Bộ khuếch đại công suất là gì

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về một chủ đề thú vị trong lĩnh vực Điện tử: Bộ khuếch đại công suất. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng Âm thanh, Truyền thông vô tuyến, Thiết bị Y tế (MRI) và nhiều ứng dụng khác. Vì vậy, chúng ta sẽ tìm hiểu Bộ khuếch đại công suất là gì, các loại bộ khuếch đại công suất khác nhau là gì, Các loại Bộ khuếch đại công suất và một số ứng dụng nữa.

Giới thiệu

Bộ khuếch đại là một thiết bị điện tử được sử dụng để tăng cường độ của điện áp / dòng điện / công suất của tín hiệu đầu vào. Nó nhận dạng sóng / tín hiệu điện yếu và tái tạo một dạng sóng mạnh hơn tương tự ở đầu ra bằng cách sử dụng nguồn điện bên ngoài.

Tùy thuộc vào những thay đổi của nó đối với tín hiệu đầu vào, bộ khuếch đại được phân loại rộng rãi thành bộ khuếch đại Dòng điện, Điện áp và Công suất. Bài viết này chúng ta cùng nhau tìm hiểu chi tiết về bộ khuếch đại công suất. Hãy tham khảo với Hocwiki nhé. 

Bộ khuếch đại công suất là gì?

Bộ khuếch đại công suất là một bộ khuếch đại điện tử được thiết kế để tăng cường độ công suất của tín hiệu đầu vào nhất định. Công suất của tín hiệu đầu vào được tăng lên mức đủ cao để truyền tải các thiết bị đầu ra như loa, tai nghe, bộ phát RF, v.v. Không giống như bộ khuếch đại điện áp / dòng điện, bộ khuếch đại công suất được thiết kế để truyền tải trực tiếp và được sử dụng như một khối cuối cùng trong một chuỗi khuếch đại.

Tín hiệu đầu vào bộ khuếch đại công suất cần phải trên một ngưỡng nhất định. Vì vậy, thay vì truyền trực tiếp tín hiệu âm thanh / RF thô đến bộ khuếch đại công suất, đầu tiên nó được khuếch đại trước bằng bộ khuếch đại dòng / áp và được gửi làm đầu vào cho bộ khuếch đại công suất sau khi thực hiện các sửa đổi cần thiết. Bạn có thể quan sát sơ đồ khối của một bộ khuếch đại âm thanh và cách sử dụng bộ khuếch đại công suất dưới đây.

Trong trường hợp này, micrô được sử dụng làm nguồn đầu vào. Độ lớn của tín hiệu từ micrô không đủ cho bộ khuếch đại công suất. Vì vậy, đầu tiên nó được khuếch đại trước, nơi điện áp và dòng điện của nó được tăng lên một chút. Sau đó, tín hiệu được chuyển qua mạch điều chỉnh âm lượng và âm lượng, giúp điều chỉnh thẩm mỹ dạng sóng âm thanh. Cuối cùng, tín hiệu được đưa qua bộ khuếch đại công suất và đầu ra từ bộ khuếch đại công suất được đưa đến loa.

Các loại bộ khuếch đại công suất

Tùy thuộc vào loại thiết bị đầu ra được kết nối, bộ khuếch đại công suất được chia thành ba loại sau:

  • Bộ khuếch đại công suất âm thanh
  • Bộ khuếch đại công suất RF
  • Bộ khuếch đại nguồn DC

Bộ khuếch đại công suất âm thanh

Loại bộ khuếch đại công suất này được sử dụng để tăng cường độ công suất của Tín hiệu âm thanh yếu hơn. Bộ khuếch đại được sử dụng trong mạch điều khiển loa của TV, điện thoại di động, v.v. thuộc loại này.

Đầu ra của bộ khuếch đại công suất âm thanh nằm trong khoảng từ vài miliwatt (giống như trong bộ khuếch đại tai nghe) đến hàng nghìn watt (giống như bộ khuếch đại công suất trong hệ thống rạp hát Hi-Fi / Home Theater).

Bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến

Truyền không dây yêu cầu các sóng đã được điều chế được gửi đi trong một khoảng cách dài trong không khí. Các tín hiệu được truyền bằng cách sử dụng ăng-ten và phạm vi truyền phụ thuộc vào cường độ công suất của tín hiệu được đưa đến ăng-ten.

Đối với truyền không dây như phát sóng FM, ăng-ten yêu cầu tín hiệu đầu vào ở mức công suất hàng nghìn kilowatt. Ở đây, bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến được sử dụng để tăng cường độ công suất của sóng điều chế lên mức đủ cao để đạt được khoảng cách truyền yêu cầu.

Bộ khuếch đại nguồn DC

Bộ khuếch đại công suất DC được sử dụng để khuếch đại công suất của tín hiệu PWM (Điều chế độ rộng xung). Chúng được sử dụng trong các hệ thống điều khiển điện tử cần tín hiệu công suất cao để điều khiển động cơ hoặc thiết bị truyền động. Chúng lấy đầu vào từ các hệ thống vi điều khiển, tăng công suất của nó và cung cấp tín hiệu khuếch đại đến động cơ DC hoặc Bộ truyền động.

Các loại bộ khuếch đại công suất

Có nhiều cách thiết kế mạch khuếch đại công suất . Đặc tính hoạt động và đầu ra của từng cấu hình mạch khác nhau.

Để phân biệt các đặc điểm và hoạt động của các mạch khuếch đại công suất khác nhau, các Class khuếch đại công suất được sử dụng, trong đó, các ký hiệu chữ cái được chỉ định để xác định phương thức hoạt động.

Chúng được phân loại rộng rãi thành hai loại. Bộ khuếch đại công suất được thiết kế để khuếch đại tín hiệu tương tự thuộc Class A, B, AB hoặc C. Bộ khuếch đại công suất được thiết kế để khuếch đại tín hiệu kỹ thuật số được điều chế độ rộng xung (PWM) có D, E, F, v.v.

Các bộ khuếch đại công suất được sử dụng phổ biến nhất là các bộ khuếch đại được sử dụng trong các mạch khuếch đại âm thanh và chúng thuộc các Class A, B, AB hoặc C. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét chúng một cách chi tiết.

Bộ khuếch đại công suất Class A

Các dạng sóng tương tự được tạo thành từ mức cao dương và mức thấp âm. Trong loại bộ khuếch đại này, toàn bộ dạng sóng đầu vào được sử dụng trong quá trình khuếch đại.

Một bóng bán dẫn duy nhất được sử dụng để khuếch đại cả hai nửa âm và dương của dạng sóng. Điều này làm cho thiết kế của chúng trở nên đơn giản và làm cho bộ khuếch đại Class A trở thành loại bộ khuếch đại công suất được sử dụng phổ biến nhất. Mặc dù dòng bộ khuếch đại công suất này được thay thế bởi thiết kế đẹp hơn, chúng vẫn được những người có sở thích sử dụng.

Trong loại bộ khuếch đại này, phần tử tích cực (thành phần điện tử được sử dụng để khuếch đại, trong trường hợp này là bóng bán dẫn) được sử dụng mọi lúc ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào. Điều này tạo ra nhiều nhiệt và làm giảm hiệu suất của bộ khuếch đại Class A xuống 25% trong trường hợp cấu hình bình thường và 50% trong trường hợp cấu hình ghép nối biến áp.

Góc dẫn (phần dạng sóng được sử dụng để khuếch đại, ngoài 360 °) đối với bộ khuếch đại Class A là 360 °. Vì vậy, mức độ méo tín hiệu rất ít cho phép hiệu suất tần số cao tốt hơn.

Bộ khuếch đại công suất Class B

Bộ khuếch đại công suất Class B được thiết kế để giảm hiệu suất và các vấn đề về nhiệt độ hiện có trong bộ khuếch đại Class A. Thay vì một bóng bán dẫn duy nhất để khuếch đại toàn bộ dạng sóng, loại bộ khuếch đại này sử dụng hai bóng bán dẫn bổ sung.

Một bóng bán dẫn khuếch đại nửa dương của dạng sóng và bóng bán dẫn kia khuếch đại nửa âm của dạng sóng. Vì vậy, mỗi thiết bị tích cực dẫn một nửa (180 °) của dạng sóng và hai trong số chúng, khi kết hợp, sẽ khuếch đại toàn bộ tín hiệu.

Hiệu suất của bộ khuếch đại Class B được cải thiện rất nhiều so với bộ khuếch đại Class A do thiết kế hai bóng bán dẫn. Chúng có thể đạt hiệu suất lý thuyết khoảng 75%. Bộ khuếch đại công suất của Class này được sử dụng trong các thiết bị hoạt động bằng pin như đài FM và đài bán dẫn.

Do sự chồng chất của hai nửa dạng sóng, nên tồn tại một sự biến dạng nhỏ tại vùng giao nhau. Để giảm sự biến dạng tín hiệu này, các bộ khuếch đại Class AB được thiết kế.

Bộ khuếch đại công suất Class AB

Bộ khuếch đại Class AB là sự kết hợp của bộ khuếch đại Class A và Class B. Loại bộ khuếch đại này được thiết kế để giảm vấn đề kém hiệu quả của bộ khuếch đại Class A và sự biến dạng tín hiệu tại vùng phân tần trong bộ khuếch đại Class B.

Nó duy trì đáp ứng tần số cao như trong bộ khuếch đại hạng A và hiệu quả tốt như trong bộ khuếch đại hạng B. Một sự kết hợp của điốt và điện trở được sử dụng để cung cấp điện áp phân cực nhỏ, làm giảm sự biến dạng của dạng sóng gần vùng giao nhau. Có một chút giảm hiệu quả (60%) vì điều này.

Bộ khuếch đại công suất Class C

Thiết kế của bộ khuếch đại công suất Class C cho phép hiệu suất cao hơn nhưng làm giảm độ tuyến tính / góc dẫn, dưới 90 °. Nói cách khác, nó hy sinh chất lượng khuếch đại để tăng hiệu quả.

Góc dẫn thấp hơn có nghĩa là độ méo lớn hơn và do đó, loại bộ khuếch đại này không phù hợp để khuếch đại âm thanh. Chúng được sử dụng trong bộ tạo dao động tần số cao và khuếch đại tín hiệu tần số vô tuyến.

Bộ khuếch đại Class B thường chứa một tải được điều chỉnh để lọc và khuếch đại tín hiệu đầu vào của tần số nhất định, và dạng sóng của các tần số khác bị triệt tiêu.

Trong loại bộ khuếch đại công suất này, phần tử tích cực chỉ dẫn điện khi điện áp đầu vào cao hơn một ngưỡng nhất định, điều này làm giảm tiêu hao công suất và tăng hiệu suất.

Các loại bộ khuếch đại công suất khác

Các Class khuếch đại công suất D, E, F, G, v.v. được sử dụng để khuếch đại tín hiệu kỹ thuật số được điều chế PWM. Chúng thuộc loại chuyển mạch bộ khuếch đại công suất và đầu ra liên tục BẬT hoặc TẮT liên tục mà không có bất kỳ mức nào khác ở giữa.

Do tính đơn giản này, các bộ khuếch đại công suất thuộc các Class nêu trên có thể đạt hiệu suất lý thuyết lên đến (90-100)%.

Các ứng dụng

Dưới đây là các ứng dụng của bộ khuếch đại công suất trong các lĩnh vực khác nhau:

  • Điện tử tiêu dùng: Bộ khuếch đại công suất âm thanh được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử tiêu dùng khác nhau, từ lò vi sóng, trình điều khiển tai nghe, TV, điện thoại di động và hệ thống rạp hát tại nhà đến hệ thống tăng cường sân khấu và hòa nhạc.
  • Công nghiệp: Bộ khuếch đại công suất loại chuyển mạch được sử dụng để điều khiển hầu hết các hệ thống truyền động công nghiệp như động cơ servo và động cơ DC.
  • Giao tiếp không dây: Bộ khuếch đại công suất cao rất quan trọng trong việc truyền tín hiệu phát sóng di động hoặc FM tới người dùng. Có thể đạt được mức công suất cao hơn vì bộ khuếch đại công suất làm tăng tốc độ truyền dữ liệu và khả năng sử dụng. Chúng cũng được sử dụng trong thiết bị liên lạc vệ tinh.

Kết luận

Giới thiệu nhanh về khái niệm Bộ khuếch đại công suất. Bạn đã hiểu bộ khuếch đại công suất là gì và nhu cầu của nó, các loại và phân loại bộ khuếch đại công suất khác nhau và cả một số ứng dụng nữa.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button