Chương 2: Khuếch đại công suất
2.6 Nguyên lí hoạt động của mạch khuếch đại công suất
2.6.1 Mạch khuếch đại công suất dùng Tranzito
a. Mạch khuếch đại công suất đơn dùng Tranzito
* Đặc điểm của mạch:
- Mạch khuếch đại dùng một Tranzito làm phần tử khuếch đại, làm nhiệm vụ khuếch đại công suất nên được gọi là công suất đơn.
- Mạch khuếch đại dùng một Tranzito để khuếch đại nên phải làm việc ở chế độ A để tín hiệu ra khuếch đại không bị méo dạng.
- Công suất của mạch thường nhỏ nên chỉ đáp ứng được cho các tải yêu cầu có công suất không lớn lắm.
- Nguồn một chiều cung cấp cho mạch làm việc thường nhỏ.
- Mạch khuếch đại công suất đơn có thể là mạch khuếch đại mắc Emitor chung, mạch khuếch đại mắc Colector chung (mạch lặp Emitor).
* Mạch khuếch đại công suất đơn dùng Tranzito có biến áp ra làm việc ở chế độ A:
- Sơ đồ nguyên lí:
Hình 18: Sơ đồ KĐCS đơn dùng Tranzito có biến áp ra - Vai trò của các linh kiện:
Cg : Tô ghÐp tÇng
Ce : Tụ khử hồi tiếp xoay chiều RL và CL : bộ lọc nguồn
Rb1 , Rb2 : điện trở định điểm làm việc cho tải Re : điện trở ổn định nhiệt
Rt : điện trở của tải.
- Nguyên lí làm việc:
+ Khi chưa có tín hiệu vào, điện áp giữa Bazơ và Emitơ của tải là:
Ubeo = Ubo, Ubo =
2 1
. 2 b b
b co
R R
R U
Ueo =Ieo . Re chọn Ubeo đảm bảo cho Tranzitor làm việc ở chế độ A.
Ie = Ico (Bỏ qua điện trở một chiều của biến áp).
+ Khi có tín hiệu hình sin ở đầu vào của tải, điện áp của tải là:
ở nửa chu kì dương của tín hiệu vào:
Ube > Ubeo Ic > Ico (Và biến thiên theo quy luật của Ube)
Ut # 0 (Và có dạng một nửa chu kì của tín hiệu vào)
ở nửa chu kì âm của tín hiệu vào:
Ube < Ubeo Ic < Ico (Và biến thiên theo quy luật của Ube)
Trên Rt sẽ có điện áp ra hình sin đồng dạng với tín hiệu vào nhưng công suất lớn hơn do tác dụng của mạch khuếch đại.
b. Mạch khuếch đại công suất đơn dùng Tranzito không có biến áp ra
* Sơ đồ nguyên lí:
Hình 19: Sơ đồ KĐCS đơn dùng Tranzito không có biến áp ra
* Vai trò của các linh kiện:
Cp1, Cp2 là các tụ ghép tầng khuếch đại, dùng để ghép giữa Uv và Ur với mạch khuếch đại, nó ngăn cách điện áp một chiều tránh ảnh hưởng lẫn nhau.
CE là tụ điện nối mát cực E của Tranzito về thành phần tín hiệu xoay chiều.
R1, R2 là điện trở dẫn điện một chiều cấp cho cực B của Tranzito theo phương pháp phân cấp.
Rc là điện trở dẫn điện một chiều cấp cho cực C của Tranzito.
RE là điện trở dẫn điện một chiều cấp cho cực E của Tranzito theo phương pháp hồi tiếp, có tác dụng ổn định nhiệt.
* Nguyên lí làm việc
- Tín hiệu vào được đưa vào hai cực B – E, tín hiệu lấy ra ở hai đầu điện trở Rt (hay gi÷a hai cùc E, C).
- Khi đưa điện áp xoay chiều tới đầu vào xuất hiện dòng xoay chiều cực B của Tranzito → xuất hiện dòng xoay chiều cực C ở mạch ra của tầng. Hạ áp
trên điện trở Rc tạo nên điện áp xoay chiều trên Colectơ. Điện áp này qua tụ Cp2 được đưa đến đầu ra của tầng hay đưa ra mạch tải.
+ ở nửa chu kì dương của tín hiệu vào: U(+) của tín hiệu làm cho Ub bớt âm hơn → UBE giảm → Ib, Ic giảm → sụt áp trên Rc giảm đi → Ur tăng (tức là âm hơn).
+ ở nửa chu kì âm của tín hiệu vào: U(–) của tín hiệu phối hợp với U(–) của cực B làm cho Ub âm hơn (Ub tăng lên) → Ib, Ic đều tăng lên → sụt áp trên Rc tăng → Ur giảm.
Điện áp ra ngược pha với điện áp vào.
- Hệ số khuếch đại của tầng tỉ lệ với trở kháng tải, do vậy ta phải chọn tải
để công suất ra lớn nhất.
- Điện trở Re nhận dòng điện tải rất lớn nên tiêu hao công suất lớn, do đó trong mạch thường không có Re. trường hợp dùng Re để ổn định nhiệt thì chọn giá trị Re rất nhỏ.
