1.4.1 Định nghĩa và phõn loại
Tầng khuếch đại cụng suất tạo tớn hiệu ra cú cụng suất lớn và đỏp ứng cỏc yờu cầu của cỏc phụ tải như cho loa, cho cỏc cuộn lỏi tia (trong tivi), cho mụ tơ...Trong thực tế, hệ thống khuếch đại gồm nhiều tầng khuếch đại ghộp với nhau và tầng cuối cựng thường là tầng khuếch đại cụng suất. Tớn hiệu vào hệ thống cú mức điện ỏp thấp được khuếch đại thụng qua cỏc khuếch đại điện ỏp rồi mới đưa vào tầng khuếch đại cụng suất. Tầng khuếch đại cụng suất sử dụng cỏc mạch khuếch đại cụng suất.
Mạch khuếch đại cụng suất cần đỏp ứng cỏc yờu cầu sau: - Tớn hiệu khuếch đại phải đạt được cụng suất yờu cầu. - Độ mộo tớn hiệu phải nhỏ.
- Hiệu suất cao.
Cỏc mạch cụng suất cú cụng suất ra từ vài trăm mW đến vài trăm W, biờn độ tớn hiệu ra lớn, transistor làm việc trong miền khụng tuyến tớnh nờn khụng thể dựng mạch tương đương tớn hiệu nhỏ để phõn tớch như chương trước mà phải dựng phương phỏp đồ thị.
Dựa theo chế độ làm việc của transistor người ta chia mạch khuếch đại cụng suất thành cỏc loại chớnh sau:
• Chế độ A: Transistor được phõn cực ở cựng tuyến tớnh. Tớn hiệu được khuếch đại gần như tuyến tớnh. Dạng tớn hiệu ra được giữ nguyờn chỉ biến đổi về biờn độ so với tớn hiệu vào. Chế độ này cú hiệu suất thấp (với tải điện trở dưới 25%) nhưng mộo phi tuyến nhỏ nhất. Điểm làm việc tĩnh trong chế độ A phải nằm ở giữa đường tải tĩnh.
• Chế độ B: Transistor được phõn cực ở vựng ngắt. Tớn hiệu ra chỉ cú trong một nửa chu kỳ (õm hoặc dương). Chế độ này cú hiệu suất lớn (78%), tuy mộo xuyờn tõm lớn nhưng cú thể khắc phục bằng cỏch kết hợp với chế độ AB hoặc dựng hồi tiếp õm.
• Chế độ AB: Cú tớnh chất chuyển tiếp giữa chế độ A và chế độ B. Transistor được phõn cực ở gần vựng ngắt để tham gia vào việc giảm mộo khi tớn hiệu vào cú biờn độ nhỏ. Tớn hiệu ra cú ở hơn một nửa chu kỳ.
• Chế độ C: Transistor được phõn cực dưới vựng ngắt. Tớn hiệu ra chỉ cú trong nhỏ hơn một nửa chu kỳ, hiệu suất lớn (>78%) nhưng mộo rất lớn. Mạch chế độ C được dựng trong cỏc mạch khuếch đại cao tần cú tải là cỏc khung cộng hưởng để chọn lọc tần số mong muốn và đạt hiệu suất cao.
• Chế độ D: Transistor làm việc như một khoỏ điện tử đúng mở. Dưới tỏc dụng của tớn hiệu vào điều khiển transistor thụng bóo hoà là khoỏ đúng, dũng IC đạt cực đại, cũn khoỏ mở khi transistor ngắt, dũng IC = 0.
Hỡnh 1-36: Phõn loại mạch khuếch đại cụng suất theo vị trớ điểm làm việc
Hỡnh 1.37: Dạng tớn hiệu ra của cỏc mạch khuếch đại cụng suất
1.4.2 Mạch khuếch đại chế độ A
Mạch khuếch đại chế độ A hoạt động với tớn hiệu vào lớn hay nhỏ đều khuếch đại tớn hiệu vào một cỏch tuyến tớnh. Mạch khuếch đại chế độ này khụng gõy mộo biờn độ và pha của tớn hiệu. Điểm làm việc đươc chọn ở chớnh giữa đường tải để tớn hiệu được khuếch đại lớn nhất mà khụng bị mộo.
Transistor trong chế độ A làm việc trong miền tớch cực trong suốt chu kỳ tớn hiệu. Dũng collector trong mạch chế độ A luụn khỏc khụng ngay cả khi khụng cú tớn hiệu vào do dũng phõn cực tĩnh ICQ khỏc khụng. Transistor sẽ tiờu thụ cụng suất ngay cả khi khụng làm việc (khụng khuếch đại tớn hiệu). Do đú hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ A rất thấp, tối đa là 25% (với tải điện trở), với tải cuộn cảm hoặc biến ỏp thỡ khoảng 50%.
1.4.2.1 Mạch khuếch đại chế độ A tải điện trở:
Xột mạch khuếch đại cụng suất chế độ A tải điện trở đơn giản trờn hỡnh(). Đõy là mạch khuếch đại E chung, để đơn giản ta bỏ qua phần tớnh toỏn mạch phõn cực cho mạch này. Trong mạch khuếch đại A chung cơ bản này cũng khụng dựng cuộn cảm hoặc mỏy biến ỏp.
Điểm khỏc nhau giữa mạch này với mạch khuếch đại tớn hiệu nhỏ là tớn hiệu vào (Uv) cú biờn độ lớn (hàng trăm mV).
Hỡnh 1.38.: Mạch khuếch đại chế độ A tải điện trở
Giả sử điểm cụng tỏc tĩnh Q nằm ở chớnh giữa được tải tĩnh, ta cú UCEQ = VCC/2 và ICQ = VCC/2RC. Khi đưa tớn hiệu xoay chiều uv vào, dũng iC và điện thế uCE (tớn hiệu đầu ra) sẽ thay đổi quanh điểm làm việc tĩnh Q. Khi tớn hiệu đầu vào lớn, biờn độ tớn hiệu ra sẽ thay đổi lớn quanh điểm Q trong giới hạn: iC = (0; 2ICQ) và uCE = (0; Vcc).
Cụng suất tiờu thụ tức thời trờn transistor là (bỏ qua dũng iB): .
Q CE Cp =u i