Bài giảng Chương 6: Tầng khếch đại công suất

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 (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.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/P02. Chế độ công tác và định điểm làm việc môn Kỹ thuật điện tử2. 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.ticicubeubet2θ=T/2ic1PcMaxHyperbol P2AABBUCE MaxUCE môn Kỹ thuật điện tửLưu ý:Trong chế độ A tín hiệu được KĐ gần như tuyến tính với góc cắt θ=T/2=1800, khi tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh IC luôn lớn hơn biên độ dòng ra, do đó hiệu suất bộ KĐ chế độ A rất thấp (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 IcMax, dường thẳng ứng với UCEMax, đường cong phân cách với khu vực bão hòa và đường thẳng phân cách với khu vực tắt của TỞ chế độ động điểm lv có thể vượt ngoài Hyperbola P (vẫn đảm bảo Pth<Pthcho phép), nhưng Ko vượt quá các giới hạn khác. môn Kỹ thuật điện tử6.2 Những vấn đề chung về mạch điện tầng KĐ công suấtMạch 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 lớnTầng KĐ PChế độ AĐẩy kéo (thường dùng chế độ B hoặc AB)Đẩy kéo song songDẩy kéo nối tiếpT cùng loạiT khác loạiT cùng loạiT khác loại môn Kỹ thuật điện tử6.3 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 ECVới tín hiệu vào sin:Theo đặc tuyến ra xác định:Vậy: ~UCEICUCCRBRCIB môn Kỹ thuật điện tửCông suất ra lớn nhất khi có điều kiện:UCEMax-UCEmin~UCC tức biên độ xoay chiềuICMax-ICmin~2IC0 và RCopt=UCC/2IC0 vậyChú ý: đường tải càng nằm gần Hyperbola P thì Pr càng lớn. Khi ghép điện dung với tải cần phân biệt đường tải tĩnh và động, điện trở ra tối ưu: (RC//Rt)opt=UCC/2IC0Công suất cung cấp cho mạch:Vậy hiệu suất tối đa:ttiCiCUCEUCCUCEMUCEmUCEICMIC0ICm môn Kỹ thuật điện tử3.1 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= UCCIE0Vậy hiệu suất cực đại:UCCR1R2UBUEUCERt=RECp 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 KĐPT KĐ=PT KĐPT KĐ==UCCRtUCCRt//Nối tiếpSong songNối tiếp======= môn Kỹ thuật điện tử4.2 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 Ir0=0, áp ra Ur0=UCC.0IrIrUrUr0 môn Kỹ thuật điện tử4.3 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 họaUvBA1NaNbNbR1R2N1N1N2UrRtIC1IC2+-Ir môn Kỹ thuật điện tửĐặc điểm mạch điện:- R1; R2 chọn sao cho dòng tĩnh qua chúng nhỏ (Chế độ AB). Nếu R2=0 thì UB=0 tương ứng với chế độ B. Ở chế độ AB IC0 €(10 - 100μA). Do BA2 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=n2Rt (n là hệ số biến áp BA2 = N1/N2) 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 IC trung bình:Vậy công suất một chiều: môn Kỹ thuật điện tửChúng 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: môn Kỹ thuật điện tử4.4 Mạch đẩy kéo dùng T khác loạiBiên độ tín hiệu ra: m là hệ số tỷ lệ đặc trưng cân bằng giữa hai T, trong khoảng (0,1)Công suất ra:UvUr+Ucc-UccRtIEUCEUCEM=UCC môn Kỹ thuật điện tửCông 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: môn Kỹ thuật điện tửDòng emitter Max:Trở tải tối ưu:Tổng công suất ra:Tổng công suất tiêu thụ:Hiệu suất:Với mạch cân bằng m=1: môn Kỹ thuật điện tử4.5 Mạch đẩy kéo nối tiếp cùng loại môn Kỹ thuật điện tửMạch đẩy kéo cùng loại tự đảo pha môn Kỹ thuật điện tử4.6 Một số mạch mở rộng và cải thiện đặc tính1. Mạch bù trôi2. Nguồn đơn cực3. Mạch bù Boostrap4. Bổ xung mạch hạn dòng5. Mắc nối tiếp nhiều T để nâng áp ra môn Kỹ thuật điện tử4.6 Bài tập chương 4: Cho mạch như hình, các linh kiện có giá trị: Vcc=16V; R1=56KΩ; R2=20KΩ; Re=2KΩ; Rc=3.3KΩ; Rt=6.2KΩ; rd=100Ω; β=150; rce=500KΩ; UBE=0.7V.1. Nhận xét thuộc tính mạch điện2. Xác định điểm làm việc IBQ; ICQ; UCEQ và dùng đường tải tĩnh biểu diễn trên họ đặc tuyến ra.3. Tính toán các tham số của mạch Ku; Zv; Zr4. Tính toán và so sánh tham số động khi không có CE.+Vcc(16V)Rb1Rb2RcReC2CeRt môn Kỹ thuật điện tử