Phân tích mạch Ampli dùng sò BJT (mạch Khuyếch đại âm thanh)

Hiện nay trong gia đình chúng ta hầu hết đầu đã có các thiết bị thu phát âm thanh, nhưng trong các mạch hay thiết bị phát âm thanh đó hoạt động như thế nào thì không phải ai cũng biết. Bài viết dưới đây là một phần giải đáp cho chúng ta biết được một mạch khuyếch đại âm thanh cơ bản làm việc như thế nào. Với các mạch khuyếch đại âm thanh cũng có thể được dùng với tên gọi khác là mạch khuyếch đại âm tần.

Khuyếch đại âm tần sử dụng Transistor lưỡng hạt (BJT)

Trước hết tìm hiểu tác dụng của từng linh kiện có trong mạch:

C1: Dẫn tín hiệu vào mạch khuyếch đại (hay còn gọi là tụ nối tầng, tụ cách ly)
C6: Tụ lọc nguồn chính, giá trị của C6 phụ thuộc vào dòng tải, nói cách khác phụ thuộc vào công suất hoạt động của mạch. Mạch có công suất càng lớn, ăn dòng càng lớn thì C6 phải có giá trị càng cao. Nếu không, sẽ gây hiện tượng “đập mạch” có nghĩa là điện áp trên C6 bị nhấp nhô và loa sẽ phát sinh tiếng ù, gọi là ù xoay chiều. Nếu điện áp nuôi mạch được cấp bởi biến áp 50Hz sẽ nghe tiếng ù như còi tầm, nếu cấp bằng biến áp xung tần số cao sẽ nghe tiếng rít.
R5-C3: Hợp thành mạch lọc RC ổn định nguồn cấp và chống tự kích cho tầng khuyếch đại 2. Tuy nhiên nếu mắc ở đây thì tác dụng của R5-C3 không cao. Muốn nâng cao tác dụng phải mắc mắt lọc này về phía cực (+) của C6.
R3-C2: Mạch lọc RC ổn định nguồn, chống tự kích cho k/đ 1 (khuyếch đại cửa vào).
R1-R2: Định thiên (phân áp) để ổn định phân cực tĩnh cho Q1, để Q1 không gây méo tuyến tính khi khuyếch đại thì R1 phải được chỉnh để Q1 làm việc ở chế độ A (tương ứng Ube Q1 ~ 0.8V đối với BTJ gốc silic). Đồng thời R2 phải được chọn có giá trị bằng trở kháng ra của mạch đằng trước. Nếu tín hiệu vào là micro thì R2 có giá trị chính bằng trở kháng của micro.
R4: Tải Q1, định thiên cho Q2. Trong mạch này Q1 và Q2 được ghép trực tiếp để tăng hệ số khuyếch đại dòng điện trước khi khuyếch đại công suất (Q2 đóng vai trò tiền khuyếch đại công suất). Mặt khác cũng để giảm méo biên độ và méo tần số khi tần số, biên độ của tín hiệu vào thay đổi.
R7-C4: Hợp thành mạch hồi tiếp âm dòng điện có tác dụng ổn định hệ số khuyếch đại dòng điện cho Q1, giảm nhỏ hiện tượng méo biên độ. Khi điều chỉnh giá trị của C4 sẽ thay đổi hệ số khuyếch đại của Q1, nói cách khác điều chỉnh C4 sẽ làm mạch kêu to, kêu nhỏ.
Q1: Khuyếch đại tín hiệu vào, được mắc theo kiểu E chung.
Q2: Đóng vai trò khuyếch đại tiền công suất được mắc kiểu C chung. Tín hiệu ra ở chân E cấp cho 2 BJT công suất. Ở đây, thực chất ko có tín hiệu xoay chiều nào hết, chỉ có điện áp một chiều thay đổi (lên xuống) quanh mức tĩnh ban đầu. Tín hiệu ra ở chân E Q2 được dùng kích thích (thông qua thay đổi điện áp) cho Q3, Q4.
Q3, Q3: Cặp BJT công suất được mắc theo kiểu “đẩy kéo nối tiếp“. Hai BJT này thay nhau đóng/mở ở từng nửa chu kỳ của tín hiệu đặt vào. Lưu ý là Q3 dùng PNP, Q4 dùng NPN nhưng phải có thông số tương đương nhau. Kiểu mắc Q2, Q3, Q4 như trên gọi là “đẩy kéo nối tiếp tự đạo pha“
R9, R10: Điện trở cầu chì, bảo vệ Q3, Q4 khỏi bị chết khi có 1 trong 2 BJT bị chập.
D1, D2: Ổn định nhiệt, bảo vệ tránh cho Q3, Q4 bị nóng.
PR1: Điều chỉnh phân cực Q4, thông qua đó chỉnh cân bằng cho “điện áp trung điểm”

