại
có hồi tiếp. Vì vậy, cần dùng linh kiện (chủ yếu là điện trở)
chinh xác trong khâu hồi tiếp để có bộ khuếch đại chính xác.

13 | T r a n g


2.2.2.2/ Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tính chất của bộ
khuếch đại.
- Trong thực tế, ta thấy bộ khuếch đại có hồi tiếp âm có thể đáp
ứng được các yêu cầu: hệ số khuếch đại ổn định, không phụ
thuộc vào nhiệt độ, vào các biến đổi của điện áp nguồn, vào thời
gian sử dụng cũng như độ tạp tán của transistor.
a) Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến độ ổn định của hệ số khuếch
đại:
- Gọi sai số hệ số khuếch đại tồn phần của bộ khuếch đại có hồi
tiếp là ∆𝐾𝑡𝑝 và của bộ khuếch đại khơng có hồi tiếp là ∆𝐾, ta có:
𝑑𝐾𝑡𝑝 =

𝐾
1+ 𝐾𝐾ℎ𝑡

. 𝑑𝐾𝑛 + 𝐾𝑛 𝐾.

(−1)𝐾
(1+ 𝐾𝐾ℎ𝑡 )2

. 𝑑𝐾ℎ𝑡 +

𝐾𝑛
(1+ 𝐾𝐾ℎ𝑡 )2

. 𝑑𝐾

- Từ đó suy ra:
∆𝐾𝑡𝑝
𝐾𝑡𝑝

≈

∆𝐾𝑛
𝐾𝑛

−

𝐾𝐾ℎ𝑡
1+ 𝐾𝐾ℎ𝑡

.

∆𝐾ℎ𝑡

𝐾ℎ𝑡

+

1
1 + 𝐾𝐾ℎ𝑡

.

∆𝐾
𝐾

- Từ biểu thức trên thấy rằng: sai số tương đối hệ số khuếch đại
có hồi tiếp âm nhỏ hơn (1 + 𝐾𝐾ℎ𝑡 ) lần so với sai số tương đối
hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi khơng có hồi tiếp.
- Đối với bộ khuếch đại nhiều tầng, có thể thực hiện hồi tiếp
từng tầng riêng biệt – gọi là hồi tiếp bao một tầng hoặc hồi tiếp
qua nhiều tầng gọi là hồi tiếp bao nhiều tầng.

14 | T r a n g


- Hồi tiếp bao nhiều tầng cho độ ổn định của hệ số khuếch đại
cao hơn so với hồi tiếp bao một tầng.
Ta có: + Hệ số khuếch đại có hồi tiếp bao 1 tầng:
𝐾′ =
=>

𝑋𝑟
𝑋𝑣

∆𝐾′
𝐾′

𝑛

𝐾

= (
)
1+ 𝐾𝐾
ℎ𝑡

≈

𝑛
1+𝐾𝐾ℎ𝑡

.

với n là số tầng của
bộ khuếch đại.

∆𝐾
𝐾

+ Hệ số khuếch đại có hồi tiếp bao nhiều tầng:
𝐾′ =
=>

𝑋𝑟
𝑋𝑣

∆𝐾′
𝐾′

=

≈

𝐾𝑛

1+ 𝐾 𝑛 𝐾ℎ𝑡
𝑛
∆𝐾

1+𝐾𝑛 𝐾ℎ𝑡

.

𝐾

- Vậy độ ổn định của hệ số khuếch đại của hồi tiếp bao nhiều
tầng lớn hơn so với hồi tiếp bao từng tầng một.
b) Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng vào:
- Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm
trong vòng hồi tiếp. Sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào phương
pháp mắc mạch hồi tiếp về đầu vào ( nối tiếp hoặc song song).

15 | T r a n g

+ Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp:
◆ Khi khơng có hồi tiếp (𝐾ℎ𝑡 . 𝑋𝑟 = 0):
̅̅̅
𝑉𝑣
𝐼̅𝑣

𝑍𝑖 =
◆

̅̅̅̅′
̅̅̅̅
𝑉
ℎ+ 𝑉
𝐼̅𝑣

=

= 𝑟ℎ + 𝑟𝑟ℎ𝑡

Khi có hồi tiếp:
𝑍𝑖′ =
Hay

̅̅̅
𝑉𝑣
𝐼̅𝑣

=

̅̅̅̅′
̅̅̅̅
𝑉
ℎ + 𝑉 + 𝐾ℎ𝑡 𝑋𝑟
𝐼̅𝑣

=

𝑍𝑖′ = 𝑔𝑟ℎ + 𝑟𝑟ℎ𝑡 ≈ 𝑔𝑟ℎ

̅̅̅̅′
̅̅̅̅
𝑉
ℎ (1 + 𝐾𝐾ℎ𝑡 )+ 𝑉
𝐼̅𝑣

𝑍𝑖′ = 𝑔𝑍𝑖

Nếu 𝑟𝑟ℎ𝑡 ≪ 𝑟ℎ thì :

+ Trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm song song:
◆

Khi khơng có hồi tiếp:
𝑌𝑣 =

◆

1

𝑍𝑖

=

𝐼̅𝑣
̅̅̅
𝑉
𝑣

=

̅̅̅
𝐼ℎ + 𝐼̅′
̅
𝑉

=

1
𝑟ℎ

+

1
𝑟𝑟ℎ𝑡

Khi có hồi tiếp:
𝑌𝑣′ =

1

𝑍𝑖′

=

𝐼̅𝑣
̅̅̅
𝑉
𝑣

=

̅̅̅
𝐼ℎ + 𝐼̅′ + 𝐾ℎ𝑡 𝑋𝑟
𝑔
=
̅̅̅
𝑉𝑣
𝑟ℎ
′
𝑍𝑖 = 𝑍𝑖 /𝑔

+

1
𝑟𝑟ℎ𝑡

Nếu 𝑟𝑟ℎ𝑡 ≫ 𝑟ℎ thì:
*Nhận xét: Hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào của
phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp g lần và hồi tiếp âm song
song làm giảm trở kháng vào cũng bấy nhiêu lần.

16 | T r a n g


c) Ảnh hưởng của hồi tiếp đến dải rộng của bộ khuếch đại và đến
méo phi tuyến:
- Khi khơng có hồi tiếp thì tồn bộ tín hiệu được đưa đến đầu vào
bộ khuếch đại, do đó 𝑋ℎ = 𝑋𝑣 . Khi có hồi tiếp, chỉ có một phần tín
hiệu được đặt vào bộ khuếch đại.
𝑋ℎ = 𝑋𝑣 − 𝐾ℎ𝑡 . 𝑋𝑟 = 𝑋𝑣 − 𝐾. 𝐾ℎ𝑡 . 𝑋ℎ
Suy ra:
𝑋
𝑋ℎ = 𝑣
𝑔

Cho nên nhờ hồi tiếp âm, dải rộng của bộ khuếch đại được mở
rộng.
- Ngồi ra, tín hiệu vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp 𝑋ℎ nhỏ hơn
tín hiệu vào của bộ khuếch đại khơng có hồi tiếp 𝑋𝑣 (g lần) nên
méo phi tuyến do độ cong đường đặc tính truyền đạt của bộ khuếch
đại gây ra cũng giảm đi (g lần).
d) Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tạp âm:

- Giả thuyết tạp âm ngoài đưa vào giữa hai tầng của một bộ khuếch
đại, từ sơ đồ trên ta có:
[(𝑋𝑡ℎ − 𝐾ℎ𝑡 . 𝑋𝑟 )𝐾1 + 𝑋𝑎 ]. 𝐾2 = 𝑋𝑟
<=> 𝑋𝑟 =

𝐾1 𝐾2
1+𝐾1 𝐾2 𝐾ℎ𝑡

𝑋𝑡ℎ +

𝐾2
1+𝐾1 𝐾2 𝐾ℎ𝑡

𝑋𝑡𝑎

𝐾1 𝐾2
𝐾2
𝑋𝑡ℎ
;
X rta =
𝑋
1 + 𝐾1 𝐾2 𝐾ℎ𝑡
1 + 𝐾1 𝐾2 𝐾ℎ𝑡 𝑡𝑎
Từ phương trình trên ta thấy: tạp âm ở đầu ra X rta giảm đi
𝐾1 𝐾2 𝐾ℎ𝑡 lần, ta có tỉ số:
𝑋𝑟𝑡ℎ
𝑋
= 𝐾1 𝑡ℎ
X rth =

𝑋𝑟𝑡𝑎

𝑋𝑡𝑎

17 | T r a n g

*Nhận xét: Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra càng lớn khi 𝐾1
càng lớn và chỉ có thể khử loại tạp âm cần xuất hiện ở sau tầng thứ
nhất, không thể giảm nhỏ loại tạp âm xuất hiện ngay đầu vào bộ
khuếch đại.
2.3/ Tầng khuếch đại công suất.
2.3.1/ Giới thiệu chung:
- Tầng khuếch đại cơng suất có nhiệm vụ đưa ra cơng suất đủ lớn
để kích thích cho tải. Cơng suất ra của nó cỡ vài phần mười W đến
lớn hơn 100W. Công suất này được đưa về tầng sau dưới dạng
điện áp hoặc dịng điện có biên độ cao.
- Các tham số của tầng khuyếch đại công suất.
+ Hệ số khuếch đại công suất 𝐾𝑝 :
𝑃𝑟
𝐾𝑝 =
𝑃𝑣
+ Hiệu suất
𝑃
Ƞ= 𝑟
𝑃𝑜

Trong đó 𝑃𝑜 là cơng suất cung cấp một chiều.
Hiệu suất càng lớn thì cơng suất tổn hao trên Collector của
transistor càng nhỏ.
+ Trở kháng vào 𝑍𝑖 lớn tương đương với dịng tín hiệu vào
nhỏ, nghĩa là mạch phải có hệ số khuếch đại dịng điện lớn.
2.3.2/ Chế độ làm việc và định điểm làm việc của tầng khuếch
đại công suất:
- Tùy thuộc vào chế độ làm việc của transistor, người ta phân biệt:
bộ khuếch đại chế độ A, B, AB, C….
a) Khuếch đại chế độ A:

- Chế độ A tín hiệu được khuếch đại gần
T
như tuyến tính, góc cắt θ = = 180°
2
- Khi tín hiệu vào hình sin thì ở chế độ A
dịng tĩnh Collector ln ln lớn hơn
biên độ dịng điện ra. Vì vậy hiệu suất của
bộ khuếch đại chế độ A rất thấp (<50%).
Do đó chế độ A thường được dùng khi
cơng suất ra nhỏ (𝑃𝑟 < 1𝑤)
Dòng điện ra ở chế độ A
18 | T r a n g


b) Khuếch đại chế độ AB:
- Chế độ AB có góc cắt 90° < θ < 180° . Ở chế độ này có thể đạt
hiệu suất ƞ cao hơn ở chế độ A ( <70%), vì dịng điện tĩnh 𝐼𝑐𝑜 lúc
này nhỏ hơn dòng tĩnh ở chế độ A. Điểm làm việc nằm trên đặc
tuyến tải gồm khu vực tắt của transistor.

Dòng ra ở chế độ AB
Đặc tuyến ra của transistor xác định
điểm làm việc tĩnh.
c) Khuếch đại chế độ B:
- Chế độ B ứng với θ = 90°. Điểm làm việc tĩnh
được xác định tại 𝑈𝐵𝐸 = 0. Chỉ một nửa chu kì
âm (hoặc dương) của điện áp được đặt vào
transistor được khuếch đại.
Dòng ra ở chế độ B
d) Khuếch đại chế độ C:

- Chế độ C có góc cắt θ < 90°. Hiệu suất khá cao
(<78 %) nhưng méo rất lớn, thường được sử dụng
trong bộ khuếch đại tần số cao và dùng với tải
cộng hưởng.
Dòng ra ở chế độ C
19 | T r a n g


