Tài liệu Chương 10: Mạch nguồn cung cấp pptx

Các bộ khuyếch đại là các mạch điện tử được sử dụng để làm tăng biên độ của tín hiệu điện tử.. Có thể bù các thay đổi nhiệt độ trong mạch khuyếch đại bằng transistor, nếu lấy một phần tí

Nội dung chính của chương bao gồm:

- Giải thích chức năng của nguồn cung cấp

- Vẽ sơ đồ khối của mạch và các bộ phận của nguồn cung cấp

- Mô tả ba kiểu mạch chỉnh lưu khác nhau

- Giải thích chức năng của bộ lọc

- Mô tả hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản và nguyên lý hoạt động của bộ ổn định điện áp

- Giải thích chức năng của mạch nhân áp

- Nhận dạng các dụng cụ bảo vệ quá điện áp và quá dòng điện

Nguồn cung cấp được dùng để cung cấp điện áp cho các mạch điện tử khác nhau Nguyên lý cơ bản của các bộ nguồn cung cấp là như nhau

Chức năng chính của nguồn cung cấp là chuyển đổi dòng xoay chiều (AC) thành dòng một chiều (DC)

Có thể tăng hay giảm mức điện áp AC đầu vào bằng biến áp Khi điện áp AC đạt mức yêu cầu sẽ được biến đổi thành điện áp DC thông qua quá trình chỉnh lưu Điện áp đã được chỉnh lưu vẫn còn tín hiệu

AC gọi là tín hiệu gợn Gợn sẽ được loại bỏ bằng mạch lọc

Để đảm bảo mức điện áp duy trì ở mức không đổi, cần phải sử dụng mạch điều hoà (hay ổn định) điện

áp Mạch ổn định điện áp sẽ giữ mức điện áp ra không đổi

10.1 Biến áp

Biến áp được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp để cách ly nguồn cung cấp ra khỏi nguồn điện áp

AC; và dùng để tăng điện áp nếu cần mức điện áp cao hơn hay giảm điện áp nếu yêu cầu mức điện áp thấp hơn Nếu sử dụng biến áp trong bộ nguồn cung cấp, thì nguồn cung cấp AC chỉ được mắc đến phía sơ cấp của biến áp để cách ly mạch điện tử ra khỏi nguồn cung cấp AC Khi lựa chọn biến áp, mối quan tâm đầu tiên là thông số định mức của nguồn phía sơ cấp Các mức sơ cấp thông dụng nhất là 110V đến 120V hoặc 220V đến 240V Quan tâm tiếp theo là tần số của nguồn AC Một số tần số là 50Hz đến 60Hz, 400Hz, và 10 000Hz Mối quan tâm thứ ba là thông số định mức của điện áp và dòng thứ cấp của nguồn cung cấp Cuối cùng là khả năng xử lý công suất, hay thông số định mức Volt - Ampere, về cơ bản là mức công suất có thể được phân bố đến cuộn thứ cấp của biến áp; cho theo đơn

vị Volt - Ampere bởi vì các tải có thể được nối với cuộn thứ cấp

Câu hỏi mục 10.1:

1 Tại sao phải sử dụng biến áp trong các bộ nguồn cung cấp ?

2 Biến áp được mắc trong bộ nguồn cung cấp như thế nào ?

3 Điều quan trọng nào sẽ được xem xét khi chọn biến áp cho một bộ nguồn cung cấp ?

4 Biến áp được lựa chọn như thế nào ?

10.2 Mạch chỉnh lưu

Mạch chỉnh lưu là bộ phận trung tâm của nguồn cung cấp, có chức năng chuyển đổi điện áp AC ở đầu

vào thành điện áp DC ở đầu ra Có ba loại mạch chỉnh lưu cơ bản được sử dụng trong các bộ nguồn

cung cấp: chỉnh lưu bán kỳ, chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode, và chỉnh lưu toàn kỳ kiểu mạch cầu

Hình 10.1a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ cơ bản Diode được mắc nối tiếp với tải, do có diode nên dòng điện chảy trong mạch chỉ theo một chiều Hình 10.1b, là mạch chỉnh lưu bán kỳ trong bán kỳ dương của sóng sin Diode được phân cực thuận cho dòng điện chảy qua tải Vậy bán kỳ dương của chu kỳ sóng sin sẽ xuất hiện trên tải

Hình 10.2a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ với bán kỳ âm của sóng sin Lúc này, diode bị phân cực ngược nên không dẫn, không có dòng chảy qua tải, không có sụt áp trên tải

Mạch chỉnh lưu bán kỳ chỉ làm việc trong một bán kỳ của chu kỳ tín hiệu vào Tín hiệu ra là dãy các xung dương hay âm tuỳ theo chiều diode được mắc trong mạch Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu

vào Tần số của xung ra gọi là tần số gợn

Cực tính của điện áp ở đầu ra tuỳ thuộc vào cách mắc diode trong mạch (hình 10.2b) Khi phân cực

thuận cho diode có cathode nối tiếp với R1, dòng điện chảy qua diode từ anode đến cathode (theo chiều mũi tên) nên đầu cathode của diode có cực tính dương của điện áp chỉnh lưu Cực tính của nguồn cung cấp có thể đảo ngược bằng cách đảo ngược diode

Bộ chỉnh lưu bán kỳ có nhược điểm lớn là do dòng điện chỉ chảy trong bán kỳ của mổi chu kỳ nên mạch có hiệu suất năng lượng thấp Để khắc phục nhược điểm đó, có thể sử dụng bộ chỉnh lưu toàn kỳ Mạch chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản như ở hình 10.3a Mạch cần phải có hai diode và một biến áp điểm giữa Đầu dây ra điểm giữa của cuộn thứ cấp của biến áp sẽ được nối đất, nên mức điện áp tại hai đầu của cuộn thứ cấp của biến áp lệch pha nhau 180o

Hình 10.3b, là mạch chỉnh lưu toàn kỳ ở toàn bộ bán kỳ dương của tín hiệu vào Đầu anode của diode

D1 dương, và đầu anode của diode D2 là âm, D1 phân cực thuận nên dẫn điện, còn D2 phân cực ngược nên ngưng dẫn Dòng điện chảy qua D1 qua tải, điểm giữa của biến áp và đến đầu trên của cuộn thứ cấp của biến áp, cho phép bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào được cung cấp cho tải

Hình 10.3c, là mạch chỉnh lưu toàn kỳ ở bán kỳ âm của chu kỳ tín hiệu Điện áp trên anode của D2 trở nên dương, còn anode của D1 trở nên âm Diode D2 lúc này được phân cực thuận nên dẫn điện Diode

D1 phân cực ngược nên ngưng dẫn Dòng điện chảy từ đầu dưới của cuộn thứ cấp qua D2, qua tải đến điểm giữa cuộn thứ cấp của biến áp Ở mạch chỉnh lưu toàn kỳ, dòng điện chảy trong cả hai bán kỳ, tức là tần số gợn gấp hai lần tần số tín hiệu vào

Nhược điểm của mạch chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản (sử dụng chỉ hai diode) là do điện áp ra bằng một nửa mức điện áp của mạch chỉnh lưu bán kỳ với cùng một mức ra trên hai đầu cuộn thứ cấp của biến áp Cách khắc phục là sử dụng mạch chỉnh lưu cầu (sử dụng bốn diode)

Hình 10.4a, là mạch chỉnh lưu cầu Bốn diode sẽ được mắc để dòng điện chỉ chảy theo một chiều qua tải Hình 10.4b, là dòng điện chảy trong bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào Dòng chảy từ đầu phía trên của phía thứ cấp của biến áp qua diode D2, qua tải, qua diode D2 đến đầu dưới của cuộn thứ cấp của biến áp Toàn bộ điện áp sụt trên tải

Hình 10.4c, là dòng điện chảy trong bán kỳ âm của tín hiệu vào Đầu trên của cuộn thứ cấp là âm, còn đầu dưới là dương Dòng điện từ phía dưới của cuộn thứ cấp chảy qua diode D3, qua tải và diode D1

đến đầu phía trên của cuộn thứ cấp Lưu ý rằng, dòng điện chảy qua tải theo cùng chiều như trong bán

kỳ dương Một lần nửa, toàn bộ điện áp được sụt trên tải

Mạch chỉnh lưu cầu cũng là loại mạch chỉnh lưu toàn kỳ, bởi vì mạch làm việc ở cả hai bán kỳ của dạng sóng sin đầu vào Ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu là mạch không cần phải có cuộn thứ cấp điểm giữa Mạch chỉnh lưu cầu làm việc không cần phải có biến áp Biến áp sử dụng chỉ để tăng hoặc giảm điện áp hoặc để cách ly

Tóm lại các điểm khác nhau ở các bộ chỉnh lưu là: Các ưu điểm của mạch chỉnh lưu bán kỳ là đơn giản

và giá thành thấp, chỉ cần một diode và một biến áp, nhưng hiệu suất năng lượng rất thấp, do sử dụng chỉ một nửa tín hiêụ vào Bộ chỉnh lưu bán kỳ chỉ được giới hạn ở các ứng dụng mức dòng thấp

Bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản có hiệu suất cao hơn bộ chỉnh lưu bán kỳ, do làm việc ở cả hai bán kỳ của sóng sin Tần số gợn cao hơn của bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản nên dễ lọc Nhược điểm là cần phải có biến áp điểm giữa Mức điện áp ra của bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản thấp hơn so với mức điện áp ra của

bộ chỉnh lưu bán kỳ với cùng một biến áp do cuộn dây điểm giữa

Mạch chỉnh lưu cầu có thể làm việc không cần biến áp Tuy nhiên, biến áp cần phải có để tăng hoặc giảm điện áp Mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu cầu cao hơn mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu toàn

kỳ cơ bản hoặc bán kỳ Nhược điểm của mạch chỉnh lưu cầu là cần bốn diode, nhưng các diode không đắt hơn so với biến áp chỉnh lưu điểm giữa

Câu hỏi mục 10.2:

1 Chức năng của mạch chỉnh lưu trong bộ nguồn là gì ?

2 Ba cấu hình nào để mắc các mạch chỉnh lưu đối với các bộ nguồn cung cấp ?

3 Các điểm khác nhau nào về nguyên lý hoạt động của ba cấu hình ?

4 Các ưu điểm nào của một mạch chỉnh lưu so với mạch chỉnh lưu khác ?

5 Cấu hình mạch chỉnh lưu nào được cho là sự lựa chọn tốt nhất ? Tại sao ?

10.3 Mạch lọc

Tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu là điện áp DC dạng xung đập mạch, không thích hợp cho hầu hết các

mạch điện tử, do vậy, phải có mạch lọc sau mạch chỉnh lưu trong các bộ nguồn cung cấp DC Mạch lọc sẽ biến đổi điện áp DC dạng xung thành điện áp DC bằng phẳng

Mạch lọc đơn giản nhất là một tụ mắc ngang qua đầu ra của mạch chỉnh lưu (hình 10.5) Hình 10.6, so sánh các tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu không có và có bổ sung tụ lọc Tụ lọc sẽ có tác dụng đến mạch theo cách sau: Khi anode của diode là dương, dòng chảy trong mạch, đồng thời tụ sẽ nạp theo cực tính như ở hình 10.5 Sau thời điểm 90o của tín hiệu vào, tụ sẽ được nạp hoàn toàn đến mức điện áp đỉnh của mạch

Khi tín hiệu vào bắt đầu giảm xuống theo chiều âm, tụ sẽ xã qua tải Điện trở của tải sẽ quyết định tốc

độ tụ xã bằng hằng số thời gian RC Hằng số thời gian xã dài hơn so với chu kỳ, nên chu kỳ sẽ kết thúc

trước khi tụ có thể xã Như vậy, sau một phần tư chu kỳ thứ nhất, dòng chảy qua tải được cung cấp bằng việc tụ xã điện Khi tụ xã, lượng điện áp tích trữ trong tụ sẽ giảm, nhưng trước khi tụ có thể xã hoàn toàn, thì chu kỳ tiếp theo của sóng sin sẽ xuất hiện, làm cho anode của diode lại trở nên dương, cho phép diode dẫn, nên tụ sẽ nạp lại và chu trình sẽ lặp lại Kết quả cuối cùng là các xung sẽ phẳng hơn ở đầu ra và mức điện áp ra thực tế sẽ tăng lên (hình 10.7)

Tụ lớn hơn, thì hằng số thời gian RC lớn hơn, dẫn đến tụ xã chậm hơn, làm tăng mức điện áp ra Có tụ

cho phép diode trong mạch dẫn trong khoảng thời gian ngắn hơn Khi diode không dẫn, tự sẽ cấp dòng cho tải Nếu tải đòi hỏi mức dòng lớn, thì phải sử dụng tụ rất lớn

Mạch lọc bằng tụ ngang qua mạch chỉnh lưu toàn kỳ hay chỉnh lưu cầu rất giống với mạch lọc trong bộ chỉnh lưu bán kỳ Hình 10.8, là dạng sóng ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ hoặc chỉnh lưu cầu Tần số gợn gấp đôi tần số của mạch bán kỳ Khi thêm mạch lọc bằng tụ ở đầu ra của mạch chỉnh lưu, tụ sẽ không xã rất nhanh trước khi xung tiếp theo xuất hiện, nên mức điện áp ra sẽ cao Nếu dùng tụ lớn, thì mức điện áp ra sẽ bằng với điện áp đỉnh của tín hiệu vào, vì vậy tụ sẽ thực hiện việc lọc tốt hơn ở mạch toàn kỳ so với ở mạch bán kỳ

Mục đích của tụ lọc là làm làm phẳng hoàn toàn điện áp DC dạng xung từ mạch lọc Hiệu suất của mạch lọc được xác định bằng độ gợn còn lại trên điện áp DC Độ gợn có thể làm nhỏ hơn bằng cách sử dụng tụ lớn hay bằng cách tăng điện trở tải Thường điện trở tải được quyết định khi thiết kế mạch, nên

độ lớn của tụ lọc sẽ được xác định bởi độ gợn Tụ lọc sẽ đặt một điện áp bổ sung lên các diode sử dụng trong mạch chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ có mắc tụ lọc như ở hình 10.9 Tụ sẽ nạp đến mức đỉnh của điện áp thứ cấp và sẽ giữ giá trị đó suốt theo chu kỳ tín hiệu vào Khi diode trở nên bị phân cực ngược, diode sẽ ngưng dẫn và điện áp âm lớn nhất sẽ giữ trên anode của diode Tụ lọc sẽ giữ mức điện áp dương lớn nhất trên cathode của diode Sự chênh lệch điện áp ngang qua diode bằng hai lần giá trị đỉnh của cuộn thứ cấp, nên phải tính chọn diode chịu được điện áp ngược trên

Mức điện áp lớn nhất mà diode có thể chịu được khi phân cực ngược gọi là điện áp ngược đỉnh

[Peak-Inverse Voltage hay PIV] Cần phải chọn diode có PIV cao hơn hai lần giá trị đỉnh Một cách lý tưởng,

diode sẽ được làm việc ở mức 80% giá trị định mức của diode để cho phép đối với các thay đổi ở điện

áp vào Điều này được cho là đúng đối với cả mạch chỉnh lưu bán kỳ và mạch chỉnh lưu toàn kỳ, nhưng không đúng đối với mạch chỉnh lưu cầu

Các diode trong mạch chỉnh lưu cầu không cần phải có PIV lớn hơn so với giá trị đỉnh của cuộn thứ cấp, như thể hiện ở mạch hình 10.10, không cần các diode có PIV cao hơn giá trị đỉnh của tín hiệu vào Việc sử dụng các diode có PIV thấp hơn biểu hiện một ưu điểm nữa của mạch chỉnh lưu cầu

Câu hỏi mục 10.3:

1 Nhiệm vụ của mạch lọc trong bộ nguồn cung cấp là gì ?

2 Mạch lọc đơn giản nhất là như thế nào ?

3 Tần số gợn là gì ?

4 Tụ lọc được chọn như thế nào ?

5 Các tác động bất lợi do bổ sung mạch lọc là gì ?

10.4 Mạch ổn định (điều hoà) điện áp

Hai yếu tố có thể làm thay đổi mức điện áp ra của nguồn cung cấp Thứ nhất là điện áp vào của nguồn cung cấp có thể thay đổi, dẫn đến làm tăng hay giảm về điện áp ra Thứ hai là tải điện trở tải có thể thay đổi, làm thay đổi về dòng yêu cầu

Nhiều mạch điện tử được thiết kế để làm việc ở một mức điện áp nào đó, nếu điện áp thay đổi, thì hoạt động của mạch sẽ bị ảnh hưởng, do vậy nguồn cung cấp cần phải tạo ra mức điện áp ra như nhau bất

chấp các thay đổi của tải và của điện áp vào Để thực hiện điều này, cần phải thêm bộ ổn định điện áp

sau mạch lọc

Có hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản: mạch ổn định song song và mạch ổn định nối tiếp, tên gọi

theo phương pháp nối mạch ổn định với tải Mạch ổn định song song được mắc song song với tải Mạch ổn định nối tiếp được mắc nối tiếp với tải Các mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn so với các

mạch ổn định song song do có hiệu suất cao hơn và tiêu tán mức công suất thấp hơn Mạch ổn định song song cũng có vai trò như một dụng cụ điều khiển, bảo vệ mạch ổn định khỏi sự ngắn mạch do tải Hình 10.11, là mạch ổn định bằng diode zener cơ bản Đây là mạch ổn định song song Diode zener được mắc nối tiếp với một điện trở Điện áp vào DC, chưa được ổn định sẽ được đặt vào cả diode zener và điện trở để làm cho diode zener được phân cực ngược Điện trở cho một dòng nhỏ chảy qua

để giữ diode zener ở vùng đánh thủng zener Điện áp vào phải cao hơn so với điện áp đánh thủng zener của diode Điện áp ngang qua diode zener sẽ bằng thông số điện áp của diode zener Mức sụt áp trên điện trở sẽ bằng độ chênh lệch giữa điện áp của diode zener và điện áp vào

Mạch hình 10.11, sẽ cho mức điện áp ra không đổi đối với sự thay đổi ở điện áp vào Sự thay đổi bất

kỳ về điện áp sẽ xuất hiện trên điện trở Tổng của các sụt áp phải bằng điện áp vào Có thể tăng hoặc giảm điện áp ra bằng cách thay đổi diode zener ở đầu ra và điện trở nối tiếp

Dòng chảy qua tải được quyết định bởi điện trở tải và điện áp ra Dòng tải cộng với dòng chảy qua diode zener sẽ bằng dòng chảy qua điện trở nối tiếp Điện trở nối tiếp cần phải được chọn cẩn thận sao cho dòng chảy qua zener duy trì diode zener trong vùng đánh thủng và cho dòng chảy qua

Khi dòng tải tăng lên, dòng zener giảm xuống nên dòng tải và dòng zener tác động lẫn nhau duy trì điện áp ra không đổi, cho phép mạch điều hoà các thay đổi về dòng ra cũng như điện áp vào

Mạch hình 10.12, là mạch điều hoà song song Lưu ý rằng, transistor Q1 mắc song song với tải, sẽ bảo

vệ bộ ổn định trong trường hợp có xu hướng ngắn mạch xuất hiện trên tải

Mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn so với mạch ổn định song song Mạch ổn định nối tiếp đơn giản nhất là một biến trở mắc nối tiếp với tải (hình 10.13) Trị số điện trở sẽ được điều chỉnh liên tục để duy trì điện áp không đổi trên tải Khi điện áp DC tăng lên, thì tăng trị số điện trở, nên sụt áp trên biến trở lớn hơn, duy trì sụt áp trên tải bằng cách làm giảm lượng điện áp tăng thêm trên điện trở nối tiếp Biến trở cũng có thể bù các thay đổi về dòng tải Nếu dòng tải tăng, thì sẽ có lượng sụt áp nhiều hơn trên biến trở, dẫn đến mức sụt áp ít hơn trên điện trở tải Nếu trị số điện trở có thể làm giảm xuống tại cùng thời điểm để có dòng tăng lên, thì lượng sụt áp trên biến trở có thể vẫn không đổi, dẩn đến mức điện áp ra không đổi bất chấp các thay đổi về dòng tải

