Khuếch đại Điện tử , chương 4.4

118
Công suất P
C
là công suất đốt nóng colectơ của tranzisto, là hiệu giữa công
suất tiêu thụ nguồn P
0
và công suất xoay chiều P~.
P
C
= P
0
- P
~
, =
0
~
P
P
; P
C
= P
0
- P
~
= P
0
(1 -
0
~
P
P

) = P
0
(1 - )
= P
~
(





C
~~
~
P
hayP
)(
P)
P
P
.
Nh- vậy công suất luôn gắn liền với hiệu suất
, càng nâng cao hiệu suất
thì công suất xoay chiều ra càng lớn.
4.12.1. Tầng khuếch đại công suất đơn dùng biến áp làm việc ở chế độ A.
Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 4.41
Trong sơ đồ này thực tế nguồn U
CC
đặt toàn bộ lên colectơ của tranzisto vì
điện trở thuần r đối với dòng một chiều I

C 0
là khá nhỏ. Điện trở tải R
t
phản ánh sang
cuộn sơ cấp của biến áp ra thành
n
R
t
R
2
t

,
, n là hệ số biến áp n =
W
W
1
2
; W
1
, W
2
- số vòng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Khi làm việc ở chế độ A biên độ dòng ra
I
mC
nhỏ hơn dòng một chiều I
C0
, biên độ điện áp ra U
mC
nhỏ hơn U

C0
nên
,
nhỏ
hơn 1, tức là hiệu suất
< 50% ( theo lý thuyết).
Thực tế hiệu suất chỉ đạt vài phần trăm vì nếu tăng hiệu suất thì méo sẽ
tăng. Hiệu suất thấp là nh-ợc điểm cơ bản của chế độ
A, vì vậy ở các tầng công suất chế độ này ít đ-ợc sử
dụng. Méo tần số trong tầng ngoài những lý do đã xét
trong khuếch đại điện trở, còn một nguyên nhân là
biến áp. Để tăng tần số giới hạn trên cần giảm điện
cảm tiêu tán của biến áp, còn để mở rộng ở vùng tần
số thấp cần tăng điện cảm cuộn sơ cấp của biến áp ra.
Méo phi tuyến cũng gây nên do lõi sắt từ của biến
áp làm việc ở miền bão hoà từ.
Ta xét các quan hệ cụ thể trong tầng khuếch
đại công suất đơn có biến áp hình 4.41 theo đồ thị đặc tuyến ra t-ơng tự nh- khuếch
đại điện trở vì cùng làm việc ở chế độ A. (Hình 4.42). Đồ thị trình bày ph-ơng pháp
3 mặt phẳng phân tích khuếch đại .Từ đồ thị đặc tuyên ra ta thấy đ-ờng tải một chiều
qua điểm 0 và điểm U
0
rất dốc, hầu nh- thẳng đứng vì tải một chiều là điện trở
thuần của cuộn sơ cấp biến áp khá nhỏ. Phía trái là đồ thị dòng colectơ biến thiên
hình sin ,phía d-ới là đồ thị điện áp coletơ biến thiên hình sin .Tải xoay chiều quay
về cuộn sơ cấp của biến áp là:
r
t~
= r
1

+ n
2
( R
t
+ r
r
)

n
2
R
t
(4.103)
Trong đó r
1
, r
2
- điện trở thuần ( dây cuốn) cuộn sơ và cuộn thứ của biến áp,
Hình 4.41 khuếch đại công suất
biến áp làm việc ở chế độ A
U
r
R
R
R
C
E
1
1
2

U
cc
+
U
R
C
v
L
_
C
n
E
t
119
n=
W
W
1
2
, hệ số biến áp, W
1
, W
2
- số vòng dây cuộn sơ và cuộn thứ của biến áp. Để
chọn toạ độ tĩnh I
C0
, U
C0
phải xác định đ-ợc U
Cm

, I
Cm
. Các tham số xác định nh- sau:
công suất xoay chiều P
~
trên cuộn sơ cấp của biến áp ( trong mạch colectơ của
tranzistor) là:
P
~
=
ba
t
P

( 4.104)

ba
= 0,8 0,95 - hiệu
suất của biến áp.
Tín hiệu ra coi là hình sin
thì:
).(
t
Rn
U
~t
R
U
~t
R

U
cm
I
cm
U
~
P
Cm
C
1054
2
2
2
2
2
2
2


Cm
Từ đó:



tt
bacm
t~
Cm
R.P
.U

RP
U
22
22


(4.106)
Chọn U
Cm
theo trị số điện áp d- U
CE
sao cho U
CE0
U
CC
, từ đó xác định I
Cm
=
U
Cm
/ ( n
2
R
t
). Sau khi tìm đ-ợc điểm công tác tĩnh U
CE0
U
C
, I
Cm

I
C 0
thì dựng
đ-ờng tải động với góc nghiêng :
C
CE
~t
I
U
R



Chọn tranzistor phải chú ý đến các đIều kiện sau:
I
C
cho phép > I
C 0
+ I
Cm
( 4.107)
U
CE
cho phép > U
CE0
+ U
Cm
2U
CC
( 4.108)

