Hướng dẫn Bạn cách thiết kế và lắp ráp mạch tăng âm công suất lớn có tính chuyên nghiệp

 Rất vui khi thấy Bạn vào xem...

 

 

Dẫn nhập

 

Tôi khởi đầu làm nghề điện tử từ công việc ráp các máy tăng âm nhỏ, lúc đó chúng tôi ráp máy tăng âm bằng các đèn chân không. Mạch đơn giản nhất là 3 đèn, một đèn 2 cực dùng để nắn dòng, một đèn 3 cực đôi dùng làm tầng tiền khuếch đại và một đèn 5 cực làm tầng công suất. Khi tay nghề đã cứng hơn thì ráp qua mạch tăng âm lớn nhiều đèn hơn, công suất ra loa cũng mạnh hơn, tầng công suất đã dùng kiểu mạch kéo đẩy để có hiệu suất cao, tầng tiền khuếch đại thì dùng nhiều bóng 3 cực đôi hơn, tín hiệu âm thanh được xử lý tinh tế hơn. Rồi dòng đời cứ trôi lặng lẽ, và ... đến thời kỳ của mạch tăng âm ráp bằng transistor, rồi tiến tới ráp bằng IC... Công việc của người thợ điện tử là cứ kiếm sơ đồ mạch điện máy hiệu, hay nài xin bạn bè cho các sơ đồ "chất lượng cao" và khi thấy ưng ý thì tìm mua linh kiện về để ráp, cứ ráp nghe thử, cứ ráp bán, công việc ngày ngày chỉ có vậy. Cho đến một ngày... chúng ta làm quen và làm chủ được phần mềm PSpice của OrCAD thì công việc ráp mạch tăng âm đã trở thành chuyên nghiệp. Bây giờ chúng ta có thể đánh giá chất lượng của các máy tăng âm hiện có, có thể tự thiết kế các mạch tăng âm do mình tự nghĩ ra, có thể lên mạng gõ từ khóa "power amplifier" để tìm và tìm ra vô số các sơ đồ mạch điện tăng âm công suất lớn của bá tánh, làm gì với các sơ đồ mạch điện này?  Hôm nay tôi sẽ trình bày công việc lắp ráp ampli với trình PSpice để trao đổi kinh nghiện với Bạn và với các đồng nghiệp. Mong bài viết được nhiều Bạn vào xem và cho ý kiến. Người soạn, thợ già: VKH.

 

 

  

Hãy làm quen với công việc thiết kế mạch

Thiết kế là bóp óc suy nghĩ tìm tòi và tạo ra các sản phẩm được nhiều người ưa thích. Với ngành điện tử thiết kế mạch là vẽ ra được các sơ đồ mạch điện có chất lượng, định được kiểu mạch, định được chủng loại linh kiện dùng trong mạch, xác định được hoạt động của mạch lúc ở trạng thái tĩnh, lúc ở trạng thái động. Khi Bạn làm công việc thiết kế trên một mạch điện là Bạn phải nói ra được các đặc tính của mạch, như mức áp có trên các đường mạch, cường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân của linh kiện, công suất tác động trên các bộ phận của mạch. Kể ra được các tham số kỹ thuật lúc mạch ở trạng thái tĩnh và lúc mạch ở trạng thái động.

 

Trong công việc thiết kế các mạch tăng âm điều cần biết trước tiên là âm thanh là gì? hay thanh âm là gì? Nó có các đặc tính gì? Nó liên quan đến các vấn đề gì? Do đó, ở đây trước hết, chúng ta phải "vòng-vo-tam-quốc-tàu-lau-thiên-địa" kể các câu chuyện có liên quan đến bộ môn âm học, qua đó để hiểu rõ công việc mình sẽ làm là gì? Phục vụ cho cái gì?

 

Câu hỏi: Máy tăng âm dùng để làm gì?

 

Trả lời: Máy tăng âm dùng để xử lý tín hiệu âm thanh nhầm để phục vụ cho cái lỗ tai của con người. Vậy Bạn có biết đầy đủ về cái lỗ tai của mình chưa? Chúng ta thử tìm hiểu về vấn đề này trước.

 

 

Trong tai người có một màn nhĩ rất mỏng, nó sẽ rung theo tác động của sóng âm  đến từ bên ngoài và kích thích vào các dây thần kinh thính giác rồi truyền các tín hiệu xung này về đại não, qua giải mã của đại não, chúng ta sẽ nhận biết cái rung động đó là tín hiệu gì. Đó là cơ chế hoạt động của thính giác.

 

Bạn bè rất thân thiết với cái lỗ tai của chúng ta chính là các máy tạo rung, như máy tăng âm, máy trợ thính..., công việc của nó là làm rung mạnh một màn giấy (gọi là màn loa) và cái loa tạo ra sóng âm để tác động vào màn nhĩ của lỗ tai để người nghe có cảm giác rõ ràng dễ chịu, đó chính là các thiết bị xử lý tín hiệu âm thanh vậy.

 

Vậy bản chất thật sự của âm thanh (hay thanh âm) là gì?

 

Nói theo kiểu chiết tự của chữ Hán, thanh âm là 聲音, trong chữ thanh (聲 có bộ nhĩ 耳, nhĩ là lỗ tai)  và trong chữ âm (音 có bộ viết 曰, viết là lời nói). Chúng ta có thể mườn tượng người xưa hiểu âm là sự rung động của cái lưỡi nằm trong miệng và thanh là sự rung động của cái màn nhĩ trong tai. Sự tương tác này giúp cho con người hiểu nhau, lại gần nhau (...vì ở xa quá nói không nghe nên phải đến gần), rồi quen nhau, trên đời này ai không có miệng  (口  Khẩu: hình vẽ cái miệng) để nói và ai không có tai (耳 Nhĩ: hình vẽ cái lỗ tai) để nghe, phải không?

 

Còn với môn vật lý, thanh âm là các rung động, quen gọi là sóng âm (Sound Wave), khi tác động vào màn nhĩ trong lỗ tai người thì người ta nhận biết được có các rung động này, mà một rung động thì luôn có các đặc tính sau:

 

 

* Tần số (Frequency) của rung động.

* Biên độ (Amplitude) tín hiệu.

* Dạng sóng (Wave form) của tín hiệu.

 

 

(1) Ta hãy nói đến tần số của tín hiệu trước. Với các rung động có tính tuần hoàn lập-đi-lập-lại, gọi là dao động,  thì số lần dao động đếm được trong 1 giây gọi là tần số, tính theo đơn vị Hertz (Hz).

 

                

 

Hiện tương trên là các dao động nhấp nháy của Led, cứ lập đi lập lại một cách tuần hoàn, nhưng nếu Bạn đếm số lần nhấp nháy trong 1 giây thì phát hiện ra có cái có tần số là 2Hz (1 giây nháy 2 nhịp), có cái là 1Hz và có cái là 0.5Hz. Tần số càng cao thì nhịp nhấp nháy càng nhanh.

 

Các rung động cơ học gọi là sóng âm, nếu nó có tần số từ 12Hz đến 20.000Hz  thì tai người nghe được, cảm nhận được, đó chính là tần số nghe được. Trong dãy tần này chia ra 3 vùng. Vùng tần số thấp gọi là thanh trầm (Bass), vùng tân số giữa gọi là thanh trung (Medium) và vùng tần số cao gọi là thanh bổng (Treble).

Vậy với các sóng âm có tần số thấp hơn 12Hz thì sao? Các sóng âm này màn nhĩ tai người không nghe được và gọi là ngoại âm. Các sóng âm có tần số cao hơn 20.000Hz thì sao? Các sóng âm này quá nhanh màn nhĩ  tai người rung không kịp nên cũng không nhận biết được và gọi nó là sóng siêu âm.

 

Tóm lại màn nhĩ trong tai người chỉ rung được trong dãy tần số từ 12Hz cho đến 20.000Hz. Đó chính là dãy tần của tín hiệu âm thanh nghe được, và khi ráp các thiết bị âm thanh, Bạn chỉ cần chú ý đến dãy tần số này, không cho thiết bị làm việc với sóng siêu âm hay sóng ngoại âm, vô ích. Sau đây là phổ tần của một số nhạc cụ dùng trong ngành âm nhạc.

 

 

Bạn thấy, trong ngành vật lý (và cả các bộ môn chuyên ngành khác nữa) các đơn vị thường lấy theo tên của các nhà bác học, hay vật lý.... Vậy Hertz đơn vị chỉ tần số, Ông là ai?

 

 

Heinrich Hertz là nhà vật lý người Đức, ông là người đầu tiên dùng thực nghiệm để chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ trường trong không gian tự do mà trên lý thuyết Maxwell đã chứng minh là nó có tồn tại. Tên ông được dùng làm đơn vị chỉ tần số của tín hiệu và viết tắt là Hz.

 

 

(2) Bây giờ nói đến biên độ của tín hiệu. Biên độ (Amplitude) là chỉ cường độ mạnh yếu, hay cao thấp của các rung động vật lý. Trong mạch điện, nếu biên độ đo theo áp chúng ta có đơn vị là Vp-p (đọc là volt peak to peak), nếu đo theo dòng điện, chúng ta sẽ có đơn vị là Ap-p (ở đây p-p là peak-to-peak, ý nói cho xác định biên độ tín hiệu đo từ đĩnh cao nhất đến đáy thấp nhất).

 

              

 

Hình vẽ cho thấy, với các dao động, các tín hiệu nhấp nhô, chúng ta luôn muốn xác định được biên độ của nó. Với các tín hiệu có dạng sóng bất kỳ (điều này rất phổ biến), chúng ta thường cho xác định biên độ của nó theo mức đĩnh-đối-đĩnh. Trong ngành điện tử học, người ta thường dùng tín hiệu chuẩn dạng sin, với tín hiệu này, chúng ta thường nói đến biên độ trung bình (volt trung bình), biên độ hiệu dụng (volt RMS), biên độ cực đại (volt max) và biên độ đĩnh đối đĩnh (volt peak-to-peak) nữa.

 

 

Trong thiết kế máy tăng âm, ở ngả ra chúng ta thường xác định biên độ tín hiệu hiệu dụng (VRMS) lấy theo tín hiệu dạng sin ở tần số chuẩn 1KHz, và từ đó dùng công thức để tính ra công suất hiệu dụng của máy tăng âm và từ đó chọn lựa công suất của loa cho phù hợp.

 

 

Biết biên độ tín hiệu (đo theo mức volt hiệu dụng RMS) trên loa, biết trở kháng Z của loa, thường là 4 ohm, 8 ohm...  (và cho tính ở tần số chuẩn 1KHz), chúng ta có thể dùng công thức để tính ra được công suất hiệu dụng có trên loa.

  

Biết biên độ tín hiệu (đo theo cường độ dòng điện hiệu dụng RMS) trên loa, biết trở kháng Z của loa (tính ở tần số chuẩn 1KHz), chúng ta có thể dùng công thức để tính ra được công suất hiệu dụng có trên loa.

 

Ở đây Bạn chú ý, nếu tính công suất máy tăng âm theo mức volt đĩnh-đối-đĩnh (quen gọi là công suất music) đó chỉ là công suất quảng cáo không có giá trị đánh giá công suất thật của máy tăng âm. Công suất danh định của các máy tăng âm phải tính theo công suất hiệu dụng của một tín hiệu dạng sin, có tần số là 1KHz, nghĩa là phải đo volt hiệu dụng (RMS) có trên trở kháng Z của loa rồi tính ra công suất hiệu dụng của loa.

 

 

(3) Với tín hiệu còn phải nói đến dạng sóng nữa. Dạng sóng là điệu biến đổi của tín hiệu, nó cho thấy kiểu dáng tín hiệu lúc lên ra sao, lúc xuống ra sao. Trong thực tế, chúng ta có nhiều dạng tín hiệu, tuy nhiên có một tín hiệu rất cơ bản thường được dùng để làm chuẩn khi kiểm tra hay đo thử các mạch tăng âm, đó là dạng tín hiệu hình sin. Người ta xem hình dáng của các tín hiệu bằng máy hiện sóng. Qua các tín hiệu xem ở các điểm khác nhau của mạch tăng âm, người ta biết mạch tăng âm có trung thực không? Tín hiệu có bị méo không? Méo nhiều hay méo ít?

 

Hình vẽ trên đây cho thấy, các dạng tín hiệu thường gặp. Đó là tín hiệu dạng sin, tín hiệu xung vuông, tín hiệu tam giác và tín hiệu dạng răng cưa. Trong thực tiển còn rất nhiều dạng tín hiệu nữa, như tín hiệu âm thanh, tín hiệu hình, tín hiệu đồng bộ, tín hiệu cao tần, tín hiệu trung tần, tín hiệu nhiễu....

 

Nói tóm lại ở đây "tín hiệu âm thanh" là đối tượng chính mà chúng ta sẽ phải "gia công" "chế biến" bằng các mạch tăng âm, mạch khuếch đại. Chúng ta sẽ biến đổi âm thanh, như lời nói giọng ca trong đời thật, vốn là các chấn động sóng âm ra dạng tín hiệu điện bằng microphone, chuyển nó vào mạch điện và rồi dùng các kiểu mạch khuếch đại để xử lý để sao cho có được tín hiệu trung thực đủ mạnh ít méo và sau cùng cho nó đến kích thích làm rung một màn loa (loud speaker) để tái tạo ra chấn động cơ học, để phát trở lại vào không gian thật. Đó chính là công dụng của các máy tăng âm vậy.

 

 

 

 Kỹ thuật thiết kế mạch tăng âm

 

Người ta chia một máy tăng âm ra làm 4 khối chính như sau:

 

(1) Khối khuếch đại ở các ngả vào, nó thay đổi theo các dạng các nguồn âm.

(2) Khối xử lý âm sắc, dùng điều chỉnh biên độ của tín hiệu theo dãy tần âm thanh.

(3) Khối công suất, làm cho tín hiệu đủ mạnh để cho xuất ra ở loa.

(4) Khối nguồn nuôi.