2.3.3/ Tầng khuếch đại đơn (mạch khuếch đại chế độ A):
- Trong tầng khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi đối xứng
xung quanh điểm tĩnh. So với tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, nó chỉ
khác là biên độ tín hiệu lớn. Tầng khuếch đại đơn này thường hay
dùng sơ đồ mạch E chung hoặc sơ đồ mạch lặp Emittor (hay C
chung). Trong chương này sẽ tìm hiểu về sơ đồ E chung do sơ đồ
này có hệ số khuếch đại điện áp dòng lớn và méo phi tuyến nhỏ.
2.3.3.1/ Sơ đồ Emittor chung:
Chú ý trong hình vẽ này cần thống nhất cách biểu diễn điện áp là V
chứ khơng phải U.

Ta có: cơng suất ra của tín hiệu:
2
̂ 𝐼̂𝑐 2 𝑅𝑐 𝑉̂
𝑉̂
𝑐𝑒 𝐼𝑐
𝑐𝑒
𝑃𝑟 =
=
=
2
2

2𝑅𝑐

Căn cứ vào hình minh họa, ta xác
̂
định được các biên độ 𝑉̂
𝑐𝑒 và 𝐼𝑐 :
(𝐼
−𝐼
)
Îc = 𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑐𝑚𝑖𝑛

và

Suy ra: 𝑃𝑟 =

𝑉̂
𝑐𝑒 =

2
(𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥 −𝑉𝐶𝐸𝑚𝑖𝑛 )
2

(𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥 −𝑉𝐶𝐸𝑚𝑖𝑛 )(𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥 −𝐼𝑐𝑚𝑖𝑛 )
8

20 | T r a n g


Cơng suất ra lớn nhất khi:
• 𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝐶𝐸𝑚𝑖𝑛 ≈ 𝑉𝑐𝑐

Hay
𝑉
• 𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥 ≈ 𝑐𝑐
2

• 𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝐼𝑐𝑚𝑖𝑛 ≈ 2𝐼𝑐𝑜 và 𝑅𝐶𝑜𝑝𝑡 =
Lúc đó cơng suất ra đạt cực đại:
𝑃𝑟𝑚𝑎𝑥 ≈

𝑉𝑐𝑐 2
8𝑅𝑐

≈

𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑐𝑜
4

𝑉𝑐𝑐
2𝐼𝑐𝑜

khi

𝑅𝐶𝑜𝑝𝑡 =

𝑉𝑐𝑐
2𝐼𝑐𝑜

- Trong trường hợp đầu ra của tầng khuếch đại được ghép điện
dung với tải, cần phân biệt đường tải tĩnh với đường tải động, điện
trở tối ưu phải được xác định:

𝑉
(𝑅𝐶 // 𝑅𝑡 )𝑜𝑝𝑡 = 𝑐𝑐
2𝐼𝑐𝑜

- Để xác định hiệu suất, cần xác định công suất cung cấp cho mạch:
1 𝑇
𝑃𝑜 = ∫0 𝑉𝑐𝑐 . (𝐼𝑐𝑜 + 𝐼̂𝑐 sin 𝜔𝑡)𝑑𝜔𝑡 = 𝑉𝑐𝑐 . 𝐼𝑐𝑜
𝑇
- Khi tín hiệu vào hình sin thì trị số trung bình đại số của điện áp
colecto-emite và dịng colecto khơng đổi, vì vậy công suất cung
cấp một chiều 𝑃𝑜 không phụ thuộc vào mức tín hiệu vào hay ra.
- Hiệu suất cực đại của mạch được xác định theo:
𝑃
ƞ 𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑎𝑥 . 100% ≈ 25%
𝑃𝑜

*Nhận xét:
+ Méo phi tuyến ít do chọn được đặc tuyến làm việc của
transistor.
+ Cơng suất tín hiệu ra nhỏ do mạch chỉ làm việc với tín hiệu nhỏ.
+ Hiệu suất bé do phải phân cực DC trước cho transistor gây tiêu
tán DC không mong muốn.
2.3.4/ Mạch khuếch đại công suất chế độ B.
Không cần khảo sát mạch khuếch đại ghép biến áp này vì yêu
cầu của đề bài không dùng biến áp. Cần tập trung vào sơ đồ
ghép đầu ra OCL như yêu cầu đề bài
21 | T r a n g


2.3.4.1/ Mạch khuếch đại công suất chế độ B transistor ghép đẩy

kéo dùng biến áp:
- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý hoạt động:
+ Ở bán kì dương (𝑉𝑎 > 𝑉𝑏 > 𝑉𝑐 ):
• Transistor Q1 dẫn, Q2 khơng dẫn.
• Xuất hiện dòng 𝑖 𝑇1 , dòng 𝑖 𝑇2 = 0
+ Ở bán kì âm (𝑉𝑐 > 𝑉𝑏 > 𝑉𝑎 ):
• Transistor Q2 dẫn, Q1 khơng dẫn.
• Xuất hiện dịng 𝑖 𝑇2 , dòng 𝑖 𝑇1 = 0
+ Dòng tải:
𝑖𝐿 = 𝑖 𝑇1 − 𝑖 𝑇2
+ Dòng nguồn:
𝑖𝑆 = 𝑖 𝑇1 + 𝑖 𝑇2
+ Về DC: có các biến áp T1, T2 cách ly nên các transistor Q1,
Q2 không được phân cực DC trước => tổn hao DC không đáng kể.
+ Để dịng tải khơng méo:
IP1 = IP2 = IP
Hoạt động của 2 transistor phải đối xứng
cho nên Q1 và Q2 phải cùng một loại
transistor, các biến áp T1 và T2 phải có
điểm ở giữa ở cuộn thứ cấp và cuộn sơ
cấp tương ứng.

22 | T r a n g


+ Dịng trung bình của nguồn cung cấp:
2𝑇/2
2𝐼𝑃

𝐼𝑆𝐴𝑉 =
∫ 𝐼𝑃 sin 𝜔𝑡 𝑑𝑡 =
𝑇
𝜋
- Cơng suất trung bình phân phối trên tải 𝑃𝐿 :
1
𝑉𝑃𝐿 2 1 2
𝑃𝐿 = 𝑉𝑃𝐿 𝐼𝑃𝐿 =
= 𝐼 𝑅
2
2𝐼𝑃𝐿 2 𝑃𝐿 𝐿
- Với 𝑉𝑃𝐿 , 𝐼𝑃𝐿 là biên độ điện áp đỉnh đỉnh và biên độ dòng đỉnh
đỉnh của tải:
N

𝑉𝑃 , 𝐼𝑃 là biên độ áp và biên độ dịng
khơng méo ở ngõ ra của các transistor

VPL = S VP
NP
{
N
IPL = P IP
NS

1

Suy ra: 𝑃𝐿 = 𝐼𝑃 𝑉𝑃 =
2

1 𝑁𝑆 2 𝑉𝑃 2
( ) .𝑅
2 𝑁𝑃
𝐿

=

1 𝑁𝑃 2 2
( ) 𝐼𝑃 𝑅𝐿
2 𝑁𝑆

+ Công suất trung bình phân phối trên tải cực đại:
1
1 𝑁𝑆 2 𝑉 2 𝑃𝑚𝑎𝑥 1 𝑁𝑃 2 2
𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑃𝑚𝑎𝑥 𝐼𝑃𝑚𝑎𝑥 = ( )
= ( ) 𝐼 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑅𝐿
2
2 𝑁𝑃
𝑅𝐿
2 𝑁𝑆

- Từ đường tải một chiều DC LL,
ta có biên độ áp ngõ ra cỉa một
transistor cực đại:
𝑉𝑃𝑚𝑎𝑥 ≈ 𝑉𝐶𝐶

23 | T r a n g


Suy ra:

Trường hợp 𝑁𝑃 =

1 𝑁𝑆 2 𝑉𝐶𝐶 2
𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 = ( )
2 𝑁𝑃
𝑅𝐿
𝑉𝐶𝐶 2
𝑁𝑆 : 𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 =
2𝑅
𝐿

