Giáo trình Điện tử thông tin: Phần 1 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGUYỄN DUY THẮNG
LẠI NGUYỄN DUY
NGUYỄN PHÚ QUỚI

GIÁO TRÌNH

ĐIỆN TỬ THÔNG TIN

TP. HỒ CHÍ MINH - 2018
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)



Mục lục

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 1
MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN......................................................... 1
1.1.

KHÁI NIỆM VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ............................................. 1

1.2. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP A ............................................................. 2
1.2.1. Mạch dùng cuộn chặn ................................................................................... 2
1.2.2. Mạch ghép biến áp ........................................................................................ 8
1.3.

KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP B ........................................................... 11

1.4.

KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRANSISTOR BỔ PHỤ .................. 15

BÀI TẬP CHƯƠNG 1 .................................................................................................. 17
CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................... 1
ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI...................................................... 1
2.1.

KHÁI NIỆM VỀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ ............................................................ 1

2.2.

THANG ĐO DECIBEL ................................................................................... 1

2.3.

ĐỒ THỊ BODE ................................................................................................. 2

2.4. PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THẤP ....................................................... 6
2.4.1. Mạch có tụ ngõ vào ...................................................................................... 6
2.4.2. Mạch có tụ bypass ........................................................................................ 8
2.4.3. Mạch có tụ ngõ vào và ngõ ra ...................................................................... 9
2.4.4. Mạch có tụ hỗn hợp .................................................................................... 13
2.5. PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CAO ....................................................... 13
2.5.1. Mạch tương đương tần số cao .................................................................... 13
2.5.2. Hiệu ứng Miller .......................................................................................... 16

BÀI TẬP CHƯƠNG 2 .................................................................................................. 20
CHƯƠNG 3 ................................................................................................................... 26
MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG OP-AMP ........................................................ 26
3.1.

Khái niệm ....................................................................................................... 26

3.2. Mạch lọc tích cực thông thấp (Low Pass Filter – LPF) .................................. 27
3.2.1. Mạch lọc thông thấp bậc một ..................................................................... 27
3.2.2. Mạch lọc thông thấp bậc cao ...................................................................... 30
i


Mục lục
3.3. Mạch lọc tích cực thông cao (High Pass Filter – HPF) .................................. 33
3.3.1. Mạch lọc tích cực thông cao bậc một ......................................................... 33
3.3.2. Mạch lọc thông cao bậc cao ....................................................................... 36
3.4. Mạch lọc thông dải (Band pass filter – BPF) ................................................. 39
3.4.1. BPF bằng cách kết hợp HPF và LPF .......................................................... 39
3.4.2. Mạch lọc thông dải BPF dùng cấu trúc đa hồi tiếp .................................... 42
3.4.3. Mạch lọc thông dải BPF dùng cấu hình Sallen-Key .................................. 43
3.5.

Mạch lọc chắn dải (Notch filter hay BSF: Band stop filter) .......................... 44

BÀI TẬP CHƯƠNG 3 .................................................................................................. 46
CHƯƠNG 4 ................................................................................................................... 52
MẠCH DAO ĐỘNG..................................................................................................... 52
4.1.
4.2.

NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH DAO ĐỘNG ..................................................... 52
MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG KHI PHÂN TÍCH MẠCH DAO ĐỘNG ............ 53

4.3. CÁC MẠCH DAO ĐỘNG CƠ BẢN ............................................................. 56
4.3.1. Mạch dao động Hartley .............................................................................. 56
4.3.2. Mạch dao động Colpitt ............................................................................... 56
4.3.3. Mạch dao động dịch pha ............................................................................. 57
4.3.4. Mạch dao động cầu Wien ........................................................................... 60
4.3.5. Mạch dao động Clapp ................................................................................. 63
4.3.6. Dao động thạch anh (Crystal OSC) ............................................................ 64
BÀI TẬP CHƯƠNG 4 .................................................................................................. 67
CHƯƠNG 5 ................................................................................................................... 68
MẠCH CỘNG HƯỞNG .............................................................................................. 68
5.1.

