Mạch khuếch đại công suất dùng BJT (Bipolar Junction Transistors)

Yêu cầu:
– Đươc sử dụng khi yêu cầu ngõ ra có công suất lớn.
– Các thông số yêu cầu cho mạch khuếch đại công suất:

•  Công suất ra tải.
•  Công suất tiêu thụ.
•  Hệ số khuếch đại.
•  Độ méo phi tuyến.
•  Đặc tuyến tần số.

      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 mà thường dùng phương pháp đồ thị.

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 – khu vực tắt. 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.

Trước tiên hãy cũng khảo sát các chế độ làm việc của Transitor.
Chế độ làm việc của BJT

Chế độ A:
 BJT làm việc với cả hai bán kỳ của tín hiệu vào.
 Ưu điểm: Hệ số méo phi tuyến nhỏ.
 Nhược điểm: Hiệu suất thấp. η<50%

Chế độ B:
 BJT chưa được phân cực, BJT làm việc với một bán kỳ của tín hiệu vào.
 Ưu điểm: Hiệu suất cao, η~78% .
 Nhược điểm: Méo phi tuyến

Chế độ AB:
 Là chế độ trung gian giữa chế độ A và chế độ B.
 BJT được phân cực yếu.

Chế độ C:
 BJT chỉ làm việc với 1 phần của 1 bán kỳ.
 Hiệu suất cao, η~100%. Dùng cho mạch tần số cao.

Chế độ D:
 BJT làm việc ở 1 trong hai trạng thái: ngưng dẫn hoặc dẫn bão hòa.
 Hiệu suất cao, η~100%. Áp dụng trong kỹ thuật xung, số.

Khuếch đại công suất chế độ A

– Nhược điểm: Yêu cầu điện trở tải phải lớn thì công suất ra mới lớn. Dùng cho mạch công suất nhỏ.
– Khắc phục: Để phối hợp trở kháng, sử dụng biến áp.

Khuếch đại công suất chế độ B có biến áp

Chế độ B: BJT Q1 và Q2 chưa được phân cực.

• R: Đảm bảo chế độ làm việc cho Q1 và Q2. Mỗi bán kỳ chỉ có 1 trong hai BJT dẫn.
• T1: Biến áp đảo pha, cho 2 tín hiệu ra ngược pha nhau.
• T2: Biến áp xuất.
• R_L : Tải loa.

– Nhược điểm: Méo dạng tín hiệu (méo xuyên trục).
– Khắc phục: Phân cực cho BJT. -> Họat động ở chế độ AB.

Trong mạch khuếch đại công suất loại B, người ta phân cực với V_B =0V nên bình thường transistor không dẫn điện và chỉ dẫn điện khi có tín hiệu đủ lớn đưa vào. Do phân cực như thế nên transistor chỉ dẫn điện được ở một bán kỳ của tín hiệu (bán kỳ dương hay âm tùy thuộc vào transistor NPN hay PNP). Do đó muốn thấy cả chu kỳ của tín hiệu ở ngỏ ra người ta phải dùng 2 transistor, mỗi transistor dẫn điện ở một nữa chu kỳ của tín hiệu. Mạch này gọi là mạch công suất đẩy kéo (push-pull).


Khuếch đại công suất chế độ AB có biến áp

Chế độ AB: Q1 và Q2 được phân cực yếu nhờ R1, R2.

• T1: Biến áp đảo pha, cho 2 tín hiệu ra ngược pha nhau.
• T2: Biến áp xuất.
• R_L: Tải loa.

– Q1, Q2 dẫn ngay với điện áp vào rất nhỏ nên hết méo xuyên trục.
– Nhược điểm:  Hiệu suất giảm. Biến áp cồng kềnh

Khuếch đại công suất chế độ AB không biến áp
Mạch đẩy kéo dùng BJT cùng loại

Mạch đẩy kéo dùng BJT khác loại