Bộ khuếch đại công suất là bộ khuếch đại điện tử được thiết kế để tăng công suất của tín hiệu đầu vào nhất định. Công suất của tín hiệu đầu vào được tăng lên mức đủ cao để kiểm soát tải của các thiết bị đầu ra như loa, tai nghe, máy phát RF, v.v. Không giống như các bộ khuếch đại điện áp / dòng điện, bộ khuếch đại công suất được thiết kế để truyền trực tiếp và được sử dụng như một đơn vị cuối cùng trong một chuỗi khuếch đại.
Tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại công suất phải vượt quá một ngưỡng nhất định. Vì vậy, thay vì truyền trực tiếp tín hiệu RF / âm thanh thô đến bộ khuếch đại công suất, trước tiên, nó được khuếch đại bằng bộ khuếch đại dòng / điện áp và được gửi làm đầu vào cho amp công suất. tỷ lệ sau khi thực hiện các sửa đổi cần thiết. Bạn có thể xem sơ đồ khối của bộ khuếch đại âm thanh và cách sử dụng bộ khuếch đại công suất bên dưới.
Trong trường hợpnày, micro được sử dụng làm nguồn đầu vào. Độ lớn của tín hiệu từ micro không đủ cho bộ khuếch đại công suất. Do đó, nó được khuếch đại trước khi điện áp và dòng điện tăng nhẹ. Tín hiệu sau đó được truyền qua mạch điều khiển âm
31
lượng và âm lượng để tinh chỉnh dạng sóng âm thanh. Cuối cùng, tín hiệu được truyền qua bộ khuếch đại công suất và đầu ra từ amp công suất được đưa đến loa.
Các loại bộ khuếch đại công suất:
Tùy thuộc vào loại thiết bị đầu ra được kết nối, bộ khuếch đại công suất được chia thành ba loại sau.
- Bộ khuếch đại công suất âm thanh - Bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến - Bộ khuếch đại nguồn DC
- Các lớp khuếch đại công suất: + Bộ khuếch đại công suất loại A + Bộ khuếch đại công suất loại B + Bộ khuếch đại công suất loại AB + Bộ khuếch đại công suất loại C + Bộ khuếch đại công suất loại D - Các lớp khuếch đại công suất khác 2. Các mạch khuếch đại công suất
2.1 Mạch khuếch đại công suất chế độ A- Mạch khuếch đại ghép trực tiếp - Mạch khuếch đại ghép trực tiếp
Hình3.1: Mạch khuếch đại công suất chế độ A ghép trực tiếp Phân cực DC Dòng phân cực IB là: CC 0.7 B C V I R − = (3.1) Dòng phân cực ICvà điện áp: VCE: IC= β. IB (3.2) VCE = VCC– IC.RC (3.3)
Khi có tín hiệu AC: Khi có tín hiệu ngõ vào, tín hiệu ra sẽ biến thiên theo tín hiệu ngõ vào từ giá trị dòng và áp phân cực dc.
32
Hình 3.2: sự biến thiên tín hiệu ra theo tín hiệu vào có dạng sin
Công suất ngõ ra: P0(ac) = vce.ic (3.4) (max) (max) ( ) ( ) 0( ) 2 8 ce c ce p p c p p v i v i P ac = = − − (3.5)
Công suất nguồn cung cấp: P dci( )=V ICC CQ (3.6) Hiệu suất của mạch: 0( )
% 100% ( ) i P ac x P dc = (3.7)
Công suất tiêu tán trên transistor: PT =P dci( )−P ac0( ) (3.8) Đối với mạch khuếch đại công suất chế độ A, hiệu suất của mạch đạt cực đạikhi điện áp và dòng điện trên tải đạt cực đại (biến thiên cực đại), khi đó nếu điểm làm việc tĩnh Q của transistor nằm giữa đường tải ac thì:
2 CC CEQ V V = và 2 CC CQ C V I R = (3.9)
⇒Công suất nguồn cung cấp khi đó: max( ( )) 2 2 CC i CC CQ C V P dc V I R = = (3.10)
⇒Hiệu suất cực đại của mạch là: max( ( ))0
max( %) 100% 25% max( ( ))i P ac x P dc = = (3.11) - Mạch khuếch đại ghép LC
Để nâng cao hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ Angười ta thay RCbằng một cuộn dây sao cho nó có trở kháng cao đối với tín hiệu nhưng điện trở đối với thành phần một chiều bằng 0.
