khuyếch đại công suất âm tần

6/10/2015

Chương 2 :
KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM
TẦN (KĐCSÂT)

TS. Nguyễn Hữu Khánh Nhân
7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại cơng suất âm tần

1

7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại cơng suất âm tần

2

1


6/10/2015

Nội dung
2.1 Khuếch đại lớp A
2.2 Khuếch đại ghép biến áp
2.3 Khuếch đại đẩy kéo lớp B: OTL,
OCL,BTL

7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

3

Mục tiêu và các yêu cầu trong
khuếch đại công suất
• Cung cấp đủ công suất cho tải một cách kinh tế
nhưng vẫn bảo đảm những đặc tính theo yêu cầu như
sau:
– Kích thước.
– Trọng lượng.
– Điện áp nguồn cung cấp.
– Méo dạng
–…
• Người thiết kế phải kết hợp nhiều cách để đạt được
một thiết kế tối ưu.
– Transistor được sử dụng ở giới hạn của vùng
hoạt động có ích nhưng không gây phá hủy do
quá nhiệt.
7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

4

2


6/10/2015

Phân loại khuếch đại công suất

Lớp A

+Tuyến tính
+Hiệu suất
thấp
7/7/2012

Lớp AB

Lớp B

+Tuyến tính với kiểu
mạch push-pull
+Hiệu suất trung bình
402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

Lớp C

+Phi tuyến
+Hiệu suất cao, dùng
trong mạch cao tần
5

Phân loại khuếch đại công suất

nhỏ

7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

6

3


6/10/2015

2.1 Khuch i cụng sut lp A
2.1.1.Mch khuch i ghộp in cm, lp A kiu cc E chung

2.1 Khuch i cụng sut lp A
2.1.1.Mch khuch i ghộp in cm, lp A kiu cc E chung

Do L neõn xem nhử ngaộn maùch ụỷ DC vaứ hụỷ maùch ụỷ AC.

Vi

4


6/10/2015

2.1 Khuếch đại công suất lớp A
2.1.1.Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu cực E chung

Giả sử

iC  I cm sin .t
thì
iL  I Lm sin .t   I cm sin .t

2.1 Khuếch đại công suất lớp A
2.1.1. Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu chung cực E

I CQ 

7/7/2012

VCC
RL

402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

10

5


6/10/2015

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.1. Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu chung cực E
Cơng suất nguồn cung cấp

PCC  VCC I CQ 

Để cung cấp

ra tải 25W
thì chọn
transistor có
công suất
tiêu tán là
50W

2
VCC
RL

Cơng suất truyền đến tải
2
2
I Lm
RL I Cm
RL

2
2
2
2
I CQ
RL VCC
PL ,max 

2
2 RL

PL 

chỉ số chất
lượng có
ích

Cơng suất tiêu tán trên cực C

PC  PCC  PL 
PC , min

2
VCC
I2 R
 cm L
RL
2

V2
 CC
2 RL

PC , max 

Hiệu suất


2
VCC
 VCEQ I CQ
RL

PL
I 2 ( R / 2)  1  I cm 
 Cm L
 
PCC
VCC I CQ
 2  I CQ 

 max 

2

1
 50%
2

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.1. Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu chung cực E

Khi thiết kế
điểm tónh Q
phải nằm dưới
đường
hyperbol và
ACLL phải
thỏa

2VCC  BVCEO
2 I CQ  max iC

6


6/10/2015

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.1. Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu chung cực E

BT 1: Thiết kế mạch KĐCS lớp A như hình vẽ:
Transistor có PC,max = 4W, BVCEO = 40V, iCmax = 2A, RL = 10Ω.
Xác đònh điểm Q để công suất trên tải đạt cực đại.
Xác đònh nguồn cung cấp VCC.
Xác định cơng suất nguồn
Xác định cơng suất tải

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.1. Mạch khuếch đại ghép điện cảm, lớp A kiểu chung cực E

BT 2: Cho mạch khuếch đại lớp A như hình vẽ:
tín hiệu đầu vào tạo ra dòng ib có giá trị cực đại 10mA.
Tìm
a/ cơng suất nguồn, cơng suất truyền đến tải
b/ hiệu suất khuếch đại cơng suất của mạch

7


6/10/2015

2.1 Khuch i cụng sut lp A
2.1.2. Maùch khueỏch ủaùi lụựp A gheựp bieỏn aựp
V2 N 2

V1 N1

I1 N 2

I 2 N1

V1
R1
I1
V I
N N
R
N

( 1 )( 2 ) ( 1 )( 1 ) 1 ( 1 ) 2
R2 V2
V2 I1
N2 N2
R2
N2
I2

2.1 Khuch i cụng sut lp A
2.1.2. Maùch khueỏch ủaùi lụựp A gheựp bieỏn aựp

8

6/10/2015

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.2 Mạch khuếch đại lớp A ghép biến áp

2.1 Khuếch đại cơng suất lớp A
2.1.2 Mạch khuếch đại lớp A ghép biến áp
BT4: Một transistor có PC,max = 4W, BVCEO = 40, max iC = 1A
với mạch ghép biến áp đến tải 10Ω. Thiết kế bộ khuếch đại để có
công suất trên tải đạt cực đại. Tính VCC, PL, tỷ số biến áp N.

9


6/10/2015

2.2 Khuếch đại công suất đẩy kéo
lớp B – ghép biến áp
Nguyên lí hoạt động
iL  N iC1  iC 2 

7/7/2012

402002 - Mạch khuếch đại công suất âm tần

19

2.2 Khuếch đại công suất đẩy kéo

lớp B – ghép biến áp
Méo xuyên tâm (crossover distortion)

10


6/10/2015

2.2 Khuch i cụng sut y kộo
lp B ghộp bin ỏp
Xỏc nh ng ti
Maùch tửụng ủửụng ụỷ 1 baựn kyứ

vCE 2 VCC NvL

2.2 Khuch i cụng sut y kộo
lp B ghộp bin ỏp
Tớnh toỏn cụng sut
Cụng sut ngun cung cp

1 T /2
2
PCC VCC iC1 t iC 2 t dt VCC I cm

T
/
2
T

2 V

PCC ,max VCC CC'
RL

2VCC 2

'
RL

11


6/10/2015

2.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – ghép biến áp
Tính tốn cơng suất
Hiệu suất

Cơng suất truyền đến tải
2

2
1 R' I 2
PL
L cm
   I cm 


 2
  

PCC 2 /  VCC I cm  4  VCC / RL' 

 max   78.5%
4

2

I R
I N 2 RL'
PL  Lm L  cm
2
2
2
V
PL ,max  CC'
2 RL

Cơng suất tiêu tán trên cực C
'

R I
2
2 PC  PCC  PL   VCC I cm  L cm

2
 
PC , max

2

2
V 2 
 1  V 
  2  CC'   0.1 CC' 
   RL 
 RL 

khi I cm

 2  V
   CC'
   RL

Nếu công suất tải
 PL,max = 25W thì mỗi
 transistor tiêu tán chỉ

5W

2.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – ghép biến áp
Sự thay đổi cơng suất và hiệu suất trong khuếch đại đẩy kéo
lớp B

12


6/10/2015

2.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo

lớp B – ghép biến áp
Ví dụ: Một mạch khuếch đại lớp B để cho công suất cực đại ở tải
10Ω. Dùng hai transistor có: BVCEO = 40V, max iC = 1A. Tìm VCC,
N.

2.2 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – ghép biến áp
Khuếch đại đẩy kéo với nguồn phân cực

Phân cực bằng bộ
chia áp điện trở

Phân cực bằng nguồn VBB

=> Mục tiêu: tránh méo xun tâm

13


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ

cao

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.1 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OTL (OUTPUT
TRANSFORMER LESS)

14


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.1 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OTL (OUTPUT
TRANSFORMER LESS)

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.1 Bộ
khuếch đại
công suất âm
tần đẩy kéo
OTL
(OUTPUT
TRANSFOR
MER LESS)

15


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.1 Bộ

khuếch đại
công suất âm
tần đẩy kéo
OTL (OUTPUT
TRANSFORM
ER LESS)

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.1 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OTL (OUTPUT
TRANSFORMER LESS)

16


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.2 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OCL (OUTPUT
CAPACITOR LESS)

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.2 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OCL

17


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.2 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OCL
BT 1: Biết tín hiệu đầuvào có
điện áp cực đại Vi max= 15V,.
Xác định cơng suất nguồn cấp
một chiều, cơng suất tải, cơng
suất tiêu tán trên transistor Q1
và Q2; hiệu suất mạch

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.2 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo OCL
Ví dụ: cho mạch như hình vẽ, transistor có các thông số như
sau: PC,max = 4W, BVCEO = 40V, max iC = 1A
Tìm VCC và công suất cực đại trên tải RL = 10Ω

18


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.3 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo bù cơ bản

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.3 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo bù cơ bản

19


6/10/2015

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.3 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo bù cơ bản

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ

Audio Power
Amplifier with
power output
800W

20


6/10/2015

Mạch KĐ
cơng suất
BTL
TDA8567Q
4  25 W BTL quad
car radio power
amplifier

BTL = Balanced Transformer Less

2.3 Khuếch đại cơng suất đẩy kéo
lớp B – dùng transistor bổ phụ
2.3.3 Bộ khuếch đại công suất âm tần đẩy kéo bù cơ bản

21


6/10/2015

Mạch OTL

22


6/10/2015

23


6/10/2015

24