Chương 6 Tầng Khếch đại công suất doc

Chương 6 Tầng Khếch đại công suất6.1 Vấn đề chung Chương 5: Các sơ đồ KĐ chuyên dụng và tạp âm yêu cầu SV tự đọc Tầng KĐCS KĐ P có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích thích cho tải

Chương 6 Tầng Khếch đại công suất

6.1 Vấn đề chung (Chương 5: Các sơ đồ KĐ chuyên dụng và tạp âm yêu cầu SV tự đọc) Tầng KĐCS (KĐ P) có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích

thích cho tải (mW đến >100W); công suất đưa đến tầng sau dưới dạng điện áp hoặc dòng có biên độ lớn Đặc trưng làm việc với tín hiệu lớn là các T không làm việc ở miền tuyến tính do đó không thể dùng sơ đồ tương đương để phân tích mà phải dùng phương pháp đồ thị dựa trên họ đặc tuyến vào và ra

Do làm việc cả ở miền phi tuyến nên méo phi tuyến sẽ lớn, khi thiết

kế hoặc phân tích mạch điện tầng KĐ P chú ý các biện pháp giảm méo

1 Các tham số của tầng KĐ P

- HSKĐ P KP là tỉ số giữa công suất ra và công suất vào KP = Pr/Pv

- Hiệu suất là tỉ số giữa công suất ra và công suất tiêu thụ nguồn P0 η= Pr/P0

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• 2 Chế độ công tác và định điểm làm việc

• Bộ KĐ P có thể được thiết kế làm việc ở các chế độ A, AB,

B và C Mỗi chế độ tương ứng với góc cắt θkhác nhau.

t

ube

ube

t

2θ=T/2

ic 1 P cMax

Hyperbol P 2

A

AB

B

UCE Max UCE

• Lưu ý:

• Trong chế độ A tín hiệu được KĐ gần như tuyến tính với góc cắt θ=T/2=180 0 , khi tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh I C

luôn lớn hơn biên độ dòng ra, do đó hiệu suất bộ KĐ chế độ

A rất thấp (<50%) và chỉ dùng với công suất nhỏ(<1w)

• Chế độ AB có góc cắt 90 0 <θ<180 0 , cho hiệu suất cao hơn chế

độ A (<70%) vì dòng tĩnh I C0 yêu cầu nhỏ hơn dòng tĩnh trong chế độ A Điểm làm việc nằm trên đặc tuyến tải gần khu vực tắt của T

• Chế độ B có θ=90 0 điểm làm việc tại U BE =0

• Chế độ C có góc cắt θ<90 0 có hiệu suất cao (>70%) nhưng méo rất lớn Thường dùng trong bộ KĐ cao tần với tải cộng hưởng để lọc ra các sóng hài mong muốn.

• Điểm làm việc tĩnh xác định trong khu vực giới hạn bởi Hyperbola công suất,đường thẳng ứng với dòng I cMax , dường thẳng ứng với U CEMax , đường cong phân cách với khu vực bão hòa và đường thẳng phân cách với khu vực tắt của T

• Ở chế độ động điểm lv có thể vượt ngoài Hyperbola P (vẫn đảm bảo P th <P th cho phép), nhưng Ko vượt quá các giới hạn khác.

Bô môn Kỹ thuật điện tử

6.2 Những vấn đề chung về mạch điện tầng KĐ

công suất

• Mạch điện tầng

KĐ P được phân

loại theo bảng 6.1.

• Tải của tầng KĐ

P thường mắc

trực tiếp vào C

hoặc E Có thể

ghép qua C hoặc

BA Mạch ghép

BA hiệu suất cao

nhưng dải tần hẹp

và kích thước lớn

Tầng KĐ P

Chế độ

A Đẩy kéo (thường dùng chế độ B hoặc AB)

Đẩy kéo song

T cùng loại T khác loại T cùng loại T khác loại

6.3 Tầng KĐ đơn (chế độ A)

• Điểm làm việc thay đổi

xung quanh điểm tĩnh, so

với tầng KĐ tín hiệu nhỏ,

nó chỉ khác là biên độ tín

hiệu lớn hơn, thường dùng

mạch EC hoặc CC cho

HSKĐ P lớn và ít méo phi

tuyến.

• 3.1 Sơ đồ EC

• Với tín hiệu vào sin:

• Theo đặc tuyến ra xác

định:

• Vậy:

C

CE C

C C

CE r

R

U R

I I

U P

2

ˆ 2

ˆ 2

ˆ

=

=

=

IC

UCC

RB RC

IB

2

) (

ˆ 2

) (

ˆ min CEMax CEmin

CE C

CMax C

U U

U I

I

8

) )(

( CEMax CEmin CMax Cmin

r

I I

U U

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• Công suất ra lớn nhất khi

có điều kiện:

• U CEMax -U CEmin ~U CC tức biên

độ xoay chiều

• I CMax -I Cmin ~2I C0 và

R Copt =U CC /2I C0 vậy

• Chú ý: đường tải càng

nằm gần Hyperbola P thì

P r càng lớn Khi ghép điện

dung với tải cần phân biệt

đường tải tĩnh và động,

điện trở ra tối ưu:

(R C //R t ) opt =U CC /2I C0

• Công suất cung cấp cho

mạch:

• Vậy hiệu suất tối đa:

2

ˆ CC CEMax

U

4 8

0

2

C CC C

CC rMax

I

U R

U

= T U cc I C I C t d t U CC I C T

P

0

0 0

% 25

%

100 0

≈

=

P

P rMax Max

η

C

Iˆ

CE

Uˆ

t

t

iC

iC

U CE

U CC

U CEM

U CEm

U CE

ICM

IC0

ICm

• 3.1 Sơ đồ lặp E (CC)

• Họ đặc tuyến ra và đường tải tương tự mạch EC Vẫn chọn điểm làm

việc tĩnh ở giữa đường tải

• Ta có:

• Biên độ áp ra cực đại:

• Khi trở tải đạt giá trị tối ưu:

• Công suất ra lớn nhất:

• Công suất tiêu thụ: P0= UCCIE0

• Vậy hiệu suất cực đại:

UCC

R1

R2

UCE

Rt=RE

Cp

2 2

CE

U U

U U

U

0

ˆ 2

ˆ

E E

CER

CC

0 2 ˆ

ˆ

E

CER CC

C

C opt

I

U

U I

U

opt

CER CC

opt

E E

E rMax

R

U

U R

U I

U P

8

)

( 2

ˆ 2

ˆ

=

% 25

%

100 4

1

%

100 8

)

(

%

100

0

2 0

≈

−

=

−

=

=

CC

CER CC

E CC opt

CER CC

rMax Max

U

U

U I

U R

U

U P

P

η

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• 6.4 Tầng KĐ đẩy kéo

• (dùng hai phần tử tích

cực mắc chung tải)

• 4.1 Các loại sơ đồ:

PT KĐ

PT KĐ =

PT KĐ

PT KĐ

=

=

=

=

=

=

=

=

• 4.2 Một số đặc điểm cơ bản

• + Điểm đất của mạch // là đầu âm nguồn, điểm đất của nối tiếp là

điểm giữa nguồn.

• + Mạch đẩy kéo của 2 T cùng loại được kích thích bằng tín hiệu

ngược pha Thường dùng tầng đảo pha hoặc biến áp có điểm giữa nối đất về mặt xoay chiều.

• + Các tầng đẩy kéo có thể làm việc

• ở chế độ A, AB hoặc B, nhưng

• phổ biến là chế độ AB và B

• Ở chế độ B, điểm làm việc chọn

• sao cho dòng ra ở chế độ tĩnh I r0 =0,

• áp ra U r0 =U CC

0

Ir

Ir

Ur

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• 4.3 Mạch đẩy kéo //

• Đặc trưng của các mạch đẩy kéo // phải dung BA để ghép 2

nửa điện trở tải Sơ đồ mạch như hình 4.3 minh họa

Uv

BA1

Na Nb

Nb

R1

R2

N1

N1

N2

Ur Rt

IC1

IC2

+

-Ir

• Đặc điểm mạch điện:

• - R 1 ; R 2 chọn sao cho dòng tĩnh qua chúng nhỏ (Chế độ AB) Nếu R 2 =0 thì U B =0 tương ứng với chế độ B Ở chế độ AB I C0

€(10 - 100μA) Do BA 2 phối hợp hai nửa hình sin của áp ra cung cấp cho tải do đó, trở kháng tải cho mỗi T được tính: R’ t =n 2 R t (n là hệ số biến áp BA 2 = N 1 /N 2 ) do đó

• Công suất cung cấp cho tải:

• Biên độ áp cực đại của một T:

• Vậy công suất ra lớn nhất:

• Giả thiết BKĐ làm việc trong

• chế độ B, chúng ta có I C trung bình:

• Vậy công suất một chiều:

r CE

t

CC

R

U

Iˆ = ˆ ' ˆ = ˆ

t

CE t

r r

R n

U R

U

2 2

2

ˆ 2

ˆ

=

=

CER CE

CEMax U U

t

CER CC

rMax

R n

U U

2 2

)

=

=

2 /

0

ˆ )

(

c c

i dt

t

i T

i

π

t

CC

CE CC

c

R n

U U U

I

P0 2 ˆ 2 ˆ 2

π

=

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• Chúng ta thấy công suất tiêu thụ phụ thuộc vào mức

điện áp ra UCE Công suất tiêu hao trên Colector PC là hiệu công suất cung cấp P0 và công suất tới tải Pr

• PC cực đại khi:

• Ở chế độ B công suất tổn hao lớn nhất là:

• Vậy hiệu suất cực đại:

t

CE

t

CC

CE r

C

R n

U R

n

U

U P

P

2 2

0

2

ˆ ˆ

2

−

=

−

=

π

CC

CE U

U

π

2

rMax

π

=

% 5 78

%

100 4

%

100

0

=

=

η

Max

rMax Max

P P

4.4 Mạch đẩy kéo dùng T khác loại

Biên độ tín hiệu ra:

m là hệ số tỷ lệ đặc trưng cân bằng giữa hai T, trong khoảng

(0,1)

Công suất ra:

R

Iˆ

Uv

Ur +Ucc

-Ucc

Rt

R

Uˆ

IE

UCE

UCEM=UCC

EM r

CER CC

EM CER

CC

r

r

4

1 2

ˆ

ˆ 2

−

=

=

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• Công suất một chiều cung cấp cho mỗi T:

• Công suất tổn hao trên mỗi T:

• Cho đạo hàm dPc/dm=0 xác định giá trị m có công suất tổn hao lớn nhất:

• Công suất tổn hao cực đại:

T

U

P

0 0

2 sin

ˆ

1

π ω

EM CER

CC EM

CC r

4

2

=

π

π π

2 )

(

2

≈

−

=

CER CC

CC P

U U

U m

cMax

2 2

2

)

π CC CC EM CER CC EM

cMax

I

U U

U

I

U

−

=

• Dòng emitter Max:

• Trở tải tối ưu:

• Tổng công suất ra:

• Tổng công suất tiêu

thụ:

• Hiệu suất:

• Với mạch cân bằng

m=1:

CC

cMax CC

CER CC

cMax EM

U

P U

U U

P I

2 2

=

cMax

CC EM

CER CC

r

r t

P

U I

U

U I

U

2

ˆ

ˆ

π

≈

−

=

=

cMax CC

CER

CC cMax

EM CER

CC

U

U

U P

m I

U U

m P

2

)

( 2

)

( 2

2 2 2

2

2 2

=

cMax EM

CC

2

4

0

π

P

P tong

rtong ≈

=

% 5

78

4 =

η

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• 4.5 Mạch đẩy kéo nối tiếp cùng loại

• Mạch đẩy kéo cùng loại tự đảo pha

Bô môn Kỹ thuật điện tử

• 4.6 Một số mạch mở

rộng và cải thiện đặc

tính

• 1 Mạch bù trôi

• 2 Nguồn đơn cực

• 3 Mạch bù Boostrap

• 4 Bổ xung mạch hạn

dòng

• 5 Mắc nối tiếp nhiều

T để nâng áp ra

• 4.6 Bài tập chương 4: Cho mạch như

• 1 Nhận xét thuộc tính mạch điện

và dùng đường tải tĩnh biểu diễn trên

họ đặc tuyến ra.

• 4 Tính toán và so sánh tham số động

+Vcc (16V)

Rb1

Rb2

Rc

Re

C2

Ce

Rt