1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

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

16 1K 0

Đang tải... (xem toàn văn)

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

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 16
Dung lượng 741,5 KB

Nội dung

Phần I: Mở đầu1, Đặt vấn đề Trong quá trình biến đổi gia công tín hiệu thường phải xử lý với tín hiệu biên độ rất nhỏ, công suất thấp không đủ kích thích cho tầng tiếp theo làm việc.. 

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

Đ

TRANZITO

Giảng Viên: Phùng Công Phi Khanh Môn: Kỹ Thuật Điện Tử

Họ và tên: Hoàng Văn Quí Lớp: K37A- SPLý

Mã SV: 1151020121

Trang 2

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 về mạch khuếch đại công suất tr3

2, Tầng khuếch đại công suất có biến áp ra làm việc

ở 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 không có biến áp tr12

Phần III: Kết luận tr15 Tài liệu tham khảo tr15

Trang 3

Phần I: Mở đầu

1, Đặt vấn đề

Trong quá trình biến đổi gia công tín hiệu thường phải xử lý với tín hiệu biên độ rất nhỏ, công suất thấp không đủ kích thích cho tầng tiếp theo làm việc Như vậy, cần phải gia tăng công suất cho tín hiệu Mạch điện cho phép ta nhận ở đầu ra ở tín hiệu có dạng như tín hiệu đầu vào nhưng có công suất lớn hơn gọi là mạch khuếch đại Quá trình khuếch đại là quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng nượng của nguồn một chiều được biến thành năng lượng xoay chiều của tín hiệu có mang thong tin Mạch khuếch đại có mặt hầu hết các thiết bị điện tử Trong mạch khuếch đại điện

tử có phần tử khuếch đại (tranzito, IC), nguồn một chiều, các phần tử thụ đông R,L,C

Nhận thức được tầm quan trọng của mạch khuếch đại trong các mạch điện tử là vô cùng lớn Vì vậy em xin thực hiện đề tài: “ Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất”

2, Mục đích

 Tìm hiểu được các chế độ làm việc thường dùng trong tầng khuếch đại công suất

 Xác định được các thông số cơ bản của từng chế độ

 Nghiên cứu so sánh giữa các chế độ hoạt động với nhau ở các linh kiện, thông số kĩ thuật

Phần II: Phần nội dung

1, Giới thiệu chung về mạch khuếch đại công suất.

Khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ khuếch đại

Nó có nhiệm vụ cho ra tải một công suất lớn nhất có thể với độ méo cho phép và hiệu suất cao để đáp ứng cho các phụ tải như loa, tivi…và ổn định

Trang 4

Ba chế độ thường dùng trong tầng khuếch đại công suất là: chế độ A (dùng biến áp), chế độ B và chế độ AB (ngoài ra còn có chế độ C và D nhưng chúng ta không đề cập đến)

 Chế độ A được dùng trong tầng khuếch đại công suất đơn, đảm bảo tín hiệu ra ít méo nhất nhưng hiệu suất nhỏ nhất khoảng 20%,

và công suất ở tải không vượt quá vài W

 Trong chế độ B điểm làm việc tĩnh chọn ở điểm mút phải đường tải một chiều Chế độ tĩnh tương ứng

với điện áp UBE=0 Khi có tín hiệu

vào, dòng colecto chỉ xuất hiện ứng

với nửa chu kì, còn nửa chu kì sau

tranzito ở chế độ khóa Khi đó hiệu

suất năng lượng của tầng cao

(60-70%) và có khả năng cho một công

suất ra tải lớn, tuy nhiên méo γ với chế độ này lớn cần khắc phục bằng cách mắc tranzito thích hợn

 Chế độ AB là trung gian giữa chế độ A và chế độ B đạt được bằng cách dịch chuyển điểm tĩn lên phía trên diểm B ( Hinh 1) Méo không đường thẳng sẽ giảm khác nhiều so với chế độ B

2, Tầng khuếch đại công suất có biến áp ra làm việc ở chế độ A

Do dòng điện ở mạch ra là khá lớn vì thế cần phải lưu ý khi chọn điện trở

RE Điện trở RE thường không vượt quá vài chục Ω, nên khó khăn trong việc chọn CE để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều ta sẽ khảo sát tầng khuếch đại khi RE=0

Trong thực tế hiệu suất của chế độ này chỉ đạt vài phần trăm vì nếu tăng hiệu suất thì méo sẽ tăng Hiệu suất thấp là nhược điểm cơ bản của chế độ A,

vì vậy ở các tầng công suất chế độ này ít được sử dụng Méo tần số trong

Hình 1

Trang 5

tầng cú nguyờn nhõn là do biến ỏp Để tăng tần số giới hạn trờn cần giảm

điện cảm tiờu tỏn của biến ỏp, cũn để mở rộng ở vựng tần số thấp cần tăng

điện cảm cuộn sơ cấp của biến ỏp làm việc ở miền bóo hũa từ

Phương phỏp đồ thị giải tớch được dựng để tớnh toỏn tầng khuếch đại cụng

suất Số liệu ban đầu để tớnh toỏn là cụng suất ra P1 và điện trở tải R1

Từ đồ thị hỡnh 3 ta thấy đường tải một chiều qua điểm Ec hầu như thẳng

đứng vỡ điện trở tải một chiều (hỡnh 2) tương đối nhỏ, (là điện trở thuần của

Hình 4.41 khuếch đại công suất

biến áp làm việc ở chế độ A

Ur R

R

R

C

E

1 1

+ U

R

C

_

Cn

E

t

P O

R

I c

Uc0

U

cc

Hỡnh 3: Đồ thị để tớnh toỏn tầng khuếch đại làm việc ở chế độ A, ghộp biến ỏp

Hỡnh 2: Tầng cụng suất làm việc ở chế

độ A ghộp biến ỏp

Trang 6

2 2

cuộn sơ cấp biến áp) Điện trở tải xoay chiều của tầng qui về cuộn dây sơ cấp sẽ là

Rt~ = R1 + n2( Rt + R2 )  n2Rt Trong đó n=W1/W2 là hệ số biến áp, với W1,W2 là số vòng dây, còn R1, R2

là điện trở thuần tương ứng của cuộn sơ và thứ cấp biến áp

Để chọn tọa độ của điểm tính IC0, UC0 theo công thức thì cần xác đinh thêm các trị số UCm, ICm Các tham số đó có thể tìm như sau: Công suất xoay chiều ra Pr trên cuộn sơ cấp biến áp (công suất trong mạch colecto của tranzoto) và công suất đưa ra tải Pt có quan hệ:

Pr= t

b a

P



ở đây b-a = 0,8  0,95 là hiệu suất của biến áp

Trường hợp tín hiệu là tín hiệu hình sin thì công suất ra của tầng có quan

hệ với tham số UCm, ICm theo:

Cm

2

Cm C

cm cm

P r

Từ đó ta có:

Chọn điện áp Ucm theo trị số Uco sao cho đối với tầng này Uco gần bằng Ec Trị số Ucm và hệ số biến áp n có thể dung đường tải một chiều, trong đó Icm=Ucm/(n2Rt) Sau khi tìm được điểm tĩnh, thì qua nó ta kẻ đường tải xoay chiều nghiêng một góc xác định bằng

Chọn loại tranzito cần phải chú ý đến các tham số giới hạn của nó thỏa mãn điều kiện:

t

C

U R

I

Trang 7

IC cho phÐp > IC0 + ICm UCE cho phÐp > UCE0 + UCm  2UCC

PC cho phÐp > PC = UC0 IC0 Theo đồ thị hình 3 thấy tích số

2

cm cm r

U I

P  là công suất ra của tầng, Pr chính là diện tích tam giác công suất PQR Theo giá trị Ico tìm được, xác định IBo, sau đó ta tính R1, R2

Hiệu suất của tầng xác định bởi  = c.b-a trong đó c là hiệu suất của

mạch colecto Công suất ra của tầng là

2

cm cm r

U I

P 

Công suất tiêu thụ của nguồn cung cấp

P0 = Ec.Ico = Uco.Ico Hiệu suất của mạch colecto

Từ công thức trên ta thấy nếu tín hiệu ra tăng thì hiệu suất tăng và sẽ phải tiến tới giá trị bằng 0,5 khi

Ico = Icm ; Ucm = Uco Công suất tiêu hao trên mặt ghép colecto

Pc = P0-Pr = Uco.Ico –

Từ công thức trên ta thấy công suất Pc phụ thuộc vào miền tín hiệu ra, kho không có tín hiệu thì Pc=Po nên chế độ nhiệt của tranzito phải tính theo công suất Po

3, Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ B hay AB có biến áp.

Để tăng hiệu suất tầng thì không thể để tranzito làm việc ở chế độ A mà làm việc ở chế độ B hoặc chế độ AB Khi làm việc ở chế độ B thì nếu tín hiệu đầu vào bằng không thì dòng colecto bằng không, nên lúc này công suất PO tiêu hao nguồn sẽ bằng không, hiệu suất tăng Tuy nhiên làm việc ở chế độ B hoặc AB tín hiệu ra chỉ tồn tại trong một phần cuar chu kì nên méo

0

.