MẠCH CỘNG HƯỞNG SONG SONG ........................................................ 68

5.2.

MẠCH CỘNG HƯỞNG NỐI TIẾP ............................................................... 71

5.3.

TRUYỀN CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO TẢI ............................................. 73

5.4.

MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG ................................................................ 74

BÀI TẬP CHƯƠNG 5 .................................................................................................. 76
CHƯƠNG 6 ................................................................................................................... 79
MẠCH ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU ................................................................................... 79
6.1.

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU ....................................................... 79

6.2.

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ THEO BIÊN ĐỘ ..................................... 79

ii


Mục lục
6.3.

ĐIỀU CHẾ THEO TẦN SỐ........................................................................... 83

6.4.

ĐIỀU CHẾ THEO GÓC PHA ....................................................................... 88

6.5.

CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ ................................................................. 89

BÀI TẬP CHƯƠNG 6 .................................................................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 93
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 94

TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ......................................... 94

iii



Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần

CHƯƠNG 1
MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN
Trang bị cho sinh viên: Kiến thức về phân tích nguyên lý và tính toán các thông số công
suất các của mạch khuếch đại công suất âm tần.
1.1.KHÁI NIỆM VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
Được thiết kế để cho tải có công suất lớn, không bị méo và trung thực.
Mạch khuếch
đại tín hiệu
nhỏ

vi

Mạch khuếch
đại công suất

RL

Hình 1.1. Sơ đồ vị trí mạch khuếch đại công suất
Phân loại: Mạch khuếch đại công suất
iC

được phân loại theo dạng sóng hình sin

đi qua cực C của transistor.

ICQ

Có 4 loại chính:
Khuếch đại công suất lớp A:

t
0
iC

Khuếch đại công suất lớp AB:

ICQ

t

0
iC
t

ICQ

Khuếch đại công suất lớp B:

0
iC
t

Khuếch đại công suất lớp C:

0

Hình 1.2. Phân loại mạch khuếch đại công suất
1


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Trong chương này chỉ nghiên cứu hai dạng mạch thông dụng nhất là khuếch đại lớp A và
khuếch đại lớp B.
1.2.KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP A
1.2.1. Mạch dùng cuộn chặn
Xét mạch khuếch đại công suất lớp A dùng cuộn chặn RFC như sau:

i
L→∞
C2→∞
C1→∞

iC
Rb

RL

ri

ii

VBB

Re

Ce→∞

Hình 1.3. Mạch khuếch đại công suất lớp A dùng RFC
Phân tích mạch:
Do L→ ∞ nên xem như ngắn mạch ở DC và hở mạch ở AC.


Phân tích DC: (ngắn mạch L)

VBB  VBEQ
và VCEQ  VCC  R e I CQ
Rb
 Re

DCLL: VCC  v CE  i C R e (RDC = Re)

I CQ 



(1.1)

Phân tích AC: (hở mạch L)
RAC = RL

 1
ACLL: iC  I CQ   
 R ÂC


.vCE  VCEQ 



Điều kiện maxswing:

I CM

max


VCEQ 

 min I CQ ,

R AC 


2

(1.2)


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
VCM

max

 min VCEQ , I CQ .RAC 

iC

DCLL (-1/Rdc)

i C  I cm sin .t

Giả sử:

i L  I Lm sin .t  I cm sin .t

Thì

I CQ 

Tại điểm Qmaxswing:

VCC
VCC

R ac  R dc R e  R L

VCEQ  I CQ .R ac

RL

VCC
Re  RL

Lúc đó Q là trung điểm của đường ACLL.