 

Và các mạch điện phụ:

 

* Mạch đo biên VU-LED

* Mạch bảo vệ.

* Mạch tạo hiệu ứng echo

 

 

 

 

 

Trước hết hãy tìm hiểu các mạch điện cơ bản: Đối với dân thiết kế tăng âm, dù mạch điện ở khối nào, nó làm chức năng gì đi nữa, cũng thật sự chỉ gồm có 2 kiểu mạch điện kinh điển mà thôi. Đó là mạch khuếch đại làm việc với các tin hiệu nhỏ và mạch khuếch đại làm việc với các tín hiệu lớn. Với các kiểu mạch khuếch đại này, người ta đã có nhiều kiểu mạch điện kinh điển rồi (Các mạch điện gọi là kinh điển vì nó đã được dùng rất hiệu quả trong sản xuất và đã được phân tích đến mức tận cùng rồi). Do vậy, vấn đề ở đây là chúng ta chỉ phải hiểu các kiểu mạch này một cách rõ ràng và tùy trường hợp mà chọn ra kiểu mạch ứng dụng cho thích hợp mà thôi.

 

 

Phần 1:

 

Trình bày các kiểu mạch khuếch đại âm tần kinh điển.

 

 

Hãy nói qua về các mạch khuếch đại làm việc với tín hiệu nhỏ

 

Người ta đưa ra 5 kiểu mạch kinh điển dùng để khuếch đại tín hiệu có biên nhỏ. Các mạch điện có sơ đồ mạch như sau:

 

 

Kiểu 1: Kiểu này rất thông dụng ở tầng khuếch đại ngả vào, khuếch đại trung gian. Mạch dùng linh kiện ít, phù hợp với mức nguồn nuôi thấp.

 

Mạch điện hoàn chỉnh: Transistor có 3 chân.

 

 

Trên chân E thường có điện trở định mức dòng làm việc cho transistor  và nó cũng còn dùng để lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch để sửa méo (khi ngang điện trở không gắn tụ lọc hóa học).

 

Trên chân C có điện trở định mức áp phân cực cho chân C (gọi là điện trở lấy áp) và nó cũng dùng để lấy tín hiệu ra trên chân C. Tín hiệu này qua tụ liên lạc ngả ra để đến tải hay vào các tầng khuếch đại tiếp theo.

 

Trên chân B có điện trở cấp áp phân cực cho chân B, nó dùng để dẫn dòng IB chảy về nguồn (dòng IB rất nhỏ nên các điện trở trên chân B thường có trị lớn). Trên chân B có tụ liên lạc dùng lấy tín hiệu từ nguồn đưa vào mạch khuếch đại.

 

Để giới hạn dãy biên tần làm việc của mạch khuếch đại (chỉ giới hạn cho làm việc trong vùng âm tần), người ta dùng tụ hồi tiếp nghịch, cho lấy tín hiệu tần cao trên chân C trả về chân B, nên tụ hồi tiếp trên chân CB có trị thường rất nhỏ.

 

 

Điều kiện phân cực DC: Khi thiết kế một mạch khuếch đại, bước đầu tiên Bạn phải làm là lấy được điều kiện phân cực DC đúng cho transistor.

 

 

 

Sơ đồ trên cho thấy cách phân phối điện áp phân cực tĩnh trên các chân C, B, E của transistor.

 

Mức áp trên chân B thường cao hơn chân E khoảng 0.6V (đó là do tính ghim áp của các mối nối BE). Mức áp trên chân B nên lấy thấp để mở rộng phạm vi làm việc cho mức áp của chân C (nên lấy dưới 1.5V).

 

Mức áp trên chân C phải cao hơn chân B (để tạo phân cực nghịch cho mối nối CB, nhờ vậy dòng phun ra từ chân E mới bị hút và chảy gần hết vào vùng C và chảy ra trên chân C, chỉ có một ít rất ít chảy ra trên chân B). Do tín hiệu cho lấy ra trên chân C, mà tín hiệu chính là sự biến đổi của mức volt trên chân C, nên chúng ta phải sắp xếp mức volt phân cực trên chân C sao cho hợp lý. Thế nào là hợp lý?

 

* Không đặt mức volt phân cực trên chân C quá cao, vì khoảng cách từ mức volt phân cực đến mức nguồn bị thu hẹp (ở đây mức áp chân C không thể lên cao hơn mức áp của nguồn, khi transistor đã bị ngưng dẫn).

 

* Không đặt ở mức volt phân cực trên chân C quá thấp, vì khoảng cách từ mức volt phân cực đến mức volt chân B sẽ bị thu hẹp (ở đây mức áp trên chân C không thể xuống thấp hơn mức áp của chân B, khi đó transistor đã bị bão hòa).

.

Với các transistor làm việc với tín hiệu nhỏ, Bạn không nên chọn dòng làm việc IC quá lớn. Vì sao? Vì dòng phân cực chảy qua transistor sẽ tạo ra tiếng ồn (nghe ở dạng tiếng sôi), tiếng ồn này sẽ làm giảm chất lượng của mạch khuếch đại, do vậy nhiều khi ở tầng này người ta còn dùng các linh kiện Low Noise ( LN nghĩa là tìm các linh kiện khi hoạt động không phát ra tiếng ồn lớn). Theo đề nghị, dòng làm việc của transistor ở tầng này lấy trong khoảng từ 300uA đến 1.2mA là hợp lý (chúng ta biết dòng làm việc của transistor lấy càng lớn, độ lợi của mạch càng cao).

 

Từ các hiểu biết trên, Bạn thấy PSpice đã tính ra mức áp trên các đường mạch (số có màu nâu) và cường độ dòng điện chảy ra vào trên các chân linh kiện (số có màu đỏ),  Bạn xem hình trên, qua các con số này chúng ta thấy mạch đã được phân cực khá hợp lý. Như vậy chúng ta đã lấy đúng phân cực DC cho mạch khuếch đại kiểu 1.

 

Tóm lại, khi phân tích một mạch khuếch đại, Bạn luôn nhìn nó theo các 3 trình tự:

 

Trình tự 1: Trước hết là điều kiện phân cực DC. Lúc này các tụ điện trong mạch hoàn toàn không có tác dụng, vì ở điều kiện DC tất cả các tụ điện đều xem như đã làm hở mạch.

 

Trình tự 2: Kế đó khảo sát mạch với nguồn tín hiệu chuẩn có dạng sin, có tần số chuẩn là 1KHz, có biên độ tùy theo nguồn tín hiệu ở ngả vào. Các ống nói (microphone) thường cho biên độ tín hiệu trung bình là 10mV.

 

Trình tự 3: Sau cùng là sử dụng các đường hồi tiếp nghịch để hoàn thiện mạch khuếch đại. Hồi tiếp nghịch tăng tính ổn định cho mạch, sửa méo, thay đổi trở kháng ngả vào ngả ra  cho phù hợp và nhất là làm cho mạch ít phụ thuộc vào các linh kiện có tham số quá phân tán như transistor.

 

Trong chuyên mục này, chúng ta sẽ luôn trình bày các mạch khuếch đại theo thứ tự của 3 trình tự này.

 

Hãy tìm hiểu tính khuếch đại của mạch điện kiểu 1. Chúng ta sẽ đưa một tín hiệu dạng sin chuẩn vào và khảo sát tín hiệu này khi nó đi qua các điểm của mạch điện qua đó để hiểu rõ hơn công việc của nhà thiết kế mạch:

 

 

 

 

 

Kết quả phân tích cho thấy, tín hiệu ngả vào ngả ra đều có dạng sin, vậy mạch khuếch đại này không làm méo tín hiệu. Khi tín hiệu ngả vào giảm thì tín hiệu ngả ra tăng, như vậy mạch khuếch đại với tín hiệu vào ở chân B lấy ra trên chân C có tính đảo pha, và nếu so sánh biên độ của 2 tín hiệu chúng ta tính được độ lợi của mạch khoảng 43 lần.

 

Nói chung đặc tính của mạch như vậy là tốt rồi, dùng được rồi.

 

 

 

Để hiểu rõ hơn vai trò của điện trở R3, điện trở tạo tác dụng hồi tiếp nghịch để sửa méo, chung ta cho nối tắt điện trở này và trình PSpice cho kết quả tín hiệu ngả ra đã bị méo. Ở phần biên độ giảm xuống đã bị "bằng đầu". Chúng ta biết R3 lấy tín hiệu trên chân E và tín hiệu này tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, nên làm giảm độ lợi của mạch, đồng thời làm tăng trở kháng ngả vào. Với R3, độ lợi của mạch giảm nên tín hiệu ra ít bị méo hơn.

 

 

 

Khảo sát dãy tần làm việc của mạch khuếch đại:

 

 

Ở đây, tụ C3 (220pF) dùng lấy tín hiệu tần số cao có trên chân C hồi tiếp nghịch về chân B, tác dụng này sẽ làm giảm độ lợi của mạch ở vùng tần số cao, nó thu hẹp dãy tần làm việc của mạch. Nếu trị của tụ C3 lấy càng lớn dãy tần làm việc càng bị thu hẹp nhiều hơn. Trong thực tế người ta thường dùng tụ này để giữ cho mạch không tự phát sinh dao động ở vùng tần số cao.

  

 

Kiểu 2: Kiểu khuếch đại dùng cầu chia volt với R1-R2 cấp áp phân cực cho chân B, nên độ ổn định cao hơn kiểu 1, các tham số của mạch này ít phụ thuộc vào tham số của transistor. Đây là sơ đồ hoàn chỉnh.

 

 

Trong mạch R1-R2 dùng làm cầu chia volt, lấy một phần điện áp của nguồn cấp cho chân B. Ở đây R2 là điện trở lấy áp. Trị R2 không nên chọn quá nhỏ vì nó gây tổn hao tín hiệu ngả vào.

 

Điện trở R4 có công dụng định dòng. Nó định mức dòng chảy vào chân E của transistor. Dòng làm việc của transistor nên lấy trong khoảng từ 300uA đến 1.2mA. Ngang R4 mắc tụ lọc hóa C3, nó làm mất tín hiệu trên R4 để bỏ tác dụng hồi tiếp nghịch gây ra do R4. Điện trở R5 dùng lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch, nó có tác dụng sửa méo và tăng trở kháng ngả vào.

 

Điện trở R3 dùng định mức áp trên chân C và cũng là điện trở lấy tín hiệu ra trên chân C. Điện trở này không nên chọn trị quá nhỏ vì nó làm tổn thất tín hiệu ở ngả ra.

 

Tụ C1 làm tụ liện lạc ngả vào và tụ C2 làm tụ liên lạc ngả ra. Trị số của các tụ liên lạc có ảnh hưởng đến biên độ tín hiệu ở vùng tần số thấp. Các tụ này không nên lấy trị quá nhỏ vì sẽ làm mất tín hiệu vùng tần thấp. Cũng không nên chọn quá lớn, vì dòng rĩ của các tụ hóa lớn sẽ làm mạch mất ổn định.

 

 

Sơ đồ cho thấy cách lấy phân cực DC cho kiểu 2.

 

 

 

Trong mạch (Khi nói đến phân cực, vai trò của các tụ điện xem như hở mạch):

 

* R1 (39K), R2 (10K) là cầu chia volt, dùng lấy ra điện áp VB = 1.78V cấp cho chân B.

* R4 (1K) dùng để định dòng, dòng làm việc chảy vào ở chân E là IE = 963uA.  Dòng này một phần rất nhỏ chảy ra trên chân B (IB = 6.48uA) và phần lớn chảy ra trên chân C (957,4uA). Điện trở R5 (100), đây là điện trở nhỏ ít ảnh hưởng đến tính định dòng, công dụng của nó là lấy tín hiệu tạo hồi tiếp nghịch trên chân E, giúp cho mạch làm việc với tín hiệu đủ lớn nhưng ít méo, làm tăng trở kháng ngả vào.

* R3 là điện trở định mức áp trên chân C, với R3 = 4.7K, mức áp trên chân C sẽ là 4.5V.

 

Ghi nhận: Với cách phần cực này, transistor đã được cho làm việc trong vùng khuếch đại, bây giờ Bạn đưa tín hiệu vào và khảo sát mạch ở trạng thái động. Tóm lại, Bạn xem hình giải thich tóm lượt như sau:

 

 

  

 

Khảo sát mạch khuếch đại với nguồn tín hiệu dạng sin và ở tần số chuẩn 1KHz.

 

 

Với các mạch tăng âm, người ta thường dùng nguồn tín hiệu dạng sin, có tần số 1KHz để xác định các tham số của mạch. Do vậy trong PSpice Bạn sẽ chọn nguồn tín hiệu dạng sin để khảo sát mạch.

 

Đưa tín hiệu chân chân B (qua tụ liên lạc C1). Xem tín hiệu ở ngả ra trên điện trở tải. Từ kết quả này Bạn sẽ biết được:

 

* Tín hiệu ra có bị méo không?

* Độ lợi của mạch là bao nhiêu?

* Biết được công suất của tín hiệu tác dụng trên tải.

* Tính được trở kháng ngả vào, ngả ra.

 

 

Khảo sát vai trò của điện trở hồi tiếp trên chân E.

 

 

 R5 (100) gắn trên chân E dùng lấy ra tín hiệu trên chân E và tín hiệu này có tác dụng hồi tiếp nghịch, hồi tiếp nghịch tuy làm giảm độ lợi nhưng nó có tính sửa méo và làm tăng trở kháng ngả vào. Bạn thấy khi chúng ta cho nối tắt điện trở RE, điều kiện phân cực DC không có gì thay đổi lớn nhưng hình vẽ của PSpice cho thấy tín hiệu ngả ra đã bị méo biên, do đó, khi dùng kiểu mạch khuếch đại này Bạn nên gắn một điện trở nhỏ trên chân E, chất lượng của mạch khuếch đại sẽ được cải thiện tốt hơn rất nhiều. 

 

 

Khảo sát tác dụng của tụ lọc trên chân E.

