giao trinh ky thuat dien tu phan 2

Cơng suất PC cơng suất đốt nóng colectơ tranzisto, hiệu công suất tiêu thụ nguồn P0 công suất xoay chiều P~ PC= P0 - P~ , η = P~ P ; PC = P0 - P~ = P0(1 - ~ ) = P0(1 - η) P0 P0 P0 P (1 − η) − 1) = P~ hayP~ = C P~ η 1− η Như công suất gắn liền với hiệu suất η, nâng cao hiệu suất η cơng suất xoay chiều lớn 4.12.1 Tầng khuếch đại công suất đơn dùng biến áp làm việc chế độ A Sơ đồ nguyên lý trình bày hình 4.41 Trong sơ đồ thực tế nguồn UCC đặt toàn lên colectơ tranzisto điện trở r dòng chiều IC nhỏ Điện trở tải Rt phản ánh sang W1 , Rt cuộn sơ cấp biến áp thành R t = , n hệ số biến áp n = ; W1, W2 W2 n - số vòng cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Khi làm việc chế độ A biên độ dòng ImC nhỏ dòng chiều I C0, biên độ điện áp UmC nhỏ UC0 nên ψ , χ nhỏ 1, tức hiệu suất η < 50% ( theo lý thuyết) Thực tế hiệu suất đạt vài phần trăm tăng hiệu suất méo tăng Hiệu suất thấp nhược điểm chế độ A, tầng cơng suất chế độ sử dụng Méo tần số tầng lý xét khuếch đại điện trở, nguyên nhân biến áp Để tăng tần số giới hạn cần giảm điện cảm tiêu tán biến áp, để mở rộng vùng tần số thấp cần tăng điện cảm cuộn sơ cấp biến áp Méo phi tuyến gây nên lõi sắt từ biến áp làm việc miền bão hoà từ Ta xét quan hệ cụ thể tầng khuếch đại cơng suất đơn có biến áp hình 4.41 theo đồ thị đặc tuyến tương tự khuếch đại điện trở làm việc chế độ A (Hình 4.42) Đồ thị trình bày phương pháp mặt phẳng phân tích khuếch đại Từ đồ thị đặc tuyên ta thấy đường tải chiều qua điểm điểm U0 dốc, thẳng đứng tải chiều điện trở cuộn sơ cấp biến áp nhỏ Phía trái đồ thị dòng colectơ biến thiên hình sin ,phía đồ thị điện áp coletơ biến thiên hình sin Tải xoay chiều quay cuộn sơ cấp biến áp là: rt~ = r1 + n2( Rt + rr ) ≈ n2Rt (4.103) Trong r1, r2 - điện trở ( dây cuốn) cuộn sơ cuộn thứ biến áp, = P~( 118 n= W1 , hệ số biến áp, W1, W2 - số vòng dây cuộn sơ cuộn thứ biến áp Để W2 chọn toạ độ tĩnh IC0, UC0 phải xác định UCm, ICm Các tham số xác định sau: công suất xoay chiều P~ cuộn sơ cấp biến áp ( mạch colectơ tranzistor) là: P~ = Pt η ba ( 4.104) Q Icm o Icm H Uc0 Ucm Ucm ηba = 0,8 ÷ 0,95 - hiệu suất biến áp Ucmax Ic I U 2C cm cm P = = = ~ R t~ 2 U Cm U Cm = 2R t ~ 2n R t U Tín hiệu coi hình sin thì: η= UCm U Cm U 2cm.η ba = P~R t Pt R t Từ đó: (4.105) (4.106) Chọn UCm theo trị số điện áp dư U CE cho UCE0 ≈ UCC, từ xác định ICm = / ( n2Rt) Sau tìm điểm cơng tác tĩnh UCE0 ≈ UC, ICm ≈ IC dựng đường tải động với góc nghiêng : R t~ = ∆U CE ∆I C Chọn tranzistor phải ý đến đIều kiện sau: IC cho phép > IC + ICm ( 4.107) 119 UCE cho phép > UCE0 + UCm ≈ 2UCC PC cho phép > PC = UC IC Theo hình (4.42) : P~ = ( 4.108) ( 4.109) U CmI Cm diện tích tam giác OQH Theo IC tìm IB0 tính R1, R2 mục 4.5 Hiệu suất tầng khuếch đại η = ηc.ηba ;ηc - hiệu suất mạch colectơ Ở chế độ A khơng có tín hiệu P~ = PC = P0 nên cần chọn chế độ nhiệt tranzistor theo P0 để bảo đảm tranzistor không bị hư 4.12.