Tài liệu Đề án tốt nghiệp-thiết kế máy thu radio am

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: Thiết kế máy thu radio AM Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Minh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Tuấn Lớp : 46k, Điện tử - Viễn thông Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh Vinh, 2009 Môc lôc Më ®Çu......................................................................................3 Ch¬ng 1: Tæng quan ®Ò tµi ...........................................4 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 kh¸i niÖm chung vÒ thu radio.......................................4 Kh¸i niÖm............................................................................4 §iÒu chÕ tÝn hiÖu radio......................................................4 Sö dông tÇn sè trung tÇn trong m¸y thu thanh...................4 Ph©n lo¹i m¸y thu Radio vµ s¬ ®å khèi cña m¸y thu.........5 ThiÕt kÕ m¸y thu Radio AM.................................................6 Lý thuyÕt vÒ m¸y thu radio AM....................................6 M¹ch céng hëng tÇn sè........................................................6 M¸y biÕn ¸p.........................................................................7 M¹ch khuÕch ®¹i...............................................................10 M¹ch dao ®éng ba ®iÓm..................................................19 M¹ch trén tÇn.....................................................................20 M¹ch t¸ch sãng..................................................................21 Ch¬ng 2: Ph©n tÝch, thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n ...........24 3 S¬ ®å khèi cña m¸y thu radio AM................................24 4 S¬ ®å m¹ch thùc hiÖn ...................................................24 5 Ph©n tÝnh, thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n chi tiªt tõng khèi 25 5.1 Khèi anten...........................................................................25 5.2 khèi m¹ch vµo......................................................................25 5.3 Khèi khuÕch ®¹i cao tÇn, khèi tù t¹o dao ®éng vµ khèi trén tÇn.............................................................................................26 5.4 Khèi khuÕch ®¹i trung tÇn..................................................29 5.5 Khèi t¸ch sãng.....................................................................30 5.6 Khèi khuÕch ®¹i ©m tÇn....................................................31 KÕt luËn...................................................................................33 Tµi liÖu tham kh¶o.................................................................34 ....................................................................................................... ....................................................................................................... Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 2 Đồ án kỹ thuật tương tự N GVHD: Nguyễn Thị Minh më ®Çu gµy nay, khoa häc kü thuËt trªn thÕ giíi cã nhiÒu tiÕn bé, nhiÒu thµnh tùu ®¸ng kÓ. NhÊt lµ c¸c lÜnh vùc kü thuËt, c«ng nghÖ th«ng tin, kü thuËt viba, truyÒn h×nh sè, tæng ®µi ®iÖn tho¹i v« tuyÕn, kü thuËt ph¸t thanh, ®· vµ ®ang ph¸t triÔn vît bËc. C¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö ngµy cµng ®îc tinh gän, siªu nhá nhng tÝnh n¨ng vµ hiÖu qu¶ lµm viÖc cña chóng th× r©t cao vµ rÊt bÒn Trong lÜnh vùc ph¸t thanh, truyÒn h×nh ë níc ta, ngµy nay ®· cã nhiÒu tiÕn