P
C
cho phép

> P
C
= U
C 0
. I
C 0
( 4.109)
Theo hình (4.42) thì :
2
CmCm
~
IU
P

chính là diện tích tam giác OQH.
Theo I
C 0
tìm I
B0
rồi tính R
1
, R
2
nh- mục 4.5.
Hiệu suất của tầng khuếch đại
=

c
.
ba
;
c
- hiệu suất của mạch colectơ.
ở chế độ A khi không có tín hiệu P
~
= 0 thì P
C
= P
0
nên cần chọn chế độ nhiệt
của tranzistor theo P
0
để bảo đảm tranzistor không bị h-.
4.12.2. Khuếch đại công suất đẩy kéo có biến áp
Hình 4.42 Đặc tuyến ra của KĐ đơn biến áp
Ucm
Ucm
Ucmax
o
Q
H
Ic
Icm
Icm
Uc0
120
Để tăng hiệu suất của tầng thì không thể để tranzistor làm việc ở chế độ A mà

làm việc ở chế độ B hoặc chế độ AB. Khi làm việc ở chế độ B thì nếu tín hiệu đầu
vào bằng không thì dòng colectơ sẽ bằng không, nên lúc này công suất P
O
tiêu hao
nguồn sẽ bằng không, hiệu suất tăng. Tuy nhiên làm việc ở chế độ B hoặc AB tín
hiệu ra chỉ tồn tại trong một phần của chu kỳ nên méo phi tuyến lớn. Để giảm méo
dùng hai tranzistor mắc đẩy kéo.Xét sơ đồ nguyên lý hình 4.43a.
ở đây biến áp
BA
1
là biến áp đảo pha ,tạo ra hia điẹn áp có biên độ nh- nhau nh-ng ng-ợc pha
để kích vào bazơ của hai tranzistor. BA
2
là biến áp ra. Hai tranzisto T
1
và T
2
mắc đẩy
kéo. Mạch colectơ của mỗi mạch tranzisto mắc với một nửa cuộn sơ cấp của biến áp
ra. Tỷ số biến áp ra là n
2
= w
1
/w
2
= w
1
'/ w
2
( w

1
= w
1
'). Nếu tầng làm việc ở chế độ
AB thì R
b1
, R
b2
đảm bảo thiên áp cho chế độ này.Nếu tầng làm việc ở chế độ B
không cần định thiên ; R
b1
, R
b2
lúc này có tác dụng để bảo đảm công tác cho mạch
vào của tranzisto trong chế độ gần với chế độ nguồn dòng.
Xét sơ đồ làm việc ở chế độ B. Khi không có tín hiệu vào thì điện áp trên
bazơ của cả hai tranzisto so với emitơ đều bằng không. Nếu ta bỏ qua dòng ng-ợc
colectơ thì có thể coi dòng điện trong tầng bằng không, điện áp trên tải cũng bằng
không. Trên colectơ của mỗi tranzistor có điện áp xấp xỉ bằng E
0
.
Khi có tín hiệu vào, giả sử nửa chu kỳ đầu là d-ơng thì T
1
sẽ thông và
khuếch đại, T
2
tiếp tục đóng. Trên cuộn w
1
sẽ tạo nên đIện áp U
w1

= i
C1
. R
t~
=
i
C1
.n
2
2
.R
t
= .i
B1
.n
2
2
.R
t
. Trên tải R
t
sẽ có điện áp ra U
r
= U
w1
/n
2
. Khi tín hiệu chuyển
sang nửa chu kỳ âm thì T
1

đóng lại, T
2
thông và khuếch đại, i
C2
= i
B2
. Điện áp trên
w
1
'
cùng trị số với U
w1
nếu hai tranzisto hệt nhau, ng-ợc pha nên tạo nên tải điện áp
ở bán chu kỳ âm. Hình 4.43b mô tả một nửa chu kỳ của một tranzisto. Đ-ờng tải
xoay chiều với R
t~
= n
2
2
.R
t
đ-ợc dựng tại điểm U
CE0
= E
0
và I
C 0
= I
0
0. Từ đó ta có:

P
~
= 1/2U
Cm
.I
Cm







mc
I.
mc
U
ba
~
P
bat
P
(4.112)
Trị số trung bình của dòng tiêu thụ nguồn I
O
xác định theo thành phần một
chiều của chuỗi Furie trong một nửa chu kỳ:

Cm
Cm
I
dsinIII
TBC
(4.113)
Công suất nguồn tiêu thụ P
0
là:






E.I
E.IP
mc
o
(4.114)
Hiệu suất của mạch colectơ là :
0
4
2

2 E
U
.
EI
/
I.U
P
P
cmocmcmcm
o
~
c





(4.115)
121
Hiệu suất của cả tầng
khuếch đại là:
o
cm
babac
E
U
...
4
22

(4.116).
Nếu chọn điện áp d-
U
CE
càng nhỏ thì hiệu suất càng
lớn. Nếu coi

ba2
1 ,
U
C
E
O
thì =
785,0
4


. Thực
tế
đạt 0,6 0,7, lớn gấp 1,5
lần so với tầng khuếch đại đơn.
Công suất tiêu tán trên
colectơ của tranzistor
]UU
E
[
R
UI

E.I
PPP
cmcm
~t
CmCm
oCm
~oc
2
2
1021
2
1
2






T1
Ib
T2
U
BE
i
b
(t)
a)
T1
Ib

T2
U
BE
b)
i
b
(t)
Hình4.44 Đặc tuyến của
khuếch đại đẩy kéo
a) chế độ B

b) chế độ AB
122
(1.117)
Theo (4.117) thì công suất tiêu tán phụ thuộc vào U
Cm
. Lấy đạo hàm (4.117)
theo U
Cm
tìm cực ta có P
Cmax
đạt khi U
Cm
= U
Cm
*
= 2E
O
/ = 0,64E
O

và:

t
o
maxc
R
E
.
P







(4.118)
Cần chú ý là không thể chỉ chọn tranzisto theo công suất mà phải chọn theo
cả điện áp. Biên độ điện áp trên cuộn sơ cấp U
Cm
E
O
nên điện áp ng-ợc đặt lên
tranzisto đang khoá là E
O
+ U
Cm
2E
O
.

ở chế độ B ,theo lý thuyết, không cần đặt thiên áp cực B, tức là U
BE 0
= 0. Tuy nhiên
đoạn đầu của đặc tuyến vào của tranzistor là đoạn không tuyến tính ( khi dòng bazơ
nhỏ) nên méo phi tuyến tăng, gọi là méo gốc ( hình 4.44a).
ở đây là đặc tuyến vào của hai tranzistor vẽ chung trên một đồ thị. Từ hình
4.44a ta thấy nếu u
V
là hình sin thì i
B
không phải là hình sin khi i
B
gần gốc toạ độ, vì
vậy dòng i
C
cũng sẽ khác dạng hình sin. ở chế độ A hiện t-ợng này không có vì
dòng i
B
tĩnh đủ lớn để loại bỏ đoạn gốc toạ độ.
Muốn giảm méo gốc phải chuyển sang làm việc ở chế độ AB bằng cặp điện
trở định thiên R
1
R
2
. Đặc tuyến vào của hai tranzistor có định thiên U
BO
vẽ chung đồ
thị hình4.44b.
ở đây chọn U
BO

, I
BO
và I
CO
khá nhỏ nên mọi công thức ở chế độ B
đúng cho chế chế độ AB.
4.11.3.Khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp.
Trong các sơ đồ khuếch đại công suất đã xét dùng biến áp để phố hợp trở
kháng tải với tranzisto để có công suất ra lớn , hiệu xuất cao. Nếu tranzisto có hỗ dẫn
S lớn thì có thể mắc tải trực tiếp vào colecto của tranzisto(trở kháng tải có thể nhỏ
tới mức chỉ vài ôm),nghĩa là không cần biến áp.Mạch khuếch đại không biến áp đơn
th-ờng mắc theo sơ đồ lặp emitơ để dễ phối hợp trở kháng.Trở kháng ra của mạch
lặp emitơ cỡ 1/S ;khi S đủ lớn có thể mắc tải khá nhỏ.Tuy nhiên nếu công suất ra cỡ
vài chục đến vài trăm mW trở lên thì không nên mắc lặp emitơ vì mạch này có hiệu
xuất nhỏ.Các mạch khuếch đại không biến áp th-ờng mắc theo sơ đồ đẩy kéo,làm
việc ở chế độ B hoặc AB.Mạch có thể dùng tranzisto khác loại hoặc cùng loại.
Để tránh phiền phức khi lựa chọn hoặc thay thế các Tranzitor khác loại
nh-ng lại đồng nhất về tham số, có thể sử dụng hai Tranzitor cùng loại nh- hình
4.45a.
ở đây có tầng khuếch đại đảo pha trên T
3
tạo ra 2 điện áp cùng biên độ ng-ợc
pha để kích thích cho T
1
và T
2
mắc đẩy kéo. ở khuếch đại đẩy kéo, Tranzitor T
1
mắc
colectơ chung, tranzitor T

2
mắc Emitơ chung. Từ đây ta thấy dòng Emitơ của T
1
coi
xấp xỉ bằn dòng Colectơ của T
2
thì dòng 1 chiều qua điện trở tải R
t
coi nh- bằng
không,tức qua tải chỉ có dòng xoay chiều tần số tín hiệu .Vì vậy có thể mắc nối tiếp
với tải mộ tụ C
t
,và luc đó có thể dùng một ngùôn và mắc nh sơ đồ hình 4.45b.Trong
cả hai sơ đồ này phải có tần khuếch đại đảo pha T
3
.