Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

47 5.2K 13
Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Khoá luận tốt nghiệp Trờng Đại học Vinh khoa vật lý ------- ------ nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực khoá luận tốt nghiệp đại học ngành cử nhân khoa học vật lý Vinh, tháng 05/2006 ------------- SVTH: Lê Văn Hải 1 Khoá luận tốt nghiệp Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Chơng 1. Tổng quan về mạch khuếch đại công suất 3 1.1 . Khái niệm về khuếch đại và nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại 3 1.1.1. Khái niệm về khuếch đại 3 1.1.2. Nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại 4 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của tầng khuếch đại 5 1.2.1. Hệ số khuếch đại K 5 1.2.2. Trở kháng 6 1.2.3. Méo phi tuyến 6 1.2.4. Hiệu suất của tầng khuếch đại 6 1.3. Hồi tiếp trong các tầng khuếch đại 6 1.3.1 Khái niệm về hồi tiếp 6 1.3.2. ảnh hởng của hồi tiếp âm đến tính chất của bộ khuếch đại 8 Chơng 2. Nghiên cứu mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực 11 2.1. Phân cực và ổn định chế độ làm việc cho tầng khuếch đại công suất 11 2.1.1 Phân cực Tranzito bằng dòng cố định 11 SVTH: Lê Văn Hải 2 Khoá luận tốt nghiệp 2.1.2. Phân cực Tranzito bằng điện áp phản hồi 12 2.1.3. Phân cực Tranzito bằng dòng emitơ (tự phân cực) 14 2.2. Các chế độ làm việc cơ bản của một tầng khuếch đại 17 2.2.1. Chế độ A 17 2.2.2. Chế độ B 17 2.2.3 Chế độ AB 18 2.3. Tầng khuếch đại công suất đơn 18 2.3.1. Sơ đồ tầng khuếch đại 18 2.3.2 . Nguyên lý làm việc và các tham số cơ bản 18 2.4. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp 20 2. 4.1.Sơ đồ tầng khuếch đại 20 2.4.2. Nguyên lý làm việc và các tham số cơ bản 20 2.5. Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo không có biến áp 25 2.5.1. Sơ đồ tầng khuếch đại 25 2.5.2. Nguyên lý làm việc và các tham số cơ bản 25 SVTH: Lê Văn Hải 3 Khoá luận tốt nghiệp Chơng 3. Thiết kế mạch khuếch đại công suất 28 3.1. Bài toán 1 28 3.1.1. Yêu cầu thiết kế 28 3.1.2. Các bớc tính toán thiết kế 28 3.1.3. Mô phỏng kết quả trên phần mềm CircuitMaker 32 3.2. Bài toán 2 36 3.2.1. Yêu cầu thiết kế 36 3.2.2. Các bớc tính toán thiết kế 36 3.2.3. Mô phỏng kết quả trên phần mềm CircuitMaker 38 Kết luận 42 Tài liệu tham khảo 43 Lời mở đầu SVTH: Lê Văn Hải 4 Khoá luận tốt nghiệp Sự ra đời của tranzito năm 1948 đã mở ra một thời kỳ mới cho ngành kỹ thuật điện tử. Kể từ đó đến nay kỹ thuật điện tử đã phát triển một cách nhanh chóng, đem lại những lợi ích vô cùng to lớn cho đời sống xã hội. Những sản phẩm của kỹ thuật điện tử có mặt hầu hết trong các hoạt động của con ngời. Trong những năm gần đây Việt Nam đã có những tiến bộ vợt bậc trong việc chế tạo các thiết bị điện tử, sản phẩm điện tử của Việt Nam đã tạo đợc niềm tin của khách hàng trong nớc cũng nh các nớc trên thế giới. Việt Nam đã chú trọng đầu t cho việc nghiên cứu nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lợng, đáp ứng đợc nhu cầu của con ngời. Việc học tập và nghiên cứu trong các trờng đại học cũng không nằm ngoài mục đích đó. Chúng ta đã biết một trong những ứng dụng quan trọng nhất của tranzitodùng để khuếch đại tín hiệu điện. Nghĩa là dùng tranzito để thiết kế các tầng khuếch đại nhằm biến đổi năng lợng của nguồn một chiều thành năng lợng của tín hiệu xoay chiều. Trong đó tầng khuếch đại công suất là tầng cuối cùng nối với tải tiêu thụ, nó có ảnh hởng lớn nhất đến chất lợng của các thiết bị. Việc nghiên cứu tầng khuếch đại công suất là rất cần thiết. Chính vì