bé ®¸ng kÓ do cã nhiÒu nhµ khoa häc, nhiÒu chuyªn gia, nhiÒu kü s giái vÒ khoa häc kü thuËt cïng tham gia nghiªn cøu vµ triÓn khai øng dông. KÕt qu¶ cã rÊt nhiÒu thiÕt bÞ míi ®îc ®a vµo thay thÕ c¸c thiÕt bÞ, m¸y mãc cò mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Tuy vËy, vÒ ph¸t thanh truyÒn h×nh cÇn cã nhiÒu lÜnh vùc cÇn tiÕp tôc nghiªn cøu, häc hái vµ ph¸t triÔn thªm ®èi víi ngêi lµm kü thuËt ph¸t thanh truyÒn h×nh nãi riªng vµ c¸c kü s ®iÖn tö nãi chung. Trong ®å ¸n kü thuËt t¬ng tù nµy nhãm thùc hiÖn xin tr×nh bµy vÒ vÊn ®Ò thu sãng radio AM qua ®Ò tµi: “ThiÕt kÕ m¸y thu radio AM”. Trong chõng mùc thêi gian ng¾n ngñi vµ lîng kiÕn thøc tÝch luü cßn h¹n chÕ, tµi liÖu cha nhiÒu, ngêi thùc hiÖn chØ kh¶o s¸t m¸y thu radio AM trªn khÝa c¹nh nhËp m«n “kü thuËt ph¸t thanh truyÒn h×nh”. Hi väng víi ®Ò tµi nµy nhãm nh÷ng ngêi thùc hiÖn sÏ cã thªm hiÓu biÕt vÒ kü thuËt thu sãng radio vµ tÝch luü thªm kiÕn thøc phôc vô cho qu¸ tr×nh häc tËp Tuy cã nhiÒu cè g¾ng thùc hiÖn thµnh c«ng ®å ¸n nhng kh«ng tr¸nh khái nh÷ng h¹n chÕ thiÕu sãt, nÕu cã ®iÒu kiÖn nhãm thùc hiÖn sÏ nghiªn cøu s©u h¬n vµ hoµn thiÖn h¬n. Mong nhËn ®îc sù gãp ý chØ b¶o thªm cña thÇy c« vµ b¹n bÌ ®Ó ®Ò tµi cã thÓ hoµn thiÖn tèt h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c« gi¸o NguyÔn ThÞ Minh ®· chØ b¶o tËn t×nh trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi nµy, c¶m ¬n tÊt c¶ c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy c« vµ b¹n bÌ. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 3 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh Nhãm sinh viªn thùc hiÖn! Ch¬ng I Tæng quan ®Ò tµi 1 kh¸i niÖm chung vÒ thu radio 1.1 Kh¸i niÖm M¸y thu radio hay cßn gäi lµ m¸y thu thanh lµ mét thiÕt bÞ hoµn chØnh dïng ®Ó thu nhËn sãng radio mang th«ng tin, phôc håi l¹i tÝn hiÖu th«ng tin vµ khuÕch ®¹i ®Õn gi¸ trÞ ban ®Çu vµ ®a ra loa 1.2 §iÒu chÕ tÝn hiÖu radio Trong kü thuËt radio cã hai c¸ch ®iÒu chÕ tÝn hiÖu c¬ b¶n: 1.2.1 §iÒu chÕ biªn ®é – AM (Amplitude Modulation) Ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ biªn ®é (®iÒu biªn) AM sö dông mét sãng cã tÇn sè cao (rÊt lín h¬n tÇn sè tÝn hiÖu – gäi lµ sãng mang) phèi hîp víi tÝn hiÖu ®Ó t¹o ra mét d¹ng sãng cã tÇn sè lµ tÇn sè sãng mang, nhng biªn ®é thay ®æi theo d¹ng sãng tÝn hiÖu. Sãng AM ®îc ph¸t ra ngoµi kh«ng gian. Sãng AM trong radio ®îc chia thµnh c¸c d·i tÇn: - Sãng trung – MW (medium wave) cã tÇn sè tõ 530 KHz – 1600 KHz. - Sãng ng¾n 1 – SW1 (short wave) cã tÇn sè tõ 2.3 MHz – 7 MHz. - Sãng ng¾n 2 – SW2 (short wave) cã tÇn sè tõ 7 MHz – 22 MHz. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 4 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh Khi nãi ®Õn d¶i tÇn cña mét b¨ng sãng, tøc lµ nãi ®Õn tÇn sè sãng mang cña d¶i tÇn ®ã. 1.2.2 §iÒu chÕ tÇn sè – FM (Frequency Modulation) Kh¸c víi ®iÒu biªn, ®iÒu chÕ tÇn sè (®iÒu tÇn) FM lµ lµm thay ®æi tÇn sè sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu. TÇn sè sãng mang FM rÊt lín h¬n tÇn sè sãng mang trong AM. D¶i tÇn FM tõ 88 MHz – 108 MHZ. Khi ®iÒu chÕ FM . Trong hai c¸ch ®iÒu chÕ, th× ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ FM cho tÝn hiÖu ®Õn n¬i thu trung thµnh h¬n, Ýt sai lÖch h¬n lµ ®iÒu chÕ AM, bëi v× ®êng truyÒn ¶nh hëng rÊt Ýt ®Õn tÇn sè sãng truyÒn, nhng l¹i t¸c ®éng rÊt lín lªn biªn ®é cña nã. Tuy nhiªn, sãng FM v× tÇn sè rÊt lín h¬n tÇn sè AM nªn kh«ng truyÒn ®îc xa nh sãng AM. 1.3 Sö dông tÇn sè trung tÇn trong m¸y thu thanh Trong phÇn thu radio, tÝn hiÖu lèi vµo rÊt bÐ, cÇn ph¶i khuÕch ®¹i nhiÒu lÇn. Mét m¹ch khuÕch ®¹i víi hÖ sè khuÕch ®¹i lín vµ kh«ng g©y mÐo trong suèt toµn gi¶i tÇn lµ ®iÒu kh«ng thÓ thùc hiÖn ®îc. V× vËy ngêi ta ®a tÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i RF (Radio frequency) vÒ mét tÇn sè trung gian cè ®Þnh, gäi lµ tÇn sè trung tÇn IF (Intermediate frequency). Trong AM th× IF lµ 455 KHz, cßn trong FM th× IF lµ 10.7 MHz. 1.4 Ph©n lo¹i m¸y thu radio vµ s¬ ®å khèi cña m¸y thu C¨n cø vµo cÊu tróc s¬ ®å mµ ngêi ta chia m¸y thu thanh thµnh hai lo¹i 1.4.1 M¸y thu thanh khuÕch ®¹i th¼ng TÝn hiÖu cao tÇn thu tõ Anten ®îc khuÕch ®¹i th¼ng vµ ®a ®Õn m¹ch t¸ch sãng, m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn mµ kh«ng qua m¹ch ®æi tÇn. §èi víi d¹ng nµy, cÊu tróc s¬ ®å cña m¸y ®¬n gi¶n nhng chÊt lîng thu sãng kh«ng cao, ®é chän läc kÐm, kh«ng æn ®Þnh vµ kh¶ n¨ng thu kh«ng ®ång ®Òu trªn c¶ b¨ng sãng. V× vËy lo¹i m¸y thu nµy gÇn nh kh«ng cßn ®îc sö dông. 1.4.2 M¸y thu thanh ®æi tÇn Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 5 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh TÝn hiÖu cao tÇn ®· ®iÒu chÕ thu tõ Anten ®îc khuÕch ®¹i lªn vµ biÕn ®æi vÒ mét tÇn sè trung gian kh«ng ®æi gäi lµ tÇn sè trung tÇn IF. Trung tÇn nµy ®îc chän thÊp h¬n cao tÇn. TÝn hiÖu trung tÇn nµy sau khi ®i qua vµi bé khuÕch ®¹i trung tÇn sÏ ®îc ®a ®Õn m¹ch t¸ch sãng, m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn vµ ®a ra loa. S¬ ®å khèi cña mét m¸y thu ®æi tÇn cã d¹ng nh sau: M¹c h vµo K§ RF Trén tÇn K§ IF K§ ©m tÇn T¸ch sãng Dao ®én g n néi H×nh 1.1 S¬ ®å m¸y thu ®æi tÇn M¸y thu ®æi tÇn cã nh÷ng u ®iÓm lµ ®é khuÕch ®¹i ®ång ®Òu h¬n trªn tÊt c¶ c¸c b¨ng sãng v× tÇn sè trung t©n t¬ng ®èi thÊp vµ æn ®Þnh khi tÝn hiÖu vµo thay ®æi. - M¹ch vµo: lµm nhiÖm vô chän läc c¸c tÝn hiÖu cÇn thu vµ lo¹i trõ c¸c tÝn hiÖu kh«ng cÇn thu còng nh c¸c nhiÔu kh¸c nhê cã m¹ch céng hëng, tÇn sè céng hëng ®îc ®iÒu chØnh ®óng b»ng tÇn sè cÇn thu f0. - KhuÕch ®¹i cao tÇn: nh»m môc ®Ých khuÕch ®¹i bíc ®Çu cho tÝn hiªu cao tÇn thu ®îc tõ Anten. - Bé ®æi tÇn: gåm m¹ch dao ®éng néi vµ m¹ch trén tÇn. Khi trén hai tÇn sè cña tÝn hiÖu dao ®éng néi fn vµ tÝn hiÖu cÇn thu f0 ta ®îc tÇn sè trung gian hay cßn gäi lµ trung tÇn IF gi÷a tÇn sè dao ®éng néi vµ tÇn sè cÇn thu. ftt = fn – f0 = const. Khi tÇn sè tÝn hiÖu tõ ®µi ph¸t thay ®æi tõ f0min ®Õn f0max th× tÇn sè dao ®éng néi còng ph¶i thay ®æi tõ fnmin ®Õn fnmax ®Ó b¶o ®¶m hiÖu sè gi÷a chóng lu«n lu«n b»ng h»ng sè. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 6 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh §èi víi m¸y thu ®iÒu biªn (AM): fn = 455 KHz hoÆc 465 KHz. §èi víi m¸y thu ®iÒu tÇn (FM): fn = 10.7 MHz. - Bé khuÕch ®¹i trung tÇn: cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu trung tÇn ®Õn mét gi¸ trÞ ®ñ lín ®Ó ®a vµo m¹ch t¸ch sãng. §©y lµ mét tÇn khuÕch ®¹i chän läc t¶i lµ mét tÇn sè céng hëng cã tÇn sè céng hëng b»ng tÇn sè trung tÇn. - T¸ch sãng: cã nhiÖm vô t¸ch tÝn hiÖu ©m tÇn ra khái tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn sau ®ã ®a qua m¸ch khuÕch ®¹i ©m tÇn tríc khi ®a qua loa. 1.5 ThiÕt kÕ m¸y thu radio AM Trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy ngêi thùc hiÖn chØ thiÕt kÕ mét m¸y thu sãng radio ®iÒu chÕ biªn ®é AM. M¸y thu radio AM nµy ho¹t ®éng theo nguyªn lý m¸y thu ®æi tÇn, cã s¬ ®å khèi nh ë h×nh 1.1. §Ó ®¬n gi¶n, m¸y thu radio AM ®îc thiÕt kÕ ®Ó thu ®îc sãng trung – MW (medium wave) cã tÇn sè tõ 530 KHz – 1600 KHz. M¸y thu ph¶i ho¹t ®éng æn ®Þnh, cã ®é chèng nhiÔu cao, chÊt lîng ©m thanh t¬ng ®èi. 2 Lý thuyÕt m¸y thu radio AM 2.1 M¹ch céng hëng tÇn sè Dïng m¹ch dao ®éng LC m¾c song song ®Ó t¹o sù cæng hëng víi tÇn sè cÇn thu. Ta thêng sö dông s¬ ®å sau ®©y: H×nh 1.2 M¹ch LC dïng lµm m¹ch céng hëng tÇn sè. Trë kh¸ng t¬ng ®¬ng cña m¹ch: Zt = ZL ZC ωL ωL 1 ≈ 2 = = 2 ZL + ZC ωC ω LC + 1 ω LC Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 7 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh ω VLC 0 V L ®ãng m¹ch ω0 0 ZL = Z c V« h¹n V C ®ãng m¹ch Tr¹ng th¸i B¶ng 1.1 B¶ng tr¹ng th¸i cña m¹ch LC Khi ZL = Zc, m¹ch ®iÖn cæng hëng tai tÇn sè ω = ω0 vµ ®îc tÝnh b»ng: ωL = 1 hay ω0 = ωC 1 LC TÇn sè céng hëng: f 0 = 1 2 ∏ LC Khi gi¸ trÞ tô xoay C thay ®æi ta sÏ cã c¸c tÇn sè céng hëng kh¸c nhau. §iÒu nµy ®îc øng dông ®Ó thu ®îc nhiÒu kªnh trong m¸y thu thanh. 2.2 M¸y biÕn ¸p 2.2.1§Þnh nghÜa vµ ký hiÖu BiÕn ¸p lµ thiÕt bÞ ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu, cÊu t¹o gåm mét cuén cÊp (®a ®iÖn ¸p vµo) vµ mét hay nhiÒu cuén thø cÊp (lÊy ®iÖn ¸p ra sö dông) cïng quÊn trªn mét lái tõ cã thÓ lµ l¸ thÐp hoÆc lâi ferit. §Ó tr¸nh dßng ®iÖn Fuco ch¹y trong m¹ch vµ lµm nãng m¹ch c¸c l¸ thÐp lµm lâi ®îc d¸t máng vµ ghÐp c¸ch ®iÖn víi nhau. Trong m¹ch ®iÖn biÕn ¸p ®îc ký hiÖu nh sau: H×nh 1.3 KÝ hiÖu cña biÕn ¸p. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 8 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh Trong ®ã: N1: Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp cuén s¬ cÊp U1: §iÖn ¸p vµo N2: Sè vßng d©y cuén thø cÊp cuén thø cÊp U2: §iÖn ¸p ra 2.2.2 Nguyªn lý lµm viÖc Khi ®Æt vµo cuén s¬ cÊp mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin U1, trong lâi thÐp xuÊt hiÖn mét tõ trêng biÕn thiªn theo quy luËn ®iÖn ¸p vµo. Tõ trêng biÕn thiªn lµm xuÊt hiÖn tõ th«ng biÕn thiªn, tõ th«ng biÕn thiªn nµy c¶m øng sang cuén thø cÊp lµm xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin. §iÖn ¸p, sè vßng d©y cuén s¬ cÊp vµ ®iÖn ¸p, sè vßng d©y cuén thø cÊp liªn hÖ theo c«ng thøc sau: U1 N1 I2 = = U2 N2 I1 2.2.3 C«ng suÊt C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p phô thuéc vµo tiÕt diÖn cña lâi tõ, vµ phô thuéc vµo tÇn sè cña dßng ®iÖn xoay chiÒu, biÕn ¸p ho¹t ®éng ë tÇn sè cµng cao th× c«ng suÊt cµng lín. C«ng suÊt vµo ra cña m¸y biÕn ¸p ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: P1 = U1I1; P2=U2I2 Khi hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p cao th×: P1 ≈ P2 suy ra U1I1 ≈ U2I2 2.2.4 Ph©n lo¹i m¸y biÕn ¸p - BiÕn ¸p nguån vµ ©m tÇn H×nh 1.4 BiÕn ¸p nguån Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 9 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh BiÕn ¸p nguån thêng gÆp trong Cassete, ¢mly, ... biÕn ¸p nµy ho¹t ®éng ë tÇn sè ®iÖn líi 50 Hz lâi biÕn ¸p sö dông c¸c l¸ T«nsilic h×nh ch÷ E vµ I ghÐp l¹i biÕn ¸p nµy cã tû sè vßng / vol lín BiÕn ¸p ©m tÇn sö dông lµm biÕn ¸p ®¶o pha vµ ra loa trong c¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt ©m tÇn. BiÕn ¸p sö dông c¸c l¸ T«nsilic lµm lâi tõ nh biÕn ¸p nguån nhng l¸ T«nsilic trong biÕn ¸p ©m tÇn máng h¬n ®Ó tr¸nh tæn hao, biÕn ¸p ©m tÇn ho¹t ®éng ë tÇn sè cao h¬n cho nªn cã tû sè vßng / vol thÊp h¬n Khi thiÕt kÕ biÕn ¸p ©m tÇn ngêi ta thêng lÊy gi¸ trÞ tÇn sè trung b×nh kho¶ng 1 KHz ®Õn 3 KHz. - BiÕn ¸p xung vµ cao ¸p H×nh 1.5 BiÕn ¸p xung vµ cao ¸p BiÕn ¸p xung lµ biÕn ¸p ho¹t ®éng ë tÇn sè cao kho¶ng vµi chôc KHz nh biÕn ¸p trong c¸c bé nguån xung, biÕn ¸p cao ¸p. Lâi biÕn ¸p xung lµm b»ng ferit do ho¹t ®éng ë tÇn sè cao nªn biÕn ¸p xung cho c«ng suÊt rÊt m¹nh, so víi biÕn ¸p nguån th«ng thêng cã cïng träng lîng th× biÕn ¸p xung cho c«ng suÊt m¹nh gÊp hµng chôc lÇn. 2.2.5TÝnh sè vßng d©y, d©y quÊn diÖn tÝnh lâi tõ, ®êng kÝnh DiÖn tÝch lâi tõ: S = (0.8 ÷ 1.3) P2 §èi víi tÇn sè thÊp 50 Hz diÖn tÝch cña lâi tõ ®îc tÝnh theo c«ng thøc: S = I( A ) 3A / mm 2 Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 10 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh §êng kÝnh cña d©y quÊn theo chØ tiªu mËt ®é dßng 3 A/mm2: S = S ∏d2 suy ra d = 2 4 ∏ Sè vßng d©y ®îc tÝnh theo c«ng thøc: sè vßng d©y / vol 45 = S(cm 2 ) . Nªn suy ra: N1 = U1 45 ; S(cm 2 ) N2 = U2 45 S(cm 2 ) 2.3 M¹ch khuÕch ®¹i 2.3.1 M¹ch ph©n cùc vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá dïng BJT Ta biÕt BJT cã thÓ ho¹t ®éng trong 3 vïng: - Vïng t¸c ®éng (Vïng khÕch ®¹i hay tuyÕn tÝnh): líp tiÕp gi¸p BE ph©n cùc thuËn, líp BC ph©n cùc thuËn. - Vïng b¶o hoµ: líp tiÕp gi¸p BE ph©n cùc thuËn, líp BC ph©n cùc thuËn. - Vïng ngng: líp BE ph©n cùc nghÞch Tuú theo nhiÖm vô mµ ho¹t ®éng cña transistor ph¶i ®îc ®Æt trong vïng nµo. Nh vËy, ph©n cùc c¸c transistor lµ ®a c¸c ®iÖn thÕ mét chiÒu vµo c¸c cùc cña transistor nh thÕ nµo ®Ó transistor ho¹t ®éng ë vïng mong muèn. DÜ nhiªn ta cßn ph¶i thùc hiÖn mét sè biÖn ph¸p kh¸c ®Ó æn ®Þnh ho¹t ®éng cña transistor nhÊt lµ khi nhiÖt ®é cña transistor thay ®æi. a. Ph©n cùc cè ®Þnh (Fixed Bias): Ph¬ng ph¸p chung ®Ó ph©n gi¶i m¹ch cùc gåm ba bíc: - Bíc 1: Dïng m¹ch ®iÖn ngâ vµo ®Ó x¸c ®Þnh dßng ®iÖn ngâ vµo (IB hoÆc IE). - Bíc 2: Suy ra dßng ®iÖn ngâ ra tõ quan hÖ IC = β IB, IC = α IE. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 11 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh - Bíc 3: Dïng m¹ch ®iÖn ngâ ra ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cßn l¹i (®iÖn thÕ t¹i c¸c ch©n, gi÷a c¸c ch©n BJT... ). H×nh 1.6 cöa S¬ ®å ph©n cùc ¸p dông vµo m¹ch ®iÖn h×nh 1.6 tacè cã:®Þnh. - M¹ch ngâ vµo: VCC - R B I B - VBE = 0 , suy ra I B = VCC − VBE . Víi VBE = 0.7V nÕu RB BJT lµ Si vµ VBE = 0.3V nªu BJT lµ Ge. Suy ra IC = β IB. - M¹ch ngâ ra: VCC = R C I C + VCE hay VCE = VCC − R C I C Sù liªn hÖ gi÷a IC vµ IB sÏ quyÕt ®Þnh xem BJT cã ho¹t ®éng trong vïng tuyÕn tÝnh hay kh«ng. §Ó BJT ho¹t ®éng trong vïng tuyÕn tÝnh th× VC > VB = VBE. Suy ra VC = VCC – RCIC = VCE >VBE = 0.7. Hay I C < V − 0.7 V VCC − 0.7V I C dÇn tíi CC , nÕu BJT sÏ ®i RC RC dÇn vµo ho¹t ®éng ë vïng b¶o hoµ. Tõ ®iÒu kiÖn nµy vµ liªn hÖ IC = β IB ta t×m ®îc trÞ sè tèi ®a cña IB, tõ ®ã chän ®îc trÞ sè RB sao cho thÝch hîp. V CC NÕu VCE = 0 khi ®ã I C = R (thùc ra VCE = 0.2V) suy ra VC < C VB tøc lµ líp tiÕp gi¸p BC ph©n cùc thuËn nªn BJT ho¹t ®éng trong vïng b¶o hoµ. Lóc nµy dßng IC ®îc gäi lµ dßng b¶o hoµ, kÝ hiÖu lµ ICsat. b. Ph©n cùc b»ng cÇu chia ®iÖn thÕ (Voltage Divider Bias): M¹ch c¬ b¶n cã d¹ng nh h×nh 1.7. Dïng ®Þnh lý Thevenin biÕn ®æi thµnh m¹ch t¬ng. Trong ®ã: RBB = R1 // R2 = R 1R 2 R1 + R 2 R 1R 2 VBB = VCC R + R 1 2 - M¹ch ngâ vµo: Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM H×nh 1.7 S¬ ®å ph©n cùc b»ng cÇu chia thÕ SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 12 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh VBB = RBBIB + VBE + REIE Thay IE = (1+ β )IB. Suy ra IB = VBB − VBE , ta tÝnh ®îc IC = β IB . R BB + (1 + β)R E - M¹ch ngâ ra: VCE = VCC - RCIC - REIE, v× IC ≈ IE suy ra VCE = VCC – (RC + RE)IC. Ngoµi ra: VC = VCC – RCIC; VB = VBB – RBIB; VE = REIE ≈ REIC. Dßng b¶o hoµ trong trêng hîp nµy IC = ICSat = VCC . RC + RE c. Ph©n cùc æn ®Þnh cùc ph¸t (Emitter Stabilized Bias): M¹ch c¬ b¶n gièng m¹ch ph©n cùc cè ®Þnh, nhng ë cùc ph¸t m¾c thªm mét ®iÖn trë RE xíng mass. - M¹ch ngâ vµo: VCC = RBIB + VBE + REIE. Thay IE = (1 + β )IB, suy ra IB = VCC − VBE . Suy ra IC = β IB R B + (1 + β)R E - M¹ch ngâ ra: H×nh 1.8 S¬ ®å VCC = RCIC + VCE + REIE, trong ®ã IE ≈ph©n IC cùc æn ®Þnh cùc ph¸t Suy ra VCE = VCC – (RC + RE)IC. Trong m¹ch ph©n cùc cè ®Þnh, b»ng c¸ch cho nèi t¾t gi÷a cùc thu vµ cùc ph¸t ta t×m ®îc dßng ®iÖn cùc thu b¶o hoµ ICsat I CSat = VCC . Ta thÊy khi thªm RE vµo ICSat nhá h¬n trong trRC + RE êng hîp ph©n cùc cè ®Þnh, tøc BJT dÔ b¶o hoµ h¬n. d. Ph©n cùc víi håi tiÕp ®iÖn thÕ (Dc Bias With Voltage Feedback): - M¹ch ngâ vµo: VCC = RC I’C + VBE + RBIB + REIE víi Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn H×nh 1.9 S¬ ®å13 ph©n cùc víi håi Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh I’C = IC + IB = IE ≈ IC = β IB. Suy ra ta tÝnh ®îc: IB = VCC − VBE . TÝnh ®îc IC = β IB R B + β( R C + R E ) - M¹ch ngâ ra: VCE = VCC – (RC + RE)IC. 2.3.2 TÝnh khuÕch ®¹i cña BJT Xem m¹ch ®iÖn h×nh 1.10 Gi¶ sö ®a mét tÝn hiÖu xoay chiÒu cã d¹ng sin, biªn ®é nhá vµo ch©n B cña BJT nh h×nh vÏ. §iÖn thÕ ë ch©n B ngoµi thµnh phÇn ph©n cùc VB cßn cã thµnh phÇn xoay chiÒu cña tÝn hiÖu vi(t) chång lªn: VB(t) = VB + vi(t). C¸c tô C1, C2 ë ngâ vµo vµ ngâ ra ®îc chän nh thÕ nµo ®Ó cã thÓ xem nh nèi t¾t – Dung kh¸ng rÊt nhá ë tÇn sè tÝn hiÖu. H×nhphÇn 1.10 xoay Nh vËy t¸c dông cña c¸c tô liªn l¹c C1, C2 lµ cho thµnh chiÒu cña tÝn hiÖu ®i qua vµ ng¨n thµnh phÇn ph©n cùc mét chiÒu. - Khi vB(t) < VB, tøc b¸n kú d¬ng cña tÝn hiÖu VBE t¨ng tøc dßng IB t¨ng vµ do ®ã IC = β IB nªn dßng cùc thu IC còng t¨ng. Do ®ã ®iÖn thÕ t¹i cùc thu vC(t) = VCC – RCiC(t) gi¶m h¬n trÞ sè tÜnh VC. - Khi vB nhá h¬n VB, tøc b¸n kú ©m cña tÝn hiÖu, dßng IB gi¶m ®a ®Õn dßng IC còng gi¶m vµ dßng vC(t) t¨ng. Nh vËy ë m¹ch trªn ta thÊy vC(t) biÕn thiªn ngîc chiÒu víi vB(t) tøc v0(t) ngîc pha víi vi(t) 2.3.3 M¹ch khuyÕch ®¹i c«ng suÊt a, ChÕ ®é c«ng t¸c vµ ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cho tÇn khuÕch ®¹i c«ng suÊt H×nh 1.11 gi¶n Tuú thuéc vµo chÕ ®é c«ng t¸c cña transistor, ngêitÝn ta ®å thêi gian ph©n biÖt: bé khuÕch ®¹i chÕ ®é A, AB, B, vµhiÖu C. §å thÞ vµo vµtrªn ra h×nh 1.12 minh ho¹ c¸c chÕ ®é kh¸c nhau cña tÇn khuÕch ®¹i Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 14 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh vµ d¹ng dßng ®iÖn ra trªn colecto øng víi c¸c chÕ ®é ®ã. H×nh 1.12 cßn cho thÊy miÒn lµm viÖc cho phÐp cña mét transistor khuÕch ®¹i. Víi c¸c chÕ ®é kh¸c nhau, gãc c¾t θ còng kh¸c nhau. iC Khu vùc iC b¶o hoµ A ICO PCma x IC t1 iC t2 t A AB AB 0 ICO t 1 Hypebo l c«ng suÊt t2 B Khu vùc t¾t t UCE MAX UCE iC iC B t1 C t2 t t1 t2 t H×nh 1.12 §Æc tuyÕn ra cña transistor vµ d¹ng sãng ra cña transistor øng víi chÕ ®é c«ng t¸c kh¸c nhau. ChÕ ®é A tÝn hiÖu ®îc khuÕch ®¹i gÇn nh tuyÕn tÝnh, gãc θ = T/2 = 1800. Khi tÝn hiÖu vµo h×nh sin th× ë chÕ ®é A dßng tÜnh colecto lu«n lu«n lín h¬n biªn ®é dßng ra. V× vËy Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 15 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh hiÖu suÊt cña bé khuÕch ®¹i chÕ ®é A rÊt thÊp (<50%). Do ®ã chÕ ®é A chØ dïng trong trêng hîp c«ng suÊt nhá (Pr < 1W). ChÕ ®é AB cã gãc c¾t 900 < θ < 1800. ë chÕ ®é nµy cã thÓ ®¹t hiÖu suÊt cao h¬n chÕ ®é A (< 70%), v× dßng tÜnh IC0 lóc nµy nhá h¬n dßng tÜnh ë chÕ ®é A. §iÓm lµm viÖc n»m trªn ®Æc tuyÕn t¶i gÇn khu vùc t¾t cña transistor. ChÕ ®é B cã gãc c¾t θ = 900. §iÓm lµm viÖc tÜnh ®îc x¸c ®Þnh t¹i UBE = 0. ChØ mét n÷a chu kú ©m (hoÆc d¬ng) cña ®iÖn ¸p vµo ®îc transistor khuÕch ®¹i. ChÕ ®é Ccã gãc c¾t θ < 900. HiÖu suÊt chÕ ®é C kh¸ cao (lín h¬n 78%), nhng mÐo rÊt lín. Nã thêng ®îc dïng trong c¸c bé khuÕch ®¹i tÇn sè cao vµ dïng víi t¶i céng hëng ®Ó cã thÓ läc ra dîc hµi bËc nhÊt nh mong muèn. ChÕ ®é C cßn ®îc dïng trong m¹ch logic vµ m¹ch kho¸. §iÓm lµm viÖc tÜnh ®îc x¸c ®Þnh trong khu vùc cho phÐp trªn ®Æc tuyÕn transistor (h×nh 1.12). Khu vùc ®ã ®îc giíi h¹n bëi: hyperbol c«ng suÊt, ®êng th¼ng øng víi dßng colecto cùc ®¹i, ®êng th¼ng øng víi ®iÖn thÕ colecto – emito cùc ®¹i, ®êng cong ph©n c¸ch víi khu vùc b¶o hoµ vµ ®êng th¼ng ph©n c¸ch víi khu vùc t¾t cña transistor. ë chÕ ®é ®éng (khi cã tÝn hiÖu vµo), ®iÓm lµm viÖc cã thÓ vît ra ngoµi hyperbol c«ng suÊt (nÕu vÉn ®¶m b¶o ®îc ®iÒu kiÖn c«ng suÊt tæn hao nhá h¬n c«ng suÊt tæn hao cho phÐp), nhng kh«ng ®îc vît qu¸ c¸c giíi h¹n kh¸c. b. M¹ch khuÕch ®¹i ®Èy kÐo - Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ tÇng khuÕch ®¹i ®Èy kÐo: §Ó t¨ng c«ng suÊt, hiÖu suÊt vµ gi¶m mÐo phi tuyÕn, ngêi ta dïng tÇng khuÕch ®¹i ®Èy kÐo. TÇng khuÕch ®¹i ®Èy kÐo lµ tÇng gåm cã hai phÇn tö tÝch cùc m¾c chung t¶i. §Ó biÓu diÔn vµ ph©n lo¹i c¸c s¬ ®å ®Èy kÐo, cã thÓ dïng s¬ ®å cÇu nh h×nh 1.13 Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 16 Đồ án kỹ thuật tương tự PhÇn tö K§ UCC GVHD: Nguyễn Thị Minh PhÇn tö K§ tt Rt UCC PhÇn tö K§ PhÇn tö K§ a) b) H×nh 1.13 Ph©n lo¹i c¸c tÇng khuÕch ®¹i ®Èy kÐo. a) s¬ ®å ®Èy kÐo song song; b) s¬ ®å ®Èy kÐo nèi tiÕp. Trong s¬ ®å ®Èy kÐo song song, c¸c phÇn tö tÝch cùc ®îc m¾c trong c¸c nh¸nh bªn tr¸i cña cÇu. Trong c¸c nh¸nh ph¶i cña cÇu lµ ®iÖn trë t¶i, cã ®iÓm gi÷a nèi víi nguån cung cÊp cã ®iÓm gi÷a nèi víi t¶i, t¶i n»m trong nh¸nh chÐo cña cÇu. Ngîc l¹i, trong s¬ ®å ®Èy kÐo nèi tiÕp nguån cung cÊp cã ®iÓm gi÷a nèi víi t¶i, t¶i n»m n»m trong nh¸nh chÐo cña cÇu. Tãm l¹i s¬ ®å ®Èy kÐo song song cã c¸c phÇn tö tÝch cùc ®Êu song song vÒ mÆt mét chiÒu vµ s¬ ®å ®Èy kÐo nèi tiÕp cã c¸c phÇn tö tÝch cùc ®Êu nèi tiÕp vÒ mÆt mét chiÒu. C¸c tÇng ®Èy kÐo cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é A, AB hoÆc B, nhng th«ng thêng ngêi ta hay dïng chÕ ®é AB hoÆc B. ë chÕ ®é B, ®iÓm lµm viÖc ®îc chän sao cho dßng ®iÖn ra ë chÕ ®é tÜnh Ir0 b»ng kh«ng vµ ®iÖn ¸p ra ë chÕ ®é tÜnh Ur0 b»ng ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. Mçi transistor chØ khuÕch ®¹i mét n÷a d¬ng hoÆc mét n÷a ©m tÝn hiÖu vµo. Hai na tÝn hiÖu nµy sÏ ®îc tæng hîp l¹i thµnh tÝn hiÖu hoµn chØnh trªn ®iÖn trë t¶i. Tuy nhiªn, ë chÕ ®é B ph¶i lu ý ®Õn mÐo tÝn hiÖu sinh ra khi ®iÓm lµm viÖc chuyÓn tiÕp tõ transistor kh¸c, MÐo nµy ®îc kh¾c phôc b»ng c¸ch cho tÇng ra lµm viÖc ë chÕ ®é AB. - S¬ ®å ®Èy kÐo song song: TÊt c¶ c¸c s¬ ®å ®Èy kÐo song song ®Òu ph¶i dïng biÕn ¸p ra ®Ó phèi ghÐp gi÷a hai n÷a ®iÖn trë t¶i Rt. M¹ch Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 17 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh ®iÖn nguyªn lý biÓu diÔn trªn h×nh 1.14. §Ó cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo hai transistor ngîc pha, dïng biÕn ¸p BA1. IC1 IC §­êng t¶i xoay chiÒu IrX T1 R1 U V Na Nb BA R2 N2 Ur N1 T2 1 IC2 R 0 UCER BA a) UCE P0 max 0,78P0m b) PC max Pr 0,5 0,64 c) 1 t Ur/ Ur max H×nh 1.14 TÇng c«ng suÊt ®Èy kÐo song song NÕu ®iÖn ¸p ®Æt vµo cã d¹ng sin th× hai transistor thay nhau khuÕch ®¹i hai n÷a h×nh sin, v× ®iÖn thÕ ®Çu cuén thø cÊp BA1 ngîc pha. C¸c ®iÖn trë R1, R2 ®îc chän sao cho dßng tÜnh qua chóng nhá (chÕ ®é AB). Khi cho R2 = 0 th× UB = 0, do ®ã bé khuÕch ®¹i lµm viÖc ë chÕ ®é B. ë chÕ ®é AB dßng tÜnh colecto n»m trong kho¶ng (10 ÷ 100) µ A. Hai n÷a h×nh sin cña ®iÖn ¸p ®îc phèi hîp l¹i trªn biÕn ¸p BA2. §iÖn trë cña mçi transistor ®îc x¸c ®Þnh nh sau: R’t = n2Rt, trong ®ã n lµ hÖ sè cña m¸y biÕn ¸p: n = N1/N2, N1, N2 theo thø tù lµ sè vßng d©y cña mét n÷a cuén s¬ cÊp vµ sè vßng cña cuén thø cÊp. VËy ta cã quan hÖ: Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM UCE UCE 2 P0, Pr, PC ax UCC t SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 18 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh IC = UCE/R’t vµ UCE = nUr C«ng suÊt ra cña m¹ch: 2 U CE U 2r Pr = = 2R t 2n 2 R t Biªn ®é ®iÖn ¸p ra cùc ®¹i gi÷a colecto vµ emito cña mét transistor (h×nh 1.14b): UCEMAX = UCC - UCER Do ®ã nhËn ®îc c«ng su©t cùc ®¹i: Pr max = ( U CC − U CER ) 2 2n 2 R t NÕu gi¶ thiÕt bé khuÕch ®¹i lµm viÖc ë chÕ ®é B, ta tÝnh 1 ®îc dßng colecto trung b×nh: i C = T T/2 ∫i C ( t )dt = 0 IC . ∏ Do ®ã c«ng suÊt cung cÊp mét chiÒu: P0 = 2 2 U CE U CC I C U CC = ∏ ∏ n 2R t VËy c«ng suÊt cung cÊp mét chiÒu phô thuéc vµo møc ®iÖn ¸p ra UCE (xem h×nh 6.10c). C«ng suÊt tiªu hao trªn colecto lµ hiÖu c«ng suÊt cung cÊp P0 víi c«ng suÊt ra t¶i Pr. Thay P0 vµ Pr vµo ta cã: PC = P0 − Pr = 2 U CE 2 U CE U CC − . ∏ n 2R t 2n 2 R t PC thay ®æi theo UCE vµ ®¹t cùc ®¹i khi: U CE = 2 U CC . ∏ ë chÕ ®é B, c«ng suÊt tæn hao cùc ®¹i lµ: PC max = HiÖu suÊt cùc ®¹i cña m¹ch: η max = 4 Pr max . ∏2 Pr max ∏ 100% ≈ 100% ≈ 78,5% P0 max 4 - S¬ ®å ®Èy kÐo nèi tiÕp dïng transistor cïng lo¹i: Trªn h×nh 1.15 lµ hai s¬ ®å nèi tiÕp dïng transistor cïng lo¹i. Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 19 Đồ án kỹ thuật tương tự GVHD: Nguyễn Thị Minh +UCC R 1 Rht1 RC T1 T3 U v R 2 +UCC Iht Ur T2 Rht2 U’ Rt v RC Iv Uv RE a) T1 T3 T2 U’r R t D -UCC -UCC b) H×nh 1.15 TÇng ra m¾c theo s¬ ®å ®Èy kÐo nèi tiÕp. §Ó t¹o tÝn hiÖu ngîc pha ®a vµo bazo hai transistor T1 vµ T2, dïng tÇng khuÕch ®¹i ®¶o pha T3. ë ®©y thay cho nguån cung cÊp cã ®iÓm gi÷a nèi ®Êt, ngêi ta dïng nguån ®èi xøng ± U CC . Trong s¬ ®å, T1 ®îc m¾c theo kiÓu m¹ch colecto chung vµ T2 theo kiÓu m¹ch emito chung. T3 ngoµi nhiÖm vô khuÕch ®¹i ®¶o pha, cßn lµm nhiÖu vô ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cho T1 vµ T2 nhê ®iÖn ¸p tÜnh trªn colecto vµ emito cña nã. Trong c¸c m¹ch rêi r¹c thêng dïng ghÐp ®iÖn dung gi÷a tÇng khuÕch ®¹i ®¶o pha vµ tÇng ra, b»ng c¸ch ®ã cã thÓ ®Þnh ®iÓm lµm viÖc riªng cho T1 vµ T2, c¸c ®iÖn trë RC vµ RE lóc nµy chØ chän theo yªu cÇu ®èi víi biªn ®é ®iÖn ¸p kÝch cho tÇng ra. Trong kü thuËt tÝch hîp kh«ng thùc hiÖn ®îc ®iÒu ®ã, v× vËy s¬ ®å trªn h×nh 1.15a thêng gÆp khã kh¨n trong viÖc chän RE ®Ó tho¶ m·n yªu cÇu vÒ ®é mÐo vµ c«ng suÊt ra. §Ó kh¾c phôc phÇn nµo khã kh¨n ®ã, ngêi ta thay ®iÖn trë RE bëi mét ®iot nh trªn h×nh 1.15b. §iot lµm nhiÖm vô h¹n chÕ ®iÖn ¸p bazo – emito cña T2, nhê ®ã kh¾c phôc ®îc hiÖn tîng qu¸ t¶i cña T2. §Ó gi¶m mÐo cßn dïng m¹ch håi tiÕp ©m gåm Rht1 vµ Rht2. U ' v Trong m¹ch håi tiÕp ta tÝnh ®îc: I v = I v + I ht = R ; U 'v = I 'v R ht + U v . v Suy ra: U 'v = I th R ht1 + U v = K u U v . Do ®ã hÖ khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch khi tÝnh ®Õn håi tiÕp ©m ®îc x¸c ®Þnh nh sau: Đề tài: Thiết kế máy thu radio AM SVTH : Nguyễn Đình Tuấn 20