TÌM HIỂU VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
I. KHÁI NIỆM
I.1. Khái niệm khuếch đại công suất:
Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất đủ lớn để kích thích
tải. Công suất ra có thể từ vài trăm mw đến vài trăm watt. Như vậy mạch công suất làm
việc với biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào: do đó ta không thể dùng mạch tương đương tín
hiệu nhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị.
I.2. Đặc điểm, phân loại khuếch đại công suất:
Tùy theo chế độ làm 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 như tuyến tính, nghĩa
là tín hiệu ngõ ra thay đổi tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ 360o của tín hiệu
ngõ vào (Transistor hoạt động cả hai bán kỳ của tín hiệu ngõ vào).
Khuếch đại công suất loại AB: Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng.
Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữa chu kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn
một nữa chu kỳ – dương hoặc âm – của tín hiệu ngõ vào).
Khuếch đại công suất loại B: Transistor được phân cực tại VBE=0 (vùng ngưng).
Chỉ một nữa chu kỳ âm hoặc dương – của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại.
Khuếch đại công suất loại C: Transistor được phân cực trong vùng ngưng để
chỉ một phần nhỏ hơn nữa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại. Mạch này thường
được dùng khuếch đại công suất ở tần số cao với tải cộng hưởng và trong các ứng dụng
đặc biệt.

Hình 5-1-2. Mô tả việc phân loại các mạch khuếch đại công suất.
II. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LOẠI A
1 .Khảo sát đặc tính của mạch:
Mạch phân cực cố định như hình 5-2-1a là mô hình của một mạch khuếch đại
công suất loại A đơn giản.

Hình 5-2-1a
Điểm khác nhau cơ bản giữa loại này với mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ là ngõ vào
Vi có biên độ lớn (hàng trăm mV) Mạch khuếch đại chế độ A ít được sử dụng do hiệu
suất kém, hệ số β của mạch công suât thường nhỏ hơn 100.
Khảo sát ở chế độ 1 chiều:

Hình 5-2-1b
Dòng IC có giới hạn tối đa là:
Do đó khi có tín hiệu vào, để có dòng IC có thể biến đổi lớn nhất, tốt nhất, điểm
tĩnh làm việc Q phải được phân cực sao cho:
Đây là điểm phân cực để cho mạch có hiệu suất cao nhất.
Khảo sát ở chế độ xoay chiều:
Khi đưa tín hiệu vi vào ngõ vào (hình 5-2-1a), dòng IC và điện thế VCE (tín hiệu
ra) sẽ thay đổi quanh điểm điều hành Q. Với tín hiệu ngõ vào nhỏ (hình 5-2-1c), vì dòng
điện cực nền thay đổi rất ít nên dòng điện IC và điện thế VCE ở ngõ ra cũng thay đổi
ít quanh điểm điều hành.
Khi tín hiệu ngõ vào lớn, ngõ ra sẽ thay đổi rất lớn quanh điểm tĩnh điều hành. Dòng
IC sẽ thay đổi quanh giới hạn 0mA và VCC/RC. Ðiện thế VCE thay đổi giữa hai giới hạn
0v và nguồn VCC (hình 5-2-1d).

Hình 5-2-1c. Tín hiệu nhỏ

Hình 5-2-.1c. Tín hiệu lớn
Khảo sát công suất:
Công suất cung cấp được định nghĩa:
Pi(dc) = VCC . ICQ
Công suất ngõ ra lấy trên tải, trong trường hợp này RC được định nghĩa:
Nếu tính theo điện thế đỉnh và dòng điện đỉnh:
Nếu tính theo điện thế và dòng điện đỉnh đối đỉnh:
Hiệu suất tối đa:
Ta thấy trong mạch công suất loại A, VCE có thể thay đổi tối đa: VCE(p-p)
max=VCC
Dòng IC thay đổi tối đa:
IC(p-p) max = VCC/RC
Công suất ra tối đa:
2. Khuếch đại công suất loại A dùng biến áp:
Mạch cơ bản có dạng như hình 5-2-2a

Hình 5-2-2a.

Hình 5-2-2b.
Biến thế sẽ làm tăng hoặc giảm điện thế hay dòng điện (tín hiệu xoay chiều) tùy vào
số vòng quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Ở đây ta xem biến thế như lý tưởng nghĩa là
truyền 100% công suất. Nếu gọi N1, N2, v1, v2, I1, I2 lần lượt là số vòng quấn, điện thế
tín hiệu xoay chiều, dòng điện tín hiệu xoay chiều của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Ta có:
Rl=R’L=a2.Rl
Khảo sát đường thẳng lấy điện:
Nếu ta xem biến thế lý tưởng, nghĩa là nội trở bằng 0Ω. Như vậy không có điện
thế một chiều giảm qua cuộn sơ cấp nên VCEQ = VCC. . Do đó đường thẳng lấy điện tĩnh
là đường thẳng song song với trục tung IC và cắt trục hoành VCE tại điểm có trị số bằng
VCC. Giao điểm của đường thẳng lấy điện tĩnh và đặc tuyến ra ở IB tương ứng là điểm
điều hành Q.

Hình 5-2-2c.
Ở chế độ xoay chiều, điện trở tải nhìn từ cuộn sơ cấp là R’L nên đường thẳng lấy
điện động bây giờ có độ dốc là 1/R’L và qua điểm điều hành Q. Chú ý là tín hiệu ra có giới
hạn về biên độ đỉnh là VCC
Công suất cung cấp là:
Pi(dc) = VCC . ICQ
Công suất tiêu tán trong biến thế và transistor công suất là:
PQ = Pi(dc) – Po(ac)
Hiệu suất của mạch được định nghĩa: