Mạch khuếch đại âm tần

Mở Đầu

      Ngày nay, các vật dụng gần gũi xung quanh ta đã được sử dụng rất nhiều ứng dụng của mạch khuyếch đại, ví dụ trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuyếch đại âm tần trong Cassete, Âmply, Khuyếch đại tín hiệu video trong Ti vi mầu v.v… Có nhiều ứng dụng đa dạng cho mạch khuếch đại. Một số thí dụ thông dụng nữa như các mạch khuếch đại âm tần cho hệ thống nghe nhạc tại nhà hoặc trên xe ô tô, các hệ thống khuếch đại cao tần trong anten khi muốn bức xạ sóng điện từ đi xa cả hàng ngàn km, phát xạ cao tần trong các máy thu và phát vô tuyến...

     Trong khuôn khổ bài này mình sẽ hướng dẫn các bạn tính toán các thông số điện của mạch khuếch đại âm tần bao gồm: Các mức điện áp, dòng điện, công suất, tần số, hệ số khuếch đại...đồng thời sẽ tham chiếu và so sánh với kết quả mô phỏng trên phần mềm mô phỏng mạch Proteus. Phần tính toán này nằm trong nội dung môn hoc "Điện tử tương tự I". Vì vậy các bạn có thể tìm hiểu cách tính toán, cơ sở lý thuyết cũng như các công thức tính tính toán đều nằm trong cuốn giáo trình: "Electronic Devices and Circuit Theory – Robert L. Boylestad" hoặc cuốn giáo trình "Mạch điện tử tương tự - Thầy Hà".

Cuốn "Electronic Devices and Circuit Theory" thật sự là tài liệu rất căn bản và vô cùng hữu ích cho những bạn nào theo chuyên ngành Điện tử. Nó sẽ là cẩm nang và hành trang tuyệt vời cho bạn khi bạn phỏng vấn hoặc thi tuyển dụng vào các công ty, tổng công ty, tập đoàn nước ngoài về lĩnh vực Điện tử  : Tải về bản PDF của cuốn sách này: Tải về

I. Sơ đồ, nguyên lý mạch khuếch đại âm tần:

     Mạch sử dụng 4 transistor, 2 loại NPN và 2 loại PNP, được ghép liên tầng trực tiếp kiểu Darlington, 2 điot zenner, các tụ điện với số liệu cụ thể trên hình vẽ, nguồn cấp dự kiến là 15V một chiều, tín hiệu vào biên độ điện áp cỡ 20mV, đầu ra sẽ là một loa công suất cỡ nhỏ 0,5W (8Ω).

Nguyên lý mạch khuếch đại âm tần dùng BJT:

Tác dụng của các linh kiện trong mạch:

- Tụ C₁ : Dẫn tín hiệu vào bộ khuếch đại.

- C₆ : Tụ lọc nguồn chính, giá trị của C₆ phụ thuộc vào dòng tải, nói cách khác phụ thuộc vào công suất hoạt động của mạch. Mạch có công suất càng lớn, ăn dòng càng lớn thì C₆ phải có giá trị càng cao. Nếu không, sẽ gây hiện tượng “đập mạch” có nghĩa là điện áp trên C₆ bị nhấp nhô và loa sẽ phát sinh tiếng ù gọi là ù xoay chiều. Nếu điện áp nuôi mạch được cấp bởi biến áp 50Hz sẽ nghe tiếng ù (như tiếng còi cỡ nhỏ), nếu cấp bằng biến áp xung tần số cao sẽ nghe tiếng rít.
- R₅ - C₃ : Hợp thành mạch lọc RC ổn định nguồn cấp và chống tự kích cho tầng khuếch đại 2, 1. Tuy nhiên nếu mắc ở đây thì tác dụng của R₅ - C₃ không cao. Muốn nâng cao tác dụng của nó thì ta cần phải mắc mắt lọc này về phía cực (+) của tụ điện C₆.

- R₃ - C₂ : Mạch lọc RC ổn định nguồn, chống tự kích cho khuếch đại 1 (khuếch đại cửa vào).

