Chương 4. Mạch khuếch đại công suất
4.3. Khuếch đại công suất chế độ B, AB
4.3.3. Khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp dùng transistor bù
1 Dùng nguồn đối xứng a. Mạch điện.
Hình 4.18 Mạch khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp dùng transistor khác loại , nguồn đối xứng
b. Tác dụng linh kiện
Q2, Q3 : là 2 transistor khác loại mắc đẩy kéo nối tiếp của tầng khuếch đại công suÊt
Q2, Q3: là 2 transistor công suất, làm việc ở chế độ B, AB
Q1: khuếch đại đầu vào (transistor kích thích), làm việc ở chế độ A R1, VR1, R2: ph©n cùc cho Q1
R3, D, VR2: ph©n cùc cho Q2,Q3 C1: tụ dẫn (lọc) tín hiệu đầu vào.
c. Nguyên lý làm việc
Để tiện cho việc phân tích nguyên lý làm việc, giả thiết tầng khuếch đại công suất làm việc ở chế độ B.
+/ Khi chưa có tín hiệu xoay chiều vào:
UBE2 UBE3 0,4V UBE1 0,5V VA 0V
+/ Khi đưa tín hiệu vào: giả sử tín hiệu vào có dạng hình sin
- 1/2 chu kỳ đầu của tín hiệu vào UBE1 tăng lên dẫn đến Q1 tăng dẫn suy ra UCE1 giảm dẫn đến VB2 giảm, VB3 giảm suy ra UBE2 giảm do đó Q2 khóa
UBE3 giảm dẫn đến Q3 dẫn do đó có dòng qua tải:
Từ mass qua Rt qua rec3 về -EC . Dòng qua tải có độ lớn biến thiên phụ thuộc vào
độ lớn của tín hiệu vào.
- 1/2 chu kỳ sau của tín hiệu vào UBE1 giảm đidẫn đến Q1 giảm dẫn suy ra UCE1 tăng dẫn đến VB2 tăng, VB3 tăng do đó UBE2 tăng suy ra Q2 dẫn
UBE3 tăng suy ra Q3 khóa do vậy có dòng qua tải:
Từ +EC qua rec2 qua Rt về mass. Dòng qua tải có độ lớn biến thiên phụ thuộc độ lớn tín hiệu vào.
Ta thấy trong một chu kỳ của tín hiệu vào, Q2, Q3 thay nhau làm việc, khi Q2 khóa thì Q3 mở và ngược lại. Do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu vào.
d. Các thông số
Đặc tuyến làm việc
Hình 4.19 Đặc tuyến tải của mạch khuếch đại công suất hình 4.18 - Công suất tín hiệu đưa ra tải
2 2
2 2 2
CEm Cm Cm t CEm
r t
U I I R U
P R (4.53) Từ đặc tuyến ta thấy UCE biến thiên từ đến UCE0 đến UCEmin
Dòng IC biến thiên từ ICmax đến IC0. Do đó ta có:
2)( )
( CE0 CEmin Cmax C0
r U U I I
P (4.54) Pr đạt giá trị cực đại (Prmax) khi:
min
0 CE
CE U
U đạt giá trị lớn nhất EC 0
max C
C I
I đạt giá trị lớn nhất C
t
E R - Công suất đưa ra tải lớn nhất:
Prmax E EC2 t C 2EC2t R R
(4.55) - Công suất cung cấp từ nguồn một chiều
0 C 0
P E I (4.56) I0 : Dòng trung bình qua tải bao gồm thành phần dòng một chiều IC0 (IC0 = 0 )và thành phần dòng xoay chiều I sint
0 0 0
1 Cmsin ( ) 1 Cm( cos ) 2 Cm
I I td t I t I (4.57)
0 0 2 2 C CEm
C C Cm
t
P E I E I E U
R
(4.58)
- Hiệu suất của mạch khuếch đại ()
2
0
% 100% 2 2 100%
CEm r t
C CEm t
UR
P E U
P R
(4.59)
1 0 0 % 4 C E mC
U
E
(4.60)
đạt giá trị cực đại maxkhi UCEm đạt giá trị lớn nhất EC
max% 100% 100% 78,5%
4 CC 4
E
E
(4.61)
- Công suất tiêu tán trên mỗi transistor (PC)
0 1 (2 2 )
2 r 2 C CEm 2CEm
C t t
P P E U U
P R R (4.62)
Từ công thức (4.47) ta thấy PC phụ thuộc vào UCEm Nếu lấy đại hàm C
CEm
dUdP và tìm cực trị ta sẽ xác định được công suất tiêu hao cực
đại trên mỗi transistor khi UCEm 2EC
Khi đó: max 1(42 2 22 2 ) 22 22 2 0,2 max
2 C C C 2C
C r
t t t t
E E E E
P P
R R R R
(4.63)
Vậy từ biểu thức (4.63) khi lựa chọn công suất chịu đựng của transistor phải thỏa mãn điều kiện công suất chịu đựnglớn nhất của transistor phải lớn hơn 0,2Prmax (PCmax 0,2Prmax), để transistor làm việc không bị nóng vì nhiệt.
2. Dùng nguồn đơn a. Mạch điện.
Hình 4.20 Mạch khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp dùng transistor khác loại , nguồn đơn
b. Tác dụng linh kiện
Q2, Q3 : là 2 transistor khác loại mắc đẩy kéo nối tiếp của tầng khuếch đại công suất
Q2, Q3 : là 2 transistor công suất, làm việc ở chế độ B, AB
Q1: khuếch đại đầu vào (transistor kích thích, làm việc ở chế độ A R1, VR1, R2: ph©n cùc cho Q1
R3, D1,D2: ph©n cùc cho Q2,Q3 sao cho UBE2UBE3UD1UD2
C1: tụ dẫn (lọc) tín hiệu đầu vào.
C2: tụ xuất tín hiệu ra loa.
d. Nguyên lý làm việc
Để tiện cho việc phân tích nguyên lý làm việc, giả thiết tầng khuếch đại công suất làm việc ở chế độ B.
+/ Khi chưa có tín hiệu xoay chiều vào:
UBE2 UBE3 0,4V
1 0,5
UBE V
2C
A E
V
+/ Khi đưa tín hiệu vào: giả sử tín hiệu vào có dạng hình sin:
- 1/2 chu kỳ đầu của tín hiệu vào UBE1 tăng lên dẫn đến Q1 tăng dẫn dẫn đến UCE1 giảm suy ra VB2 giảm, VB3 giảm dẫn đến UBE2 giảm suy ra Q2 khóa
UBE3 giảm suy ra Q3 dẫn dẫn đến tụ C2 xả điện do đã được tích điện từ nửa chu lỳ trước đó, do vậy có dòng qua tải:
Từ +C2 qua rCE3 qua Rt về -C2. Dòng qua tải có độ lớn biến thiên phụ thuộc vào độ lớn của tín hiệu vào.
- 1/2 chu kỳ sau của tín hiệu vào UBE1 giảm đi dẫn đến Q1 giảm dẫn lám cho UCE1 tăng tức VB2 tăng, VB3 tăng suy ra UBE2 tăng dẫn đến Q2 dẫn
UBE3 tăng dẫn đến Q3 khóa suy ra có dòng qua tải đồng thời tụ C2 nạp điện:
Từ +EC qua rec2 qua C2 qua Rt về mass. Dòng qua tải có độ lớn biến thiên phụ thuộc độ lớn tín hiệu vào.
Ta thấy trong một chu kỳ của tín hiệu vào, Q2, Q3 thay nhau làm việc, khi Q2 khóa thì Q3 mở và ngược lại. Do vậy trên tải nhận được chu kỳ đầy đủ của tín hiệu vào.
b. Các thông số
Vẽ đặc tuyến làm việc
UCEm
Hình 4.21 Đặc tuyến tải của mạch khuếch đại công suất hình 4.20
Các thông số của mạch tính toán tương tự như đối với tầng khuếch đại công suất
đẩy kéo nối tiếp dùng transistor khác loại nguồn đối xứng, nhưng ở đây EC được thay bởi EC/2.
*/ Ưu, nhược điểm của tầng khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp.
¦u ®iÓm:
-Tầng khuếch đại đẩy kéo song song có ưu điểm : hệ số khuếch đại lớn, hiệu suất cao, mạch làm việc ổn định
- Tầng khuếch đại công suất mắc đẩy kéo nối tiếp không dùng biến áp có kích thước nhỏ gọn, giá thành dẻ, dễ lắp dễ điều chỉnh, dải tần làm việc rộng hơn, không thích gọn hợp với các mạch tích hợp
Nhược điểm:
Mạch khuếch đại công suất làm việc ở chế độ B, nên vẫn xảy ra méo (méo phi tuyến), cần chọn chế độ phân cực cho Q2, Q3 sao cho khi đưa tín hiệu vào mạch làm việc ở chế độ AB.