READ So sánh chất âm micro giá rẻ Behringer XM8500, SL 84C và BA 78A

Nguyên lý hoạt động: Chế độ tĩnh : Khi tín hiệu vào bằng 0.

Mạch được thiết kế để Q1, Q2 hoạt động ở chế độ A. Q3, Q4 có thể ở chế độ A hoặc AB.
PR1 được điều chỉnh để Q3, Q4 có điện áp chân B bằng nhau, như vậy độ mở của Q3=Q4 và kết quả là điện áp tại điểm C bằng 1/2 điện áp nguồn cấp (theo sơ đồ mạch được cấp 15V thì điện áp điểm C là 7.V), điện áp tại điểm C gọi là “điện áp trung điểm”.
Tụ C5 được nối vào điểm C. Điện áp ban đầu trên tụ chính bằng điện áp điểm C (7.5V) Khi tín hiệu vào ở bán kỳ dương (+):
Điện áp chân B Q1 tăng → Q1 mở thêm, dòng IcQ1 tăng → sụt áp trên R4 (UR4 = R4xIcQ1) tăng làm cho UcQ1 giảm. Độ giảm của UcQ1 tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu vào.
Vì chân CQ1 nối trực tiếp chân BQ2 nên khi UcQ1 giảm thì UbQ2 giảm theo làm cho Q2 khóa bớt, như vậy dòng IcQ2 giảm xuống dẫn đến điện áp tại điểm A(UA) và điểm B(UB) đều giảm.
Các bạn để ý : Q3 là PNP, Q4 là NPN do vậy khi UA giảm thì độ mở Q3 tăng (mở thêm), UB giảm thì độ mở Q4 giảm (khóa bớt).
Vì Q3 mở thêm, Q4 khóa bớt làm cho điện áp tại điểm C tăng lên dẫn tới tụ C5 (ban đầu là 7.5V) nạp, dòng nạp cho C5 đi từ (+) nguồn 15V → CEQ3 → R9 → C5 → loa → mass. Dòng nạp qua loa là đi xuống.
Điện áp trên tụ C5 lúc này lớn hơn 7.5V.Khi tín hiệu vào ở bán kỳ âm (-)
Điện áp chân B Q1 giảm → Q1 khóa bớt, dòng IcQ1 giảm → sụt áp trên R4 (UR4 = R4xIcQ1) giảm làm cho UcQ1 tăng. Độ tăng của UcQ1 tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu vào.
Vì chân CQ1 nối trực tiếp chân BQ2 nên khi UcQ1 tăng thì UbQ2 tăng theo làm cho Q2 mở thêm, như vậy dòng IcQ2 tăng lên dẫn đến điện áp tại điểm A(UA) và điểm B(UB) đều tăng.
Các bạn để ý : Q3 là PNP, Q4 là NPN do vậy khi UA tăng thì độ mở Q3 giảm (khóa bớt), UB tăng thì độ mở Q4 tăng (mở thêm).
Vì Q3 khóa bớt, Q4 mở thêm làm cho điện áp tại điểm C giảm lên dẫn tới tụ C5 phóng, dòng phóng của C5 đi từ (+) tụ → R10 → CQ4 → mass → loa → (-)C5. Dòng phóng qua loa là đi lên.Kết luận : Như vậy, với cả chu kỳ của tín hiệu vào ta thu được 2 dòng điện liên tục đi xuống/đi lên ở loa, đó chính là tín hiệu xoay chiều ra loa. Cường độ 2 dòng này tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu xoay chiều vào mạch. Đồ thị thời gian :