Khuếch đại công suất dùng Tranzito : Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trang 1

Loi cam on

Trong thời gian nghiên cứu khoá luận này em đã được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong tổ Kỹ thuật nói riêng và khoa Vật lý nói chung, cùng các bạn

sinh viên Đặc biệt là thầy giáo thăc sĩ: NGUYÊN NGỌC TUẦN đã tận tình giúp

đỡ em hồn thành bài khố luận này -

Em xin chân thành cảm ơn thạc sĩ: NGUYÊN NGỌC TUẦN, cùng tất cả các thầy cô và các bạn trong khoa Vật lý nói chung và tổ Kỹ thuật nói riêng

Trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót em rất mong được thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để khoá luận của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng 5 /2007 Sinh viên Phạm Thị Phong

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan những øì tôi viết trên đây là do tự mình nghiên cứu, chưa được công bố ở một khoá luận nào

Trang 2

2 ^ MO DAU

1.Ly do chon dé tai

Tranzito ra doi vao nam 1948 do Bardeen ,Brattin va Schckley phat minh ra tại phòng thí nhiệm Bell telephone danh dấu buớc phát triển cách mang trong kỹ thuật điện tử và dần trở thành một trong những công cụ quan trọng nhất của cách mạng kỹ thuật ở trình độ cao Ngày nay khi thế giớivà đất nước đang có sự bùng nổ vê công nghệ thông tin Khoa hoc công nghệ và kỹ thuật đã trở thành một ngành mũi nhọn Sự ra đời của Tranzito và một số linh kiện khác đã làm thay đổi hầu hết các lĩnh vực khác trong cuộc sống của con ngudi

Do sự phát triên nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và nhu cầu tìm hiểu ngày càng sâu rộng của sinh viên về kỹ thuật điện tử Bản thân tôi thấy một số giáo trình viết về phần nào khó hiểu cho người nghiên cứu, người đọc cũng như các bạn sinh viên Vì vậy kháo luận này tôi đã đi nghiên cứu đề tài “khuếch đại công suất dùng Tranzito” Với mong muốn tích luỹ thêm kiến thức cho mình

ngoài ra còn muốn người đọc hiểu hơn về bô môn này Đó là lý do chọn đề tài

của tôi

2.Mục đích chọn đề tài

Tập hợp các tài liệu liên quan đến khuếch đại công suất dùng Tranzito nhằm

giúp người ngiên cứu và những người quan tâm về lĩnh vực này hoàn toàn dễ hiểu 3.Nhiệm vụ của đề tài

-Hiểu rõ để vận dụng trình bày về cơ sở lý thuyết của khuếch đại công suất dung Tranzito -Khái quát hoá một cách tương đối đầy đủ về lý thuyết khuếch đại công suất dùng TranzIto -Với lượng kiến thức tổng hợp được để đi đến phân tíc , đánh giá về vấn đề nghiên cứu

-Đưa ra cách trình bày đơn giản nhất về vấn đề nghiên cứu là khuếch đại

công suất dùng TranzIto

4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng 3 phương pháp

+Phân tích

+Tổng hợp

+Khái quát 5 Đối tượng nghiên cứu

Các tài liệu về khuếch đại công suất dùng Tranzito dùng cho các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp thuộc khối kỹ thuật

Trang 3

Các giáo trình về kỹ thuật điện tử

Giáo trình điện tử công suất 7 Cấu trúc khoá luận

Mở đầu:

Lý do chọn đề tài

Trang 4

NOI DUNG

CHUGNG 1 :NHUNG VAN DE CHUNG CUA KHUECH DAI CONG SUAT DUNG TRANZITO

1 sơ lược về sự phát triển của điên tử công suất

Sự phát triển của truyền điện động điện đã thúc đẩy sự ra đời của điện tử

công nghiệp Tuy nhiên ứng dụng của nó còn bị hạn chế và thiếu những linh kiện điện tư công suất có hiệu suất cao Năm 1948 Barde, Brattain va Schockley da phat minh ra Tranzito tại phòng thí nghiệm Bell Telephonevà giải thưởng nôben

năm 1956 đã đánh dấu bước phát triển cách mạng trong kĩ thuật điện tử.Kể từ đó kĩ thuật điện tử phát triển mạnh mẽ theo hai hướng:

+KI thuật điện tử tín hiệu +Điện tử công suất 2.Các khái niệm liên quan

+Khuếch dai: La một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó có

năng lượng của nguồn cung cấp một chiều (không chứa một chiều) được biến

đổi thành dạng năng lượng xoay chiều (có quy luật biến đổi mạng thông tin

cần thiết) Nói cánh khác đây là một quá trình gia công sử lý thông tin dạng anolong

+tKhuếch đại công suất: tầng khuếch đại công suất là tầng cuối cùng mắcvới tải ngoài để nhận được công suất tối ưu theo yêu cầu trên tải

Tầng khuếch đại dùng :

+tranzito lưỡng cực +IC khuếch đại công suất +Điện tử công suất (điện tử dòng điện mạnh)

Với đặc điểm chủ yếu là chuyển mạnh (đóng-cắt) dòng điện lớn ,điện áp cao để thay đổi độ lớn ,dạng sóng,tần số dòng công suất

+Linh kiện điện tử : +Tranzito :

Nếu trên cùng một bán dẫn lần lượt tạo ra hai tiếp giáp công nghệ p-n gần nhau thì ta được một dụng cụ bán bẫn 3 cực gọi là tra1to Trong đó : 1 là: Tranzito lưỡng cực công suất BJT,dẫn dòng điện một chiều khi có bazơ thích hợp 2 là: Tranzito hiệu ứngôtrường FET dẫn dòng điện máng khi đặt điện áp cổng thích hợp

3 là: Tranzito lưỡng cực cổng cách li IGBI là loại FET đặc biệt có chức năng

Trang 5

Trong các Tranzito trên thì Tranzito lưỡng cực cổng BỊT là linh kiện cơ bản tham gia vào mạch khuếch đại nhằm biến đổi công suất vào ,được đặc trưng bởi điện áp ra U1 ,dòng I1,và tần số dòng điện f1 thành các đại lượng tương ứngU2 I2,f2 (Hình vẽ 1) Bỏ chỉnh lưu Đại lượng xoay Đai lượng mù Bỏ nghịch lu Sn =, SIÊ: 3 gã ge § $| 5 SỈ ` S | Ra 33> F ai ¥ 8i tạ Ỷ Đại lượng xoay Hai lyons mot chiếu U, if chiều U, dạ 3.Phân loại khuếch đại Khuếch đại gồm

Khuếch Khuếch Khuếch Khuyếch

Trang 6

4.Các chỉ tiêu tham số cơ bản

Để đánh giá chất lượng của một tầng khuếch đại người ta chỉ định nghĩa các chỉ tiêu và tham số cơ bản sau: Các chỉ tiêu cơ bản Đặc tính Trokhang Hệ số Hệ số

biên độ lối vào và méo khuếch

của tầng lốira đại khuếch của tầng +Đặc tính biên độ của tầng khuếch đại: là đường biểu diễn quan hệ Ura =f3

( U „) lấy ở một tần số cố định của dải tần số tín hiệu (U ) + Trở kháng lối vào và lối ra của tầng khuếch đại U U Z,=— Z,=— 1, 1, +Hệ số méo: Xác định độ sai lệch dạng tín hiệu ở đầu ra so với đầu vào của tầng khuếch đại +Hệ số khuếch đại : là tỷ số biên độ của đại lượng điện cùng tên (I, U,9 ở lối ra và lối vào tầng

Trong thực tế khi nghiên cứu và tìm hiểu về điện tử công suất cũng có những có những thuận lợi và khó khăn

-Thuận lợi : Tài liệu tham khảo nhiều và dễ tìm

Trang 7

CHUONG 2

1 Cau tao va nguyén ly lam viéc cua mot tang khuéch dai

Tang khuéch dai chung

1.1.1Cấu tạo chung của Tranzito Tranzito có 2 loại: +Tranzito thuan pnp +Tranzitonghich npn — —| P |N |P N ỊP |N ee Tranzito có cấu tạo là các miền bán dẫn p-n xen ké nhau tuỳ theo trình tự sắp sếp các miền p-n-p +Miền thứ nhất của Tranzito có nồng độ tạp chất lớn nhất gọi là miền Emitơ ki hiệu là (E) +Miền thứ hai có nồng độ tạp chất nhỏ nhất gọi là miền Bazơ kí hiệu là (B) nhỏ cỡ khoảng micomét +Miền thứ ba có nồng độ tạp chất trung bình gọi là miền Colectơ kí hiệu là (C)

