Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch LI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh, điện tử lĩnh vực mũi nhọn Sự xuất vi mạch với mật độ tích hợp linh kiện ngày cao đảm nhiệm nhiều chức năng, giá thành hạ sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử Cùng với đó, đời IC với mức độ tích hợp lên đến hàng trăm Transistor/ IC Nhưng chúng ta, sinh viên năm khoa Điện tử , bắt đầu ngành việc thiết kế mạch điện từ linh kiện rời thật bổ ích Tuy nhiên, mạch tích hợp tồn hạn chế nên khơng thể thay hồn tồn cho linh kiện rời thiết bị điện tử Mạch lắp ráp linh kiện rời có ưu điểm mà mạch tích hợp khơng đáp ứng cơng suất lớn, tuổi thọ cao, dễ dàng sửa chữa thay linh kiện hỏng Chính vậy, Đồ án KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ môn bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc thiết kế mạch, nắm bắt thực tế củng cố kiến thức học Tạo điều kiện để tiếp tục tìm hiểu, thiết kế vi mạch thiết bị điện tử sau Dưới hướng dẫn thầy giáo NGUYỄN ĐĂNG THƠNG, chúng em hồn thành đồ án “ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO 60W” Với tâm mà đặc biệt hướng dẫn tận tình Thầy hướng dẫn, Giáo viên Khoa, giúp đỡ bạn bè, chúng em cố gắng hoàn thành đồ án cách tốt Tuy nhiên, đồ án với nhiều bở ngỡ mà đặc biệt gặp phải nhiều khác biệt lý thuyết thực tế, lựa chọn linh kiện Cũng thời gian tương đối hạn chế nên tránh khỏi sai sót, mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cơ bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn.! Vinh, ngày 30 tháng 05 năm 2010 N SV Thùc hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật m¹ch PHẦN A: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: Transistor Lưỡng Cực 1.1 Cấu tạo Transistor vật liệu bán dẫn có hai tiếp giáp p-n ba điện cực đưa từ ba miền Miền emitor , miền có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực đưa từ miền gọi cực emitor( cực phát) ký hiệu E Miền bazơ , miền có nồng độ tạp chất nhỏ nhất, điện cực đưa từ miền gọi cực bazơ (cực gốc) ký hiệu B Miền colector ,miền có nồng độ tạp chất trung bình , có khả nhận tất hạt tải điện chích từ EB miền gọi (miền góp) ký hiệu C tuỳ theo trình tự xếp miền p n mà ta co transistor loại npn hay pnp 1.2 Cách mắc transistor Có ba cách mắc transistor : Emitor chung, Bazơ chung, Colector chung N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Ngun Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch C B Ur U v E C E B Ur B Ur U v Các chế độ làm việc 2.1 Chế độ khuếch đại Để transistor làm việc chế độ khuếch đại tiếp xúc cực phát phải phân cực thuận , tiếp xúc cực thu phân cực nghịch cho hai loại transistor Hệ thức liên hệ dòng điện IE=IB+IC Hệ số truyền đạt bazơ chung thuận α=IC/IE (1) Hệ số khuếch đại emitor chung thuận β=IC/IB (2) từ (1)và(2)β=α/1-α hay α=β/β+1 chế độ sử dụng nhiều kỹ thuật mạch tương tự 2.2 Chế độ bảo hoà Cả hai chuyển tiếp E C phân cực thuận , transistor có điện trở nhỏ dòng qua transistor lớn 2.3 Chế độ ngắt Cả hai chuyển tiếp E C phân cực ngược transistor có điện trở lớn có dịng điện nhỏ chuyển dời qua transistor N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Ngun Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ ¸n kü thuËt m¹ch CHƯƠNG II: DIODE BÁN DẪN 1) Cấu tạo Diot bán dẫn dụng cụ bán dẫn có tiếp giáp p-n hai điện cực đưa hai miền điện cực đưa từ miền bán dẫn p cực anot điện cực đưa từ miền bán dẫn n cực katot Ký hiệu: A p n K A K 2) Phân cực đặc tuyến tĩnh diot Quan hệ dòng điện qua diot điện áp đặt anot katot biểu thị cơng thức sau  VV   qVkT  I = I S  e − 1 = I S  e − 1     T I Dòng thuận Vdt Uγ UAK Dịng nghịch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch Trong ú: I : Dịng qua diode IS: Dịng bão hồ ngược V: Điện áp đặt tgiữa hai cực diode ĉ( 26 mV : áp nhiệt K=1,381.1023J/0K, q=1,6.10-19C Phần dòng thuận: Khi điện áp thuận tương đối nhỏ,điện trường đáng kể so với điện trường ngoài, mà điện trường ngăn trởí dịng khuếch tán nên dịng điện thuận nhỏ.Khi điện áp thuận vượt giá trị xác định,(Vđược gọi điện áp mở, phụ thuộc vào