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo có biến áp Để tăng hiệu suất tầng khơng thể để tranzistor làm việc chế độ A mà làm việc chế độ B chế độ AB Khi làm việc chế độ B tín hiệu đầu vào khơng dòng colectơ không, nên lúc công suất P O tiêu hao nguồn không, hiệu suất tăng Tuy nhiên làm việc chế độ B AB tín hiệu tồn phần chu kỳ nên méo phi tuyến lớn Để giảm méo dùng hai tranzistor mắc đẩy kéo.Xét sơ đồ nguyên lý hình 4.43a Ở biến áp BA1 biến áp đảo pha ,tạo hia điẹn áp có biên độ ngược pha để kích vào bazơ hai tranzistor BA biến áp Hai tranzisto T T2 mắc đẩy kéo Mạch colectơ mạch tranzisto mắc với nửa cuộn sơ cấp biến áp Tỷ số biến áp n = w1/w2 = w1'/ w2 ( w1 = w1') Nếu tầng làm việc chế độ AB Rb1, Rb2 đảm bảo thiên áp cho chế độ này.Nếu tầng làm việc chế độ B không cần định thiên ; Rb1, Rb2 lúc có tác dụng để bảo đảm cơng tác cho mạch vào tranzisto chế độ gần với chế độ nguồn dòng Xét sơ đồ làm việc chế độ B Khi khơng có tín hiệu vào điện áp bazơ hai tranzisto so với emitơ khơng Nếu ta bỏ qua dòng ngược colectơ coi dòng điện tầng không, điện áp tải không Trên colectơ tranzistor có điện áp xấp xỉ E Khi có tín hiệu vào, giả sử nửa chu kỳ đầu dương T thơng khuếch đại, T2 tiếp tục đóng Trên cuộn w1 tạo nên đIện áp Uw1 = iC1 Rt~ = iC1.n22.Rt = β.iB1.n22.Rt Trên tải Rt có điện áp Ur = Uw1/n2 Khi tín hiệu chuyển sang nửa chu kỳ âm T1 đóng lại, T2 thơng khuếch đại, iC2 = βiB2 Điện áp w1' trị số với Uw1 hai tranzisto hệt nhau, ngược pha nên tạo nên tải điện áp bán chu kỳ âm Hình 4.43b mơ tả nửa chu kỳ tranzisto Đường tải xoay chiều với Rt~ = n22.Rt dựng điểm UCE0 = E0 IC = I0 ≈ Từ ta có: P~ = 1/2UCm.ICm η U I (4.112) Pt = ηba P~ = ba mc mc Trị số trung bình dòng tiêu thụ nguồn IO xác định theo thành phần chiều chuỗi Furie nửa chu kỳ: 120 1π I ∫ I sin θ dθ = π0 π Công suất nguồn tiêu thụ P0 là: 2I E Po = I E = mc π IC TB = I = Cm Cm Hiệu suất mạch colectơ : ηc = (4.113) (4.114) P~ U cm.I cm I cmE o π U cm = /2 = Po π E0 (4.115) 121 a) Ib T1 Hiệu suất tầng khuếch đại là: ib(t) UBE T2 b) Ib T1 ib(t) UBE T2 η = η c η ba2 H× nh4.44 Đ ặ c tuyến khuếch đ ại đ Èy kÐo a) chÕ® éB b) chÕ® é AB π U = η ba2 cm Eo (4.116) Nếu chọn điện áp dư ∆UCE nhỏ hiệu suất lớn Nếu coi π ηba2 ≈ , UC ≈ EO η = = 0,785 Thực tế η đạt 0,6 – 0,7, lớn gấp 1,5 lần so với tầng khuếch đại đơn Công suất tiêu tán colectơ tranzistor Pc = Po − P~ = I Cm.E o − I CmU Cm = π 2 E0 [ U cm − U 2cm] R t~ π (1.117) Theo (4.117) cơng suất tiêu tán phụ thuộc vào U Cm Lấy đạo hàm (4.117) theo UCm tìm cực ta có PCmax đạt UCm= UCm* = 2EO/π = 0,64EO và: Pc max E o2 = 2 π η2 R t (4.118) 122 Cần ý chọn tranzisto theo công suất mà phải chọn theo điện áp Biên độ điện áp cuộn sơ cấp U Cm ≈ EO nên điện áp ngược đặt lên tranzisto khoá EO + UCm ≈ 2EO Ở chế độ B ,theo lý thuyết, không cần đặt thiên áp cực B, tức U BE = Tuy nhiên đoạn đầu đặc tuyến vào tranzistor đoạn khơng tuyến tính ( dòng bazơ nhỏ) nên méo phi tuyến tăng, gọi méo gốc ( hình 4.44a) Ở đặc tuyến vào hai tranzistor vẽ chung đồ thị Từ hình 4.44a ta thấy uV hình sin iB khơng phải hình sin iB gần gốc toạ độ, dòng iC khác dạng hình sin Ở chế độ A tượng khơng có dòng iB tĩnh đủ lớn để loại bỏ đoạn gốc toạ độ Muốn giảm méo gốc phải chuyển sang làm việc chế độ AB cặp điện trở định thiên R1R2 Đặc tuyến vào hai tranzistor có định thiên U BO vẽ chung đồ thị hình4.44b Ở chọn UBO, IBO ICO nhỏ nên công thức chế độ B cho chế chế độ AB 4.11.3.Khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp Trong sơ đồ khuếch đại công suất xét dùng biến áp để phố hợp trở kháng tải với tranzisto để có cơng suất lớn , hiệu xuất cao Nếu tranzisto có hỗ dẫn S lớn mắc tải trực tiếp vào colecto tranzisto(trở kháng tải nhỏ tới mức vài ơm),nghĩa không cần biến áp.Mạch khuếch đại không biến áp đơn thường mắc theo sơ đồ lặp emitơ để dễ phối hợp trở kháng.Trở kháng mạch lặp emitơ cỡ 1/S ;khi S đủ lớn mắc tải nhỏ.Tuy nhiên công suất cỡ vài chục đến vài trăm mW trở lên khơng nên mắc lặp emitơ mạch có hiệu xuất nhỏ.Các mạch khuếch đại không biến áp thường mắc theo sơ đồ đẩy kéo,làm việc chế độ B AB.Mạch dùng tranzisto khác loại loại Để tránh phiền phức lựa chọn thay Tranzitor khác loại lại đồng tham số, sử dụng hai Tranzitor loại hình 4.45a Ở có tầng khuếch đại đảo pha T tạo điện áp biên độ ngược pha để kích thích cho T1 T2 mắc đẩy kéo Ở khuếch đại đẩy kéo, Tranzitor T1 mắc colectơ chung, tranzitor T mắc Emitơ chung Từ ta thấy dòng Emitơ T1 coi xấp xỉ bằn dòng Colectơ T 2thì dòng chiều qua điện trở tải R t coi không,tức qua tải có dòng xoay chiều tần số tín hiệu Vì mắc nối tiếp với tải mộ tụ Ct ,và luc dùng ngùơn mắc nh sơ đồ hình 4.45b.Trong hai sơ đồ phải có tần khuếch đại đảo pha T3 123 Mạch điện hình 4.45c tương tự mạch hình 4.45b tầng khuếch đại đảo pha không dùng biến áp mà dùng khuếch đại điện trở lấy hai điện áp cực C cực E ta gọi tương ứng U C UE(so với điểm mát).Với cách lấy tầng T gọi tầng đảo pha phân tải.Thật ta chọn RC≈ RE điện áp tín hiệu RC có biên độ UCm =ICm.RC,điện áp RE có biên độ UEm=IEmRE.Vì IEm≈ Icm nên UCm≈ UEm ;mặt khác điện áp ngược pha (vì điện áp cực C ngược pha với điện áp vào,điện áp cực E đồng pha với điện áp ).Như tầng dẩo pha phân tải tạo điện áp biên độ ngược pha tầng đảo pha có biến áp Tuy nhiên tầng khơng khuếch đại 124 điện áp UEm≈ UVm= UBm.Hai điện áp từ cực C E đưa tới cực B tranzisto tương ứng qua hai tụ nối tầng C n1và Cn2.Hai tranzisto T1 T2 định thiên riêng tương ứng Rb1-Rb2 R’b1-R’b2 Mạch T1 T2 mắc mạch hình 4.45b Mạch điện hình 4.45d mạch đẩy kéo dùng hai loại bóng khác tính với T tranzisto ngược,T2-thuận,dùng nguồn đối xứng(hai nguồn riêng biệt).Do hai tranzisto khác loại nên chúng cùngđược kích thích điện áp lấy từ cực C tầng T3(bazơ T1 