Tiếp giáp giữa Emitơ và Clectơ là Je Tiếp giáp giữa Clectơ va Bazo la Jc

Xét về mặt cấu trúc Tranzito có thể coi là 2 điốt mắc nối tiếp nhau điều đó

không có nghĩa là khi ta mắc 2 điốt nối tiêp nhau thì tạo thành Tranzito vì giữa chúng không có sự tương tác giữa các tiếp giáp p-n

Sơ cấu tạo của Trazito thành 2 điốt

Trang 8

-Chi y: ki hiéu mii tén dat giữa E và B có chiều từ p sang n Hiệu ứng Tranzito chỉ xảy ra khi khoảng cách giữa 2 tiếp giáp nhỏ hơn nhiều so với độ dài khuếch tán của các hạt dẫn

1.1.2 Nguyên lý làm việc của Tranzito

Hình 2: Sơ đồ khuếch đại của Tranzito dạng p-n-p và n-p-n

Ta đi phân tích nguyên lý làm việc của Tranzito 6 dang p

Do J, phân cưc thuận các hat đa số (lỗ trống) từ miền E phun qua ]; tạo nên dòng Emitơ (I,) Chúng tới vùng Bazơ để trở thành hạt thiểu số và tiếp tục khuếch

tán sâu vào vùng Bazơ hướng tới lạ trên đường khuếch tán một phần nhỏ bị tái hợp với hạt đa số của Bazơ tạo nên dòng điện cực Bazơ (I¿) Do cấu tạo miền Bazơ mỏng nên gần như toàn bộ các hạt khuếch tán tới được bờ của J¿ và bị trường gia tốc (do J, phân cực ngược) cuốn qua tới được miền Colectơ tạo nên dòng điện Colecto( I,) Qua đó ta có hệ thức cơ bản tạo về dòng điện trong Tranzito 1a le = Ib +Ic -Hệ số truyền đạt dòng điện của Tranzito a= (1) a dé đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tan trong ving (B), øz càng gần tới l thi Tranzito càng tốt -Hệ số khuếch đại dòng điện của TranzIto 8= (2)

B dé danh gid tac dung diéu khién cia dong I, téi dong I,

8 có giá trị khoảng vài chục tới vài trăm

Từ (1) và (2) ta có: Ie=l»(1+ø)=> z= a

1.1.3 ứng dụng của Tranzito

Dùng để khuếch đại dòng điện, điện áp, công suất

Trang 9

1.1.4 Chế độ làm việc Chế độ khoá Chế độ bão hoà Chế độ khuếch đại

1.2 Khuếch đại công suất dùng Tranzito

Trong khuếch đại công suất dùng Tranzito chủ yếu là sử dụng Tranzito lưỡng cực BỊT Chính vì thế trong bài khoá luận này tôi chỉ đi tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý lam viéc của loại Tranzito nay

1.2.1Cấu tạo của Tranzito

'TranzIto lưỡng cực RƑT công suất có 2 loại: Tranz1to phân cực thuận p-n-p

Tranzito phân cực ngược n-p-n Hình 3 sơ đồ BJT

Trong đó :C là colectơ B là bazơ E 1a emito

C và E hình thành 2 cực của khoá chuyển mạch có điều khiển ,chúng nằm

trong mạch công suất

B là cực điều khiển

Cho phép : - Chuyển RỊT sang trạng thái bão hoà hay trạng thái dẫn

-Chuyển BỊT sang trạng thái khố với cơng suất tiêu thụ rất thấp Từ hình vẽ (hình 4) ta có lớp N nối với colectơ là lớp dầy nhất, bao gồm một vùng N đóng vai trò khi TranzIto phải khoá các điện áp thuận cao

Trang 10

Chu nti cB Ry “ Es VI yên tiển E - B |

Có : Chuyển tiếp C-B phân cực ngược (U ,,> 0) Chuyển tiếp E-B phân cực thuận ( U „< 0)

1.2.2 Nguyên lý làm việc

U„>0 các điện tử đa số của Emitơ kéo đến Bazơ, ở đây chúng trở nên thiểu số Một phần điện tử qua Bazơ và tái hợp với các lỗ đa số ở đây Các điện tử dễ đàng qua chuyển tiếp C-B phân cực ngược và đạt tới C Như vậy các điện tử từ E đến C qua B, được B lôi kéo