- R₁ - R₂ : Định thiên, phân áp để ổn định phân cực tĩnh cho Q₁, để Q₁ ko gây méo tuyến tính khi khuếch đại thì R₁ phải được chỉnh để Q₁ làm việc ở chế độ A (tương ứng U_be Q₁ ~ 0.8V đối với BJT gốc Silic). Đồng thời R₂ phải được chọn có giá trị bằng trở kháng ra của mạch đằng trước. Nếu tín hiệu vào là micro thì R₂ có giá trị chính bằng trở kháng của micro. Và trong mạch ở đây nhóm dùng tín hiệu micro cho vào thực hiện khuếch đại.

- R₄ : Tải Q₁, định thiên cho Q₂. Trong mạch này Q₁ và Q₂ được ghép trực tiếp để tăng hệ số khuếch đại dòng điện trước khi công suất (Q2 đóng vai trò tiền k/đ công suất). Mặt khác cũng để giảm méo biên độ và méo tần số khi tần số, biên độ của tín hiệu vào thay đổi.

- R₇-C₄ : Hợp thành mạch hồi tiếp âm dòng điện có tác dụng ổn định hệ số khuếch đại dòng điện cho Q₁, giảm nhỏ hiện tượng méo biên độ. Khi điều chỉnh giá trị của C₄ sẽ thay đổi hệ số khuếch đại của Q₁, nói cách khác điều chỉnh C₄ sẽ làm mạch kêu to, kêu nhỏ.

- Q1: Khuếch đại tín hiệu vào, được mắc theo kiểu E chung.

- Q2 : Đóng vai trò khuếch đại tiền công suất được mắc kiểu C chung. Tín hiệu ra ở chân E cấp cho 2 BJT công suất. Ở đây, thực chất ko có tín hiệu xoay chiều nào hết, chỉ có điện áp một chiều thay đổi (lên xuống) quanh mức tĩnh ban đầu. Tín hiệu ra ở chân E của transistor Q₂ được dùng kích thích (thông qua thay đổi điện áp) cho Q₃, Q₄.

- Q₃, Q₃ : Cặp BJT công suất được mắc theo kiểu “đẩy kéo nối tiếp“. Hai BJT này thay nhau đóng/mở ở từng nửa chu kỳ của tín hiệu đặt vào. Lưu ý là Q₃ dùng PNP, Q₄ dùng NPN nhưng phải có thông số tương đương nhau. Kiểu mắc Q₂, Q₃, Q₄ như trên gọi là “đẩy kéo nối tiếp tự đảo pha”

- R₉, R₁₀ : Điện trở cầu chì, bảo vệ Q₃, Q₄ khỏi bị chết khi có 1 trong 2 BJT bị chập.
- D1, D2 : Ổn định nhiệt, điện áp, bảo vệ tránh cho Q₃, Q₄ bị nóng.

- PR1 : Điều chỉnh phân cực Q₄, thông qua đó chỉnh cân bằng cho “điện áp trung điểm”

Nguyên lý hoạt động :

Chế độ tĩnh : Khi tín hiệu vào bằng 0.

- Mạch được thiết kế để Q₁, Q₂ hoạt động ở chế độ A (Class A). Q₃, Q₄ có thể ở chế độ A hoặc AB.

- PR₁ được điều chỉnh để Q₃, Q₄ có điện áp chân B bằng nhau, như vậy độ mở của Q₃ = Q₄ và kết quả là điện áp tại điểm C bằng 1/2 điện áp nguồn cấp (theo sơ đồ mạch được cấp 15V thì điện áp điểm C là 7.V), điện áp tại điểm C gọi là “điện áp trung điểm“.

- Tụ C₅ được nối vào điểm C. Điện áp ban đầu trên tụ chính bằng điện áp điểm C (7.5V)
Khi tín hiệu vào ở nửa chu kỳ dương (+):

- Điện áp chân B Q₁ tăng → Q₁ mở thêm, dòng I_CQ1 tăng → sụt áp trên R₄ (U_R4 = R₄.I_CQ1) tăng làm cho U_CQ1 giảm. Độ giảm của U_CQ1 tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu vào.

- Vì chân C_Q1 nối trực tiếp chân B_Q2 nên khi U_CQ1 giảm thì U_BQ2 giảm theo làm cho Q₂ khóa bớt, như vậy dòng I_CQ2 giảm xuống dẫn đến điện áp tại điểm A(UA) và điểm B(UB) đều giảm.