nhiệt độ vật liệu bán dẫn) • Bán dẫn Si : V( =0.7 V • Bán dẫn Ge : V(=0.3 V Thì điện trường bị khử bỡi điện trường ngoài, điện trở diot nhỏ , dòng điện thuận tăng nhanh theo điện áp Phần dòng nghịch: Khi điện áp nghịch tác dụng lên diot , dòng điện nghịch bé Dòng tăng theo nhiệt độ giới hạn định điện áp khơng phụ thuộc điện áp Hiện tượng đánh thủng : Có hai dạng + Đánh thung điện : Là tăng đột ngột lượng hạt dẫn qua tầng tiếp giáp p-n tác dụng điện trường mạnh lên nguyên tử tinh thể + Đánh thung nhiệt : Xảy tiếp giáp bị đốt nóng mạnh giới hạn cho phép 3) Đặc tính đóng mở diot bán dẫn hình a tre DVD V1/RL Vi tS -V2 tr IRL i R V2/RL Hình b N SV Thực hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuËt m¹ch Khi điện áp vào Vi biến đổi từ +V1 đến -V1, diode khố đóng mở lý tưởng, dạng sóng dịng điện qua tải RL có dạng Hình b Dịng thuận bằngĠ, dịng nghịch gần 4) Các tham số diot bán dẫn 4.1) Dịng chỉnh lưu trung bình cực đại IF Đó dịng điện thuận trung bình cực đại cho phép chạy qua diot thời gian lâu dài Được xác định bỡi điẹn tích chuyển tiếp p-n điều kiện toả nhiệt 4.2) Điện áp nghịch cực đại Nếu điện áp nghịch đặt vào diot đạt đến VĐT dịng điện nghịch tăng nhanh , tính dẫn điện chiều bị phá hỏng , làm hỏng diot 4.3) Dịng điện nghịch Ir Đó trị số dịng điện nghịch cực đại diot chưa bị đánh thủng Ir nhỏ tính dẫn điện chiều tốt ,Ir phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ 4.4) Tần số công tác Điện dung chuyển tiếp p-n điện dung khuếch tán diot yếu tố chủ yếu giới hạn tần số công tác , tần số vượt qua giới hạn diot khơng thể tính chiều 4.5) Thời gian phục hồi nghịc TRR Thời gian trr đo điều kiện qui định phụ tải, dòng điện thuận, dòng điện nghịch tức thời cực đại TRR = tS +tr Với: tS : thời gian lưu giữ tr : thời gian chuyển tiếp 4.6) Điện dung gián tiếp p-n Giá trị điện dung bao gồm điện dung khuếch tán điện dung chuyển tiếp N SV Thùc hiÖn: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch Điện dung khuếch tán (điện dung tiếp giáp diode phân cực thuận): CD = dQD (iD + I S )τ T iD vT = ≈ dvD VT VT Trong : ‫ح‬T : gọi thời gian chuyển tiếp VT : Điện áp nhiệt IS : dịng bão hồ ngựơc Điện dung chuyển tiếp (điện dung tiếp giáp diode phân cực ngược): Cj = dQn = dvR C j0 1+ vR φj Với Ġ: điện dung tiếp giáp phân cực diode Trong đó: A : tiết diện tiếp giáp pn N SV Thùc hiÖn: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch CHƯƠNG III : HỒI TIẾP Hồi tiếp lấy phần tín hiệu (điện áp dịng điện ), mạng bốn cực tích cực đưa trở đầu vào thông qua mạng bốn cực gọi mạng hồi tiếp người ta chioa hồi tiếp thành hai loại +Hồi tiép âm +Hồi tiếp dương Hồi tiếp đóng vai trị quan trọng Hồi tiếp có hai loại +Hồi tiếp âm có tín hỉệu hồi tiếp ngược pha tín hiệu vào nêm làm giảm tín hiệu vào Hồi tiếp âm chiều dùng để ổn định chế độ công tác , hồi tiếp âm xoay chiều dùng để ổn định tham số khuếch đại + Hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp đồng pha tín hiệu vào làm mạnh tín hiệu vào Hồi tiếp dương thường làm cho khuếch đại ổn định nên thường sử dụng để tạo dao động *Phân loại mạch hồi tiếp Hồi tiếp nối tiếp điện áp: Tín hiệu hồi tiếp đưa đầu vào nối tiếp với nguồn tín hiệu tỉ lệ với điện áp đầu Hồi tiếp song song điện áp : Tín hiệu hồi tiếp đưa vào đầu vaò song song nguồn tín hiệu ban đầu tỉ lẹ điện áp Hồi tiếp song song dịng điện : Tín hiệu hồi tiếp đưa đầu vào song song nguồn tín hiệu tỉ lệ với dòng điện N SV Thực hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ tht m¹ch 1) Hồi tiếp âm 1.1 phương trình mạng bốn cực có hồi tiếp âm Xn Xv Kn Xr Xh K (-) Xht Kht Sơ đồ khối tồn phần khuếch đại có hồi tiếp Ta có quan hệ sau: Xr = K.Xh (1) Xv= Kn.Xn (2) Xh = Xv - Xht (3) Xht= Kht.Xr (4) Từ (1),(2),(3) (4) =>Ġ Hàm truyền đạt toàn phần:Ġ K = Xr = K '.K n Xn Độ sâu hồi tiếp: g = + K Nếu |g| > |K’| < |K| => hồi tiếp âm Nếu |g| < |K’| > |K| => hồi tiếp dương N SV Thùc hiƯn: Ngun Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch 1.2 Ảnh hưởng hồi tiếp âm đến tính chất khuếch đại 1.2.1 Ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại Ta có: Ġ < K Vậy, hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm nhỏ khơng có hồi tiếp âm 1.2.2 Ảnh hưởng đến trở kháng vào mạch hồi tiếp − U h vào khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp a) Trở kháng rh I’ rh Iv1 Iv Uh Uv − Kht rrht rrht − U' + Kht - Khi khơng có hồi tiếp (Kht.Xr=0): − => Uv Zv = − Iv − = − Uh +U ' − Iv = rh + rrht Khi có hồi tiếp: − => Z 'v = Uv − Iv − = − U h (1 + K K ht ) + U ' − Iv = g rh + rrht Nếu rrht Z’v = g.Zv b Trở kháng vào khuếch đại có hồi tiếp âm song song Khi khơng có hồi tiếp: Y 'v = 1 = + Z v rh rrht N SV Thùc hiÖn: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 10 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Nguyễn Thanh Hải Lê 36 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thực hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 37 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuËt m¹ch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 38 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Ngun Thanh Hải Lê 39 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ ¸n kü thuËt m¹ch N SV Thùc hiÖn: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 40 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Nguyễn Thanh Hải Lê 41 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Nguyễn Thanh Hải Lê 42 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch Phn nhn xột ca giáo viên phản biện N SV Thùc hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 43 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật m¹ch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ Nguyễn Thanh Hải Lê 44 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thực hiện: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 45 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kü thuËt m¹ch N SV Thùc hiƯn: Ngun Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 46 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Ngun Thanh Hải Lê 47 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ – Ngun Thanh Hải Lê 48 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch MC LC Trang LI NểI ĐẦU PHẦN A: LÝ THUYẾT CHƯƠNG:1 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC 1.1Cấu tạo 1.2Cách mắc transistor 2.Các chế độ làm việc 2.1 Chế độ khuếch đại 2.2 Chế độ bảo hoà 2.3 Chế độ ngắt CHƯƠNG:2 DIOT BÁN DẪN Cấu tạo Phân cực đặc tuyến tĩnh diot Đặc tính đóng mở diot bán dẫn Các tham số diot bán dẫn 4 4.1)Dịng chỉnh lưu trung bình cực đại IF 4.2)Điện áp nghịch cực đại 4.3) Dòng điện nghịch Ir 4.4) Tần số công tác 4.5) Thời gian phục hồi nghịc TRR N SV Thùc hiÖn: Nguyễn Thị Bé Nguyễn Thanh Hải Lê 49 Xuân Hoàng Khoa Điện tử - Đồ án kỹ thuật mạch CHƯƠNG:3 HỒI TIẾP Hồi tiếp âm 8 1.1Các phương trình mạng bốn cực có hồi tiếp âm 1.2 Ảnh hưởng hồi tiếp âm đến tính chất khuếch đại 1.2.1 Ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại 1.2.2 Ảnh hưởng đến trở kháng vào mạch hồi tiếp 10 1.2.3 Ảnh hưởng đến trở kháng 11 1.2.4 Ảnh hưởng đến nhiễu tạp âm 12 1.2.5 Ảnh hưởng đến méo phi tuyến dải động 13 Hồi tiếp dương 13 CHƯƠNG:4 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 15 1.Khuếch đại chế độ A 15 1.1Sơ đồ lặp Emitor 17 1.Tầng khuếch đại đẩy kéo 18 2.Mạch darlington 19 3.Mạch khuếch đại cơng suất OTL 21 PHẦN B PHÂN TÍCH MẠCH 23 Tác dụng linh kiện 23 Nguyên lý hoạt động 24 Tính tốn chi tiết 29 Kết luận 33 N SV Thùc hiƯn: Ngun ThÞ BÐ Nguyễn Thanh Hải Lê 50 Xuân Hoàng ... ĐẠI CÔNG SUẤT 15 1 .Khuếch đại chế độ A 15 1.1Sơ đồ lặp Emitor 17 1.Tầng khuếch đại đẩy kéo 18 2 .Mạch darlington 19 3 .Mạch khuếch đại công suất OTL 21 PHẦN B PHÂN TÍCH MẠCH 23 Tác dụng linh kiện... giãm độ méo phi tuyến người ta thường dùng tầng khuếch đại đẩy kéo Tầng khuếch đại đẩy kéo tầng gồm có hai phần tử tích cực mắc chung tải Sơ đồ đẩy kéo song song, phần tử tích cực mắc bên trái,... kỹ thuật mạch (a) (b) H.5 Phân loại tầng đẩy kéo ( a ) Sơ đồ đẩy kéo song song; ( b ) Sơ đồ đẩy kéo nối tiếp Một số đặc điểm - Điểm đất mạch mắc song song đầu âm nguồn chiều, điểm đất mạch mắc