Tìm hiểu mạch khuếch đại tín hiệu âm tần

1 PhÇn më ®Çu I. Môc ®Ých thùc tËp - T×m hiÓu chi tiÕt. - ThiÕt kÕ m¹ch. - L¾p r¸p m¹ch. - C©n chØnh m¹ch khuyÕch ®¹i ©m tÇn. II.Yªu cÇu - M¹ch sau khi thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p ph¶i cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ©m tÇn. - Yªu cÇu ®Çu vµo cã ®iÖn ¸p 0.5 V xoay chiÒu h×nh sin, ®Çu ra còng lµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin 3.8 V, kh«ng mÐo, kh«ng biÕn d¹ng. - Sö dông Oscilloscope trong viÖc kiÓm tra vµ ®iÒu chØnh m¹ch ®iÖn. - BiÕt kiÓm tra chÕ ®é ®«ng cña transistor trong chÕ ®é khuÕch ®¹i (c¸c chÕ ®é A, B, C). 2 Néi dung b¸o c¸o I.S¬ ®å nguyªn lý, cÊu t¹o m¹ch, t¸c dông tõng linh kiÖn. 1.S¬ ®å nguyªn lý: H×nh1:s¬ ®å nguyªn lý m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn 2.CÊu t¹o m¹ch ®iÖn, t¸c dông tõng linh kiÖn. §©y lµ m¹ch khuyÕch ®¹i ©m tÇn ®­îc øng dông réng r·i trong c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö. M¹ch gåm ba kh©u: §Ìn Q1 lµ ®Ìn C828 lµm nhiÒm vô khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu. §Ìn Q2 lµ ®Ìn A564 lµm nhiÖm vô kÝch tÝn hiÖu vµ ®­a sang tÇng khuyÕch ®¹i c«ng suÊt. TÇng khuyÕch ®¹i c«ng suÊt gåm hai lo¹i ®Ìn kh¸c nhau: Q3 lµ C828 vµ Q4 lµ A564 mach theo kiÓu ®Èy kÐo song song, cã t¸c dông n¨ng cao c«ng suÊt ®­a ra t¶i. Trong thùc tÕ khi r¸p vµ c©n chØnh m¹ch, loa 4 Ohm ®­îc thay thÕ b»ng ®iÖn trë 100 Ω Trong m¹ch khi r¸p sÏ thay Rb=4.7 K b»ng biÕn trë 10K ®­îc m¾c nèi tiÕp víi mét ®iÖn trë 1K ®Ó b¶o vÖ m¹ch khái c¸c ®ét biÕn trong ®iÒu chØnh chÕ ®é lµm viÖc cña ®Ìn Q1. §iÖn trë 12K tao ph©n ¸p UBE cho ®Ìn Q1. §iÖn trë 100 Ω t¹o håi tiÕp ©m cho tÝn hiÖu, ®iÒu chØnh ®iÖn trë nµy ®Ó cã tÝn hiÖu ra cã trÞ sè nh­ ý muèn. 3 §iÖn trë 560 Ω vµ tô C2=103 (10nF) dïng ®Ó nèi tÇng, n©ng cao hiÖu suÊt m¹ch. C¸c ®iÖn trë 440(2x220) Ω vµ 1K dïng ®Ó h¹n chÕ tÝn hiÖu håi tiÕp chèng tù kÝch vµ mÐo phi tuyÕn trong tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt R5=440 Ω t¹o chªnh lÖch ®iÖn ¸p gi÷a Q2 vµ Q3. R1=560 Ω dïng ®Ó håi tiÕp tÝn hiÖu tõ ®Çu ra vÒ ch©n E cña Q1. II.Nguyªn lý ho¹t ®éng 1) ChÕ ®é mét chiÒu - §èi víi Q1: cùc B nèi víi nguån d­¬ng qua biÕn trë, cùc C nèi víi d­¬ng nguån qua ®iÖn trë 220 Ω, cùc E ®­îc nèi víi tô xuèng ©m nguån, do ®ã dßng ®iÖn kh«ng trùc tiÕp xuèng ®Êt mµ theo ®­êng qua ®iÖn trë 560 Ω ®i sang ®Ìn Q4, sau ®ã ®i xuèng ®Êt. - §èi víi Q2: cùc E ®­îc nèi trùc tiÕp víi nguån, dong Baz¬ ®­îc lÊy tõ dßng Ic cña ®Ìn Q1. Cùc C n«Ýi víi Baz¬ cña ®Ìn Q4. - §èi víi Q3: cùc C ®­îc nèi trùc tiÕp víi d­¬ng nguån, dßng Baz¬ lÊy tõ cùc C cña Q2, cùc E nèi víi Ecña Q4 do ®ã dßng IE cña hai ®Ìn lµ nh­ nhau - §Ìn Q4: cùc E nèi víi cùc E cña Q3, cùc C ®­îc nèi trùc tiÕp xuèng ®Êt, Q4 ®­îc më nhê dßng Ic cña Q2. 2) ChÕ ®é xoay chiÒu TÝn hiÖu vµo d¹ng Sin víi biªn ®é 0.5 V, tÇn sè 1kHz ®­îc ®­a vµo c­c B cña Q1 th«ng qua mét tô ho¸ C1=47μF. TÝn hiÖu ra lÊy ë cùc C. TÝn hiÖu qua ®Ìn Q1 ®­îc khuyÕc ®¹i lÇn 1, sau ®ã ®­a sang Baz¬ cña ®Ìn Q2 ®Ó kÝch. TÝn hiÖu ra lÊy ë cùc C. Sau ®ã tÝn hiÖu ®­îc lÊy ra ë cùc C cña ®Ìn Q2 vµ chia lµm hai ®­êng: - Mét ®­êng vµo Baz¬ cña ®Ìn Q3. - Mét ®­êng vµo Baz¬ cña ®Ìn Q4. TÝn hiÖu ra ®ù¬c ghÐp víi nhau t¹i cùc E nèi chung cña hai ®Ìn vµ ®­îc ®­a ra loa qua mét tô ho¸ C4=100 μF §Ó ®¹t ®­îc ®iÖn ¸p ra cã biªn ®é lµ 3.8 V ta cÇn ®iÒu chØnh R2 (100 Ω) gi¸ trÞ kho¶ng 70÷75 Ω, tuy nhiªn khi ®ã tÝn hiÖu ra bÞ mÐo ë hai ®Ønh h×nh Sin, ®Ó kh¾c phôc ta ®iÒu chØnh biÓn trë ®Ó ®¹t ®ù¬c h×nh Sin. §iÒu chØnh biÕn trë tøc lµ ta ®· ®iÒu chØnh chÕ ®é lµm viÖc cña Q1 lµm cho tÝnh hiÖu hÕt mÐo. Trong thùc hiÖn m¹ch ta cÇn chó ý ®iÓm sau: ®Ó m¹ch ho¹t ®éng ®­îc th× c¶ bèn ®Ìn ph¶i ho¹t ®éng b×nh th­êng. Ta cÇn chó ý tíi c¸c gi¸i trÞ sau: - UCE cña Q1: tõ 2.4 V ®Õn 3.0 V - §Ó ®Ìn Q3 më th× UBE cña Q3 lµ 0.4 V ®Õn 0.6 V 4 - Khi ®ã UCE (Q3) –UCE (Q2) ph¶i cì 0.1 V÷0.6 V. Khi ®ã m¹ch ho¹t ®éng. III.S¬ ®å l¾p r¸p Trong s¬ ®å l¾p r¸p cã mét sè ®iÓm cÇn l­u ý sau: - R2 sau khi chØnh gi¸ trÞ sÏ lµ ba ®iÖn trë R21, R22, R23 m¾c song song víi nhau. Khi ®ã gi¸ trÞ thùc cña R2 lµ 220/3=73.33 Ω - R5=220 Ω sÏ lµ ba ®iÖn trë 100,100 vµ 220 Ω