Trong thực tế, rất khó thay đổi trị số điện trở bằng tay để bù các thay đổi về áp và dòng điện, nên hiệu quả hơn là thay thế biến trở bằng transistor (hình 10.14) Transistor sẽ được mắc để dòng chảy qua tải cũng chảy qua transistor Bằng cách thay đổi mức dòng base của transistor, thì BJT có thể được phân cực để dẫn mức dòng lớn hay nhỏ Thêm một vài linh kiện cần thiết để tạo thành mạch tự điều chỉnh (hình 10.15), cho phép transistor bù tự động với các thay đổi ở điện áp vào hoặc dòng tải

Hình 10.16, là mạch ổn áp nối tiếp đơn giản Đầu vào là điện áp DC chưa ổn định, còn đầu ra là điện

áp DC thấp hơn, đã được ổn định Transistor được mắc như một mạch lặp lại emitter, có nghĩa là không có sự đảo pha giữa base và emitter, điện áp emitter sẽ như điện áp trên base Tải được mắc giữa emitter của transistor và đất Điện áp tại base của transistor sẽ được thiết lập bởi diode zener, nên điện

áp ra sẽ bằng điện áp zener trừ sụt áp 0,7V trên tiếp giáp emitter - base của transistor

Khi điện áp vào tăng thông qua transistor, điện áp tại đầu ra cũng sẽ tăng Điện áp base được thiết lập bởi diode zener, nếu emitter trở nên dương hơn so với base, thì độ dẫn điện của transistor sẽ giảm xuống Khi transistor dẫn kém hơn, có tác động trở lại như tác dụng của một điện trở lớn được đặt giữa đầu vào và đầu ra Phần lớn lượng tăng ở điện áp vào sẽ được sụt giảm trên transistor nên chỉ có một lượng tăng nhỏ ở điện áp ra

Nhược điểm của mạch ổn áp lặp lại emitter là diode zener cần phải có mức công suất lớn Các diode zener có khả năng xử lý công suất lớn có giá thành cao

Một kiểu mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn là mạch ổn định có hồi tiếp, gồm có một mạch hồi tiếp

để giám sát mức điện áp ra Nếu điện áp ra thay đổi, thì tín hiệu điều khiển sẽ được tạo ra, sẽ điều

khiển độ dẫn điện của transistor Hình 10.17, là sơ đồ khối của bộ ổn định hồi tiếp Điện áp DC chưa

ổn định được đặt vào đầu vào của bộ ổn định Điện áp ra DC đã được ổn định, thấp hơn xuất hiện tại đầu ra của bộ ổn định

Mạch lấy mẫu mắc ngang qua hai đầu ra Mạch lấy mẫu là mạch phân áp sẽ truyền mẫu điện áp ra đến

mạch phát hiện sai lệch Mẫu điện áp sẽ thay đổi nếu điện áp ra thay đổi Mạch phát hiện sai lệch sẽ so sánh mức điện áp được lấy mẫu với mức điện áp chuẩn Để tạo ra điện áp chuẩn cần phải sử dụng

diode zener Độ chênh lệch giữa điện áp mẫu và điện áp chuẩn là điện áp sai lệch Điện áp sai lệch sẽ

được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại sai lệch Bộ khuyếch đại sai lệch sẽ điều khiển độ dẫn điện của transistor nối tiếp Transistor dẫn nhiều hay ít để bù cho các thay đổi ở mức điện áp ra

Hình 10.18, là mạch ổn định điện áp hồi tiếp Các điện trở R3, R4, và R5 tạo thành mạch lấy mẫu Transistor Q2 có vai trò như mạch dò sai cũng như mạch khuyếch đại sai lệch Diode Zener D1 và điện

trở R1 tạo ra mức điện áp chuẩn Transistor Q1 là transistor điều hoà nối tiếp Điện trở R2 là điện trở tải collector của transistor Q2 và điện trở phân cực cho transistor Q1

Nếu điện áp ra tăng, điện áp mẫu cũng sẽ tăng, làm tăng điện áp phân cực trên base của transistor Q2 Điện áp emitter của transistor Q2 được giữ không đổi bởi diode zener D1, dẫn đến transistor Q2 dẫn mạnh hơn nên làm tăng mức dòng chảy qua điện trở R2, điện áp trên collector của transistor Q2 và base của transistor Q1 giảm xuống, tức làm giảm điện áp phân cực thuận của transistor Q1 nên Q1 dẫn yếu hơn, dòng chảy qua Q1 thấp hơn, làm cho sụt áp trên tải nhỏ hơn nên sẽ triệt tiêu độ tăng lên ở điện áp Điện áp ra có thể được điều chỉnh chính xác bằng cách thay đổi biến trở R4 Để tăng mức điện áp ra của bộ ổn định, đầu trượt của biến trở R4 phải được di chuyển về hướng âm, nên sẽ làm giảm mức điện

áp mẫu trên base của transistor Q2, giảm điện áp phân cực thuận, làm cho transistor Q2 dẫn ít hơn, gây

ra mức điện áp collector của transistor Q2 và base của transistor Q1 tăng lên, tức làm tăng phân cực thuận trên transistor Q1, làm cho Q1 dẫn mạnh hơn Dòng lớn hơn chảy qua tải, tức điện áp ra tăng lên Nhược điểm lớn nhất đối với mạch ổn định nối tiếp là do transistor mắc nối tiếp với tải Ngắn mạch tải

sẽ dẫn đến dòng lớn chảy qua transistor, gây hỏng transistor, nên cần phải có mạch giữ mức dòng qua transistor ở mức an toàn

Hình 10.19, là mạch ổn định có thêm mạch giới hạn mức dòng chảy qua transistor của bộ ổn định nối tiếp, với việc bổ sung vào mạch ổn định điện áp nối tiếp có hồi tiếp transistor Q3 và điện trở R6 tạo thành mạch hạn dòng Để transistor Q3 dẫn điện, thì tiếp giáp base - emitter phải được phân cực thuận

tối thiểu là 0,7V Khi đặt 0,7V giữa base và emitter, thì transistor sẽ dẫn Nếu R6 bằng 1 , thì mức dòng cần thiết để tạo ra 0,7V trên base của transistor Q3 là:

700mA0,7A

1Ω

0,7V

R

E I

Khi mức dòng chảy qua transistor Q3 thấp hơn 700mA, thì điện áp base - emitter của Q3 sẽ thấp hơn 0,7V, giữ cho Q3 ngưng dẫn, mạch đóng vai trò như không tồn tại Khi mức dòng vượt quá 700mA, sụt

áp trên điện trở R6 tăng lên trên 0,7V, dẫn đến Q3 dẫn thông qua R2, nên sẽ làm giảm điện áp trên base của transistor Q1, làm cho Q1 dẫn kém hơn Dòng không thể tăng lên trên 700mA Mức dòng để có thể

được hạn chế có thể thay đổi bằng cách thay đổi trị số của điện trở R6 Tăng trị số của điện trở R6 sẽ có mức dòng giới hạn thấp hơn

Mạch ổn định nối tiếp hồi tiếp có nhược điểm nữa là số lượng cấu kiện cần thiết nhiều, có thể khắc phục điều này bằng cách sử dụng bộ ổn định bằng vi mạch

Các bộ ổn định IC hiện nay có giá thành rẽ và dễ sử dụng Phần lớn các bộ ổn định bằng IC chỉ có ba cực (vào, ra và cực nối đất) nên có thể mắc trực tiếp vào đầu ra của mạch lọc của mạch chỉnh lưu (hình 10.20) Các IC ổn áp có thể cung cấp các mức điện áp ra khác nhau theo cả hai cực tính dương và âm

Có các IC ổn áp có thể điều chỉnh mức điện áp ra cần thiết

Khi lựa chọn IC ổn áp, cần phải biết mức áp và dòng cần thiết, cùng với các thông số về điện của nguồn cung cấp chưa được ổn định Các IC ổn áp được phân loại theo mức điện áp ra Các bộ ổn áp cố định có ba chân và chỉ cung cấp một mức điện áp ra, có sẳn dưới dạng cả điện áp dương và điện áp âm Các bộ ổn áp hai cực tính có thể cung cấp cả điện áp dương và điện áp âm Có cả các bộ ổn định điện

áp cố định - và hai cực tính cũng như các bộ ổn định điện áp có thể điều chỉnh Khi sử dụng bất kỳ bộ

ổn định điện áp bằng IC, cần phải tham khảo trang số liệu kỹ thuật của nhà sản xuất

Câu hỏi mục 10.4:

1 Nhiệm vụ của bộ ổn định điện áp trong một bộ nguồn cung cấp là gì ?

2 Hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản là gì ?

3 Kiểu mạch ổn định điện áp nào được sử dụng nhiều nhất ?

4 Vẽ mạch ổn định điện áp bằng diode zener đơn giản và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

5 Vẽ sơ đồ khối của bộ ổn định điện áp hồi tiếp nối tiếp và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

trong hình vẽ, tụ C1 sẽ nạp đến trị số đỉnh của tín hiệu vào Do không có đường xả, nên tụ C1 giữ mức

điện áp đã được nạp Hình 10.21c, là mạch ở bán kỳ dương của tín hiệu vào, lúc này tụ C1 đã được nạp đến mức đỉnh âm, sẽ giữ diode D1 phân cực ngược và phân cực thuận cho diode D2, làm cho D2 dẫn,

nạp điện cho tụ C2 Bởi vì tụ C1 đã được nạp đến mức âm lớn nhất, nên tụ C2 sẽ nạp đến mức hai lần trị

số đỉnh của tín hiệu vào

Khi sóng sin thay đổi từ bán kỳ dương sang bán kỳ âm, diode D2 sẽ ngưng dẫn, do tụ C2 giữ diode D2

phân cực ngược Tụ C2 sẽ xả qua tải, giữ mức điện áp trên tải không đổi, do vậy tụ C2 cũng đóng vai trò như một tụ lọc