vậy tôi chọn đề tài tốt nghiệp cho mình là " Nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực" với mục đích làm tăng thêm hiểu biết của mình về khuếch đại công suất cũng nh các vấn đề khác của kỹ thuật điện tử và đáp ứng một phần sở thích tìm hiểu về các thiết bị điện tử. Tôi hy vọng đề tài của mình sẽ đợc mở rộng nghiên cứu trong thời gian tới. * Nội dung của đề tài bao gồm ba phần chính - Chơng 1: Trình bày tổng quan về mạch khuếch đại công suất: Các khái niêm, chỉ tiêu, tham số và các điều kiện ảnh hởng đến tầng khuếch đại công suất. SVTH: Lê Văn Hải 5 Khoá luận tốt nghiệp - Chơng 2: Nghiên cứu mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực trình bày các phơng pháp phân cực, chế dộ làm việc và nguyên lý làm việc của một số tầng khuếch đại. - Chơng 3: Thiết kế một số mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực và mô phỏng kết quả trên máy tính bằng phần mềm CircuitMaker Chơng 1 Tổng quan về mạch khuếch đại CÔNG SUấT 1.1 . Khái niệm về khuếch đại và nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại SVTH: Lê Văn Hải 6 Khoá luận tốt nghiệp 1.1.1. Khái niệm về khuếch đại a .khái niệm khuếch đại là quá trình nâng cao công suất của tín hiệu mà không làm biến đổi dạng của nó.Thực chất của quá trình khuếch đại là quá trình biến đổi năng lợng có điều kiện. ở đây năng lợng của nguồn một chiều sẽ đợc biến đổi thành năng lợng của tín hiệu xoay chiều có quy luật biến đổi mang thông tin cần thiết. Để khuếch đại tín hiệu ngời ta thờng sử dụng các phần tử tích cực nh tranzito, IC . .Mỗi tầng khuếch đại bao giờ cũng có một hoặc nhiều phần tử điều khiển là tranzito, một bộ khuếch đại gồm nhiều tầng khuếch đại, đầu vào của bộ đợc nối với nguồn tín hiệu còn đầu ra đợc nối với tải. Hình 1.1. Bộ khuếch đại ghép nhiều tầng b . Phân loại các tầng khuếch đại - Phân loại theo nhiệm vụ: + Tầng khuếch đại điện áp, + Tầng khuếch đại dòng điện, + Tầng khuếch đại công suất. - Phân loại theo tần số làm việc: + Tầng khuếch đại tín hiệu tần số thấp (khuếch đại âm tần), + Tầng khuếch đại tín hiệu tần số cao (khuếch đại cao tần), + Tầng khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm (khuếch đại tín hiệu một chiều). - Phân loại theo chế độ hoạt động: + Tầng khuếch đại hoạt động ở chế độ A, + Tầng khuếch đại hoạt động ở chế độ B, + Tầng khuếch đại hoạt động ở chế độ AB. SVTH: Lê Văn Hải 7 R t E n R n U R1 =U V2 U n 1 2 n-1 n . . ~ Khoá luận tốt nghiệp 1.1.2. Nguyên lý xây dựng một tầng khuếch đại Sơ đồ nguyên lý của một tầng khuếch đại: (a) (b) Hình 1.2 a. Nguyên lý của tầng khuếch đại EC b. Biểu đồ thời gian của điện áp và dòng điện ở mạch ra. ở đây phần tử điều khiển là tranzito lỡng cực có trở kháng thay đổi theo sự điều khiển của điện áp hoặc dòng điện đặt tới cực điều khiển bazơ. Qua đó, điều khiển quy luật biến đổi dòng điện ở mạch ra . Tín hiệu lấy ra ở cực côlectơ biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhng độ lớn đợc tăng lên nhiều lần. Để đơn giản ta giả sử điện áp vào cực điều khiển có dạng hình sin Từ sơ đồ hình 1.2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp ở lối ra tỷ lệ với dòng điện và điện áp ở lối vào cần phải coi nh là tổng các thành phần xoay chiều (dòng điện và điện áp) trên nền của thành phần một chiều I 0 và U 0 . Phải đảm bảo sao cho biên độ thành phần xoay chiều không vợt quá thành phần một chiều, nghĩa là I 0 > I m và U o > U m nếu điều kiện đó không thoả mãn thì dòng điện ở mạch ra trong khoảng thời gian nhất định sẽ bằng không và sẽ làm méo dạng tín hiệu ra. Để đảm bảo hoạt động