- Mạch có hiệu suất thấp η ≤ 25%.
c. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng Tranzito có biến áp ra
* Sơ đồ tầng khuếch đại công suất dùng Tranzito có biến áp ra
Hình 20: Sơ đồ KĐCS đẩy kéo dùng Tranzito có biến áp ra
*/ Vai trò của các linh kiện:
T1 , T2 : là hai Tranzito cùng loại. T1 hoạt động ở nửa chu kì dương, T2 hoạt
động ở nửa chu kì âm.
Biến áp BA1: có hệ số biến áp n1 =
W11
Wv
=
W12
Wv
đảm bảo cung cấp tín hiệu vào mạch Bazơ của hai Tranzito.
Biến áp BA2: có hệ số biến áp n2 =
Wt
W21
=
Wt
W22
. Mạch cực C của mỗi loại Tranzito mắc với nửa cuộn sơ cấp của biến áp BA2.
Rt: là điện trở đặt trên tải.
R1 , R2: là hai điện trở phân áp định thiên cho tải. Trong chế độ AB hai
điện trở được chọn sao cho dòng tĩnh qua chúng nhỏ cỡ (10 – 100àA). Trong chế độ B, không có điện trở R1, thiên áp ban đầu Ube= 0 dùng để đảm bảo công tác cho mạch vào của tải trong chế độ gần với chế độ nguồn dòng.
*/ Nguyên lí làm việc:
- Khi chưa có điện áp đặt vào:
T1, T2 bị khóa → Ube1 = Ube2 = 0 → Ic1 = Ic2 = 0 → Uc1 = Uc2 = 0 → Ut = 0 - Khi có điện áp đặt vào:
+ ở nửa chu kì dương:
Giả sử, trên cuộn W11 có nửa chu kì điệp áp âm đối với các điểm chung của các cuộn dây. Còn trên cuộn W12 có nửa chu kì dương.
Khi đó T2 vẫn tiếp tục bị khóa,
T1 được mở : có dòng Ic1 = β. Ib1 chảy qua T1. Trên cuộn W21 có điện
áp U21 = Ic1.Rt (với Rt ~n22.Rt) → Trên tải sẽ có nửa chu kì dương Ut =
2 21
n U + ở nửa chu kì âm:
Cực tính của hai cuộn W11 , W12 đổi đầu khi đó T1 bị khóa và T2 mở. Do đó trên cuộn W22 sẽ có dòng điện Ic2 = α. Ib2 (chọn α = β) chảy qua tạo nên điện
áp có cùng trị số nhưng cực tính ngược lại ở cuộn tải Wt. Trên tải sẽ có nửa chu k× ©m.
- Ưu điểm của mạch: ở chế độ tĩnh sẽ không tiêu thụ dòng do nguồn cung cấp nếu không có tổn hao trên Tranzito. Mặt khác, vì không có dòng một chiều chảy qua biến áp nên không gây méo do bão hòa từ. Hiệu suất của mạch
đạt lớn nhất, khoảng 78,5%.
- Nhược điểm của mạch: méo xuyên tâm lớn khi tín hiệu vào nhỏ, khi cả
hai vế khuếch đại không được cân bằng.
Như vậy, quá trình khuếch đại tín hiệu được thực hiện theo hai nửa chu kì: nửa chu kì đầu chỉ có 1 Tranzito làm việc, nửa chu kì sau Tranzito còn lại làm việc.
d. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo dùng Tranzitor không có biến
áp ra
* Sơ đồ tầng khuếch đại công suất dùng Tranzito không có biến áp ra
Hình 21: Sơ đồ KĐCS đẩy kéo dùng Tranzito không có biến áp ra
*/ Vai trò của các linh kiện:
T1, T2: là hai Tranzito khác loại, làm nhiệm vụ khuếch đại công suất.
Cp: là tụ nối tầng.
R1, R2: là các bộ phân áp dùng để định thiên cho T1, T2.
*/ Nguyên lí làm việc:
- Khi chưa có tín hiệu vào:
Điểm làm việc của T1, T2 xác định bởi các bộ phân áp R1và R2. Với: Ubeo1 = Ubeo2 = Ubeo nhờ chọn R1 = R2.
Ico1 = Ico2 = Ico
- Khi có tín hiệu vào hình sin Uv:
+ ở nửa chu kì dương của Uv: T1 thông, T2 bị khóa, tụ C nạp điện. Dòng đi từ + Ec → T1 → C → Rt → mát.
Dòng nạp biến đổi theo quy luật của điện áp tín hiệu vào nên trên tải nhận
được điện áp giống với nửa chu kì dương của Uv.
+ ở nửa chu kì âm của Uv: T2 thông, T1 khóa, tụ C phóng điện. Dòng điện
đi từ: “+” C → T2 → mát → Rt → “–” C.
Dòng phóng ngược chiều với dòng nạp. Dòng nạp và dòng phóng của tụ
điện chảy qua Rt biến đổi theo quy luật của Ube của Tranzito T1, T2. Trên Rt sẽ có điện áp tín hiệu biến đổi theo quy luật của tín hiệu vào, với công suất lớn hơn.