Tụ C2 sẽ nạp lại chỉ trong bán kỳ dương của tín hiệu vào, tạo nên tần số gợn 50Hz (nên có tên gọi là bộ nhân đôi điện áp bán kỳ) Bộ nhân đôi điện áp bán kỳ khó lọc do tần số gợn 50Hz Một nhược điểm

nửa là tụ C2 cần phải có thông số điện áp làm việc ít nhất gấp hai lần trị số đỉnh của tín hiệu vào AC

Bộ nhân đôi điện áp toàn kỳ khắc phục các nhược điểm của bộ nhân đôi điện áp bán kỳ Hình 10.22a,

là sơ đồ mạch của bộ nhân đôi điện áp toàn kỳ Hình 10.22b, cho thấy rằng, ở bán kỳ dương của tín

hiệu vào, tụ C1 sẽ nạp thông qua diode D1 lên mức đỉnh của tín hiệu vào AC Hình 10.22c, là mạch ở

bán kỳ âm, tụ C2 sẽ nạp thông qua diode D2 đến giá trị đỉnh của tín hiệu vào

Khi tín hiệu vào AC thay đổi giữa các đỉnh của hai bán kỳ, tụ C1 và C2 mắc nối tiếp sẽ xả qua tải Do mổi tụ đã được nạp đến mức đỉnh của tín hiệu vào, nên điện áp tổng cộng trên tải bằng hai lần giá trị

đỉnh của tín hiệu vào Tụ C1 và C2 được nạp giữa các mức đỉnh của tín hiệu vào, tần số gợn là 100Hz

do cả hai tụ C1 và C2 đều được nạp trong suốt mổi chu kỳ Hai tụ C1 và C2 chia một phần mức điện áp

ra đưa đến tải, như vậy mổi tụ chịu một giá trị đỉnh của tín hiệu vào

Hình 10.23a, là mạch nhân ba điện áp Ở hình 10.23b, bán kỳ dương của tín hiệu vào sẽ phân cực cho diode D1 để D1 dẫn, nạp điện cho tụ C1 đến mức đỉnh của tín hiệu vào Tụ C1 sẽ đặt mức điện áp dương trên diode D2 Hình 10.23c, là mạch ở bán kỳ âm của tín hiệu vào Do diode D2, lúc này đang

được phân cực thuận, nên có dòng chảy qua tụ C1, qua diode D2 và tụ C2, nạp điện cho C2 đến mức gấp

hai lần giá trị đỉnh vì đã có mức điện áp tích trữ trong tụ C1

Hình 10.23d, là trạng thái mạch xảy ra ở bán kỳ dương tiếp theo, mạch sẽ có độ chênh lệch điện áp

trên tụ C2 bằng ba lần giá trị đỉnh, do phiến phía trên của tụ C2 đã có mức điện áp đỉnh dương bằng hai lần giá trị đỉnh, anode của diode D3 có mức điện áp đỉnh dương bằng ba lần mức đỉnh so với đất, nên

sẽ nạp cho tụ C3 lên mức ba lần giá trị đỉnh Mức điện áp này sẽ được đặt vào tải

Câu hỏi mục 10.5:

1 Chức năng của mạch nhân áp là gì ?

2 Vẽ mạch nhân đôi điện áp bán kỳ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

3 Vẽ mạch nhân đôi điện áp toàn kỳ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

4 Vẽ mạch nhân ba điện áp

5 Các tụ sử dụng trong mạch nhân đôi và nhân ba điện áp cần phải có yêu cầu nào ?

10.6 Các dụng cụ bảo vệ mạch

Để bảo vệ tải khỏi hư hỏng do nguồn cung cấp cần phải sử dụng mạch bảo vệ quá điện áp

Hình 10.24, là mạch bảo vệ quá áp gọi là mạch bẩy [crowbar] Một SCR được mắc song song với tải,

bình thường SCR ngắt (không dẫn) Nếu điện áp ra tăng lên trên mức quy định trước, thì SCR sẽ chuyển sang dẫn nên sẽ đặt một ngắn mạch qua tải, lúc này dòng chảy qua tải rất nhỏ, bảo vệ tải một cách đầy đủ Việc ngắn mạch ngang qua tải làm cho đầu ra của nguồn cung cấp bị ngắn mạch, nên sẽ làm nổ cầu chì của nguồn cung cấp Diode zener sẽ thiết lập mức điện áp làm cho SCR dẫn Mạch sẽ bảo vệ tải ở mức điện áp lớn hơn điện áp zener Với điều kiện điện áp của nguồn cung cấp nhỏ hơn mức điện áp của diode zener thì diode sẽ không dẫn, giữ cho SCR ngưng dẫn Nếu điện áp nguồn tăng lên trên mức điện áp zener do sự cố, diode zener sẽ dẫn, làm tăng dòng cổng đến SCR nên SCR sẽ dẫn

và ngắn mạch tải Cần phải lưu ý là, SCR phải đủ lớn để có thể chịu đựng mức dòng ngắn mạch cao

Một dụng cụ bảo vệ khác là cầu chì Cầu chì sẽ đứt khi quá tải xảy ra Cầu chì thường được mắc nối

tiếp với cuộn sơ cấp của biến áp nguồn cung cấp Dòng lớn chảy trong nguồn cung cấp sẽ làm đứt dây chì do quá nhiệt và nóng chảy, làm hở mạch điện để không có mức dòng lớn hơn có thể chảy qua Cầu

chì có hai loại là loại thông thường và loại nổ chậm Cầu chì thường sẽ hở mạch ngay khi dòng chảy qua bị vượt quá, đây là ưu điểm trong một số mạch do nó loại bỏ sự quá tải rất nhanh Cầu chì nổ chậm

có thể chịu sự quá tải trong một khoảng thời gian ngắn trước khi nổ, do dây chì nóng chảy chậm hơn Nếu có quá tải lâu hơn vài giây, cầu chỉ sẽ nổ Cầu chì nổ chậm có thể có một lò xo để kéo dây chì tách ra khi cầu chì nóng chảy Một số mạch có thể chịu dòng xung, nên ở đó cầu chì nổ chậm có thể dùng thích hợp hơn cầu chì thông thường

Cầu chì luôn được mắc sau chuyển mạch ở dây nóng (dây pha) của nguồn cung cấp AC, để ngắt mạch biến áp ra khỏi nguồn cung cấp AC khi cầu chì đứt Bằng cách lắp sau chuyển mạch, có thể tháo cầu chì ra khỏi nguồn cung cấp để giúp an toàn khi lắp lại một cầu chì bị nổ [Chú ý: Cầu chì bị nổ, không nên lắp lại khi nguyên nhân hư hõng chưa được xác định và sửa chữa] Nhược điểm của cầu chì là cần phải thay dây chì cứ mổi lần cầu chì đứt Một bộ ngắt mạch sẽ thực hiện cùng một công việc nhưng không cần phải thay dây chì mổi lần xuất hiện quá tải, mà thay vào đó là bộ ngắt mạch có thể đặt lại bằng tay sau khi quá tải xảy ra (hình 10.25) Các bộ ngắt mạch mắc vào mạch tương tự như cách mắc các cầu chì

Câu hỏi mục 10.6:

1 Việc bảo vệ bằng mạch bẩy quá điện áp hoạt động như thế nào ?

2 Cầu chì hoạt động như thế nào khi sử dụng trong mạch ?

3 Có các loại cầu chì khác nhau nào ?

4 Cầu chì của thiết bị bảo vệ mạch bất kỳ được lắp ở đâu trong mạch ?

5 Ưu điểm của bộ ngắt mạch so với cầu chì là gì ?

Tóm tắt nội dụng chương 10:

- Mục đích chính của nguồn cung cấp là biến đổi AC thành DC

- Các biến áp sử dụng trong bộ nguồn cung cấp để cách ly và tăng áp hay giảm áp

- Mạch chỉnh lưu sẽ biến đổi điện áp AC ở đầu vào thành điện áp DC dạng xung

- Các mạch chỉnh lưu cơ bản là mạch chỉnh lưu bán kỳ, toàn kỳ, và chỉnh lưu cầu

- Mạch chỉnh lưu bán kỳ đơn giản hơn và rẻ hơn so với mạch chỉnh lưu toàn kỳ hoặc mạch chỉnh lưu cầu

- Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có hiệu suất cao hơn so với mạch chỉnh lưu bán kỳ

- Mạch chỉnh lưu cầu có thể làm việc mà không cần biến áp

- Để biến đổi điện áp DC dạng xung thành điện áp DC bằng phẳng, cần phải có mạch lọc sau mạch chỉnh lưu

- Tụ điện mắc song song với tải là một mạch lọc hiệu quả

- Bộ ổn định điện áp sẽ cung cấp điện áp ra không đổi bất chấp các thay đổi của tải và điện áp vào

- Bộ ổn định điện áp được mắc sau mạch lọc trong mạch

- Hai kiểu mạch ổn định điện áp là mạch ổn định song song và mạch ổn định nối tiếp

- Mạch ổn định nối tiếp hiệu quả hơn và vì vậy thông dụng hơn mạch ổn định song song

- Các mạch nhân áp là mạch có khả năng cho các mức điện áp DC cao hơn mức điện áp vào mà không cần biến áp

- Các bộ nhân đôi điện áp và nhân ba điện áp là các mạch nhân áp

- Một mạch bẩy áp là mạch được thiết kế để bảo vệ quá điện áp

- Cầu chì sẽ bảo vệ mạch khỏi sự quá tải về dòng điện

- Các cầu chì được phân loại thành cầu chì thông thường và cầu chì nổ chậm

- Các bộ ngắt điện sẽ thực hiện bảo vệ mạch như các cầu chì nhưng không phải thay dây chì sau mổi lần có quá tải

Câu hỏi chương 10:

1 Bốn vấn đề khi chọn biến áp cho một bộ nguồn là gì ?

2 Chức năng của biến áp trong một bộ nguồn cung cấp là gì ?

3 Chức năng của bộ chỉnh lưu sử dụng trong bộ nguồn cung cấp là gì ?

4 Có các ưu, nhược điểm nào giữa bộ chỉnh lưu toàn kỳ và bộ chỉnh lưu bán kỳ ?

5 Giải thích quá trình một tụ lọc biến đổi điện áp DC dạng đập mạch thành điện áp DC phẳng như thế nào

6 Khi chọn tụ lọc dựa trên cơ sở nào ?

7 Bộ ổn định nối tiếp duy trì điện áp ra ở mức không đổi như thế nào ?

8 Các thông số của mạch cần phải biết khi khi chọn mạch ổn định là gì ?

9 Các mạch nhân áp thích hợp với thực tế sử dụng nào ?

10 Mạch nhân đôi điện áp toàn kỳ có các ưu điểm nào so với mạch nhân đôi điện áp bán kỳ ?

11 Có các loại mạch nào dùng để bảo vệ quá điện áp ?

12 Có các loại dụng cụ nào dùng để bảo vệ quá dòng điện ?

Nội dung chính của chương bao gồm:

- Mô tả chức năng của một bộ khuyếch đại

- Ba cấu hình cơ bản của mạch khuyếch đại bằng BJT

- Các chế độ làm việc của bộ khuyếch đại

- Nguyên lý hoạt động của bộ khuyếch đại ghép trực tiếp, bộ khuyếch đại audio,bộ khuyếch đại video,

bộ khuyếch đại RF, bộ khuyếch đại IF, và bộ khuyếch đại thuật toán

- Sơ đồ khối của các kiểu mạch khuyếch đại khác nhau

Các bộ khuyếch đại là các mạch điện tử được sử dụng để làm tăng biên độ của tín hiệu điện tử Mạch được thiết kế để chuyển đổi mức điện áp thấp thành mức điện áp cao hơn thì được gọi là bộ khuyếch đại điện áp Một mạch được thiết kế để chuyển đổi mức dòng thấp thành mức dòng cao hơn thì gọi là

bộ khuyếch đại dòng điện

11.1 Các kiểu mạch khuyếch đại

Để có một BJT cho sự khuyếch đại, thì transsistor phải có khả năng nhận tín hiệu vào và tạo ra tín

hiệu ở đầu ra có biên độ lớn hơn so với biên độ tín hiệu vào

Tín hiệu vào sẽ điều khiển dòng điện chảy trong transistor, tức là điều khiển mức điện áp trên tải

Mạch transistor được thiết kế để nhận điện áp từ nguồn cung cấp ngoài (VCC) và tạo mức sụt áp trên

điện trở tải (RL) dưới dạng điện áp ra Điện áp ra sẽ được điều khiển bằng mức điện áp vào nhỏ

Transistor được sử dụng chính như một dụng cụ khuyếch đại Tuy nhiên, có nhiều cách để nhận được

sự khuyếch đại Transistor có thể được mắc theo ba cấu hình mạch khác nhau đó là: mạch base chung, mạch emitter chung, và mạch collector chung Ở mỗi cấu hình mạch, một trong ba điện cực

của transistor được sử dụng như điểm chung còn hai cực còn lại được dùng như đầu vào và đầu ra, và

có thể được lắp hoặc bằng transistor NPN, hoặc là transistor PNP Trong mỗi cấu hình khuyếch đại, tiếp giáp emitter - base của transistor được phân cực thuận, còn tiếp giáp collector - base được phân cực nghịch, và thường có các ưu - nhược điểm riêng

Ở mạch chung base (hình 11.1a), tín hiệu vào sẽ được đưa vào mạch emitter - base, còn tín hiệu ra được lấy ra từ mạch collector - base Cực base là phần tử chung cho cả mạch vào và mạch ra

Ở mạch chung emitter (hình 11.1b), tín hiệu vào được đưa vào mạch base - emitter, còn tín hiệu ra được lấy ra từ mạch collector - emitter Cực emitter là chung cho cả mạch vào và mạch ra Đây là phương pháp mắc mạch transistor thông dụng nhất

Kiểu mắc mạch thứ ba là mạch chung collector (hình 11.1b) Ở cấu hình này, tín hiệu vào được đưa vào mạch base - collector, còn tín hiệu ra được lấy ra từ mạch emitter - collector Ở đây, collector là cực chung cho cả mạch vào và mạch ra Mạch collector chung thường được sử dụng như một mạch phối hợp trở kháng

Bảng 11.1, cho biết các đặc tính của ba cấu hình mạch khuyếch đại gồm điện trở vào và ra, các hệ số khuyếch đại điện áp, dòng điện, và công suất Hình 11.2, là quan hệ về pha của dạng sóng vào và ra cho ba cấu hình mạch Chú ý rằng, cấu hình emitter chung cho sự đảo pha giữa tín hiệu vào và ra

Bảng 11.1: Các đặc tính của mạch khuyếch đại

KIỂU MẠCH ĐIỆN TRỞ VÀO ĐIỆN TRỞ RA HỆ SỐ KHUYẾCH ĐẠI ĐIỆN ÁP HỆ SỐ KHUYẾCH ĐẠI DÒNG ĐIỆN HỆ SỐ KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

EMITTER CHUNG Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Cao

Câu hỏi mục 11.1:

1 Vẽ sơ đồ mạch của ba cấu hình mạch khuyếch đại cơ bản bằng transistor

2 Liệt kê các đặc tính của:

a mạch base chung, b mạch emitter chung, c mạch collector chung

3 Lập bảng thể hiện quan hệ về pha giữa tín hiệu vào và ra của ba cấu hình mạch transistor

4 Lập bảng thể hiện điện trở vào và ra của ba cấu hình mạch transistor

5 Lập bảng thể hiện hệ số khuyếch đại điện áp, dòng điện, và công suất của ba kiểu mạch BJT

11.2 Phân cực cho mạch khuyếch đại

Các cấu hình cơ bản của mạch khuyếch đại bằng transistor là base chung, emitter chung và collector chung Tất cả đều yêu cầu hai mức điện áp để phân cực thích hợp Tiếp giáp base - emitter phải được phân cực thuận và tiếp giáp base - collector phải được phân cực nghịch Tuy nhiên, cả hai mức điện áp phân cực có thể được cung cấp từ một nguồn đơn

Bởi vì kiểu mạch emitter chung thường được sử dụng nhiều nhất, nên sẽ được mô tả chi tiết ở đây Cùng một nguyên tắc áp dụng cho mạch base chung và collector chung

Mạch khuyếch đại emitter chung sử dụng nguồn điện áp đơn (hình 11.3a), hay được vẽ đơn giản như ở

hình 11.3b Nguồn điện áp ký hiệu là + VCC Ký hiệu mức đất là đầu âm của nguồn điện áp VCC Nguồn điện áp đơn sẽ cung cấp phân cực thích hợp cho hai tiếp giáp base - emitter và base - collector Hai

điện trở (RB và RL) dùng để phân bố mức điện áp làm việc thích hợp Điện trở RL, là điện trở tải collector, mắc nối tiếp với cực collector Khi có dòng collector chảy qua transistor, sẽ có sụt áp trên

điện trở RL và sụt áp ngang qua tiếp giáp collector - emitter của transistor phải cộng với nhau để bằng tổng điện áp đặt vào

Điện trở RB, được mắc giữa cực base và nguồn điện áp, sẽ điều khiển mức dòng chảy qua cực base

Dòng base chảy qua điện trở RB sẽ tạo ra sụt áp trên điện trở Phần lớn mức điện áp từ nguồn cung cấp

là được sụt giảm trên điện trở RB Một lượng nhỏ sụt áp trên tiếp giáp base - emitter của transistor, để tạo nên mức phân cực thuận thích hợp

Nguồn điện áp đơn có thể cung cấp các điện áp phân cực thuận và phân cực ngược cần thiết Đối với transistor NPN, collector và base của transistor cần phải dương hơn so với emitter, nên nguồn điện áp

có thể được nối đến base và collector qua các điện trở RB và RL, tạo thành mạch phân cực base, do

dòng base được điều chỉnh bởi điện trở RB và nguồn điện áp

Tín hiệu vào được đưa vào giữa base và emitter của transistor hay giữa đầu vào và đất Tín hiệu vào hoặc làm tăng hoặc làm giảm mức điện áp phân cực thuận trên tiếp giáp emitter, làm thay đổi dòng

collector, tức là làm cho điện áp trên RL thay đổi Tín hiệu ra sẽ được lấy giữa đầu ra và đất

Mạch hình 11.3a, thường không ổn định do mạch không thể bù các thay đổi ở dòng phân cực khi chưa

có tín hiệu đặt vào Sự biến thiên về nhiệt độ sẽ làm cho điện trở nội của transistor thay đổi, nên sẽ làm thay đổi các dòng phân cực, tức là làm dịch chuyển điểm làm việc của transistor, dẫn đến làm giảm hệ

số khuyếch đại của transistor Quá trình này được gọi là tính không ổn định do nhiệt

Có thể bù các thay đổi nhiệt độ trong mạch khuyếch đại bằng transistor, nếu lấy một phần tín hiệu ra không cần thiết để cung cấp trở lại đầu vào của mạch, tín hiệu sẽ làm giảm sự thay đổi nên được gọi là

hồi tiếp âm (hình 11.4a) Bằng cách sử dụng mạch hồi tiếp âm trong mạch là điện trở base RB được

mắc trực tiếp vào cực collector của transistor, dòng chảy qua điện trở RB được quyết định bởi điện áp

tại collector Nếu nhiệt độ tăng, làm cho dòng collector tăng, nên sụt áp trên RL tăng, sụt áp giữa

collector - emitter sẽ giảm xuống, làm giảm điện áp đưa đến RB, tức làm giảm dòng base, nên làm cho

dòng collector giảm Mạch phân cực như vậy được gọi là mạch hồi tiếp collector

Hình 11.4b, là một kiểu khác của mạch hồi tiếp Mạch tương tự mạch ở hình 11.3b, ngoại trừ điện trở

(RE) được mắc nối tiếp với cực emitter Các điện trở RB, RE, và tiếp giáp emitter - base của transistor

được mắc nối tiếp với điện áp nguồn VCC

Khi nhiệt độ tăng sẽ làm tăng dòng collector, dòng emitter cũng tăng theo, làm cho sụt áp trên điện trở

RE tăng lên nên sụt áp trên RB giảm xuống, làm giảm dòng base mà sẽ giảm cả dòng collector và dòng

emitter Do hồi tiếp được tạo ra tại emitter của transistor, nên mạch được gọi là mạch hồi tiếp emitter Nhược điểm đối với kiểu mạch hồi tiếp emitter là do tín hiệu vào ac sụt giảm trên điện trở RE cũng như

điện trở tải RL và transistor, làm sụt giảm hệ số khuyếch đại chung của mạch Bằng cách bổ sung tụ

ngang qua điện trở RE (hình 11.5), tín hiệu ac sẽ được rẽ mạch qua điện trở RE Tụ được gọi là tụ rẽ mạch [bypass capacitor]

Tụ rẽ mạch sẽ ngăn chặn các thay đổi điện áp đột ngột bất kỳ không xuất hiện trên điện trở RE do có

trở kháng thấp đối với tín hiệu ac Tụ rẽ mạch sẽ duy ổn định điện áp trên điện trở RE đồng thời không

làm ảnh hưởng đến tác dụng hồi tiếp được cho bởi điện trở RE

Mạch hồi tiếp phân áp (hình 11.6) còn cho độ ổn định cao hơn và là mạch thông dụng nhất Điện trở

RB được thay bằng hai điện trở R1 và R2, được mắc nối tiếp với điện áp nguồn VCC, sẽ chia điện áp

nguồn thành hai mức điện áp, tạo thành một mạch phân áp

Điện trở R2 sẽ làm giảm điện áp ít hơn so với điện trở R1 Điện áp tại base so với đất sẽ bằng sụt áp

trên điện trở R2 Mục đích của mạch phân áp là thiết lập mức điện áp không đổi trên cực base của

transistor so với đất Dòng chảy qua điện trở R2 cùng chiều dòng base nên đầu phía trên của điện trở R2

nối với base là dương so với đất

Do dòng emitter chảy qua điện trở RE,gây sụt áp trên điện trở RE là dương hơn tại đầu điện trở gắn với cực emitter Sụt áp trên tiếp giáp emitter - base là chênh lệch giữa hai mức sụt áp dương trên điện trở

R2 và điện trở RE Để có phân cực thuận đúng, điện áp base cần phải hơi dương hơn so với điện áp trên emitter (vào khoảng 0,7V đối với transistor Si)

Khi nhiệt độ tăng, các dòng collector và emitter cũng tăng theo Dòng emitter tăng làm tăng sụt áp trên

điện trở emitter RE, dẫn đến cực emitter trở nên dương hơn so với đất, nên điện áp phân cực thuận trên tiếp giáp emitter - base sẽ giảm xuống, làm giảm dòng base, kéo theo dòng collector và emitter giảm Tác động ngược lại sẽ xảy ra nếu nhiệt độ giảm, dòng base sẽ tăng lên, làm cho dòng collector và emitter tăng

Các mạch khuyếch đại đã đề cập ở trên được phân cực để tất cả tín hiệu vào ac đưa đến phải xuất hiện

tại đầu ra Trừ các mức điện áp cao hơn, tín hiệu ra phải có dạng như tín hiệu vào Một bộ khuyếch đại phải được phân cực để có dòng chảy suốt toàn bộ chu kỳ làm việc là bộ khuyếch đại chế độ A, hay còn gọi là lớp A (hình 11.7)

Bộ khuyếch đại được phân cực để có dòng ra chảy trong khoảng ít hơn một chu kỳ toàn bộ nhưng lớn hơn một nửa chu kỳ thì bộ khuyếch đại hoạt động ở chế độ AB (hình 11.8)

Bộ khuyếch đại được phân cực để có dòng ra chỉ chảy trong một nửa chu kỳ của tín hiệu vào thì bộ

khuyếch đại hoạt động ở chế độ B Chỉ một nửa chu kỳ tín hiệu vào ac là được khuyếch đại ở chế độ B

(hình 11.9)

Bộ khuyếch đại được phân cực để có dòng ra chảy ít hơn một nửa chu kỳ tín hiệu vào ac, thì bộ khuyếch đại đang hoạt động như một bộ khuyếch đại chế độ C Tín hiệu nhỏ hơn một nửa chu kỳ ac sẽ

được khuyếch đại ở chế độ C (hình 11.10)

Các mạch khuyếch đại chế độ A là mạch khuyếch đại cho độ tuyến tính tốt nhất trong số các kiểu mạch khuyếch đại đã được giới thiệu ở trên, cho độ méo dạng thấp nhất, nhưng cũng có các thông số

tín hiệu ra thấp hơn và có hiệu suất thấp nhất Mạch được ứng dụng phổ biến khi cần phải duy trì toàn

bộ tín hiệu như trong các bộ khuyếch đại tín hiệu âm tần [audio] ở các máy thu thanh và thu hình Tuy nhiên, do yêu cầu khả năng xử lý công suất cao hơn đối với hoạt động ở chế độ A, nên transistor thường được làm việc ở kiểu chế độ AB hoặc chế độ B

Các mạch khuyếch đại chế độ AB, B, và C cho độ méo dạng lớn, do chúng chỉ khuyếch đại một phần

của tín hiệu vào Để khuyếch đại tín hiệu vào ac toàn bộ, cần phải có hai transistor, mắc theo cấu hình

đẩy kéo (hình 11.11) Các bộ khuyếch đại chế độ B được dùng làm các tầng ra của hệ thống âm thanh nổi [stereo], và trong nhiều mạch điều khiển công nghiệp Các bộ khuyếch đại chế độ C, được sử dụng

ở các mạch khuyếch đại công suất cao và các máy phát chỉ khuyếch đại một tần số, chẳng hạn như sóng mang RF [Radio Frequency] dùng trong các máy phát thanh, phát hình

Câu hỏi mục 11.2:

1 Vẽ sơ đồ mạch của một bộ khuyếch đại emitter chung bằng transistor sử dụng nguồn điện áp đơn

2 Sự thay đổi nhiệt độ được bù như thế nào trong mạch khuyếch đại bằng transistor ?

3 Vẽ sơ đồ mạch của mạch hồi tiếp phân áp

4 Liệt kê các chế độ hoạt động của các mạch khuyếch đại và cách nhận dạng tín hiệu ra của từng mạch

5 Liệt kê các ứng dụng của mỗi chế độ khuyếch đại

11.3 Ghép nối mạch khuyếch đại

Để nhận được độ khuyếch đại cao hơn, cần phải nối các mạch khuyếch đại với nhau Tuy nhiên, để tránh điện áp phân cực của bộ khuyếch đại này khỏi ảnh hưởng đến sự hoạt động của bộ khuyếch đại

khác thì cần phải sử dụng kỹ thuật ghép tầng Yêu cầu phương pháp ghép tầng sử dụng không phá vỡ

chế độ làm việc (chế độ phân cực) của các mạch Các phương pháp ghép được sử dụng gồm ghép điện trở điện dung, ghép điện cảm, ghép bằng biến áp, và ghép trực tiếp

Ghép điện trở điện dung hay ghép RC bao gồm hai điện trở và một tụ được mắc như hình 11.12 Điện trở R3 là điện trở tải collector của tầng thứ nhất Tụ C1 là tụ chặn dc và ghép ac Các điện trở R5 và R6

là điện trở tải đầu vào và điện trở mang lại điện áp dc cho tiếp giáp base - emitter của tầng thứ hai

Cách ghép bằng điện trở - điện dung được dùng chủ yếu trong các bộ khuyếch đại âm tần [audio]

Tụ ghép C1 cần phải có dung kháng thấp để tối thiểu hoá độ suy giảm tần số thấp Điển hình, sử dụng trị số điện dung cao là 10 F đến 100 microfara Tụ ghép thường là tụ điện phân (tụ hoá)

Dung kháng của tụ ghép sẽ tăng lên khi tần số giảm xuống Giới hạn tần số thấp được xác định theo trị

số điện dung của tụ ghép Giới hạn tần số cao sẽ được quyết định theo loại transistor sử dụng

Phương pháp ghép bằng điện cảm tương tự như phương pháp ghép RC, nhưng sử dụng cuộn cảm thay

cho điện trở tải collector cho tầng thứ nhất của bộ khuyếch đại (hình 11.13) Nguyên lý hoạt động của

mạch ghép điện cảm giống như ghép RC, nhưng có ưu điểm là có điện trở dc ở các vòng dây của cuộn dây rất thấp Tín hiệu vào ac thể hiện trên cuộn cảm cũng như trên tải điện trở, nhưng cuộn cảm tiêu

thụ công suất thấp hơn so với điện trở, nên hiệu suất chung của mạch tăng lên Nhược điểm của việc ghép điện cảm là cảm kháng của cuộn dây tăng theo tần số, mà hệ số khuyếch đại điện áp thay đổi theo tần số, nên kiểu ghép điện cảm là lý tưởng cho việc khuyếch đại tần số đơn khi cần phải khuyếch đại một băng tần rất hẹp

Mạch ghép tầng bằng biến áp là hai tầng khuyếch đại được ghép thông qua một biến áp (hình 11.14)

Biến áp có thể phối hợp một cách hiệu quả một nguồn trở kháng cao với tải trở kháng thấp Nhược

điểm của cách ghép biến áp là kích thước lớn của biến áp và giá thành cao Cũng như mạch khuyếch đại ghép điện cảm, mạch khuyếch đại ghép biến áp chỉ hiệu quả đối với các băng tần hẹp

Khi tần số rất thấp hay tín hiệu dc cần được khuyếch đại, thì phải sử dụng kỹ thuật ghép trực tiếp (hình

11.15) Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp cho hệ số khuyếch đại dòng và áp đồng nhất trên một dãi

tần rộng Đây là kiểu mạch khuyếch đại có thể khuyếch đại các tín hiệu tần số từ 0 (dc) hertz đến vài

megahertz Tuy nhiên, các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được sử dụng tốt nhất với các tần số thấp Điểm hạn chế của các bộ khuyếch đại ghép trực tiếp là không ổn định Sự biến đổi bất kỳ ở dòng ra của tầng thứ nhất sẽ được khuyếch đại bởi tầng thứ hai, bởi vì tầng thứ hai được phân cực chủ yếu bởi tầng thứ nhất Để cải thiện độ ổn định cần phải sử dụng các linh kiện chính xác đắt tiền

Câu hỏi mục 11.3:

1 Bốn phương pháp ghép tầng cơ bản của các mạch khuyếch đại bằng transistor là gì ?

2 Ghép điện trở - điện dung được sử dụng chủ yếu ở loại mạch nào ?

3 Sự khác nhau giữa ghép điện trở - điện dung và ghép điện cảm là gì ?

4 Nhược điểm của ghép bằng biến áp là gì ?

5 Phương pháp ghép tầng nào được sử dụng cho các tín hiệu dc và tần số thấp ?

Tóm tắt nội dung của chương 11

- Các bộ khuyếch đại là các mạch điện tử dùng để làm tăng biên độ của tín hiệu điện tử

- Transistor được dùng chủ yếu như một dụng cụ khuyếch đại

- Ba cấu hình khuyếch đại bằng transistor là base chung, collector chung, và emitter chung

- Các mạch khuyếch đại collector chung được sử dụng để phối hợp trở kháng

- Các mạch khuyếch đại emitter chung sẽ tạo ra sự đảo pha của tín hiệu vào - ra

- Để phân cực đúng, tất cả các mạch khuyếch đại transistor cần hai mức điện áp

- Nguồn điện áp đơn có thể cung cấp hai mức điện áp phân cực thuận và phân cực ngược cần thiết bằng cách sử dụng mạch phân áp

- Mạch phân cực thường được sử dụng thông dụng nhất là mạch hồi tiếp phân áp

- Một bộ khuyếch đại transistor có thể được phân cực sao cho toàn bộ hay một phần của tín hiệu vào

có ở đầu ra

- Các mạch khuyếch đại chế độ A được phân cực để cho dòng ra chảy trong suốt chu kỳ

- Các mạch khuyếch đại chế độ AB được phân cực để cho dòng ra chảy trong khoảng thời gian ít hơn toàn bộ chu kỳ và lớn hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu vào

- Các mạch khuyếch đại chế độ B được phân cực để cho dòng ra chảy chỉ trong khoảng thời gian một nửa chu kỳ tín hiệu vào

- Các mạch khuyếch đại chế độ C được phân cực để cho dòng ra chảy trong khoảng thời gian ít hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu vào

- Các phương pháp ghép tầng được sử dụng để nối một transistor này đến một transistor khác bao gồm ghép tầng bằng điện trở - điện dung, ghép bằng điện cảm, ghép bằng biến áp, và ghép trực tiếp

- Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được sử dụng để cho hệ số khuyếch đại cao tại các tần số thấp

hay khuyếch đại tín hiệu dc

Câu hỏi chương 11:

1 Giải thích ngắn gọn transistor được sử dụng để cho sự khuyếch đại như thế nào ?

2 Tại sao mạch khuyếch đại emitter chung là cấu hình khuyếch đại bằng transistor được sử dụng phổ biến nhất ?

3 Yếu tố nào ảnh hưởng đến hệ số khuyếch đại của transistor, và cần phải thực hiện điều gì để bù ảnh hưởng đó ?

4 Chế độ làm việc của mạch khuyếch đại ảnh hưởng do việc phân cực mạch khuyếch đại như thế nào?

5 Yếu tố nào phải được đưa vào xem xét khi nối một mạch khuyếch đại với mạch khuyếch đại khác ?

6 Tần số làm việc của một mạch khuyếch đại ảnh hưởng như thế nào do phương pháp ghép tầng trong việc ghép các mạch khuyếch đại với nhau ?

Nội dung chính của chương gồm:

- Mô tả nguyên lý hoạt động của:

+ Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp

+ Các mạch khuyếch đại âm tần [audio]

+ Các mạch khuyếch đại ảnh [video]

+ Các mạch khuyếch đại cao tần [RF]

+ Các mạch khuyếch đại trung tần [IF]

+ Các mạch khuyếch đại thuật toán [op - amp]

- Nhận dạng sơ đồ mạch đối với các kiểu mạch khuyếch đại khác nhau

Mạch khuyếch đại được định nghĩa là một mạch điện tử được chế tạo để làm tăng biên độ của tín hiệu điện tử Các mạch khuyếch đại là một trong những mạch cơ bản nhất trong kỹ thuật điện tử Các mạch khuyếch đại sẽ làm cho mức tín hiệu lớn hơn Hệ số khuyếch đại là khả năng của mạch điện tử làm tăng biên độ của tín hiệu điện tử Trong chương này sẽ xét một số kiểu mạch khuyếch đại đáng chú ý

12.1 Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp

Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp hay ghép dc dùng để cung cấp hệ số khuyếch đại cao tại các

tần số thấp hoặc để khuyếch đại tín hiệu một chiều Mạch khuyếch đại dc cũng được sử dụng để loại

bỏ việc suy hao tần số qua một mạch ghép tầng Các ứng dụng của mạch khuyếch đại dc gồm có ở các

máy tính [computer], các thiết bị đo lường và thử nghiệm, và thiết bị điều khiển công nghiệp

Hình 12.1a, là mạch khuyếch đại dc đơn giản Mạch thường sử dụng nhất là mạch khuyếch đại emitter

chung, hình vẽ là mạch phân cực phân áp và hồi tiếp emitter Đây là kiểu mạch không sử dụng tụ ghép Tín hiệu vào được đưa trực tiếp đến base của transistor Tín hiệu ra được lấy trên collector

Mạch khuyếch đại dc có thể cho cả hệ số khuyếch đại điện áp và dòng điện Tuy nhiên, mạch được sử

dụng trước tiên như một mạch khuyếch đại điện áp Hệ số khuyếch đại điện áp là đồng nhất cho cả hai

loại tín hiệu ac và dc

Trong phần lớn các ứng dụng, bộ khuyếch đại một tầng là không đủ, nên để nhận được hệ số khuyếch

đại cao hơn cần phải có hai hoặc nhiều tầng hơn, được nối với nhau gọi là mạch khuyếch đại nhiều tầng Hình 12.1b, là bộ khuyếch đại hai tầng Tín hiệu vào sẽ được khuyếch đại bởi tầng thứ nhất Tín

hiệu đã được khuyếch đại sau đó sẽ được đưa đến base của transistor ở tầng thứ hai Hệ số khuyếch đại toàn bộ của mạch là tích của hai hệ số khuyếch đại điện áp của hai tầng Ví dụ, nếu cả hai tầng thứ nhất và thứ hai đều có hệ số khuyếch đại điện áp là 10, thì hệ số khuyếch đại toàn bộ của mạch là 100

Hình 12.1c, là kiểu mạch khuyếch đại dc hai tầng khác mạch hình (b) Cả hai transistor NPN và PNP đều được sử dụng, gọi là mạch khuyếch đại bù [complementary amplifier] Chức năng của mạch tương

tự như mạch ở hình 12.1b, chỉ khác là transistor ở tầng thứ hai là PNP Transistor PNP được đảo lại để emitter và collector được phân cực đúng

Hình 12.2, là mạch hai transistor được nối với nhau để có chức năng như transistor đơn, gọi là mạch Darlington Transistor Q1 được dùng để điều khiển độ dẫn điện của transistor Q2 Tín hiệu vào được đặt vào base của transistor Q1 sẽ điều khiển base của transistor Q2 Kiểu lắp Darlington có thể chung một vỏ với ba điện cực: emitter (E), base (B), và collector (C), được sử dụng như một mạch khuyếch

đại dc đơn giản nhưng cho hệ số khuyếch đại điện áp rất cao

Nhược điểm chính của các bộ khuyếch đại nhiều tầng là độ bất ổn định khi nhiệt độ làm việc tăng cao

Ở các mạch yêu cầu ba hay bốn tầng khuyếch đại dc, tầng ra cuối cùng có thể không khuyếch đại tín hiệu dc hay ac ban đầu nhưng mạch đã bị méo dạng lớn Mạch Darlington cũng có nhược điểm đó

Trong các ứng dụng, đòi hỏi cả hệ số khuyếch đại cao và độ ổn định nhiệt cần phải có kiểu mạch khác,

gọi là mạch khuyếch đại vi sai [differential amplifier] (hình 12.3) Mạch đáng chú ý ở đặc điểm có hai

đầu vào riêng biệt và có thể có một hay hai đầu ra Nếu tín hiệu vào được đặt vào đầu vào của transistor Q1, tín hiệu đã được khuyếch đại được tạo ra giữa đầu ra A và đất như ở một mạch khuyếch đại thông thường Tuy nhiên,một tín hiệu nhỏ cũng được biểu hiện trên điện trở R4 và được đưa đến emitter của transistor Q2 Transistor Q2 có chức năng như mạch khuyếch đại base chung nên sẽ khuyếch đại tín hiệu trên cực base của nó Tín hiệu ra đã được khuyếch đại sẽ được tạo ra giữa đầu ra

B và đất Tín hiệu ra được tạo ra tại B là đảo pha 180o so với tín hiệu ra tại A Điều này sẽ làm cho mạch khuyếch đại vi sai đa năng hơn nhiều so với mạch khuyếch đại thông thường

Mạch khuyếch đại vi sai thường không được sử dụng để nhận tín hiệu ra giữa cả hai đầu ra và đất Tín hiệu ra thường nhận được giữa đầu ra A và đầu ra B Do hai đầu ra có độ lệch pha 180o, nên điện áp ra lớn sẽ thể hiện giữa hai đầu ra Tín hiệu vào có thể đặt vào cả hai đầu vào

Mạch khuyếch đại vi sai có độ ổn định nhiệt cao, do transistor Q1 và Q2 lắp gần nhau nên cùng bị tác động bởi các thay đổi về nhiệt Ngoài ra, các dòng collector của hai transistor Q1 và Q2 có khuynh hướng tăng và giảm cùng một lượng, nên điện áp ra vẫn không đổi

Mạch khuyếch đại vi sai được sử dụng phổ biến trong các vi mạch và trong các thiết bị điện tử thông

dụng, dùng để khuyếch đại và / hoặc so sánh hai biên độ của cả tín hiệu dc và ac Có thể kết nối một

hay nhiều mạch khuyếch đại vi sai với nhau để nhận được hệ số khuyếch đại toàn bộ cao hơn Trong một vài trường hợp, mạch khuyếch đại vi sai được sử dụng làm tầng khuyếch đại thứ nhất cùng với các mạch khuyếch đại thông thường sử dụng trong các mạch tiếp theo Do tính đa năng và ổn định nhiệt, mạch khuyếch đại vi sai là kiểu mạch khuyếch đại ghép trực tiếp quan trọng nhất

Câu hỏi mục 12.1:

1 Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được dùng để làm gì ?