cho tầng khuếch đại, mạch ra của nó phải có thành phần dòng một chiều I 0 và điện áp một chiều U 0 . Tơng tự ở mạch vào ngoài nguồn tín hiệu cần khuếch đại ngời ta đặt thêm điện áp một chiều U VO (hay dòng điện một chiều I VO ) thành phần dòng điện và điện áp một chiều xác SVTH: Lê Văn Hải 8 0 u u m u r r u 0 t 0 0 I t m I i U V U V E R t R C -E B C Khoá luận tốt nghiệp định chế độ tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số của chế độ tĩnh theo mạch vào (I VO ,U VO ) và theo mạch ra (I O ,U O ) đặc trng cho trạng thái ban đầu của tầng khuếch đại khi cha có tín hiệu vào. 1.2. Các chỉ tiêu và tham số cơ bản của tầng khuếch đại . Để đánh giá chất lợng của một tầng khuếch đại ngời ta định nghĩa các chỉ tiêu và tham số sau. 1.2.1. Hệ số khuếch đại K = Đại lợng đầu ra Đại lợng tơng ứng đầu vào Thông thờng tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số phức K = k e x p (j k ) (1.1) + Hệ số khuếch đại điện áp K u = V r U U (1.2) + Hệ số khuếch đại dòng điện K i = V r I I (1.3) + Hệ số khuếch đại công suất K p = V r P P = VV rr IU IU . . = K u . K i (1.4) Khi ghép n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tơng ứng là k 1 ,k 2 ,,k n thì hệ số khuếch đại tổng cộng của bộ khuếch đại xác định bởi công thức: K = k 1 . k 2 . k 3 k n Thờng ngời ta tính k theo đơn vị logarit gọi là đơn vị dexiben (dB) k (dB) = 20lg k (1.5) => k U (dB) = 20lgk U k i (dB) = 20lgk i ; k p (dB) = 20lgk p k (dB) = 20lg (k 1 . k 2 . k 3 k n ) = k 1 (dB) + k 2 (dB)+ . + k n (dB) (1.6) 1.2.2. Trở kháng Trở kháng lối vào và lối ra của tầng khuếch đại đợc định nghĩa Z v = V V I U (1.7) ; Z r = r r I U (1.8) Nói chung chúng là các đại lợng phức Z = R + j X SVTH: Lê Văn Hải 9 Khoá luận tốt nghiệp 1.2.3. Méo phi tuyến Méo này do tính chất phi tuyến của các tranzito gây ra, thể hiện trong thành phần đầu ra xuất hiện các thành phần tần số lạ tức là không có ở đầu vào. Nếu U V chỉ có thành phần tần số mà U r có các thành phần tần số n (với n = 0, 1, 2, 3 ) với các biên độ tơng ứng U mn khi đó hệ số méo phi tuyến là: m mnmm U UUU 1 22 3 2 2 . +++ = (1.9) Các thành phần tơng ứng n 2 gọi là các hài bậc cao. 1.2.4 Hiệu suất của tầng khuếch đại Đợc xác định bằng tỷ số giữa công suất ra trên tải P r và công suất nguồn một chiều cung cấp cho tầng khuếch đại là P 0 . = %100. 0 P P r (1.10) 1.3. Hồi tiếp trong các tầng khuếch đại 1.3.1 Khái niệm về hồi tiếp Hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ra (điện áp hoặc dòng điện) của mạng bốn cực tích cực về đầu vào thông qua mạng bốn cực gọi là mạng hồi tiếp. Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật mạch tơng tự. Hồi tiếp cho phép cải thiện tính chất của bộ khuếch đại nâng cao chất l- ợng của bộ khuếch đại. Hình 1.2. Sơ đồ khuếch đại có hồi tiếp. K: Hệ số khuếch đại K ht : Hệ số hồi tiếp X V : Tín hiệu vào X h : Tín hiệu hiệu X r : Tín hiệu ra. X nt : Tín hiệu hồi tiếp. Ngời ta phân biệt hai loại hồi tiếp cơ bản là hồi tiếp âm và hồi tiếp dơng. Tín hiệu hồi tiếp âm ngợc pha với tín hiệu vào nên làm yếu tín hiệu vào. Ngợc lại tín hiệu hồi tiếp dơng đồng pha với tín hiệu vào do đó làm mạnh tín hiệu SVTH: Lê Văn Hải 10 Hình 1.3. Sơ đồ khuếch đại có hồi tiếp K K ht X r X V + X h . bộ khuếch đại chơng 2 Nghiên cứu mạch khuếch đại công suất dùng tranzito l- ỡng cực 2.1. Phân cực và ổn định chế độ làm việc cho tầng khuếch đại công suất. hởng đến tầng khuếch đại công suất. SVTH: Lê Văn Hải 5 Khoá luận tốt nghiệp - Chơng 2: Nghiên cứu mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực trình bày