 

 

R4 (1K) là  điện trở định dòng IE (dòng làm việc của tầng này thường lấy trên dưới 1mA), R4 có tác dụng tạo hồi tiếp nghich rất mạnh, người ta dùng R4 để tăng tính ổn định nhiệt cho mạch, nhưng điều này khiến cho độ lợi của mạch rất nhỏ, biên độ tín hiệu ra sẽ rất thấp, để khử tác dụng hồi tiếp nghịch AC của R4, ngang R4 chúng ta mắc tụ lọc đủ lớn, vậy nếu tụ này hở mạch, tuy mạch vẫn hoạt động nhưng có độ lợi rất nhỏ. Dùng PSpice chúng ta thấy rất rõ biên độ tín hiệu ngả ra đã giảm xuống rất thấp.

 

Ghi chú: Do vậy nhiều thợ điện tử, khi muốn tăng độ lợi để ampli lớn tiếng hơn thường mắc tụ hóa vào chân E của các tầng tiền khuếch đại, làm vậy là để bỏ tác dụng hồi tiệp nghịch với tín hiệu trên chân E.

 

 

Khảo mạch theo đường cong biên tần để thấy dãy tần làm việc của mạch.

 

 

PSpice cho chúng ta cách khảo sát mạch theo đường cong biên tần và pha tần. Dùng cách khảo sát này, chúng ta sẽ biết được mạch khuếch đại làm việc tốt ở vùng tần số nào của tín hiệu. Với đường cong biên tần và pha tần, chúng ta sẽ biết được:

 

* Mạch khuếch đại có làm sai pha không, sai bao nhiêu độ/

* Cho biết ở một tần số đã chọn thì mạch cho độ lợi là bao nhiêu?

* Chúng ta xác định được dãy tần làm việc của mạch, qua đó tìm cách sửa lại dạng đường cong theo đúng yêu cầu mình muốn. Thí dụ: Với các mạch tăng âm, chúng ta chỉ cho mạch làm việc tốt trong vùng tín hiệu âm thanh là tốt, để mạch làm việc với các tín hiệu ở vùng tần cao khiến cho mạch dễ phát sinh dao động tự kích.

.

  

Khảo sát đường cong biên tần để thấy vai trò của các tụ điện ảnh hưởng đến dãy tần làm việc của mạch.

 

 

Hình vẽ cho thấy, chúng ta dùng tụ C4 (120pF) là để lấy tín hiệu trên chân C trả về chân B, đó là tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, với trị của tụ đủ nhỏ, nó chỉ có tác dụng hồi tiếp nghịch ở vùng tần cao, không ảnh hưởng đến tín hiệu âm thanh, điều này sẽ làm nén biên các tín hiệu vùng tần cao. Bạn xem kết quả trên đường cong ngả ra của PSpice. Bạn nhớ, dùng các tụ nhỏ tạo hồi tiếp nghịch trên chân CB của các transistor sẽ có tác dụng nén biên các tín hiệu vùng tần cao .

 

 

 

Kiểu 3: Kiểu mạch khuếch đại dùng 2 transistor cùng loại liên lạc thẳng.

 

 

Kiểu mạch khuếch đại 2 transistor liên lạc thẳng này hiện rất thông dụng, vì nó có nhiều ưu điểm, như:

 

* Độ ổn định nhiệt rất tốt.

* Hệ số khuếch đại cao, cho phép dùng đường hồi tiếp nghịch xâu.

* Đáp ứng biên tần tốt.

* Trở kháng ngả vào lớn, nên ít gây nặng tải lên nguồn tín hiệu.

 

Chúng ta thử tìm hiểu kiểu mạch khuếch đại này. Trong mạch:

 

* Q1 làm tầng khuếch đại 1. Trên chân C có điện trở định áp R1 (lấy lớn 22K). Trên chân E có điện trở định dòng R2 (1K). Chân B được cấp dòng phân cực qua R5 (56K), mức áp phân cực lấy từ chân E của Q2 nên có tác dụng hồi tiếp nghịch dùng để tăng độ ổn định nhiệt. Tụ C1 (10uF) dùng lấy tín hiệu cho chân B.

 

* Q2 là tầng khuếch đại 2. Trên chân C có điện trở định áp R3 (3.9K). Trên chân E có điện trở định dòng R4 (1K). Ngang R4 mắc tụ lọc lớn C4 (220uF) để bỏ tác dụng hồi tiếp nghịch AC trên chân E nhầm tăng cao độ lợi. Tín hiệu ra lấy trên chân C (với R3), qua tụ liện lạc C3 (10uF) cấp cho tải là R6 (20K). Người ta dùng tụ hồi tiếp nghịch AC C5 (5.6pF) để nén biên tín hiệu vùng tần cao, giữ cho mạch không bị tự kích ở vùng tần cao.

 

 

Cách lấy phân cực DC cho mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ kiểu 3.

 

 

 

Dùng trình PSpice của OrCAD. chúng ta xác định được dễ dàng các mức áp phân cực DC trên các chân C B E của transistor và định được mức dòng chảy qua các linh kiện, và xác định được mức dòng làm việc IC của các transistor.

 

* Khi cấp volt phân cực chúng ta chú ý: Mức volt chân C phải lấy cao hơn chân B, để mối nối CB phân cực nghịch, như vậy dòng phun ra từ chân E (chân phát) sẽ bị hút vào vùng C và chảy ra trên chân C, mức áp này sẽ "nhấp nhô" đó chính là tín hiệu xuất hiện trên chân C. Mức volt phân cực cấp cho chân B không lấy quá cao, vì nó sẽ hạn chế biên độ tín hiệu ra (mức volt chân C không thể xuống thấp hơn mức volt chân B, vì như vậy transistor đã vào vùng bão hòa và mất tính khuếch đại). Mối nối BE phải cho phân cực thuận, nhờ vậy chân E mới phun dòng vào vùng B và rồi bị hút vào vùng C, cũng do vậy trở kháng ngả vào của các transistor nhỏ, thường chỉ khoảng trên dưới 2K. 

 

* Khi cấp dòng làm việc cho các transistor, Bạn chú ý: Dòng làm việc Ic lấy nhỏ thì độ lợi kém nhưng ít ồn và ngược lại dòng làm việc Ic lấy lớn thì độ lợi lớn nhưng tiếng ồn, do dòng chảy phát ra, lớn. Với các tầng transistor làm việc với tín hiệu biên nhỏ, dòng làm việc thường lấy trên dưới 1mA là hợp lý.

 

 

Khảo sát mạch với nguồn tín hiệu sin, có tần số chuẩn là 1KHz và biên độ tín hiệu là 5mV.

 

 

Khi đã lấy xong phân cực DC (quen nói là đã xác lập được trạng thái tĩnh), Bạn sẽ chuyển qua khảo sát tính khuếch đại của mạch với nguồn tín hiệu đưa vào trên chân B của Q1. Khi mạch làm việc với các tín hiệu thì vai trò của các tụ điện là quan trọng. Tại sao? Vì các tụ điện dùng bắt cầu cho tín hiệu đi qua mà không làm thay đổi mức volt phân cực DC trên các chân của transistor (bão toàn mức volt phân cực). Nói theo vật lý; Với các tụ điện trong mạch, đối với nguồn DC nó xem như hở mạch và đối với nguồn AC, nó xem như ngắn mạch.

 

Với các mạch tăng âm, chúng ta xác định các thông số của mạch vựa theo nguồn tín hiệu chuẩn, đó là: Tín hiệu dạng sin, có tần số chọn là 1KHz.

 

Dùng PSpice chúng ta sẽ thấy được các biến đổi của mức volt trên các điểm của mạch khuếch đại, quan trọng là so sánh 2 tín hiệu: Tín hiệu ở ngả vào và tín hiệu ở ngả ra. Qua 2 tín hiệu này chúng ta sẽ biết:

 

* Mạch khuếch đại có độ lợi là bao nhiêu.

* Mạch khuếch đại có làm méo tín hiệu hay không.

* Mạch khuếch đại có đảo pha tín hiệu không. Có làm lệch pha giữa các tín hiệu trên các điểm mà tín hiệu đi qua không.

 

Hình vẽ trên của PSpice sẽ cho Bạn thấy được các điều trên.

 

 

 

 

 Khảo sát mạch với nguồn tín hiệu sin, có tần số chuẩn là 1KHz và biên độ tín hiệu là 50mV.

 

 

 

Ghi nhận: Kiểu mạch khuếch đại này có độ lợi rất lớn (trên vài trăm lần), do đó khi tăng biên độ tín hiệu ngả vào lên 50mV, thì tín hiệu ngả ra đã bị méo (bị vuông hóa), nguyên do là tín hiệu lấy ra trên chân C chính là sự tăng giảm của mức volt, khi mức volt tăng lên thì không thể vượt quá mức nguồn (vì lúc này transistor đã ở vùng ngưng dẫn, mất tính khuếch đại) và khi mức volt trên chân C giảm xuống thì không thể xuống thấp hơn mức volt trên chân B (vì lúc đó transistor đã ở vùng bão hòa, mất tính khuếch đại).

 

Nhắn Bạn: Có nhiêu lúc Bạn cần có một tín hiệu có dạng xung vuông, Bạn có thể dùng mạch khuếch đại có độ lợi lớn và cho tín hiệu dạng sin biên lớn vào, nó sẽ cho Bạn một tín hiệu dạng xung vuông ở ngả ra. Người ta nói mạch khuếch đại đã "vuông hóa" tín hiệu.

 

 

Khảo sát mạch qua phân tích đường cong biên tần (Lúc chưa có tụ hồi tiếp nghịch trên chân CB của Q2).

 

 

Cách vẽ đường cong biên tần là giữ cho biên độ tín hiệu vào không đổi (như 1VAC), rồi cho thay đổi tần số của tín hiệu, ở mỗi tần số của tín hiệu cho đo biên độ tín hiệu ở ngả ra, với nhiều tần số thay đổi chúng ta sẽ có đường cong biên tần. Đường cong này cho chúng ta biết điều gì?

 

Chúng ta biết ở tần số nào của tín hiệu, mạch sẽ cho độ lợi là bao nhiêu. Dãy tần làm việc của mạch rộng hay hẹp.

 

 

Khảo sát mạch qua phân tích đường cong biên tần (Lúc có tụ hồi tiếp nghịch trên chân CB của Q2). 

 

 

Với mạch khuếch đại âm tần, Bạn điều chỉnh dãy tần làm việc nằm trong khoảng từ 20Hz đến 20000Hz là được. Một trong các cách nén biên tín hiệu vùng tần số cao hiệu quả nhất là dùng tụ nhỏ mắc trên chân CB của các transistor tạo hồi tiếp nghịch. Bạn xem kết quả phân tích của PSpice cho thấy dãy tần đã bị nén biên vùng tần cao.

 

 

Kiểu 4: Kiểu mạch khuếch đại dùng 2 transistor khác loại liên lạc thẳng.

 

 

Đây là kiểu khuếch đại dùng 2 transistor khác loại, một npn và một pnp cho ghép thẳng. Đặc điểm của mạch khuếch đại này là mạch có tác dụng hồi tiếp nghịch rất mạch nên cho độ lợi nhỏ, nhưng bù lại tín hiệu ít bị méo, dù cho biên độ tín hiệu vào lớn. Trong mạch:

 

* R1- R2 lấy áp nguồn cấp cho chân B của Q1 để tạo phân cực thuận cho mối nối BE, nhờ vậy từ chân E phun ra dòng và dòng này chảy vào vùng B rồi sẽ bị hút qua vùng C và chảy ra trên chân C, tạo ra dòng làm việc của transistor.

 

* R4 là điện trở dùng để định dòng làm việc cho Q1, nó có tác dụng hồi tiếp nghịch nên làm tăng trở kháng ngả vào và sửa méo.

 

* R3 điện trở chia dòng, có tác dụng tăng hệ số ổn định nhiệt cho Q2. Dòng chảy ra trên chân C tạo dòng IB cho Q2.

 

* R5 là điện trở định dòng cho Q2. Ngang R5 mắc tụ lọc C3 để khử tác dụng hồi tiếp nghịch để tăng độ lợi.

 

* R6 là điện trở định áp chân C của Q2.

 

* C1 là tụ liên lạc ngả vào, C2 là tụ liên lạc ngả ra. R7 là điện trở tải.

 

 

 

Cách lấy phân cực DC cho mạch khuếch đại kiểu 4.

 

 

 

Dùng PSpice để thấy phân cực DC trên các chân của các transistor và thấy dòng làm việc chảy qua transistor. Với điều kiện phân cực này, mạch có thể khuếch đại tốt.

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại với nguồn tín hiệu dạng sin, tần số chuẩn 1KHz.

 

 

 

PSpice cho thấy độ lợi của mạch nhỏ, nhưng bù lại nó không làm méo biên độ các tín hiệu có biên lớn.

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại với nguồn tín hiệu vào có biên lớn.

 

 

 

 

Chỉ khi biên độ tín hiệu vào là 600mV, lúc đó tín hiệu ngả ra mới bị méo.

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại theo dạng đường cong biên tần.

 

 

Từ kết quả đường cong biên tần, chúng ta thấy dãy tần làm việc của mạch rất rộng, điều này khiến cho mạch khuếch đại luôn các tín hiệu nhiều ở vùng tần cao.

 

 

Khảo sát tác dụng của các tụ hồi tiếp gắn trên chân CB của các transistor.

 

 

Khi dùng tụ hồi tiếp nghịch C4, chúng ta đã cho nén biên các tín hiệu ở vùng tần cao, chỉ cho mạch làm việc trong dãy tần của tín hiệu âm thanh là từ 20Hz đến 20.000Hz.

 

  

Kiểu 5: Kiểu mạch khuếch đại vi sai dùng nguồn bơm dòng hằng.

 

 

 

Ưu điểm của mạch khuếch đại vi sai là có khả năng kháng nhiễu cộng sai rất mạnh. Trong mạch:

 

* Q1, Q2 ráp thành mạch khuếch đại vi sai. Kiểu khuếch đại này có 4 dạng:

 

(1) Dạng tín hiệu vào trên 2 chân B, và lấy ra trên 2 chân C (dạng đối xúng toàn phần).

