MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT potx

Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳ của tín hiệu vào Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ - dương hoặc âm - của tín hiệu ngõ vào.. Chỉ một nữa chu kỳ âm hoặc dương - của tín h

BÀI GIẢNG SỐ 5 tiết

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT MỤC TIÊU:

Sinh viên hiểu được hoạt động của một số mạch công suất cơ bản

Sinh viên biết, tính toán và lựa chọn các mạch công suất cơ bản

ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY:

-Giáo trình điện tử cơ bản( Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM)

-Tài liệu tham khảo: Điện tử cơ bản của Nguyễn Phi Yến

NỘI DUNG BÀI GIẢNG:

I. ỔN ĐỊNH LỚP: Thời gian: 5 phút

Số học sinh vắng:

Họ tên học sinh vắng:

II Định Nghĩa: 20 phút

-Là quá trình biến đổi một đại lượng từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng sóng của nó

-Các thông số của mạch khuếch đại:

AV: Hệ số khuyếch đại điện áp

Ai: hệ số khuyếch đại dòng điện

Ap: hệ số khuếch đại công suất

- Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất đủ lớn để kích thích tải Công suất

ra có thể từ vài trăm mw đến vài trăm watt Như vậy mạch công suất làm việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thể dùng mạch tương đương tín hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước

mà thường dùng phương pháp đồ thị

Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các

i

O

V

V

V

i

O i I

I

A =

i i

O O i

O p

I V

I V P P

- Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ - dương hoặc âm - của tín hiệu ngõ vào)

- Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại VBE=0 (vùng ngưng) Chỉ một nữa chu kỳ âm hoặc dương - của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại

- Khuếch đại công suất loại C: Transistor được phân cực trong vùng ngưng để chỉ một phần nhỏ hơn nữa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại Mạch này thường được dùng khuếch đại công suất

ở tần số cao với tải cộng hưởng và trong các ứng dụng đặc biệt

III MẠCH KHUẾCH ÐẠI CÔNG SUẤT LOẠI A: 2 tiết

- Mạch phân cực cố định như hình 9.2 là mô hình của một mạch khuếch đại công suất loại A đơn giản

- Khảo sát phân cực

- Khảo sát xoay chiều:

-Khi đưa tín hiệu vi vào ngõ vào (hình 9.2), dòng IC và điện thế VCE (tín hiệu ra) sẽ thay đổi quanh điểm điều hành Q Với tín hiệu ngõ vào nhỏ (hình 9.4), vì dòng điện cực nền thay đổi rất ít nên dòng điện IC và điện thế VCE ở ngõ

ra cũng thay đổi ít quanh điểm điều hành

-Khi tín hiệu ngõ vào lớn, ngõ ra sẽ thay đổi rất lớn quanh điểm tĩnh điều hành Dòng IC sẽ thay đổi quanh giới hạn 0mA và VCC/RC Ðiện thế VCE thay đổi giữa hai giới hạn 0v và nguồn VCC (hình 9.5)

- Khảo sát công suất:

- Công suất cung cấp được định nghĩa:

Pi(dc) = VCC ICQ (9.1)

- Công suất ngõ ra lấy trên tải, trong trường hợp này là RC, được định nghĩa:

- Nếu tính theo điện thế đỉnh và dòng điện đỉnh:

-Nếu tính theo điện thế và dòng điện đỉnh đối đỉnh:

-Hiệu suất tối đa:

-Ta thấy trong mạch công suất loại A, VCE có thể thay đổi tối đa:

VCE(p-p) max= VCC

-Dòng IC thay đổi tối đa:

IC(p-p) max = VCC/RC

-Công suất ra tối đa:

-Trong mạch khuếch đại công suất loại B, người ta phân cực với VB =0V nên bình thường transistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào Do phân cực như thế nên transistor chỉ dẫn điện được ở một bán kỳ của tín hiệu (bán kỳ dương hay âm tùy thuộc vào transistor NPN hay PNP) Do đó muốn nhận được cả chu kỳ của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phải dùng 2 transistor, mỗi transistor dẫn điện ở một nữa chu kỳ của tín hiệu Mạch này gọi là mạch công suất đẩy kéo (push-pull)