2

cm cm r

co co

U I P

  

1

2U I cm cm

Trang 8

phi tuyến tính lớn Ở đây biến áp BA1 là biến đảo pha, tạo ra hai điện áp có biên độ như sau nhưng ngược pha để kích vào bazo của hai tranzito BA2 là biến áp ra Hai tranzito T1 và T2 mắc đẩy kéo Mạch colecto của mỗi mạch tranzito mắc với một nửa cuộn sơ cấp của biến áp ra Tỷ số biến áp ra là 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 của hai tranzito Trong trường hợp bộ khuếch đại nhiều tầng thi Uv của biến áp BA1 được mắc vào mạch colecto của tầng trước theo sơ đồ khuếch đại đơn ghép biến áp (hình 3) Tầng đẩy kéo có thể làm việc ở chế độ B hay AB Trong chế độ AB thiên áp trên bazo của hai tranzito được lấy từ nguồn Ec bằng bộ phân áp R1, R2 Trong chế độ B thiên

áp ban đầu không có nên không cần R1 Khi đó điện trở R2 được dùng để đảm bảo công tác cho mạch vào của tranzito trong chế độ gần với chế độ nguồn dòng

Đầu tiên hãy xét sơ đồ khi nó làm việc ở chế độ B Lúc không có tín hiệu vào điện áp trên bazo của hai tranzito đối với emito của chúng đều bằng không Nếu không tính đến dòng điện ngược colecto thì có thể coi dòng điện trong tầng khuếch đại bằng không Điện áp ở trên tải cũng bằng không Trên colecto mỗi tranzito sẽ có điện áp một chiều bằng điện áp nguồn Ec

Khi có tín hiệu vào, bắt đầu từ nửa chu kỳ dương lúc đó trên cuộn thứ cấp W11 của biến áp BA1 sẽ có nửa chu kì có điện áp âm đối với điểm chung của các cuộn dây, còn trên cuộn dây W12 sẽ có nửa chu kì điện áp dương Kết quả là tranzito T2 vẫm tiếp tục khóa chỉ có dòng Ic1 = .iB1 chảy qua tranzito T1 mở Trên cuộn W2 sẽ tạo điều nên điện áp U21 = ic1 Rt~ = iC1.n22.Rt Trên tải sẽ có nửa song điện áp dương U1 = U21/n2

Trang 9

Khi tín hiệu vào chuyển sang một nửa chu kì âm, cực tính của điện áp ở các cuộn thế cấp biến áp vào đổi dấu Lúc đó T1 khóa còn T2 mở Trên cuộn W22 sẽ có dòng điện iC2 = iB2 chảy qua tạo nên điện áp có cùng trị số nhưng cực tính ngược lại ở cuộn tải W1 Trên tải sẽ có nửa song điện áp âm Như vậy quá trình khuếch đại tín hiệu vào được thực hiện theo hai nhịp nửa chu kì: nửa chu kì đầu chỉ có một tranzito làm việc, nửa chu kì sau thì tranzito còn lại làm việc, quá trình làm việc với tầng khuếch đại như vậy chỉ cần giải thích bằng biên độ hình 5 đối với một nửa chu kì, ví dụ đối với tranzito T1 Đường tải một chiều xuất phát từ điểm có tọa độ (0, Ec) hầu như song song với trục dòng điện vì điện trở mạch colecto chỉ gồm điện trở thuần của cuộn

sơ cấp biến áp ra BA2 rất nhỏ Vì trong chế độ tính UBEo = 0, dòng colecto

Hình 4: Tăng đẩy kéo ghép biến áp

Hình 5: Đồ thị tuyến tính tăng công suất

Trang 10

xác định chủ yếu bằng dòng điện ngược của nó Đường tải xoay chiều được

vẽ bởi Rt~ = n22.Rt cho xác định các quan hệ đặc trưng cho chỉ tiêu năng lượng của các tầng công suất Tín hiệu ở cuộn sơ cấp biến áp ra xác định bằng dòng điện tích tam giác gạch chéo (hình 5)

Pr = Ucm.Icm/2 Công suất đưa ra có tính đến công suất tổn hao trong biến áp

~ ba t P

Trị số trung bình của dòng tiêu thụ từ nguồn cung cấp

0

0

1

m

Ic

 

Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp

2

o o c

I E

Hiệu suất của mạch colecto

0

.

r t

P

E

Và hiêu suất của tầng khuếch đại sẽ là

2 4

cm

b a

o

U E

   Hiệu suất của tầng sẽ tăng khi tăng biên độ tín hiệu ra Giả thuyết Ucm = Ec

và b a 2  1 thì   0,785 Thực tế η đạt 0,5 – 0,6, lớn gấp 1,5 lần hiệu suất của tầng đơn

Công suất tiêu thụ trên mặt ghép colecto của mỗi tranzito

2

~

~

t

R

Trang 11

Theo cụng thức trờn thỡ cụng suất Pc phụ thuộc vào biờn độ tớn hiệu ra Ucm.

Để xỏc định Pcmax lấy đạo hàm Pc theo Uc và cho bằng khụng ta được cụng suất tiờu hao cực đại trong tranzito là:

t

o max

E

Việc chọn tranzito theo điện ỏp cần phải chỳ ý là khi hỡnh thành 1/2 súng điện ỏp trờn 1/2 cuộn W2 thỡ ở cuộn W2 cũn lại cũng sẽ hỡnh thành một điện

ỏp như vậy và được cộng với điện ỏp nguồn Ec để xỏc định điện ỏp ngược cho tranzito khúa Trị số điện ỏp đặt trờn tranzito khi đú là 2Ec Xuất phỏt từ trị số này để chọn tranzito theo điện ỏp

Trong chế độ B, dũng điện chảy qua tranzito chỉ trong 1/2 chu kỡ thớch hợp và chọn tranzito theo dũng điện dựa vào Icm Do đú với cựng một loại tranzito thỡ tầng đẩy kộo đảm bảo cụng suất ở tải lớn hơn tầng đơn

Tuy nhiờn ở chế độ B, vỡ thiờn ỏp ban đầu bằng khụng nờn mộo khụng đường thẳng của điện ỏp ra lớn Nguyờn nhõn là tớnh khụng đường thẳng ở đoạn đầu của đặc tuyến tớnh vào tranzito khi dũng bazo nhỏ, đú là hiện tượng mộo ở phần gốc ứng với dũng Ib nhỏ Do đú dạng dũng ic1, ic2 và điện

ỏp ra cũng bị mộo Trong chế độ A nguyờn nhõn này khụng xuất hiện vỡ dũng bazo tĩnh đủ lớn đó loại trừ vựng làm việc ở đoạn đầu của đặc tuyến tớnh vào tranzito

Muốn giảm mộo trong mạch bazo của hai tranzito, người ta đưa them hai điện trở phụ để chuyển chế độ cụng tỏc của cỏc nguồn tớn hiệu gần tới chế điị nguồn dũng và chớnh là làm giảm ảnh hưởng chế độ khụng tuyến tớnh của đặc tuyến vào

U

v

T1

IB

T2

U BE

i b (t)

a)

T1

IB

T 2

U BE

Hình 6: Đặc tuyến của khuếch đại đẩy kéo a) chế độ B

b) chế độ AB

Trang 12

tranzito Tuy nhiên vì có hạ áp trên điện trở phụ do dòng iB chảy qua sẽ làm giảm hệ số khuếch đại của tầng Để giảm méo triệt để hơn tầng đẩy kéo được chuyển sang làm việc ở chế độ AB Thiên áp ban đầu xác địn nhờ các điện trở R1, R2 Đặc tuyến vào của hai tranzito có chú ý đến thiên áp UBo vẽ chung trên đồ thị hình 6.b

Chọn UBo và các dòng IBo, Ico không lớn lắm, nên thực tế chúng không làm ảnh hưởng đến chỉ tiêu năng lượng của sơ đồ so với tầng làm việc nên công thức ở chế độ B đúng cho cả chế độ AB

4, Khuếch đại công suất đẩy kéo không có biến áp.

Trong các sơ đồ khuếch đại công suất đã xét dùng biến áp để phối hợp trở kháng tải với tranzito để công suất ra lớn, hiệu suất cao Nếu tranito có hỗ dẫn lỡn thì có thể mắc tải trực tiếp vào colecto của tranzito (trơ kháng tải có thể nhỏ tới mức vài ôm) nghĩa là không cần biến áp Với cách làm việc theo

sơ đồ không biến áp ra thì sẽ giảm được kích thước, trọng lượng, nâng cao các chỉ tiêu chất lưỡng cũng như dễ dàng trong việc dùng vi mạch Có hai phương pháp mắc tải tương ứng là hai phương pháp cung cấp điện áp một chiều:

 Theo phương án thứ nhất ( hình 7.a, c) tầng được cung cấp bằng hai Ecl và Ec2 có điểm chung gọi là kiểu cấp song song, còn tải được mắc giữa điểm nối E và C của các tranzito và diểm chung cấp nguồn Tranzito T1, T2 làm việc ở chế độ AB do cách chọn điện trở R1 – R4 thích hợp Điều khiển các tranzito bằng hai nguồn tín hiệu vào ngược pha Uv1, Uv2 lấy từ tầng đảo pha trước xuống

 Theo phương pháp thứ hai (hình 7.b, d), tầng được cung cấp bằng một nguồn chung (gọi là cung cấp nối tiếp) , còn tải mắc qua tụ có điện dung

đủ lớn Khi không có tín hiệu thì tụ C được nạp điện với trị số 0,5Ec Nếu T1

Trang 13

làm việc, T2 tắt cung cấp Ec Khi đó dòng Ic2 chạy qua tụ C tích trữ năng lượng cho nó và big lại phần năng lượng đưa vào tải trong nửa chu kỳ trước Trong các sơ đồ (hình 7.c, d), người ta dùng hai tranzito khác loại npn và pnp nên không cần hai tín hiệu vào ngược pha Ứng với 1/2 chu kì dương của tín hiệu thì T1 làm việc còn T2 khóa, còn ững với 1/2 chu kỳ âm của tín

hiệu thì ngược lại

7.d

7.d 7.c

Trang 14

Nếu so sánh với sơ đồ tăng áp có biến áp ra thì thấy rằng trong hình 4 công suất ra là (Ucm.Icm)/2 gần bằng trị số Ucm/(2n22R1) Nói khác đi, ở đây bằng cách thay hệ số biến áp, một cách tương đối đơn giản, ta có thế nhận được công suất yêu cầu cho trước trên tải đã chọn Còn trong các sơ đồ (hình 7) điều đó khó thực hiện vì công suất trên tải xác địn bằng Ucm2/(2R1) Khả năng duy nhất để có thể có công suất yêu cầu, với điện trở R1 cho trước, trong trường hợp này là do Ucm quyết định, nghĩa

là phải chú ý đến điện áp nguồn cung cấp Khi R1 nhỏ thì không đủ tải về điện, còn khi R1 lớn thì không đủ tải về dòng điện

Tất cả các sơ đồ tăng ra đẩy kéo yêu cầu chọn tranzito có tham số giống nhau đặc biệt là hệ số truyền đạt β

Với các mạch hình 7.c và 7.d cần chú ý tới các nhận xét sau:

 Để xác lập chế độ AB cho cặp tranzito T1, T2 cần có hai nguồn điện

áp phụ 1 chiều U1 và U2 phân cực cho chúng như trên hình 8 Các điện áp này được tạo ra bằng cách sử dụng hai điện áp thuận rơi trên 2 điôt Đ1 và Đ2 loại silic để có tổng điện áp giữa điểm B1B2 là UB1B2 = + (1,1 – 1,2)V và có

hệ số nhiệt độ âm (-1mV/oC)

 Việc duy trì dòng điện tĩnh IBo ổn định trong một dải nhiệt độ rộng đạt được nhờ tác dụng bù nhiệt của cặp Đ1Đ2 với hệ số nhiệt dương của dòng tĩnh T1 và T2 và nhờ sử dụng thêm các điện trở hồi tiếp âm R1, R2 < Rt Ngoài ra do điện trở vi phân lúc mở Đ1Đ2 đủ nhỏ nên mạch vào không làm tổn hao công suất của tín hiệu, góp phần nâng cao hiệu suất của tầng

 Khi cần có công suất ra lớn, người ta thường sử dụng tầng ra là các cặp tranzito kiểu Darlingtơn như hình 9.a và 9.b Lúc đó, mỗi cặp Darlingtơn

Ngày đăng: 16/03/2014, 23:20

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 3: Đồ thị để tính toán tầng khuếch đại  làm việc ở chế độ A, ghép biến áp - Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc
Hình 3 Đồ thị để tính toán tầng khuếch đại làm việc ở chế độ A, ghép biến áp (Trang 5)
Hình 2: Tầng công suất làm việc ở chế độ A - Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc
Hình 2 Tầng công suất làm việc ở chế độ A (Trang 5)
Hình 4: Tăng đẩy kéo ghép biến áp - Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc
Hình 4 Tăng đẩy kéo ghép biến áp (Trang 9)
Hình 6: Đặc tuyến của  khuếch đại đẩy kéo a) chế độ B - Tiểu luận khoa học - Đề tài: "Tìm hiểu về tranzito khuếch đại công suất" doc
Hình 6 Đặc tuyến của khuếch đại đẩy kéo a) chế độ B (Trang 11)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w