- Ta thấy rằng : Q₃ là PNP, Q₄ là NPN do vậy khi UA giảm thì độ mở Q3 tăng (mở thêm), U_B giảm thì độ mở Q₄ giảm (khóa bớt).

- Vì Q₃ mở thêm, Q₄ khóa bớt làm cho điện áp tại điểm C tăng lên dẫn tới tụ C₅ (ban đầu là 7.5V) nạp, dòng nạp cho C₅ đi từ (+) nguồn 15V → C_EQ3 → R₉ → C₅ → loa → mass. Dòng nạp qua loa là đi xuống. Điện áp trên tụ C₅ lúc này lớn hơn 7.5V.

Khi tín hiệu vào ở nửa chu kỳ âm (-):

- Điện áp chân B Q₁ giảm → Q1 khóa bớt, dòng I_CQ1 giảm → sụt áp trên R₄ (U_R4 = R₄.I_CQ1) giảm làm cho U_CQ1 tăng. Độ tăng của U_CQ1 tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu vào.

- Vì chân CQ1 nối trực tiếp chân BQ2 nên khi U_CQ1 tăng thì U_BQ2 tăng theo làm cho Q₂ mở thêm, như vậy dòng I_CQ2 tăng lên dẫn đến điện áp tại điểm A(UA) và điểm B(UB) đều tăng.

- Bên cạnh đó : Q3 là PNP, Q₄ là NPN do vậy khi U_A tăng thì độ mở Q₃ giảm (khóa bớt), U_B tăng thì độ mở Q₄ tăng (mở thêm).

- Vì Q₃ khóa bớt, Q₄ mở thêm làm cho điện áp tại điểm C giảm lên dẫn tới tụ C₅ phóng, dòng phóng của C₅ đi từ (+) tụ → R₁₀ → C_Q4 → mass → loa → (-) C₅. Dòng phóng qua loa là đi lên.

Kết luận : Như vậy, với cả chu kỳ của tín hiệu vào ta thu được 2 dòng điện liên tục đi xuống/đi lên ở loa, đó chính là tín hiệu xoay chiều ra loa. Cường độ 2 dòng này tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu xoay chiều vào mạch.

II. Tính toán các thông số điện mạch khuếch đại âm tần:
Toàn bộ các bước tính toán: điện áp, dòng điện, trở kháng và các tham số khác ở cả hai chế độ một chiều và xoay chiều đều được trình bày trong tài liệu dưới đây. Kết quả tính toán được còn được so sánh với kết quả mô phỏng bằng phần mềm Proteus.
Download tài liệu "Tính toán các thông số điện mạch khuếch đại âm tần": Xem hoặc Tải về

Chú ý: Chuyên mục chăm sóc máy tính cho bạn:

Để máy tính hoạt động trơn tru và được bảo dưỡng tự động thường xuyên, các bạn nên cài một số phần mềm chăm sóc hệ thống. Mình đã và đang sử dụng phần mềm chăm sóc hệ thống Glary Utilities Pro và thấy rất tốt, các bạn có thể Download và cài đặt bản full có kèm theo Key (serial) đầy đủ ( đã test) rất đơn giản tại đây: Tải về 
- Để bảo vệ máy tính tốt hơn chống lại các phần mềm gián điệp, virus độc hại mà không ngốn quá nhiều tài nguyên máy tính ngay cả ở chế độ hoạt động và chế độ chờ, mình khuyến nghị các bạn cài đặt và sử dụng phần mềm diệt Virus Avast internet security( Kèm theo key/Serial đã test): Tại đây

   Lưu ý nếu các bạn muốn post lên các diễn đàn hoặc website khác thì mong các bạn ghi rõ nguồn tham khảo: "http://vnknowledge-sharing.blogspot.com".

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp ích cho các bạn.

Chúc vui!

Từ khóa tìm kiếm: mạch khuếch đại âm tần, amplifier, mạch khuếch đại ra loa, mạch điện tử cơ bản, mạch điện tử đơn giản, nguyên lý mạch điện tử, tính toán thông số mạch khuếch đại, bài tập điện tử tương tự, thiết kế mạch điện tử đơn giản, mạch điện tử thông dụng, ứng dụng mạch điện tử, bài tập lớn điện tử, mạch khuếch đại transistor, mạch khuếch đại âm thanh, mạch khuếch đại hồi tiếp, mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, mạch khuếch đại công suất,...