Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
* Nếu tính theo điện thế và dòng điện đỉnh đối đỉnh:
. Hiệu suất tối đa:
Ta thấy trong mạch công suất loại A, V
CE
có thể thay đổi tối đa:
V
CE(p-p)
max = V
CC
Dòng I
C
thay đổi tối đa:
I
C(p-p)
max = V
CC
/R
C
Công suất ra tối đa:
Trương Văn Tám IX-5 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
9.2 MẠCH KHUẾCH ÐẠI CÔNG SUẤT LOẠI A DÙNG
BIẾN THẾ:
Mạch cơ bản có dạng như hình 9.6
Biến thế sẽ làm tăng hoặc giảm điện thế hay dòng điện (tín hiệu xoay chiều) tùy
vào số vòng quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Ở đây ta xem biến thế như lý tưởng nghĩa là
truyền 100% công suất. Nếu gọi N
1
, N
2
, v
1
, v
2
, I
1
, I
2
lần lượt là số vòng quấn, điện thế tín
hiệu xoay chiều, dòng điện tín hiệu xoay chiều của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Ta có:
Trương Văn Tám IX-6 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
Như vậy có thể xem như điện trở tải phản chiếu qua cuộn sơ cấp là:
. Ðường thẳng lấy điện:
Nếu ta xem biến thế lý tưởng, nghĩa là nội trở bằng 0Ω. Như vậy không có điện thế
một chiều giảm qua cuộn sơ cấp nên V
CEQ
= V
CC
. . Do đó đường thẳng lấy điện tĩnh là
đường thẳng song song với trục tung I
C
và cắt trục hoành V
CE
tại điểm có trị số bằng V
CC
.
Giao điểm của đường thẳng lấy điện tĩnh và đặc tuyến ra ở I
B
tương ứng là điểm điều hành
Q.
Trương Văn Tám IX-7 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
Ở chế độ xoay chiều, điện trở tải nhìn từ cuộn sơ cấp là R’
L
nên đường thẳng lấy điện
động bây giờ
Do đó: P
L
=I
2
L(rms)
.R
L
. Hiệu suất:
Công suất cung cấp là:
Trương Văn Tám IX-8 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
P
i(dc)
= V
CC
. I
CQ
Công suất tiêu tán trong biến thế và transistor công suất là:
P
Q
= P
i(dc)
- P
o(ac)
Hiệu suất của mạch được định nghĩa:
9.3 KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ÐẠI CÔNG SUẤT LOẠI
B
Trong mạch khuếch đại công suất loại B, người ta phân cực với V
B
=0V nên bình
thường transistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào. Do phân
cực như thế nên transistor chỉ dẫn điện được ở một bán kỳ của tín hiệu (bán kỳ dương hay
âm tùy thuộc vào transistor NPN hay PNP). Do đó muốn nhận được cả chu kỳ của tín hiệu ở
ngỏ ra người ta phải dùng 2 transistor, mỗi transistor dẫn điện ở một nữa chu kỳ của tín
hiệu. Mạch này gọi là mạch công suất đẩy kéo (push-pull).
B
Công suất cung cấp: (công suất vào)
Ta có: Pi(dc) = V
CC
. I
DC
Trong đó I
DC
là dòng điện trung bình cung cấp cho mạch. Do dòng tải có đủ cả hai
bán kỳ nên nếu gọi I
P
là dòng đỉnh qua tải ta có:
Trương Văn Tám IX-9 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
. Công suất ra:
Công suất ra lấy trên tải R
L
có thể được tính:
. Công suất tiêu tán trong transistor công suất:
Tiêu tán trong 2 transistor:
Trương Văn Tám IX-10 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
P
2Q
= P
i(dc)
- P
o(ac)
Vậy công suất tiêu tán trong mỗi transistor công suất:
Công suất tiêu tán tối đa của 2 transistor công suất không xảy ra khi công suất ngõ
vào tối đa hay công suất ngõ ra tối đa. Công suất tiêu tán sẽ tối đa khi điện thế ở hai đầu tải
là:
Trương Văn Tám IX-11 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
9.4 DẠNG MẠCH CÔNG SUẤT LOẠI B:
Trong phần này ta khảo sát một số dạng mạch công suất loại B thông dụng.
Tín hiệu vào có dạng hình sin sẽ cung cấp cho 2 tầng công suất khác nhau. Nếu tín
hiệu vào là hai tín hiệu sin ngược pha, 2 tầng công suất giống hệt nhau được dùng, mỗi tầng
hoạt động ở một bán kỳ của tín hiệu. Nếu tín hiệu vào chỉ có một tín hiệu sin, phải dùng 2
transistor công suất khác loại: một NPN hoạt động ở bán kỳ dương và một PNP hoạt động ở
bán kỳ âm.
Ðể tạo được 2 tín hiệu ngược pha ở ngỏ vào (nhưng cùng biên độ), người ta có thể dùng
biến thế có điểm giữa (biến thế đảo pha), hoặc dùng transistor mắc thành mạch khuếch đại
có độ lợi điện thế bằng 1 hoặc dùng op-amp mắc theo kiểu voltage-follower như diễn tả
bằng các sơ đồ sau:
9.4.1 Mạch khuếch đại công suất Push-pull liên lạc bằng biến thế:
Dạng mạch cơ bản như sau:
Trương Văn Tám IX-12 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
- Trong bán kỳ dương của tín hiệu, Q
1
dẫn. Dòng i
1
chạy qua biến thế ngõ ra tạo cảm
ứng cấp cho tải. Lúc này pha của tín hiệu đưa vào Q
2
là âm nên Q
2
ngưng dẫn.
- Ðến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu đưa vào Q
2
có pha dương nên Q
2
dẫn. Dòng i
2
qua biến
thế ngõ ra tạo cảm ứng cung cấp cho tải. Trong lúc đó pha tín hiệu đưa vào Q
1
là âm nên Q
1
ngưng dẫn.
Chú ý là i
1
và i
2
chạy ngược chiều nhau trong biến thế ngõ ra nên điện thế cảm ứng
bên cuộn thứ cấp tạo ra bởi Q
1
và Q
2
cũng ngược pha nhau, chúng kết hợp với nhau tạo
thành cả chu kỳ của tín hiệu.
Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy được trên tải không được trọn vẹn như trên mà bị biến dạng.
Lý do là khi bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện ngay mà phải chờ khi biên độ
vượt qua điện thế ngưỡng V
BE
. Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm (cross-
over). Ðể khắc phục, người ta phân cực V
B
dương một chút (thí dụ ở transistor NPN) để
transistor có thể dẫn điện tốt ngay khi có tín hiệu áp vào chân B. Cách phân cực này gọi là
phân cực loại AB. Chú ý là trong cách phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất
không đáng kể khi chưa có tín hiệu
B
Ngoài ra, do hoạt động với dòng I
C
lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên. Khi nhiệt độ
tăng, điện thế ngưỡng V
BE
giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng I
C
càng lớn hơn, hiện
tượng này chồng chất dẫn đến hư hỏng transistor. Ðể khắc phục, ngoài việc phải giải nhiệt
đầy đủ cho transistor, người ta mắc thêm một điện trở nhỏ (thường là vài Ω) ở hai chân E
của transistor công suất xuống mass. Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, I
C
tăng tức I
E
làm V
E
tăng dẫn đến V
BE
giảm. Kết quả là transistor dẫn yếu trở lại.
Trương Văn Tám IX-13 Mạch Điện Tử
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất
Ngoài ra, người ta thường mắc thêm một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt âm (thermistor) song
song với R
2
để giảm bớt điện thế phân cực V
B
bù trừ khi nhiệt độ tăng.
9.4.2 Mạch công suất kiểu đối xứng - bổ túc:
Mạch chỉ có một tín hiệu ở ngõ vào nên phải dùng hai transistor công suất khác loại:
một NPN và một PNP. Khi tín hiệu áp vào cực nền của hai transistor, bán kỳ dương làm cho
transistor NPN dẫn điện, bán kỳ âm làm cho transistor PNP dẫn điện. Tín hiệu nhận được
trên tải là cả chu kỳ.
Cũng giống như mạch dùng biến thế, mạch công suất không dùng biến thế mắc như trên
vấp phải sự biến dạng cross-over do phân cực chân B bằng 0v. Ðể khắc phục, người ta cũng
phân cực mồi cho các chân B một điện thế nhỏ (dương đối với transistor NPN và âm đối với
transistor PNP). Ðể ổn định nhiệt, ở 2 chân E cũng được mắc thêm hai điện trở nhỏ.
Trương Văn Tám IX-14 Mạch Điện Tử
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét