Thông tin tài liệu
VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tài liệu tham khảo [1] David B Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999) [2] Dennis L Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011) [3] Jon B Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009) [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/ Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 CHƯƠNG 10 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Khuếch C Khuếch đại công suất NorCal 40A Khuếch đại công suất loại D Khuếch đại công suất loại E Khuếch đại công suất loại F Khuếch đại công suất loại B Mô hình hoá nhiệt Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch C Class-C Amplifiers Mạch thường dùng transistor cực phát chung RF choke : cuộn cảm mạch lọc tần số radio => cung cấp điện áp cho cực góp • RF làm tăng trở kháng nguồn, tác động chủ yếu đến dòng DC nguồn DC block : tụ điện có điện dung lớn => đóng vai trò tải • Có trở kháng RF bé, không ảnh hưởng đến dòng AC Harmonic filter : mạch lọc thành phần dao động điều hòa Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch C Chuyển mạch (switch) transitor : Khi chuyển mạch mở : transistor đóng Khi chuyển mạch đóng : transistor mở Điện áp chuyển mạch : • Chuyển mạch “off” : • Chuyển mạch “on” : • Vm : điện áp đỉnh sóng dạng hàm sin chỉnh lưu Do cuộn cảm RF có điện trở bé : • Giá trị trung bình cho vòng tròn hình sin chỉnh lưu : suy : Công suất cung cấp nguồn • Io : dòng nguồn DC • Chú ý : dòng DC không chạy qua tụ điện, dòng DC qua chuyển mạch dòng nguồn DC : Io Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch C Giả thiết : thời gian chuyển mạch hoạt động ngắn : bỏ qua • Công suất lãng phí (dissipate) : • Công suất đầu : • Hiệu suất : Hiệu suất tỷ số điện áp hiệu dụng điện áp thực tế nguồn Để tăng hiệu suất : • giảm điện áp Von transistor hoạt động • tăng điện áp nguồn cung cấp Biểu diễn sóng điện áp sang tổng thành phần điều hòa theo tần số • Khai triển chuỗi Fourier • Số hạng đầu = điện áp DC, • Số hạng = thành phần tần số tín hiệu truyền, gọi thành phần • Các thành phần bậc cao = thành phần điều hòa chẵn Giả thiết : trở kháng đầu vào mạch lọc “thực” : R • Ta có : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch đại công suất NorCal 40A NorCal 40A Power Amplifier NorCal : Northern California QRP Club Phát triển dựa khuếch C Điện áp nguồn : Điện áp “on” : Tần số : MHz Trở kháng lọc có điện trở R = 50 Dòng điện cung cấp : 250 mA Công suất kỳ vọng : 2.9 W ~ 84% Công suất đo : 2.5 W ~ 78% Công suất suy hao transistor Điện áp cực gốc khoảng thời gian dẫn điện rộng so với cực góp => tượng trễ lưu trữ điện tích Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch đại công suất NorCal 40A Xét mạch điện tương đương Suy hao tương đương với trình phóng điện tụ điện mạch lọc điều hòa • Điện dung : 330 pF • Điện áp hai đầu tụ điện nạp đầy : 15V Năng lượng tụ điện: Công suất lãng phí Dòng điện tụ điện giải phóng Dòng điện transistor “on” Công suất suy hao Công suất lãng phí toàn phần Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch đại công suất loại D Class D Bao gồm chuyển mạch transistor Được gọi mạch “kéo-đẩy” Nguồn nối trực tiếp với transistor cuộn cảm RF Bandpass filter : lọc băng thông • Chặn dòng DC dòng điều hòa từ tải (load) Tạo nên chồng chập điện áp sóng vuông điện áp “on” transistor S1 on S2 off : S1 off S2 on : Chênh lệch điện áp cực đại cực tiểu Khai triển theo chuỗi Fourier Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 Khuếch đại công suất loại D Điện áp đỉnh thành phần Điện áp Vm xem điện áp nguồn hiệu dụng Mạch lọc chặn tất tính hiệu ngoại trừ thành phần => công suất đầu : Công suất tín hiệu vào : • Io : dòng điện trung bình nguồn Giá trị đỉnh dòng điện hình sin chỉnh lưu nguồn Viết lại biểu thức dòng Công suất Hiệu suất Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 11 Khuếch đại công suất loại E Class E Có hiệu suất cao khoảng 90% Biểu diễn công suất dạng : Công suất lãng phí : Biểu thức liên hệ : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 12 Khuếch đại công suất loại E So sánh hiệu suất Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 13 Khuếch đại công suất loại E Mạch khuếch đại 500 W MOSFET : field-effect transistor MOS MOS : metal-oxide-semiconductor Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 14 Khuếch đại công suất loại F Class F Đặc trưng: Cuộn cảm tụ điện L3 C3 mạch cộng hưởng song song • dao động điều hoà bậc • Có tác dụng làm phẳng điện áp Thời gian làm việc transistor ngắn Ứng dụng hiệu tần số cao (GHz) điện áp thấp Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 15 Khuếch đại công suất loại B Class B Chú ý : loại C, D, E F mạch khuếch đại không tuyến tính Để có mạch khuếch đại tuyến tính, điện áp phải thoả mãn: • Hoặc dạng phương trình tuyến tính bậc : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 16 Khuếch đại công suất loại B Điện áp có dạng sóng hình sin Dòng điện DC : • Im dòng cực đại dạng hàm sin chỉnh lưu Công suất nguồn cung cấp • Giá trị đỉnh dòng điện thành phần Công suất Hiệu suất Hoạt động: mạch đẩy-kéo Điện áp vào cao : transistor npn hoạt động transitor pnp không hoạt động Điện áp vào thấp : ngược lại Hai diode làm cho điện áp cực gốc transistor lệch • làm giảm độ méo ngưỡng Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 17 Mô hình hoá nhiệt Thermal Modeling Mạch khuếch đại công suất thường toả nhiệt lớn Các đại lượng tương đương • Nhiệt độ điện áp : • Công suất hao phí dòng điện : Mạch tương đương • Transistor thường gắn lên kim loại để toả nhiệt Rt : điện trở nhiệt, đặc trưng cho toả nhiệt • Đơn vị đo : oC/W • T0 , T : nhiệt độ môi trường xung quanh toả nhiệt Nhiệt toả ra: • Truyền cho không khí xung quanh • Lưu trữ vật liệu, làm cho vật liệu nóng lên Năng lượng nhiệt thay tụ điện nhiệt (J/oC) suy • Tỷ lệ với độ biến thiên nhiệt độ : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 18 Mô hình hoá nhiệt Rj : điện trở nhiệt nối transistor với không khí (toả nhiệt trực tiếp không khí) • Tj : nhiệt độ transistor Xét phương trình đạo hàm riêng bậc Có nghiệm đạng tắt dần Xét phương trình không Định nghĩa biến Lấy đạo hàm vế : Hàm g thoả mãn phương trình : có nghiệm Thay vào ta có hàm f Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 19 Mô hình hoá nhiệt Ứng dụng: Xác định nhiệt độ transistor • Viết lại biểu thức cho công suất hao phí bao gồm phần: • Nhân hai vế cho Rt , ta có • Hoặc Nhiệt độ toả nhiệt là: Cuối cùng, nhiệt độ transistor là:
Ngày đăng: 18/10/2017, 10:53
Xem thêm: VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG, VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG