Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 1: Phần 2- Trần Văn Dũng (Chủ biên)

(NB) Nối tiếp phần 1, phần 2 cuốn giáo trinh tiếp tục giới thiệu tới bạn nhưng thông tin cụ thể về các bài học sau: Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A, mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B và AB, mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động chế độ AB, mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OCL hoạt động chế độ AB, mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm ghép trực tiếp, khuếch đại một chiều có biến đổi trung gian, mạch khuếch đại vi sai.

Bài 9: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐƠN HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ A

Mã môn học: MĐ13 09 GIỚI THIỆU

Như đã giới thiệu các bài trước các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, tín hiệu ngõ

ra có biên độ nhỏ không đủ để đáp ứng yêu cầu cung cấp cho tải (loa, các cuộn lái của tivi, tín hiệu điều khiển cho các mạch điều khiển tự động đóng mở điện, …)

Để đáp ứng yêu cầu tín hiệu ngõ ra có công suất lớn và đảm bảo không méo phi tuyến, chúng ta cần dùng đến mạch khuếch đại công suất cung cấp cho tải

MỤC TIÊU

 Kiến thức

 Biết được định nghĩa và các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công

suất

 Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng của các linh kiện, các ứng dụng của

các kiểu mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A

 Biết được nguyên lý hoạt động của các mạch khuếch đại công suất đơn ở chế

9.1 Định nghĩa và phân loại mạch khuếch đại công suất

Mục tiêu: Biết được định nghĩa và phân loại chế độ của mạch khuếch đại công

suất

9.1.1 Định nghĩa

Mạch khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng, nhiệm vụ tạo ra công suất đủ lớn, có độ méo cho phép và đảm bảo hiệu suất cao để cung cấp đến tải Công suất ra có thể từ vài W đến vài trăm Watt, làm việc với biên độ tín hiệu ở ngõ vào lớn

Do khuếch đại tín hiệu lớn,transistor làm việc trong miền không tuyến tính nên không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để nghiêm cứu mà phải dùng đồ thị

9.1.2 Phân loại

Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau:

 Khuếch đại công suất chế độ A: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm

gần trung điểm của đường tải Mạch khuếch đại cả hai bán kỳ của tín hiệu ngõ vào,

ở chế độ này hiệu suất thấp nhất dưới 20%, nhưng bị méo phi tuyến nhỏ nhất

 Khuếch đại công suất chế độ B: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm

vùng ngưng dẫn của đường tải, có điện áp tại cực B (VB ≈0) Mạch khuếch đại một bán kỳ của tín hiệu ngõ vào, ở chế độ này hiệu suất lớn nhất dưới 78%, tín hiệu bị méo xuyên tâm

 Khuếch đại công suất chế AB: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm trung gian giữu chế độ A và B có dòng điện tĩnh nhỏ, khắc phục được méo xuyên tâm (làm giảm méo lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ) Mạch khuếch đại một bán kỳ của tín hiệu ngõ vào, hiệu suất đạt tương cao khoảng (60÷70)%

 Khuếch đại công suất chế C: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm vùng ngưng dẫn của đường tải, có điện áp tại cực B âm(VB<0) Mạch khuếch đại tín hiệu

ra bé hơn nữa sóng sin, có hiệu suất rất cao lớn hơn 78% tạo méo xuyên tâm rất lớn Thường sử dụng trong các mạch khuếch đại cao tần (tần số radio )có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng dài mong muốn và có hiệu suất cao

Hình 9.1 Mô tả việc các chế độ hoạt động mạch khuếch đại công suất

9.2 Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở

Mục tiêu: Giúp cho chúng ta biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, Nguyên lý hoạt động, xác định được đường tải tĩnh và xoay chiều,tính toán công công suất và hiệu suất, ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động

9.2.1.2 Tác dụng của linh kiện

 Tụ Ci , Co ngăn thành phần một chiều ngõ vào và ra

 Điện trở Rb tạo điện áp phân cực cho cực B của transistor

 Điện trở RC tạo điện áp phân cực cho cực C và là tải xoay chiều của transistor

Hình 9.3 Mô phỏng mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A có tải là điện trở

9.2.2 Nguyên lý hoạt động

Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở, điểm làm việc tĩnh nằm gần trung điểm đường tải, tín hiệu ngõ vào Vin(t) luôn thay đổi đối xứng xung quanh điểm làm việc tĩnh, có hệ số khuếch đại lớn và tín hiệu ngõ ra

bị méo dạng nhỏ Điểm khác nhau mạch khuếch đại chế độ A với mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ là ngõ vào Vin(t) có biên độ lớn (hàng trăm mV)

Phương trình đường tải tĩnh:

Dòng IC giới hạn tối đa là: ICmax CC

C

V R

 khi VCE = 0

Khi có tín hiệu vào Vin(t), để dòng ic(t) có thể biến đổi lớn và ít méo dạng nên chọn điểm làm việc Q phải được phân cực sao cho: 1 ax

 Với tín hiệu ngõ vào nhỏ thì dòng điện cực B thay đổi rất ít nên dòng điện iC(t)

và điện thế Vce(t) ở ngõ ra cũng thay đổi ít quanh điểm làm việc tĩnh

Hình 9.5 Quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và ra có biên độ nhỏ

 Khi tín hiệu ngõ vào lớn thì dòng điện cực B thay đổi rất lớn nên dòng điện iC(t)

và điện thế Vce(t) ở ngõ ra cũng thay đổi lớn quanh điểm làm việc tĩnh, cho đến khi cả điện áp và dòng điện đạt đến một giá trị giới hạn ( iCmax, Vcc)

Hình 9.6 Quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và ra có biên độ lớn

9.2.5 Tính toán các thông số của mạch điện

 Công suất nguồn cung cấp một chiều: PV(dc) = VCC.ICQ

 Công suất ngõ ra trên tải tính theo trị hiệu dụng:

2 2

 Hiệu suất: % ( )

.100%

( )

r V

P P

ac dc

 Hiệu suất cực đại mạch khuếch đại công suất chế độ A:

Điện áp Vce có thể thay đổi tối đa: Uce (P-P)max = VCC, dòng điện iC(P-P)max =

Công suất ra tối đa:

2 ax

Mục tiêu: Giúp cho chúng ta biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện,

Nguyên lý hoạt động, xác định được đường tải tĩnh và xoay chiều,tính toán công công suất và hiệu suất, ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A có

tải ghép biến áp

9.3.1 S ơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện.

9.3.1.1 Sơ đồ mạch điện

Hình 9.7 Mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A ghép biến áp

9.3.1.2 Tác dụng của linh kiện

Máy biến áp có thể tăng hay giảm giá trị điện áp và dòng điện theo tỉ lệ đã được định trước tương ứng với tỉ số vòng dây quấn sơ hai cuôn sơ cấp và thứ cấp giả thiết máy là sử dụng là loại tăng áp và bỏ qua sự tổn hao công suất

Hình 9.8 Trình bày máy biến áp Biến đổi điện áp:

Biến đổi dòng điện:

Biến đổi điện trở:

Cuộn dây sơ cấp N1 đóng vai trò RC khi xét chế độ một chiều, còn đối với chế độ xoay chiều cuộn dây N1 nhận năng lượng chuyển tải sang cuộn chuyển sang cuộn thứ cấp N2

Mạch khuếch đại có điện ra khá lớn nên chọn giá trị RE không quá vài chục

Ω, trong trường hợp này để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều chọn RE =0

Tụ Ci ngăn dòng một chiều ở ngõ vào

Rb tạo điện áp phân cực từ nguồn VCC cung cấp cho cực B( VB)

Hình 9.9 Mô phỏng mạch khuếch đại chế độ A có tải ghép biến áp

9.3.2 Nguyên lý hoạt động

Khi có tín hiệu xoay chiều đi vào cực B transistor thực hiện khuếch đại, tín hiệu ngõ ca tại cực C đưa vào cuộn sơ cấp biến áp, biến áp biền đổi năng lượng truyền qua cuộn thứ cấp cung cấp cho tải RL

9.3.3 Xác định đường tải tĩnh

Nếu chúng ta xem biến thế lý tưởng nội trở bằng 0 nên điện trở một chiều

RDC = RC = 0, như vậy sẽ không có điện thế một chiều giảm qua cuộn sơ cấp N1nên VCEQ = VCC Do đó đặc tuyến đường tải tĩnh là một đường thẳng song song với trục tung (IC) và cắt trục hoành VCE tại điểm có trị số bằng VCC Giao điểm của đường tải tĩnh với đặc tuyến ra ở IB tương ứng là điểm điều hành Q

Khi chọn dòng điện IB chúng ta phải căn cứ vào đặc tuyến để xác định sao cho có độ méo thấp nhất, nghĩa là biên độ của tín hiệu ngõ ra không được vượt quá đoạn cong đặc tuyến và đường cong giới hạn tổn hao cho phép của transistor(xem hình 9.1)

9.3.4 Xác định đường tải động

Ở chế độ xoay chiều, điện trở tải nhìn từ cuộn sơ cấp là R'L = n.RL nên đường thẳng lấy điện động bây giờ có độ dốc là 1

'L

R và qua điểm làm việc Q

Hình 9.10 Đường tải của mạch khuếch đại chế độ A ghép biến áp

9.3.5 Tính toán các thông số của mạch điện

Điện áp và dòng điện :V CE p p(  ) V CEmax V CEmin, I C p p(  ) I CmaxI Cmin

Hình 9.11 Dạng điện áp và dòng điện ra của tầng khuếch đại công suất chế độ

A Công suất ở cuộn sơ cấp: ( ) ( )  ax min  max min

Đây là công suất xoay chiều gởi tới biến áp, nếu biến áp lý tưởng thì đây cũng là công suất trên tải

Công suất nguồn cung cấp: PV(dc) = VCC.ICQ

Công suất tiêu tán transistor công suất: PQ = PV(dc) - PL(ac)

Hiệu suất của mạch: % ( )

.100%

( )

L V

P P

ac dc

Mạch khuếch đại ngõ ra đạt cực đại và không méo dạng thì:

Điện áp: V CEmax  2V CC, và V CEmin  0

Dòng điện I Cmax  2I CQ, và I Cmin  0

Công suất ngõ ra:    

( ax)

1 2

2 2

8

P P

ac dc

Vậy mạch khuếch đại chế độ A ghép biến áp đạt trên 25%, hiệu suất đạt cực đại có thể đạt tới 50%

Trường hợp biến áp lý tưởng N1 ≠ N2 và tỉ số thì:

Điện áp trên tải: 2 1 1

2 1

Trường hợp biến áp không lý tưởng hiệu suất biến áp ηb-a = 0.8÷0,9

Công suất trên tải tính theo hiệu suất biến áp ηb-a :

9.3.6 Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghép biến áp

Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải ghép biến áp,

9.3.7 Lắp ráp và cân chỉnh mạch

Bước 1 Lắp mạch như hình 9.10

Hình 9.12 Mạch thực hành khuếch đại chế độ A tải ghép biến áp

Bước 2 Cấp nguồn Vi tín hiệu sin có biên độ Vm= 1V, tần số f =1kHz tại A

Bước 3 Tính hệ số khuếch đại áp (sử dụng dao động ký Osillocope)

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp Vi, CH2 (CHB) đo điện áp Vo1

- Vẽ dạng sóng điện áp Vi(V), điện áp Vo1(V) vào hình

Hình 9.13

- Đo biên độ đỉnh Vi = , biên độ đỉnh Vo =

- Tí

nh hệ số khuếch đại áp = Bước 4 Tính hiệu suất của biến áp ηb-a

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp V01, CH2 (CHB) đo điện áp Vo

- Vẽ dạng sóng điện áp Vo1, điện áp Vo (V) vào hình

Bước 6 Tính hệ số khuếch đại áp (sử dụng dao động ký Osillocope)

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp Vi, CH2 (CHB) đo điện áp Vo1

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp V01, CH2 (CHB) đo điện áp Vo

- Vẽ dạng sóng điện áp Vo1, điện áp Vo (V) vào hình

9.3.8 Chẩn đoán, sửa chữa các hỏng hóc của mạch

Khi đo V01 không có tín hiệu ta kiểm tra transistor và hai đầu cuộn sơ cấp của biến thế

Khi đo Vo1 có tín hiệu,Vo không có tín hiệu ta kiểm tra hai đầu cuộn thứ cấp của biến thế

Bài tập:

Bài 1: Cho mạch khuếch đại chế độ A như hình 9.6 Nguồn cung cấp VCC=10V, biết tỉ số biến áp N1 : N2 = 1:3, và dòng điện tĩnh (DC) IB=6mA, transistor có hệ số khuếch đại β=24, tín hiệu ngõ vào biên độ đỉnh ib (t)= 4mA, điện trở tải RL = 8Ω Câu 1 : Hãy xác định đường tải tĩnh (DC) và đường tải động( xoay chiều)

Câu2 : Hãy tính các giá trị hiệu dụng dòng điện, điện áp và công suất trên, đạt giá trị cực đại

Hướng dẫn :

 Xác định đường tải tĩnh :

Điện áp: UCEQ = VCC =

Dòng điện ICQ = βIB =

 Xác định đường tải xoay chiều :

Điện trở trên cuộn sơ cấp : RL’ = a2 RL=

Điện áp Vce biến thiên : ∆Vce = VCC =

Dòng điện IC biến thiên : ∆IC =

Dòng điện ICmax = ICQ + ∆IC =

Nối điểm ICmax với điểm Q ta được đường tải xoay chiều

Câu 2:

Dòng điện ICmin = ICQ –βi(t) =

Dòng điện ICmax = ICQ + βi(t)=

Điện áp Vcemin = VCEQ - ICQ RL

’ = 0 (Chú ý: Điện áp Vce không có giá trị âm, nhỏ nhất là 0)

Điện áp Vcemax = VCEQ + ICQ RL’=

Điện áp ra hiệu dụng trên cuộn sơ cấp:

Điện áp ra hiệu dụng trên tải RL:

Dòng điện ra hiệu dụng trên cuộn sơ cấp:

Dòng điện ra hiệu dụng trên tải RL:

Công suất ở cuộn sơ cấp:  ax min  max min

Công suất ra tính theo dòng điện IL: Pr(ac) = iL(rms) RL=

Công suất nguồn cung cấp: PV(dc) = VCC ICQ

Công suất tiêu tán transistor công suất: PQ = PV(dc) - PL(ac)

Hiệu suất của mạch: % ( )

ac dc

 

BÀI 10: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO SONG SONG

GHÉP BIẾN ÁP HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ B VÀ AB

Mã môn học: MĐ13 10 GIỚI THIỆU

- Mạch khuếch đại chế độ A tín hiệu không bị méo dạng nhưng hiệu suất thấp dưới 25 , chế độ B và AB chỉ khuếch đại nữa chu kỳ sin ngõ vào và hiệu suất cao khoảng 78 , nên dùng hai transistor ghép nhau khuếch đại chế độ B và AB, hoạt động theo nguyên lý một con dẫn và một con ngưng gọi là mạch khuếch đại đẩy kéo, để ngõ ra có cả hai nữa chu kỳ sin và biên độ lớn

MỤC TIÊU

 Kiến thức

- Biết được các loại sơ đồ mạch khuếch đại đẩy kéo

- Biết được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B và AB

- Biết được ưu nhược điểm, và ứng dụng của mạch khuếch đại đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B và AB

 Kỹ năng

- Tính toán công suất và hiệu suất ngõ ra của mạch khuếch đại

10.1 Những vấn đề chung về tầng khuếch đại công suất đẩy kéo

Mục tiêu : Biết được một số mạch điện, và đặc điểm mạch khuếch đại đẩy kéo

dùng transistor

10.1.1 Các loại sơ đồ mạch điện

- Mạch khuếch đại công suất đẩy –kéo hoạt động theo sơ đồ khối sau :

Hình 10.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất đẩy – kéo

- Mạch khuếch đại dùng hai transistor cùng loại ( NPN hay PNP) phải sử dụng đến biến áp đảo pha (BA1)

Hình 10.2 Mạch khuếch đại đẩy kéo ghép biến áp đảo pha (BA1) chế độ B

Hình 10.3 Mạch khuếch đại đẩy kéo không dùng biến áp đảo pha chế độ B

- Mạch khuếch đại đẩy kéo hoạt động kết hợp hai transistor, mỗi transistor chỉ

điều khiển dòng điện ở nữa chu kỳ khác nhau của tín hiệu để thu được cả chu kỳ của tín hiệu theo nguyên lý một con dẫn và một con ngưng, nên dùng ít nhất là hai

transistor

- Mạch khuếch đại hoạt động ở chế độ B phân cực điểm làm việc Q nằm ở vùng

ngưng dẫn nên tín hiệu ngõ ra bị méo xuyên tâm, hay ở chế độ AB phân cực điểm làm việc Q nằm ở giữa chế độ Avà B nên tín hiệu ngõ ra không bị méo dạng, hiệu suất cao khoảng (60 78

- Tầng khuếch đại dùng hai transistor cùng loại( NPN hay PNP) thì phải dùng

biến thế đảo pha

- Tầng khuếch đại mỗi transistor theo kiểu E chung nên dòng ra không lớn lắm,

khi cần công suất ngõ ra lớn ở mỗi tầng khuếch đại thường dùng cặp transistor

ghép theo kiểu darlington để tăng dòng điện ngõ ra

10.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B

Mục tiêu : Biết được một số mạch điện và tác dụng linh, đặc điểm và ưu nhược

điểm, ứng dụng của mạch khuếch đại đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở

10.2.1.2 Tác dụng của linh kiện

- T1 ,T2: Hai transistor khuếch đại công suất có cùng mã số

- Biến áp đảo pha BA1: Chân số 1và 2 cuộn sơ cấp W1 lấy điện áp ngõ vào, chân 3-4 và 5-4 cuộn thứ cấp W11 = W12, lấy ra hai điện áp đối xứng nhau ở chân 3

và 5 (U12=- U11) để kích thích cho transistor T1, T2 hoạt động

- Biến áp tải BA2: Là loại biến áp để truyền tín hiệu từ tầng khuếch đại công suất

ra loa (tải ), ngăn điện áp một chiều và phối hợp được trở kháng giữa tầng khuếch đại công suất và tải Số vòng dây sơ cấp W21 = W22 (quấn ngược chiều nhau) để tạo

ra điện áp trên W2 có hai nửa chu kỳ đối xứng truyền qua tải

- Loa đóng vai trò một tải (điện trở R ) tiêu thụ điện

10.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

- Mạch khuếch đại chế độ B nên phân cực để mỗi transistor chỉ khuếch đại một

bán kỳ của tín hiệu

- Điện áp phân cực (DC) cấp cho cực B của hai transistor T1, T2 bằng không, nên transistor T1 và T2 đều ở trạng thái ngưng dẫn khi chưa có tín hiệu ngõ vào Khi có tín hiệu ngõ vào ở cuộn sơ cấp biến áp BA1, điện áp ngõ ra cuộn thứ cấp chân số 3 và số 5 ngược pha nhau cấp vào cực B của hai transistor T1 và T2, làm cho T1 và T2 luân phiên nhau dẫn theo nguyên lý sau:

- Ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu đưa vào hai đầu cuộn sơ cấp chân1-2 của

BA1, làm tín hiệu ra ở đầu cuộn thứ cấp chân 5 nhận pha âm đưa đến cực B transistor T2 nên T2 tắt, và chân 3 nhận pha dương đưa vào cực B transistor T1 làm

T1 dẫn, dòng điện xoay chiều đi từ UCC qua W21 đến T1 rồi xuống mass Lúc này biến áp BA2 tại chân 1 nhận được tín hiệu bán kỳ âm, do T1 khuếch đại theo kiểu E chung, biến áp BA2 cảm ứng tạo ra một suất điện động cảm ứng truyền sang cuộn dây W2 nên có dòng điện chạy qua loa (tải RL) Vậy trên tải có nửa sóng điện áp

âm

- Ở nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào hai đầu cuộn sơ cấp chân1-2 của BA1, tín hiệu ra ở hai đầu thứ cấp chân 3 nhận pha âm đưa vào cực B transistor T1 nên T1tắt, và chân 5 nhận pha dương đưa vào cực B transistor T2 làm T2 dẫn, dòng điện xoay chiều đi từ UCC qua W22 đến T2 rồi xuống mass Lúc này biến áp BA2 tại chân

3 nhận được tín hiệu bán kỳ dương do T2 khuếch đại theo kiểu E chung, biến áp

BA2 cảm ứng tạo ra một suất điện động cảm ứng sang cuộn dây W2 nên có dòng điện chạy qua loa (tải RL) Vậy trên tải ta có nửa sóng điện áp dương

- Như vậy quá trình khuếch đại hai nửa chu kỳ của tín hiệu vào, được thực hiện như sau nửa chu kỳ đầu T1 làm việc, nửa chu kỳ sau T2 làm việc, cứ như vậy hai transistor thay nhau làm việc, trên tải ta nhận được tín hiệu có đủ chu kỳ và được khuếch đại lên K lần và đảo pha nhau và bị méo xuyên tâm

- Phương trình đường tải tĩnh

Hình 10.6 Đường tải tĩnh của mạch khuếch đại đẩy- kéo hạng B

10.2.4 Xác định đường tải động

- Xét trong trường hợp lý tưởng bỏ qua nội trở của cuộn dâykhi có tín hiệu ngõ

vào biến thế BA2, nên điện trở tải trên cực C transistor được lấy từ tải RL truyền qua biến áp BA2 có giá trị RL’= n22 RL

- Phương trình đường tải động

10.2.5 Tính toán các thông số của mạch điện

- Đối với biến thế BA1:

- Đối với biến thế BA2:

Khi mạch hoạt động chế độ B thì biên độ đỉnh Urm = VCC , irm = iCm

- Công suất ngõ ra ở cuộn sơ cấp biến áp BA2 (cực C của transistor)

- Công suất tải:

Dòng trung bình IC chạy đi qua nguồn cung cấp

Ic

- Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp

- Hiệu suất ngõ ở cuộn sơ cấp biến áp BA2 :

- Hiệu suất ngõ ra trên tải:

Hiệu suất ngõ ra ở cực C chỉ đạt được 78,53 % do tổn hao trên transistor

- Công suất tổn hao trên transistor:

10.2.6 Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song chế độ B

- Mạch khuếch đại công suất ngõ ra lớn nhưng bị méo xuyên tâm, và dãy tần

hoạt động hẹp do ở tần số cao hiệu suất bị giảm, nên mạch thường sử dụng như công tắt điểu khiển đóng mở Để khuếch đại công suất lớn của các nguồn tín hiệu

thông thường sử dụng mạch khuếch đại chế độ AB để khắc phục méo xuyên tâm

10.3 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song hoạt động ở chế độ AB

Mục tiêu : Biết được một số mạch điện và tác dụng linh, đặc điểm và ưu nhược

điểm, ứng dụng của mạch khuếch đại đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở

10.3.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Mạch có cấu trúc giống như khuếch đại đẩy kéo song song ghép biến thếchế độ

B, nhưng mắc thêm hai điện trở R1,R2 kết hợp nguồn VCC tạo phân áp cấp cho cực

B của hai transistor T1,T2, làm điểm việc Q nằm ngoài vùng ngưng dẫn trách bị

10.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

- Khi chưa có tín hiệu ngõ vào transistor T1, T2 ở trạng thái dẫn, khi có tín hiệu ngõ vào thì hoạt động khuếch đại như sau:

- Ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu T1 dẫn, T2 tắt.Khi T1 dẫn dòng điện xoaytrên tải ta có nửa sóng điện áp dương

- Ở nửa chu kỳ âm của tín hiệu T1 tắt, T2 dẫn Khi T2 dẫn dòng điện xoay chiều trên tải ta có nửa sóng điện áp âm

- Như vậy quá trình khuếch đại được thực hiện theo hai nửa chu kỳ của tín hiệu vào, nửa chu kỳ dương T1 làm việc, nửa chu kỳ âm T2 làm việc, cứ như vậy hai transistor thay nhau làm việc, trên tải ta nhận được tín hiệu có đủ chu kỳ và được khuếch đại lên K lần

10.3.3 Xác định đường tải tĩnh

- Điện áp tại chân 4 của biến áp BA1 nhận điện áp

- Biến áp BA1, BA2 xem như lý tưởng có nội trở cuộn dây bằng 0, nên transisror

T1, T2 tại cực B có mức điện áp VB = VBB, tạo điểm làm việc Q nằm giữa điểm Avà

CC

R n

V

2 2

CC V CEQ U CQ

I

Hình 10.10 Trình bày đường tải động ở chế độ AB

10.3.5 Tính toán các thông số của mạch điện

- Công suất ngõ ra ở cuộn sơ cấp biến áp BA2 :

- Công suất tải :

Dòng trung bình IC chạy đi qua nguồn cung cấp:

Ic

- Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp :

- Hiệu suất của mạch ở cực C( ở cuộn sơ cấp biến áp)

- Hiệu suất của mạch ở tải :

- Mạch hoạt động chế độ AB thì Ucm = UCEQ nên hiệu suất nhỏ hơn chế độ

B, do tổn hao trên transistor gồm hai thành phần AC (dòng trung bình) và thành phần DC

- Công suất tổn hao trên transistor:

10.3.6 Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song chế độ AB

- Hiệu suất ngõ ra lớn và không bị méo dạng nên thường dùng trong khuếch đại công suất lớn của tín hiệu âm thanh, các mạch khuếch đại công suất điều khiển

10.3.7 Ráp Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song hoạt động ở chế độ

1k

T 2 2N2222

100Ω 25µF

0.047µF

Hình 10.11 Mạch thực hành Các bước tiến hành :

Bước 1 Ráp mạch như hình vẽ

Bước 2 Đưa tín hiệu ngõ vào Vi(t) tần số 1khz và chỉnh biên độ Vi(t) Dùng máy hiện sóng đo đầu ra cực C (chân số1BA2) đến khi có giá trị lớn nhất và không bị méo dạng

Bước 3 Vẽ và dạng sóng ngõ vào Vi (t), chân số1của biến áp BA1(U11), ghi rõ giá trị biên độ đỉnhVim, Um11 và pha (máy hiện sóng hoạt động hai tia)

Hình 10.12 Vẽ dạng sóng ngõ vào Vi(t) và ngõ ra biến áp BA1

Bước 5 Vẽ hai dạng sóng ngõ vào cực B (U11), và ngõ ra cực C của transistor(

U21), ghi rõ giá trị biên độ đỉnhUm21, Um11 và pha

Hình 10.13 vẽ dạng sóng ngõ ra cực C, ngõ vào cực B của transistor

Bước 7 Vẽ hai dạng sóng ngõ vào (U21) tại cực C của transistor, và ngõ ra U2tại chân số 4 của biến thế BA2, ghi rõ giá trị biên độ đỉnh Um2, Um11 và pha

Hình 10.14 vẽ dạng sóng ngõ ra trên tải (chân 4 BA2), ngõ vào Vi

10.3.8 Kiểm tra chẩn đoán, sửa chữa các hỏng hóc của mạch

Khi đưa tín hiệu âm thanh ngõ vào Vi(t) loa không phát ra âm thanh Việc đầu tiên đo tín hiệu ngõ vào và ra BA1 có hay không ? nếu ngõ vào có tín hiệu, ngõ ra bị mất tín hiệu thì kiểm tra biến áp BA1 và transistor có bị hư không

Trường hợp cực B của transistor có tín hiệu nhưng cực C lại bị mất tín hiệu, thì kiểm transistor hay biến áp BA2 còn tốt không

Tóm lại nguyên tắt kiểm tra từng bước bắt đầu từ ngõ vào cho đến ngõ ra, tín hiệu mất tại đâu thì kiểm tra linh kiện liên quang để xác định hư hỏng và thay thế

10.4 Ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B và AB

10.4.1 Ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B

10.4.1.1 Ưu điểm

- Ưu điểm của mạch không cần gắn tản nhiệt (nhôm) trên transistor công suất,

do hai transistor ở chế độ phân cực tĩnh đều ngưng dẫn nên không tiêu thụ công suất nguồn cung cấp

- Không có dòng một chiều chạy qua biến áp nên không gây méo dạng do lão hóa từ

- Hiệu suất lớn khoảng 78 khai thác công suất của mỗi transistor

- Mỗi transistor chỉ làm việc nữa chu kỳ nên có thời gian tỏa nhiệt, nên tầng công suất không bị ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ

- Mạch dùng biến áp nên dễ phối hợp trở kháng để đạt công suất lớn

10.4.1.2 Nhược điểm

- Tín hiệu bị méo xuyên tâm lớn tại thời điểm quá trình chuyển tiếp khuếch đại giữa T1 và T2 và ngược lại

- Hiệu suất bị giảm đi khi đáp ứng ở tần số cao do ảnh hưởng cảm kháng của

cuộn dây biến thế ngõ ra nên dãy tần làm việc bị hạn chế

- Về cấu tạo mạch dùng biến áp nên cồng kềnh

10.4.2 Ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ AB

10.4.2.1 Ưu điểm

- Mạch khuếch đại chế độ AB cũng giống như chế độ B, nhưng khắc phục

được méo xuyên tâm

10.4.2.2 Nhược điểm

- Hiệu suất bị giảm đi khi đáp ứng ở tần số cao do ảnh hưởng cảm kháng của

cuộn dây biến thế ngõ ra nên dãy tần làm việc bị hạn chế

- Về cấu tạo mạch dùng biến áp nên cồng kềnh

BÀI 11 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO NỐI TIẾP OTL

HOẠT ĐỘNG CHẾ ĐỘ AB

Mã môn học: MĐ13 11 GIỚI THIỆU

Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp có nhược điểm là kích thước lớn và trọng lượng nặng đồng thời giá thành cũng cao, để khắc phục nhược điểm trên nhưng không làm giảm chất lượng mạch khuếch đại chúng ta không sử dụng biến áp mà dùng tụ điện lọc ở ngõ ra gọi là mạch khuếch đại

11.1 Định nghĩa mạch khuếch đại công suất nối tiếp OTL

Mục tiêu: Biết dược định nghĩamạch khuếch đại công suất nối tiếp OTL

- Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL là loại mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không dùng biến áp ngõ ra (OTL - Output Transforless)

- Mạch sử dụng biến áp đảo pha 6 đầu ra: Trong đó 2 đầu dây vào cuộn sơ cấp, và ra cuộn thứ cấp của biến áp có 4 đầu dây ratạo thành hai cuộn dây cung cấp điện áp đảo pha cho cực B hai transistor khuếch đại công suất đẩy kéo Do sử dụng ghép biến nên đặc tuyến tần số không bằng phẳng trong dãy tần số làm việc

11.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB

Mục tiêu: Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, nguyên lý hoạt động,

phương pháp tính toán,ưu nhược điểm, ứng dụng của các kiểu mạch khuếch đại

công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB

11.2.1 Mạch điện và tác dụng linh kiện

Hình 11.1 Mạch công suất có biến áp đảo pha không biến áp ra

 Tác dụng linh kiện

UCC là nguồn cung cấp điện áp một chiều

R1, R2: Là các điện trở phân cực cho T2

R3, R4: Là các điện trở phân cực cho T1

Các linh kiện phải chọn sao cho thỏa mãn các điều kiện sau:

Transistor T1,T2 có cùng mã số (tương đương nhau)

Điện trở R1 = R3, điện trở R2=R4 có trị số nhỏ để làm việc ở chế độ B

Tụ C có tác dụng ngăn điện áp một chiều và truyền đạt tín hiệu xoay chiều ra loa Tụ phải chọn có điện dung lớn khoảng hàng trăm đến hàng nghìn

11.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch điện

Khi chưa cấp nguồn tín hiệu thì tụ C thực hiện quá trình nạp điện tạo điện

Hình 11.2 Mạch đo điện áp của UC = -UCC/2 = -12V khi chưa cấp tín hiệu Khi có tín hiệu đưa vào cuộn sơ cấp của biến áp đảo pha Biến áp sẽ tạo ra điện áp có biên độ bằng nhau và ngược pha nhau đưa tới cực B của T1 và T2

Nữa chu kỳ đầu dương ngõ vào thì điện áp ngõ ra biến áp tại cực B transistor T2 dương và tại cực B transistor T1 âm Khi điện áp tại cực B transistor

T2 dương làm tiếp giáp B-E của T2 phân cực ngược nên T2 tắt Khi điện áp tại cực

B transistor T1 âm làm tiếp giáp B-E của T1 phân cực thuận, lúc này điện áp của tụ

UC = -UCC đóng vai trò nguồn cung cấp cho T1, làm T1 khuếch đại, xuất hiện dòng điện chạy trong theo chiều: từ mass T1 C loa

Nữa chu kỳ sau âm ngõ vào thì điện áp ngõ ra biến áp tại cực B transistor

T2 âm và tại cực B transistor T1 dương Khi điện áp tại cực B transistor T1 dương làm tiếp giáp B-E của T1 phân cực ngược nên T1 tắt Khi điện áp tại cực B transistor T2 âm làm tiếp giáp B-E của T2 phân cực thuận làm T2 khuếch đại, xuất hiện dòng điện chạy trong theo chiều: Loa C T2

Như vậy có 2 dòng điện chạy ngược chiều nhau trong hai nữa chu kỳ khác nhau qua loa, nên tín hiệu ra loa đã lặp lại dạng tín hiệu vào với biên độ lớn hơn

Hình 11.3 Mô phỏng khuếch đại công suất OTL hoạt động ở chế độ AB

11.2.3 Tính toán các thông số của mạch điện

Dòng điện và điện áp: với RL là điện trở của loa Công suất ngõ ra:

Ở trạng thái tĩnh, transistor không dẫn nên không tiêu hao công suất Khi có tín hiệu vào transistor khuếch đại tín hiệu nên có tiêu hao năng lượng do đốt nóng, dòng điện lúc này được tính là dòng điện trung bình:

Dòng trung bình qua nguồn cung cấp :

Công suất nguồn cung cấp:

Hiệu suất cực đại:

11.2.4 Ưu, nhược điểm của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo OTL hoạt

động chế độ AB

 Ưu điểm

Mạch không sử dụng biến áp ngõ ra (biến áp xuất) nên mạch khuếch đại công suất gọn nhẹ hơn, ít tốn kém linh kiện nên giá thành thấp hơn so với mạch khuếch đại công suất sử dụng biến áp xuất

Đáp tuyến tần số bằng phẳng trong dãi tần làm việc, khắc phục được nhược điểm của mạch sử dụng biến áp xuất

Hiệu suất tương đối cao khoảng 78%

 Nhược điểm

Tín hiệu ra Loa mắc thông qua tụ điện nên mạch khó phối hợp trở kháng, nên

ta phải dùng loa có điện trở lớn, tụ nối ra loa phải chọn có điện dung lớn

Do vẫn còn dùng biến áp đảo pha ngõ vào nên mạch vẫn còn phức tạp

Công suất ra vẫn còn hạn chế nên hiện nay loại mạch này ít được sử dụng so với các loại mạch khuếch đại công suất khác

11.2.5 Các ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL

Bước 3: Chỉnh biến trở VR= 50K sao cho tín hiệu âm thanh nghe lớn nhất

11.2.7 Kiểm tra chẩn đoán, sửa chữa các hỏng hóc của các mạch khuếch đại

công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB

Trong trường hợp mạch không có tín hiệu ra, chúng ta kiểm tra R1 và R2, nếu dòng chảy qua R2 mất thì toàn phần mạch điện sẽ bị mất dòng phân cực

Trong trường hợp tín hiệu nghe bị ngắt quảng chúng ta kiểm tra đo điện áp tại tụ C6 có bằng ½ VCC không? Nếu không bằng kiểm tra cặp Q5, Q6, sau đó Q3 và

Câu 2: Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch điện

Hướng dẫn:

Câu1: Hãy trình bày tác dụng linh kiện của mạch trên

Tụ Ci : Tụ nối tầng (lọc tín hiệu DC ngõ vào)

D1, D2: Tạo phân cực chênh lệch điện áp cho cực B hai transistor T1 và T2

Rb1: Tạo điện áp phân cực thuận cho D1, D2 đồng thời phân cực điện áp cho cực B hai transistor T1 và T2

RE3: Điện trở tạo hồi tiếp âm dòng điện cho T3;

RE1, RE2; Hồi tiếp âm dòng điện cho T1, T2 ;

Co : Tụ nối tầng, dẫn tín hiệu từ đầu ra tầng khuếch đại công suất ra loa ;

T1, T2 : Khuếch đại công suất đẩy kéo

Câu 2: Trình bàyNguyên lý hoạt động của mạch điện

T3 là mạch khuếch đại chế độ A Mắc kiểu E chung là mạch khuếch đại đảo pha Tín hiệu xoay chiều từ nguồn Vi đưa tới cực B transistor T3, làm transistor T3khuếch đại đủ cả hai bán kì, sau đó đưa tới cực B transistor T1 và T2 của tầng khuếch đại công suất

Xét tại đầu ra cực C transistor T3, giả thiết là bán kỳ dương thì T1 được phân cực thuận và T1 khuếch đại, transistor T2 tắt (vì T2 – PNP khác loại với T1) Dòng

IC1 sẽ đi từ nguồn +Ucc qua T1, nạp cho C2 (1000 µF) và đi qua tải (loa) theo chiều

từ trên xuống mass cho ra bán kỳ dương của tín hiệu trên tải

Khi ở đầu ra C transistor T3 ở bán kỳ âm, thì điện áp trên B transistor T1 giảm,

T1 tắt Lúc đó UB2 cũng giảm nên T2 được phân cực thuận, T2 dẫn Dòng IC2 sẽ do

tụ C2 1000 µF phóng điện qua T2 xuống mass đi qua cuộn dây loa (tải công suất) Như vậy, hai T1, T2 đã luân phiên nhau khuếch đại cho ra tãi đủ cả hai chu kỳ tín hiệu

Hình 11.5 Mô phỏng mạch khuếch đại công suất OTL dùng transistor Q2 bổ phụ Bài 2: Mạch điện công suất OLT dùng Transistor phụ như hình11.7

Câu1: Hãy trình bày tác dụng linh kiện của mạch trên

Câu 2: Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch điện

Câu 3: Tính các hiệu suất của mạch

Hình 11.6 Mạch khuếch đại công suất OTL Hướng dẫn

Câu1: Hãy trình bày tác dụng linh kiện của mạch trên

Q1: Transistor khuếch đại điện áp, được phân cực hoạt động ở chế độ A;

R1, R2: Mạch phân áp cho cực B transistor Q1:

R3, C3: Điện trở và tụ điện mắc tại cực E transistor Q1 nhằm mụch đích hồi tiếp

dòng điện một chiều, ổn định chế độ hoạt động cho transistor Q1

R4, C4: Mắc lọc nguồn chống nhiễu và hồi tiếp vòng

T1 : Biến áp đảo pha U 3-4 = -U 5-6 cung cấp cho cực B hai transistor Q2 và Q3

R5, R6, R7, R8: Mạch định thiên kiểu phân áp cung cấp cho cực B transistor Q2 , và cực B transistor Q3 để đảm bảo tính cân bằng: R5 = R7 và R6 = R8 tạo điện áp tại M

U M = ½ U cc = U Cemax

R9, R10: Điện trở cực E transistor Q2 và Q3

C1, C4: Tụ liên lạc dẫn tín hiệu ngõ vào của tầng khuếch đại công suất và ngõ ra

đến loa

Câu 2: Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch điện

Khi có tín hiệu âm tần (AF) vào cực B của Q1 khuếch đại, sẽ xuất hiện dòng tín hiệu chạy qua cuộn sơ cấp của biến áp đảo pha T1, tại thứ cấp của biến áp, ở chân 3 và chân 5 xuất hiện hai tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha nhau, cung cấp cho hai cực B hai transistor Q2 và Q3.

Giả sử ở bán kì đầu dương, cực B transistor Q2 nhận bán kì dương nên Q2 khuếch đại, cực B transistor Q3 nhận bán kì âm nên Q3 tắt, chiều dòng điện IC2 đi từ

Ucc  Q2 điểm M  C2 Loa  mass

Đến nửa chu sau âm, cực B transistor Q2 nhận bán kì âm nên Q2 tắt, cực B transistor Q3 nhận bán kì dương nên Q3 khuếch đại, chiều dòng điện IC3 đi từ mass MLoa  C4Q3 R10

Kết quả là trên tải (loa) xuất hiện đủ cả chu kì của tín hiệu

Câu 3: Tính các hiệu suất của mạch

I cmaxx = (vì R9, R10<< RL nên bỏ qua) ,

Công suất trên tải do hai transistor cung cấp: P r (ac)=

Dòng trung bình qua nguồn cung cấp :

Công suất nguồn cung cấp:

Hiệu suất cực đại:

Bài 3: Mạch điện công suất OLT dùng Transistor phụ như hình11.8

Câu1: Hãy trình bày tác dụng linh kiện của mạch trên

Câu 2: Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch điện

Hình 11.7