33
Hình 3.3: a)Mạch khuếch đại ghép LC, b)đường tải ac, dc của transistor Công suất nguồn cung cấp: . CC2
CC CC CQ L V P V I R = (3.12)
Công Suất truyền đấn tải: 2 2 max 2 2
2 2 2 2 CQ L Lm L Cm L CC L L L I R I R I R V P P R = = = = (3.13)
Công suất tiêu tán trên cực C: 2 2 min 2
2 2 CC Cm L CC C CC L C L L V I R V P P P P R R = − = = = (3.14) 2 max CC . C CEQ CQ L V P V I R = = (3.15)
Hiệu suất: 2 max
( / 2) 1 1% % 50%% % 50% % % 50% 2 2 Cm L cm L CC CC CQ CQ I R I P P V I I = = = = = (3.16) 2.2 Mạch khuếch đại công suất chế độ B
Hiệu suất thấp của mạch khuếch đại chế độ A phát sinh từ thực tế là ngay cả khi không có tín hiêu vào, Transistor vẫn tiêu thụ công suất. Giải pháp cho vấn đề này là cố định điểm Q gần với miền ngắt. Trong trường hợp này, nếu không có tín hiêu vào, dòng collector 30 là rất thấp. Tuy nhiên, khi có tín hiêu vào, chỉ có dòng ra trong nửa chu kỳ dương của tín hiêu vào. Mỗi nửa chu kỳ âm của tín hiêu vào mà thấp hơn giá trị ngắt cut-off , sẽ ngăn dòng collector. Hình trên là ví dụ của bộ khuêch đại tín hiêu ac ở chế độ B.
Với tín hiêu ac, dòng collector chỉ chảy trong nửa chu kỳ tín hiêu có nghĩa 1800 . Góc này được gọi là góc dẫn. Để có được tín hiêu ra lặp lại dạng của tín hiêu vào, sẽ cần đến 2 linh kiên tích cực cùng hoạt động trong chế độ B. Mỗi một linh kiên sẽ khuêch đại tín hiêu trong 1/2 chu kỳ. Có 3 kiểu mạch thực hiên nguyên tắc này:
- Mạch đẩy kéo push-pull. Sơ đồ khối:
Hình 3.4 : Sơ đồ khối mạch khuếc đại đẩy kéo
Mạch khuêch đại đẩy kéo gổm 2 Transistor NPN mà kêt nối đối xứng với nhau và có điểm E chung như hình bên. Tại đầu ra của 2 tầng, có 1 biến áp với điểm giữa đấu nguổn. Vì 2 Transistor là cùng loại, mỗi dòng collector chỉ chảy trong một nửa cuộn dây của biến áp, chúng sẽ có hướng ngược nhau và sẽ tạo 2 dòng chảy ngược chiều. Trong chế độ tĩnh, vì cả 2 Transistor hoạt động ở chế độ B nên chúng sẽ ngắt.
34
Trong chế độ động hay chế độ ac, giả thiêt mỗi T sẽ thay phiêndẫn trong mỗi nửa chu kỳ của tín hiêu. Vì 2 nửa sóng trên cuộn thứ cấp là ngược chiều nhau, dạng sóng sin hoàn chỉnh sẽ được tạo lại trên tải.
Mạch đẩy kéo sử dụng 2 Transistor dẫn luân phiên. Một biên áp vào có điểm giữa nối đất có nhiêm vụ đưa đến base của 2 Transistor hai tín hiêu bằng nhau nhưng ngược pha. Một cách khác là dùng mạch đảo pha giống như trường hợp của mạch khuêch đại tải kép. Điều này sẽ cải thiên đáp ứng tần số hơn viêc sử dụng biên áp.
- Mạch kết cuối đơn (single – ended).
Một trong những xu hướng đáng quan tâm nhất trong thế giới âm thanh hi-end trong hơn 25 năm qua đó là sự trở lại đầy tự tin của các ampli đèn single-end triode. Mạch SE là kiểu mạch khuếch đại đầu tiên từng được nghiên cứu và phát triển, mà công đầu thuộc về Lee de Forest với bằng sáng chế đèn 3 cực năm 1907 và bằng sáng chế ampli SE đầu tiên năm 1912. Ampli Single-End nhìn chung có công suất rất nhỏ, chỉ từ vài cho đến khoảng chục Watts mà thôi.
Một sự thật là: rất nhiều người yêu nhạc đang dần thay thế những ampli bán dẫn hiện đại của họ để trở lại với ampli đèn SE với hơn 100 năm công nghệ tưởng chừng lỗi thời. Nói như vậy dường như là hàng trăm năm phát triển các dòng ampli khác là phí công sức? Thế nhưng với nhiều người, điều đó đúng là như vậy, bởi các ampli hiện đại vẫn chưa cho ra được chất âm quyến rũ như ampli đèn Single-End.
Trào lưu trở lại ampli đèn SE bắt đầu ở Nhật Bản vào cuối những năm 70 của thế kỷ trước. Đặc biệt với những thiết kế của Nobu Shishido, người đã khéo léo kết hợp single-end ampli với dòng loa kèn độ nhạy cao. Rất nhiều người khi nghe ampli tube SE chơi với loa độ nhạy cao đã phải giật mình kinh ngạc, vì âm thanh sống động đến mức dường như “nhảy được ra khỏi loa”, nghĩa là tính hiện diện rất cao của nó. Trào lưu chơi ampli Single End ở Nhật nởrộ và đi trước Mỹ khoảng 10 năm. Ngày nay, khi mở các tạp chí về âm thanh, bạn không thẻ thấy thiếu vắng những bài viết hay quảng cáo cho ampli tube SE công suất thấp.
35 Linh kiện:
2 chân 2A3
2 Chân đèn 9 chân tăm cho 2 đèn 12AX7 1 chân đèn 8 chân cho 5AR4/GZ34 Biếnthếnguồn và Choke
Tụ,trở bên dưới bài, xem mạchsẽthấy 2 con trimmer
2 con biến trởchỉnh hum loạitốt Biếnthếxuất âm
Cọc loa
2 jack RCA input
Volume 100k Stereo ( dùng ALPS Blue Velvet) Dây hook-up
Bóng : 2A3 của Electro Harmonic
Hình 3.6: Amply SE
- Mạch đẩy kéo –đối xứng bù (complementary symmetry).
Hình3.7: Mạch đẩy kéo –đối xứng bù dùng nguồn đôi
36 2.3 Mạch khuếch đại công suất chế độ C
Trong mạch khuêch đại chế độ C, T sẽ được phân cực trong miền ngắt. Với tín hiêu vào hình sin, tín hiêu ra sẽ là các xung với độ rộngnhỏ hơn 1/2 chu kỳ như hình dưới đây. Méo trong trường hợp này là rất lớn. Hoạt động của mạch khuêch đại chế độ C không tuyên tính. Mạch khuêch đại lớp C thường sử dụng kêt hợp với tải cộng hưởng và chủ yếu để khuêch đại công suất tần số cao.
Hình 3.9: Mạch khuếch đại chế độ C
Mạch khuếch đại này không tiêu hao công suất trong chế độ tĩnh (vì ICQ= 0) trong khi công suất tiêu hao tại chế độ động phụ thuộc vào biên độ của tín hiêu vào v(t) và góc dẫn. Vì lý do đó, hiêu suất của mạch chế độ C là hàm của gócdẫn. Khi giảm góc dẫn ộ này, hiêu suất tăng và có thể đạt tới 100%. Thực tế không thể giảm góc dẫn nhiều vì công suất tổng sẽ giảm theo.
3. Khảo sát mạch khuếch đại công suất
3.1 Mạch OCL
37 3.2 Mạch OTL
Hình 3.10: Mạch khuếch đại OTL 4. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
4.1Hỏng mạch khuếch đại tín hiệu đầu vào
4.1.1 Hiện tượng: có tín hiệu đầu vào nhưng không tín hiệu ra, tín hiệu ra bị méo tiếng
4.1.2 Nguyên nhân: tụ tín hiệu ngõ vào hỏng, tầng tiền khuếch đại không hoạt động, phân cực của tần tiền khuếch đại thay đổi.
4.1.3 Biện pháp khắc phục:
- Bước 1:Xác định vị trí của mạch khuếch đại đầu vào, xác định chính xác của các tụ liên lạc, transistor, điện trở phân cực…..của mạch tiền khuếch đại
- Bước 2: kiểm tra nguội các linh kiện trong mạch điện bằng VOM để xác đ5nh linh kiện hư hỏng: tụ dẫn tín hiệu, điện trở phân cực transistor, chất lượng transistor, mạch in…. nếu hư hỏng thì thay thế, mạch in đứt thì hàn lại
- Bước 3: Cấp nguồn cho mạch điện hoạt động: đo điện áp tại các cực của transistor bằng VOM(VE, VB, VC, VBE ), Điều chỉnh phân cực nếu phát hiện sai lệch
- Bước 4: Thay thế linh kiện hư hỏng: chọn đúng linh kiện thay thế, hàn nối linh kiện vào mạch điện, kiểm tra tổng thể trước khi cấp nguồn
4.2 Hỏng mạch khuếch đại công suất 4.2.1 Hiện tượng:
4.2.2 Nguyên nhân: 4.2.3 Biện pháp khắc phục
- Bước 1: Tháo sò 2 kênh ra và đo: Nếu khác 0V hỏng mạch công suất ⇒kiểm tra thay thế mạch công suất IC công suất
- Bước 2: Đo tín hiệu ra điểm giữa khác không ⇒ kiểm tra board nguồn hoặc board tiền khuếch đại
- Bước 3: Hỏng transistor khuếch đại điện áp (nằm gần cặp khuếch đại vi sai) ⇒ kiểm tra và thay mới
38
BÀI 4: MẠCH DRIVER LED Giới thiệu:
Đèn led kể từ khi xuất hiện đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Thay vì sử dụng tắc te như đèn truyền thống, đèn led sử dụng led Driver để nâng cao hiệu suất chiếu sáng và tiết kiệm chi phí điện năng gấp 3 lần. Vậy Led Driver là gì? Chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài này.
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức:
+ Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng linh kiện trong mạch. + Phân tích đúng nguyên lý hoạt động
- Kỹ năng:
+ Xác định được các hư hỏng thường gặp. + Thay thế được phần hư hỏng
Nội dung chính: 1. Định nghĩa:
1.1 LED Driver là gì?
LED Drivercòn được gọi là nguồn LED, hay trình điều khiển LED là một nguồn điện khép kín để kiểm soát dòng điện và điện áp cung cấp cho đèn LED.
Hình 4.1: Các driver led
1.2 Vai trò của led Driver đối với đèn led
Nguồn led có vai trò rất quan trọng trong việc phát sáng của đèn led. Cung cấp nguồn điện áp thích hợp và giúp đảm bảo ổn định hoạt động của đèn led.
Trong quá trình hoạt động nếu có một sự thay đổi nhỏ cũng sẽ khiến đèn xảy ra vấn đề. Nên chúng sẽ bảo vệ đèn led khỏi biến động điện áp hoặc biến động dòng điện.
Giúp đèn led chiếu sáng ổn định, kéo dài tuổi thọ cho đèn led
Ngoài ra, bộ nguồn còn bảo vệ toàn diện, tăng độ bền cho trình điều khiển đèn LED. Nếu gặp các lỗi như điện thấp áp và cao áp cho đầu ra và đầu vào, tải mở và đầu ra sẽ được xử lý. Chức năng bảo vệ thích ứng nhiệt độ ở bộ vi mạch cũng giúp quản lý sức nóng đèn LED hiệu quả hơn.
39 2.1 LED driver dòng không đổi (constant current)
- Trong mỗi Driver dòng không đổi liên tục thay đổi điện áp trên mạch điện tử của nó để giữ và duy trì một dòng điện không đổi.
- Các driver cung cấp dòng không đổi cho các đèn LED điện yêu cầu dòng điện ra cố định và một dải điện áp đầu ra. Sẽ chỉ có một đầu ra hiện tại được chỉ định, được gắn nhãn trong amps hoặc milliamps, cùng với một loạt các điện áp sẽ thay đổi tùy thuộc vào tải (công suất) của đèn LED. Hình ví dụ bên dưới, đầu ra hiện tại là 700mA, và phạm vi điện áp đầu ra là 4-13V DC (volt của dòng điện trực tiếp).
Hình 4.2: Driver led dòng không đổi
Ưu điểm Nhược điểm
Tránh đèn vượt khỏi quy định dòng tối đa cho các đèn LED.
Hạn chế việc gia tăng nhiệt/cháy đèn. Dễ dàng cho nhà thiết kế chiếu sáng và ứng dụng điều khiển, tạo ra một ánh sáng với độ sáng ổn định và nhất quán hơn.
Hạn chế sử dụng cho đèn led công suất thấp
2.2 LED driver điện áp không đổi (constant voltage)
Các trình điều khiển điện áp không đổi các đèn LED điện yêu cầu điện áp đầu ra cố định với dòng đầu ra tối đa. Trong các đèn LED này, dòng điện đã được điều chỉnh, hoặc bằng các điện trở đơn giản hoặc một bộ điều khiển dòng không đổi bên trong, trong mô đun LED. Những đèn LED này yêu cầu một điện áp ổn định, thường là 12V DC hoặc 24V DC. Trong hình ví dụ bên dưới, điện áp đầu ra là 24V DC và dòng điện đầu ra tối đa là 1,04A.
Hình 4.2: Driver led áp không đổi
Ưu điểm Nhược điểm
• Là một công nghệ quen thuộc giúp
40 kế và lắp đặt.
• Các chi phí có thể thấp hơn, đặc biệt là khi ứng dụng quy mô lớn hơn.
mức điện thế nhất định 2.3 LED Driver sử dụngđiện trở để hạ áp
Đây là loại nguồn led driver cơ bản và thô sơ nhất với nguyên tắc hoạt động đơn giản là sử dụng điện trở đến hạ áp .
Hình 4.2: Driver led sử dụng điện trở để hạ áp
Ưu điểm Nhược điểm