(2) Dạng tín hiệu vào trên 1 chân B và lấy ra trên 2 chân C.

(3) Dạng tín hiệu vào trên 2 chân B và lấy ra trên 1 chân C.

(4) Dạng tín hiệu vào trên 1 chân B và lấy ra trên 1 chân C.

 

Đặc điểm của kiểu mạch khuếch đại vi sai là mạch chỉ khuếch đại các tín hiệu sai pha đưa vào ở 2 ngả vào, với các tín hiệu vào cùng pha, mức volt biến đổi trên 2 chân C cũng cùng pha (cùng lên hay cùng xuống) nên không tạo dòng điện cấp cho tải, ngoài ra với mạch bơm dòng hằng (ráp với Q3), trở kháng trên chân E chung của Q1, Q2 rất lớn, nó tạo tác dụng hồi tiếp nghịch rất mạnh, càng làm tăng khả năng kháng nhiễu tốt hơn.

 

* R4, R6 là các điện trở cấp phân cực cho chân B của Q1, Q2, hai điện trở này thường lấy trị bằng nhau

* R1, R2 là các điện trở định áp chân C và cũng là điện trở dùng để lấy tín hiệu ra trên chân C.

* D1 là diode zener dùng đển ghim áp và R3 là điện trở định dòng làm việc cho D1.

* R5 là điện trở dùng định mức dòng hằng cấp cho Q1, Q2.

* C1, C2, C3 là các tụ liên lạc.

 

Trong mạch này, chúng ta khảo sát tín hiệu vào trên 1 chân B và lấy ra trên 1 chân C. Kiểu khuếch đại này thường được dùng làm tầng khuếch đại đầu của mạch khuếch đại công suất lớn (ráp theo kiểu 3, Bạn xem phần bên dưới).

 

 

Cách lấy phân cực DC cho mạch khuếch đại vi sai.

 

 

 

 

Bạn dùng Pspice để xác định các mức áp phân cực và dòng làm việc của các transistor trong mạch, muốn thay đổi các mức áp và dòng phân cực, Bạn thay đổi trị các điện trở trong mạch. Kết quả phân tích của Pspice cho thấy điều kiện phân cực đã tốt. Nghĩa là mức áp chân C phải cao hơn chân B để mối nối CB phân cực nghịch và mức áp chân B phải cao hơn chân E để mối nối BE phân cực thuận

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại vi sai với nguồn tín hiệu sin, có tần số chuẩn là 1KHz.

 

 

 

Kết quả xem các tín hiệu trên trang đồ thị của PSpice.

 

 

Muốn hiểu nguyên lý làm việc của một mạch khuếch đại, chúng ta khảo sát mạch với nguồn tín hiệu dạng sin, xem kết quả ở ngả ra và so sánh với tín hiệu ngả vào. Với các mạch khuếch đại tín hiệu âm thanh, nguồn tín hiệu dạng sin sẽ cho làm việc ở tần số 1KHz.

 

Kết quả phân tích của Pspice cho thấy tín hiệu vào dạng sin và tín hiệu lấy ra trên 2 chân C cũng có dạng sin, vậy mạch khuếch đại không làm méo tín hiệu, và tín hiệu trên 2 chân C thì ngược pha

 

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại vi sai theo dạng đường cong biên tần.

 

 

 

 

Kết quả xem các dạng đường cong trên đồ thị của PSpice.

 

 

Và PSpice cũng cho thấy đường cong biên tần của mạch khuếch đại, qua đường cong này, chúng ta  thấy được dãy tần làm việc của mạch. Với các mạch khuếch đại tín hiệu âm thanh dãy tần làm việc cho nằm trong khoảng từ 20Hz đến 20.000Hz

 

 

 

Bây giờ nói đến các mạch khuếch đại làm việc với tín hiệu lớn

 

 

Các mạch tăng âm là mạch khuếch đại làm việc với các nguồn tín hiệu lớn, hiện này có rất nhiều kiểu mạch tăng âm hay còn gọi là main amplifier, ở đây chúng ta phân tích 3 kiểu mạch kinh điển, khi đã hiểu rõ nguyên lý vận hành của các kiểu mạch này, Bạn sẽ dễ dàng hiểu được tất cả các mạch tăng âm khác.

 

 

Kiểu 1: Khuếch đại công suất âm thanh, tầng tiền khuếch đại liên lạc qua tụ  (Mạch làm việc với biên độ tín hiệu lớn)

Trong mạch:

 

 

* Q1 là tầng tiền khuếch đại với R1-R2 là cầu chia volt, lấy áp phân cực cho chân B của Q1. R4 là điện trở định dòng làm việc cho Q1. R5 là điện trở lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch và R3 là điện trở định áp cho chân C. Tín hiệu qua tụ liên lạc ngả vào C1 vào trên chân B và qua tụ liên lạc ngả ra C3 ra trên chân C. C4 là tụ hóa lớn dùng lọc bỏ tín hiệu trên R4 để làm mất tác dụng hồi tiếp nghịch gây ra do R4. Tầng tiền khuếch đại được cấp nguồn nuôi qua điện trở giảm áp R6 và tụ lọc C2. 

 

 

 

* Q2 là tầng thúc, nó là tầng khuếch đại công suất nhỏ hạng A, nên dòng làm việc IC lấy khoảng 10mA. R13 là điện trở lấy mức áp trung điểm cấp phân cực cho chân B của Q2. R14 là điện trở làm tăng độ ổn định nhiệt cho Q2. R7 và R8 dùng định áp chân C và cũng dùng định dòng cho Q2. Các diode D1, D2, D3 dùng lấy áp phân cực DC cấp cho các transistor tầng công suất để sửa méo tại giao điểm của tín hiệu. Tín hiệu lấy ra trên chân C cấp cho tầng kéo đẩy ráp với Q3, Q4. Tụ C5 tạo tác dụng hồi tiếp tự cử dùng để làm cân bằng biên độ của tín hiệu ở ngả ra (biên độ tín hiệu phần lên và phần xuống bằng nhau ).    

 

 

* Q3, Q4 là 2 transistor hỗ bổ (hỗ tương bổ túc cho nhau). Q3 là loại transistor npn và Q4 là loại transistor pnp. Như vậy khi tín hiệu ra trên chân C của Q2 tăng lên sẽ làm Q3 dẫn điện thì Q4 ngưng dẫn và ngược lại, khi tín hiệu trên chân C của Q2 giảm xuống, thì Q4 dẫn điện và Q3 ngưng dẫn.

 

Để có công suất ra loa lớn, mạch dùng 2 transistor công suất (gắn trên lá nhôm giải nhiệt).

 

* Q5 ghép phức hợp với Q3 và Q6 ghép phức hợp với Q4. Với các transistor ghép phức hợp thường có độ ổn định nhiệt kém, do đó người ta dùng các điện trở R9 và R10 để gia tăng hệ số ổn định nhiệt cho Q5, Q6. R11 và R12 là các điện trở nhỏ có công dụng cân bằng dòng kéo đẩy qua loa. C7 là tụ ra loa, C7 phải lấy trị lớn vì loa vốn có trở kháng nhỏ. Ngang loa mắc mạch lọc zobel để ổn định trở kháng của loa trong dãy tần tín hiệu âm thanh.        

 

 

 

Cách lấy phân cực DC: Vấn đề cấp các mức volt phân cực.

 

 

 

Dùng PSspice để xác định trạng thái phân cực DC của mạch. Với các kết quả như hình trên, chúng ta  thấy điều kiện phân cực của mạch đã chuẩn xác.

 

Chú ý: Với mạch khuếch đại kéo đẩy này, mức áp ngả ra ở trung điểm phải lấy bằng nửa mức áp nguồn. Chúng ta biết mức áp trung điểm phụ thuộc vào mức áp trên chân C của Q2, vậy khi điều chỉnh trị của điện trở R13 cũng sẽ làm thay đổi mức áp trung điểm. Trong mạch với nguồi nuôi là 30V, mức áp trung điểm phải là 15V.

 

 

 

Cách lấy phân cực DC: Vấn đề cấp các mức dòng phân cực.

 

 

 

Kết quả phân tích cho thấy:

 

* Dòng làm việc của Q1 lấy khoảng 1mA.

* Dòng làm việc của tầng thúc lấy khoảng 10mA.

 

Ở trạng thái tĩnh các transistor ở tầng công suất kéo đẩy được cho phân cực gần như ngưng dẫn, vì tầng công suất cho làm việc ở hạng B để mạch cho hiệu suất cao, khoảng 78%. Dòng toàn phần khoảng 12mA là tốt

 

 

Khảo sát mạch theo nguồn tín hiệu dạng sin, tần số 1KHz.

 

 

Khi đã lấy được điều kiện phân cực rồi, chúng ta chuyển qua khảo sát mạch với nguồn tín hiệu dạng sin có tần số chuẩn là 1KHz. Kết quả cho thấy: Tín hiệu ngả vào và ngả ra không méo. Biên độ tín hiệu ngả ra khai thác gần bằng mức nguồn nuôi (lúc lên gần bằng 15V và lúc xuống gần bằng -15V).

 

Cũng trên đồ thị này, Bạn có thể xem kết quả công suất xoay chiều và công suất trung bình. Và từ đồ thị có thể tính ra độ lợi của mạch.

 

Chú ý: Độ lợi của mạch phụ thuộc vào tỷ số của 2 điện trở ở mạch hồi tiếp nghịch R16 và R5. Nếu giảm R5, mức độ hồi tiếp nghịch sẽ giảm và mạch sẽ tăng độ lợi và ngược lại, nếu tăng trị của điện trở R5, mức độ hồi tiếp nghịch lớn sẽ làm giảm độ lợi.

 

 

 

Khảo sát mạch theo dạng đường cong biên tần.

 

 

Cũng như các phần trên, Bạn sẽ cho khảo sát mạch theo dạng đường cong biên tần và nếu cần thì dùng các mạch hồi tiếp qua các tụ điện nhỏ gắn trên các chân CB của các transistor để sửa dạng đường cong cho phù hợp với kiểu mạch khuếch đại âm thanh. Mạch làm việc trong dãy tần từ 10Hz đến 20.000Hz.

 

 

 Cách xác định trở kháng ngả ra (Tìm trị của Loa để có công suất cực đại).

 

 

 

Phần mềm PSpice có thể xác định công suất ra thay đổi theo trở kháng của loa. Hình trên cho thấy, PSpice cho thấy công suất ra loa lớn nhất là 53W ở trở kháng loa là 2 ohm.

 

 

Kiểu 2: Khuếch đại công suất âm thanh, tầng tiền khuếch đại liên lạc thẳng (Mạch làm việc với biên độ tín hiệu lớn)

 

 

 

Trong mạch:

 

* Q1 là tầng tiền khuếch đại dùng làm tầng khuếch đại ngả vào. R1 – R2 dùng cấp dòng phân cực cho Q1. R5 là điện trở định dòng trên chân E. R4 là điện trở làm tăng độ ổn định nhiệt cho Q2. tầng này được cấp nguồn DC với điện trở giảm áp R3 và tụ lọc nguồn C2.

 

* Q2 là tầng thúc (tầng thúc cho làm việc theo kiểu khuếch đại công suất nhỏ hạng A), chân B cho nối thẳng vào chân C của Q1. Trên chân C có R6 – R7 là điện trở vừa định áp chân C và vừa định dòng I_C. D1, D2, D3 dùng để lấy áp DC phân cực cho các transistor ở tầng kéo đẩy nhầm giảm méo gây ra do rào áp (ở ngả vào của các transistor, trên chân BE đều có rào áp khoảng 0.5V). C4 là tụ có trị nhỏ dùng để tạo hồi tiếp nghịch ở vùng tần số cao để giữ cho mạch không phát sinh dao động tự kích. C3 là tụ hồi tiếp tự cử dùng để làm cân bằng biên độ tín hiệu ở ngả ra (giữ cho biên độ tín hiệu lên bằng với biên độ của tín hiệu xuống. Dĩ nhiên Bạn có thể dùng PSpice để thấy rõ hơn vai trò của tụ tự cử ).

 

 

  

 

* Q3, Q5 và Q4, Q6 là các transistor ghép phức hợp (còn gọi là transistor darlington) dùng làm tầng khuếch đại công suất dạng kéo đẩy. R8 và R9 dùng làm tăng hệ số ổn định nhiệt cho các transistor phức hợp. R10, R11 là các điện trở nhỏ dùng làm cân bằng dòng điện qua các transistor công suất. C5 là tụ hóa có trị lớn, dùng để cấp dòng điện kéo đẩy cho loa. Ngang loa dùng mạch lọc zobel để ổn định trở kháng của loa trong dãy tần tín hiệu âm thanh (ở vùng tần số cao, trở kháng của loa tăng, lúc đó mạch lọc zobel sẽ làm giảm trở kháng của loa, ở vùng tần số thấp, trở kháng của loa nhỏ, mạch lọc zobel sẽ không có tác dụng).

 

Mạch làm việc như sau: Khi tín hiệu dạng sin qua tụ liên lạc C1 vào chân B của Q1, tín hiệu này sẽ được khuếch đại và cho ra trên chân C, nó tác dụng thẳng vào chân B của Q2, tín hiệu ra trên chân C của Q2 sẽ vào thẳng tầng công suất kéo đẩy. Khi biên độ tín hiệu tăng nó sẽ làm cho Q3, Q5 dẫn điện và lúc này Q4, Q6 ở trạng thái ngưng dẫn, và ngược lại, khi biên độ tín hiệu trên chân C của Q2 giảm xuống, nó sẽ làm cho Q4, Q6 dẫn điện và lúc này thì Q3, Q5 ở trạng thái ngưng dẫn. Sự lên xuống của mức áp ở trung điểm sẽ qua tụ C5 tạo dòng xoay chiều làm rung màn loa.