2 Loại mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được sử dụng đầu tiên là mạch nào ?

3 Vẽ sơ đồ mạch của các mạch sau:

a mạch khuyếch đại bù, b mạch Darlington, c mạch khuyếch đại vi sai

4 Mạch khuyếch đại vi sai khác mạch khuyếch đại thông thường như thế nào ?

5 Mạch khuyếch đại vi sai được sử dụng chủ yếu ở đâu ?

12.2 Các mạch khuyếch đại âm tần

Các mạch khuyếch đại âm tần khuyếch đại tín hiệu ac trong dãi tần số vào khoảng từ 20 đến 20kHz

Mạch có thể khuyếch đại toàn bộ dãi âm tần hay chỉ một phần nhỏ của dãi âm tần

Các bộ khuyếch đại âm tần được phân thành hai loại: các bộ khuyếch đại điện áp và các bộ khuyếch

đại công suất Các bộ khuyếch đại điện áp dùng chủ yếu để tạo ra hệ số khuyếch đại điện áp cao Các

bộ khuyếch đại công suất sử dụng để phân chia một lượng công suất lớn đến tải Ví dụ, một bộ

khuyếch đại điện áp điển hình được sử dụng để làm tăng mức điện áp của tín hiệu lên nhiều để điều khiển bộ khuyếch đại công suất Bộ khuyếch đại công suất sau đó sẽ cung cấp mức tín hiệu ra cao trên tải chẳng hạn như một loa hoặc thiết bị công suất cao khác Thông thường, các mạch khuyếch đại điện

áp được phân cực để làm việc như một bộ khuyếch đại chế độ A, còn mạch khuyếch đại công suất được phân cực để làm việc như một bộ khuyếch đại chế độ B

Hình 12.4, là mạch khuyếch đại điện áp đơn giản Mạch thể hiện là mạch emitter chung, được phân cực ở chế độ A để tạo ra độ méo nhỏ nhất Mạch khuyếch đại có thể cho hệ số khuyếch đại điện áp lớn

trên một dãi tần rộng Do các tụ ghép nên mạch không thể khuyếch đại tín hiệu dc

Hai hay nhiều mạch khuyếch đại có thể được nối với nhau để tạo ra độ khuyếch đại lớn hơn Các tầng

có thể ghép RC hay ghép bằng biến áp Ghép bằng biến áp có hiệu suất cao hơn Biến áp được sử dụng

để phối hợp trở kháng vào và ra của hai tầng, giữ cho tầng thứ nhất khỏi sự sụt giảm do quá tải của

tầng thứ hai Sự giảm do quá tải là trạng thái khi mạch có tải quá lớn và các ảnh hưởng xấu ở đầu ra do dòng điện quá cao Biến áp được sử dụng liên kết hai tầng với nhau được gọi là biến áp nối tầng

Khi đã có mức điện áp cao, mạch khuyếch đại công suất được sử dụng để truyền tín hiệu đến tải Các mạch khuyếch đại công suất được thiết kế để truyền đến tải quy định nên được ước tính vài watt Tải điển hình có thể thay đổi từ 4 đến 16

Hình 12.5, là mạch khuyếch đại công suất bằng hai transistor gọi là mạch khuyếch đại đẩy kéo Nửa

phía trên của mạch là đối xứng với nửa phía dưới Mỗi nửa là một mạch khuyếch đại đơn Điện áp ra được thể hiện trên cuộn sơ cấp của biến áp trong suốt nửa bán kỳ của tín hiệu vào Cả hai transistor được phân cực hoặc là ở chế độ AB hoặc là chế độ B Đầu vào mạch khuyếch đại đẩy kéo yêu cầu hai tín hiệu bù nhau, tức là một tín hiệu phải được đảo so với tín hiệu khác Tuy nhiên, cả hai tín hiệu phải

có cùng biên độ và cùng tần số Mạch tạo ra tín hiệu bù được gọi là mạch chia pha [phase splitter]

Hình 12.6, là mạch đảo pha dùng một transistor Hai tín hiệu ra bù nhau sẽ được lấy trên collector và emitter của transistor Mạch chia tách pha làm việc như một mạch khuyếch đại chế độ A để có độ méo

dạng thấp nhất Cần phải có hai tụ ghép tầng để tránh sự chênh lệch giữa hai mức điện áp dc trên

collector và emitter

Mạch khuyếch đại đẩy kéo không cần mạch đảo pha được gọi là mạch khuyếch đại đẩy kéo bù hay hổ

bổ [complementary push-pull amplifier], sử dụng transistor NPN và PNP để thực hiện hoạt động đẩy

kéo (hình 12.7) Hai transistor được mắc nối tiếp hai emitter với nhau Khi mỗi transistor được phân cực đúng, thì sẽ có 0,7V giữa base và emitter hoặc 1,4V giữa hai base Hai diode dùng để giữ cố định mức điện áp chênh lệch là 1,4V Tín hiệu ra được lấy từ điểm giữa hai emitter qua một tụ ghép tầng Đối với các bộ khuyếch đại có công suất lớn hơn 10W, để có hai transistor NPN và PNP cân xứng, tức

là để bảo đảm hai transistor có các thông số như nhau là khó tìm và đắt tiền Do vậy, thường sử dụng hai transistor NPN cho cả hai transistor công suất ra như mạch hình 12.8 Transistor công suất được điều khiển bằng hai transistor NPN và PNP công suất thấp hơn, trong đó cặp transistor phía trên được

mắc theo mạch darlington, còn cặp transistor phía dưới sử dụng một transistor PNP và một transistor NPN, nguyên lý hoạt động như một transistor đơn, đáp ứng giống như một transistor PNP Kiểu mạch

khuyếch đại này được gọi là mạch khuyếch đại gần như hỗ bổ hay tựa bù [quasi-complementary

amplifier] Mạch hoạt động giống như mạch khuyếch đại bù nhưng không cần các transistor bù công suất cao ở đầu ra

Do mức công suất lớn được tạo ra bởi các mạch khuyếch đại công suất, nên một số cấu kiện bán dẫn sẽ phát nhiệt Để giúp giải nhiệt ở các cấu kiện công suất, cần sử dụng cánh tản nhiệt Cánh tản nhiệt là dụng cụ bằng kim loại truyền nhiệt tốt, có diện tích lớn mà từ đó nhiệt có thể bức xạ Hình 12.9, là các kiểu cánh tản nhiệt khác nhau được sử dụng cho transistor

Câu hỏi mục 12.2:

1 Các mạch khuyếch đại audio được sử dụng cho dãi tần số nào ?

2 Hai kiểu mạch khuyếch đại audio là gì ?

3 Biến áp nối tầng là gì ?

4 Vẽ sơ đồ các mạch sau:

a Mạch khuyếch đại đẩy kéo b Mạch khuyếch đại đẩy kéo bù c Mạch khuyếch đại tựa bù

12.3 Các mạch khuyếch đại video

Các mạch khuyếch đại video là các mạch khuyếch đại băng rộng được sử dụng để khuyếch đại tín

hiệu video (ảnh) Dãi tần số của các mạch khuyếch đại video lớn hơn dãi tần của mạch khuyếch đại audio, mở rộng từ vài hertz đến 5 hay 6MHz Ví dụ, máy thu hình cần độ rộng băng tần đồng nhất từ 60Hz đến 4MHz Rada cần độ rộng băng tần từ 30Hz đến 2MHz Trong các mạch đó sử dụng các dạng sóng răng cưa hoặc xung, bao gồm dãi tần từ một phần mười tần số thấp nhất đến mười lần tần số cao nhất Cần dãi tần số mở rộng bởi vì các dạng sóng phi sin có nhiều sóng hài và chúng phải được khuyếch đại như nhau

Do các mạch khuyếch đại video yêu cầu độ đồng đều cao về đáp ứng tần số, nên chỉ sử dụng ghép trực

tiếp hay ghép RC Ghép tầng trực tiếp sẽ cho đáp ứng tần số tốt nhất, mặt khác ghép RC có các lợi điểm kinh tế Các mạch khuyếch đại ghép RC cũng có đáp ứng bằng phẳng ở khoảng giữa dãi tần, tức

là thích hợp cho các mạch khuyếch đại video Đáp ứng bằng phẳng là thuật ngữ được sử dụng để chỉ

hệ số khuyếch đại của một mạch khuyếch đại chỉ thay đổi nhẹ trong phạm vi dãi tần quy định Đặc tuyến được vẽ cho mạch khuyếch đại như vậy hầu như là một đường thẳng, do vậy gọi là "đáp ứng bằng phẳng"

Yếu tố hạn chế đáp ứng tần số cao trong mạch khuyếch đại bằng transistor là tụ song song trong mạch (tụ ký sinh), nghĩa là có một giá trị điện dung nhỏ tồn tại giữa hai tiếp giáp của transistor Điện dung được quyết định bởi kích cở của tiếp giáp và khoảng cách giữa các cực của transistor Đúng hơn điện dung bị ảnh hưởng bởi sự phân cực ở tiếp giáp Tiếp giáp base - emitter được phân cực thuận có điện dung lớn hơn so với tiếp giáp collector - base được phân cực ngược Để làm giảm ảnh hưởng của điện dung song song và làm tăng đáp ứng tần số trong các mạch khuyếch đại video bằng transistor phải sử dụng các cuộn dây khuyếch đại tần số cao Hình 12.9, là phương pháp khuyếch đại tần số cao song song [shunt-peaking] Một điện cảm nhỏ được mắc nối tiếp với điện trở tải Ở dãi tần số thấp và trung bình, cuộn dây cao tần sẽ có ít ảnh hưởng lên đáp ứng của mạch khuyếch đại Ở dãi tần số cao hơn, điện cảm sẽ cộng hưởng với điện dung của mạch, dẫn đến làm tăng trỏ kháng ra và làm tăng hệ số khuyếch đại

Một phương pháp khác là lắp đặt một điện cảm nhỏ nối tiếp với tụ ghép giữa hai tầng Phương pháp