Ngày đăng: 20/12/2013, 13:26

Hình ảnh liên quan

Hình 1.1. Bộ khuếch đại ghép nhiều tầng - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 1.1..

Bộ khuếch đại ghép nhiều tầng Xem tại trang 7 của tài liệu.
Từ sơ đồ hình 1.2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp ở lối ra tỷ lệ với dòng điện và điện áp ở lối vào cần phải coi nh  là tổng các thành phần xoay chiều - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

s.

ơ đồ hình 1.2 ta thấy rằng dòng điện và điện áp ở lối ra tỷ lệ với dòng điện và điện áp ở lối vào cần phải coi nh là tổng các thành phần xoay chiều Xem tại trang 8 của tài liệu.
- Hồi tiếp nối tiếp - điện áp (hình 1.4.a): tín hiệu hồi tiếp đa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỷ lệ với điện áp ra. - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

i.

tiếp nối tiếp - điện áp (hình 1.4.a): tín hiệu hồi tiếp đa về đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu ban đầu và tỷ lệ với điện áp ra Xem tại trang 11 của tài liệu.
Hình 2.1.Sơ đồ mạch phân cực - Cơ chế hoạt động. - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 2.1..

Sơ đồ mạch phân cực - Cơ chế hoạt động Xem tại trang 15 của tài liệu.
Hình 2.3. Sơ đồ mạch phân cực bằng dòng emitơ - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 2.3..

Sơ đồ mạch phân cực bằng dòng emitơ Xem tại trang 18 của tài liệu.
Hình 2.4 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 2.4.

Xem tại trang 19 của tài liệu.
Hình 2.8. Đồ thị tính toán tầng khuếch đại đơn ghép biến áp - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 2.8..

Đồ thị tính toán tầng khuếch đại đơn ghép biến áp Xem tại trang 22 của tài liệu.
Từ đồ thị hình 2.8 ta thấy đờng tải một chiều qua điểm EC hầu nh thẳng - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

th.

ị hình 2.8 ta thấy đờng tải một chiều qua điểm EC hầu nh thẳng Xem tại trang 22 của tài liệu.
Sơ đồ tầng khuếch đại công suất đẩy kéo có biến áp ra vẽ trên hình 2.9, gồm hai tranzito  T1 và T2  - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Sơ đồ t.