-Công suất cung cấp: (công suất vào)

-Ta có:Pi(dc) = VCC IDC

-Trong đó IDC là dòng điện trung bình cung cấp cho mạch Do dòng tải có đủ cả hai bán kỳ nên nếu gọi IP là dòng đỉnh qua tải ta có:

-Công suất ra:

-Công suất ra lấy trên tải RL có thể được tính:

V DẠNG MẠCH CÔNG SUẤT LOẠI B: 2 tiết

-Trong phần này ta khảo sát một số dạng mạch công suất loại B thông dụng

Tín hiệu vào có dạng hình sin sẽ cung cấp cho 2 tầng công suất khác nhau Nếu tín hiệu vào là hai tín hiệu sin ngược pha, 2 tầng công suất giống hệt nhau được dùng, mỗi tầng hoạt động ở một bán kỳ của tín hiệu Nếu tín hiệu vào chỉ có một tín hiệu sin, phải dùng 2 transistor công suất khác loại: một NPN hoạt động ở bán kỳ dương và một PNP hoạt động ở bán kỳ âm Ðể tạo được 2 tín hiệu ngược pha ở ngỏ vào (nhưng cùng biên độ), người ta có thể dùng biến thế có điểm giữa (biến thế đảo pha), hoặc dùng transistor mắc thành mạch khuếch đại có độ lợi điện thế bằng 1 hoặc dùng op-amp mắc theo kiểu voltage-follower như diễn tả bằng các sơ đồ sau:

* Mạch khuếch đại công suất Push-pull liên lạc bằng biến thế:

-Dạng mạch cơ bản như sau:

- Trong bán kỳ dương của tín hiệu, Q1 dẫn Dòng i1 chạy qua biến thế ngõ ra tạo cảm ứng cấp cho tải Lúc này pha của tín hiệu đưa vào Q2 là âm nên Q2 ngưng dẫn

- Ðến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu đưa vào Q2 có pha dương nên Q2 dẫn Dòng i2 qua biến

thế ngõ ra tạo cảm ứng cung cấp cho tải Trong lúc đó pha tín hiệu đưa vào Q1 là âm nên

Q1 ngưng dẫn

-Chú ý là i1 và i2 chạy ngược chiều nhau trong biến thế ngõ ra nên điện thế cảm ứng bên cuộn thứ cấp tạo ra bởi Q1 và Q2 cũng ngược pha nhau, chúng kết hợp với nhau tạo thành cả chu kỳ của tín hiệu

-Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy được trên tải không được trọn vẹn như trên mà bị biến dạng Lý do là khi bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện ngay mà phải chờ khi biên độ vượt qua điện thế ngưỡng VBE Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm (crossover) Ðể khắc phục, người ta phân cực VB dương một chút (thí dụ ở transistor NPN) để transistor có thể dẫn điện tốt ngay khi có tín hiệu áp vào chân B Cách phân cực này gọi là phân cực loại AB Chú ý là trong cách phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất không đáng kể khi chưa có tín hiệu

-Ngoài ra, do hoạt động với dòng IC lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên Khi nhiệt độ tăng, điện thế ngưỡng VBE giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng IC càng lớn hơn, hiện tượng này chồng chất dẫn đến hư hỏng transistor Ðể khắc phục, ngoài việc

phải giải nhiệt đầy đủ cho transistor, người ta mắc thêm một điện trở nhỏ (thường là vài Ω) ở hai chân E của transistor công suất xuống mass Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, IC tăng tức IE làm VE tăng dẫn đến VBE giảm Kết quả là transistor dẫn yếu trở lại

-Ngoài ra, người ta thường mắc thêm một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt âm (thermistor) song song với R2 để giảm bớt điện thế phân cực VB bù trừ khi nhiệt độ tăng

VI. TỔNG KẾT VÀ RÚT KINH NGHIỆM: (chuẩn bị, thời gian, nội dung, phương pháp)

Ngày …… tháng …… năm …… Ngày …… tháng …… năm ……

Nguyễn Đức Toàn