Và hình thành hiệu ứng Tranzito Mỗi khi một lỗ trong Bazơ tái hợp với một điện tử từ E nguồn điện áp E; cung cấp một điện tích dương, mới duy trì U,; = const Các điện tích tạo nên dòng điện Bazơ 1, có cường độ liên quan

đến dòng điện từ E đến C và tạo nên dòng i, Goi a là phần điện tử từ E đến C ta có: l„=ø dạ 1; =(l-ø )41„ a se ` A Ww Ww ` 9 => 1,=——.1, =f.1, với Ø là hệ số khuếch đại dòng của TranzIto 1.2.3 Các chế độ làm việc +Chế độ khoá Tranzito Khi U,„ >0 = TranzIto bị khoá khi 1; <0 Có thể xảy ra 3 trường hợp

Hình 5a: 1, = 0 dòng từ E đến C (không nối Bazơ)

Chuyển tiếp B —E phân cực thuận là rất nhỏ dòng của các hạt thiểu số qua

vùng này cho phép bù các tái hợp giữa các lỗ và điện tử trong Bazơ

=1¿ =lz= (l+) l„ø

Hình 5b: U„, và 1; liên hệ bởi phương trình: U, =R,.1;= 0

Trang 11

dong dién i, < 0 ứng với tích các dién tir trong Bazo do nguén E,, qua dién tréd R, taco:

ip=i,-i, >i, V6ii, <0

Hình 5c: Chuyển tiếp B — C phân cực ngược sẽ không có hiệu ứng Trazitoi, <0

—=-E, gửi đến B để duy ti U,, khong đổi : lo =I CBO 1z=Ï ;zo <Ï œo i,=1,-i, <0 Trong ca 3 trường hợp dòng điện rò thuận là rất nhỏ Sự khác nhau giữa chúng tác động đến chuyển mạch ở trạng thái mỡ Hình 5: Tranzito bị khoá

+ Tranzito bao hoa (hình 6) Có 3 trạng thái bão hoà

-Bão hoà - Gần bão hoà - Quá bão hoà

Để Tranzito đóng vai trò của một chuyển mạch kín, ta làm cho Tranzito bão hoà nhờ dòng điện Bazơ dương lớn hơn giá trị cần thiết để bù sự tái hợp giữa

các lỗ và điện tử trong Bazơ

Khi các diện tích trong Bazơ dương nó khuếch tán trong vùng X“ kích tạp yếu của Côlectơ là kích tạp kiểu P mở rộng vùng Bazơ làm giảm vùng w- Khi đó điện trở tăng, điện áp rơi giảm trong Colectơ

Với dòng 1, đã cho nếu 1„ ở vùng N' lại giảm Khi vùng này hoàn toàn chuyển sang loại P Tranzito bão hoà, lớpw* của Colectơ kích tạp mạnh, ngăn trở vùng Bazơ mở rộng hơn

Trang 12

Khi d6 U,, 4m một chút

Khi U,„< 0 để chuyển tiếp C-B tré nén dan theo chiéu thuan, dòng điện

colectơ đổi chiều, Tranzito sẽ bị bão hoà ta cần tránh hiện tượng này Hình 6: Tranzito bao hoa BT,

Tuyển tính Gdn bao hoa

2.Dac tinh tinh

Có 3 cách mắc mạch là Emitơ chung (EC), Bazo chung (BC), Colecto chung (CC) Trong khoá luận này ta chỉ đi phân tích đặc tính fính của (EC)

2.1 Đặc tính ra

Đặc tính ra biểu thị quan hệ giữa dòng ¡„ qua chuyển mạch theo điện áp U „„ trên cực của nó, với các giá trị dòng điều khiển ¡„ khác nhau

Trang 13

wun=L le | Ip3 >'p4 Bao] Ị inn «i hoa Ks By B2 >ÌEa bã °F $ lạ{ ›ÌE; j Tuyén dnh f ÌB1> 0 | / IB ñ n > Wae Đặc lĩnh ra

Khi U„„< 0 > U,; < U;; Trên cực chuyển tiếp B-E phân cực thuận

Trong vùng gần bão hoà việc giảm hệ số khuyếch đại dòng điện sẽ dẫn tới giảm 1¿ Ở giá trị1, đã cho Khi đạt tới giá trị bão hoà, 1„ không phụ thuộc vào 1„ nữa, tất cả các đặc tính trùng nhau ở một đường cong đi qua điểm U,„= 0, ¡„= 0Ö

Trong điện tử công suất người ta cho Tranzito làm việc ở chế độ đóng hoặc mo

2.2 Dac tinh diéu khién

Trang 14

U ~ =f„, với ¡„ không đổi (hình 8a)

Với ¡„ đã cho (hình 8b) U,„ giảm khi i, tăng và tiến đến giá tri cực tiểu ứng

với giao điểm của đường thẳng ở i„ không đổi với phần đặc tính ra ở đó tranzito

bão hoà, giá trị cuc tiéu tang theo i, ki hiéu 14 U,, bao hoa

Nếu lấy i, va U,, ta cling nhan duoc gia tri dong dién i, khi dat ti gidi han thi U,, bao hoà, tăng 1; không ảnh hưởng gì Ngược lại lượng điện tích dư trong bazo sẽ lớn hơn, làm tăng thời giam tích tụ Thông thường các đặc tích giới hạn Ở lạ = ic

Để đặc trưng cho tranzito công suất về dòng điện cho: - Dòng điện colectơ ở chế độ một chiều

- Giá trị cực đại của dòng điện colectơ xung lặp lại lạ

- Điện áp rơi U,„ cho theo một hoặc nhiều giá trị 1„., trong đó I,„ bão hoà 2.2.3 Đặc tính vào:

Đặc tính vào U,„= f0; ) vẽ theo các giá trị 1„ (hình7) có dạng như đường cong của chuyển tiếp PN ở dòng điện ¡, đã cho, U,„ tăng theo i„ một chút

Mặc dù hệ số khuếch đại dòng điện ở chế độ bão hoà thấp, hệ số khuếch đại

công suất lớn bởi vì U,„ nhỏ hơn điện áp trong mạch điều khiển nhiều Hình 9: đặc tính vào j ‘ez _— cH | j 1 IB i! T “I * C1 lez leg

Để chuyển mạch nhanh sang trạng thái mở, có thể đạt điện áp U „„< 0, nghĩa là phân cực ngược chuyển tiếp Bazơ - Emitơ

3 Các chế độ chuyển mạch Có 2 loại chuyển mạch là:

Trang 15

3.1.Chuyển mạch đóng

Trong các bộ biến đổi nh, Tranzito được sử dụng như một khoá chuyển

mạch, khi ở trạng thái bão hoà ( Vạ, ~ 0 do đó khoá chuyểm mạch đóng) Khi thì

bị khoá (i„= 0 khoá chuyển mạch hở) Sự chuyển mạch cần ngắn nhất có thể, gây tổn hao công suất thấp như muốn làm việc ở tần số cao Mặt khác sự chuyển

mạch là nguồn gốc tạo nên đỉnh nhọn điện áp hoặc dòng điện phụ thuộc vào mạch chứa Tranzito

Khi đặt vào bazơ của Trazito bị khoá bằng điện áp V„; dương một bước nhảy dòng điện 1;,, dòng điện côlectơ tăng dần từ không tới I (hình 10) thời gian

tổng xác lập dòng điện I mở gồm:

Thời gian từ t, để ¡„ = 0 + 0,11

Thoi gian tang trudng dé i, = 0,11 +I

Hinh 10 xac lap dong dién i, SS nn o,4l |

Mae lap dong dian

Sự tăng dòng điện tương ứng việc xác lập dòng điện tử trong lớp P từ emitơ tới và tạo nên dòng 1„ Điện tích chứa trong lớp bazơ khi 1„ = I gọi là dòng khuếch tán

Trong hệ trục Vạ¿ — ic, điểm làm việc phải chuyển từ điểm B sang điểm S bão

hoà

Quỹ đạo tiếp tục của điểm làm việc đi từ B tới S với tốc độ chuyển mạch phụ

thuộc vào sự tăng trưởng của điện áp Vợ; và mạch nối với tranzIto

Trang 16

Để giảm tổn hao chuyển mạch khi đóng có thể mắc nối tiếp một điện cảm

nhỏ với tranzito

3.2 Chuyển mạch mở

Cũng như các linh kiện bán dẫn khác ta ký hiệu thời gian suy giảm toàn bộ

t,„ là thời gian kể từ lúc đặt tín hiệu mở lên cực điều khiển đến khi dòng điện trong Tranzito bị dập tắt hoàn toàn

Để ngắt dòng điện lớn qua Tranzito, ta đổi chiều dòng điện bazo tir I,, sang —

I,, va duy tri gid tri 4m cho đến khi dòng i, bằng không (hình 12)

Thời gian dập tắt dòng điện gồm hai phần: - Thời gian tích tụ t, dé i, từ I giảm tới 0,91 - Thời gian suy giảm t; để i, từ 0,9I xuống 0,11 Hình 12: || am \ o,1 1 1 | t 3

Thời gian tích tụ tương ứng với sự thoát các điện tích dương tích tu trong miền P Thời gian này càng dài nếu dòng điện càng lớn, Tranzito càng bão hoà, dong dién —I,,

Thời gian suy giảm cần thiết để các hạt thiểu số của bazơ trở về emitơ hoặc

tái hợp với các lỗ Sự biến mất điện tích khuyếch tán này phụ thuộc vào I, vào

-],„, nhiệt độ chuyển tiếp và tốc độ tăng trưởng của điện áp Vạ; Từ hình 13a giả thiết dòng I không đổi:

Trang 17

Vee - Vp=E

Trong khoảng 0~t, ứng với thời gian tích tụ của Tranzito Mỗi khi các điện tích dư thừa của bazơ đã thoát, dòng i„ không thể giảm vì điốt có điện áp âm trên các cực của nó không thể dẫn được do đó i, tiếp tục lấy các điện tích dương của bazo 1a tang điện trở suất của nó và tăng điện tro cua trazito (khoang t, +t,) đầu vào của điốt dẫn khi t = t, dẫn tới điện áp trong V,, Su tang cla ip lién quan đến việc giảm i, Khi 1 đạt tới giá trị I thì tranzIto bị khoá

Hình 13b trình bày dạng sóng của i;, I› và Vị, của I và Vạ;, công suất tiêu tan cua tranzito

Tổn hao công suất khoá

Các tổn hao do chuyển mạch khoá thực chất do dong dién i, chi dap tat khi

Vạ„ phục hồi

Để giảm các tổn hao ta có thể sử dụng bộ suy giảm, thực chất gồm một tụ

điện nối song song với các cuc tranzito Tu điện làm giảm dòng lu

Để giảm thời gian dập tắt dòng điện có thể tạo nên hạn chế làm việc ở tần số

Trang 20

Tầng khuếch đại công suất là tầng cuối cùng mắc với tải, để nhận được công

suất tối ưu theo yêu cầu truyền tải

4.2 Dụng cụ và thiết bị sử dụng TranzIto lưỡng cực

IC là linh kiện điện tử tổ hợp gồm nhiều Tranzito với nhau 4.3 Phân loại theo cách mắc với tải

Có 2 cách mắc: + Tầng khuếch đại công suất có biến áp ra

+ Tầng khuếch đại công suất không có biến áp ra 4.4 Các chế độ làm việc của Tranzito

Gồm 3 chế độ

+ Chế độ A : Khuếch đại công suất đơn tín hiệu ít méo nhất công suất nhỏ hiệu suất băng 20%

+ Chế độ B: I, chỉ xuất hiện ở nửa chu kỳ còn lại ở chế độ khoá z (méo) nhỏ hiệu suất bang 60 > 70%

+Chế độ AB: Méo không đường thẳng công suất nhỏ hơn chế độ B Hình 14: Vị trí điểm làm việc tĩnh trên đặc tuyến ra trong chế độ A, B, AB lc —if Fan ley eT MS ũ Le A Uce= 0 Py Ure

Trang 21

Do R , chi vai chuc 6m >I, nho

Trang 22

Từ hình vẽ ta có điện trở xoay chiều của tầng quy về cuộn sơ cấp R „ là

R„ =n7(R,+r;)+r,xn”R,

+ M A ^Z = Ww z

Trong đó : n= Wy Hệ số biến áp

2

W W, 1» W Số vòng dây tương ứng trên các cuộn sơ và thứ cấ g day g ung p r,,r, Điện trở thuần trên cuộn sơ và thứ cấp