ầng khuếch đại công suất đẩy kéo có biến áp ra vẽ trên hình 2.9, gồm hai tranzito T1 và T2 Xem tại trang 24 của tài liệu.
Hình 2.10. Đồ thị tính tầng công suất đẩy kéo ghép biến áp - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 2.10..

Đồ thị tính tầng công suất đẩy kéo ghép biến áp Xem tại trang 25 của tài liệu.
Việc chọn tranzito theo điện áp cần phải chú ý là khi hình thành 1/2 sóng - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

i.

ệc chọn tranzito theo điện áp cần phải chú ý là khi hình thành 1/2 sóng Xem tại trang 27 của tài liệu.
Hinh 2.11 Hình 2.12 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

inh.

2.11 Hình 2.12 Xem tại trang 28 của tài liệu.
Với các mạch trong hình 2.13 c) và d), ta cần chú ý tới các đặc điểm sau:      Để xác lập chế độ AB cho cặp tranzito T1,T2  cần có 2 nguồn điện áp phụ một - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

i.

các mạch trong hình 2.13 c) và d), ta cần chú ý tới các đặc điểm sau: Để xác lập chế độ AB cho cặp tranzito T1,T2 cần có 2 nguồn điện áp phụ một Xem tại trang 30 của tài liệu.
- Sơ đồ bộ khuếch đại công suất đơn (hình 3.1) .R - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Sơ đồ b.

ộ khuếch đại công suất đơn (hình 3.1) .R Xem tại trang 31 của tài liệu.
Hình3.1 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.1.

Xem tại trang 32 của tài liệu.
Hình 3. 2: Lựa chọn biến áp ra - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3..

2: Lựa chọn biến áp ra Xem tại trang 33 của tài liệu.
Hình 3.5 : Sơ đồ khảo sát tầng khuếch đại công suất đơn ở chế độ tĩnh     Thiết kế mạch theo sơ đồ nh hình 3.5 trên phần mềm CircuitMaker và chạy chơng trình  ta đợc các kết quả sau: - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.5.

Sơ đồ khảo sát tầng khuếch đại công suất đơn ở chế độ tĩnh Thiết kế mạch theo sơ đồ nh hình 3.5 trên phần mềm CircuitMaker và chạy chơng trình ta đợc các kết quả sau: Xem tại trang 35 của tài liệu.
Hình3.6 * Điện áp trên cực emitơ UE : - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.6.

* Điện áp trên cực emitơ UE : Xem tại trang 35 của tài liệu.
Hình 3.7 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.7.

Xem tại trang 36 của tài liệu.
Hình 3.10    +Các kết quả mô phỏng : - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.10.

+Các kết quả mô phỏng : Xem tại trang 37 của tài liệu.
* Nhận xét: Từ kết quả trên đồ thị (hình 3.12 ữ 3.1 6) ta xác định đợc các hệ số khuếch đại - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

h.

ận xét: Từ kết quả trên đồ thị (hình 3.12 ữ 3.1 6) ta xác định đợc các hệ số khuếch đại Xem tại trang 38 của tài liệu.
Và ta thấy rằng tín hiệu vào và tín hiệu có cùng dạng hình sin, tức là tín hiệu ra không bị méo so với tín hiệu vào - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

ta.

thấy rằng tín hiệu vào và tín hiệu có cùng dạng hình sin, tức là tín hiệu ra không bị méo so với tín hiệu vào Xem tại trang 39 của tài liệu.
Hình 3.18 +Các kết quả mô phỏng : - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.18.

+Các kết quả mô phỏng : Xem tại trang 41 của tài liệu.
Hình 3.20 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.20.

Xem tại trang 42 của tài liệu.
Hình 3.22 * Tín hiệu dòng điện IE1 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.22.

* Tín hiệu dòng điện IE1 Xem tại trang 43 của tài liệu.
Hình 3.23 * Tín hiệu dòng điện IE2 - Luận văn nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lưỡng cực

Hình 3.23.

* Tín hiệu dòng điện IE2 Xem tại trang 43 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan