Định nghĩa và phân loại mạch khuếch đại công suất – 123docz.net

Bài 3 : Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A

3.1. Định nghĩa và phân loại mạch khuếch đại công suất

3.1.1 Định nghĩa

Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụtạo ra một công suất đủlớn đểkích thích
tải. Công suất ra có thểtừvài trăm mw đến vài trăm watt. Nhưvậy mạch công suất làm
việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thểdùng mạch tương đương tín
hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị.

Các mạch khuếch đại đã được nghiên cứu ở bài trước, tín hiệu ra của các mạch
đều nhỏ (dòng và áp tín hiệu). Để tín hiệu ra đủ lớn đáp ứng yêu cầu điều khiển các
tải, Ví dụ như loa, môtơ, bóng đèn…ta phải dùng đến các mạch khuếch đại công suất.
để tín hiệu ra có công suất lớn đáp ứng các yêu cầy về kỹ thuật của tải như độ méo phi
tuyến, hiệu suất làm việc…vì thế mạch công suất phải được nghiên cứu khác các mạch
trước đó.

Vậy tầng công suất là tầng khuếch đại cuối cùng của bộ khuếch đại. Nó có nhiệm
vụ cho ra tải một công suất lớn nhất có thể, với độ méo cho phép và đảm bảo hiệu suất
cao.

Do khuếch đại tín hiệu lớn, Tranzior làm việc trong vùng không tuyến tính nên
không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ nghiên cứu mà phải dùng đồ thị.

3.1.2. Phân loại

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

– Khuếch đại công suất loại A: Tín hiệu được khuếch đại gần nhưtuyến tính, nghĩa
là tín hiệu ngõ ra thay đổi tuyến tính trong toàn bộchu kỳ360ocủa tín hiệu ngõ vào
(Transistor hoạt động cảhai bán kỳcủa tín hiệu ngõ vào).Chế độ A: Là chế độ
khuếch đại cả hai bán kỳ (Dương và Âm của tín hiệu hìn sin) ngõ vào.Chế độ này
có hiệu suất thấp (Với tải điện trở dưới 25%)nhưng méo phi tuyến nhỏ nhất, nên
được dùng trong các trường hợp đặc biệt.

– Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ởgần vùng ngưng. Tín
hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳcủa tín hiệu vào (Transistor hoạt động
hơn một nữa chu kỳ- dương hoặc âm – của tín hiệu ngõ vào). Chế độ AB:Có tính
chất chuyển tiếp giữa A và B. Nó có dòng tĩnh nhỏ để tham gia vào việc giảm méo
lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ

– Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại VBE=0 (vùng ngưng).
Chỉmột nữa chu kỳâm hoặc dương – của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại.. Chế
độ B: Là chế độ khuếch đại một bán kỳ của tín hiệu hìn sin ngõ vào, đây là chế độ
có hhiệu suất lớn (h=78%), tuy méo xuyên giao lớn nhưng có thể khắc phục bằng
cách kết hợp với chế độ AB và dùng hồi tiếp âm

Khuếch đại công suất loại C: Transistor được phân cực trong vùng ngưng
đểchỉmột phần nhỏhơn nữa chu kỳcủa tín hiệu ngõ vào được khuếch đại. Mạch này
thường được dùng khuếch đại công suất ởtần sốcao với tải cộng hưởng và trong các

ứng dụng đặc biệt. Chế độ C: Khuếch đại tín hiệu ra nhỏ hơn nửa tín hiệu sin, có hiệu
suất khá cao (> 78%)nhưng méo rất lớn. Nó được dùng trong các mạch khuếch đại cao
tần có tải là khung cộng hưởng để chọn lọc sóng đài mong muốn và để có hiệu suất
cao.

* Chế độ D: Tranzito làm việc như một khoá điện tử đóng mở. Dưới tác dụng
của tín hiệu vào điều khiển Tranzito thông bão hoà là khoá đóng, dòng điện chạy qua
tranzito IC đạt giá trị cực đại, còn khoá mở khi Tranzito ngắt dòng qua Tranzito
bằng không IC=0.

Ngoài cách phân loại như trên thực tế phân tích mạch trong sửa chữa người ta có
thể chia mạch khuếch đại công suất làm hai nhóm. Các mạch khuếch đại công suất
được dùng một Tranzito gọi là khuếch đại đơn, Các mạch khuếch đại công suất dùng
nhiều Tranzito gọi là khuếch đại kép.

H 4.1 Mô tả việc phân loại các mạch khuếch đại công suất
3.2. Mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A có tải là điện trở

Mục tiêu:

+ Mô tả và gải thích mạch khuếch đại công suất
+ Phân biệt được mạch khuếch đại công suất

Hình 4.2: Mạch khuếch đại công suất loại A dùng tải điện trở

Xem hình 4.2 là một tầng khuếch đại công suất, với các điện trở R1, R2 và Re sẽ
được tính toán sao cho BJT hoạt động ở chế độ lớp A. Nghĩa là phân cực chọn điểm Q
nằm gần giữa đường tải (Hình 4.1 ). Và để có tín hiệu xoay chiều khuếch đại tốt ở cực
thu hạng A, ta có: VCE(Q)≅ VCC /2.

Công suất cung cấp: Pi (DC) = VCC . IC (Q)
Công suất trên tải Rc của dòng xoay chiều:

Lớp A tiêu hao tốn nhiều công suất, nhất là ở mức tín hiệu rất thấp. Một lý do làm cho
khuếch đại lớp A mất công suất nhiều là do nguồn DC bị tiêu tán trên tải

3.2.2. Nguyên lý hoạt động.

Mạch khếch đại công suất chế độ A dùng tải điện trở:

Trong mạch khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi đối xứng xung quanh
điểm làm việc tĩnh. Xét tầng khuếch đại đơn mắc EC và mạch này có hệ số khuếch đại
lớn và méo nhỏ. Chỉ xét mạch ở nguồn cấp nối tiếp như sau

Trong đó:

– Q: Tranzito khuếch đại công suất
– Rc: Điện trở tải

– Rb: Điện trở phân cực
– C: Tụ lên lạc tí hiệu ngõ vào

– Vi: Tín hiệu ngõ vào tầng khuếch đại công suất
Trong đó:

– Q: Tranzito khuếch đại công suất
– Rc: Điện trở tải

– Rb: Điện trở phân cực
– C: Tụ lên lạc tí hiệu ngõ vào

– Vi: Tín hiệu ngõ vào tầng khuếch đại công suất
– Vo: Tín hiệu ngõ ra tầng khuếch đại công suất

Chế độ tĩnh:

Dòng phân cực một chiều được tính theo công thức Vcc và Rb:

Rb
Vcc
Ib= -0,7

Tương ứng với dòng cực C là:
Ib
Ic=b.
Điện áp Vce:
Rc
Ic
Vcc
Vce= – .

Từ giá trị Vcc ta vẽ được đường tải một chiều AB. Từ đó xác định được điểm
làm việc Q tương ứng vói IBQtrên đặc tuyến ra. Hạ đường chiếu từ điểm Q đến hai trục
toạ độ sẽ được ICQ và VCEQ

Hình 4.16: Đặc tuyến làm việc của Tranzitor

3.2.3. Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tảilà điện trở.
là điện trở.

v Chế độ động:

Khi có một tín hiệu AC được đưa đến đầu vào của bộ khuếch đại, dòng điện và
điện áp sẽ thay đổi theo đường tải một chiều.

Một tín hiệu đầu vào nhỏ sẽ gây ra dòng điện cực B thay đổi xung quanh điểm
làm việc tĩnh, dòng cực C và điện áp Vce cũng thay đổi xung quanh điểm làm việc
này.

Khi tín hiệu vào lớn biến thiên xa hơn so với điểm làm việc tĩnh đã được thiết lập
từ trước. dòng điện Ic và điện áp Vce biến htiên và đạt đến giá trị giới hạn. Đối với
dòng điện, giá trị giới hạn này thấp nhất Imin =0, và cao nhất Imass =Vc/Rc. Đối với
điện áp Vce, giới hạn thấp nhất Vce =0v, và cao nhất Vce =Vcc.

3.2.4. Lắp ráp và cân chỉnh mạch

v Công suất cung cấp từ nguồn một chiều:

Ic
Vcc
P= .
v Công suất ra:
+ Tính theo giá trị hiệu dụng:
Ic
Vce
Po= .
Rc
I
Po= c2.

Rc
V
Po c
2
=
+ Tính theo gá trị đỉnh:
Rc
I
Ic
Vce
Po c .
2
2
. 2
=
=
Rc
V
Po ce
.
2
2
=
+ Tính theo giá trị đỉnh – đỉnh:
8
.Ic
Vce
Po=
Rc
I
Po c .
8
2
=
Rc
V
Po ce
8
2
=

v Hiệu suất mạch: Hiệu suất của một mạch khuếch đại phụ thuộc tổng công suất
xoay chiều trên tảI và tổng công suất cung cấp từ nguồn 1 chiều. Hiệu suất được
tính theo công thức sau:

100
.
P
Po
=
h %
Po:Công suất ra

P:Công suất cung cấp từ nguồn một chiều

3.3. Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghép biến áp3.3.1. Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện.
3.3.1. Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện.