Để chọn được toạ độ của điển công tác tĩnh ta phải xác định được U ,„„ và

U „bằng cách dựa vào điều kiện của hệ gồm 2 phương trình Up, >U, +AU gE lạ > lự + Leo (E) Trường hợp là tín hiệu hình sin đưa vào mạch ta có U2 CM I cư P,= 2 +P, Công suất xoay chiều trên cuộn sơ cấp Trong đó: P_= ab

+P, Công suất đưa ra tải

+H „ Hiệu suất của biến áp ra H„ =(0,8 0,9) Trường hợp tín hiệu là hình sin, thì công suất ra của tầng có quan hệ với tham số U ,„ l„„„ theo P = Ư cụ Joy = Ucu — Vou - rg 2Rye 2n?.Rự U >Iy, ==" >H= H,.H, n’.R,

Trong đó: + HH Hiệu suất của tầng

Trang 23

Công suất tiêu hao ở trên mạch colectơ là:

1

P¿ =P¿-P,= Uzs.lc¿- 2 - cự -Ïcụ

4.2Tâng khuếch đại day kéo chế độ B hay AB có biến áp Hình 17: Tầng đẩy kéo ghép biến áp 22 i— | Sử 2 Wino Ri Sơ đồ gồm : 2 Tranzito T,,T;

Tải được mắc với tầng khuếch đại qua biến áp ra AB,

Mạch colectơ của mỗi tranzito được mắc tới một nửa cuộn sơ cấp biến áp ra A nr x 2 ` W W + Hés6 bién 4pra AB, lan, =—“+=—* W, W, A 4 x ⁄ ` ` W M + Hé s6 bién ap vao AB, lan, =— = — Wi, Wy W,;, W¿; số vòng dây của cuộn thứ cấp ở AB,

W,;, W;„ số vòng dây của cuộn sơ cấp ở AB,

W, số vòng dây của cuộn sơ cấp ở máy biến áp nối với tải W, số vòng dây của cuộn thứ cấp ở máy biến áp nối với nguồn n, đảm bảo cung cấp tín hiệu vào mạch Bazơ của 2 tranzito Hình 18: Đồ thị tính tầng công suất

Trang 24

Tầng đẩy kéo có thể làm việc ở 2 chế độ là: + chế độ B

+ chế độ AB

Chế độ B: Thiên áp ban đấu không có > không cần R Khi đó đện trở R, được dùng để đảo bảo công tác cho mạch vào của Tranzito trong chế độ gần với chế độ nguồn dòng

Lúc không có tín hiệu vào điện áp U, trên 2 tranzito T,,I, là U,, =U,,=0 Nếu không tính đến dòng điện ngược colectơ Ï „= dòng trong tầng khuếch dai I = 0 va điện áp trên tải Ư, = 0Ö

=> Ua, =E, U, =E,

Với U,, là điện 4p cua colecto trén tranzito T, U,,1a dién 4p cua colecto trén tranzito T, + Khi có tín hiệu vào nửa chu kỳ dương —>trên AB, có

Trang 25

= Tranzito T,mo, Traito T, khoá chỉ có dòng I, chảy qua T,

T,mở do > Ï,¡ =/„, > trên W;, có điện áp Ư,¡= 1¿;.R „¿ =1„,.n?.R, => trên tải R,sẽ có nửa sóng điện áp riêng với U,=—?+

nN,

Khi tín hiệu vào với nua chu kỳ âm trên AB, có: W,, c6 nửa chu kỳ và điện áp dương

W,; có nửa chu kỳ và điện áp âm —= Tranzito T, khoá, Traito T, mở

Do T; mở = trên biến áp AB, ở cuộn W,; có dòng 1,„ chạy qua —= lạ; =.1ø; —=U„ =1,,.R„ =1,,.n?.R, Tín hiệu ở cuộn sơ cấp biến áp ra xác định bằng diện tích tam giác gạch chéo (hình18) 1 P, — 2 Uo Loy

= công suất đưa ra tải có tính đến công suất tổn hao trong biến áp P,=”„,.P, — với 7„,hiệu suât cửa AB,

Công suât tiêu thụ từ nguồn cung cấp là: 2È P, = —* — I cy (a Hiệu suất của mạch colectơ là : FL Nc Pp 4 E = Hiéu suat 1) — Ta; - A E

n tăng khi bién d6 tin hiéu ra Gia thiét U,,, =E, va 7,, = 1 thi n= 0,785 Công suất tiêu thụ trên mặt ghép colectơ của mỗi tầng Tranzito là:

