1/ Nguyên tắc chung phân cực Tranzitor
4.4.3. Mạch khuếch đại đẩy kéo
1/ Mạch KĐCS đẩy kéo song song a. Mạch điện
Hình 4.16. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song b.Tác dụng linh kiện
Q1 và Q2 là 2 Tranzitor cùng loại có tham số giống nhau. R1 phân cực cho Q1.
R2 phân cực cho Q2.
T1biến áp đảo pha – tạo ra ở thứ cấp 2 tín hiệu có độ lớn bằng nhau ghép ngược pha để đưa vào cực B của Q1 và Q2.
T2 biến áp ra ghép tín hiệu đã được khuếch đại với tải và phối hợp trở kháng với tải. Cuộn sơ cấp của T2 gồm 2 nửa đối xứng nhau ghép tầng 2.
c. Nguyên lý làm việc
+ Tầng KĐCS làm việc ở chế độ B hay AB. Để tiện cho việc nghiên cứu ta giả thiết tầng KĐCS làm việc ở chế độ B do vậy điện áp phân cực:
UR2 = UBE1 = UBE2 =0,4V + Khi chưa có tín hiệu vào: UR2 = UBE1 = UBE2 =0,4V
+ Do vậy dòng IB1= IB2 = 0 nên IC1 = IC2 = 0 Không có tín hiệu ra loa. + Giả sử tín hiệu vào là hình sin: UV = UVmsin ωt
Ở ½ chu kỳ đầu điện áp thứ cấp T1 có chiều dương trên, âm dưới UBEQ1 = UR2 + U21 do vậy UBEQ1 tăng lên → Q1 mở UBEQ2 = UR2 - U22 do vậy UBEQ2 giảm đi → Q2 khóa
Do Q1 mở có dòng IC1từ dương nguồn qua nửa trên cuộn sơ cấp T2 qua Q1 qua R3 về âm nguồn EC. Độ lớn của của dòng IC1 biến thiên theo qui luật của tín hiệu vào. Do vậy ở thứ cấp của T2 có điện áp cấp cho tải
Ở nửa chu kỳ sau của tín hiệu vào, điện áp thứ cấp T1 đổi chiều , âm trên, dương dưới. UBEQ1 = UR2- U21 do vậy UBEQ1 giảm đi → Q1 khóa
UBEQ2 = UR2 + U22 do vậy UBEQ2 tăng lên → Q2 mở
Do Q2 mở có dòng IC2từ dương nguồn qua nửa dưới cuộn sơ cấp T2 qua Q2 qua R3 về âm nguồn EC. Độ lớn của của dòng IC2 biến thiên theo qui luật của tín hiệu vào. Do vậy ở thứ cấp của T2 có điện áp cấp cho tải.
Ta thấy trong 1 chu kỳ của tín hiệu vào Q1 và Q2 thay nhau làm việc, khi Q1 khóa thì Q2
mở và ngược lại. Do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu vào .
Các tham số:
+ Điện trở tải qui về sơ cấp biến áp Rt = 2
. t
n R với n = 1
2
N N
N1 số vòng dây ở nửa cuộn sơ cấp T2
N2 số vòng dây ở nửa cuộn thứ cấp T2 + Dòng điện qua sơ cấp biến áp:
ICm = Cm
T U
R
+ Công suất đưa ra tải :
Pr = 1 . 2UCm ICm
+ Công suất đưa ra tải lớn nhất khi UCm= EC : Pr max= 2 2 2 C t E n R
+ Khi tính đến hiệu suất của biến áp Tr2 (ηba2) thì công suất đưa ra tải :
Pt = ηba2.Pr
+ Dòng tiêu thụ trung bình từ nguồn cung cấp : I0 = 2 ICm
π
+ Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp :
P0 = EC.I0 = 2 2 . 2 . . C Cm C Cm t E U E I n R π = π
+ Hiệu suất của mạch
0 . . . 2 2 . 4 Cm Cm Cm r C C Cm C U I U P P E I E π π η = = =
+ Hiệu suất phụ thuộc vào biên độ điện áp ra. Khi Prmax- hiệu suất của mạch sẽ lớn nhất: ax 78,5 4 Cm π η = = %
d. Ưu nhược điểm của mạch
Mạch KĐCS đẩy kéo song song có ưu điểm: hệ số khuếch đại lớn, hiệu suất cao, dễ phối hợp trở kháng, cồng kềnh nặng nề giải tần hẹp, không thích hợp với các mạch tích hợp.
