Chương 6 Tầng Khếch đại công suất doc

Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT Chương 6 Tầng Khếch đại công suất 6.1 Vấn đề chung (Chương 5: Các sơ đồ KĐ chuyên dụng và tạp âm yêu cầu SV tự đọc) Tầng KĐCS (KĐ P) có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích thích cho tải (mW đến >100W); công suất đưa đến tầng sau dưới dạng điện áp hoặc dòng có biên độ lớn. Đặc trưng làm việc với tín hiệu lớn là các T không làm việc ở miền tuyến tính do đó không thể dùng sơ đồ tương đương để phân tích mà phải dùng phương pháp đồ thị dựa trên họ đặc tuyến vào và ra. Do làm việc cả ở miền phi tuyến nên méo phi tuyến sẽ lớn, khi thiết kế hoặc phân tích mạch điện tầng KĐ P chú ý các biện pháp giảm méo. 1. Các tham số của tầng KĐ P - HSKĐ P K P là tỉ số giữa công suất ra và công suất vào K P = P r /P v - Hiệu suất là tỉ số giữa công suất ra và công suất tiêu thụ nguồn P 0 η= P r /P 0 2. Chế độ công tác và định điểm làm việc Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 2. Chế độ công tác và định điểm làm việc • Bộ KĐ P có thể được thiết kế làm việc ở các chế độ A, AB, B và C. Mỗi chế độ tương ứng với góc cắt θkhác nhau. t i c i c u be u be t 2θ=T/2 i c 1 P cMax Hyperbol P 2 A AB B U CE Max U CE Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • Lưu ý: • Trong chế độ A tín hiệu được KĐ gần như tuyến tính với góc cắt θ=T/2=180 0 , khi tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh I C luôn lớn hơn biên độ dòng ra, do đó hiệu suất bộ KĐ chế độ A rất thấp (<50%) và chỉ dùng với công suất nhỏ(<1w) • Chế độ AB có góc cắt 90 0 <θ<180 0 , cho hiệu suất cao hơn chế độ A (<70%) vì dòng tĩnh I C0 yêu cầu nhỏ hơn dòng tĩnh trong chế độ A. Điểm làm việc nằm trên đặc tuyến tải gần khu vực tắt của T • Chế độ B có θ=90 0 điểm làm việc tại U BE =0 • Chế độ C có góc cắt θ<90 0 có hiệu suất cao (>70%) nhưng méo rất lớn. Thường dùng trong bộ KĐ cao tần với tải cộng hưởng để lọc ra các sóng hài mong muốn. • Điểm làm việc tĩnh xác định trong khu vực giới hạn bởi Hyperbola công suất,đường thẳng ứng với dòng I cMax , dường thẳng ứng với U CEMax , đường cong phân cách với khu vực bão hòa và đường thẳng phân cách với khu vực tắt của T • Ở chế độ động điểm lv có thể vượt ngoài Hyperbola P (vẫn đảm bảo P th <P th cho phép), nhưng Ko vượt quá các giới hạn khác. Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT 6.2 Những vấn đề chung về mạch điện tầng KĐ công suất • Mạch điện tầng KĐ P được phân loại theo bảng 6.1. • Tải của tầng KĐ P thường mắc trực tiếp vào C hoặc E. Có thể ghép qua C hoặc BA. Mạch ghép BA hiệu suất cao nhưng dải tần hẹp và kích thước lớn Tầng KĐ P Chế độ A Đẩy kéo (thường dùng chế độ B hoặc AB) Đẩy kéo song song Dẩy kéo nối tiếp T cùng loại T khác loại T cùng loại T khác loại Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT 6.3 Tầng KĐ đơn (chế độ A) • Điểm