3.3.2. Nguyên lý hoạt động.

Đây là mạch khuếch đại công suất chế độ A với hiệu suất tối đa khoảng 50%, sử dụng
biến áp để lấy tín hiệu ra đến tải Rt hình 4.3. Biến áp có thể tăng hay giảm điện áp và
dòng điện theo tỉ lệ tính toán trước.

Sự biến đổi điện áp theo biểu thức:
1
2
2
1
N
N
V
V
=

3.3.4. Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghépbiến áp.
biến áp.

Bài 4: Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB4.1. Những vấn đề chung về mạch khuếch đại công suất đẩy kéo
4.1. Những vấn đề chung về mạch khuếch đại công suất đẩy kéo

4.1.1. Sơ đồ nguyên lý

Ở chế độ B, tranzito sẽ điều khiển dòng điện ở mỗi nửa chu kỳ của tín hiệu. Để
lấy được cả chu kỳ của tín hiệu của tín hiệu đầu ra, thì cần sử dụng 2 tranzito, mỗi
tranzito được sử dụng ở mỗi nửa chu kỳ khác nhau của tín hiệu, sự hoạt động kết hợp
sẽ cho ra chu kỳ đầy đủ của tín hiệu.

Hình 4.4 Mạch khuếch đại đẩy kéo dùng biến áp

4.1.2. Nhiệm vu linh kiện

R1, R2: Mạch phân cực

Q1, Q2: Tranzito khuếch đại công suất.
T1: biến áp ghép tín hiệu ngõ vào

T2: Biến áp ghép tín hiệu ngõ ra.
Rt: Tải ngõ ra

Ưu điểm của mạch là ở chế độ phân cực tĩnh không tiêu thụ nguồn cung cấp do 2
Tranzito không dẫn điện nên không tổn hao trên mạch. Mặt khác do không dẫn điện
nên không sảy ra méo do bão hoà từ. Hiệu suất của mạch đạt khoảng 80%.

Nhược điểm của mạch là méo xuyên giao lớn khi tín hiệu vào nhỏ, khi cả hai vế
khuếch đại không được cân bằng.

4.1.3. Nguyên lý hoạt đông

Nguyên lý hoạt động của mạch: Tín hiệu ngõ vào được ghép qua biến áp T1 để
phân chia tín hiệu đưa và cực B của hai Tranzito .ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu ngõ
vào Q1 được phân cực thuận nên dẫn điện, Q2 bị phân cực nghịch nên không dẫn. ở
nửa chu kỳ âm của tín hiệu ngõ vào Q1 bị phân cực nghịch nên không dẫn, Q2 được
phân cực thuận nên dẫn điện. Trong thời gian không dẫn điện trên Tranzito không có
dòng điện nguồn chảy qua chỉ có dòng điện rỉ Iceo rất nhỏ chảy qua.ở biến áp T2 ghép
tín hiệu ngõ ra dòng điện chạy qua 2 Tranzito được ghép trở lại từ hai nửa chu kỳ để
ở ngõ ra cuộn thứ cấp đến Rt tín hiệu được phục nguyên dạng toàn kỳ ban đầu. Tại
thời điểm chuyển tiếp làm việc của 2 Tranzito do đặc tính phi tuyến của linh kiện bán
dẫn và đặc tính từ trễ của biến áp sẽ gây ra hiện tượng méo xuyên giao (méo điểm
giao).Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể mắc các mạch bù đối xứng.

4.2. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB4.2.1. Sơ đồ nguyên lý.
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý.

4.2.2. Nguyên lý hoat đông

Mạch khuếch đại công suất ghép trực tiếp mục đích là để bù méo tạo tín hiệu đối
xứng chống méo xuyên giao, đựơc sử dụng chủ yếu là cặp Tranzito hổ bổ đối xứng
(là 2 tranzito có các thông số kỹ thuật hoàn toàn giống nhau nhưng khác loại PNP và
NPN, đồng thời cùng chất cấu tạo) hình 4.19.

Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch:
C: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ vào

Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại công suất hổ bổ đối xứng

Mạch có đặc điểm là nguồn cung cấp cho mạch phải là 2 nguồn đối xứng, khi
không đảm bảo yếu tố này dạng tín hiệu ra dễ bị méo nên thông thường nguồn cung
cấp cho mạch thường được lấy từ các nguồn ổn áp.

Hoạt động của mạch: Mạch được phân cực với thiên áp tự động. ở bán kỳ dương
của tín hiệu Q1 dẫn dòng điện nguồn dương qua tải Rt, Q2 tắt không cho dòng điện
nguồn qua tải. ở bán kỳ âm của tín hiệu Q2 dẫn dòng nguồn âm qua tảI Rt, Q1 tắt.

Mạch này có ưu điểm đơn giản, chống méo hài, hiệu suất lớn và điện áp phân cực
ngõ ra »0v nên có thể ghép tín hiệu ra tải trực tiếp. Nhưng dễ bị méo xuyên giao và
cần nguồn đối xứng làm cho mạch điện cồng kềnh, phức tạp đồng thời dễ làm hư hỏng
tải khi Tranzito bị đánh thủng.Để khắc phục nhược điểm này thông thường người ta
dùng mạch ghép ra dùng tụ.

Bài 5: Mạch khuếch đại công suất đây kéo nối tiếp OCL hoạt động ở chế độ AB5.1. Định nghĩa.
5.1. Định nghĩa.

+ Q 1 và Q 2 hoàn toàn giống nhau về đặc tính và cùng loại NPN .
+ Sử dụng nguồn đối xứng .

+ Dùng mạch đảo pha phía trước .

5.2. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OCL hoạt động ở chế độ AB5.2.1. Sơ đồ nguyên lý
5.2.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.6 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép tụ

5.2.2. Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch:

Q1, Q2: Cặp tranzito khuếch đại công suất
Q3: Đảo pha tín hiệu

R1, R2: Phân cực cho Q1, Q2 đồng thời là tải của Q3

R3, VR: Lấy một phần điện áp một chiều ngõ ra quay về kết hợp với R4 làm điện
áp phân cực cho Q3 làm hồi tiếp âm điện áp ổn định điểm làm việc cho mạch.

C1: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ vào.
C2: Tụ liên lạc tín hiệu ngõ ra đến tải.

Mạch này có đặc điểm là có độ ổn định làm việc tương đối tốt, điện áp
phân cực ngõ ra V0 = VCC/2 khi mạch làm việc tốt.

Nhưng có nhược điểm dễ bị méo xuyên giao nếu chọn chế độ phân cực cho 2 tranzito
Q1, Q2 không phù hợp hoặc tín hiệu ngõ vào có biên độ không phù hợp với thiết kế
của mạch và một phần tín hiệu ngõ ra quay trở về theo đường hồi tiếp âm làm giảm
hiệu suất của mạch để khắc phục nhược điểm này người ta có thể dùng mạch có dạng
ở hình 4.7:

Hình 4.7: Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép tụ cải tiến
Trong đó C3: Lọc bỏ thành phần xoay chiều của tín hiệu

D1, D2:Cắt rào điện áp phân cực cho Q1 và Q2,

Trên thực tế mạch có thể dùng từ 1 đến 4 điôt cùng loại để cắt rào điện thế.Ngoài ra
với sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện hiện nay các mạch công suất thường
được thiết kế sẵn dưới dạng mạch tổ hợp (IC) rất tiện lợi cho việc thiết kế mạch và
thay thế trong sửa chữa.

Bài 6 : Mạch khuếch đại công suất dùng IC

* Mục tiêu của bài: Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:

– Trình bày chính xác sơ đồ mạch điện và tác dụng của các linh kiện của mạch
khuếch đại công suất dùng IC.

– Phân tích đúng nguyên lý hoạt động các mạch khuếch đại công suất dùng IC.
– Lắp ráp và cân chỉnh chế độ các mạch khuếch đại công suất dùng IC.

– Chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa được các hỏng hóc của các mạch khuếch đại công
suất dùng IC.

– Cẩn thận đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ
– Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.

6.1. Mạch khuếch đại công suất dùng IC LA4440 6.1.1. Sơ đồ mạch điện
6.1.1. Sơ đồ mạch điện

H 4.8: Mạch khuếch đại công suất dung Mosfet

6.1.2. Chức năng nhiệm vu linh kiện

Phần này giới thiệu một mạch dùng MOSFET công suất với tầng đầu là một mạch
khuếch đại vi sai. Cách tính phân cực, về nguyên tắc cũng giống như phần trên. Ta chú
ý một số điểm đặc biệt:

– Q1 và Q2 là mạch khuếch đại vi sai. R2 để tạo điện thế phân cực cho cực nền của
Q1.R1, C1 dùng để giới hạn tần số cao cho mạch (chống nhiễu ở tần số cao).
– Biến trở R5 tạo cân bằng cho mạch khuếch đại visai.