Các mạch khuếch đại công suất

Bài 3: Mạch khuếch đại công suất

2. Các mạch khuếch đại công suất

2.1 Mạch khuếch đại công suất chế độ A - 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:

B CC 0.7

C

I V

R

= − (3.1)

Dòng phân cực IC và 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

I V

= R (3.9)

⇒Công suất nguồn cung cấp khi đó: max( ( )) 2 2

CC

i CC CQ

C

P dc V I V

= = R (3.10)

⇒ Hiệu suất cực đại của mạch là: max( %) max( (0 )) 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 A người ta thay RC bằng 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: CC CC. CQ CC2

L

P V I V

=  R (3.12)

Công Suất truyền đấn tải:

2 2 2 2

2 2 max 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

P V V I

 = R = (3.15)

Hiệu suất: % 2 ( / 2) 1 max% 1 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 phiên dẫn 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 nở rộ 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.

Hình 3.5: Sơ đồ mạch công suất

35 Linh kiện:

2 chân 2A3

2 Chân đèn 9 chân tăm cho 2 đèn 12AX7 1 chân đèn 8 chân cho 5AR4/GZ34 Biến thế nguồn và Choke

Tụ, trở bên dưới bài, xem mạch sẽ thấy 2 con trimmer

2 con biến trở chỉnh hum loại tốt Biến thế xuất 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

Hình 3.8: Mạch đẩy kéo – đối xứng bù dùng nguồn đơn

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 rộng nhỏ 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 góc dẫn. 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.