I CM


max

 I LM

max

 I CQ 

ACLL (-1/Rac)

Q

ICQ

vCE
0

VCEQ

VCC

Hình 1.4. DCLL và ACLL

VCC
Re  RL

Nếu Re << RL:

Bỏ qua điện áp rơi trên Re: VCEQ ≈ VCC không phụ thuộc vào ICQ.
iC

DCLL

ACLL
vCE
VCC

Lưu ý rằng giá trị dòng iC thay đổi từ 0 đến 2ICQ và vCE sẽ thay đổi từ 2VCC đến 0.
Tính toán công suất:
Ta có:
i C  I CQ  i c 

VCC
 ic
RL

i L  i c

i  i L  i C  I CQ 

VCC
RL

3

VCEQ + ICQRac


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
v CE  VCEQ  v ce  Vcc  i c R L

và v L  i L R L  i c R L
Nếu dòng điện vào có dạng hình sin: i i  I im sin .t
thì i c  I cm sin .t
Biên độ dòng ic là Icm đạt giá trị bằng ICQ hay Icm ≤ ICQ.
Công suất nguồn cung cấp: không phụ thuộc vào dòng tín hiệu vào
2
VCC
PCC  VCC I CQ 
RL
Công suất trên tải: vì iL = -ic nên ILm = Icm.
2
RL
I 2Lm R L I cm
PL 

2
2

(1.3)

(1.4)

Công suất tiêu tán trung bình cực đại xảy ra khi Icm = ICQ

PL ,max 

2
I CQ
RL

2

2
VCC

2R L

Công suất tiêu tán trên cực C:

PC  PCC

2
2
VCC
I cm
RL
 PL 

RL
2

PC cực tiểu khi PL đạt cực đại: PC,min 

2

VCC
2R L

PC cực đại khi không có tín hiệu vào: PC,max 

Hiệu suất:
2 RL

I cm

 1I
2
PL

   cm


PCC
VCC I CQ
2  I CQ

(1.5)

2
VCC
 VCEQ I CQ
RL

P,
PCC = PC + PL






2

50%

(1.6)

PC

Hiệu suất đạt cực đại khi Icm = ICQ:

 max  50%

PL

Hệ số sử dụng: (chỉ số chất lượng có ích)
4

0

Icm
ICQ

Hình 1.5. Đồ thị công suất

Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần

PC,max
PL ,max

2

(1.7)

Do đó, để cung cấp ra tải 25W thì chọn transistor có công suất tiêu tán là 50W.
Đường Hyperbol tiêu tán cực đại: Các thông số cần thiết khi chọn transistor công suất
khi thiết kế
Phải chịu dòng khoảng 2ICQ.
Điện áp chịu đựng VCE ≥ VCC.
Tần số hoạt động không nhỏ hơn tần số tín hiệu.
PC,max = VCEQ.ICQ
iC
PC,max = vCEiC (sau khi suy giảm)

max iC

PC,max (trước khi suy giảm)

Vùng làm
việc an
toàn

vCE
0

BVCEO
Hình 1.6. Đường Hyperbol công suất
Để làm việc an toàn, điểm tĩnh Q phải nằm dưới đường hyperbol. Đường tải AC có độ
dốc (-1/RL) giao với trục vCE ở điện áp bé hơn BVCEO và giao với trục iC ở dòng nhỏ hơn
iC cực đại. Tức là:
2VCC  BVCEO
2I CQ  max i C

 1 
VCEQ kết hợp với phương trình (1), điểm tĩnh
Để có maxswing đối xứng thì I CQ  
R
 L
Q tại vị trí:
I CQ 

PC,max
RL

và VCEQ  PC,max R L

Tại điểm Q, độ dốc của đường hyperbol là:

I CQ
i C
1


v CE

VCEQ
RL

5


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Ví dụ 1.1: Cho mạch như hình vẽ:
Transistor có PC,max = 4W,
BVCEO = 40V, iCmax = 2A, RL
= 10. Xác định điểm Q để
công suất trên tải đạt cực đại.
Xác định nguồn cung cấp
VCC.

