2.7. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
2.7.3. Tầng KĐCS đẩy - kéo ghép biến áp (đẩy kéo song song)
* Nguyên tắc: Dùng 2 BJT có tham số kỹ thuật giống hệt nhau. Khi có tín hiệu vào (giả sử tín hiệu hình sin), các BJT sẽ được bố trí để làm việc luân phiên trong từng bán kỳ thích họp. Mỗi BJT làm việc sẽ cho dòng điện ra tương ứng trong một bán kỳ. Kết hợp dòng điện ra của 2 BJT ưong 2 bán kỳ ưên cùng một tải, ta nhận được tín hiệu ra của cả chu kỳ tín hiệu vào.
Xét tầng KĐCS đẩy - kéo ghép biến áp làm việc ở chế độ B như Hình 2.39. Các BJT Qi và Q2 giống hệt nhau về các thông số kỹ thuật.
+ E CC
(2.106) - BAi là biến áp đảo pha, có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu ngược pha nhau.
ụ Vj = Uv‘ (iÍbai = 1)
ĩvợ>--Uv = -Uvi
- BA2 là biến áp ra, có nhiệm vụ đứa tín hiệu khuếch đại ra tải.
- Hai BJT Qi và Q2 được phân cực ở chế độ B với ƯBQ = 0 (Ri hở mạch)
- Khi chưa có tín hiệu vào, Ubq= 0, cả Qi và Q2 đều ngưng dẫn, ici và ỈC2 đều bằng 0, không có tín hiệu ra tải.
- Khi có bán kỳ dương của tín hiệu vào: Qi dẫn, Q2 ngưng, ỈC2 = 0, ici xuất hiện chảy qua nửa cuộn dây phía trên của sơ cấp BA2 theo chiều đi ra dấu cực hóa “ * ”, cảm ứng sang cuộn thứ cấp dòng điện iri, gây ra điện áp uri. Tải Rt nhận được bán kỳ dương của tín hiệu ra (Hình 2.40d)
- Khi có bán kỳ âm của tín hiệu vào: Qi ngưng, Q2 dẫn, ici = 0, ĨC2 xuất hiện chảy qua nửa cuộn dây còn lại của sơ cap BA2 theo chiều đi vào dấu cực hóa, cảm ứng sang cuộn thứ cấp dòng điện Ĩr2, ngược chiều với iri, gây ra điện áp Ur2 . Tải Rt nhận được bán kỳ âm tín hiệu ra (Hình 2.40e).
Như vậy, sau một chu kỳ tín hiệu vào, ữên tải Rt nhận được 2 nửa chu kỳ dương và âm tín hiệu ra sau khi đã khuếch đại (Hình 2.40g)
a)
b) c)
d) e)
g) u
'c 1
if2.ur2
i r u r
uvl Uv2
Ỉ A A A A t
\ — y
A
A A
1
i A A A A t
A A
/ '----vA
, *r= ur.-¿r2
^ A t
U,
Hình 2 . 4 0 . D ạ n g s ó n g r a c ủ a K Đ C S c h ế đ ộ B
- Trong thực tế, do đặc tuyến truyền đạt động ic = f(u b e ) có đoạn cong gần gốc tọa độ và do các phần tử ở hai vế của tầng đẩy kéo không hoàn toàn đối xứng nên sóng ra xuất hiện méo xuyên tâm (hay méo chuyển tiếp), nhất là khi tín hiệu vào có biên độ bé (Hình 2.41).
Hình 2.41. Méo xuyên tâm trong tầng KĐCS ở chế độ B
- Để khắc phục méo xuyên tâm, người ta dùng điện trở Ri cùng với R.2 tạo một giá trị điện áp nhỏ Ư BQ phân cực cho Qi và Q2 về chế độ AB (Hình 2.39).
Hình 2.42. Giảm méo xuyên tâm trong tầng KĐCS ở chế độ AB
- Ở chế độ AB, khi chưa có tín hiệu vào, do có chung một thiên áp nên dòng điện tĩnh
Ic q của Qi và Q2 qua 2 nửa cuộn dây sơ cấp BA2 theo 2 chiều ngược nhau, từ thông do chúng gây ra trong lõi biến áp BA2 triệt tiêu lẫn nhau nên không có tín hiệu ra trên tải.