- Công suất trung bình của nguồn cung cấp 𝑃𝑆 :
2𝐼𝑃
𝑃𝑆 = 𝑉𝐶𝐶 𝐼𝑆𝐴𝑉 = 𝑉𝐶𝐶
𝜋
+ Cơng suất trung bình cực đại của nguồn cung cấp 𝑃𝑆𝑚𝑎𝑥 khi
tải tiêu thụ công suất cực đại 𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 :
𝑃𝑆𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑆𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝐶𝐶 .
Với:

𝑁𝑆

2𝐼𝑃𝑚𝑎𝑥
𝜋

𝑁𝑆 𝑉𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥

𝐼𝑃𝑚𝑎𝑥 = ( ) 𝐼𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 = ( )
𝑁
𝑁

𝑃

Suy ra: 𝑃𝑆𝑚𝑎𝑥 =

𝑅𝐿

𝑃

2

𝑁

= ( )
𝑁
𝑃

𝑅𝐿

2𝑉 2

𝑆
(
)
𝜋 𝑁
𝑃

𝑁𝑆 2 𝑉𝑐𝑐

𝑐𝑐

𝑅𝐿

- Công suất tiêu tán của các transistor:
𝑃𝐶 = 𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑆 − 𝑃𝐿
+ Công suất tiêu tán của 1 transistor:

𝑃𝑡𝑡
2

+ Công suất tiêu cực đại của các transistor:
2
𝑁𝑆 2 𝑉𝑃 1 𝑁𝑆 2 𝑉𝑃 2
𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑆 − 𝑃𝐿 = 𝑉𝐶𝐶 ( )
− ( )
= 𝑓(𝑉𝑃 )
𝜋
𝑁𝑃 𝑅𝐿 2 𝑁𝑃 𝑅𝐿
Lấy đạo hàm, khảo sát cực trị ta suy ra công suất tiêu tán cực
đại của các transistor:
2

𝑉𝑃 = 𝑉𝐶𝐶
𝜋

thì

𝑃𝐶𝑚𝑎𝑥 =

2
𝜋

2(

𝑁𝑆 2 𝑉𝑐𝑐 2
)
𝑁𝑃
𝑅𝐿

- Hiệu suất:

24 | T r a n g


1 NS 2 VP 2
PL
π VP
2 ( NP ) R L
ƞ= =
=
PS 2
NS 2 VP 4 VCC
V
π CC (NP ) R L
+ Hiệu suất cực đại khi 𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 và 𝑃𝑆𝑚𝑎𝑥 ↔ VPmax = VCC
=>

ƞ𝑚𝑎𝑥 =

𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑆𝑚𝑎𝑥

=

𝜋
4

= 78,5%

*Nhận xét:
- Ưu điểm:
+ Do mỗi một transistor làm việc ở 1 bán kì tín hiệu vào nên
mạch có thể hoạt động với tín hiệu có biên độ lớn → cơng
suất ra trên tải của mạch lớn.
+ Hiệu suất của mạch cao.
- Nhược điểm:
+ Méo xuyên tâm do ngưỡng dẫn của transistor
+ Biến áp cồng kềnh đắt tiền
+ Để tín hiệu ngõ ra khơng méo thì các biến áp trong mạch
phải có cuộn sơ cấp (T2) và cuộn thứ cấp (T1) đối xứng.
+ Méo tín hiệu ở cuộn thứ cấp biến áp khi tín hiệu vào cuộn
sơ cấp lớn do hiện tượng từ trễ.
2.3.5/ Mạch khuếch đại chế độ AB transistor ghép bổ phụ:
- Chế độ AB: transistor chỉ làm việc trong 1 bán kì của tín hiệu ngõ
vào nhưng để tránh méo xuyên tâm, ta phải phân cực trước cho
mỗi transistor một điện áp bằng mối nối VEB (khoảng 0,6V) để khi
có tín hiệu xoay chiều từ ngõ vào, transistor có thể hoạt động ngay.
- Do các hạn chế của mạch khuếch đại công suất dùng biến áp, nên
để tránh điều đó, ta khơng dùng biến áp trong các mạch công suất
âm tần nữa mà ta sử dụng mạch khuếch đại công suất âm tần
25 | T r a n g