L→∞
C2→∞
C1→∞

iC
Rb

RL

ri

ii

Re

VBB

Ce→∞

Giải:
v
1
.v CE  CE , điểm Q là giao điểm của đường này và
RL
10
đường PC,max =ICQ.VCEQ = 4. Từ hình vẽ, ta suy ra:

Vẽ đường có phương trình i C 

I CQ  4

10

 0.63

VCEQ  4.10  6.3

Điện áp VCC được chọn ≈VCEQ nếu bỏ qua sụt áp trên Re:
VCC = 6.3V
vCE,max ≈ 12.6V < BVCEQ.
IC , A

DCLL

1.26

Q

0.63

PC, max =
4W
ACLL

6.3

0

12.6

Xác định công suất:
Công suất tiêu tán cực đại trên tải:
PL ,max 

2
I CQ
RL

2

2

0.63  10

 2W

2

6

vCE ,
V


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Chọn Re, Rb và VBB:
Rb
, hơn nữa chọn Re nhỏ để công suất tiêu tán có thể bỏ qua. Ta
 1
có thể chọn Re = 1.
R e 

2
PR e  I CQ
.1  0.4W  PC,max  4W

Chọn Rb sao cho: R b 

1  .R e . Nếu
10

= 40 thì Rb ≈ 4.

VBB ≈ 0.7 + (0.63)(1) = 1.33V
Thay đổi max iC = 1A. Nếu điểm Q không thay đổi thì max Icm = 0.37A. Do đó
i C  0.37 sin t A  và công suất tiêu tán cực đại trên tải:

 20.37 10  0.69W .

PL,max  1

2

Vì RL = 10 không đổi nên đường tải AC cũng không đổi. Tuy nhiên, nếu đường tải dịch
chuyển sao cho nó giao với trục iC tại điểm max iC = 1A, điểm Q tại:
ICQ = 0.5A và VCEQ = VCC = 5V.
Dòng điện iC = 0.5sint (A) và công suất tiêu tán trên tải:

 20.5 10  1.25W

PL,max  1

2

Ta thấy rằng công suất trên tải tính được trong hai trường hợp trên luôn nhỏ hơn 2W. Đó
là bởi vì ta không thể bù sự suy giảm biên độ của dòng iC. Điều này sẽ được cải tiến trong
mạch khuếch đại ghép biến áp.
Ví dụ 1.2: Cho mạch như hình vẽ. Có RL =
10. Transistor có các thông số như sau:
PC,max = 2.5W

L

BVCEO = 80V

C →∞

VCE,sat = 2V
Xác định điểm Q để công suất trên tải đạt
cực đại.

C →∞
ii

Giải:

Rb
VB

Công suất trên tải cực đại khi dòng điện trên
tải đạt cực đại. Phương trình ACLL:
R L i C  I CQ   v CE  VCEQ 
Khi iC đạt cực đại:
iC = 2ICQ và vCE = VCE,sat.

7

RL
Re

Ce
→∞


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Do đó: R L I CQ  VCEQ  VCE ,sat

iC , A

Để tránh hiện tượng quá công suất tiêu tán
trên collector, ta cho:
1.02

ICQVCEQ = PC,max

RLICQ = VCEQ – VCE,sat

Giải hệ phương trình, ta được:

và

I CQ  

VCE ,sat

VCEQ 

VCE ,sat

2R L

2

PC,max



RL

 VCE ,sat
 
 2R L





0.41

2

 VCE ,sat
 PC,max R L  
 2





2 6.1
VCE,sat

2

10.2

vCE, V

ACLL

Tọa độ điểm Q: ICQ = 0.41A và VCEQ = 6.1V vì thế nguồn cung cấp:
VCC = 6.1 V
Chú ý: ACLL tiếp xúc đường Hyperbol không có nghĩa là công suất tiêu tán trung bình
vượt quá PC,max, vì công suất tiêu tán cực đại trên cực C chỉ xảy ra khi không có tín hiệu.
Vì Icm = 0.41A nên công suất trung bình trên tải:
2
2
PL,max  1 I CQ
R L  1 0.41 10  0.84W
2
2

Hiệu suất cực đại (bỏ qua tiêu tán trên Re) là:

 max 

PL,max
PCC



0.84
 33.6%
6.10.41

Hệ số sử dụng (chỉ số chất lượng có ích):

PC ,max
PL ,max



2. 5
 2.98
0.84

1.2.2. Mạch ghép biến áp
Xét mạch khuếch đại công suất lớp A ghép biến áp như sau:
CC→∞

iC

+

Rb
ii
Re

VBB

Ce→∞

-

RL

iL
+
vL
-

Hình 1.7. Mạch khuếch đại công suất lớp A dùng biến áp.
8


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Giả sử biến áp là lý tưởng. Ta có:
vc = NvL
và

(1.8)

Nic = -iL

Ta được:

vc(-ic) = vLiL

v
vc
 N 2  L
 ic
 iL


  N 2 R L  R ' L



Do đó trở kháng AC R’L nhìn vào biến áp là N2.RL. Phương trình DCLL và ACLL:
DCLL: VCC = vCE + iERC ≈ vCE + icRe
ACLL: vc = vce = -ic.R’L
iC

DCLL

2ICQ

Q
ACLL
vCE

0

VCC

2VCC

Hình 1.8. Phương trình đường tải.
Nếu chọn Re sao cho R e  R ' L thì dòng tĩnh để đạt maxswing là:
I CQ 

VCC
R'L

Tính toán công suất:
Tính toán tương tự như phần trước, thay RL thành R’L. Tín hiệu vào ii có dạng hình sin:

i c  I cm sin .t

Công suất nguồn cung cấp:

PCC  VCC .I CQ 

2
VCC
R'L

Công suất trên tải:

i L  I Lm sin .t
PL 

I 2Lm
R L . Do ILm = N.Icm nên
2

9


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
 PL 

2
I cm
R 'L
2

Công suất tiêu tán trên Collector:
2
2
 I cm

VCC

R ' L
PC 

R ' L  2 

PC đạt cực đại khi không có tín hiệu:

PC,max 

2
VCC
 VCEQ .I CQ
R'L

Hiệu suất:
 1  I
    cm
 2  I CQ

2


   max  50%




Hệ số sử dụng:

PC,max
PL ,max

2

Ví dụ 1.3: Một transistor có PC,max = 4W, BVCEO = 40, max iC = 1A với mạch ghép biến
áp đến tải 10. Thiết kế bộ khuếch đại để có công suất trên tải đạt cực đại. Tính VCC, PL,
tỷ số biến áp N.
Giải:
Áp dụng các công thức đã học, ta được:

I CQ 

Pc,max
2

N RL



0.4 0.63

(A)
N
N2

VCEQ  PC,max N 2 R L  6.3N (V)
Mạch ghép biến áp, có thể chọn điểm Q bất kỳ miễn là:
2I CQ 

và

12.6
 1  max i C
N

2VCEQ  12.6 N  40  BVCEO

Những bất đẳng thức này xác định giới hạn của N: 1.26Vấn đề chọn khoảng của điểm Q, trong thực tế thường chọn dòng càng nhỏ càng tốt, nếu
dòng càng lớn sẽ kéo theo nguồn cung cấp, kích thước, giá cả.
Thường thì nguồn cung cấp VCC đã xác định trước, còn thông số quan trọng khác là tỷ số
vòng của biến áp. Thường chọn N = 2:
ICQ = 0.32A và VCEQ = 12.6 V ≈ VCC
10


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
PL,max = (1/2).(0.32)2.22.10 = 2W.
1.3. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP B
Trong mạch khuếch đại lớp A, hiệu suất lớn nhất là 50% bởi vì giá trị đỉnh của dòng
collector Icm ≤ ICQ. Trong khuếch đại lớp B, dòng tĩnh ICQ < Icm vì thế công suất tiêu tán
collector thấp và hiệu suất tăng lên đến 78.5%.
iB2

iC2
VCC

+

ii

vL
-

RL

iC1

iB1

Hình 1.9. Lớp B
Biến áp đảo pha cung cấp 2 tín hiệu ngược pha 1800 cho T1 và T2. Ngõ ra sẽ có dòng iC1
và iC2:
iL = N(iC2 – iC1)
(1.9)
Hoạt động của mạch: trong bán kỳ đầu iB1 = 0 nên T1 được phân cực ở trạng thái tắt dẫn
đến iC1 = 0, còn iB2 > 0 nên T2 dẫn dòng iC2 có dạng như hình vẽ. Ở bán kỳ tiếp theo thì
T1 dẫn và T2 tắt. Như vậy dòng tải iL sẽ liên hệ với dòng iC1 và iC2 theo biểu thức (1.9) có
dạng như hình vẽ.
iB1
Iim
ii
t
Iim

