Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc

16 1K 0
Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ĐỀ TÀI: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT TRANZITO Giảng Viên: Phùng Cơng Phi Khanh Mơn: Kỹ Thuật Điện Tử Họ tên: Hồng Văn Quí Lớp: K37A- SPLý Mã SV: 1151020121 Mục Lục Phần I: Mở đầu tr3 1, Đặt vấn đề tr3 2, Mục đích tr3 Phần II: Phần nội dung tr3 1, Giới thiệu chung mạch khuếch đại công suất tr3 2, Tầng khuếch đại cơng suất có biến áp làm việc chế độ A .tr4 3, Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp tr7 4, Khuếch đại công suất đẩy kéo khơng có biến áp tr12 Phần III: Kết luận .tr15 Tài liệu tham khảo tr15 Phần I: Mở đầu 1, Đặt vấn đề Trong q trình biến đổi gia cơng tín hiệu thường phải xử lý với tín hiệu biên độ nhỏ, cơng suất thấp khơng đủ kích thích cho tầng làm việc Như vậy, cần phải gia tăng cơng suất cho tín hiệu Mạch điện cho phép ta nhận đầu tín hiệu có dạng tín hiệu đầu vào có cơng suất lớn gọi mạch khuếch đại Quá trình khuếch đại q trình biến đổi lượng có điều khiển, nượng nguồn chiều biến thành lượng xoay chiều tín hiệu có mang thong tin Mạch khuếch đại có mặt hầu hết thiết bị điện tử Trong mạch khuếch đại điện tử có phần tử khuếch đại (tranzito, IC), nguồn chiều, phần tử thụ đông R,L,C Nhận thức tầm quan trọng mạch khuếch đại mạch điện tử vơ lớn Vì em xin thực đề tài: “ Tìm hiểu tranzito khuếch đại cơng suất” 2, Mục đích • Tìm hiểu chế độ làm việc thường dùng tầng khuếch đại cơng suất • Xác định thơng số chế độ • Nghiên cứu so sánh chế độ hoạt động với linh kiện, thông số kĩ thuật Phần II: Phần nội dung 1, Giới thiệu chung mạch khuếch đại công suất Khuếch đại công suất tầng khuếch đại cuối khuếch đại Nó có nhiệm vụ cho tải cơng suất lớn với độ méo cho phép hiệu suất cao để đáp ứng cho phụ tải loa, tivi…và ổn định Ba chế độ thường dùng tầng khuếch đại công suất là: chế độ A (dùng biến áp), chế độ B chế độ AB (ngồi cịn có chế độ C D không đề cập đến)  Chế độ A dùng tầng khuếch đại cơng suất đơn, đảm Hình bảo tín hiệu méo hiệu suất nhỏ khoảng 20%, công suất tải không vượt vài W  Trong chế độ B điểm làm việc tĩnh chọn điểm mút phải đường tải chiều Chế độ tĩnh tương ứng với điện áp UBE=0 Khi có tín hiệu vào, dịng colecto xuất ứng với nửa chu kì, cịn nửa chu kì sau tranzito chế độ khóa Khi hiệu suất lượng tầng cao (6070%) có khả cho cơng suất tải lớn, nhiên méo γ với chế độ lớn cần khắc phục cách mắc tranzito thích hợn  Chế độ AB trung gian chế độ A chế độ B đạt cách dịch chuyển điểm tĩn lên phía diểm B ( Hinh 1) Méo không đường thẳng giảm khác nhiều so với chế độ B 2, Tầng khuếch đại cơng suất có biến áp làm việc chế độ A Do dòng điện mạch lớn cần phải lưu ý chọn điện trở RE Điện trở RE thường không vượt vài chục Ω, nên khó khăn việc chọn CE để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều ta khảo sát tầng khuếch đại RE=0 Trong thực tế hiệu suất chế độ đạt vài phần trăm tăng hiệu suất méo tăng Hiệu suất thấp nhược điểm chế độ A, tầng cơng suất chế độ sử dụng Méo tần số tầng có nguyên nhân biến áp Để tăng tần số giới hạn cần giảm điện cảm tiêu tán biến áp, để mở rộng vùng tần số thấp cần tăng điện cảm cuộn sơ cấp biến áp làm việc miền bão hòa từ Phương pháp đồ thị giải tích dùng để tính tốn tầng khuếch đại công suất Số liệu ban đầu để tính tốn cơng suất P1 điện trở tải R1 Ic O Icm P Ico R Uc0 Ucc Ucm Hình 3: Đồ thị để tính tốn tầng khuếch đại làm việc chế độ A, ghép biến áp Hình 2: Tầng cơng suất làm việc chế độ A ghép biến áp Từ đồ thị hình ta thấy đường tải chiều qua điểm E c thẳng đứng điện trở tải chiều (hình 2) tương đối nhỏ, (là điện trở cuộn sơ cấp biến áp) Điện trở tải xoay chiều tầng qui cuộn dây sơ cấp Rt~ = R1 + n2( Rt + R2 ) ≈ n2Rt Trong n=W1/W2 hệ số biến áp, với W1,W2 số vòng dây, R1, R2 điện trở tương ứng cuộn sơ thứ cấp biến áp Để chọn tọa độ điểm tính I C0, UC0 theo cơng thức cần xác đinh thêm trị số UCm, ICm Các tham số tìm sau: Cơng suất xoay chiều Pr cuộn sơ cấp biến áp (công suất mạch colecto tranzoto) cơng suất đưa tải Pt có quan hệ: Pt P r= η b−a ηb-a = 0,8 ÷ 0,95 hiệu suất biến áp Trường hợp tín hiệu tín hiệu hình sin cơng suất tầng có quan hệ với tham số UCm, ICm theo: P = r U 2 I cm cm = U C = U Cm = U Cm R 2R 2n R t~ t~ t Từ ta có: η= 2 U cm U cm ηb −a = Pr Rt Pt Rt Chọn điện áp Ucm theo trị số Uco cho tầng Uco gần Ec Trị số Ucm hệ số biến áp n dung đường tải chiều, Icm=Ucm/(n2Rt) Sau tìm điểm tĩnh, qua ta kẻ đường tải xoay chiều nghiêng góc xác định Rt ~ = ∆U CE ∆I C Chọn loại tranzito cần phải ý đến tham số giới hạn thỏa mãn điều kiện: IC cho phÐp > IC0 + ICm UCE cho phÐp > UCE0 + UCm ≈ 2UCC PC cho phÐp > PC = UC0 IC0 Theo đồ thị hình thấy tích số Pr = U cm I cm công suất tầng, Pr diện tích tam giác cơng suất PQR Theo giá trị Ico tìm được, xác định IBo, sau ta tính R1, R2 Hiệu suất tầng xác định η = ηc.ηb-a ηc hiệu suất mạch colecto Công suất tầng Pr = U cm I cm Công suất tiêu thụ nguồn cung cấp P0 = Ec.Ico = Uco.Ico Hiệu suất mạch colecto η= Pr U cm I cm = P0 2U co I co Từ công thức ta thấy tín hiệu tăng hiệu suất tăng phải tiến tới giá trị 0,5 Ico = Icm ; Ucm = Uco Công suất tiêu hao mặt ghép colecto Pc = P0-Pr = Uco.Ico – U cm I cm Từ công thức ta thấy công suất Pc phụ thuộc vào miền tín hiệu ra, kho khơng có tín hiệu Pc=Po nên chế độ nhiệt tranzito phải tính theo cơng suất Po 3, Tầng khuếch đại cơng suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp Để tăng hiệu suất tầng khơng thể để tranzito làm việc chế độ A mà làm việc chế độ B chế độ AB Khi làm việc chế độ B tín hiệu đầu vào khơng dịng colecto khơng, nên lúc công suất PO tiêu hao nguồn không, hiệu suất tăng Tuy nhiên làm việc chế độ B AB tín hiệu tồn phần cuar chu kì nên méo phi tuyến tính lớn Ở biến áp BA1 biến đảo pha, tạo hai điện áp có biên độ sau ngược pha để kích vào bazo hai tranzito BA2 biến áp Hai tranzito T1 T2 mắc đẩy kéo Mạch colecto mạch tranzito mắc với nửa cuộn sơ cấp biến áp Tỷ số biến áp n2 = W21/Wt = W22/ Wt Biến áp vào AB1 có hệ số biến áp n1 = Wv/W11 = Wv/ W12 đảm bảo cung cấp tín hiệu vào mạch bazo hai tranzito Trong trường hợp khuếch đại nhiều tầng thi Uv biến áp BA1 mắc vào mạch colecto tầng trước theo sơ đồ khuếch đại đơn ghép biến áp (hình 3) Tầng đẩy kéo làm việc chế độ B hay AB Trong chế độ AB thiên áp bazo hai tranzito lấy từ nguồn Ec phân áp R1, R2 Trong chế độ B thiên áp ban đầu khơng có nên khơng cần R1 Khi điện trở R2 dùng để đảm bảo công tác cho mạch vào tranzito chế độ gần với chế độ nguồn dòng Đầu tiên xét sơ đồ làm việc chế độ B Lúc khơng có tín hiệu vào điện áp bazo hai tranzito emito chúng khơng Nếu khơng tính đến dịng điện ngược colecto coi dịng điện tầng khuếch đại không Điện áp tải không Trên colecto tranzito có điện áp chiều điện áp nguồn Ec Khi có tín hiệu vào, nửa chu kỳ dương lúc cuộn thứ cấp W11 biến áp BA1 có nửa chu kì có điện áp âm điểm chung cuộn dây, cuộn dây W12 có nửa chu kì điện áp dương Kết tranzito T2 vẫm tiếp tục khóa có dịng Ic1 = β.iB1 chảy qua tranzito T1 mở Trên cuộn W2 tạo điều nên điện áp U21 = ic1 Rt~ = iC1.n22.Rt Trên tải có nửa song điện áp dương U1 = U21/n2 Hình 4: Tăng đẩy kéo ghép biến áp Hình 5: Đồ thị tuyến tính tăng cơng suất Khi tín hiệu vào chuyển sang nửa chu kì âm, cực tính điện áp cuộn cấp biến áp vào đổi dấu Lúc T khóa cịn T2 mở Trên cuộn W22 có dịng điện iC2 = βiB2 chảy qua tạo nên điện áp có trị số cực tính ngược lại cuộn tải W1 Trên tải có nửa song điện áp âm Như trình khuếch đại tín hiệu vào thực theo hai nhịp nửa chu kì: nửa chu kì đầu có tranzito làm việc, nửa chu kì sau tranzito cịn lại làm việc, trình làm việc với tầng khuếch đại cần giải thích biên độ hình nửa chu kì, ví dụ tranzito T Đường tải chiều xuất phát từ điểm có tọa độ (0, E c) song song với trục dịng điện điện trở mạch colecto gồm điện trở cuộn sơ cấp biến áp BA2 nhỏ Vì chế độ tính U BEo = 0, dịng colecto xác định chủ yếu dịng điện ngược Đường tải xoay chiều vẽ Rt~ = n22.Rt cho xác định quan hệ đặc trưng cho tiêu lượng tầng cơng suất Tín hiệu cuộn sơ cấp biến áp xác định dịng điện tích tam giác gạch chéo (hình 5) Pr = Ucm.Icm/2 Cơng suất đưa có tính đến cơng suất tổn hao biến áp η U I Pt = ηba P~ = ba mc mc Trị số trung bình dịng tiêu thụ từ nguồn cung cấp I0 = π Icm ∫ Icm sin θ dθ = π π Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp Po = I o Ec = I mc Ec π Hiệu suất mạch colecto η= I E Pr U cm I cm π U = / cm o = cm Pt π E0 Và hiêu suất tầng khuếch đại π U η = ηb − a cm Eo Hiệu suất tầng tăng tăng biên độ tín hiệu Giả thuyết U cm = Ec ηb −a = η = 0, 785 Thực tế η đạt 0,5 – 0,6, lớn gấp 1,5 lần hiệu suất tầng đơn Công suất tiêu thụ mặt ghép colecto tranzito Pc = Po − P~ = I cm Ec 1 Ec − I cmU cm = [ U cm − U cm ] π Rt ~ π Theo cơng thức cơng suất Pc phụ thuộc vào biên độ tín hiệu Ucm Để xác định Pcmax lấy đạo hàm Pc theo Uc cho không ta công suất tiêu hao cực đại tranzito là: Pc max Eo = 2 π η2 R t Việc chọn tranzito theo điện áp cần phải ý hình thành 1/2 sóng điện áp 1/2 cuộn W cuộn W2 cịn lại hình thành điện áp cộng với điện áp nguồn E c để xác định điện áp ngược cho tranzito khóa Trị số điện áp đặt tranzito 2E c Xuất phát từ trị số để chọn tranzito theo điện áp Trong chế độ B, dòng điện chảy qua tranzito 1/2 chu kì thích hợp chọn tranzito theo dịng điện dựa vào Icm Do với loại tranzito tầng đẩy kéo đảm bảo cơng suất tải lớn tầng đơn Tuy nhiên chế độ B, thiên áp ban đầu khơng nên méo không đường thẳng điện áp lớn Nguyên nhân tính khơng đường thẳng đoạn đầu đặc tuyến tính vào tranzito dịng bazo nhỏ, tượng méo phần gốc ứng với dòng I b nhỏ Do dạng dịng i c1, ic2 điện áp bị méo Trong chế độ A ngun nhân khơng xuất dịng bazo tĩnh đủ lớn loại trừ vùng làm việc đoạn đầu đặc a) IB T1 tuyến tính vào tranzito Muốn giảm méo mạch bazo Uv ib (t) UBE T2 hai tranzito, người ta đưa them hai điện trở phụ để chuyển chế độ công tác nguồn tín hiệu gần b) tới chế điị nguồn dịng làm giảm ảnh hưởng chế độ khơng IB T1 ib(t) UBE T2 Hình 6: Đặc tuyến khuếch đại đẩy kéo a) chế độ B b) chế ®é AB tuyến tính đặc tuyến vào tranzito Tuy nhiên có hạ áp điện trở phụ dòng iB chảy qua làm giảm hệ số khuếch đại tầng Để giảm méo triệt để tầng đẩy kéo chuyển sang làm việc chế độ AB Thiên áp ban đầu xác địn nhờ điện trở R 1, R2 Đặc tuyến vào hai tranzito có ý đến thiên áp UBo vẽ chung đồ thị hình 6.b Chọn UBo dịng IBo, Ico không lớn lắm, nên thực tế chúng không làm ảnh hưởng đến tiêu lượng sơ đồ so với tầng làm việc nên công thức chế độ B cho chế độ AB 4, Khuếch đại cơng suất đẩy kéo khơng có biến áp Trong sơ đồ khuếch đại công suất xét dùng biến áp để phối hợp trở kháng tải với tranzito để công suất lớn, hiệu suất cao Nếu tranito có hỗ dẫn lỡn mắc tải trực tiếp vào colecto tranzito (trơ kháng tải nhỏ tới mức vài ôm) nghĩa không cần biến áp Với cách làm việc theo sơ đồ không biến áp giảm kích thước, trọng lượng, nâng cao tiêu chất lưỡng dễ dàng việc dùng vi mạch Có hai phương pháp mắc tải tương ứng hai phương pháp cung cấp điện áp chiều: • Theo phương án thứ ( hình 7.a, c) tầng cung cấp hai Ecl Ec2 có điểm chung gọi kiểu cấp song song, tải mắc điểm nối E C tranzito diểm chung cấp nguồn Tranzito T 1, T2 làm việc chế độ AB cách chọn điện trở R – R4 thích hợp Điều khiển tranzito hai nguồn tín hiệu vào ngược pha U v1, Uv2 lấy từ tầng đảo pha trước xuống • Theo phương pháp thứ hai (hình 7.b, d), tầng cung cấp nguồn chung (gọi cung cấp nối tiếp) , tải mắc qua tụ có điện dung đủ lớn Khi khơng có tín hiệu tụ C nạp điện với trị số 0,5E c Nếu T1 làm việc, T2 tắt cung cấp Ec Khi dịng Ic2 chạy qua tụ C tích trữ lượng cho big lại phần lượng đưa vào tải nửa chu kỳ trước Trong sơ đồ (hình 7.c, d), người ta dùng hai tranzito khác loại npn pnp nên không cần hai tín hiệu vào ngược pha Ứng với 1/2 chu kì dương tín hiệu T1 làm việc cịn T2 khóa, cịn ững với 1/2 chu kỳ âm tín hiệu ngược lại 7.a 7.b 7.c 7.d Nếu so sánh với sơ đồ tăng áp có biến áp thấy hình cơng suất (Ucm.Icm)/2 gần trị số Ucm/(2n22R1) Nói khác đi, 7.d cách thay hệ số biến áp, cách tương đối đơn giản, ta nhận công suất yêu cầu cho trước tải chọn Cịn sơ đồ (hình 7) điều khó thực cơng suất tải xác địn U cm2/(2R1) Khả để có cơng suất u cầu, với điện trở R cho trước, trường hợp Ucm định, nghĩa phải ý đến điện áp nguồn cung cấp Khi R nhỏ khơng đủ tải điện, cịn R1 lớn khơng đủ tải dòng điện Tất sơ đồ tăng đẩy kéo yêu cầu chọn tranzito có tham số giống đặc biệt hệ số truyền đạt β Với mạch hình 7.c 7.d cần ý tới nhận xét sau: • Để xác lập chế độ AB cho cặp tranzito T 1, T2 cần có hai nguồn điện 7.a 7.b áp phụ chiều U1 U2 phân cực cho chúng hình Các điện áp tạo cách sử dụng hai điện áp thuận rơi điôt Đ Đ2 loại silic để có tổng điện áp điểm B 1B2 UB1B2 = + (1,1 – 1,2)V có hệ số nhiệt độ âm (-1mV/oC) • Việc trì dịng điện tĩnh IBo ổn định dải nhiệt độ rộng đạt nhờ tác dụng bù nhiệt cặp Đ1Đ2 với hệ số nhiệt dương dòng tĩnh T1 T2 nhờ sử dụng thêm điện trở hồi tiếp âm R 1, R2 < Rt Ngoài điện trở vi phân lúc mở Đ 1Đ2 đủ nhỏ nên mạch vào không làm tổn hao cơng suất tín hiệu, góp phần nâng cao hiệu suất tầng • Khi cần có cơng suất lớn, người ta thường sử dụng tầng cặp tranzito kiểu Darlingtơn hình 9.a 9.b Lúc đó, cặp Darlingtơn coi tranzito mới, chức mạch T T2 định T1’ T2’ có tác dụng khuếch đại dịng Các thơng số mạch 9.a Hệ số khuếch đại dòng điện β = β1β2 Điện trở vào rBE = 2rBE1 Điện trở rCE = 2/3rCE1 Cịn mạch hình 9.b là: β = β 1β2’ ; rBE = rBE2 ; rCE = 1/2rCE2 điện trở R đưa vào có tác dụng tạo sụt áp U R ≈ 0,4V điều khiển mở T2T2’ lúc dòng điện đủ lớn chuyển chúng từ mở sang khóa nhanh • Để bảo vệ tranzito công suất điều kiện tải nhỏ hay bị ngắn mạch tải, người ta thường dùng biện pháp tự động hạn chế dịng khơng giới hạn cho trước I±ramax (có hai cực tính) Hình 10 đưa ví dụ mạch thường gặp IC khuếch đại công suất Bình thường tranzito T3 T4 chế độ khóa dịng điện chưa đạt tới giá trị tới hạn I±ramax Khi dòng điện mạch qua R1 R2 gây đẩy tới ngưỡng mở T3 T4 (cỡ ± 0,6V) làm T3 T4 mở ngăn gia tăng tiếp Ira nhờ tác dụng phân dòng IB1, IB2 T3 T4 Từ chọn R1 R2 theo điều kiện: R1 = +0, 6V I ; + R2 = max −0, 6V I − max Các điện trở R3, R4 để hạn chế dòng, bảo vệ T T4 Thực tế Ura lớn, R5R6 khơng có tác dung với T3T4, Ura giảm nhỏ, phân áp có R5 R6 ảnh hưởng tới giá trị ngưỡng Iramax I ramax = R 0, 6V − ( E − U ) R1 R1.R5 tức giá trị ngưỡng dòng điện hạn chế lớn gặp điện áp đạt tới giá trị xấp xỉ điện áp cung cấp Phần III: Kết luận Luận văn tìm hiểu cách tổng quan mạch khuếch đại công suất tranzito Kết luận văn tính hiệu suất mạch lý thuyết chế độ điều kiện thích hợp cho chế độ thực Mặt khác luận văn đưa lý luận chế độ mạch khuếch đại công suất Tuy có kết nhỏ tảng để nghiên cứu đề tài khác Tài liệu tham khảo: [1] TS Đỗ Xuân Thụ Giáo trình Kĩ Thuật Điện Tử, NXB Giáo Dục [2] TS Phạm Minh Hà Giáo trình Kĩ Thuật Mạch Điện Tử, NXB Khoa Học Kỹ Thuật [3] GV Phùng Công Phi Khanh Bài Giảng Kĩ Thuật Điện Tử Và số tài liệu, tranh ảnh, báo, tạp chí internet ... mạch khuếch đại điện tử có phần tử khuếch đại (tranzito, IC), nguồn chiều, phần tử thụ đông R,L,C Nhận thức tầm quan trọng mạch khuếch đại mạch điện tử vơ lớn Vì em xin thực đề tài: “ Tìm hiểu tranzito. .. số kĩ thuật Phần II: Phần nội dung 1, Giới thiệu chung mạch khuếch đại công suất Khuếch đại công suất tầng khuếch đại cuối khuếch đại Nó có nhiệm vụ cho tải cơng suất lớn với độ méo cho phép... Kết luận Luận văn tìm hiểu cách tổng quan mạch khuếch đại công suất tranzito Kết luận văn tính hiệu suất mạch lý thuyết chế độ điều kiện thích hợp cho chế độ thực Mặt khác luận văn đưa lý luận

Ngày đăng: 16/03/2014, 23:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan