Bộ khuếch đại công suất

Mạch khuếch đại công suất Class B

Mạch khuếch đại công suất Class B.

Bộ khuếch đại Class B là một loại Mạch khuếch đại công suất trong đó thiết bị hoạt động (Transistor) chỉ dẫn trong một nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào. Điều đó có nghĩa là góc dẫn là 180 ° đối với bộ khuếch đại Class B. Vì thiết bị đang hoạt động được tắt trong một nửa chu kỳ đầu vào, thiết bị đang hoạt động tiêu hao ít năng lượng hơn và do đó hiệu suất được cải thiện. Hiệu suất tối đa trên lý thuyết của Mạch khuếch đại công suất Class B là 78,5%. Sơ đồ của một bộ khuếch đại Class B kết thúc duy nhất và các dạng sóng đầu vào, đầu ra được hiển thị trong hình bên dưới với Hocwiki nhé.

Mạch khuếch đại công suất Class B.

Từ mạch trên, rõ ràng là Cực B của Transistor Q1 không được phân cực và nửa chu kỳ âm của dạng sóng đầu vào bị thiếu ở đầu ra. Mặc dù nó cải thiện hiệu suất điện năng, nhưng nó tạo ra rất nhiều biến dạng. Chỉ một nửa thông tin hiện diện trong đầu vào sẽ có sẵn trong đầu ra và đó là một điều tồi tệ. Bộ khuếch đại Class B đầu ra đơn không được sử dụng trong ứng dụng khuếch đại âm thanh thực tế ngày nay và chúng chỉ có thể được tìm thấy trong một số thiết bị trước đó. Một nơi khác mà bạn có thể tìm thấy chúng là Mạch khuếch đại công suất RF, nơi độ méo không phải là vấn đề đáng lo ngại. Dù sao, bộ khuếch đại Class C thường được sử dụng trong các ứng dụng khuếch đại công suất RF. Đặc điểm đầu ra của Mạch khuếch đại công suất Class B kết thúc đơn được thể hiện trong hình bên dưới.

Một cách để nhận ra bộ khuếch đại Class B thực tế là sử dụng một cặp thiết bị tích cực (Transistor) được bố trí ở chế độ kéo đẩy trong đó một Transistor dẫn một nửa chu kỳ và Transistor kia dẫn nửa chu kỳ còn lại. Đầu ra từ cả hai Transistor sau đó được kết hợp với nhau để có được một bản sao được chia tỷ lệ của đầu vào. Nhưng có một khó khăn – phải có một số cách để tách dạng sóng đầu vào để nuôi các Transistor riêng lẻ và phải có một số cách để ghép đầu ra của các Transistor riêng lẻ lại với nhau. Ghép nối máy biến áp là giải pháp cho vấn đề này và các bộ khuếch đại như vậy được gọi là bộ khuếch đại Class B được ghép với máy biến áp.

Bộ khuếch đại Class B.

Sơ đồ mạch của một Mạch khuếch đại công suất Class B được ghép nối với một máy biến áp đơn giản được thể hiện trong hình trên. Transistor Q1 và Q2 là các phần tử tích cực. Máy biến áp T1 tái tạo tín hiệu đầu vào thành hai bản sao lệch pha nhau 180 °. Từ hình trên, bạn có thể thấy rằng Transistor Q1 khuếch đại nửa dương của tín hiệu đầu vào và Transistor Q2 khuếch đại nửa âm của tín hiệu đầu vào. Đường đi của dòng điện của hai Transistor cũng được mô tả trong hình trên. Hai nửa khuếch đại được nối với nhau bằng máy biến áp T2. Nếu một máy biến áp lý tưởng được sử dụng, các thành phần DC của dòng điện IC của mỗi Transistor sẽ chạy theo các hướng ngược nhau qua sơ cấp của máy biến áp và chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Điều đó có nghĩa là không có bão hòa lõi và sẽ không có thành phần DC trong đầu ra.

Vì các Transistor không được phân cực nên chúng vẫn TẮT khi không có tín hiệu đầu vào và không có dòng điện chạy qua tải. Mỗi Transistor chỉ bắt đầu dẫn khi biên độ của tín hiệu đầu vào vượt quá điện áp cực phát ( V be ) của Transistor khoảng 0,7 V. Điều này cải thiện hiệu suất nhưng tạo ra một vấn đề gọi là méo chéo.

Vượt qua sự biến dạng.

Vì các phần tử tích cực chỉ bắt đầu dẫn sau khi biên độ tín hiệu đầu vào đã tăng trên 0,7V, nên các vùng của tín hiệu đầu vào có biên độ nhỏ hơn 0,7V sẽ bị thiếu trong tín hiệu đầu ra và nó được gọi là méo chéo. Biểu đồ biểu diễn của biến dạng chéo được thể hiện trong hình bên dưới. Trong hình, bạn có thể thấy rằng các vùng của dạng sóng đầu vào dưới 0,7V bị thiếu trong dạng sóng đầu ra.

Ưu điểm của bộ khuếch đại Class B.

  • Hiệu quả cao khi so sánh với các cấu hình Class A.
  • Cơ chế đẩy-kéo tránh sóng hài đồng đều.
  • Không có thành phần DC nào trong đầu ra (trong trường hợp lý tưởng).

Nhược điểm của bộ khuếch đại Class B.

  • Nhược điểm lớn là sự biến dạng chéo.
  • Máy biến áp ghép nối làm tăng giá thành và kích thước.
  • Rất khó để tìm thấy máy biến áp lý tưởng.
  • Ghép nối máy biến áp gây ra tiếng ồn trong đầu ra và cũng ảnh hưởng đến đáp ứng tần số thấp.
  • Khớp nối máy biến áp không thực tế trong trường hợp tải lớn.

Mạch khuếch đại công suất lớp AB.

Trong cấu hình Class AB, các phần tử hoạt động (Transistor) hơi thiên lệch để góc dẫn hơi hơn 180 ° nhưng nhỏ hơn nhiều 360 °. Các Transistor dẫn điện trong hơn một nửa chu kỳ nhưng ít hơn nhiều so với toàn bộ chu kỳ. Điều đó có nghĩa là sẽ không có lúc nào cả hai Transistor đều TẮT đồng thời và do đó hiện tượng méo chéo được loại bỏ. Cấu hình Class AB thực sự là sự cân bằng giữa các cấu hình Class A và Class B trong đó hiệu quả bị ảnh hưởng đôi chút về độ trung thực. Mạch khuếch đại công suất Class AB kém hiệu quả hơn một chút so với cấu hình Class B nhưng tốt hơn nhiều về độ méo tiếng khi so sánh với cấu hình Class A. Vì các thiết bị hoạt động được phân cực trước một chút nên sẽ có một lượng nhỏ dòng điện thu chạy và đây là lý do đằng sau hiệu suất giảm nhẹ. Hiệu suất điển hình của Mạch khuếch đại công suất lớp AB được thiết kế tốt là khoảng 70%. Đặc tính đầu ra của Mạch khuếch đại công suất Class AB kết thúc đơn được thể hiện trong hình bên dưới.

Từ hình trên, rõ ràng là điểm Q không được đặt ở vị trí cắt không giống như các đặc tính Class B và sẽ có một lượng nhỏ dòng điện góp chạy ở đầu vào bằng không. Do đó, một số phần của nửa chu kỳ âm cũng sẽ được tái tạo ở đầu ra. Số lượng nửa chu kỳ âm được tái tạo ở đầu ra phụ thuộc vào lượng phân cực trước được cung cấp cho Transistor.

Mạch khuếch đại công suất Class AB thực tế.

Các cấu hình Class AB đơn kết thúc không thực tế chỉ vì một phần chính của một nửa chu kỳ sẽ bị thiếu ở đầu ra. Cũng giống như cấu hình Class B, cơ chế push-pull là điều cần thiết để hiện thực hóa các Mạch khuếch đại công suất Class AB thực tế. Sơ đồ mạch của một bộ khuếch đại đẩy kéo Class AB điển hình được thể hiện trong hình bên dưới.

Ký hiệu kỹ thuật chính xác của mạch trên là “Mạch khuếch đại công suất Class AB đối xứng bổ sung”. Các phần tử tích cực được sử dụng trong mạch này (Transistor Q1 và Q2) là đối xứng bổ sung và nó có nghĩa là Transistor giống nhau về mọi mặt ngoại trừ một là NPN và một là PNP. Việc sử dụng cặp bổ sung này giúp loại bỏ biến áp cồng kềnh để tách pha tín hiệu đầu vào để điều khiển các Transistor riêng lẻ. Riêng Transistor NPN sẽ dẫn nửa chu kỳ dương và riêng Transistor PNP sẽ dẫn nửa chu kỳ âm.

Tiền phân cực nhẹ được cấp cho các Transistor sử dụng mạng bao gồm các điện trở R1, R2 và các điốt phân cực D1 và D2. Như bạn đã biết, một Transistor NPN sẽ bắt đầu dẫn điện khi điện áp cực B của nó cao hơn điện áp B-E (Vbe ~ 0,7V) và Transistor PNP sẽ bắt đầu dẫn điện khi điện áp Cực B của nó thấp hơn điện áp cực E-B (Vbe ~ -0,7V) . Một điốt phân cực thuận sẽ giảm khoảng 0,7V trên nó và các điốt phân cực được sử dụng ở đây sẽ giữ cho Transistor phân cực thuận một chút ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào.

Một điều quan trọng trong khi lựa chọn điốt phân cực (còn gọi là điốt bù) là đặc tính của chúng phải khớp với Transistor càng gần càng tốt. Các điện trở R1 và R2 thực sự được sử dụng để phân cực thuận các điốt để chúng giảm 0,7V trên nó để phân cực các Transistor riêng lẻ. C1 và C2 là tụ điện tách DC đầu vào. Các dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại kéo đẩy lớp AB điển hình được thể hiện trong hình bên dưới.

Vì cả hai Transistor đều dẫn điện nhẹ ở đầu vào bằng không, không có thông tin nào trong tín hiệu đầu vào bị mất ở đầu ra trong quá trình giao nhau bằng không của tín hiệu đầu vào và do đó hiện tượng méo chéo hoàn toàn bị loại bỏ với chi phí là hiệu suất giảm nhẹ.

Ưu điểm của Mạch khuếch đại công suất Class AB.

  • Không có biến dạng chéo.
  • Không cần máy biến áp ghép nối cồng kềnh.
  • Không có nhiễu trong đầu ra.

Nhược điểm của Mạch khuếch đại công suất Class AB.

  • Hiệu quả kém hơn một chút khi so sánh với cấu hình Class B.
  • Sẽ có một số thành phần DC trong đầu ra khi tải được ghép trực tiếp.
  • Khớp nối điện dung có thể loại bỏ các thành phần DC nhưng nó không thực tế trong trường hợp tải nặng.

Đỗ Thủy

Trang web #hocwiki cung cấp kiến thức điện tử cơ bản về tụ điện , điện trở các kiến thức về mạch điện hy vọng sẽ mang lại cho các bạn những kiến thức điện tử online hữu ích nhất.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button