Do vậy mạch KĐCS đẩy kéo song song hiện nay chỉ còn được dùng trong trường hợp cần nguồn cung cấp nhỏ hoặc dùng trong các tăng âm truyền thanh.
2/ Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp dùng biến áp đảo pha
Hình 4.17. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp dùng biến áp đảo pha
b. Tác dụng linh kiện
T là biến áp đảo pha,thứ cấp gồm 2 cuộn dây đối xứng tạo ra 2 điện áp có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha nhau.
Q1 và Q2 là 2 Tranzitor cùng loại có tham số giống nhau Phân áp cho cực B của Q1 gồm: T, R1, R2
Phân áp cho cực B của Q2 gồm: T, R3, R4
Tụ C năng lượng ra tải (thường được gọi là tụ suất có trị số từ vài trăm µF đến vài nghìn µF)
Loa là tải của Q1 và Q2
c. Nguyên lý làm việc
+ Tầng KĐCS đẩy kéo nối tiếp có thể làm việc ở chế độ B hay AB. Để tiện cho việc nghiên cứu ta giả thiết tầng KĐCS làm việc ở chế độ B do vậy điện áp phân cực UR2 = UBE1 = UBE2 =0,4V
Do mạch hoàn toàn đối xứng điện áp điểm A: UA = 1. 2 EC
+ Giả sử tín hiệu vào là hình sin: UV = UVmsinω t
Ở ½ chu kỳ đầu điện áp thứ cấp biến áp có chiều dương trên, âm dưới UBEQ1 = UR2 + U21 do vậy UBEQ1 tăng lên → Q1 mở
UBEQ2 = UR2 - U22 do vậy UBEQ2 giảm đi → Q2 khóa
Do Q1 mở tụ C được nạp điện dòng điện nạp +EC → Q1 →C →tải RL. Dòng qua tải có độ lớn biến thiên phụ thuộc vào độ lớn của tín hiệu vào.
Ở nửa chu kỳ sau của tín hiệu vào, điện áp thứ cấp T1 đổi chiều , âm trên, dương dưới. UBEQ1 = UR2- U21 do vậy UBEQ1 giảm đi → Q1 khóa
UBEQ2 = UR2 + U22 do vậy UBEQ2 tăng lên → Q2 mở
Do Q2 mở tụ C được phóng điện dòng điện phóng +tụ C → Q2 →mass →tải RL→về âm tụ .
Ta thấy trong 1 chu kỳ của tín hiệu vào Q1 và Q2 thay nhau làm việc, khi Q1 khóa thì Q2
mở và ngược lại, tụ C lúc nạp, lúc phóng điện qua tải . Do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu vào.
d. Đặc điểm
Giảm được một biến áp ra so với mạch có biến áp ở đầu ra, ít cồng kềnh hơn, dễ phối hợp trở kháng, tuy nhiên dải tần làm việc nhỏ.
3/ Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp đảo pha a. Mạch điện
Hình 4.18. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp đảo pha
b. Tác dụng linh kiện
Q2 và Q3 là 2 Tranzitor cùng loại có tham số giống nhau (thường gọi cặp tranzitor bù). Q1 tầng khuếch đại kích động được định thiên bởi R1, VR1, khi thay đổi VR1 sẽ điều chỉnh được điện áp điểm A :
UA= ½ EC. R2 tải của Q1.
Điôt và VR1 xác định chế độ làm việc cho Q2 và Q3 , đồng thời Điôt ổn định chế độ làm việc cho Q2 và Q3.
C1 tụ ghép tín hiệu vào. C2 tụ ghép năng lượng ra loa.
c. Nguyên lý làm việc
+ Giả sử định thiên cho Q2 và Q3 làm việc chế độ B.
+ Ở 12 chu kỳ đầu của tín hiệu vào dương trên , âm dưới Q1 dẫn mạnh , điện áp cực B của Q2 và Q3 ( so với điểm mass) giảm đi UBEQ2 giảm → Q2 khóa ( Q2 loại NPN )
+ Ở 12 chu kỳ sau của tín hiệu vào , điện áp vào có chiều âm trên , dương dưới , Q1
dẫn yếu đi điện áp cực B của Q2 và Q3 đều tăng lên UBEQ3 tăng lên → Q3 khó UBEQ2
tăng lên → Q2 dẫn tụ C2 được nạp điện ( từ +EC → Q2 → C2 →Rt) dòng điện qua tải
ngược với nửa chu kỳ đầu.