2E 1

P,= P,-P, = dey ~ > Vow lew

+ p =2Fc Yaw _ 1 Uậu (1)

= P, phu thudc vao bién dé tin hiéu ra U,,, Dé xdc dinh P,.,,, lấy đạo hàm

Trang 26

dP _ 2E-, Uy =0 dU oy TR yc Rye Từ đó ta nhận được trị số U „„ ứng với P, Ut, ==“““=0,64E, (2) 7 Từ (1) và 2) = công suất tiêu hao cực đại trong Tranzito là: 2 Eệ P

Cmax i’ ny Ryc

Nhuoc diém: vi thién 4p ban đầu bằng không => méo không đường thang của điện áp ra lớn Nguyên nhân chính là do không đường thẳng ở đoạn đầu của đặc tuyến vào

Ảnh hưởng độ không đường thẳng của đặc tuyến vào tranzito dẫn đến méo

Trang 27

Vi không có biến áp ra ở tầng khuếch đại nên kích thước giảm => trọng lượng và giá thành giảm

Vì vậy nó sẽ nâng cao chỉ tiêu chất lượng

Kết luận: Đối với tầng khuếch đại trên đây người ta đưa ra 2 phương pháp mắc đối với tải là 2 phương pháp cung cấp điện áp một chiều

+Phương pháp 1: cung cép E,, vaE,,(E,, # E,,)=> T;, T; để ở chế độ làm

việc A, B với U„,, Uz„, ngược pha

Ta chọn R,, R,, R,,R„ có những thông số thích hợp

= Tại R,mắc giữaE và C

+Phương pháp 2: cung cấp E,„ và E„„(E„„, nối tiếp E,,)

=> ở trạng thái mở (với nửa chu kỳ dương) T, ở trạng thái khoá (với nửa chu kỳ sau) > không có tín hiệu vào Tụ c được nạp tới chỉ số 0,5E„

Trang 28

Nếu T; làm việc—I,chạy qua nguồn cung cấp E„

= I,„ chạy qua tụ c tích trữ năng lượng cho bản thân nó và bù lại phần năng lượng đưa vào tải ở nửa chu kỳ trước

Chú ý:

Tất cả các sơ đồ (tầng ra của hệ kéo) chúng ta phải chon cặp tranzito có các

thông số giống nhau Nhất là hệ số truyền đạt Ø

Khi cần có công suất lớn thường phải sử dụng tầng ra là các cặp tranzito kiểu Darlingtơn Lúc đó mỗi cặp Darlingtơn được coi là một tranzito mới, chức năng của mạch do T; và T; quyết định còn T,,T, có tác dụng khuyếch đại dòng ra

Phần 3: Kết luận

Như chúng ta đã biết các hệ thống điện tử và máy tính chiếm một vị trí quan trọng trong các lĩnh vực công nghệ, khoa học và đời sống của con người

Điện tử công suất cũng chiếm một vị trí không nhỏ Nó là những kiến thức nghiên cứu cơ bản của các hệ thống điện tử Nắm được các mạch khuếch đại cơ bản sẽ g1úp người đọc tiếp thu được một lượng kiến thức không nhỏ trong việc

tìm hiểu về khoa học kỹ thuật điện tử Để từ đó việc học và tìm hiểu của mình đạt

hiệu quả cao

Phần khuếchđại công suất là cơ sở lý thuyết cho việc thiệt kế các mạch khuếch đại cơ bản

Trong khuôn khổ phạm vi nghiên cứu của đề tài, với phương pháp trình bày

sâu sắc và khoa học Tôi hy vọng sẽ giúp bạn đọc có thể nắm bắt được lượng kiến thức đầy đủ trong một thời gian ngắn nhất

Tài liệu tham khảo 1 Kỹ thuật điện tử

Đỗ Xuân Thụ Nhà xuất giáo giuc 2 Điện tử công suất

Lê Văn Doanh(chủ biên) Nhà xuất bản khoa hoc kỹ thuật 3 Kỹ thuật điện

Dang Van Dao —Lé Van Doanh Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật

4 Điên tử công suất và điều khiển động cơ