Khi có tín hiệu vào ở bán kỳ dương, Qi dẫn mạnh hơn, làm cho ici tăng lên (so với trạng thái tĩnh) và tăng theo điện, áp vào, còn Q2 dẫn yếu đi, làm cho ỈC2 giảm xuống cho đên khi bằng 0 thì Q2 ngưng dâh.-.Tưbmg tự, ở bán kỳ âm, sự việc xảy ra theo hướng ngược lại, Q2 dẫn mạnh làm cho ỈC2 tăng theo* điện áp vào, Qi dẫn yếu khiến ici giảm dần về 0.
Từ thông do ici và ic2 gây ra hong lõi từ của biến áp BA2 sẽ cảm ứng sang cuộn thứ cấp và đưa ra tải Rt điện áp ra tỷ lệ với ic = ici- ỈC2 (đường nét đứt - Hình 2.42).
2.7.3.2. Tỉnh toán công suất và hiệu suất của tầng KĐCS đẩy kéo chế độ B - Công suất tín hiệu ra trên sơ cấp biến áp BA2 (do cả 2 transistor cung ứng):
trong đó Itbi, Itb2 là dòng điện Collector trung bình qua Qi, Q2 và được xác định bằng trị số trung bình của chuỗi xung hình sin nửa sóng của dòng điện Collector (khi coi Icq ~ 0).
= u CEic = ị uc e ac - CEm'^Cm (2.107)
LC v - w
lBQ = o 0 Uceq \ D UCE
' Ecc
IL-l ^Emin UcEm
Hình 2.43. Dạng sóng của i c v à U C E ở một vế của KĐCS đẩy - kéo - Công suất một chiều cả 2 transistor tiêu thụ từ nguồn:
Po = PoQl + P0Q2
= Ecc-Itbi + Ecc.Itb2 (2.108)
_ ẪCm
Tí (2 .1 0 9 )
Do đó: lẹm 2
n Vì 2 vế cùa tầng đẩy kéo đối xứng nên Icmi = Icm2 = Icm-
(2.110)
Do vậy:
p = —E I r O ~ _ ^CC^Cm
n (2.111)
- Hiệu suất của tầng đẩy kéo ghép biến áp:
T, = 5-xlO O % = Hba2 f *100% = r,BA2 ^ S n L x lO O ằ /.
Fo Fo 4 F CC (2.112)
- Trường hợp tận dụng hết đường tải xoay chiều (UcEm ~ Ecc) và coi BA2 là biến áp lý tường (t|ba2= 100%) ta nhận được công suất ra tải cực đại:
r ™ , = % cciCm= | ầ Ị (2.113)
và hiệu suất cực đ£Ĩ: r|ma> = ^r™3' ~ ^ = 73.5% (2.114) Fo 4
Trong thực tế, do UcEm< Ecc và IcqỶ 0 nên hiệu suất đạt khoảng 60 -1- 70%.
- Ở chế độ AB, do dòng Icqkhông lớn hơn ờ chế độ B là mấy, thực tế không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu năng lượng so với tầng ở chế độ B, nên các công thức ở chế độ B đều đúng cho chế độ AB [10].
2.7.4. KĐCS đẩy - kéo không dùng biến áp (đẩy kéo nối tiếp) 2.7.4.1. Mạch KĐCS đẩy kéo dùng 2 transistor cùng loại
a) . , b)
Hình 2.44. Tầng KĐCS đây - kẻo nối tiếp dùng 2 BJT cùng loại (a);
Thay đổi cách mắc tải với tụ điện c (b)
- Các transistor Qi và Q2 đều là BJT loại n-p-n có tham số giống hệt nhau và được phân cực cùng chế độ AB như nhau (nhờ Ri, R.2, R3 và R4). Nguồn cung cấp Ecc có đầu ra ở giữa, phân thành 2 nguồn Ecc/2 cung cấp cho từng BJT (Hình 2.44a).
Ở trạng thái tĩnh, dòng điện Ie i và Ic2 chảy qua tải theo 2 chiều ngược nhau và gần như triệt tiêu làm cho điện áp trên Rt xấp xỉ bằng 0.
