Khuếch đại công suất

12.3.5. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT • Những vấn đề chung: Là tầng cuối cùng mắc với tải. Chú ý chỉ tiêu năng lượng. • K.đại công suất có biến áp hay không dùng biến áp. • Ba chế độ thường gặp ở tầng K.đại công suất: chế độ A; AB; B. a. K.đại CS có biến áp ở chế độ A Dòng ra lớn nên RE không quá lớn. Công suất ra tải chịu ảnh hưởng của hiệu suất biến áp. a-b=0,8  0,9 Tính từ trễ của lõi biến áp ảnh hưởng đến đáp truyến tần số. Chú ý công suất tiêu hao trên mặt ghép của T1 để tính cánh toả nhiệt. Hiệu suất tiến tới giá trị tới hạn là 0.5 2b. K.đại CS đẩy kéo chế độ B có biến áp • Tr1 tạo hai tín hiệu có biên độ bằng nhau nhưng pha ngược nhau. • R1 và R2 xác định cho T1; T2 ở chế độ B. • Khi T1 thông thì T2 cấm và ngược lại T2 thông thì T1 cấm. • Một chu kỳ hình sin ở lối vào sẽ có một chu kỳ tương ứng trên Rt • Hiệu suất của tầng 0,6 đến 0,7 (1,5 lần so với tầng đơn chế độ A) • Tranzito chỉ làm việc nửa chu kỳ nên đảm bảo CS ra tải tốt hơn. • Hai biến áp ảnh hưởng lên dải tần tần số, trọng lượng và kích thước bộ k.đại. + - + - + - - + - + + - - + + - 3c. K.đại CS đẩy kéo không có biến áp • Thay bằng mạch dùng một nguồn nuôi. • Sơ đồ mạch điện; nhiệm vụ các linh kiện. • Hai nguồn nuôi có giá trị điện áp bằng nhau. • Mỗi tranzito chỉ làm việc ở một nửa chu kỳ. • Cả hai nửa chu kỳ tải đều tiêu thụ năng lượng điện của nguồn cung cấp. • Hai tranzito phải có tham số tương đương nhau (Cặp tranzito bổ trợ). 4c. K.đại CS đẩy kéo không có biến áp • Muốn công suất ra lớn cần mắc theo sơ đồ Darlingtơn. Hệ số k đại dòng điện:  = 1 1’ = 2 2’ • Một nửa chu kỳ dòng điện của nguồn cung cấp qua tải, C, T2. Tụ C nạp điện. • Nửa chu kỳ sau dòng điện từ tụ qua tải và T1. • Chỉ có một nửa chu kỳcủa tín hiệu mạch điện tiêu thụ năng lượng của nguồn nuôi nên đạt hiệu suất cao rất cao. +- 52.3.6a KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU BIẾN THIÊN CHẬM GHÉP TRỰC TIẾP • Tín hiệu biến thiên chậm có tần số  0. • Ghép tầng không thể dùng tụ hay biến áp mà phải ghép trực tiếp. • Việc nối nhiều tầng sẽ đẩy cao giá trị nguồn nuôi nên phải lắp xen tầng dịch chuyển mức điện áp. • Tính ổn định nhiệt của các tầng đầu rất quan trọng vì những biến đổi của nó được k.đại rồi truyền sang tầng sau. K f Ko • R1; R2; Re1 phân cực cho T1. Rc1; Re1; T1 và Re2 định điểm làm việc cho T2. 62.3.6b. KHUẾCH ĐẠI VI SAI • Làm việc theo nguyên lý cầu cân bằng song song: Rc1=Rc2; T1 giống hệt T2. • Nguồn ổn dòng giữ cho tổng Ie1+Ie2=Ie luôn không đổi. Ura=Uc1-Uc2 = Uc2+Uc1=2|Ic| Rc • Nếu tín hiệu vào bằng nhau và đồng pha nhau thì Ura=0 -> Kvs=0. • Nếu tín hiệu vào không bằng nhau Kvs0. • Nếu tín hiệu vào bằng nhau và ngược pha nhau thì Ura 0 -> Kvs đạt giá trị cực đại . • Đặc trưng k.đại của tầng vi sai là hệ số nén tín hiệu đồng pha: N = 20 lg (Kđ/ Kvs) tính bằng dB. Thường khoảng -60 đến -100dB. • Điện trở vào lớn hàng chục M. Nếu dùng tranzito trường thì trở vào còn lớn hơn nữa (đặc biệt khi dùng MOSFET). 7Nguyên lý hoạt động • Khi Uv1=Uv2=0. Do mạch KĐVS là mạch cầu cân bằng nên Ur=Uc1-Uc2=0 • Khi Uv1>0, Uv2=0. Mạch cầu không còn cân bằng nữa. Uv1 tăng làm Ib1 tăng dẫn đến Ie1, Ic1 tăng, Uc1 giảm 1 lượng ΔUc1. Ie1+Ie2=Ie không đổi nên khi Ie1 tăng thì Ie2 giảm, nên Uc2 tăng 1 lượng ΔUc2=ΔUc1. Do vậy điện áp ra vi sai tăng 1 lượng 2ΔUc1. Tương tự cho trường hợp Uv1=0 và Uv2>0. • Khi Uv1>0, Uv2<0 (ngược pha) thì điện áp ra vi sai tăng mạnh. • Khi Uv1>0, Uv2>0 (đồng pha) thì điện áp ra vi sai tỷ lệ với (Uv1-Uv2). Nếu Uv1=Uv2 thì điện áp ra vi sai bằng 0, hệ số KĐ đồng pha Kđ=0. 8Hệ số khếch đại   EB C Vn C n rrRn R rR R e U K         122 2,1 2,1   EBn C Vn C n rrR R rR R e U Kvs         12 2 2 22 2,1   EB C V C rr R r RKvs RnRt      1 0, :Khi Hệ số khuếch đại điện áp từng tầng. Hệ số khuếch đại điện áp vi sai 92.4. KHUẾCH ĐẠI DÙNG VI MẠCH THUẬT TOÁN 2.4.1. Khái niệm chung • K đai thuật toán (Operational Amplifier) có các đặc điểm: - Hệ số khuếch đại lớn (105 lần) - Hai lối vào vi sai, một lối ra - Điện trở vào vô cùng lớn (->) - Điện trở ra nhỏ ( Rra < 100) - Có thể thực hiện các phép tính: cộng, trừ, vi phân ... • Kí hiệu khuếch đại thuật toán trong Work Bench • Ba đặc tuyến quan trọng 1. Đặc tuyến truyền đạt +Ec -Ec Ur Urmax đảo Urmax không đảo Uv   f Ku  f 0 1800 3600 2. Đặc tuyến biên độ 3. Đặc tuyến pha 10 2.4.2. Khuếch đại đảo • Do trở vào của IC thuật toán vô cùng lớn nên Iv = Iht • và (Uv-Uo)/R1=(Uo-Ur)/Rht • Khi K-> nên Uo vô cùng bé Uv /R1=-Ur /Rht Kđ = U r / Uv = -Rht / R1 • Hệ số khuếch đại đảo pha tín hiệu chỉ phụ thuộc vào giá trị hai điện trở người sử dụng chọn lắp bên ngoài mà không còn phụ thuộc vào IC nữa. • Nếu chọn Rht = R1 thì mạch chỉ làm chức năng đảo pha thuần tuý. • Nếu R1 = 0 thì Iv = - Ur / Rht hay Ur = - Iv.Rht. Điện áp ra tỉ lệ với dòng điện vào -> đổi tín hiệu dòng điện thành điện áp. • Nếu muốn cộng nhiều tín hiệu vào thì mắc song song với Uv U0Iv Iht 11 12 2.4.3. Khuếch đại không đảo • Vì trở vào của IC thuật toán vô cùng lớn nên dòng vào tiến tới không. Khi đó Uo = 0. Như vậy: Uv = Ur . R1/(R1+Rht) Kkđ=Ur/Uv=(Rht+R1)/R1=1+Rht/R1 • Khi Rht = 0 thì Kkđ = 1 ta có bộ lặp lại điện áp Nếu muốn cộng nhiều tín hiệu vào thì mắc song song với Uv nhưng phải có các điện trở xen giữa để tránh ảnh hưởng lẫn nhau. • Thí nghiệm mạch này ở file kđai kh đao trong Work Bench Uo 13 14 2.4.4a. Khuếch đại cộng đảo • Các nhánh song song ở đầu vào là tín hiệu cần cộng. • Nêu các điện trở đều bằng nhau thì Ur = -  Ui • Nếu R1 = R2 = ... Rn và  Rht thì mạch thực hiện phép cộng trước rồi khuếch đại lên với hệ số K= Rht / R1 lần. (chứng minh qua file: k dai cong dao ởWork Bench) 15 16 2.4.4b. Khuếch đại cộng không đảo • Khi Uo=0 thì điện áp hai lối vào thuật toán như nhau. Uv+=Uv-=Ur. R1/(R1+Rht) Do Rv-> nên dòng vào -> 0 . Khi đó: • (Uv1 - Uv- )/R + (Uv2 - Uv- )/R = 0 • Hay Uv1 + Uv2 + ... + Un = n . Ur . R1/ (R1+Rht) • Ur =  Ui . (R1+Rht)/n R1. Nếu chọn các tham số sơ đồ thích hợp thì Ur =  Ui Uo 17 18 2.4.6. Bộ tích phân dùng vi mạch thuật toán • Do trở vàorất lớn nên tại mọi thời điểm IR = IC và • -C. dUr/ dt = Uv/R • Nếu Uv là tín hiệu hình sin thì Ur bị xoay pha 900 và hệ số k đại tỉ lệ nghịch với tần số (bộ tích phân như một bộ lọc tần số thấp). ro t 0 vr UdtUCR 1 U   dtU 1 U t 0 vr  τ • Uro là điện áp trên tụ C tại t=0. Nếu chọn tại t=0 có Uv=0; Ur=0 và =RC là hằng số tích phân. • Nếu Uv thay đổi từng nấc (nhảy bậc) thì Ur tuyến tính theo thời gian. 19 2.4.7. Bộ vi phân dùng vi mạch thuật toán • Tính toán cho kết quả U r = -RC. dUv/dt = . dUv/dt • Nếu Uv là tín hiệu hình sin thì Ur bị xoay pha 900 và hệ số k đại tỉ lệ thuận với tần số (bộ tích phân như một bộ lọc tần số cao). KL  KL  KL  KL  • IC thuật toán dùng làm các mạch lọc có độ chính xác cao. 20 BÀI 2: IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Mặt trước bảng mạch thí nghiệm 21 BÀI 2: IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Mặt sau bảng mạch thí nghiệm