Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 10: Khuếch đại công suất

Trường Đại Học Công Nghệ Thông TinKHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNGCHƯƠNG 10KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤTTHÁNG 9/2012NỘI DUNGGiới thiệuCác bộ khuếch đại âm tầnBộ khuếch đại cao tần - Bộ nhân tầnGiới thiệuKhái niệm:Mạch khuếch đại (MKĐ) được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như MKĐ âm tần trong Cassete, Amply; MKĐ tín hiệu video trong TV màu v.v Có ba loại MKĐ chính là :MKĐ về điện áp : đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào => thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần.MKĐ về dòng điện: đưa một tín hiệu có cường độ yếu vào => thu được một tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần.MKĐ công suất : đưa một tín hiệu có công suất yếu vào => thu được tín hiệu có công suất mạnh hơn nhiều lần. Thực ra MKĐ công suất là kết hợp cả hai MKĐ điện áp và dòng điện làm một.Các chế độ hoạt độngCác chế độ hoạt động của MKĐ là phụ thuộc vào chế độ phân cực cho Transistor và tùy theo mục đích sử dụng:MKĐ ở chế độ A: là các MKĐ cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giống với tín hiệu ngõ vào; điện áp UCE ~ 60% ÷ 70% VccKhuyếch đại cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ vàoĐược sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại vv..Rg : điện trở ghánh , Rđt : điện trở định thiên,Rpa : điện trở phân áp MKĐ ở chế độ Blà mạch chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu khuếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuếch đại bán kỳ âm ta dùng transistor PNP, mạch khuếch đại ở chế độ B không có định thiên.Chỉ khuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vàoĐược sử dụng trong các mạch khuếch đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần, công suất mành của Ti vi, trong các mạch công suất đẩy kéo (dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp , mỗi đèn sẽ khuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu, hai đèn trong mạch khuyếch đại đẩy kéo phải có các thông số kỹ thuật như nhau). MKĐ công suất kết hợp cả hai chế độ A và B MKĐ công suất amply có : Q1 khuếch đại ở chế độ A, Q2 và Q3 khuếch đại ở chế độ B: Q2 khuếch đại cho bán chu kỳ dương, Q3 khuếch đại cho bán chu kỳ âm.Mạch khuếch đại ở chế độ ABMạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuếch đại ở chế độ B, nhưng có định thiên sao cho điện áp UBE  0,6 V.Mạch cũng chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ B.Mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công suất đẩy kéo. Mạch khuếch đại ở chế độ CLà MKĐ có điện áp UBE được phân cực ngược với mục đích chỉ lấy tín hiệu đầu ra là một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào.Thường sử dụng trong các mạch tách tín hiệu .Mạch tách xung đồng bộ Ti vi màuCác bộ khuếch đại âm tầnMKĐ ghép qua tụ điện:MKĐ đầu từ trong đài Cassette- Mạch gồm hai tầng khuếch đại mắc theo kiểu E chung. Các tầng được ghép tín hiệu thông qua tụ điện:+ Tụ C1, C3, C5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều đi qua và ngăn áp một chiều lại.+ Tụ C2 và C4 có tác dụng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass.+ C6 là tụ lọc nguồn.MKĐ ghép qua tụ điện (tt):+ Ưu điểm của mạch là đơn giản, dễ lắp do đó mạch được sử dụng rất nhiều trong thiết bị điện tử.+ Nhược điểm là không khai thác được hết khả năng khuếch đại của Transistor do đó hệ số khuếch đại không lớn.+ MKĐ âm tần ở trên có các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1µF ÷ 10µF.+ Trong các MKĐ cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài F.MKĐ ghép tầng trực tiếpMKĐ công suất âm tần có đèn đảo pha Q1 được ghép trực tiếp với hai đèn công suất Q2 và Q3. Bộ khuếch đại cao tần - Bộ nhân tầnMKĐ chế độ C khuếch đại tín hiệu ra bé hơn nửa hình sin, góc cắt θ <900. Nó được dùng trong các MKĐ cao tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng hài mong muốn và để có hiệu suất cao.Trong MKĐ chế độ C, thời gian dẫn T sẽ được phân cực trong miền ngắt. Với tín hiệu vào hình sin, tín hiệu ra sẽ là các xung với độ rộng nhỏ hơn 1/2 chu kỳ như hình vẽ sau: Méo trong trường hợp này là rất lớn. Hoạt động của MKĐ chế độ C không tuyến tính. MKĐ lớp C thường sử dụng kết hợp với tải cộng hưởng và chủ yếu để khuếch đại công suất tần số cao. Hoạt độngKhi tín hiệu sin: v(t) = VM*sin(wt), được đưa tới đầu vào MKĐ, qua RL dòng i(t)  0 trong khoảng thời gian dẫn T = t2 - t1 tương ứng với góc dẫn φ = φ2 - φ1 với φ= φ*T.Các xung của dòng i(t) là một hàm tuần hoàn, chu kỳ của hàm bằng với chu kỳ tín hiệu vào. Sử dụng chuỗi Fourrier, dòng tải có thể được biểu diễn bởi tổng của các sóng sin: i(t) = ICQ +i1*sin(wt) +i2*sin(2wt) + Hoạt động (tt)MKĐ 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 hiệu vào v(t) và góc dẫn φ.Nếu sử dụng tải là một mạch cộng hưởng điều chỉnh được tần số thì MKĐ này có thể ứng dụng làm bộ nhân tần. Tuy nhiên, do biên độ của các hài bậc cao là nhỏ nên ứng dụng khuếch đại chủ yếu tại tần số cơ bản f=w/2π. Hoạt động (tt)Vì lý do đó, hiệu suất của mạch chế độ C là hàm của góc dẫn. Khi giảm góc dẫn φ, hiệu suất tăng và có thể đạt tới 100%. Thực tế không thể giảm góc dẫn nhiều vì công suất tổng sẽ giảm theo.Một bộ khuếch đại chế độ C hoạt động tại tần số cao, nhưng chỉ dùng để khuếch đại 1 tần số, nó không thể dùng cho các ứng dụng khuếch đại đòi hỏi tuyến tính.