Như vậy trong 1 chu kỳ tín hiệu Q2 và Q3 thay nhau dẫn do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu .
Tầng KĐCS đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp đảo pha (còn gọi là dùng transistor khác loại) do không dùng biến áp nên có cấu trúc gọn , chất lượng tín hiệu ra cao, nhưng có nhược điểm khó phối hợp trở kháng với tải.
Để giảm méo không đường thẳng thường định thiên để mạch làm việc ở chế độ AB. Mạch KĐCS đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp đảo pha hay được dùng trong thực tế .
4/ Mạch KĐCS đẩy kéo nối tiếp dùng nguồn nuôi đối xứng a. Mạch điện
Mạch điện tương tự như sơ đồ KĐCS nối tiếp đã xét nhưng có khác nguồn cung cấp là nguồn
±, điểm giữa 2 nguồn nối mass. Do vậy khi chưa có tín hiệu vào điện áp điểm A so với diểm chung bằng 0 nên loa nối trực tiếp giữa điểm A và mass (không cần ghép qua tụ). Tầng KĐCS nối
tiếp có nguồn nuôi đối xứng có thể làm việc ở chế độ A hoặc AB.
b. Nguyên lý làm việc
+Giả sử ở 12 chu kỳ đầu của tín hiệu vào dương trên , âm dưới Q1 dẫn mạnh , điện áp cực B của Q2 và Q3 giảm →Q3 dẫn mạnh : dòng qua tải mass →Rt→Q3→- EC.
+ Ở 12 chu kỳ sau của tín hiệu vào , điện áp vào có chiều âm trên , dương dưới , Q1
dẫn yếu đi điện áp cực B của Q2 và Q3 đều tăng lên, Q2 dẫn Q2 dẫn dòng điện qua tải có chiều ngược lại + EC →Q2→Rt →mass.
Như vậy trong 1 chu kỳ tín hiệu Q2 và Q3 thay nhau dẫn do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu vào.
c. Tính toán các tham số của mạch
+ Điện áp cấp cho Q2 và Q3: EC1 = EC2 = EC R2 R1 Input Q1 Q2 VR2 VR1 C1 2 + Ec Q3 -Ec
+ Công suất đưa ra tải: Pr = 2 . 2 2 Cm Cm Cm t U I U R =
+ Công suất đạt cực đại khi UCm = EC
Pmax = 2 2 C t E R + Dòng trung bình qua nguồn :
I0 = 0 1 2 Cm Cm I Sin td t I π ω ω π ∫ =π
+ Công suất của nguồn cung cấp cho mạch : P0 = EC.I0 = 2 C. Cm 2 C.. Cm t E U E I R π = π + Hiệu suất : 2 0 . 2 2 . ra Cm t t C Cm P U R P R E U π η = = ηmax =π4=78%
+ Công suất tiêu tán trên 1 transistor PC = 2 2 0 2 . 1 . ( ). 2 4 2 4 ra C Cm Cm C Cm Cm t T t t P P E U U E U U R R R R π π − = − = − PCmax = 2 2max max 2 2 2 0, 25 . C r t E P P R π =π =
Khi công suất đưa ra tải lớn nhất (Pra = Pramax) thì công suất tiêu tán trên transistor là: PC = 0,15 Pramax
Chú ý:
- Khi tính toán tầng KĐCS đẩy kéo nối tiếp dùng Tranztor khác loại – nguồn đơn các công thức trên vẫn giữ nguyên chỉ khác giá trị EC được thay bằng EC2 .
- Để giảm méo không đường thẳng thường định thiên tầng KĐCS làm việc ở chế độ AB. Lúc đó các công thức tính toán đã nêu vẫn dùng để tính toán chế độ AB.
d. Đặc điểm của mạch
Sử dụng nguồn đối xứng Q2, Q3 thay nhau làm việc ở chế độ tĩnh điện áp tại điểm A = 0V.
* Ưu điểm
* Nhược điểm
Do tải ghép trực tiếp nên nếu có sự cố nhỏ ở mạch công suất, điện áp tại điểm giữa, UA sẽ bị lệch làm cho tải hỏng, để khắc phục khuyết điểm này người ta thường mắc thêm mạch bảo vệ tải.