Ở chế độ động, tín hiệu vào’uVi và Uv2 ngược pha nhau (được đưa từ tầng khuếch đại đảo pha phía trước) đến ngõ vào làm cho Qi và Q2 thay phiên nhau dẫn trong nửa chu kỳ. Trên tải Rt ta nhận được điện áp xoay chiều do dòng điện của Ql, Q2 lần lượt tạo nên trong bán kỳ dẫn điện của chúng.
Nhược điểm của mạch là khó tạo ra nguồn lưỡng cực đối xứng hoàn toàn cả về sức điện động lẫn nội trở.
- Ở mạch Hình 2.44b, nguồn lưỡng cực được thay thế bởi nguồn đơn cực. Tụ điện c
mắc nối tiếp với tải Rt (với Xc ô Rt), đúng vai trũ một nguồn thứ cấp.
Ở chế độ tĩnh, tụ c được nạp đến điện áp bằng Ecc/2. Khi có tín hiệu vào, ờ bán kỳ Q2
dẫn, Qi ngưng, điện áp fren tụ c đóng vai trò nguồn cung cấp, còn trong bán kỳ Qi dẫn, Q2
ngưng, nguồn cung cấp Ecc sẽ cấp điện cho Q] và tải. Dòng điện iei chảy qua tải sẽ nạp điện bổ sung cho tụ c để bù lại phần năng lượng đã tiêu hao trong bán kỳ trước.
- Đặc điểm:
+ Với cách mắc tải thế này, điện áp trên tụ c luôn bằng Ecc/2 dù nguồn cung cấp có thay đổi do biến động, vì vậy hạn chế được méo do nguồn mất đối xứng.
+ Qi hoạt động theo mạch cc, còn Q2hoạt động theo mạch CE, vì vậy hai vế không đối xứng nên có thể gây méo phi tuyến.
+ Đòi hỏi phải có thêm tầng đảo pha phía trước (vốn yêu cầu cân chỉnh chính xác) [6].
2.7.4.2. Mạch KĐ CS đẩy kéo dùng 2 transistor khác loại
- Mạch sử dụng Qi thuộc loại n-p-n và Q2 thuộc loại p-n-p, có các tham số kỹ thuật đối xứng nhau, gọi là cặp transistor bô phụ.
a) b)
Hình 2.45. Tầng KĐCS đấy - kéo nổi tiếp dùng 2 B JT khác loại (a);
Thay đổi cách mắc tải và cách phân cực để ổn định nhiệt (b)
- Mạch Hình 2.45a: Các điện trở Ri, R.2, R3, R4 phân cực cho Qi, Q2 làm việc ở chế độ AB. Ở trạng thái tĩnh, dòng Ie i và IE2 chạy ngược chiều nhau qua tải, khiến điện áp trên tải bằng 0. Ở trạng thái động, tín hiệu xoay chiều uv thông qua R2, R3 đặt vào giữa cực Base Bi, B2 và đất. Vì vậy, trong bán kỳ dương của Uv, Qi dẫn, Q2 ngưng, còn trong bán kỳ âm, Qi ngưng, Q2 dẫn. Dòng tín hiệu emitơ ỈE1hoặc Ĩe2lần lượt chạy qua tải Rt trong từng bán kỳ tương ứng, tạo nên điện áp xoay chiều ưên tải. Như vậy, Qi và Q2 làm việc theo mạch c c .
- Mạch Hình 2.45b: Tụ c được dùng với vai trò tương tự như mạch Hình 2.44b. Ngoài ra, ở đây người ta dùng các diode Di, D2 (thay cho R2, R3) và dùng điện áp thông thuận của các diode phân cực cho các BJT với mục đích ổn định nhiệt cho mạch: khi nhiệt độ tăng, dòng điện ra tĩnh của các BJT có xu hướng tăng làm thay đổi điểm tĩnh. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, điện áp thông thuận ưên các diode giảm nên làm giảm điện áp trên các cực Base khiến cho các BJT phân cực ít hơn làm cho dòng điện tĩnh giảm, ổn định điểm làm việc tĩnh [8].
Tầng KĐCS đẩy - kéo dùng cặp transistor bổ phụ khắc phục được các hạn chế của tầng đẩy - kẻo dùng 2 BJT cùng loại nên được sử dụng phổ biến trong thực tế. Trường hợp cần nâng cao công suất khuếch đại, người ta thay Qi, Q2 bằng các transistor phức hợp.