0
t

iC1

-Iim
Icm

Icm = hfeIim

iB2
Iim

t
0

t

0
ILm

iC2
Icm

ILm = NIcm

t
Méo crossover

0

t
0

-ILm
Hình 2.10. Dạng sóng ra
11


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Đối với dạng mạch này, dòng tải sẽ bị méo xuyên 0, hiệu ứng này gọi là méo crossover.
Do mạch phân cực, khi không có tín hiệu vào thì vBE = 0, transistor hoạt động trong vùng
tuyến tính khi iB đủ dương để vBE ≈ 0.7V (đối với Si).
Để loại bỏ méo dạng này, mối nối BE được phân cực xấp xỉ 0.7V. Kết quả này làm mạch
trở thành loại AB hơn là loại B. Trong thực tế, người ta thường cho phép méo crossover
vì chúng sẽ bị lọc mất tại ngõ ra (do bộ lọc gồm transformer và điện dung phân bố ký
sinh).
Xác định đường tải:
iC2

iB2

RL
ii
VCC

Hình 1.11. Mạch tương đương
Do đặc tính của mạch, mỗi transistor hoạt động trong 1 bán kỳ nên chúng ta chỉ cần nghiên
cứu hoạt động cho 1 con transistor.
iC2

DCLL
Xét hoạt động của transistor T2:
DCLL: vCE = VCC

ACLL

i
1
ACLL: C  
vCE
R' L

vCE
0

VCC
2VCC
Hình 1.12. Phương trình ACLL

Trong khoảng thời gian T2 tắt, iC2 = 0 và vCE2 = VCC + NvL sẽ thay đổi từ VCC (khi vCE1
= VCC và do đó NvL = 0) đến 2VCC (khi vCE1 = 0 và do đó NvL = VCC). Vì thế khi transistor
tắt ACLL là đường nằm ngang iC2 = 0.
Như vậy max của iC1 và iC2 là I cm 

VCC
.
R 'L

Tính toán công suất: Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu sin: i i  I im sin .t

Icm

isupply
iC2

iC1

iC2
12
t

0

T/2
T
3T/2
Dạng sóng của nguồn cung cấp


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần

Công suất nguồn cung cấp:
 1  T/2
PCC  VCC    i C1 t   i C 2 t dt
 T  T / 2

mà

 1  T/2
2

  T / 2 i C1 t   i C 2 t dt   I cm
T

2
 PCC   VCC I cm


Giá trị max của nó là:

V
2
PCC ,max   VCC  CC
 
 R'L

2
 2VCC
 
 R ' L

Công suất trên tải:
PL 

1 2
1 2 2
1 2
I Lm R L  I cm
N R L  I cm
R 'L
2

2
2

PL,max 

Giá trị max của nó là:

2
VCC
2R ' L

P,ç
ç

78.5%
PCC

PL

Icm
Hình 1.13. Đồ thị công suất lớp B
Công suất tiêu tán trên Collector:
13


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Tổng công suất tiêu tán trên T1 và T2:
R' I
2
2PC  PCC  PL   VCC I cm  L cm

2
 
2

Giá trị cực đại của PC được tìm bằng cách vi phân PC theo Icm và cho bằng 0, ta
 2  V 
I cm    CC 
được:
   R ' L 
Do đó, giá trị max của PC:
2
 1  V
PC,max   2  CC
   R ' L


 V2
  0.1 CC

 R'L





Hiệu suất:
2
1 2 R ' L I cm
PL
   I R ' 



   cm L 
PCC 2 VCC I cm  4  VCC 

Hiệu suất đạt cực đại khi I cm 

VCC
. Khi đó:
R 'L


 78.5%
4

 max 

Hệ số sử dụng:

PC,max
PL,max

2
 VCC



2

R

'
2 1
L


 2 
2
5
VCC

2R ' L

Nếu công suất tải PL,max = 25W thì mỗi transistor tiêu tán chỉ 5W. Một thuận lợi khác là
khi không có tín hiệu thì không có dòng tĩnh trong mạch (không tiêu thụ công suất).
Ví dụ 1.4: Thiết kế một mạch khuếch đại lớp B để cho công suất cực đại ở tải 10, biết
PC,max = 4W. Dùng hai transistor có: BVCEO = 40V, max iC = 1A. Tìm VCC, N và mạch
phân cực để tránh méo crossover. Tính toán công suất và hiệu suất.
Giải:
Công suất trên tải đạt cực đại:

PL,max 

2
VCC
V I
 CC cm
2R ' L
2

Công suất ra có thể tăng bằng cách tăng VCC và Icm. Tuy nhiên VCC và Icm không thể tăng

đến vô hạn. Transistor có các thông số giới hạn như sau:

VCC  1 BVCEO  20V
2
14


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
I cm  max i C  1A

và  PL,max 

VCC I cm
 5PC,max  20W
2

Điểm Q được chọn để lái transistor đến giá trị cực đại iC và BVCEO. Vì thế: VCC =
20V và Icm = 1A. Vậy PL,max = 10W.
Tỷ số N được xác định như sau:
I cm 

VCC
 N 2  2  N  1.414
N2R L
iC , A

1.0
PC,max

Quá công suất

ACLL
vCE, V

Q
0

20

40

1.4. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRANSISTOR BỔ PHỤ
Là dạng mạch đảo pha tự động nhờ vào đặc tính dẫn của một cặp transistor pnp và npn.
Ưu điểm của loại này là đáp ứng tần số tốt, không dùng các biến thế đảo pha. Dạng mạch
này xuất hiện phổ biến trong các sơ đồ dùng vi mạch hiện nay.
Hoạt động của mạch như sau: khi tín hiệu vào dương thì T1 dẫn và T2 tắt. Khi tín hiệu vào
âm thì T2 dẫn và T1 tắt.
Đường tải và cách tính công suất ngõ ra giống như mạch có máy biến thế với dòng tải là
iL = iC1 – iC2.
Ưu điểm: không sử dụng máy biến thế sẽ tiết kiệm kích thước và giá cả và không yêu cầu
tín hiệu ngõ vào phải cân bằng.
Nhược điểm: cần nguồn đôi dương và âm, và vấn đề là chọn được một cặp transistor thích
hợp để méo dạng đủ nhỏ.

iB2
Iim

iC2

t
0

Icm
t

15

VCC

ii
Iim

t

Cc2

iB2

0
iC2

T2

0
R

iL
Icm


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần

Hình 1.14. Mạch ghép đẩy kéo
Ví dụ 1.5: 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 = 10.
vi

Rb
T2

Cc2
R

ri

Giải:

iL
T1
Rb

Xét transistor T2: ta có mạch như hình vẽ.
Cc2

+ vL RL

R

Cc1

ri

VCC iC2

VCC

iC1

iC2 .

iC2
T2

vi

ACLL
VCC

R

vCE

RL
0

Mạch tương đương của transistor T2
Vì giá trị đỉnh iC2 không vượt quá 1A:

VCC

2VCC

Đường tải AC

VCC
 1A . Do đó có thể chọn: VCC = 10V.
RL

16


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
Maxswing 2VCC phải nhỏ hơn BVCEO phải thỏa mãn.
Dòng tải là: iL = iC1 – iC2.
Nếu vi là hình sin, iL cũng có dạng hình sin với trị đỉnh là:
I Lm 

VCC
 i L  I Lm sin .t
RL

Công suất trên tải cực đại:

PL,max

2
VCC


 5W
2R L

BÀI TẬP CHƯƠNG 1
Bài 1: Bộ khuếch đại công suất như hình sau được phân cực tại ICQ = 0.5A, bỏ qua điện
trở biến áp, biến áp có n:1 = 2:1, RL=5Ω, nguồn VCC = 20V.
a. Xác định độ dốc của đường tải AC.
b. Tính giá trị đỉnh cực đại của điện áp
collector khi không bị sái dạng.
c. Tính công suất cực đại phân phối trên
tải trong điều kiện câu b.
d. Tính hiệu suất bộ khuếch đại trong
điều kiện câu b.

Vcc

Bài 2: Cho mạch khuếch đại công suất như hình sau:
Transistor Q1 có điện áp bão hòa

+12V
2:1

VCE,sat = 2V, hfe = 20, VBEQ = 0.7V

R2

a. Vẽ ACLL và DCLL.
ri

b. Tính PCC, PLmax, PCmax.

c. R1 và R2 được thiết kế lại để
mạch điện hoạt động ở chế vi
độ đối xứng cực đại (max
swing). Xác định PCC, PCmax.

RL
5Ω

15Ω

C→∞
R1

5Ω

Re

1Ω

Ce → ∞

+10V

Bài 3: Cho mạch khuếch đại công suất lớp A.
Hãy tính:
a. Công suất tiêu tán tối đa trên tải.
R1

L→∞
85Ω

17
ii

R2

15Ω

Re

1Ω

C→∞

RL
100Ω


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
b. Tổng công suất cung cấp của nguồn VCC.
c. Công suất tiêu tán của transistor.
d. Hiệu suất. Nhận xét kết quả.
e. Vai trò của L?
Có thể bỏ L được không?

Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ.
Biết BJT là Si, β=100. Cho VCC = 12V, R1
= 10KΩ, R2 =2.2KΩ, RE =470Ω, RL =
1.5KΩ.
a. Viết và vẽ đường tải DC và AC.

b. Giá trị lớn nhất của dòng điện tải?
c. Công suất tải, công suất nguồn,
công suất tiêu tán trên transistor?
d. Hiệu suất sử dụng nguồn cung cấp

Bài 5: Transistor được hoạt động trong lớp A,

VCC
15V

công suất tải yêu cầu cực đại là 2W.

N:1

Bỏ qua Re tổn hao mạch phân cực.
a. Tìm PCC, giả sử rằng mạch khuếch đại

RL

R2

được thiết kế để đạt hiệu suất cao nhất.
= 10

b. Tìm ICQ.
c. Xác định iCmax, VCemax và PCmax.
d. Nếu RL = 6.25Ω, tìm N.

ii

R1

Re

CE → ∞

e. Vai trò của biến áp?

VCC

Bài 6: Cho mạch khuếch đại công suất lớp A ghép Emitter.

10V

Biết PCmax = 100W.
VBB

= 10
Rb

18 ii
VBB

1:N
RL
10Ω


Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần
a. Tìm Rb, VBB và N sao cho công

suất tối đa có thể truyền đến tải.
b. Tìm PCC, PLmax, PC và ç.

Bài 7: Cho mạch khuếch đại lớp A như hình vẽ:
+10V

Biết VBE = 0.7V, hfe = 100.
a. Tính công suất cực đại trên tải.

1:1

b. Tính hiệu suất lớn nhất mạch
có thể đạt được.

10Ω

c. Nếu tải không ghép biến áp
(điện trở RC đóng vai trò RL =
3.2Ω) thì hiệu suất lớn nhất
của mạch là bao nhiêu?

2.2Ω

3.2Ω

1Ω

vi

d. So sánh và giải thích kết quả

nhận được ở câu b và câu c.

1000ìF

Bài 8: Cho mạch sau:
Mạch khuếch đại lớp B đối xứng, bỏ qua
tiêu tán trên các điện trở phân cực.

Vcc

Cho Vcc = 10V.

C→∞

a. Xác định ACLL cho mỗi
transistor.

R1

b. Tính công suất trên tải cực đại
PL,max.
c. Tính công suất của mỗi nguồn
cung cấp.

Rc
1Ω

R2

ri

RL
4Ω

R1

vi

C→∞
R2

d. Tính công suất tiêu tán trên mỗi
transistor.

Rc
1Ω
-Vcc
+20V

Bài 9: Cho mạch như hình vẽ:

1KΩ

Q1 có hfe = 100.

600Ω

C

Q2 có hfe = 20.

Q1
vi

19

Q2
2KΩ
10Ω

C
RL
8Ω