m¨c nèi tiÕp víi nhau tøc R5=420 Ω - Rb gi÷ nguyªn, ®iÒu chØnh Rc=12K m¾c nèi tiÕp víi 1,2 K tøc Rc=13,2 K ®Ó kh«ng bÞ mÐo d­íi. IV. Tr¶ lêi c¸c c©u hái kü thuËt: C©u hái 1: Ph©n tÝch dßng ®iÖn mét chiÒu qua tõng ®Ìn? Tr¶ lêi: - §èi víi Q1: Dßng Ic tõ d­¬ng nguån qua ®iÖn trë 220 Ω qua ch©n C ®Õn ch©n E qua ®iÖn trë 560 Ω ®Õn ch©n E cña Q4 qua ch©n C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßng IB tõ d­¬ng nguån qua ®iÖn trë Rb ®Õn ch©n B qua ch©n E qua ®iÖn trë 560 Ω ®Õn ch©n E cña Q4 qua ch©n C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßng IE b»ng tæng hai dßng IB+IC tõ ch©n E qua ®iÖn trë 560 Ω ®Õn ch©n E cña Q4 qua ch©n C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßn IP tõ nguån qua Rb qua ®iÖn trë 12K vÒ ©m nguån 5 - §èi víi Q2: Dßng Ic tõ d­¬ng nguån qua ch©n E sang ch©n C ®Õn ch©n B: (Q3)->E(Q3) ->E(Q4) ->C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßng IB tõ d­¬ng nguån qua ch©n E sang ch©n B -> C(Q1)->E(Q1) qua ®iÖn trë 560 Ω ®Õn ch©n E(Q4) qua ch©n C(Q4) vÒ ©m nguån Dßng IE b»ng tæn hai dßng IB+IC tõ d­¬ng nguån qua ch©n E sau ®ã chia hai ®­êng mét lµ IB, hai lµ Ic - §èi víi Q3: Dßng Ic tõ d­¬ng nguån qua ch©n C->E ->E(Q4)->C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßng IB tõ d­¬ng nguån ®Õn E(Q2)->C(Q2) ®Õn ch©n B->E sang ch©n E(Q4)->C(Q4) vÒ ©m nguån. Dßng IE b»ng tæng hai dßng IB+IC tõ ch©n E sang ch©n E(Q4)->C(Q4) vÒ ©m nguån - §èi víi Q4: Dßng Ic tõ d­¬ng nguån qua Q3 ®Õn ch©n E->ch©n C vÒ ©m nguån. Dßng IB tõ d­¬ng nguån qua Q3 ®Õn E(Q4)->B(Q4) quay l¹i qua Q3 sang E->C vÒ ©m nguån. Dßng IE b»ng tæng hai dßng IB+IC . C©u hái 2: C¸ch m¾c c¸c ®Ìn b¸n dÉn ®èi víi dßng xoay chiÒu? Tr¶ lêi: - §èi víi Q1: TÝn hiÖu vµo ë ch©n B, tÝn hiÖu ra ë ch©n c nªn Q1 ®­îc m¾c E chung - §èi víi Q2: TÝn hiÖu vµo ë ch©n B, tÝn hiÖu ra ë ch©n C nªn Q2 ®­îc m½c kiÓu E chung - §èi víi Q3: TÝn hiÖu vµo ë ch©n B, tÝn hiÖu ra ë ch©n E nªn Q3 ®ù¬c m¾c C chung. - §èi víi Q4: TÝn hiÖu vµo ë ch©n B, tÝn hiÖu ra ë ch©n E, nªn Q4 ®­îc m¾c C chung. - §èi víi c¸c transistor m¾c E chung tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra ng­îc pha nha C©u hái 3: ChuyÓn giao lªn m¹ch IC khuyÕch ®¹i thuËt to¸n, tÝnh KthuËn, Kd¶o cña m¹ch? Tr¶ lêi: KhuyÕch ®¹i thuËn: tÝn hiÖu vµo tõ ch©n B cña Q1 ra ë ch©n E cña Q3, Q4 cïng pha. S¬ ®å chuyÓn giao nh­ sau: 6 Trong s¬ ®å th× cùc +(thuËn) lµ ch©n B cña Q1 gi¶ sö tÝn hiÖu vµo ë nöa chu k× d­¬ng qua Q1 chuyÓn thµnh ©m(®¶o pha) do Q1 m¾ E chung qua Q2(E chung) ®¶o pha, qua Q3 kh«ng ®¶o pha(C chung), nh­ vËy tÝn hiÖu vµo vµ ra ®ång pha nhau. HÖ sè khuyÕch ®¹i thuËn lµ: 2 1ra 1 U R RU K  vµo thuËn theo c¸c gi¸ trÞ trªn s¬ ®å ta tÝnh ®­îc 64.8 33.73 560 1 thuËnK KhuyÕch ®¹i ®¶o: TÝn hiÖu vµo tõ ch©n E cña Q1 ra ë ch©n E cña Q3, Q4. S¬ ®å chuyÓn giao nh­ sau: 7 Trong s¬ ®å th× cùc (-) (®¶o) lµ ch©n E cña Q1 gi¶ sö tÝn hiÖu vµo ë nöa chu k× d­¬ng qua Q1 th× ch©n B sÏ ng­îc pha qua ch©n C l¹i chuyÓn thµnh d­¬ng(®¶o pha) do Q1 m¾c E chung qua Q2 (m¾c E chung) ®¶o pha, qua Q4 kh«ng ®¶o pha(C chung), nh­ vËy tÝn hiÖu vµo vµ ra ng­îc pha nhau. HÖ sè khuÕch ®¹i ®¶o lµ: 2 1ra U R RU K  vµo od¶ Theo c¸c gi¸ trÞ trªn s¬ ®å ta tÝnh ®­îc 64.7 33.73 560 od¶K DÊu (-) biÓu diÔn sù ng­îc pha gi÷a tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra C©u hái 4: NhËn xÐt gi÷a tÝnh to¸n vµ m¹ch thùc tÕ? Tr¶ lêi: TÝnh to¸n lý thuyÕt ta thÊy m¹ch lµ m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n nªn ta cã: 64.8 33.73 560 11 2 1  R R K thuËn NÕu tÝn hiÖu vµo lµ Uvµo=0.5 V th× tÝn hiÖu ra sÏ lµ: V 4.3x0.564.8xUra  vµothuËnKU Trong thùc tÕ V 3.8 V, 5.0U ra  Uvµo nh­ vËy ta cã: 6.7 5.0 8.3 U ra  vµo od¶ U K Sai sè sÏ lµ: %12100 3.4 |3.48.3| %100 U |U| TT     xx U LT LT Sai sè nµy cã thÓ chÊp nhËn ®ù¬c Nguyªn nh©n cña sai sè: - Sai sè dông cô ®o. - Sai sè cña linh kiÖn. - Sai sè do qu¸ tr×nh hµn nèi linh kiÖn kh«ng ®óng kÜ thuËt lµm gi¶m phÈm chÊt linh kiÖn 8 V.§o ®¹c vµ thÝ nghiÖm: 1.KÕt qu¶ ®o ®¹c ë chÕ ®é tÜnh Trong chÕ ®é tÜnh loa thay b»ng mét ®iÖn trë 100 Ω Transitor UCE UBE UE_®Êt Q1 2.6 V 0.6 V 5.8 V Q2 -4.5 V -0.6 V 0 V Q3 4.8 V 0.6 V 4.0 V Q4 -4.0 V -0.5 V -4.8 V 2.Bá Rb Q1 Khi ®ã kh«ng cßn ®iÖn ¸p ch©n B hay UBE=0 m¹ch kh«ng ho¹t ®éng ®ù¬c(v× c¸c transitor ®Òu lµm viÖc ë chÕ ®é khuyÕch ®¹i). KÕt qu¶ ®o ë chÕ ®é tÜnh ghi ¬ b¶ng sau: Transitor UCE UBE UE_®Êt Q1 8.4 V - 0.4 V 0.4 V Q2 -9 V 0 V 0V Q3 8.4 V - 0.4 V 0.4 V Q4 -0.4 V -0.4 V 0.3 V 3.Bá cùc E cña Q3 Khi ®ã tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt bÞ mÊt mét vÕ tÝn hiÖu chØ ®ù¬c khuÕch ®¹i b¸n chi k×. Quan s¸t d¹ng sãng trªn Osilloscope ta thÊy râ ®iÒu ®ã cô thÓ chØ b¸n phÇn d­¬ng cã tÝn hiÖu ra cßn phÇn ©m bÞ mÊt, ngoµi ra tÝn hiÖu cßn bÞ mÐo, biªn ®é max lµ 1.4. KÕt qu¶ ®o á chÕ ®é tÜnh nh­ sau: Transitor UCE UBE UE_®Êt Q1 2.4 V 0.6 V 6 V Q2 -4 V - 0.6 V 0V Q3 0 V 0 V 4.5 V Q4 - 4.2 V -0.6 V 4.2 V 4. Bá R2 Khi ®ã coi m¹ch cã R2=∞ thay vµo biÓu thøc tÝnh K ta cã K=1. §iÒu nµy ®ù¬c chøng thùc trªn Osilloscope tÝn hiÖu vµo vµ tÝn hiÖu ra cã biªn ®é vµ d¹ng sãng nh­ nhau. KÕt qu¶ ®o ë chÕ ®é tÜnh ghi ë b¶ng d­íi: Transitor UCE UBE UE_®Êt Q1 2.4 V 0.6 V 6 V Q2 -4 V - 0.6 V 0V Q3 4.8 V 0.7 V 4.2 V Q4 - 4 V -0.7 V 4.2 V 9 VI.C©u hái phô: C©u hái: T¹i sao b¸n dÉn ta ®o UBE mµ kh«ng ®o UB-®Êt. Gi¶i thÝch c¸ch ®o trªn? Tr¶ lêi: Trong chÕ ®é khuÕch ®¹i Transitor muèn ho¹t ®éng ®­îc nhÊt thiÕt ph¶i cÊp UBE. Do ®ã khi kiÎm tra chÕ ®é tÜnh nhÊt thiÕt ph¶i ®o UBE. ChØ cµn lµm cho gi¶ trÞ UBE thay ®æi chót Ýt víi kho¶ng IE vµ IC thay ®æi rÊt nhiÒu lµm cho néi trë Transistor thay ®æi rÊt nhiÒu theo. §©y lµ tÝnh chÊt rÊt quan träng cña Transistor mµ chóng ta cÇn biÕt do vËy ®Ó biÕt ®Ìn ho¹t ®éng tèt hay kh«ng ta chØ cÇn ®o UBE. Trong c¸c m¹ch th× ®Ó t¹o ®iÖn ¸p cho ®Ìn ho¹t ®éng ng­êi ta ph¶i ph©n ¸p cho Transistor. Lý do t¹i sao kh«ng do UB-®Êt lµ do: - C¸c Transistor khi ®­îc ph©n ¸p th× ch­a ch¾c cùc E ®· nèi ®Êt mµ cã thÓ qua mét ®iÖn trë håi tiÕp, khi ®ã UBE=UB-UE ≠ UB-®Êt (v× UE≠0). - Gi¶ sö Transistor ®ù¬c ph©n ¸p b»ng dßng ph©n ¸p th× khi ®ã nÕu Transistor háng ta vÉn cã UB-®Êt do sù ph©n ¸p mµ kh«ng cã UBE - Trong qu¸ tr×nh hµn nèi linh kiÖn chÊt l­îng mèi hµn kh«ng ®­îc ®¶m b¶o dÉn ®Õn sai lÖch kÕt qu¶ ®o.