BÀI TẬP THỰC HÀNH
Bài 1 : Cho mạch điện như hình vẽ
1. Nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch 2. Cho các trị sổ linh kiện như sau:
STT Tên linh kiện Thay thế tương đương
1 Q1 = C828 C1815 2 Q2 = D468 C2383 3 Q3 = B562 A1013 4 VR = 100K 5 Điôt = 4007 6 C1 = 10µF 7 C2 = 1000µF 8 R1 = 10 K 9 R2 = 2,2K 10 R3 = 6,8K 11 + EC = 12V
Thực hành lắp ráp mạch trên bo cắm và khảo sát các thông số: + Đo dòng tĩnh
+ Kích tín hiệu ở chế độ tĩnh
+ Cho tín hiệu vào hãy dùng máy hiện sóng đo dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra, tính công suất của mạch.
1. Nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch 2. Cho các trị sổ linh kiện như sau:
STT Tên linh kiện Thay thế tương đương
1 Q1 = C828 C1815 2 Q2 = D468 C2383 3 Q3 = B562 A1013 4 Q4 = H1061 5 Q5 = A671 6 VR = 100K 7 Điôt = 4007 8 C1 = 10µF 9 C2 = 1000µF 10 R1 = 10 K 11 R2 = 2,2K 12 R3 = 6,8K 13 R4 = 220 14 R5 = 220 15 + EC = 12V
Thực hành lắp ráp mạch trên bo cắm và khảo sát các thông số: + Đo dòng tĩnh
+ Kích tín hiệu ở chế độ tĩnh
+ Cho tín hiệu vào hãy dùng máy hiện sóng đo dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra, tính công suất của mạch.
1. Nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch 2. Cho các trị sổ linh kiện như sau:
STT Tên linh kiện Thay thế tương đương
1 Q1 = C828 C1815 2 Q2 = D468 C2383 3 Q3 = B562 A1013 4 Q4 = H1061 5 Q5 = A671 6 VR = 100K 7 Điôt = 4007 8 C1 = 10µF 9 R1 = 10 K 10 R2 = 2,2K 11 R3 = 6,8K 12 R4 = 220 13 R5 = 220 14 EC = ±12V
Thực hành lắp ráp mạch trên bo cắm và khảo sát các thông số: + Đo dòng tĩnh
+ Kích tín hiệu ở chế độ tĩnh
+ Cho tín hiệu vào hãy dùng máy hiện sóng đo dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra, tính công suất của mạch.
+ Chân 1 và chân 7 hồi tiếp âm cho mạch đầu vào ổn định + Chân 9- 10, 12- 13 hồi tiếp dương cho đầu ra tăng biên độ + Chân 2 hoặc chân 6 nhận tín hiệu vào
+ Chân 10 và 12 chân đưa tín hiệu ra tải + Chân 5 lọc nguồn
+ Chân 11 nguồn cấp dương + Chân 8 nguồn âm
+ Chân 3 và 14 chân chung
+ Chân 4 làm câm tiếng tác động ở mức thấp
1. Thực hành lắp mạch KĐCS dùng IC LA 4440 theo kiểu Mônô với công suất ra P = 40W
Thực hành lắp ráp mạch trên bo cắm và khảo sát các thông số: + Đo dòng tĩnh, đo điện áp tại các chân của IC
+ Kích tín hiệu ở chế độ tĩnh
+ Cho tín hiệu vào hãy dùng máy hiện sóng đo dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra.
+ So sánh với mạch dùng Tranztor
2. Thực hành lắp mạch KĐCS dùng IC LA 4440 theo kiểu Sessterô với công suất ra P = 20W
Thực hành lắp ráp mạch trên bo cắm và khảo sát các thông số: + Đo dòng tĩnh, đo điện áp tại các chân của IC
+ Kích tín hiệu ở chế độ tĩnh
+ Cho tín hiệu vào hãy dùng máy hiện sóng đo dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra.
+ So sánh với mạch Mônô, mạch dùng Tranzitor
Mục tiêu:
Sau khi học xong sinh viên (học sinh ) phải:
+ Trình bày được đặc điểm và nguyên lý của các mạch tạo dao động, mạch xén, mạch ổn áp một chiều.
+ Lắp ráp được mạch dao động, mạch xén, mạch ghim áp, mạch ổn áp theo sơ đồ bản vẽ cho trước và khảo sát được các thông số của các mạch.
+ Thông qua bài học làm cơ sở cho việc sửa chữa thay thế.