làm việc thay đổi xung quanh điểm tĩnh, so với tầng KĐ tín hiệu nhỏ, nó chỉ khác là biên độ tín hiệu lớn hơn, thường dùng mạch EC hoặc CC cho HSKĐ P lớn và ít méo phi tuyến. • 3.1 Sơ đồ EC • Với tín hiệu vào sin: • Theo đặc tuyến ra xác định: • Vậy: C CECCCCE r R URIIU P 2 ˆ 2 ˆ 2 ˆˆ 22 === ~ U CE I C U CC R B R C I B 2 )( ˆ 2 )( ˆ minmin CECEMax CE CCMax C UU U II I − = − = 8 ))(( minmin CCMaxCECEMax r IIUU P −− = Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • Công suất ra lớn nhất khi có điều kiện: • U CEMax -U CEmin ~U CC tức biên độ xoay chiều • I CMax -I Cmin ~2I C0 và R Copt =U CC /2I C0 vậy • Chú ý: đường tải càng nằm gần Hyperbola P thì P r càng lớn. Khi ghép điện dung với tải cần phân biệt đường tải tĩnh và động, điện trở ra tối ưu: (R C //R t ) opt =U CC /2I C0 • Công suất cung cấp cho mạch: • Vậy hiệu suất tối đa: 2 ˆ CC CEMax U U ≈ 48 0 2 CCC C CC rMax IU R U P ≈≈ ∫ =+= T CCCCCcc IUtdtIIU T P 0 000 )sin ˆ ( 1 ωω %25%100 0 ≈= P P rMax Max η C I ˆ CE U ˆ t t i C i C U CE U CC U CEM U CEm U CE I CM I C0 I Cm Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 3.1 Sơ đồ lặp E (CC) • Họ đặc tuyến ra và đường tải tương tự mạch EC. Vẫn chọn điểm làm việc tĩnh ở giữa đường tải • Ta có: • Biên độ áp ra cực đại: • Khi trở tải đạt giá trị tối ưu: • Công suất ra lớn nhất: • Công suất tiêu thụ: P 0 = U CC I E0 • Vậy hiệu suất cực đại: U CC R 1 R 2 U B U E U CE R t =R E C p 22 0 CERCCCERCC CERCE UUUU UU + = − += 0 ˆ 2 ˆ EE CERCC E II UU U ≈ − = 0 2 ˆ ˆ E CERCC C C opt I UU I U R − ≈= opt CERCC opt EEE rMax R UU R UIU P 8 )( 2 ˆ 2 ˆˆ 22 − === %25%100 4 1 %100 8 )( %100 0 2 0 ≈ − = − == CC CERCC ECCopt CERCCrMax Max U UU IUR UU P P η Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 6.4 Tầng KĐ đẩy kéo • (dùng hai phần tử tích cực mắc chung tải) • 4.1 Các loại sơ đồ: PT KĐ PT KĐ = PT KĐ PT KĐ = = U CC R t U CC R t // Nối tiếp Song song Nối tiếp = = = = == = Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 4.2 Một số đặc điểm cơ bản • + Điểm đất của mạch // là đầu âm nguồn, điểm đất của nối tiếp là điểm giữa nguồn. • + Mạch đẩy kéo của 2 T cùng loại được kích thích bằng tín hiệu ngược pha. Thường dùng tầng đảo pha hoặc biến áp có điểm giữa nối đất về mặt xoay chiều. • + Các tầng đẩy kéo có thể làm việc • ở chế độ A, AB hoặc B, nhưng • phổ biến là chế độ AB và B. • Ở chế độ B, điểm làm việc chọn • sao cho dòng ra ở chế độ tĩnh I r0 =0, • áp ra U r0 =U CC . 0 I r I r U r U r 0 Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 4.3 Mạch đẩy kéo // • Đặc trưng của các mạch đẩy kéo // phải dung BA để ghép 2 nửa điện trở tải. Sơ đồ mạch như hình 4.3 minh họa U v BA 1 N a N b N b R 1 R 2 N 1 N 1 N 2 U r R t I C1 I C2 +- I r [...]... • Chúng ta thấy công suất tiêu thụ phụ thuộc vào mức điện áp ra UCE Công suất tiêu hao trên Colector PC là hiệu công suất cung cấp P0 và công suất tới tải Pr ˆ ˆ2 2 U CEU CC U CE PC = P0 − Pr = − 2 2 π n Rt 2n Rt ˆ = 2U • PC cực đại khi: U CE π CC • Ở chế độ B công suất tổn hao lớn nhất là: 4 PCMax = 2 PrMax π • Vậy hiệu suất cực đại: η Max PrMax π = 100% = 100% = 78.5% P0 Max 4 Bô môn Kỹ thuật điện... U CER ) I EM Công suất ra: 2 2 4 Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • Công suất một chiều cung cấp cho mỗi T: T P0 = U CC • Công suất tổn hao trên mỗi T: 1 ˆ 2 ∫ I r sin ωtdt = π U CC I EM T 0 m m2 Pc = P0 − Pr = U CC I EM − (U CC − U CER ) I EM π 4 • Cho đạo hàm dPc/dm=0 xác định giá trị m có công suất tổn hao lớn nhất: 2U CC 2 mP = ≈ π (U CC − U CER ) π cMax • Công suất tổn hao cực đại: PcMax =... Rt • • • • Công suất cung cấp cho tải: ˆ U CEMax = U CE − U CER Biên độ áp cực đại của một T: (U CC − U CER ) 2 PrMax = Vậy công suất ra lớn nhất: 2n 2 Rt Giả thiết BKĐ làm việc trong T /2 ˆ ic 1 i • chế độ B, chúng ta có IC trung bình:c = T ∫ ic (t )dt = π 0 ˆ • Vậy công suất một chiều: 2 ˆ 2 U CEU CC P0 = π I cU CC = π Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT n 2 Rt • Chúng ta thấy công suất tiêu thụ... Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 4 .6 Một số mạch mở rộng và cải thiện đặc tính • 1 Mạch bù trôi • 2 Nguồn đơn cực • 3 Mạch bù Boostrap • 4 Bổ xung mạch hạn dòng • 5 Mắc nối tiếp nhiều T để nâng áp ra Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 4 .6 Bài tập chương 4: Cho mạch như hình, các linh kiện có giá trị: Vcc=16V; R1=56KΩ; R2=20KΩ; Re=2KΩ; Rc=3.3KΩ; Rt =6. 2KΩ; rd=100Ω; R β=150; rce=500KΩ; UBE=0.7V... 2 PcMax = ≈ 2 U CC U CC 2 ˆ U CC U r U CC − U CER Rt = = ≈ 2 ˆ I EM π PcMax Ir • Trở tải tối ưu: • Tổng công suất ra: (U CC − U CER ) 2 m2 π2 π2 Prtong = (U CC − U CER ) I EM = m 2 PcMax ≈ m 2 PcMax 2 2 2 U CC 2 2m • Tổng công suất tiêu P U CC I EM ≈ m2πPcMax 0 tong = π thụ: Prtong π η= ≈m • Hiệu suất: P0tong 4 • Với mạch cân bằng m=1: π η= 4 = 78.5% Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT • 4.5 Mạch... điểm làm việc IBQ; ICQ; UCEQ R và dùng đường tải tĩnh biểu diễn trên họ đặc tuyến ra • 3 Tính toán các tham số của mạch K u; Z v; Z r • 4 Tính toán và so sánh tham số động khi không có CE b1 +Vcc Rc (16V) C2 Rt b2 Bô môn Kỹ thuật điện tử Trường ĐHGTVT Re Ce . tử Trường ĐHGTVT Chương 6 Tầng Khếch đại công suất 6. 1 Vấn đề chung (Chương 5: Các sơ đồ KĐ chuyên dụng và tạp âm yêu cầu SV tự đọc) Tầng KĐCS (KĐ P) có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích. điện tầng KĐ P chú ý các biện pháp giảm méo. 1. Các tham số của tầng KĐ P - HSKĐ P K P là tỉ số giữa công suất ra và công suất vào K P = P r /P v - Hiệu suất là tỉ số giữa công suất ra và công. thấy công suất tiêu thụ phụ thuộc vào mức điện áp ra U CE . Công suất tiêu hao trên Colector P C là hiệu công suất cung cấp P 0 và công suất tới tải P r . • P C cực đại khi: • Ở chế độ B công