T2 với nối với đầu tầng T 3).Mạch sơ đồ dùng hai nguồn hình 4.45a,tuy nhiên dùng nguồn-Mạch hình 4,45e.Cần lưu ý mắc hai tranzisto phải có tham số đặc tuyến giống Khi làm việc chế độ B khơng có tín hiệu vào, hai tranzisto đóng,điện áp colectơ E 0/2 (so với mát),dòng qua tải khơng,sụt áp tải khơng Khi đưa vào tín hiệu hình sin hai tranzisto xen kẽ đóng mở , dòng colectơ dòng hình sin với độ rộng nửa chu kỳ(góc cắt θ=900) ;dòng điện tranzisto có chiều ngược nhau,dòng qua tải tổng nên có dạng hình sin Trong mạch khuếch đại cơng suất khơng biến áp ổn định nhiệt mạch bù mạch hồi tiếp âm mạch khuếch đại xét Người ta dùng điot, tranzitor điện trở nhiệt để bù nhiệt Ví dụ hình 4.46 khuếch đại đẩy kéo với đầu vào T1 T2 đấu với hai điot D1 D2 vừa định thiên tạo chế độ AB, vừa bù nhiệt Hai diot phân cực thuận ,sụt áp chúng đặt điểm công tác cho hai tranzisto.Điện áp phân cực cho T T2 để tạo UB0 điện áp thuận sụt D1 D2, UB1,B2 = (1,1÷ 1,2)V có hệ số nhiệt âm(-1mA/ 0C) để bù lại tăng dòng IC theo nhiệt độ Ngồi tạo hồi tiếp âm ổn định nhiệt cho T1 T2.Sự làm việc sơ đồ tương tự hình 4.45d Cuối cần nhấn mạnh rằng,trong mạch khuếch đại cơng suất lớn,để tăng khả chịu dòng tranzisto,các tranzisto T1 E 01 cơng suất mắc song song Ngồi lắp cánh toả nhiêt để tang độ bền D1 Rt tranzisto D2 T2 E 02 H× nh 4.46 125 Bảng4.1 Sơ đồ Emitơ Colectơ Bazơ Nguồn Máng Cửa chung Chung chung chung chung chung ( GC) Tham số (SC) (DC) KU Lớn Nhỏ Lớn T bình Nhỏ T.bình Ki Lớn Lớn Nhỏ Rất lớn Rất lớn Nhỏ ZV Trung bình Lớn Nhỏ Rất lớn Rất lớn Nhỏ Zr Trung bình Nhỏ Lớn T.bình Nhỏ Lớn ϕ π π 0 0 có Ku lớn cần có Rt lớn, làm giảm tần số giới hạn mạch - Mạch lặp Emitơ chung lặp nguồn thường dùng để phối hợp trở kháng với tải nhỏ nguồn tín hiệu vào có trở kháng lớn - Mạch Emitơ chung có hồi tiếp âm R E thường dùng để làm nguồn dòng, mạch lặp emitơ dùng làm nguồn áp - Mạch dùng FET có hệ số khuếch đại điện áp nhỏ hỗ dẫn nhỏ, mạch lặp cực nguồn có trở kháng lớn mạch lặp emitơ - Các mạch dùng FET có ưu điểm lớn trở kháng vào lớn - tần số cao mạch bazơ chung có nhiều ưu điểm so với mạch emitơ chung colectơ chung 4.6 VÍ DỤ TÍNH TỐN MỘT MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐIỆN TRỞ EMITƠ CHUNG Xét ví dụ tính tốn mach khuếch đại tín hiệu âm tần sau 1.Số liệu ban đầu : Để tính tốn mạch khuếch đại điện tở ta vào số liệu ban đầu sau - Biên độ điện áp Umr ,thường nhỏ 1v - Biên độ điện áp vào Umv ,thường 1mv - Điện trở Rt , vài trăm Ω đến vài kΩ - Dải thơng ft ÷ fC từ vài chục hz đến vài chục khz Mt, Mc - hệ số méo biên độ tẩn số thấp ft tần số cao fC 126 ECC - điện áp nguồn, cho trước tự chọn Trong ví dụ cho trước : Rt = 280Ω ; Umra = 220mv; Um v = 18mv ft = 200 hz ; fC = 9khz ; Mt = MC = mt , c = 1,2 ECC = 15v Chọn Tranzisto Đây khuếch đại tuyến tính làm việc chế độ A dùng tranzisto công suất nhỏ tần số thấp (âm tần)để đảm bảo độ khuếch đại cần thiết Κ = U mr 220 = = 12 U mv 18 Đối với tranzisto công suất 1w h11 = 300 ÷ 3000 Ω ví dụ thử chọn h11 e = 1kΩ ; K≅ SRt = h21 Rt h11 Từ (4.69) ta có : Κ h1 1e 12 0 = = Rt 280 Tra sổ tay ta thấy có nhiều tranzisto âm tần cơng suất nhỏ có β ≥ 42 Ví dụ chọn MΠ - 37 δ - bóng Nga có P = 150mw, fg = 1Mhz , β = 50 Khi chọn tranzisto nên chọn loại rẻ tiền, sẵn có Nếu đặc tuyến tranzisto chọn khơng cho sổ tay ta lấy đặc tuyến thực nghiệm Tranzisto MΠ - 37 δ - có đặc tuyến hình 4.25 Nếu sau tính mà K lớn, tức β lớn chọn tầng khuếch đạiđể thoả mãn β β = h21 e = Chọn chế độ tĩnh tranzisto (hình 4.25) Điện trở RC chọn (2÷ 3)Rt Tải xoay chiều : Chọn Rc 1kΩ 127 R R C = jω R C Z≈ =jωLtđ;Ltđ= S S S jω C (7.29) -Phương án 2: Chọn Z1 điện dung C,Z2 điện trở R cho R ωL 198 Z≈ R = j ω S L jω C R td U C Cn2 R2 R1 Cn1 T1 T2 LK Ck Lgh L1 cn4 R3 +Ucc uΩ(t) Ctđ = S.L R Hình 7.12Điều tần dùng tranzisto điện kháng (7.32) Có thể sử dụng phương án xét để tạo mạch điều tần.Hình 7.12 mạch điều tần với T1 tranzisto điện kháng mắc theo phương án 1,tương đương với điện cảm (công thức 7.29).Điện cảm Ltđ T1 tạo được ghép vào khung cộng hưởng mạch tạo dao động mắc T2.Điện áp âm tần uΩ(t) điều khiển hỗ 199 dẫn S (trong cơng thức 7.29) tranzisto T1 ,tạo nên tín hệu điều tần ,lấy khung cộng hưởng LKCK 7.4 TÁCH SĨNG BIÊN ĐỘ Các mạch tách sóng tín hiệu điều biên,hay gọi tắt tách sóng biên độ,có nhiệm vụ tách tín hiệu sơ cấp khỏi sóng mang.Tin tức (tín hiệu sơ cấp ) nằm đường bao tín hiệu điều biên nên tách sóng biên độ nhằm tách lấy đường bao của tín hiệu( xem hình 1.7C-chương 1) Có nhiều sơ đồ tách sóng biên độ Ở ta xét nguyên lý làm việc sơ đồ tách sóngbiên độ dùng điơt mắctheo sơ đồ nối tiếp Đó sơ đồ tiêu biểu nht S Tín hiệu từ KĐ trung tần cuối D uđb Ct t1 t2 t Tớ i KĐ â m Rt tần t0 a) t b) Hì nh 7.13.a)Tách sóng biên đ ộ nối tiếp b)đ thịgiải thích nguyên lý tách sóng biên đ ộ ny n giản lại có hiệu tách sóng cao Sơ đồ có dạng biểu diễn hình 7.13a Trong sơ đồ điôt mắc nối tiếp với tải nên gọi sơ đồ nối tiếp Nguyên lý làm việc sơ đồ giải thích theo đồ thị hình 7.13b Trong khoảng nửa chu kỳ dương thứ tín hiệu, thời điểm t điơt thơng, tụ Ct nạp điện nhanh qua điện trở thuận (nhỏ ) điôt ( khoảng thời gian từ t0 ÷ t1 ) nên dạng điện áp uc(t) gần lặp lại dạng tăng tín hiệu Đến thời điểm t1 điện áp tụ đạt cực đại, điện áp tín hiệu điều biên bắt đầu giảm, điện anốt điôt tụt xuống mức katốt (mức katôt mức nạp tụ Ct) Vì từ thời điểm t1 điơt đóng, điện trở ngược lớn, tụ Ct bắt đầu phóng điện theo quy luật hàm mũ qua điện trở Rt khoảng thời gian t1÷ t2 Từ thời điểm t2đến t3 điôt lại thông, tụ Ct lại nạp điện vv Quá trình tiếp diễn Kết điện áp tụ Ct có dạng gần giống với đường bao tín hiệu điều biên, tín hiệu UΩ (t) cần tách Độ sai lệch điện áp tách sóng UΩ (t) so với đường bao định cách chọn τ= RtCt Muốn điện áp có dạng giống đường bao cần chọn : T0 = 1 = TΩ