CHAPTER POWER AMPLIFIER MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN

Lớp A: Transistor chỉ làm việc trong cả chu kì của tín hiệu ngõ vào phải phân cực DC cho transistor... Mạch KĐCS lớp B transistor ghép đẩy kéo dùng biến áp tt n Để dòng tải không méo IP1

Trang 1

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN

Trang 2

1 MẠCH KĐCS ÂM TẦN LỚP A (nhắc lại)

n Ưu điểm:

Méo phi tuyến ít do chọn được đoạn đặc tuyến làm

việc của transistor.

§ Nhược điểm:

Công suất tín hiệu ra nhỏ do mạch chỉ làm việc với tín hiệu nhỏ.

Hiệu suất bé do phải phân cực DC trước cho

transistor gây tiêu tán DC không mong muốn.

Lớp A: Transistor chỉ làm việc trong cả chu kì của tín hiệu ngõ vào phải phân cực DC cho transistor.

Trang 3

2 MẠCH KĐCS ÂM TẦN LỚP B

n Mạch KĐCS âm tần lớp B transistor ghép đẩy kéo (push – pull) dùng biến áp.

§ Mạch KĐCS âm tần lớp AB transistor ghép bổ phụ: mạch OTL, mạch OCL.

§ Vấn đề nâng công suất cho mạch KĐCS âm tần.

Lớp B: Transistor chỉ làm việc trong 1 bán kì của tín hiệu ngõ vào Với tín hiệu xoay chiều có 2 bán

kì ta phải dùng 2 transistor.

Trang 4

2.1 Mạch KĐCS lớp B transistor ghép đẩy kéo

dùng biến áp

Nguyên lý hoạt động:

§ Bán kì dương của Vi:

(Va>Vb>Vc) Q1 dẫn, Q2 không dẫn ∃ iT1, iT2= 0.

§ Bán kì âm của Vi:

(Va<Vb<Vc) Q1 không dẫn, Q2 dẫn ∃ iT2, iT1= 0.

Trang 5

dùng biến áp (tt)

n Để dòng tải không méo

IP1 = IP2 = IPHoạt động của 2 transistor phải đối xứng ↔ Q1≡Q2, các biến áp T1

và T2 phải có ñiểm giữa ở cuộn thứcấp và cuộn sơ cấp tương ứng

P SAV

I wtdt

I T

Trang 6

Công suất trung bình phân phối trên tải PL:

L PL L

PL PL

PL

R

V I

12

P PL

P P

S PL

I N

N I

V N

P

N

N R

V N

N I

V

2 2

2

1 2

Trang 7

Công suất trung bình phân phối trên tải cực đại:

L P

S

P L

P P

S P

P

N

N R

V N

N I

V

2 2

max

2 max

max max

2

1 2

R

V N

N P

2 2 max

R

V P

2 max

2 1

=

Trang 8

Công suất trung bình của nguồn cung cấp PS:

π

P CC

SAV CC

S

I V

2

max

P CC

S S

I V

S L

PL P

S PL

P

S P

R

V N

N R

V N

N I

N

N I

2 max

R

V N

N P

2 2

Trang 9

Công suất tiêu tán của các transistor:

L S

n dissipatio d

tán tiêu tt

Công suất tiêu tán của 1 transistor: P d /2

Công suất tiêu tán cực đại của các transistor:

)

( 2

1

P L

P P

S L

P P

S CC

L S

R

V N

N R

V N

N V

P P

Lấy đạo hàm, khảo sát cực trị ta suy ra công suất tiêu tán

cực đại của các transistor:

S C

R

V N

N P

2 2

2 max

Trang 10

CC P

L

P P

S CC

L

P P

S

L

V V

R

V N

N V

R

V N

N

P

4 2

2

1

2

2 2

π π

78 4

max

max max = = π =

η

S

LP P

Hiệu suất:

Trang 11

§ Ưu điểm:

Do mỗi transistor làm việc ở 1 bán kì tín hiệu vào nên mạch có thể hoạt động với tín hiệu có biên ñộ lớn công suất ra trên tải của mạch lớn

Hiệu suất cao

§ Nhược điểm:

Méo xuyên tâm do ngưỡng dẫn của transistor

Biến áp cồng kềnh, ñắt tiền

mạch phải có cuộn sơ cấp (T2) và thứ cấp (T1) ñối xứng.Méo tín hiệu ở cuộn thức cấp biến áp khi tín hiệu vào cuộn sơ cấp lớn do hiện tượng từ trễ

Trang 12

Bài tập áp dụng:

Một mạch khuếch đại công suất âm tần lớp B transistor

ghép đẩy kéo dùng biến áp có dòng collector ñỉnh và ñiện

áp đỉnh ở ngõ ra mỗi transistor là 4 (A) và 12 (V) Nguồn cung cấp 24 (V), tỷ số biến áp Np:Ns = 1:1 Giả sử bỏ qua các tổn hao dây quấn của các biến áp Hãy tìm:

a Công suất trung bình phân phối trên tải

b Công suất trung bình được cung cấp từ nguồn DC

c Công suất tiêu tán trên mỗi transistor

d Hiệu suất của mạch trong trường hợp này

e Giả sử tải 8 (Ω), tính công suất cực đại phân phối trên tải

Trang 13

Bài giải:

b Công suất trung bình được cung cấp từ nguồn DC:

Trang 14

Lớp AB: Transistor chỉ làm việc trong 1 bán kì của tín hiệu ngõ vào nhưng để tránh méo xuyên tâm ta

phải phân cực trước cho mỗi transistor điện áp mối nối

VBE và ñiện áp mối nối VEB ñủ lớn (0.7 V) ñể khi có

tín hiệu xoay chiều ngõ vào thì transistor sẽ dẫn ngay.

Do hạn chế của mạch KĐCS ÂT dùng biến áp nên để tránh các hạn chế ñó thì ta không dùng biến áp trong

dùng biến áp ở ngõ ra dạng OTL ( O utput

T ransformer L ess).

2.2 Mạch KĐCS lớp AB transistor ghép bổ phụ

Trang 15

§Điện trở R1, R2, diode D1, D2: tạo phân cực trước cho transistor Q1, Q2 Các dạng khác:

VR Q3

Trang 16

§Tụ ñiện Co: cách ly DC tải với ngõ

ra tầng công suất (M) và ñóng vai trò nguồn cung cấp cho Q2 hoạt động ởbán kì âm của Vi nên gọi là tụ xuất âm

§Bán kì dương của Vi:Q1 dẫn, Q2

Trang 17

2.2.1 Mạch KĐCS âm tần OTL (tt)

n Để dòng tải không méo

IP1 = IP2 = IPHoạt động của 2 transistorphải đối xứng ↔ Q1≡Q2 (chọn

§ Dòng trung bình của nguồn cung cấp:

π

P T

P SAV

I wtdt

I T

I = ∫/2 =

0

sin 1

Trang 18

L PL L

PL PL

PL

R

V I

1 2

1

=

không méo ở ngõ ra của các transistor Ta xét Q1 dẫn:

P P

PL

P L

e

L PL

R R

V I

I

V R

R

R V

L

P L

e

L L

R

V R

R

R P

2 2

Trang 19

L L

R

V R

R

R P

2 2

L

CC L

R

V P

2 max

8 1

=

Trang 20

π

P CC

SAV CC

S

I V

2

max max

L e

CC L

e

P P

R R

V R

R

V I

+

=+

=

) (

2

L e

CC S

S

R R

V P

P

L P

+

=

π

Trang 21

Công suất tiêu tán của một transistor:

L S

n dissipatio d

tán tiêu tt

CC

P L

e L

P CC

L

P L

e L

S

L

V

V R

R

R R

V V

R

V R

R R

2

π π

η

Hiệu suất cực đại khi Plmax và Psmax ↔ VPmax = VCC /2

B L

e

L S

L AB

R R

R P

Hiệu suất:

Trang 22

n Ưu điểm:

Mạch không dùng biến áp nên khắc phục các nhược

điểm của mạch KĐCS ÂT dùng biến áp

Tín hiệu ra không méo xuyên tâm

Hiệu suất cao

n Nhược điểm:

Mạch dùng tụ xuất âm nên làm suy hao tín hiệu

Do suy hao của tụ không ñồng đều theo tần số nên dùng

tụ xuất âm sẽ hạn chế những tín hiệu có tần số thấp

mạch hạn chế tín hiệu siêu trầm Tần số cắt thấp của mạch:

o L

e

C

C R

R

f

) (

2

1 +

=

π

Trang 23

Bài tập áp dụng:

Cho mạch KĐCS ÂT dạng OTL có nguồn cung cấp 20 (V), các điện trở R1 = R2 =

10 (KΩ), Re1 = Re2 = 1(Ω), RL = 8 (Ω) Diode dùng loại Si Tụ Co = 500 (uF) Giả

sử mạch được thiết kế ñối xứng Hãy tìm:

a Các dòng điện qua các điện trở R1, R2.

b Các điện thế tại các nút B1, B2.

c Nếu biên độ áp đỉnh ngõ ra của mỗi transistor là 8 (V), tính công suất trung bình phân phối trên tải trong trường hợp này.

d Công suất trung bình của nguồn cung cấp ở câu c.

e Hiệu suất ở câu c.

f Công suất trung bình cực đại phân phối trên tải.

g Nếu Vi có giá trị 5 (Vrms), tính công suất trung bình phân phối trên tải.

h Tần số cắt thấp của mạch.

Trang 24

93 0

2

2 1

2

R R

V

V I

) ( 3 9

2 1

2 2 2

V V

V I

R V

B B

R B

= +

3 2

W R

V R

R

R P

L

P L

Trang 25

Bài giải: (tt)

d Công suất trung bình của nguồn cung cấp:

)(66

5)

V V

I V

I V P

L e

P CC

P CC SAV

e Hiệu suất:

% 84 55

48

R

V R

R

R P

L

CC

L e

2

1

Hz C

R R

f

o L

Trang 26

2.2.2 Mạch OCL (Output CapacitorLess)

iL

iT2

iT1

Re2 D1

của tầng công suất (M)

§Bán kì dương của Vi:Q1 dẫn, Q2

Trang 27

P SAV

I wtdt

I T

Trang 28

2.2.2 KĐCS âm tần OCL (tt)

L PL L

PL PL

PL

R

V I

1 2

1

=

không méo ở ngõ ra của các transistor Ta xét Q1 dẫn:

P P

PL

P L

e

L PL

R R

V I

I

V R

R

R V

L

P L

e

L L

R

V R

R

R P

2 2

Trang 29

L L

R

V R

R

R P

2 2

L

CC L

R

V P

2 max

Trang 30

π

P CC

SAV CC

S

I V

2

max

P CC

S S

I V

CC L

e

P P

R R

V R

R

V I

+

=+

max

) (

2 2

L e

CC S

S

R R

V P

P

L P

+

=

π

Trang 31

Công suất tiêu tán của một transistor:

L S

n dissipatio d

tán tiêu tt

CC

P L

e L

P CC

L

P L

e L

S

L

V

V R

R

R R

V V

R

V R

R R

2

π π

η

Hiệu suất cực đại khi PLmax và PSmax ↔ VPmax = VCC

B L

e

L S

L AB

R R

R P

Hiệu suất:

Trang 32

n Ưu điểm:

Mạch không dùng tụ xuất âm nên băng thông của mạch được

Tín hiệu ra không méo xuyên tâm

Hiệu suất cao

Trang 33

Một số bài tập yêu cầu

Bài 1: Hãy chọn transistor công suất, ñiện trở ổn

đ ịnh nhiệt, nguồn cung cấp cho mạch OTL một kênh có công suất 16 (W), tải loa 8 (Ω), hiệu suất thiết kế 0.6.

Bài 2: Hãy chọn transistor công suất, ñiện trở ổn

đ ịnh nhiệt, nguồn cung cấp cho mạch OCL một kênh có công suất 20 (W), tải loa 8 (Ω), hiệu suất thiết kế 0.6.

Bài 3 : Các bài tập 2.19, 2.20, 2.21

Trang 34

2.3 Vấn đề nâng công suất cho mạch KĐCSÂT

L PL

L

PL PL

PL

R

V I

1 2

1

=

Nâng biên ñộ dòng qua tải.

Nâng biên ñộ áp trên tải mạch ghép transistor dạng cầu BTL ( B ridge ( B alanced) T ransistor L ine-

out).

Nâng biên ñộ dòng và biên ñộ áp trên tải.

Trang 35

2.3 Vấn đề nâng công suất cho mạch KĐCSÂT (tt)

Nâng biên độ dòng qua tải:

Ghép transistor dạng Darlington.

Ghép song song transistor: thường sử dụng trên thực tế.

Q2 R1

R4 D3

R3 D2

Q4

+Vcc

RL

Q3 Ci

R4 R8

D3

R3 R9

-Vcc

R2

Trang 36

Nâng biên độ ñiện áp trên tải BTL:

R1

R4 D3

R4

R1

R3

R3 Q1

R2 D3 D2

Trang 37

Q2 R1

Q4

R4

R8

R6 D3

R2 D3 D2

Ci R7

-Vcc R2

Q2

R5

Nâng biên độ ñiện áp và biên ñộ dòng tải:

Phải dùng mạch khuếch đệm đảo.

Trang 38

Một số bài tập yêu cầu:

nâng công suất bằng phương pháp nâng dòng, nâng áp, nâng

Định dạng
Số trang	38
Dung lượng	346,35 KB