 

Chú ý: Độ lợi của mạch phụ thuộc vào hệ số hồi tiếp nghịch tạo bởi R5 và R13. Tăng trị R13, mức độ hồi tiếp nghịch sẽ tăng cao và độ lợi của mạch sẽ giảm và ngược lại, nếu cho giảm trị của R13, mức độ hồi tiếp nghịch sẽ giảm và độ lợi của mạch sẽ tăng lên. Bạn có thể kiểm tra điều này một cách dễ dàng khi dùng PSpice để phân tích mạch.

 

 

 Mạch cấp mức volt phân cực DC.

 

 

Bạn dùng PSpice để thấy mức áp phân cực cấp cho cách chân của các transistor.

 

 

 

 Mạch cấp mức dòng phân cực DC.

 

 

Bạn dùng PSpice để thấy mức dòng làm việc cấp cho cách chân của các transistor.

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại công suất kiểu 2 với nguồn tín hiệu sin, tần số chuẩn là 1KHz.

 

 

 

Dùng PSpice để khảo sát mạch làm việc với tín hiệu (khảo sát mạch ở trạng thái động). Nguồn tín hiệu đưa vào là dạng sin, tần số 1KHz. Với kết quả hiện ra trên đồ thị, Bạn có thể biết được:

 

* Tín hiệu ra có bị méo không?

* Biên độ tín hiệu ra loa có khai thác hết mức áp của nguồn nuôi không?

* Độ lợi của mạch là bao nhiêu?

* Công suất xoay chiều? và công suất trung bình là bao nhiêu?

 

Khi Bạn muốn tìm hiểu công dụng của từng linh kiện một trên mạch khuếch đại, Bạn có thể cho bỏ nó, cho nó nối tắt hay cho trị của nó thay đổi rồi nhờ PSpice tính toán lại (việc này PSpice làm rất nhanh), dùng cách làm này, chúng ta sẽ nhanh chóng hiểu rõ được vai trò của các linh kiện trong mạch.

 

 

Dùng PSpice để xác định trở kháng của loa cho công suất ra lớn nhất.

 

 

 

Cũng như ở mạch kiểu 1, chúng ta sẽ cho tính trở kháng của loa sao cho công suất ra loa được lớn nhật. Kết quả cho thấy: Với loa có trở kháng là 2.4 ohm, công suất ra lớn nhật gần bằng 46Watt. Bây giờ Bạn có thể cho khảo sát mạch với loa có trở kháng là 2.4 ohm. (Phương pháp tính sẽ được hướng dẫn ở phần 2. Bạn xem tiếp qua phần 2)

 

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại công suất âm tần với đường cong biên tần.

 

 

 

Trên đây là kết quả phân tích mạch tăng âm kiểu 2 theo dạng đường cong biên tần. Nó cho thấy dãy tần làm việc của mạch tăng âm kiểu 2. Thường đường cong biên tần của các mạch tăng âm, Bạn điều chỉnh cho làm việc trong dãy tần từ 20Hz đến 20.000Hz là đủ.

 

 

 

Kiểu 3: Khuếch đại công suất với ngả vào dạng vi sai, các tầng liên lạc thẳng.

 

 

 

 

Trong mạch:

 

* Q1, Q2 ráp thành mạch khuếch đại vi sai. R1, R5 là điện trở cấp dòng phân cực cho chân B. Chân E chung của Q1, Q2 được cấp dòng hằng (dòng không đổi). Tín hiệu cho qua tụ liên lạc C1 vào chân B của Q1 và lấy ra trên chân C vào thẳng chân B của tầng Q4 (Q4 là tầng thúc).

 

* Q3 ráp thành mạch cấp dòng hằng. Chân B cho ghim áp với diode zener D1 và D1 được định dòng với điện trở R4. Cường độ dòng điện cấp cho Q1, Q2 lấy theo trị của điện trở R3.

 

 

 

* Q4 là tầng thúc, nó là tầng khuếch đại công suất nhỏ hạng A. Transistor này được cấp dòng làm việc bởi Q5. Q5 là nguồn bơm dòng hằng, chân B cho ghim áp với D1 và chân E định dòng với R6. Các diode D2, D3, D4 dùng lấy áp DC (mỗi diode lấy 0.6V) cấp cho các transistor ở tầng khuếch đại kéo đẩy để sửa méo gây ra do rào áp trên các mối nối BE. Tụ nhỏ C3 dùng tạo tác dụng hồi tiếp nghịch ở vùng tần số cao giữ cho mạch không phát sinh dao động tự kích.   

 

 

* Q6, Q8 và Q7, Q9 là tầng công suất ráp theo kiểu kéo đẩy. Các transistor ghép theo kiểu phức hợp còn gọi là các transistor darlington. R7, R8 (phải lấy trị bằng nhau) là các điện trở làm tăng độ ổn định nhiệt của các transistor darlington. D5 là diode làm cân bằng trở kháng ngả vào của Q7 với ngả vào trên Q6, Q8. Điện trở R9, R10 dùng làm cân bằng dòng điện qua transistor công suất Q8, Q10. Tụ C4 và R13 làm mạch lọc zobel giữ cho trở kháng của loa không thay đổi trong dãy tần của tín hiệu âm thanh.

 

 

   

 

Đặt điểm của kiểu mạch tăng âm này là ngả vào dùng khuếch đại vi sai nên có tính kháng nhiễu cộng sai rất tốt, ngả ra không dùng tụ ra loa nên có đáp ứng ở vùng tần số thấp rất tốt.

 

Chú ý: Độ lợi của mạch tùy thuộc vào tỷ số hồi tiếp nghịch tạo bởi R5 và R11. Nếu tăng trị của R11, tác dụng hồi tiếp nghịch sẽ lớn, độ lợi của mạch sẽ giảm và nếu giảm trị của R11, tác dụng hồi tiếp nghịch sẽ nhỏ và độ lợi của mạch khuếch đại sẽ tăng.

 

Nhận xét chung, đây là kiểu mạch hiện rất thông dụng, nó được dùng và phát triễn ráp nhiều mạch tăng âm công suất lớn khác. Trong các phần sau chúng ta sẽ còn phân tích kỹ loại mạch này.

 

 

 

Cách cấp điện áp phân cực DC cho mạch tăng âm kiểu 3.

 

 

Dùng kết quả phân tích của PSpice, chúng ta thấy được các mức áp phân cực trên các chân của các transistor. Khi lấy phân cực cho mạch này, điều cần thiết nhất là mức áp ngả ra phải bằng 0V hay gần bằng 0V. Qua các mức volt cấp cho các chân E, B, C chúng ta thấy các transistor ở tầng công suất được phân cực ở trạng thái gần ngưng dẫn, nghĩa là tầng kéo đẩy cho làm việc theo hạng B, nhờ vậy hiệu suất của mạch mới được nâng cao, khoảng 78%

 

 

Cách cấp dòng điện phân cực DC cho mạch tăng âm kiểu 3.

 

 

PSpice cũng cho thấy dòng phân cực của các transistor. Với nguồn cấp dòng hằng ráp với Q1, do dùng điện trở định dòng R3 = 1K, nên mức dòng hằng sẽ là 1.5mA, dòng này cấp cho Q1, Q2.

 

Q4 làm việc với mức dòng là 19.92mA, đây là dòng hằng được cấp bởi Q5 với điện trở định dòng là R6 (120). Dòng toàn phần của mạch là 30.79mA.

 

 

 

Khảo sát mạch khuếch đại kiểu 3 với nguồn tín hiệu ngả vào dạng sin, tần số 1KHz

 

 

Khảo sát mạch tăng âm với nguồn tín hiệu dạng sin tần số là 1KHz , qua kết quả (xem hình trên) chúng ta nhìn thấy tín hiệu ngả vào và ngả ra không méo và từ hình vẽ này có thể tính được độ lợi của tầng khuếch đại, và cũng tính được công suất xoay chiều và công trung bình trên loa. Với Loa 8 ohm, công suất trung bình là 64 Watt.

 

PSpice xác định trở kháng của loa để lấy được công suất ra lớn nhất.

 

 

 

PSpice cũng cho chúng ta cách xác định công suất ra lớn nhất theo trở kháng của loa, với loa 3 ohm công suất xoay chiều ra là 252 Watt.

 

Khảo mạch mạch theo dạng đường cong biên tần.

 

 

 

PSpice cũng cho chúng ta thấy kết quả đường cong biên tần của mạch khuếch đại này. Kết quả cho thấy, mạch có đáp ứng ở vùng tần số thấp tốt, ở vùng tần cao biên độ còn được nâng lên.

 

 

 

 

Phần 2:

 

Hướng dẫn dùng PSpice phân tích các mạch khuếch đại âm tần.

 

 

 

Tìm hiểu PSpice (Phần mềm trong OrCAD)

 

Dĩ nhiên trên máy của Bạn đã có cài phần mềm OrCAD (ở đây chúng tôi dùng OrCAD 9.2), và Bạn kích mở trình OrCAD, khi cửa sổ của OrCAD mở ra, Bạn sẽ làm theo trình tự như sau:

 

Bước 1: Mở một file mới với tên file tùy Bạn, Bạn có thể đặt tên file là kh-dai-3 (Bạn xem hình).

 

 

* Bạn click chuột vào mục File để bung cửa sổ ra như hình chụp.

* Ở cửa sổ này chọn mục New

* Rồi chọn mục Project…

 

Trình OrCAD sẽ cho mở cửa sổ New Project. Trong cửa sổ này, ở mục name: Bạn gõ vào tên file (ở đây là kh-dai-3). Chọn và đánh dấu ở mục cho liên thông với trình Analog or Mixed A/D. Dĩ nhiên ở bên dưới Bạn đã xác định thư mục để cất các file của bài làm này.

 

 

Bước 2:  OrCAD sẽ lại bung ra cửa sổ Create PSpice Project..

 

 

Trong cửa sổ này, Bạn chọn mục Create a blank project để mở trang vẽ trắng. Chọn xong Bạn nhấn phím OK.

 

Chọn xong nhấn phím OK để vào trang vẽ sơ đồ mạch điện của OrCAD.

 

 

Bước 3: Trong trang vẽ trắng, Bạn bắt đầu lấy linh kiện trong các thư viện ra.

 

  

 

Bạn có thể gõ vào chữ “p” để mở thư viện chứa các linh kiện.

Trong cửa sổ chứa các linh kiện, Bạn gõ vào tên linh kiện, như gõ vào Q2sc1815, Bạn sẽ thấy hiện ra ký hiệu transistor, nếu Bạn nhận thấy đúng là linh kiện mình muốn lấy thì nhấn phím OK.

 

Bạn gõ chữ R để lấy điện trở.

Bạn gõ chữ VDC để lấy nguồn nuôi DC.

 

Bước đầu Bạn cho lấy các linh kiện cần dùng, trên trang vẽ các linh kiện này đã được sắp xếp cho đúng vị trí. Khi sắp linh kiện, Bạn chú ý các phím tắt sau:

 

Phím “H” cho linh kiện lật theo chiều ngang.

Phím “V” cho linh kiện lật theo chiều dọc.

Phím “R” cho linh kiện quay, mỗi lần gỏ linh kiện quay 90 đô

 

 

Bước 4: Cho sắp xếp các linh kiện theo trình tự rõ ràng.

 

 

Lấy transistor làm linh kiện trung tâm, trên các chân của transistor đặt các điện trở phân cực (đặt cho ngay hàng thẳng lối). Như chân C thì đặt điện trở định áp, trên chân E thì đặt điện trở định dòng, trên chân B thì có điện trở cấp áp tạo phân cực thuận cho mối nối BE. Theo kinh nghiệm vẽ sơ đồ mạch điện, thì linh kiện lấy ra trước đặt ở góc trên trái, rồi xuống dưới và qua dần bên phải. Với mạch tiền khuếch đại dùng 2 transistor liên lạc thẳng, chúng ta có sơ đồ mạch điện sắp xếp như hình trên.

 

 

Bước 5: Sau khi vẽ xong sơ đồ mạch điện, Bạn bắt đầu liên thông với trình PSpice để cho phân tích mạch.

 

 

Trên trang vẽ của OrCAD, và trên thanh công cụ dùng liên thông với trình PSpice. Bạn click vào hình để mở cửa sổ New Simulation, và rồi đặt tên file để Psice cho lưu trữ các kết quả vào file này. Bạn có thể đặt tên bất kỳ, thí dụ: tên kieu-3 (Bạn xem hình), đặt tên xong nhấn phím Create để vào cửa sổ chọn định kiểu phân tích.

 

 

Bước 6: Bạn chọn kiểu dạng phân tích.

 

 

 

PSpice có 4 dạng phân tích mạch, đó là:

 

 

* Phân tích biên độ theo trục thời gian (đó là: Time Domain)  

 

* Phân tích biên dộ theo trục tần số (đó là: AC Sweep/Nise )

* Phân tích theo dạng quét DC (DC Sweep)

* Phân tích phân cực DC. (Bias Point)

 

Trong cửa sổ Simulation Setting có rất nhiều thẻ. Bạn chọn thẻ Analysis và trong cửa sổ Analysis type, Bạn chọn Bias Point, đây là mục cho phân tích điều kiện phân cực DC của mạch. Chọn xong nhấn phím OK để xác nhận.

 

 

 

Bước 7: Sau khi chọn type Bias Point, nhấn phím Run, trình PSpice sẽ cho kết quả trạng thái phân cực của mạch.

 

 

 

 

* Muốn xem điện áp DC có trên các đường mạch, Bạn nhấn phím chữ V.

* Muốn xem cường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân linh kiện, Bạn nhấn phím chữ I.

* Muốn xem công suất tiêu thụ trên các linh kiện, Bạn nhấn phím chữ W.  

 

 

Bạn có thể khảo sát mạch trong một vùng biến đổi rộng của điện áp nguồn nuôi Vcc. Cách làm như sau:

 

 

Muốn tìm ra vùng phân cực tốt, Bạn có thể dùng hàm quét DC. Bạn cho mở cửa sổ Analysis type.

 

Chọn DC Sweep (Voltage source):

Name: V1

 

Chọn trị cho Sweep type:

Start: 0V (cho quét từ mức 0V)

End value: 60V (cho quét đến trị 60V)

Increment: 1V (bước tăng)

 

PSpice sẽ cho quét qua mạch từ trị 0V đến 60V theo bước tăng 1V. Bạn đặt đầu dò lên các đường mạch để xem kết quả với các đường vẽ trên đồ thị.

 

  

 

Khi dùng hàm quét DC, kết quả sẽ cho hiện ra bằng đồ thị. Bạn có thể phóng to hay thu nhỏ các đồ thị, có thể khảo sát đồ thị trong vùng hẹp, vùng rộng. Sử dụng đồ thị sẽ cho Bạn cái nhìn bao quát hơn về cách phân cực của một mạch điện. Bạn sẽ tìm ra vùng phân cực tốt cho mạch khuếch đại, Bạn có thể thấy khả năng phân cực ổn định của mạch tốt nhất là ở vùng nào.

 

 

 

Bạn cho phóng lớn đồ thị để dễ xem và tìm ra vùng mà ở đó;

 

* Mức volt chân C phải cao hơn chân B. Ở mức lưng chừng giữa mức áp nguồn và mức áp chân B.

* Mức volt chân B cao hơn E khoảng 0.6V. Do mối nối BE phải cho phân cực thuận.

 

Thông thường Bạn đặt đầu dò trên các chân C, B và E để xem các mức áp trên các chân này. Một transistor ở vùng khuếch đại khi:

 

Mức áp chân C cao hơn chân B (mối nối CB phải cho phân cực nghịch)

Mức áp chân B cao hơn chân E khoảng 0.6V (mối nối BE phải cho phân cực thuận)

 

Khi chân BE phân cực thuận, từ vùng E sẽ phun ra các hạt tải điện, các hạt tải này vào vùng B và bị hút qua vùng C và chảy ra ở chân C. Chỉ một số ít hạt tải khi vượt qua vùng B bị hiện tượng phúc hợp và sẽ bị cho chảy ra trên chân B.

 

Với cách sắp xếp mức volt như vậy, transistor sẽ làm việc trong vùng khuếch đại.

 

Chúng ta biết: Khi mức volt chân C xuống bằng hay thấp hơn mức volt chân B, transistor đã nằm trong vùng bão hòa và khi mức volt chân B thấp hơn hay bằng mức volt chân E, transistor vào vùng ngưng dẫn. Mà vùng bão hòa hay ngưng dẫn, lúc đó transistor đều đã mất tính khuếch đại.

 

 

 Bước 8: Khảo sát mạch với nguồn tín hiệu dạng sin, tần số 1KHz.

 

 

 

Muốn phân tích mạch ở dạng AC, Bạn phải đưa tín hiệu vào, tín hiệu vào mạch phải qua tụ liên lạc ngả vào C1, và dùng tụ liên lạc ngả ra C2 để đưa tín hiệu lên tải là điện trở R6. Chúng ta biết tụ có dung kháng DC rất lớn, nó không làm thay đổi điều kiện phân cực của mạch. Với tín hiệu tụ có dung kháng nhỏ, nó sẽ cho dòng điện tín hiệu đi qua. Để làm mất tín hiệu trên chân E của Q2 để khử tác dụng hồi tiếp nghịch, chúng ta dùng tụ lọc C3.

 

Muốn xác định các tham số của mạch tiền khuếch đại ráp với Q1, Q2 liên lạc thẳng, chúng ta cho kích thích mạch với nguồn tín hiệu dạng sin, có tần số chuẩn là 1KHz.

 

Bạn vào kho linh kiện, gõ chữ VSIN để lấy nguồn tín hiệu sin ra, gắn vào mạch. Rồi khai báo cho nguồn tín hiệu này:

 

Mức nên: 0V.

Biên độ: 5mV

Tần số: 1KHz

 

 

Bây giờ Bạn mở cửa sổ Simulation Setting, chọn thẻ Analysis và khai báo các điều kiện cho phân tích mạch.

  

 

Trong mục Analysis type, Bạn chọn kiểu phân tích là Time Domain (Kiểu phân tích biên độ của tín hiệu theo trục thời gian t).

 

Trong mục: Run to time. Bạn chọn 10ms. Bạn biết tín hiệu khảo sát có tần số là 1KHz vậy chu kỳ của nó là 1ms. Vậy với độ rộng màn hình là 10ms, Bạn sẽ có thể xem được 10 chu kỳ của tín hiệu.

 

Trong mục: Start saving data after. Bạn chọn 0, nghĩa là xem từ gốc tọa độ 0, Bạn muốn xem cả giai đoạn quá độ của mạch nên không bỏ đoạn đầu.

 

Trong mục: Maximum step size. Bạn chọn 0.01ms, nghĩa là trong 1ms Bạn yêu cầu cho tính 100 điểm để vẽ ra đồ thị với độ nét tốt. Chọn số điểm ít hình vẽ ra sẽ thô.

 

Chọn xong nhấn OK để xác nhận và kết đó nhấn nút RUN để chạy trình PSpice.

 

 

 

 

Sau khi trình PSpice đã phân tích xong. Bạn dùng các ống dò (lấy trên thanh công cụ của PSpice) cho gắn vào các đường mạch để xem tín hiệu.

 

Trên đồ thị của PSpice, các tín hiệu có thể xem chung trên một thang chia hay xem trên từng phần thang chia phân biệt, Có thể cho thay màu đồ thị, cho ghi chú… .

 

Nhìn vào các tín hiệu này, Bạn phải nói lên được các đặc tính của mạch điện, như:

 

* Tín hiệu ra có bị méo không?

* Độ lợi của mạch là bao nhiêu?

* Tín hiệu ngả vào ngả ra cùng pha hay đảo pha?

* Biên độ tín hiệu ra có dùng hết mức nguồn nuôi chưa?

* Với các phép tính Bạn còn xác định được trở kháng ngả vào, ngả ra

* ….

 

Bạn còn có thể dùng ống dò Watt để xác định công suất của tín hiệu trên tải, công suất tiêu tán trên các linh kiện trong mạch, như các điện trở, transistor…

 

 

 

Thường để xác định mức biên độ lớn nhất của tín hiệu ngả vào mà tín hiệu ngả ra tương ứng sẽ bắt đầu bị méo. Bạn cho tăng biên độ của tín hiệu ngả vào, đến một lúc, Bạn sẽ phát hiện tín hiệu ngả ra bị méo. Trong thí dụ ở đây, tôi tăng biên độ tín hiệu lên 20mV thì tín hiệu ngả ra đã bị vuông hóa tức méo trầm trọng. Bạn có thể khảo sát dạng méo của tín hiệu bằng cách chuyển đồ thị theo trục t qua đồ thị Fourier theo trục f.

 

Chúng ta biết, ở đồ thị Fourier, trục hoành lấy theo tần số, một tín hiệu thuần sin, nó sẽ chỉ xuất hiện với 1 vạch ngay tại tần số của tín hiệu khảo sát. Nếu một tín hiệu phi sin (tín hiệu bị méo đã không còn ở dạng sin nữa) thì nó sẽ cho xuất hiện nhiều vạch hơn chung quanh vạch chính, đó là các tín hiệu hài của tín hiệu khảo sát.

 

 

Hình trên cho thấy, chúng ta dùng đồ thị Fourier để phân tích các tín hiệu dạng sin.

 

* Một tín hiệu thuần sin, trên đồ thị Fourier chỉ hiện ra một vạch duy nhất.

* Một tín hiệu phi sin, trên đồ thị Fourier hiện ra nhiều vạch hơn, đó là các tín hiệu hài.

 

 

 

Bước 9: Khảo sát mạch dùng đồ thị đường cong biên tần và pha tần.

 

 

Dùng cách khảo sát mạch theo dạng đường cong biên tần để biết dãy tần làm việc của mạch. Từ đường cong này Bạn biết được ở tần số nào, mạch cho độ lợi là bao nhiêu.  

 

 

 

Muốn khảo sát đường cong biên tần, Bạn vào thư viện của OrCAD để lấy nguồn tín hiệu dạng sin (Bạn gõ chữ VAC), nguồn tín hiệu này có biên độ mặc định là 1V, và đưa tín hiệu này vào mạch khuếch đại, lúc này mạch khuếch đại đã tuyến tính hóa (nên không đặt vấn đề méo nữa và chịu giới hạn của mức nguồi nuôi) và tùy theo độ lợi của mạch mà biên độ ở ngả ra sẽ được cho nhân lên với 1V. PSpice sẽ cho tính rất nhiều điểm tương ứng với các tần số khác nhau và vẽ ra đồ thị đường cong biên tần.  

 

 

 

Hình vẽ trên mô tả các cách khai báo các tham số dùng để phân tích mạch điện theo kiểu dạng đường cong biên tần, pha tần. Bạn chọn Analysis type là AC Sweep/Noise. Ở các mục tần số quét. Bạn có thể chọn tần số quét khởi đầu là 10Hz và tần số quét kết thúc là 1Meg (với số triệu, Bạn phải viết Meg PSpice mới chấp nhận) và cứ trong một bước 10 thì tính 100 điểm. Khi khai báo xong, Bạn nhấn phím xác nhận OK. Và khi trở ra trang vẽ Capture CIS thì nhấn phím RUN để chạy PSpice.

 

 

 

 

Hình trên đây cho thấy kết quả phân tích của PSpice trên mạch khuếch đại 2 transistor liên lạc thẳng. Chúng ta thấy dãy tần làm việc của mạch bao phủ dãy tần tín hiệu âm thanh. Với kết quả này, có thể nói mạch khuếch đại của chúng ta đã làm việc tốt trong mạch âm thanh.

 

 

 

Chúng ta thử dùng tụ nhỏ C4 (có trị 120pF) tạo tác dụng hồi tiếp nghịch trên chân C và B của Q2. Và kết quả phân tích của trình PSpice cho thấy dãy tần làm việc của mạch đã bị thu hẹp, hình vẽ cho thấy dãy tần làm việc chỉ còn khoảng 1KHz.

 

Trong thực tế, Bạn điều chỉnh trị của tụ C4 để có dãy thông tần phù hợp với dãy tần của tín hiệu âm thanh.

 

 

 

 

Các dạng khảo sát khác...

 

 

(1) Khảo sát các mạch lọc tín hiệu kinh điển.

 

Trước hết hãy nhắc lại các hệ thức cần nhớ về 3 linh kiện thụ động cơ bản, đó là: Điện trở R, cuộn cảm L và tụ điện C.

 

 

Trong bảng cho thấy:

 

* Tụ điện có dung kháng tính theo ohm, có sức cản dòng tỷ lệ nghịch với tần số f.

* Cuộn cảm có cảm kháng tính theo ohm, có sức cản dòng tỷ lệ thuận với tần số f.

* Điện tở R có sức cản dòng không phụ thuộc vào tần số f.

 

Với các hệ thức tính dung kháng của tụ C, cảm kháng của cuộn cảm L, chúng ta có thể nói:

 

* Dòng điện có tần số càng cao càng dễ qua tụ điện và càng khó qua ống dây.

* Dòng điện có tần số càng thấp càng khó qua tụ điện và càng dể qua ống dây.

 

Do vậy, nếu nói cực đoan hơn mà không sai thì:

 

* Với nguồn DC có tần số f=0 thì tụ tác dụng như làm hở mạch và cuộn dây tác dụng như ngắn mạch.

* Với nguồn AC có tần số f đủ cao thì tụ điện xem như ngắn mạch và cuộn dây xem như hở mạch

.

 

Từ các đặc tính này của C và L, mà người ta dùng các tụ điện và các cuộn dây trong các mạch lọc lấy lọc bỏ các tín hiệu theo tần số.

 

 

 

Trong các mạch điện tử, người ta dùng các mạch lọc tần kinh điền như các hình sau:

 

* Mạch lọc tần thấp (LPF): Mạch này chỉ cho các tín hiệu tần số thấp đi qua, chắn các tín hiệu tần số cao.

 

* Mạch lọc tần cao (HPF): Mạch này chỉ cho các tín hiệu tần số cao đi qua, chắn các tín hiệu tần số thấp.

 

* Mạch lọc dãy thông (BPF): Mạch lọc dãy thông, chỉ cho tín hiệu nằm trong một dãy tần đi qua và chắn các tín hiệu tần số thấp và tần số cao.

 

Mạch lọc dãy chắn (uBPF): Mạch lọc dãy chắn, chỉ cho tín hiệu tần thấp và tần cao đi qua, nó chắn tín hiệu nằm trong dãy tần qui định không cho qua.

 

 

 

 

Kết quả phân tích PSpice của mạch lọc thấp qua. Nhìn đường cong biên tần chúng ta thấy các tín hiệu vùng tần cao bị nén biên. Khi tín hiệu qua mạch lọc R-C, nó thay đổi biên độ và lệch pha, mạch lọc thấp qua có tác dụng làm trễ pha.

 

 

 

Kết quả phân tích PSpice của mạch lọc cao qua. Nhìn đường cong biên tần chúng ta thấy các tín hiệu vùng tần thấp bị nén biên. Khi tín hiệu qua mạch lọc R-C, nó thay đổi biên độ và lệch pha, mạch lọc thấp qua có tác dụng làm sớm pha.

 

 

Kết quả phân tích PSpice của mạch lọc dãy qua (còn gọi là mạch lọc cầu Wien). Nhìn đường cong biên tần hình chuông úp, chúng ta thấy các tín hiệu nằm trong dãy tần cho qua. Các tín hiệu vùng tần cao và tần thấp đều bị nén biên.

 

 

 

 

 Kết quả phân tích PSpice của mạch lọc dãy chắn (còn gọi là mạch lọc 2 chữ T). Nhìn đường cong biên tần hình chuông ngữa, chúng ta thấy các tín hiệu nằm trong dãy tần giữa đã bị lọc không cho qua. Các tín hiệu vùng tần cao và tần thấp đều cho qua với biên cao.

 

 

(2) Khảo sát họ các đường cong ngả ra của transistor nhị cực và dùng kết quả này trong thiết kế mạch khuếch đại.

 

 

PSpice có thể giúp Bạn khảo sát đặc tính của các linh kiện. Ở đây, chúng ta sẽ dùng PSpice, với kiểu phân tích DC Sweep để khảo sát đặc tính ngả ra của các transistor.

 

 

 

Bạn vào thư viện của OrCAD và lấy ra một transistor quen thuộc, đó là 2SC1815 (Bạn xem hình). Trên trang vẽ của trình Capture CIS, Bạn dùng nguồn V1 cấp áp cho chân C để tạo dòng điện IC và dùng nguồn V2 với điện trở hạn dòng 47K để tạo ra dòng điện IB.

 

 

 

Cách khai báo dùng 2 nguồn quét:

 

Trước hết khai báo nguồn quét sơ cấp (Primary Sweep) là V1. Cách khai báo như hình trên.

 

 

 

 Kế đó khai báo nguồn quét thứ cấp (Secondary Sweep) là V2. cách khai báo như hình trên.

 

 

 

 Kết quả phân tích của PSpice cho thấy họ các đường cong ngả ra của transistor 2SC1815. Từ các đường cong này cho thấy, ứng với một dòng điện IB, trên một đường cong của nó, chúng ta thấy sự biến đổi của IC và định áp VCE.

 

Khi tăng dòng IB thì dòng IC tăng theo và định áp VCE sẽ giảm và ngược lại. Khi VCE xuống gần bằng 0V, transistor vào vùng bão hòa và khi VCE gần bằng Vcc thì transistor vào vùng ngưng dẫn

 

 

 

Bạn hãy khảo sát tính khuếch đại của một transistor bằng cách đặt đường tải điện RL lên họ các đường cong ngả ra của trnsistor. Hình vẽ cho thấy:

 

* Khi đường tải là 2000 ohm (2K), chúng ta có đường tải màu đỏ.

* Khi đường tải là 680 ohm, chúng ta có đường tải màu xanh.

 

Trên họ các đường cong ngả ra, chúng ta thấy có 3 vùng hoạt động. Đó là: Vùng khuếch đại, vùng bão hòa và vùng ngưng dẫn.

 

 

(3) Khảo sát  điều kiện để có phối hợp đúng trở kháng, từ đó xác định trở kháng ngả vào ngả ra của các mạch khuếch đại.

 

 

Tạo một mạch điện mẫu, gồm nguồn và điện trở R1 (dùng làm nội trở của nguồn) và tải là điện trở R2. Khai báo tải R2 là biến RL. (Bạn xem cách khai báo một biến của trình PSpice)

 

 

 

Thiết lập biến mới trong trang quản lý điện trở R2. Cho R2 trị mặc định là 1K.

 

 

 

Cách cho hiện trị mặc định RL (1K) trên trang vẽ sơ đồ mạch điện.

 

 

 

Khai báo dạng phân tích mạch, dùng kiểu quét Parameter Sweep.

 

 

 

Khai báo các tham số của biến RL.

 

 

 

Sau khi chạy trình PSpice, khi làm xong, Bạn thấy thông báo sau. Chọn All và OK để cho hiện tất cả các tính toán đã có trên đồ thị.

 

 

 

Bây giờ Bạn chọn mục Trace, trong cửa sổ bung ra chọn mục Performance Analysis...

 

 

 

PSpice sẽ dùng giao thức có sẵn (Wizard) để Bạn dễ dàng xử dụng các hàm đặc biệt.

 

 

 

Bạn làm theo các chỉ dẫn của giao thức, chọn hàm Max để tìm trị cực đại.

 

 

 

Chọn xong nhấn phím Next và chuyển qua chọn biến mà Bạn muốn tìm cực trị.

 

 

Bảng liệt kê các biến của sơ đồ mạch điện mà Bạn có thể xem. Ở đây, Bạn chọn biết W(R2), nó là biến tính công suất trên điện trở R2. 

 

 

 

Bạn chọn xong biết W(R2) mà Bạn muốn PSpice giúp Bạn tìm cực trị của nó.

 

 

 

Chọn xong nhấn phím Next. PSpice sẽ chuyển qua toán thuật tính cực trị từ các đường tín hiệu mà Bạn đã phân tích trước đó.

 

 

 

Kết quả chúng ta có đường cong có một cực đại, nó cho thấy quan hệ giữa công suất Watt và trị điện trở của R2. Cho mở con trỏ để xác định nhanh điểm cực đại.

 

 

Bạn thấy gì trên đường cong cho thấy quan hệ giữa Watt và R2?

 

Chúng ta thấy chỉ khi R2 = R1 (bằng 1K) thì công suất lấy được trên R2 mới lớn nhất. Chúng ta sẽ dùng phương pháp này để tính trở kháng ngả vào và ngả ra của các mạch tăng âm. Phương pháp này vựa vào nguyên tắt là khi nội trở ngả ra của mạch tăng âm bằng trở kháng của Loa, lúc đó công suất tính được trên Loa sẽ lớn nhất.

 

(chúng ta sẽ còn dùng cách tính này cho công việc phân tích các mạch tăng âm công suất lớn, sẽ trình bày ở phần tiếp theo...).

 

 

 

Thử dùng PSpice phân tích các mạch tăng âm máy hiệu.

 

 

Ngày nay, trên các trang  Web điện tử, Bạn dễ dàng tìm ra vô số các sơ đồ mạch tăng âm công suất lớn, các sơ đồ này có đáng tin không? Nó có hoạt động đúng như phần giới thiệu không? Nếu muốn ráp theo sơ đồ này, chúng ta có thể cải tiến ở phần nào? Đó là vấn đề chúng ta sẽ bàn trong mục này.

 

Chúng ta sẽ vào trang Web sau và thử phân tích một sơ đồ mà trang Web này giới thiệu. 

 

 

 

Sơ đồ được dùng làm một thí dụ.Chúng ta sẽ dùng trình PSpice để phân tích sơ đồ này.

 

 

 

 

Trước hết hãy vẽ lại sơ đồ mạch điện trên vào trang vẽ của Capture CIS và chọn trị số cho các linh kiện, sau đó chúng ta làm các công việc sau:

 

* Xác định điều kiện phân cực DC của mạch, khi điều kiện phân cực đã tốt, thì...

* Chuyển qua phân tích mạch với tín hiệu dạng sin, tần số 1KHz, tính công suất ra loa và tìm trở kháng ngả ra, trở kháng ngả vào.

* Xác định dãy tần làm việc của mạch.

* Sau cùng cho nhận xét và đưa ra hướng cải tiến mạch.

 

  

 

 

 

Khi lấy phân cực DC, Bạn chú ý mức volt trung điểm, mức áp này phải bằng nửa mức áp nguồn nuôi. Với mạch này nguồn nuôi là 50V thì mức áp trung điểm phải là 25V.

 

 - Nếu mức áp trung điểm qua thấp (so với mức 25V) là do Q2 dẫn điện quá mạnh, Bạn làm cho Q2 dẫn yếu bằng cách cho tăng trị của R2 hay giảm trị của R1.

 

 

- Nếu mức áp trung điểm cao hơn 25V là do Q2 dẫn điện yếu, làm cho Q2 dẫn điện mạnh bằng cách giảm R2 hay tăng R1.       

 

 

Ngả ra phải cho đặt ở mức volt trung điểm, vì sao? Vì chỉ có như vậy, khi biên độ ra tăng lên nó sẽ tăng từ mức 25V, tăng lên đến mức 50V và khi biên độ ra giảm, nó sẽ từ mức 25V giảm xuống mức 0V. Tóm lại, mức volt trung điểm phải bằng nửa mức áp của nguồn nuôi.

 

 

Khi xem dòng phân cực trên mạch điện, Bạn hãy chú ý dòng làm việc của Q1, dòng này thường trên dưới 1mA là được.

 

Dòng làm việc của Q2 thường trên dưới 10mA. Q2 cho làm việc theo kiểu khuếch đại công suất nhỏ hạng A.

 

Các transistor kéo đẩy, các transistor công suất lớn có dòng phân cực rất nhỏ, vì nó được cho phân cực làm việc ở hạng B, nên bình thường nó không dẫn điện.

 

Người ta dùng kiểu khuếch đại hạng B là để lấy hiệu suất lớn, hiệu suất của mạch này có thể lên đến 78%. Nghĩa là Bạn cấp cho mạch công suất nuôi là 100 Watt thì Bạn có thể lấy ra công suất tín hiệu 78 Watt trên loa (còn lại 22 Watt đốt nóng mạch, nhất là đốt nóng 2 transistor công suất).

 

 

Trong mạch:

 

* Q1 dùng làm tầng khuếch đại ngả vào (pre-amp), transistor này Bạn cho làm việc với dòng phân cực nhỏ (trên dưới 1mA). Mạch dùng 2 điện trở R1(100K) - R2 (100K) để cấp dòng phân cực DC và đường nguồn cấp cho tầng khuếch đại đầu với R3 (22K) là điện trở giảm áp và C2 (220uF) là tụ lọc nguồn. Trên chân E có điện trở định dòng R5 (4.7K), tụ C6 (100uF) và điện trở R18 (180) là mạch định hệ số hồi tiếp nghịch. Tín hiệu đưa vào chân B qua tụ liên lạc C1 (10uF).

 

Chú ý:

 

 

- Trở kháng ngả vào phụ thuộc và trị của R1 và R2, nên 2 điện trở này không nên chọn trị quá nhỏ, sẽ gây nặng tải lên các tầng trước, cũng không nên chọn trị quá lớn vì điều này làm cho phân cực không ổn định.  

 

 

 

- Với mạch khuếch đại có đường hồi tiếp nghịch, độ lợi của mạch hầu như phụ thuộc vào mạch hồi tiếp. Ở đây độ lợi của mạch tính theo tỷ số của R5 trên R18. Vậy nếu giảm R18 là tạo hồi tiếp nghịch yếu, độ lợi của mạch sẽ tăng cao và ngược lại nếu tăng R18 thì độ lợi của mạch sẽ giảm thấp.     

 

 

* Q2 là tầng khuếch đại thúc (Driver), cho phân cực với dòng làm việc đủ lớn (trên dưới 10mA) và transistor này làm việc theo kiểu mạch khuếch đại công suất nhỏ hạng A. Chân B của Q2 cho ghép thẳng vào chân C của Q1, nhờ vậy mạch có đáp ứng ở vùng tần số thấp rất tốt (tốt hơn kiều liên lạc qua tụ), R4 (2.2K) dùng làm tăng hệ số ổn định nhiệt cho Q2 (vì qua R4 nó cho thoát dòng hạt tải thiểu trong transistor).

 

- Trên chân C có 2 điện trở định áp là R6 (1K), R7 (1.8K), ở đây 2 điện trở này còn có tác dụng định dòng (dòng làm việc của Q2). Mức áp ngả ra luôn phải được điều chỉnh ở mức áp trung điểm (bằng nửa mức áp nguồn nuôi) và mức áp này cũng phụ thuộc vào R6, R7.

 

- C3 (47uF) là tụ hồi tiếp tự cử, nhầm làm cân bằng biên độ tín hiệu ngả ra khi biên độ tín hiệu ra có biên lớn, Bạn không dùng tụ C3, biên độ tín hiệu ra không thể lên cao bằng mức nguồn nuôi, trong khi đó nó có thể xuống đến mức 0V, như vậy là biên độ ra không cân  .

 

- Transistor Q7 với các điện trở R8 (1.5K), R9 (1K) và R10 (1.5K) dùng lấy áp DC cấp phân cực cho các transistor ở tầng công suất, nó tránh hiện tượng làm méo tại giao điểm của tín hiệu ra mỗi khi tín hiệu làm việc ở biên nhỏ (Trong các mạch điện đơn giản hơn người ta thường dùng các diode lấy áp phân cực cho các tầng kéo đẩy). Chúng ta biết ở mối nối BE của các transistor có rào áp, với transistor loại Silicon, rào áp thường là 0.5V, điện áp vào không cao hơn mức áp này, transistor sẽ không dẫn điện và chính nó tạo ra dạng méo tại giao điểm của tín hiệu.

 

 

- C5 (22pF) là tụ rất nhỏ, nó dùng tạo hồi tiếp nghịch ở vùng tần cao, tránh mạch không phát sinh dao động tự kích. C5 có tác dụng nén biên vùng tần số cao của dãy tần làm việc của mạch tăng âm.    

 

 

* Tầng kéo đẩy dùng Q3 (2SC2383) và Q4 (2SA1013), đây là 2 transistor hổ bổ nên có thể dùng làm tầng khuếch đại kéo đầy mà tín hiệu ra vẫn có biên độ cân bằng. Để tăng công suất ngả ra, mạch dùng 2 transistor công suất lớn là Q5 (2N3055) và Q6 (2N3055). Q5 cho ghép phức hợp với Q3 và Q6 cho ghép phức hợp với Q4.

 

- 2 transistor ghép phức hợp còn gọi là ghép darlington, nó cho hệ số khuếch đại dòng rất lớn, nhưng độ ổn định nhiệt lại kém, do vậy người ta phải dùng R11 (330) và R12 (cũng 330) để tăng hệ số ổn định nhiệt. R13 (10) và R14 (10) dùng làm tăng trở kháng tạo nhẹ tải cho tầng Q3, Q4. R15 (0.22) và R16 (0.22) làm cân bằng dòng điện kéo đẩy qua 2 transistor công suất Q5, Q6. 2 transistor Q5, Q6 có kiểu chân TO3, phải cho gắn trên miếng nhôm lớn dùng để giải nhiệt.

 

 

Ghi chú: Đúng ta R16 đặt ở chân E của Q6, như vì muốn làm cân bằng trở kháng vào của 2 tầng kéo đẩy, nên người ta cho dời R6 lên chân E của Q4. Như vậy nếu ở tầng kéo đẩy trên nhìn vào thấy có R15 trên chân E của Q5 thì ở tầng khuếch đại dưới Bạn nhìn vào cũng thấy có R16 trên chân E của Q4.      

 

 

- C4 (2200uF) dùng cấp dòng điện kéo đẩy lớn cho loa, do loa có trở kháng quá nhỏ nên tụ C4 phải lấy trị điện dung lớn.

 

- C7 (0.1uF) và R19 (10) là mạch lọc zobel, nó dùng giữ cho trở kháng của loa không thay đổi ở vùng tần số cao. Chúng ta biết, trong loa có thành phần cuộn cảm nên khi loa làm việc ở vùng tần số cao, trở kháng của loa sẽ tăng và gây ra hiện tượng méo công suất. Khi mạch làm việc ở vùng tần cao, nội trở của tụ C7 sẽ nhỏ và lúc này R19 (10) sẽ mắc song song với loa để giữ cho trở kháng toàn phần không tăng.

 

 

 

 

Để biết mạch có hoạt động tốt hay không, Bạn cho kích thích mạch với nguồn tín hiệu dạng sin, có tần số là 1KHz (tất cả các tham số của mạch tăng âm đều lấy tần số 1KHz để tính). Kết quả phân tích cho thấy (xem các hình trên đồ thị):

 

- Khi chúng ta cho tín hiệu dạng sin vào. Tín hiệu ra ra cũng có dạng sin, vậy mạch khuếch đại này không làm méo tín hiệu. Khi biên độ tín hiệu vào ở mức 0.8V thì biên độ tín hiệu ngả ra đã lên xuống gần mức +/- 25V. Tín hiệu ra có dạng cân bằng tốt, đó là do tác dụng của tụ tự cử.

 

- Chúng ta cũng khảo sát công suất của loa. Ở đây thể hiện công suất AC và công suất trung bình. Khi công bố công suất của một mạch tăng âm, chúng ta công bố công suất trung bình. Hình vẽ cho thấy với loa 8 ohm, nguồn nuôi 50V, công suất trung bình là khoảng 33 watt.

 

- Chúng ta cũng chú ý đến công suất đốt nóng transistor. Do mạch dùng kiểu kéo đẩy, nên khi transistor trên dẫn thì transistor dưới tắt và ngược lại, khi transistor dưới dẫn thì transistor trên tắt. Điều này sẽ không làm cho các transistor quá nóng. Các transistor công suất luôn phải có bộ phận giải nhiệt dùng để làm nguội, transistor là linh kiện bán dẫn, nó chỉ hoạt động tốt ở điều kiện nhiệt độ không quá nóng, nếu quá transistor nóng, số lượng dòng hạt tải thiểu tăng mạnh, transistor sẽ mất tính khuếch đại.

 

 

 

Đến đây, chúng ta sẽ khảo sát điều kiện để mạch tăng âm cho ra công suất lớn nhất. Chúng ta biết chỉ khi trở kháng của loa bằng với nội trở của mạch tăng âm thì lúc đó, mạch tăng âm mới cho công suất ra lớn nhất. Vậy làm sao biết được nội trở của mạch tăng âm? Bạn dùng cách phân tích theo trị biến, đặt trị của loa là {RL} và cho chạy PSpice với biến RL, PSpice sẽ giúp Bạn tìm ra nội trở của mạch tăng âm. Kết quả cho thấy, với mạch điện này, nếu Bạn dùng loa 0.7 ohm Bạn sẽ lấy được công suất ra là 262 Watt (công suất AC). Bây giờ Bạn có thể tập trung phân tích mạch tăng âm này chung quang trở kháng của loa là 0.7 ohm.

 

Chú ý: Khi trở kháng của loa nhỏ, và Bạn dùng loa có trở kháng là 0.7 ohm thì các điện trở cân bằng dòng kéo đẩy trên chân E của các transistor công suất cũng phải lấy nhỏ lại, vì nếu không, công suất ra sẽ mất quá nhiều trên các điện trở này.

 

Có Bạn hỏi làm sao có loa có trở kháng nhỏ? Khó gì, chúng ta sẽ cho các loa mắc song song. Khi Bạn lấy 4 loa giống nhau, loa 4 ohm và 20W, cho mắc song song Bạn sẽ có loa 1 ohm và công suất là 80 Watt.

 

 

 

Bây giờ để biết dãy tần làm việc của mạch tăng âm này, chúng ta sẽ chạy PSpice cho khảo sát theo dạng đường cong biên tần. Kết quả cho thấy, khi dùng tụ hồi tiếp C5 nhỏ (22pF) thì dãy tần làm việc của mạch quá rộng, vùng tần số cao vượt quá 30KHz rất xa, điều này khiến cho mạch tăng âm không ổn định, nó dễ bị dao động tự kích ở vùng tần số cao, khi để xẩy ra hiện tượng này, các transistor công suất rất nóng mà ở loa không nghe tiếng, và transistor rất dễ bị hõng (mà nhiều khi không kịp biết lý do).

 

Chúng ta biết với mạch tăng âm chỉ cần có dãy tần làm việc trong khoảng từ 10Hz đến 30.000Hz là đủ, để làm thu hẹp dãy tần làm việc, nhất là đối với các tín hiệu ở vùng tần số cao, chúng ta cho tăng trị của tụ C5. Khi lấy trị của tụ C5 = 100pF thì dãy tần làm việc đã đúng yếu cầu của mạch. Nếu Bạn lấy trị C5 quá lớn mạch tăng âm sẽ mất tiếng bỗng (chúng ta quen nói là thiếu treble).

 

 

 

Với tất cả mạch tăng âm Bạn còn cần phải biết trở kháng ngả vào để cho phối hợp với các nguồn âm một cách hiệu quả nhất, lúc đó công suất vào mạch tăng âm sẽ lớn nhất.

 

Để tính trở kháng ngả vào, Bạn gắn vào mạch một điện trở nối tiếp R26 (Bạn xem hình) và đặt nó là một biến {Rin} và sẽ dùng cách phân tích theo hàm biến để tìm ra trị công suất lớn nhất trên điện trở này, chúng ta biết chỉ khi trị của Rin bằng trị trở kháng ngả vào của mạch tăng âm thì lúc đó công suất trên R26 mới cực đại. Dùng cách này qua kết quả trên đường cong có cực trị, chúng ta thấy trở kháng ngả vào của mạch tăng âm này là 50K, nó chính là trị của 2 điện trở R1 (100K) và R2 (100K) cho mắc song song, điều này nói lên ngả vào của transistor Q1 với điện trở phản ánh từ chân E vào chân B là rất lớn nên hầu như không có tác động vào trở kháng ngả vào, đó cũng là đặc điểm của kiều mạch khuếch đại này vậy.

 

 

PSpice trong OrCAD đã gúp chúng ta hiểu khá rõ về mạch tăng âm này, Bạn thấy có thích không?

 

Hỏi Bạn: Bạn có thấy cần phải cải tiến mạch này không? Mạch có chổ cần bổ xung không? Nếu tăng nguồn lên 80V thì liệu mạch này có chạy được không?... Nói chung nếu Bạn đã từng ráp mạch tăng âm thì ít nhiều Bạn cũng sẽ có ý kiến bổ xung và để làm cho mạch càng tốt hơn, đó là vấn đề chúng ta sẽ bàn tiếp ở ngay phần sau đây.

 

 

 

Mạch này được cải biên từ sơ đồ mạch điện trên (lấy từ trang Web), chỉ có điểm khác với sơ đồ trên là chúng ta thêm diode D2 trên chân E của Q4 và dùng điện trở R16 (1 ohm) để làm cân bằng trở kháng ngả vào của tầng kéo đẩy, và cho mắc song song các transistor công suất Q5, Q7 và Q6 với Q9 để giàm sức nóng trên các transistor công suất. Khi cho các transistor công suất mắc song song, Bạn nhớ trên các chân E phải gắn điện trở nhỏ dùng làm cân bằng các dòng điện qua các transistor này, tránh dòng dồn qua các transistor có nội trở nhỏ. Với mạch này, chúng ta sẽ cho mạch tăng âm chạy với mức nguồn nuôi là 80V.

 

Phần sau chúng ta sẽ dùng trình PSpice để phân tích mạch điện này.

 

 

Chạy phần mềm PSpice, cho phân tích mạch theo kiểu Bias Points, chúng ta có kết quả như hình vẽ trên. Ghi nhận: Với nguồn nuôi là 80V, mức áp trung điểm là 39.92V, rất gần mức 40V. Vậy đã lấy được điện áp trung điểm. Mức áp trên chân CE của Q7 là 41.07V – 38.74V, mức áp này dùng sửa méo tại giao điểm của tín hiệu gây ra do rào áp của các transistor ở tầng công suất. Qua các điện áp phân cực như hình trên, điện áp trên các chân BE của các transistor ở tầng kéo đẩy, cho thấy các transistor này được cho gần trạng thái ngưng dẫn. Tóm lại, với cách phân cực này, mạch sẽ hoạt động tốt.

 

 

 

 

Kết quả phân tích Bias Points cũng cho thấy dòng chảy vào chảy ra trên các chân của các linh kiện. Theo hình trên chúng ta thấy:

 

* Dòng làm việc của Q1 (tầng khuếch đại ngả vào) là 437.4uA là được.

 

 

* Dòng làm việc của Q2 (tầng thúc) là 13.91mA cũng đủ.   

 

* Dòng điện toàn phần 40.93mA tuy hơi lớn, nhưng tín hiệu sẽ ít bị méo hơn. Nguyên dò dòng tĩnh của mạch tăng âm lớn là do chúng ta đã chỉnh biến trở R9 (set=0.3), và làm tăng mức áp VCE của Q7.

 

Nói chung, với dòng phân cực như hình trên là tốt.

 

 

 

 

Dùng kiểu phân tích Time Domain, chúng ta có các kết quả như hình trên, hình này cho thấy:

 

* Tín hiệu vào và tín hiệu ra giống nhau, nghĩa là mạch không làm méo tín hiệu.

* Biên độ tín hiệu ra lên xuống trong phạm vi 80V, mạch khai thác hết mức áp nguồn nuôi khi tín hiệu vào khoảng 1V.

* Công suất ra trên 100W với trở kháng của loa là 4 ohm.

* Chúng ta cũng nhìn thấy công suất đốt nóng các transistor 2N3055 từ đó chọn dùng kích cở miếng nhôm giải nhiệt..

* Với tín hiệu ngả vào ngả ra như trên, độ lợi của mạch tăng âm này khoảng 40 lần.

 

 

 

PSpice cũng tính được trở kháng của loa sao cho công suất lấy ra trên loa lớn nhất. Kết quả phân tích cho thấy: Khi mạch dùng loa 1.1 ohm, thì công suất xoay chiều ra loa sẽ là 734 Watt.

 

 

 

PSpice tính dãy tần làm việc của mạch tăng âm trên và biểu diễn bằng đường cong pha tần và biên tần. Với kết quả này, chúng ta thấy mạch tăng âm trên làm việc tốt trong dãy tần của tín hiệu âm thanh.

 

 

 

Tôi dùng PSpice để chứng minh tác dụng của tụ tự cử. Khi biên độ tín hiệu vào mạch lớn.

 

* Nếu mạch không có tụ tự cử, biên độ tín hiệu ra ứng với phần lên sẽ không lên đến mức nguồn, ứng với phần xuống, thì nó xuống đến 0V. Do vậy biên độ tín hiệu ngả ra không cân bằng.

 

* Nếu mạch có dùng tụ tự cử thì mức áp trên chân B của Q3 sẽ lên cao hơn mức nguồn nuôi, điều này cho phép mức áp ra tăng lên đến mức nguồn nuôi và như vậy tín hiệu ra sẽ có dạng cân bằng.

 

 

 

Kết quả cho thấy khi mạch tăng âm có dùng tụ tự cử C3, chân B của Q3 có thể lên cao hơn mức 100V (cao hơn mức nguồn nuôi), điều này cho phép tín hiệu ngả ra có thể lên cao đến gần mức nguồn nuôi.

 

 

 

 

 

Tôi dùng PSpice để chứng minh tác dụng của mạch phân cực tạo bởi Q7. Mức áp VCE của Q7 dùng cấp phân cực cho các transistor ở tầng kéo đẩy, nó nhầm tránh ảnh hưởng gây ra do rào áp ở ngả vào của các transistor và có tác dụng sửa méo tại giao điểm của tín hiệu ra.   

 

 

* Nếu bỏ tác dụng của transistor Q7, khi tín hiệu vào ở mức biên nhỏ, lúc đó tín hiệu ra sẽ bị méo tại giao điểm như hình vẽ.

 

* Nếu dùng Q7 cấp phân cực cho các mối nối BE của các transistor ở tầng thúc, tín hiệu ra sẽ không còn bị méo nữa (Bạn xem hình).

 

 

 

Khi các mối nối BE của các transistor ở tầng kéo đẩy có phân cực, tín hiệu ra đã không còn bị méo tại giao điểm nữa.

 

 

Tạm kết

 

Thiết kế các mạch tăng âm vốn là một đề tài rất lớn, rất rộng, rất xâu, trong một bài viết thì không thể trình bày đầy đủ hết ý được. Viết đến đây, tôi ngồi đọc lại thấy bài viết đã quá dài nó sẽ khiến Bạn đọc thấy ngán, do vậy tôi tạm gác lại và sẽ viết tiếp trong một diệp khác. Bây giờ chúng ta sẽ chọn đề tài khác, giống như thay đổi món ăn để tránh nhàm chán, mong Bạn hưởng ứng. Người soạn: VKH

 

 

 

Bạn có thể tham khảo thêm các bài viết của VKH:

 

* Chủ đề 1(18): Cơ bản điện tử, môn học non trẻ hiện đại.

 

 * Bạn tự ráp máy tăng âm với ic lai họ STK4392 của hãng Sanyo

 

 * Bạn tự ráp mạch tăng âm với ic TDA2005 của hãng Phillips

 

* OrCAD với PSpice, một phần mềm dân điện tử không thể không biết

 

* Bạn có muốn trở thành chuyên viên ngành điện tử không? Bài 1: Làm quen với các khái niệm quan trọng của môn điện tử học.

 

 

Người soạnmời Bạn vào xem...

 

Và cũng với câu nhắn quen thuộc là...